《模拟电子元器件应用技术》-任务2-10

任务2电容电路分析1．分析图1所示电路电流的波形。已知C=2μF，电压的波形如图（b）所示。(a)(b)图1电容电路波形分析二、任务要求任务2电容电路分析2．计算图2所示电路中的等效电容C。若电路总电压为4V，计算各电容器的额定电压。二、任务要求图2电容串、并联电路任务2电容电路分析3．图3所示电路中，若已知C=1μF，R1=3Ω，R2=3Ω，R3=2Ω，US=10V，分析计算电路中电流I1、I2和I3。二、任务要求图3RC直流电路任务2电容电路分析二、任务要求图4纯电容的正弦交流电路4．图4所示电路，已知电容C=2200μF，若电压

求电流的瞬时值。图5RC积分电路任务2电容电路分析5．图5所示电路为RC积分电路，已知R=10KΩ，C=10μF，输入ui为脉冲信号，频率为10HZ，幅值为5V，占空比为0.5，分析输出uO的波形。二、任务要求任务2电容电路分析6．图6所示电路是AT89C51单片机的上电复位电路，电路要求RST保持10ms以上的高电平，已知电路中的电阻为8.2kΩ，计算电容的容量。二、任务要求图6单片机上电复位电路三、相关知识1．电容元件的特性2．电容元件的联接3．纯电容的正弦交流电路分析4．电容的充电和放电过程任务2电容电路分析1.电路符号电容元件是电容器的理想化模型，是一种能储存电场能量的储能元件。其符号如图所示。（a）固定电容（b）可调电容（c）微调电容（d）电解电容（一）电容元件的特性任务2电容电路分析任务2电容电路分析2．伏安特性在图示电路电压、电流方向（关联参考方向）下，电流与电压的关系是：①任一时刻电容电路中的电流与该时刻电压的变化率成正比，而与电压的大小无关；②电容元件在直流电路中，相当于开路，即电容具有通交流，阻直流的特性；③电容元件两端的电压不能发生突变；或（一）电容元件的特性任务2电容电路分析（二）电容元件的联接当一个电容器的容量和耐压值不能满足电路的要求时，通常要将电容串联或并联起来。1.电容的串联（1）等效电容：（2）电压：各电容上的电压分配与电容成反比。2．电容的并联（1）等效电容：C=C1+C2+C3（2）电压：各电容上的电压相等。任务2电容电路分析（二）电容元件的联接任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析1．交流电的定义（1）交流电：大小和方向随时间作周期性变化的电压和电流，称交流电。交流电分正弦交流电和非正弦交流电。（2）正弦交流电：大小和方向随时间按正弦规律变化的电压和电流，称正弦交流电。如图所示。任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析（3）非正弦交流电：大小和方向随时间按非正弦规律变化的电压和电流，称非正弦交流电。如三角波、方波、矩形波、锯齿波等。任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析2．正弦交流电的瞬时值、幅值、有效值（1）瞬时值：正弦交流电流或电压在任一时刻的值。表达式为：或Im（Um）、ω、ψ称为正弦交流电的三要素。Im（Um）—正弦交流电流（电压）的幅值，表示交流电的大小；ω—正弦交流电的角频率，

ω=2πf，表示交流电变化的快慢；ψ—正弦交流电的初相位（角），表示交流电的起始位置。任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析2．正弦交流电的瞬时值、幅值、有效值（2）最大值:正弦交流电压和电流的幅值，用Im和Um表示。（3）有效值：与交流电量热效应相等的直流电量，用I或U表示。仪表测得的交流电流、电压均为有效值。有效值与幅值（最大值）的关系：任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析3．正弦交流电的相量表示（1）相量：用复数表示的正弦交流电。复数的模表示交流电的有效值或最大值；复数的辐角表示交流电的初相角。有效值相量为：有效值相量为：任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析3．正弦交流电的相量表示（2）复数的表示方法：①代数式：（a为实部，b为虚部，j为虚数单位。）②三角式：模：幅角：③指数式：④极坐标式：任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析3．正弦交流电的相量表示（3）复数的运算：①加减运算：用代数式运算。②乘除运算：用极坐标式运算。设则设则任务2电容电路分析（三）纯电容的正弦交流电路分析4．纯电容的正弦交流电路特性设电压为：（电压滞后电流90°）任务2电容电路分析（四）电容的充电和放电过程1．电容的充电过程（1）电容充电：电容是一种能储存电场能量的元件，在直流稳态电路中相当于开路，但在如图所示，开关s闭合，电容刚接入直流电源时，电容将被充电，正电荷在电源的作用下逐渐向电容的一个极板上聚集，另一极板则感应出等量的负电荷，随着极板电荷量的增加，电容端电压持续升高。（2）过渡过程：电容的充电过程是一“过渡过程”，当其极板的电荷量达到其容量后，电容的端电压将不再变化，电路中也不再有电荷流动，充电过程结束。任务2电容电路分析（四）电容的充电和放电过程1．电容的充电过程（3）过渡过程的三要素：电容充电后，电路将由一种稳定状态变为另一种稳定状态，引起该过渡过程的原因是“换路”，即开关切换。分析过渡过程时，换路前的瞬时值用f（0－）表示，换路后的瞬时值，又称初始值，用f（0+）表示，换路后的稳态值用f（∞）表示，决定过渡过程长短的因素用换路时间常数τ（=RC）表示。

f（0+）

、f（∞）、τ是影响过渡过程电压、电流瞬时值的决定性因素，称为过渡过程的三要素。任务2电容电路分析（四）电容的充电和放电过程1．电容的充电过程（4）过渡过程分析的三要素分析法：根据基尔霍夫电压定律、电容两端的电压不能突变等理论，通过列电压方程，解微分方程，得过渡过程分析的三要素公式：任务2电容电路分析（四）电容的充电和放电过程1．电容的充电过程（5）电容充电电压瞬时值：由右图，开关S闭合后，有：uC（0+）=uC（0-）=0uC（∞）=USτ=RC代入三要素公式，有：任务2电容电路分析（四）电容的充电和放电过程2．电容的放电过程（1）电容放电：如下图所示，当电容充电结束后，使S1断开，S2闭合，这时电容储存的电荷将通过电阻R2释放掉，直到uc=0，这一过程即为电容的放电过程。。任务2电容电路分析（四）电容的充电和放电过程2．电容的放电过程（2）电容放电电压瞬时值：由图，电容充满电后，开关S1断开，S2闭合后，有：uC（0+）=uC（0-）=USτ=R2C代入三要素公式，有：uC（∞）=0任务2电容电路分析（一）分析图示电容电路电流的波形。四、任务实施（1）t=0-1ms时，由得：（2）t=1-2ms时，由得：任务2电容电路分析（二）计算图示电路中的等效电容C。四、任务实施（2）根据电容串、并联电路和特点及电容串联的分压原理：2μF电容器额定电压应不低于4V；3μF电容器额定电压应不低于4V；6μF电容器额定电压应不低于1.6V。（1）任务2电容电路分析（三）分析计算图示电路中的电流I1、I2和I3。四、任务实施（2）由KCL、KVL，得：（1）因直流恒稳电路电容相当于开路，故：I2=0任务2电容电路分析（四）分析计算图示电路中的电流瞬时值。四、任务实施任务2电容电路分析（五）分析计算图示电路输出电压uO的波形。四、任务实施（2）ui=5V时，电容C通过R充电，τ=RC=10×103×10×10－6=0.1s，因τ远大于脉宽，故当uO未达到最大值5V时，ui又变为0，相当于电容C被电阻R短接，电容C通过R放电，放电时间常数τ=RC=0.1s。任务2电容电路分析（五）分析计算图示电路输出电压uO的波形。四、任务实施同样因放电时间常数远大于脉宽，uO未达到0V时，ui又变为5V开始充电。uO波形近似三角波，如图所示。任务2电容电路分析（五）分析计算图示AT89C51单片机的上电复位电路中电容的容量。四、任务实施电路原理：根据基尔霍夫电压定律，VCC=UC+UR。单片机刚开机时，VCC为高电平，因电容的端电压