Nabíjanie kondenzátora cez rezistor


       Analyzovať budeme nezaťažený integračný článok zostavený z rezistora R a kondenzátora C. Prechodný dej nabíjania kondenzátora cez rezistor začne v čase  t = t1 = 0 s,  kedy prepneme prepínač Pr. z polohy 1) do polohy 2).  Kondenzátor C predstavuje v danom čase  t1  skrat. Napätie na ňom je nulové,  uC = 0 V.  Napätie  uR  na rezistore R  je rovné napätiu U0  a prúd  i  v obvode je maximálny, rovný  I0.

Prechodný dej nabíjania kondenzátora C cez rezistor R


Prúd  i  vytvára na jednotlivých prvkoch obvodu časovo premenlivé napätie  uR  a  uC . Pre tieto napätia môžeme napísať všeobecné vzťahy :

uR = R.i (1)


a

(2)

Podľa II. Kirchhoffovho zákona musí v každom okamihu platiť :

U0 = uR + uC (3)
Po dosadení rovníc (1) a (2) do rovnice (3) dostávame :

Ak túto rovnicu derivujeme podľa času t a vynásobíme kapacitou C dostávame diferenciálnu rovnicu :

Riešením tejto diferenciálnej rovnice je rovnica časového priebehu prúdu i :

       (4)
I0 .........

prúd v okamihu prepnutia prepínača Pr. do polohy 2), keď kondenzátor C je vybitý. Je to maximálny prúd v obvode daný rovnicou :

             

t ......... časová konštanta obvodu. Je definovaná vzťahom :       t = R.C        [s; W, F]


       Ak dosadíme rovnicu (4) do rovnice (1) dostaneme rovnicu, ktorá popisuje zmenu napätia uR na rezistore R :

(5)

Úpravou rovnice (3), použitím II. Kirchhoffovho zákona, vypočítame napätie uC na kondenzátore C :

(6)


       Grafické znázornenie rovníc (4), (5) a (6) sú časové priebehy, znázornené na nasledujúcich obrázkoch.

 Graf zmeny napätia na kondenzátore C a rezistore R počas prechodného deja nabíjania kondenzátora

Graf zmeny prúdu i v obvode počas prechodného deja nabíjania kondenzátora


       Ak teraz dáme čas t rovný hodnote časovej konštanty  t  teda,  t = t ,  dostávame pre rovnice (4), (5) a (6) :

prúd v obvode - i (t) = I0.e-1 = 0,368.I0
napätie na kondenzátore C - uC(t) = U0.( 1- e-1) = 0,632.U0
napätie na rezistore R - uR(t) = U0.e-1 = 0,368.U0

       Napriek tomu, že kondenzátor sa teoreticky nabije na hodnotu napätia U0 za nekonečne dlhý čas, považujeme v praxi prechodný dej za skončený po uplynutí času  t = 5.t . Napätie na kondenzátore dosiahne vtedy hodnotu uC = 0,99.U0 a prúd prechádzajúci obvodom predstavuje len jedno percento hodnoty maximálneho prúdu I0.  Teda po skončení prechodného deja nabíjania kondenzátora, pre čas  t >> 5.t,  môžeme písať pre napätia a prúd :

uC = U0       uR = 0 V       i = 0 A




!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu