实训报告 电容器充放电延时电路的安装
实训报告电容器充放电延时电路的安装、调试与检测
【材料准备】
通用印制电路板、电阻（100Ω）、电位器（20K）、发光二极管、按钮开关（自锁）、小电池盒、两节电池、导线
【实训任务】
一认识电路
1. 电路图及工作原理
接通电源，开关SB拨向1端，电源将通过发光二极管LED1、电阻器R1对电容器进行充电，左边回路中有电流通过，一段时间后，电容器充电结束，电路中的电流为零。我们看到的现象：发光二极管LED，突然亮一下然后渐渐熄灭。
开关SB由1端拨向2端，已充电的电容器将通过电阻器R2、LED2进行放电，右边回路中有放电电流流过，一段时间后，放电结束，电路中无电流。同样我们将看到发光二极管LED2突然亮一下后渐渐熄灭。
电容器具有充电和放电的功能。
二元件的识别与检测
1.电路元件的识别请将检测结果填入下表
2.元器件的检测
(1)色环电阻器、发光二极管、开关的识读与检测方法可参考前面相关章节内容。
色环电阻器：主要会识读其标称阻值并用万用表测量其实际阻值。
发光二极管：会识别其正负极性，会用万用表测量其正反向电阻。
拨动开关：主要检测其质量及动合与动断端。
(2)电解电容器的检测。
电解电容器有正负极性，在使用之前，应能正确识别其正负极性并对其质量进行检测。
①正负极性的识别。电解电容器有两个引脚，在使用中应注意正负极性。一般长引脚为正极，短引脚为负极。另外，从电容器的外壳也可判断其正、负极性，标有“一”号的一端负极另一端为正极。
②质量检测。利用万用表的R×100挡，通过测量电容器两引脚之间的漏电阻，根据动的情况判断其质量。
首先，将万用表红表笔接负极，黑表笔接正极。在刚接触的瞬间，万用表指针即向右大幅度，然后逐渐向左回转，直到停在某一位置。此时的阻值便为电解电容器的正向电阻。
然后，将红、黑表笔对调，重复刚才测量过程。此时所测阻值为电解电容器的反向漏电阻。
三电路制作与调试
1、按照原理图的结构在电路板中，绘制元件排列的布局草图。
先思考后动手，绘制前请先合理布局。
2、安装与焊接
（1）按工艺要求对元器件引脚进行成形加工
（2）按布局图在实验电路板上进行元器件的排列与插装。
以合理、美观为标准，其中色环电阻器采用水平安装，电容器、发光二极管、按钮采用立式安装。
（3）按工艺要求对元器件进行焊接
（4）焊接电源输入线和输出线。
注意：发光二极管、电容器的正负极性。
3、调试
电源通过电阻R1、发光二极管LED1对电容器进行充电，起初，发光二极管LED1较亮，变暗直至熄灭，说明电路中的充电电流在从大到小发生变化，最后直至为“0”。此时电容器可看成一个等效电源，并通过电阻R2、LED2进行放电。我们同样可以观察到：起初光二极管LED2较亮，然后变暗直至熄灭，说明电路中的放电电流也在从大到小进行变化，直至为“0”。
任务四电路测试与分析
测试1、充电和放电电流。
首先把万用表串接在充电电路中，接上电源，把拨动开关拨向1端，观用表指针的变化情况
测试2、充电和放电电压
把万用表并接在电容器两端，重复以上过程。
五、实训心得体会
第（）小组组长：（）
组员：（） 20 年月日
充放电实验
实验报告 专业：实验日期： 2016.5.16 班级：授课教师: 学号：指导教师： 姓名：成绩评定： 实验2 电容与电感的充放电实验 一、实验目的 1．熟悉电感与电容的充放电过程，掌握充放电过程中电流、电压的计算公式； 2．明确时间常数τ对电感与电容充放电时间的影响； 3．掌握信号发生器与示波器的使用方法； 4．学习分析充放电过程中电压、电流波形的变化规律，比较当τ改变时对波形的影响。 二、实验电路 将一个0.22μF 的电容器、一个4.7kΩ的电阻与函数发生器按图1（a）实验电 路联接。设定函数发生器，使其输出6V/100Hz，占空比为50%的方波。输出6V时模 拟电容器充电; 输出OV时，模拟电容器放电。联接示波器，接通函数发生器的电源 开关，用A通道观察方波，用B通道观察电容器上的电压。 U=6V f=100Hz 方波 A 示波器 Y1 Y2 图1（a） 将一个100mH的电感与一个1 kΩ的电阻串联，然后联接到电压为6V 、频率为1 kHz 的方波上，如图1（b）所示。用示波器观察电感上电压的变化规律。
. U=6V f=1KHz 方波 A B C 示波器 Y1 Y2 图1（b） 三、实验设备 1．Multisim电路仿真软件（机房上机运行）； 2．函数发生器、电阻、电容、电感； 3．示波器。 四、电路联接 通过实验1的学习在掌握Multisim电路仿真软件放置电源、电阻、开关等原件，以及连线的基础上，学习函数发生器、示波器的使用方法。 1.函数发生器 函数发生器位于仿真菜单下的仪器选项中，可以产生不同频率、占空比、振幅、以及偏置的正弦波、三角波、方波。 2.示波器 示波器的位置与函数发生器相同。利用示波器能观察各种 不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种 不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 五、仿真测试 1.电容的充放电实验 按照图1（a）在Multisim电路仿真软件中连接电路，并进行仿真。 将上述电路中的4.7kΩ固定电阻换成10kΩ的电阻，观察充放电曲线的变化。 实验结论： 将电阻值固定为4.7kΩ，将电容器换成10μF，观察充放电曲线的变化。
触摸延时开关设计
触摸延时开关设计 2014年5月21日
一、设计介绍 楼道触摸延时开关是一种简单、安全、新型的电子节能开关。可广范应用于多层住宅和办公楼室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所，也可以在家庭安装。本次设计利用模拟电路与数字电路，以直流稳压电源电路、NE555单稳态电路、和继电器控制电路为核心设计触摸延时开关。需要开灯时，手指触摸开关感应区，电灯自动点亮，延时约一分钟，电灯自动熄灭。设计表明这种开关制作简单，安全节能。 二、设计原理 设计电路如下：
