آموزش الکترونیک

شارژ خازن چیست؟ مدار شارژ خازن و فرمول محاسبه

زمانی که‌ یک خازن بدون شارژ یا نیمه شارژ را به منبع ولتاژی که ولتاژ آن بیشتر از ولتاژ خازن است وصل می کنیم از منبع شارژ دریافت می کند و ولتاژ دو طرف خازن به صورت نمایی بالا می رود تا زمانی که برابر و مخالف ولتاژ منبع شود.

یک خازن با ظرفیت C را به صورت سری به یک مقاومت R وصل می‌ کنیم. همچنین این ترکیب سری خازن و مقاومت را به یک باتری با ولتاژ V از طریق یک کلید S وصل می کنیم.

مدار شارژ خازن

بیایید فرض کنیم خازن در ابتدا بدون شارژ باشد. وقتی کلید را وصل کنیم، چون خازن شارژ ندارد، هیچ ولتاژی در خازن وجود ندارد، بنابراین خازن مانند اتصال کوتاه عمل می کند. هنگامی که کلید زده می شود، خازن شروع به شارژ شدن می کند. جریان عبوری از مدار را فقط مقاومت R محدود می کند.

بنابراین، جریان اولیه V/R است. خازن به تدریج شارژ می شود و ولتاژ در آن برعکس قطبیت باتری است. در نتیجه جریان در مدار به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که ولتاژ دو طرف خازن برابر و مخالف ولتاژ باتری می شود، جریان صفر می شود.

ولتاژ به تدریج در خازن در طول شارژ افزایش می یابد. اگر میزان افزایش ولتاژ در خازن را dv/dt در هر لحظه t در نظر بگیریم، جریان عبوری از خازن در آن لحظه برابر است با:

جریان عبوری از خازن

با اعمال قانون ولتاژ کیرشهف در مدار، در لحظه t می توانیم بنویسیم:

قانون ولتاژ کیرشهف در مدار

با ترکیب هر دو طرف به دست می آوریم:

ترکیب هر دو طرف

در زمان روشن شدن مدار، ولتاژ خازن صفر بود. یعنی v = 0 در t = 0. با قرار دادن این مقادیر در معادله بالا، داریم:

قرار دادن مقادیر در ولتاژ خازن

پس از بدست آوردن مقدار A، می توانیم معادله فوق را به صورت زیر بنویسیم:

معادله شارژ یک خازن

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

اکنون، ما می دانیم که:

محاسبه فرمول شارژ خازن ها

این جریان شارژ I در طول فرآیند شارژ است. نمودار جریان و ولتاژ خازن در هنگام شارژ در شکل زیر نشان داده شده است.

نمودار جریان و ولتاژ خازن

در شکل بالا، Io جریان اولیه خازن در هنگام روشن شدن مدار است و Vo ولتاژ نهایی پس از شارژ کامل خازن است. با قرار دادن t = RC در جریان شارژ (همانطور که در بالا به دست آمد)، داریم:

جریان اولیه خازن در هنگام روشن شدن

بنابراین در زمان t = RC، مقدار جریان شارژ 36.7٪ جریان شارژ اولیه می شود (V / R = Io). این زمان به عنوان ثابت زمانی مدار خازنی شناخته می شود. مقدار ولتاژ در خازن با ثابت زمانی برابر است با:

جریان شارژ 36.7٪

در اینجا Vo ولتاژ خازن پس از شارژ کامل است و برابر با ولتاژ منبع (V = Vo) می باشد.

نمودار ولتاژ خازن با شارژ کامل

لطفا نظر بدید، ممنون

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس را دنبال کنید.
تصویر از محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید قرار بدهم. سوالات مربوط به این مطلب را در قسمت نظرات همین مطلب اعلام کنید. سعی میکنم در اسرع وقت به نظرات شما پاسخ بدهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.