RC Şarj Devresi

Tüm Elektrik ve Elektronik devreler veya sistemler, kendisine sürekli (DC) veya alternatif (AC) bir sinyal veya voltaj uygulandığında, giriş ve çıkış terminalleri arasında bir tür “zaman gecikmesinden” muzdariptir.

Bu gecikme, genellikle, bir giriş adım voltajı veya sinyali uygulandığında devrenin zaman yanıtını temsil eden devre zaman gecikmesi veya Zaman Sabiti olarak bilinir. Herhangi bir elektronik devrenin veya sistemin ortaya çıkan zaman sabiti, esas olarak ona bağlı kapasitif veya endüktif reaktif bileşenlere bağlı olacaktır. Zaman sabiti birimlerine sahiptir, Tau – τ

Boşalmış bir Kondansatöre artan bir DC voltajı uygulandığında, kondansatör “şarj akımı” ve “şarj” olarak adlandırılan şeyi çeker. Bu voltaj azaldığında, kondansatör ters yönde deşarj olmaya başlar. Kapasitörler elektrik enerjisini depolayabildikleri için, küçük piller gibi birçok şekilde hareket ederler. Enerjiyi plakalarında gerektiği gibi depolarlar veya serbest bırakırlar.

Kondansatörün plakalarında depolanan elektrik yükü şu şekilde verilir: Q = CV. Bir kapasitör enerjisinin bu şekilde şarj edilmesi (depolanması) ve boşaltılması (serbest bırakılması) asla anlık değildir, ancak kapasitörün zaman sabiti ( τ) olarak bilinen maksimum besleme değerinin belirli bir yüzdesine kadar şarj edilmesi veya boşaltılması için geçen süre ile belirli bir süre alır.

Bir direnç, bir RC devresi oluşturan kondansatör ile seri olarak bağlanırsa, kondansatör, voltaj besleme voltajına ulaşana kadar direnç boyunca kademeli olarak şarj olur. Kondansatörün tam olarak şarj edilmesi için gereken süre yaklaşık 5 zaman sabitine veya 5T’YE eşdeğerdir. bu nedenle, geçici yanıt veya bir seri RC devresi 5 zaman sabitine eşdeğerdir.

Bu geçici tepki süresi t, τ = R X C saniye cinsinden ölçülür. Burada r, ohm cinsinden direncin değeridir. C, faradlardaki kapasitörün değeridir. Bu daha sonra bir RC şarj devresinin temelini oluşturur ve 5T düşünülebilir.

RC Şarj Devresi

Yukarıda, C kondansatörünün tamamen “boşaldığını” ve (S) anahtarının tamamen açık olduğunu varsayalım. Bunlar devrenin başlangıç ​​koşullarıdır, o zaman t = 0, i = 0 ve q = 0. Anahtar kapatıldığında zaman t = 0’da başlar ve akım direnç üzerinden kondansatöre akmaya başlar.

RC Şarj Devresi
RC Şarj Devresi

Yukarıda, kapasitörün, C’nin tamamen “boşaldığını” ve anahtar (lar) ın tamamen açık olduğunu varsayalım. Bunlar devrenin başlangıç koşullarıdır. Daha sonra t = 0, ı = 0 ve q = 0’dır. Anahtar kapatıldığında, zaman t = 0’da başlar ve akım direnç üzerinden kondansatöre akmaya başlar.

Kondansatör üzerindeki ilk voltaj sıfır olduğundan, ( Vc = 0 ) t = 0’da kapasitör dış devreye bir kısa devre gibi görünür ve maksimum akım sadece direnç R tarafından sınırlanan devreden geçer. Daha sonra Kirchhoff’u kullanarak voltaj kanunu (KVL), devre etrafındaki voltaj düşüşleri şu şekilde verilir:

RC Şarj Devresi

Devrenin etrafında akan akıma şarj akımı denir ve Ohm Yasası kullanılarak bulunur: ı = Vs / R.

RC Şarj Devresi Eğrileri

RC Şarj Devresi
RC Şarj Devresi Eğrileri

Kondansatör (C), grafik tarafından gösterilen bir oranda şarj olur. RC şarj eğrisindeki artış başlangıçta çok daha diktir, çünkü şarj hızı şarjın başlangıcında en hızlıdır, ancak kondansatör daha yavaş bir hızda ek şarj aldıkça katlanarak daralır.

Kapasitör şarj olurken, plakaları arasındaki potansiyel fark, kapasitör üzerindeki yükün mümkün olan maksimum tam şarjlı voltajının %63’üne ulaşması için geçen gerçek süre ile artmaya başlar, eğrimizde 0.63 Vs, bir tam zaman sabiti olarak bilinir, (T ).

Bu 0.63 Vs voltaj noktasına 1T kısaltması verilir (bir zaman sabiti).

Kondansatör şarj olmaya devam eder ve Vs ve Vc arasındaki voltaj ve devre akımı farkı da azalmaktadır. Yani daha sonra son durumunda, kondansatörün tamamen şarj olduğu söylendiğinde, beş zaman sabitinden ( 5T ) daha büyüktür, t = ∞, i = 0, q = Q = CV. At

Sonsuzda, şarj akımı nihayet sıfıra düşer ve Vc = Vs olarak kondansatör boyunca tamamen besleme voltajı değerine sahip bir açık devre gibi davranır. Bu nedenle matematiksel olarak, bir kondansatörün bir zaman sabitine kadar şarj edilmesi için gereken sürenin (1T ) şu şekilde verildiğini söyleyebiliriz:

RC Zaman Sabiti, Tau

RC Şarj Devresi

Bu RC zaman sabiti sadece R’nin Ω ve Faradlarda C olduğu bir şarj oranını belirtir.

Voltaj V, denklem, VC = Q/C ile verilen bir kondansatör üzerindeki yük ile ilgili olduğundan, şarj süresi boyunca herhangi bir zamanda kondansatör ( Vc ) boyunca voltaj şu şekilde verilir:

RC Şarj Devresi

4 zaman sabitine eşdeğer bir süre sonra, (4T ) bu RC şarj devresindeki kondansatörün neredeyse tamamen şarj olduğu söylenir, çünkü kapasitör plakaları boyunca geliştirilen voltaj, maksimum değerinin %98’ine ulaşmıştır, 0.98 Vs. kondansatörün bu 4T noktasına ulaşması için geçen süre geçici süre olarak bilinir.

5T’LİK bir süre sonra kapasitörün, kapasitör boyunca ( Vc ) besleme voltajına ( Vs) eşit olan voltajla tamamen şarj olduğu söylenir. Bu nedenle kondansatör tamamen şarj olduğundan, devrede daha fazla şarj akımı akmaz. Bu nedenle IC = 0 olur. Bu 5T zaman periyodundan sonraki zaman periyodu genellikle kararlı durum periyodu olarak bilinir.

Daha sonra aşağıdaki tabloda, belirli bir zaman sabiti için bir RC şarj devresindeki kondansatör için yüzde voltaj ve akım değerlerini gösterebiliriz.

RC Şarj Tablosu

RC Şarj Devresi

Bir RC şarj devresi için şarj eğrisinin üstel ve doğrusal olmadığına dikkat edin. Bu, gerçekte kondansatörün asla %100 tam olarak şarj edilmediği anlamına gelir. Bu nedenle tüm pratik amaçlar için beş zaman sabitinden (5T) sonra %99.3 yüke ulaşır. Bu nedenle, bu noktada kapasitörün tamamen şarj olduğu kabul edilir.