三、单元电路设计及相关参数计算 1、照明灯电路： 照明电路采用100V交流输出，将功率为100W的灯泡之串联。 2、电源电路
电源电路如下： 电子系统的正常运行离不开稳定的电源，多数电路的直流电源是由电网的交流电转换来的。常用小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成如上图所示整流电路。 本设计采用12V电压为电路供电，为得到12V直流电源，将220V频率为50Hz的交流电输入变压器（变比为11:1），经过整流桥整流得到直流电，通过电阻R1限流及稳压二极管将输出电压维持在12V，为其他电路提供稳定的工作电压。变压器副边输出电压脉冲系数大故应将直流电通过电容滤波。理想情况下交流分量可通过电容C3全部滤除，使输出电压仅为直流电压，一般取RC>(3- 5)T/2 其中T为电源交流电压的周期。要得到稳定的直流电滤波后通过电阻R4限流再经稳压二极管1N963，使输出电压稳定为12V。稳压二极管参数如下表所示
参数计算： 取变压器变比为11：1进行计算 变压器副边电压 U2=220/11=22V 交流电通入整流电路，经过全波整流的电压平均值 020.919.8U U V == 因稳压二极管最大工作电流为40mA,计算电阻4R ： 04/40I U R mA =< 得4R >495Ω，取4R =550Ω 3、延时电路
超级电容的充放电实验曲线测试(含答案)
超级电容器的充放电实验曲线测试 一、实验目的 了解超级电容器结构组成以及工作原理，理解超级电容器等效电路模型，学会绘制超级电容器充放电曲线。 二、超级电容器结构以及工作原理 超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔膜四个部件。超级电容器电极由多孔材料在金属薄膜（常用铝）上沉积而成，而活性炭则是常用的多孔材料。充电时，电荷存储于多孔材料和电解质之间的界面上。电解质的选择往往是电容器单体电压和离子导电性之间妥协的结果，追求离子导电性的最大化可能会导致所选择的电解质分解电压低至1V 。隔膜通常是纸，起绝缘作用，可以防止电极之间任何的导电接触。必须能够浸泡在电解质中，并且不影响电解质的离子导电性。 超级电容器是利用双电层原理的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。当两极板间电势低于电解液的氧化还原电极电位时，电解液界面上电荷不会脱离电解液，超级电容器为正常工作状态（通常为3V 以下），如电容器两端电压超过电解液的氧化还原电极电位时，电解液将分解，
为非正常状态。由于随着超级电容器放电，正、负极板上的电荷被外电路泄放，电解液的界面上的电荷相应减少。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、充电实验 按照实验线路图连接电路，将开关接到K端，使电源接入电路中，实现超级电容的充电过程，通过串口命令记录电流和电压。 2、放电实验 在超级电容器充电完成后，将开关接到另一端，将电源断开，实现超级电容的放电过程，通过串口命令记录电流和电压。 五、注意事项 1、超级电容器具有固定的极性。在使用前，应确认极性。 2、超级电容器应在标称电压下使用。当电容器电压超过标称电压时，将会导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。 3、超级电容器不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。 4、外界环境温度对于超级电容器的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。 5、安装超级电容器后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
电容的充放电过程及其应用
电容的充放电过程及其应用 一、实验目的 1．观察RC 电路的矩形脉冲响应。 2．了解RC 微分电路、积分电路及耦合电路的作用及特点。 3．学习双踪示波器的使用方法。 二、实验原理 1． RC 串联电路的充放电过程 在由电阻R 及电容C 组成的直流串联电路中，暂态过程即是电容器的充放电过程（图1），当开关K 打向位置1时，电源对电容器C 充电，直到其两端电压等于电源E 。这个暂态变化的具体数学描述为q ＝CUc ，而I = dq / dt ，故 dt dUc C dt dq i == （1） E iR Uc =+ （2） 将式(1)代人式(2)，得 E RC Uc RC dt dUc 11=+ 考虑到初始条件t=0时，u C =0，得到方程的解： []()() ?? ?? ?? ?-=-=-==RC t E U E U RC t R E i RC t E U C R /exp /exp ）/-（exp -1C 上式表示电容器两端的充电电压是按指数增长的一条曲线，稳态时电容两端的电压等于电 源电压E ，如图2(a) 所示。式中RC=具有时间量纲，称为电路的时间常数，是表征暂态过程进 行得快慢的一个重要的物理量，由电压u 上升到，1/e ≈，所对应的时间即为。 当把开关k 1打向位置2时，电容C 通过电阻R 放电，放电过程的数学描述为 图2 RC 电路的充放电曲线 （a ）电容器充电过程 （b ）电容器放电过程 U R Uc K 1 2 V E R C 图1 RC 串联电路
