커패시터는 전기장 의 형태로 에너지를 저장하기 때문에 작은 2차 전지처럼 작동하여 전기 에너지를 저장하고 방출할 수 있습니다. 완전히 방전된 커패시터는 단자에 0볼트를 유지하고 충전된 커패시터는 배터리처럼 단자에 일정한 양의 전압을 유지합니다.
커패시터가 다른 전압원이 있는 회로에 배치되면, 2차 전지가 발전기에 연결되면 충전되는 것처럼, 그 전압원에서 에너지를 흡수합니다. 단자 전압이 0인 완전히 방전된 커패시터는 전압원에 연결되면 처음에는 단락 회로로 작용하여 충전을 시작하면서 최대 전류를 끌어옵니다.
시간이 지남에 따라 커패시터의 단자 전압은 소스에서 인가된 전압에 맞게 상승하고 커패시터를 통과하는 전류는 그에 따라 감소합니다. 커패시터가 소스의 전체 전압에 도달하면 전류를 끌어오지 않고 본질적으로 개방 회로처럼 작동합니다.
스위치가 처음 닫혔을 때, 커패시터(완전히 방전되었다고 들었습니다)의 전압은 0볼트입니다. 따라서 처음에는 단락 회로인 것처럼 동작합니다. 시간이 지나면서 커패시터 전압은 배터리 전압과 같은 수준으로 상승하여 커패시터가 개방 회로처럼 동작하는 상태가 됩니다.
회로를 통과하는 전류는 배터리와 커패시터 사이의 전압 차이에 의해 결정되며, 10kΩ의 저항 으로 나뉩 니다. 커패시터 전압이 배터리 전압에 접근함에 따라 전류는 0에 접근합니다. 커패시터 전압이 15볼트에 도달하면 전류는 정확히 0이 됩니다. 실제 값을 사용하여 이것이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.
| 0 | 15V(15V) | 0V(전압) | 1500uA |
| 0.5 | 15V(15V) | 5.902 볼트 | 909.8uA |
| 1 | 15V(15V) | 9.482 볼트 | 551.8uA |
| 2 | 15V(15V) | 12.970 볼트 | 203.0uA |
| 3 | 15V(15V) | 14.253 볼트 | 74.68uA |
| 4 | 15V(15V) | 14.725 볼트 | 27.47uA |
| 5 | 15V(15V) | 14.899 볼트 | 10.11uA |
| 6 | 15V(15V) | 14.963 볼트 | 3.718uA |
| 10 | 15V(15V) | 14.999 볼트 | 0.068uA |
시간이 지남에 따라 커패시터 전압이 15볼트에 접근하고 전류가 0에 접근하는 것은 수학자가 점근적이 라고 설명할 것입니다 . 즉, 둘 다 최종 값에 접근하여 시간이 지남에 따라 점점 더 가까워지지만 결코 목적지에 정확히 도달하지 않습니다. 그러나 실제적인 목적을 위해 커패시터 전압은 결국 15볼트에 도달하고 전류는 결국 0이 될 것이라고 말할 수 있습니다.
SPICE 회로 분석 프로그램을 사용하면 커패시터 전압의 점근적 증가와 커패시터 전류의 감소를 보다 그래픽적인 형태로 차트로 나타낼 수 있습니다(커패시터 전류는 저항을 션트로 사용하여 전류를 측정 하는 저항기 양단의 전압 강하를 기준으로 표시됨 ):
보시다시피, 저는 더 익숙한 .printcommand 대신 netlist에서 .plot 명령을 사용했습니다 . 이것은 텍스트 문자를 사용하여 컴퓨터 화면에 그림의 의사 그래픽 플롯을 생성합니다. SPICE는 시간이 수직축(아래로)에 있고 진폭(전압/전류)이 수평축(오른쪽=더 많음, 왼쪽=덜함)에 표시되는 방식으로 그래프를 그립니다.
전압이 처음에 매우 빠르게 증가(플롯 오른쪽)한 다음 시간이 지남에 따라 감소하는 것을 주목하세요. 전류도 처음에 매우 빠르게 변한 다음 시간이 지남에 따라 수평을 유지하지만 전압이 최대에 접근하는 동안 최소(눈금 왼쪽)에 접근합니다.
검토:
- 커패시터는 인가 전압이 갑자기 변하면 2차 전지와 비슷하게 작동합니다. 처음에는 높은 전류를 생성하여 반응한 후 시간이 지남에 따라 감소합니다.
- 완전히 방전된 커패시터는 전압이 갑자기 인가되면 처음에는 단락 회로(전압 강하 없는 전류)로 작용합니다. 그 전압 수준까지 완전히 충전된 후에는 개방 회로(전류 없는 전압 강하)로 작용합니다.
- 저항기-커패시터 충전 회로에서 커패시터 전압은 0에서 최대 소스 전압까지 올라가고 전류는 최대에서 0까지 올라갑니다. 두 변수는 처음에는 가장 빠르게 변하지만 시간이 지날수록 최종 값에 점점 더 느리게 접근합니다.