今天学习第一个简单的电路制作,电容充电放电显示器。需要的原件有:拨码开关1个,470欧的电阻2个,led发光管两个,一个红色一个绿色,470微法电容两只,四节五号电池和一个电池盒,一块面包板。还有几条连接导线。在我头条主页的小视频有充放电演示视频。
电路的左边部分S1、R1、LED1和电解电容C1、C2组成充电电路,充电电流由红色发光二极管LED1显示出来。电路图的右边部分S2、R2、LED2和C1、C2组成放电电路,放电电流由绿色发光二极管LED2显示。
当S1闭合时,电源通过R1、LED1向电容C1、C2充电,在接通电源瞬间,由于C1、 C2中没有电荷, 其两端电压为零,这时通过红色发光二极管LED1的电流最大,发光亮度最高。电阻R1具有限流作用,阻碍电源向电容充电,R1的电阻越大,led1瞬间电流越小,但是发光时间延长,也就是电容的充电时间越长。随着时间的推移,电容逐渐充满电荷,充电电流逐渐减少,红色发光二极管led1逐渐熄灭。当电容c1c2充满电后,断开s1,这个时候c1c2与电源脱离,此时闭合s2,绿色发光二极管led2开始点亮发光,表明电容c1c2开始放电,以此可以表明电容具有储存电荷的能力。电容放电时,随着储存的电荷不断减少,其两端电压也迅速下降,放电电流也随之按指数规律急剧减少。led2的亮度最亮迅速变暗并最终熄灭。电容的容量越大,且限流电阻r2的阻值越大,电容的放电时间就越长,led2点亮的持续时间就越长。
通过以上的描述可以知道,限流电阻r1或者r2的电阻值与电容c1c2两者的乘积,即RC越大,充,放电所需的时间越长,因此RC的乘积叫做阻容充放电电路的时间常数,用希腊字母来表示,即τ=RC
公式中电阻的单位是欧姆,电容的单位是F,τ的单位是s。这个定理广泛应用于各种含有阻容充放电的电路中。
装调提示
电路中采用两支电解电容并联,目的是为了提高总电容容量,延长显示时间,以便更为直观的观察电容的充电和放电过程。实验开始的时候,两个开关s1s2均处于断开状态,先闭合s1,等充电过程结束后,再断开s1闭合s2,放电结束后再断开s2。s1和s2不能同时处于闭合状态。开关s1和s2可用四位拨码开关中的任意两位大用,装配图如2-1-2所示。
最后提醒:电阻在连接的时候不分极性,发光二极管和电容要分正负极。有兴趣的小朋友不妨去买一些配件来自己练习,充实一下自己的暑期。
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