将dt dUc C i =，代人上式得01 =+Uc RC dt dUc 由初始条件t ＝0时，Uc ＝E ，解方程得 ? ??? ?--=--=-=) /exp()/exp() /exp(RC t E U RC t R E i RC t E Uc R 表示电容器两端的放电电压按指数律衰减到零，也可由此曲线衰减到所对应的时间 来确定。充放电曲线如图2所示。 2. 半衰期T 1/2 与时间常数τ有关的另一个在实验中较容易测定的特征值，称为半衰期T 1/2，即当U C （t ）下降到初值（或上升至终值）一半时所需要的时间，它同样反映了暂态过程的快慢程度，与t 的关系为：T 1/2 =τln2 = τ（或τ= 2） 3. RC 电路的矩形脉冲响应。 若将矩形脉冲序列信号加在电压初值为零的RC 串联电路上，电路的瞬变过程就周期性地发生了。显然，RC 电路的脉冲响应就是连续的电容充放电过程。如图3所示。 图3 RC 电路及各元件上电压的变化规律 若矩形脉冲的幅度为U ，脉宽为t p 。电容上的电压可表示为： ?? ??? ≤≤?≤≤-=- -211 0)1()(t t t e U t t e U t u t t c τ τ ) (t u i )(t u R ) (t C R C ) (t u i (t u R (t u C u u u -t t t 1t 2 t 2t p t 1t 1 t 3 t 2t 3 t 3 t
楼道触摸延时开关电路设计
触摸延时开关设计 1、设计目的 （1）掌握电路工作原理。 （2）熟悉继电器的选择和使用。 （3）熟悉Protel 软件的使用。 2、设计任务 （1）设计一楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持续一段时间后自动熄灭。 （2）开关的延时时间约 1 分钟左右。 3、设计要求 （1）合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图（运用PROTEL 电路设计软件）； （2）选择常用的电器元件（说明电器元件选择的过程和依据）； （3）进行PCB（印制电路板）设计（用PROTEI N电路设计软件）; （4）按照规范要求，按时提交课程设计报告（打印或手写），并完成相应答辩。 4、参考资料 （1）毕满清主编. 电子技术实验与课程设计. 北京：机械工业出版社，2005 （2）胡奕涛主编.电子技术实践教程.北京：北京邮电大学出版社，2007 （3）苏文平，等编著. 电子技术实践与制作教程. 北京：国防工业出版社，2007 （4）康华光主编.电子技术基础:模拟部分. 北京:高等教育出版社,1988
楼道触摸延时开关电路设计 目录 一、设计任务及要求 (1) 1.1 设计任务 (1) 1.2 设计要求 (1) 二、设计作用、目的 (1) 三、设计的具体实现 (1) 3.1 桥式整流电路原理 (1) 3.2 555 定时的工作原理和应用 (3) 3.3 继电器的工作原理和特性 (4) 3.4 稳压管的作用 (5) 3.5 三极管的作用 (6) 3.6 整体系统概述 (6) 3.7 PCB 制作过程概述 (10) 四、心得体会及建议 (10) 五、附录 (12) 六、参考文献 (14)
实验10观察电容器充放电现象
观察电容器的充、放电现象 基础打磨 1.(2019年江西10月联考)如图所示,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是()。 A.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电 B.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电 C.开关接2时,平行板电容器放电,且上极板带正电 D.开关接2时,平行板电容器放电,且上极板带负电 2.(2019年海南11月月考)下列电容器相关知识描述正确的是()。 A.图1为电容器充电示意图,充完电后电容器上极板带正电,两极板间的电压U等于电源的电动势E B.图2为电容器放电示意图,若电容器上极板带电荷量为+Q,则放电过程中通过电流表的电流方向从右向左,流过的总电荷量为2Q C.图3为电解电容器的实物图和符号,图4为可变电容器及其符号,两种电容使用时都严格区分正负极 D.图5中的电容器上有“5.5 V1.0 F”字样,说明该电容器只有两端加上5.5 V的电压时电容才为1.0 F 3.(2019年安徽模拟)(多选)电流传感器可以像电流表一样测量电流,可以捕捉到瞬间的电流变化,相当于一个理想电流表。用如图1所示的电路来研究电容器的放电过程。实验时将开关S拨到1端,用直流电压为8 V的电源给电容器充电,待电路稳定后,将电流传感器打开,再将开关S拨到2端,电容器通过电阻R放电。以S拨到2端时为t=0时刻,电流传感器测得的电流I随时间t的变化图象如图2所示,根据题意,下列说法正确的是()。 A.由I-t图象可知,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2×10-3 C
B.由I-t图象可知,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2 C C.此电容器的电容约为4.0×10-4 F D.此电容器的电容约为0.4 F 能力提高 4.(2019年河北10月联考)用下列器材测量电容器的电容:一块多用电表,一台直流稳压电源,一个待测电容器(额定电压16 V),定值电阻R1=100 Ω,定值电阻R2=150 Ω,电流传感器、数据采集器和计算机,单刀双掷开关S,导线若干。实验过程如下: 实验次数实验步骤 第1次①将电阻R1等器材按照图1正确连接电路,将开关S与1端连接,电源向电容器充电 ②将开关S掷向2端,测得电流随时间变化的i-t曲线如图2中的实线a所示 第2次③用电阻R2替换R1,重复上述实验步骤①②,测得电流随时间变化的i-t曲线如图3中的某条虚线所示 说明:两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同 请完成下列问题: (1)第1次实验中,电阻R1两端的最大电压U= V。利用计算机软件测得i-t曲线和两坐标轴所围的面积为90 mA·s,已知电容器放电时其内阻可以忽略不计,则电容器的电容C= F(结果均保留2位有效数字)。 (2)第2次实验中,电流随时间变化的i-t曲线应该是图3中的虚线(选填“b”“c”或“d”),判断依据 是。 思维拓展 5.(原创)如图是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q,从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下: ①按电路图接好实验电路; ②接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0=6.2 V和微安表读数I0=490 μA; ③断开开关S并同时开始计时,每隔5 s或10 s读一次微安表的读数i,将读数记录在预先设计的表格中; ④根据表格中的12组数据,以t为横坐标,i为纵坐标,在坐标纸上描点(图中用“×”表示)。
触摸延时开关设计
楼道触摸延时开关设计报告 一、设计要求 1.设计一楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并延续一段时间后自动熄灭。 2.开关的延时时间约1分钟左右。 二、设计目的 1.熟悉晶闸管的开关作用 (1).晶闸管的开关作用 晶闸管是一种开关组件，广泛的应用在各种电路，以及电子设备中。典型的小电流控制大电流的组件，通过一个电流很小的脉冲触发，当晶闸管处于导通状态时它的电阻变得很小相当于一跟导线。 (3).晶闸管的工作条件 ●晶闸管承受反向阳极电压时，无论门极承受何种电压,晶闸 管都处于关断状态。 ●晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情 况下晶闸管才导通。
●晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压,无论门 极电压如何，晶闸管保持导通,即晶闸管导通后，门极失去 作用。 ●晶闸管在导通情况下，当主回路电压或电流减小到接近于 零时，晶闸管关断。 （2） .晶闸管的管脚鉴别 ●单、双晶闸管的判别： 先任测两个极，若正、反测指针均不动（R×1挡），可能是A、K或G、A极（对单向晶闸管）也可能是T2、T1或T2、G极（对双向晶闸管）。若其中有一次测量指示为几十至几百欧，则必为单向晶闸管。且红笔所接为K极，黑笔接的为G极，剩下即为A极。若正、反向测批示均为几十至几百欧，则必为双向晶闸管。再将旋钮拨至R×1或R×10挡复测，其中必有一次阻值稍大，则稍大的一次红笔接的为G极，黑笔所接为T1极，余下是T2极。 图2-2 晶闸管管脚 2.掌握桥式整流电路原理 (1).单相桥式整流电路的组成 单相桥式整流电路由四只二极管组成，其构成原则就是保证在变压器副边电压u2正、负半周内正确引导流向负载的电流，使其方向不变。设变压器副边两段分别为a和b，则a为“＋”、b
超级电容
超级电容器从储能机理上面分的话，超级电容器分为双电层电容器和赝电容器。是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛。 超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 原理 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。 超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层。 它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离要小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。 双电层电容器与铝电解电容器相比内阻较大，因此，可在无负载电阻情况下直接充电，如果出现过电压充电的情况，双电层电容器将会开路而不致损坏器件，这一特点与铝电解电容器的过电压击穿不同。同时，双电层电容器与可充电电池相比，可进行不限流充电，且充电次数可达10^6次以上，因此双电层电容不但具有电容的特性，同时也具有电池特性，是一种介于电池和电容之间的新型特殊元器件。
用示波器观测电容的充放电特性2
用示波器观测电容的充放电特性 ● 实验目的 1．观察电容器的充与放电现象 2．通过放电的电压曲线，研究放电时间与哪些因素有关,测定电容器的电容量; 3．进一步熟悉示波器的使用. ● 仪器和用具 双踪示波器一台, 函数发生器一台,标准电阻箱一个,电容器一个 ● 实验原理
电容器能储存电量，如图8-1所示，将电键S与a 接通，电容器充电；将电键S与b相连接，电容器放电。可以用示波器CH1通道并联在电容器两端观察电容器充放电时电压与时间的变化曲线，实际测量中使用信号发生器输出标准方波来代替电键。根据串联电阻电容充电公式： 电容放电公式： 当电容充电（或放电）时间t=τ（τ=RC）时电容
器两端的电压等于电源E的63.2%（或36.8%），可见电容器两端电压跟串联电阻R的大小和电容C的大小有关。当电容器两端电压： τ=RC C=τ/R C=T/2R0.693 如果已知标准电阻R, 只要测得半衰期时间T/2就可以求得待测电容C的值. ● 实验步骤 1，按图连接线路， 2，调节信号发生器输出方波， 参考幅度：2Vpp---4Vpp。
参考频率：50HZ---200HZ 参考电阻: 10000Ω 参考电容: 0.100UF 3，用示波器CH1通道观测电容器的充放电特性；也可以用CH2通道观测信号发生器的输出波形，用 以作为对比； 4，改变R，C，和信号发生器的方波周期，观测充放电特性曲线； 5，调节最佳半衰期图形,用示波器标尺读出T1/2值, 设计表格记下各项参数; 6, 用坐标纸画出一个完整的充放电波形图. ● 实验数据处理
1,计算测量电容值 因为电容充放电为: τ=RC C=τ/R C=T1/2R0.693 2,计算相对误差: E=ΔC/C参考X100% ● 实验结论与误差分析1, 2, 3,
充放电实验
实验报告 专业: 实验日期: 2016、5、16 班级: 授课教师: 学号: 指导教师: 姓名: 成绩评定: 实验2 电容与电感的充放电实验 一、实验目的 1.熟悉电感与电容的充放电过程,掌握充放电过程中电流、电压的计算公式; 2.明确时间常数τ对电感与电容充放电时间的影响; 3.掌握信号发生器与示波器的使用方法; 4.学习分析充放电过程中电压、电流波形的变化规律,比较当τ改变时对波形的影 响。 二、实验电路 将一个0、22μF 的电容器、一个4、7kΩ的电阻与函数发生器按图1(a)实验电 路联接。设定函数发生器,使其输出6V/100Hz,占空比为50%的方波。输出6V时模拟 电容器充电; 输出OV时,模拟电容器放电。联接示波器,接通函数发生器的电源开关, 用A通道观察方波,用B通道观察电容器上的电压。 U=6V f=100Hz 方波 A 示波器 Y1 Y2 图1(a) 将一个100mH的电感与一个1 kΩ的电阻串联,然后联接到电压为6V 、频率为1 kHz 的方波上,如图1(b)所示。用示波器观察电感上电压的变化规律。
、U=6V f=1KHz 方波 A B C 示波器 Y 1 Y2 图1(b) 三、实验设备 1.Multisim电路仿真软件(机房上机运行); 2.函数发生器、电阻、电容、电感; 3.示波器。 四、电路联接 通过实验1的学习在掌握Multisim电路仿真软件放置电源、电阻、开关等原件, 以及连线的基础上,学习函数发生器、示波器的使用方法。 1、函数发生器 函数发生器位于仿真菜单下的仪器选项中,可以产生不同频率、占空比、振幅、 以及偏置的正弦波、三角波、方波。 2、示波器 示波器的位置与函数发生器相同。利用示波器能观察各种 不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种 不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 五、仿真测试 1、电容的充放电实验 按照图1(a)在Multisim电路仿真软件中连接电路,并进行仿真。 将上述电路中的4、7kΩ固定电阻换成10kΩ的电阻,观察充放电曲线的变化。 实验结论: 将电阻值固定为4、7kΩ, 将电容器换成10μF,观察充放电曲线的变化。
RC电路充电时间计算
RC电路充电时间计算 简单RC电路充电时间的计算方法。时间常数为tao=RC，一般三个tao就能完全充满电
V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为t时刻电容上的电压值。 则， Vt="V0"+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)] 或， t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 求充电到90%VCC的时间。（V0=0，V1=VCC，Vt=0.9VCC）
代入上式：0.9VCC=0+VCC*[[1-exp(-t/RC)] 既[[1-exp(-t/RC)]=0.9； exp(-t/RC）=0.1 - t/RC=ln(0.1) t/RC=ln(10) ln10约等于2.3 也就是t=2.3RC。 带入R=10k C=10uf得。 t=2.3*10k*10uf=230ms RC回路充放电时间的推导过程需要用高等数学，简单的方法只要记住RC回路的时间常数τ=R×C，在充电时，每过一个τ的时间，
电容器上电压就上升（1-1/e）约等于0.632倍的电源电压与电容器电压之差；放电时相反。 如C=10μF，R=10k，则τ=10e-6×10e3=0.1s 在初始状态Uc=0时，接通电源，则过0.1s（1τ）时，电容器上电压Uc为0+（1-0）×0.63 2=0.632倍电源电压U，到0.2s（2τ）时，Uc为0.632+（1-0.632）×0.632=0.865倍U……以此类推，直到t=∞时，Uc=U。放电时同样运用，只是初始状态不同，初始状态Uc=U。 单片机复位(上电复位和按键复位，复位脉宽10ms，R常取值10k~47k，c取值10~100uf，电容大些为好)： 原理：如果复位是高电平复位，加电后电容充电电流逐渐减少，此时经电阻接地的单片机IO是没电压的，因为电容是隔直流的，直到充电完毕开始放电，放电的过程同样是电流逐渐减少的，开始放电时电流很大，加到电阻上后提供给IO高电平，一段时间（电容器的充放电参数：建立时间等）后，电流变弱到0，但是复位引脚已经有了超过3us的高电平，所以复位就完成了； 手动复位，如加按键，则是直接将电容短路，给复位引脚送高电平，此部分就只有电容在起作用；当然电源较大（一般3.3v-5v）的话，加电阻是为了分压，防止烧坏引脚。 1.放电是一个一阶电路的零输入响应， SPICE Model R 1 0 R C 1 0 C IC=UC 我们有公式：UR-Uc=0,而UR=i*R, i=dUc/dt; 所以，有RC*dUc/dt+Uc=0;从而有初始条件有：Uc=UC*EXP(-t/RC),令τ=1/RC为时间常数,我们得到放电方程为Uc=UC*EXP(-t/τ), 其放电时间一般为3~5τ，理由是5τ时Uc=0.0067UC,已很小。 2. 充电方程类似，可以自己分析吧！
楼道触摸延时开关基于MULTISIM
电子综合开发实践报告 设计课题：楼道触摸延时开关 专业班级：电信10级（2）班 学生学号：2010508115 学生姓名：王彪 设计时间：2013.1.16 信息科学与技术学院 2013年1月
电子综合设计 楼道触摸延时开关 一、设计任务与要求 1、设计一个楼道触摸延时开关，其功能是当人用手触摸开关时，照明灯点亮，并持 续一段时间后自动熄灭。 2、开关的延时时间约1分钟左右。 二、方案设计与论证 楼道触摸延时开关的主要难点在于如何实现延时以及人用手触摸开关时候的安全性，延时可通过RC电路和继电器实现，延时时间可通过对RC电路的时间常数进行换算。对此我想出了两种方案来设计。原理框图如下所示： 图2.1 楼道触摸延时开关原理框图 方案一 题目的要求是触摸延时，我首先想到的是用555定时器进行延时输出，通过把555定时器设定在手动单稳态触发，即把THR和TRI脚连接到RC串联回路之间再接开关实现，则当开关按下时，触发器由稳态进入暂态，输出为高电平，当开关断开时，由于RC回路的存在，C向R放电，经过时间T=1.1*RC后，才再由暂态变成稳态，若在555的输出端接一个常开继电器，则在有高电平输出时继电器闭合，则可导通楼道电灯开关，当延时一段时间后再打开，即电灯熄灭。在实际设计时发现LM555定时器的VCC电压不能设置正常，即220V市电通过变压整流滤波稳压之后接在555上电路会出错，而单独使用5V电压源则电路运行正常，由于找不出原因而放弃这种连接方法。 方案二 通过大量书籍的查阅，我了解到可以用三个三极管完成对延时电路的实现，即一个放大人手微弱漏电流的三极管T1，直接耦合一个若有第一级三极管放大后的电
超级电容常识
超级电容常识 超级电容基本知识 寿命 超级电容具有比电池更长的使用寿命，但是寿命也不是无限延长的。寿命终止失效模式为等效串联内阻的增加（ESR）升高和容量降低。超级电容实际的寿命失效取决于应用要求，比如长期置于 高温下，高电压和超电流将会导致ESR升高和容量降低。这些参数降低将会延长超级电容的寿命。 电压 超级电容具有推荐的额定工作电压，电压值是根据超级电容在最高的额定温度下最长寿命来设定的。如果使用电压超出额定电压，将会导致寿命缩短，若过压时间较长则内部电解液将会分解为气体，当气体的压力逐渐增强时，超级电容内部将会漏液或防爆阀破裂。 极性 超级电容采用对称的电极设计，正负极具有类似的结构，当电容首次装配时，任一电极都可以被当成正极或者负极，一旦超级电容被第一次充满电时，超级电容将会形成极性化。所以我们在生产过程中将会100%的充放电将极性定型，同时在每一个电容的外壳上面都有一个负极标志。提醒一点：虽然超级电容可以被放电使电压降低到零电压,但是电极还是保留非常少的电荷，此时变换极 性是不可以的。超级电容按照一个方向被充电的时间越长，他们的极性就变得越强。若此时更改极性将会使电容的寿命缩短或损坏。 环境温度 能量型超级电容的正常工作温度是-25℃--70℃，功率型超级电容的正常工作温度是-40℃--60℃，温度及电压对超级电容寿命有影响。一般来说，超级电容的环境温度每升高10℃，超级电容的寿 命就会缩短一半。也就是说在可能的情况下尽可能在最低温度下使用超级电容，那么就可以降低电容的衰减与ESR的升高。若低于正常室温环境下，那么可以降低电压以抵消高温对电容的负面 影响。相反在低温下提高超级电容的工作电压，可以有效的抵消超级电容在低温下内阻的升高。在高温情况下，电容内阻升高。在低温下，电容的内阻升高时暂时的，因为在低温下电解液的稠性升高，降低了电离子的远动速度。 放电特性 超级电容放电时，是按照一条斜率曲线放电，当确定应用时超级电容的容量与内阻要求时，最重要的就是要了解电阻及容量对放电特性的影响。在高脉冲电流应用时，ESR是重要的因素。而在低电流应用时，容量是最重要的因素。计算公式如下： Vd=I(R+T/C) Vd是起始工作电压与截止电压之差，I是放电电流，R是超级电容的（ESR），T是放电时间，C是电容的容量。在脉冲应用中，由于瞬间放电流很大，为减少电压的降幅，选用低内阻（ESR） 的超级电容，而在低电流应用中则需要选用高容量的超级电容。 充电方法 超级电容可用各种方法进行充电，如：恒定电流、恒定功率、恒定电压或与能量储存器，或者电源并联（如电池、DC变换器等）。如果超级电容与电池并联，加一个低阻值串联电阻将降低超级 电容的充电电流，并提高电池的使用寿命。但是如果使用串联电阻，必须要保证电容的电压输出端是直接与应用器连接而不是通过电阻与应用器连接，否则超级电容的低内阻特性将是无效的。在高脉冲电流放电时，许多电池系统寿命均会缩短。 超级电容最大充电电流I计算公式如下： I=V/5R I是推荐的充电电流，V是充电电压，R是超级电容的ESR。超级电容持续大电流或者高压充电，超级电容将会过度发热，过度发热将会导致ESR增加，电解液分解气化，缩短寿命、漏液、防爆 阀爆裂。如果要使用高于额定值的电流或电压充电请与生产厂商联系。 自放电与漏电流 以不同方法进行测量时自放电与漏电流在本质上是相同的，针对超级电容的结构，从正极到负极具备高的耐电流特性。也就是说保留电容电荷，需要少量的额外电流，这个电流就是漏电流。而当移除充电电压时，电容不在负荷时，额外的电流会促使超级电容放电，称为自放电流。 电容串联 单体超级电容的电压一般为2.5V或2.7V，而在许多应用领域要求高电压，超级电容可以设置串联的方法来提高工作电压。确保单一的超级电容电压不超过其最大的额定工作电压是很重要的，否 则会导致电解液分解产生气体，ESR升高，寿命减短。 在放电或者充电时，在稳定状态下因容量和漏电流的差异，都将会导致串联的超级电容电压不平衡现象。在充电时，串联的超级电容将起到电压分配作用，因此低容量单体超级电容将承受更大的电压。例如: 2.5V1F的超级电容串联，两个容量分别为+20%与-20%，则电压分配如下： V1=V供*（C1/(C1+C2)） V供是供给给串联两端的充电电压。 假设V1是+20%容量偏差的电容，若供应充电电压是5V,则： V1=5*(1.2/(1.2+0.8))=3V 所以，为避免超出3V的超级电容浪涌电压范围，串联超级电容的容量必须在同一个趋势范围内。在选择上可以用主动电压平衡电路来降低因容量不平衡而产生的电压不平衡。注意大多数的电压 平衡方法都是取决于具体的应用。 主动电压平衡 主动电压平衡电路能使串联的超级电容上的电压与额定电压驱同而不管有多少电压不平衡产生。同时在确保精确的电压平衡时，主动平衡电路在稳定的状态下只有非常低的电流，只有当电压超出平衡范围时才会产生比较大的电流，这些特性使得主动电压平衡电路是超级电容频繁充放电及如电池等能量组件使用的最理想电路。 被动电压平衡 被动电压平衡电路是忽略超级电容的低内阻直接用高电阻来做平衡电路的一种方式，采用与电容并联电阻进行分压，这就允许电流从高电压的超级电容上流至低电压的超级电容上实现电压的平衡。最重要的是选择平衡电阻值来提供超级电容更高电流的流动而不增加超级电容的漏电流。同时要注意：“漏电流在温度升高的时候会上升的”。 被动平衡电路使用在不频繁对超级电容进行充放电的应用，同时要能够承受平衡电阻的额外电流负载时推荐使用。使用平衡电阻时，建议使用平衡电阻的应能提供最差超级电容漏电流50倍以上 的额外电流，根据最高使用温度选择在3.3KΩ-22KΩ。尽管更大阻值的平衡电阻在大多数情况下也能工作，但其不可能在不匹配的超级电容串联时起到保护作用。 逆向电压防护 当串联使用的超级电容被快速放电时，低容量超级电容的电压将潜在地变为负电压。这是不允许的，同时会降低超级电容的使用寿命。一个简单的防护逆向电压的方法是在超级电容上的两端增加一个二极管。使用适当的额定的限流二极管替代标准的二极管，还可以保护超级电容出现过电压现象。在选择二极管时，“二极管必须能够承受电源的峰值电流”。 脉动电流 超级电容虽然有比较低的内阻，但是相对电解电容而言，其内阻还是比较大的，若应用在脉冲电流的环境中容易引起内部发热，从而导致电解液分解、ESR增加，从而引起超级电容寿命缩短。为了保证超级电容的使用寿命，在应用在脉冲环境中时，最好要保证超级电容表面的温度上升不超过3℃。 比能量： 是指电容器在单位重量或单位体积下所给出的能量。（通常也叫：重量比能量、体积比能量、能量密度）单位：WH/KG、WH/L 超级电容器的能量与本身的容量与电压有关。其计算方式： E=CV2/2 (单位焦耳J)
双键触摸开关与单键触摸延迟开关电路制作
双键触摸开关与单键触摸延迟开关电路制作 图1和图2是采用555时基电路制作的双键触摸开关与单键触摸延迟开关。图1中M1是“开”触摸片，当人手触碰时，人体感应的杂波信号加到时基电路的低电平触发端IC的②脚，电路置位，③脚输出高电平，继电器K得电吸合，其常开触点闭合，被控电器通电工作。M2为“关”触摸片，一旦触碰，人体感应的杂波信号加到555的阈值端IC⑥，电路复位，③脚输出低电平，继电器失电跳闸，被控电器停止工作。 图2是延迟开关电路，555集成块接成单稳态触发器，平时处于复位状态，继电器K 不动作。当M受到触摸时，电路被触发进人暂态，③脚输出高电平，继电器K吸合，被控电器工作。暂态时间t=1.1R2 X C4，暂态时间结束，电路翻转成稳态，继电器K释放，被控电器停止工作。 图3是一个电源电路采取特殊设计的用555时基电路制作而成的触摸开关，它对外仅两根引出线，因此可直接取代普通开关而不必更改电源布线。EL是不大于25W的白炽灯或交流接触器。虚线左部为普通照明线路，右部为触摸开关电路。IC处于复位状态时，③脚
输出低电平，晶闸管VS的门极通过电阻R3被钳位在低电平，故VS关断，EL不亮，此时5 55的工作电源由220V交流电经灯EL、二极管VD1～VD4整流、电阻R2限流、VD5稳压与IC1滤波获得约6V直流工作电压供电。当555时基电路②脚受触发处于置位时，IC③脚输出高电平，VS开通，EL点亮发光。VS开通后，555工作电源直接由灯EL、二极管VD1～VD4、晶闸管VS与稳压管VD5构成回路，C1两端仍能获得6V直流工作电压，只是此时电阻R2不起作用。 电路的右部时基电路部分与图1相同，如将图2左部电源按图3改动，也可以方便地制成一个对外只有两根引出线的触摸延迟开关。有一点需要特别注意的是本电路的负载能力是由VD1～VD4、VS及VD5共同决定的，其中薄弱环节是VD5，本电路VD5采用1W、6V的稳压管，其最大通态电流为0.16A，为确保电 路可靠工作，EL宜用不大于25W的白炽灯。 图4是用双D触发器制作的触摸开关。CD4013是双D触发器，分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路的作用是对触摸信号进行脉冲展宽整形，保证每次触摸动作都可靠。双稳态电路用来驱动晶闸管VS。当人手摸一下M，人体泄漏的交流电在电阻R2上的压降，其正半周信号进入③脚CP1端，使单稳态电路翻转进入暂态．其输出端Q1即①脚跳变为高电平，此高电平经R3向C1充电，使④电位上升，当上升到复位电平时，单稳态电路复位，①脚恢复低电平。所以每触摸一次M，①脚就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲将直接加到11脚CP2端，使双稳态电路翻转一次，其输出端Q2即13脚电平就
超级电容充放电控制电路毕业设计
摘要： 超级电容是一种新型的储能元器件，它相比其它储能元器件有很多优势，比如比功率高、充电速度快、放电电流大、使用寿命长、不污染环境等。其具有很大的发展前景，但由于超级电容个体电压不高，在实际应用过程中就需要将多个超级电容器串并联起来使用。超级电容在充放电过程中，由于其参数存在离散型，即使是同一型号同一规格的超级电容器在其电压内阻、容量等参数上都存在一定的差异。这样容易导致某些超级电容器过充或者过放，影响超级电容的使用寿命和系统的稳定性。同时，超级电容器在充放电过程中，超级电容器电池组两端的电压会逐渐下降，尤其经过长时间大电流放电，电压下降明显，会直接影响负载的工作稳定性。因此研究超级电容充放电控制电路对提高超级电容的使用寿命和系统稳定性十分重要。本文主要对超级电容器电池组采取电压均衡和放电稳压就行设计研究。超级电容器的充放电控制电路有恒压、恒流等。放电稳压有稳压管稳压、三极管反馈稳压、集成芯片稳压等等方式。联系到将超级电容用作后备电源，针对实际应用列出了详细的设计步骤和研究方案。 关键词: 超级电容电压均衡放电稳压 1 绪论 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 当今社会由于石油、煤炭等传统能源日益枯竭，并且这些燃料燃烧对生态环境已经造成了严重的污染。目前人们研究的层次还是局限于油、气混合动力燃料电池、化学电池的研究。虽然其研究成果取得了一定的成就但是他们的缺点也日益暴露出来比如：使用寿命短、温度特性差、充放电速度慢、放电电流小、对环境仍有一定的污染等。所以人们迫切希望能够找到一种绿色环保的储能装置代替传统的储能装置。而超级电容器是上个世纪80年代初出现的新产品，是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能器件。它有其功率高、充电速度快、储存能量大、放电电流大、使用寿命长、免维护等优点。随着便携式电气设备的普及，超级电容在电动汽车的研发、UPS电源、数码产品电源的发展获得了极大的
电容充放电计算公式
标 签：电容充放电公式 电容充电放电时间计算公式设，V0 为电容上的初始电压值； V1 为电容最终可充到或放到的电压值； Vt 为t时刻电容上的电压值。 则， Vt="V0"+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)] 或， t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)] 例如，电压为E的电池通过R向初值为0的电容C充电 V0=0，V1=E，故充到t时刻电容上的电压为： Vt="E"*[1-exp(-t/RC)]
再如，初始电压为E的电容C通过R放电 V0=E，V1=0，故放到t时刻电容上的电压为： Vt="E"*exp(-t/RC) 又如，初值为1/3Vcc的电容C通过R充电，充电终值为 Vcc，问充到2/3Vcc需要的时间是多少？ V0=Vcc/3，V1=Vcc,Vt=2*Vcc/3，故 t="RC"*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2 = 注：以上exp()表示以e为底的指数函数；Ln()是e为底的对数函 解读电感和电容在交流电路中的作用 山东司友毓 一、电感 1．电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过电感线圈时，由于电流时刻都在变化，因此在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感线圈对交变电流会起阻碍作用，前面我们已经学习过，自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关，自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就越大，对交变电流的阻碍作用就越大，电感对交流的阻碍作用大小的物理量叫做感抗，用X L表示，且X L=2πfL。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定。 2．电感线圈在电路中的作用 （1）通直流、阻交流，这是对两种不同类型的电流而言的，因为恒定电流的电流不变化，不能引起自感现象，所以对恒定电流没有阻碍作用，交流电的电流时刻改变，必有自感
锂电池和超级电容充放电特性
锂电池笑效率模型： 目前提出的各种锂电池等效模型可以分为：内阻模型、阻容模型和基于运行时间的电路模型，较为常用的电池模型为Thevenin电路模型，它用电压源表示电源的电动势，电阻表示电池的直接内阻，用RC 电路模拟电池的极化内阻和极化电容 电池的充电限制电压是指电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值，对一般的锂离子电池，其值为 4.2V，若电池到达限制电压后仍采用恒流充电，电池内部会持续升温，活化过程中所产生的气体膨胀，使电池内压增大，压力达到一定程序，会有外壳破裂。 电池的终止电压是指电池放电时电压下降到不适宜再继续放时的最低工作电压。电池在使用过程中，如果电池的端电压已经到达终止电压，继续放电能得到的容量很少，但是对电池的使用寿命会带来极大的破坏。所以在放电过程中，必须在终止电压时停止放电。终止电压与电池的放电电流、温度等因素有关，不同的工作环境下电池的终止电压将有所不同。我国国家标准规定，单体电池的终止电压为 2.75V，即电池的负载电压达到 2.75V 时，应立刻停止放电。 电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻包括电池电极本身的电阻、电解液的电阻、离子透过隔膜时所受到的阻力、正负极与隔离层的接触电阻。欧姆内阻与电池的类型、正负极材料、电解质有关，也受电池的大小、结构、装配等因素影响。极化内阻指在电池的正极与负极进行电化学反应时极化所引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。极化内阻并不服从欧姆定律，其阻抗一般呈容性。 R2为电池的欧姆电阻，R 1为电池的极化电阻，C1 为电池的极化电容，通常R2比较稳定，在电池工作过程中变化较小，R1和C1 是动态的，在电池充放电过程中会改变。 电池的内阻很小，基本在200 毫欧以内。在小电流放电时，由于外部电阻较大，电池内部压降相对于外电压可以忽略不计。但电池进行大电流放电时，电池极化严重，电阻增大，会产生大量的热量使电池温度升高，电池端电压降低，放电时间缩短，对电池性能和寿命造成严重影响 电池的实际容量是指在一定的放电条件下电池实际放出的电量，理论上等于电池放电电流与放电时间的积分。其值通常要少于理论容量和额定容量。 在研究电池充放电电流时，通常用C为单位，C为电池额定容量，对于1500mAh的电池，1C的放电倍率就是1500mA。锂离子电池典型的充电方式为恒流恒压充电方式，充电开始时先采用恒流充电，使用快速充电时充电倍率一般为0.5C-1C，随着恒流充电的进行，电池电动势逐渐升高，为了维持电池的恒定充电电流，充电器两端电压也必须慢慢升高。当电池端电压达到充电限制电压(通常为4.2V)时，充电过程进入恒压阶段，充电器两端输出恒定电压，在此阶段充电电流持续下降，当电流少于某一设定值，则认为电池已经充满。锂离子最大充电电流通常为1C-1.5C。 图2-6 是锂离子电池在固定充放倍率下的电压曲线，可见充电曲线和放电曲线不会重合，充电曲线的电压高于放电时的电压，这种现象叫做电池的迟滞效应(hysteresis effect)