33、电容器的充电、放电及简单波形形成电路

电容器的充电、放电及简单波形形成电路

1. 暂态现象概述

在电容和电感电路中，当电路条件发生变化时，如突然施加电压、连接或断开电路元件、元件故障等，就会出现暂态现象。暂态现象是指电压和电流需要一定时间才能达到新的值，而非瞬间完成变化。

暂态现象可分为两类：
- 不可取的暂态 ：以雷击电力线为例，雷击后，线路电压会瞬间从几千伏上升到几十万伏甚至更高，然后迅速下降；电流也会突然大幅增加。虽然这些暂态持续时间不长，但可能会造成严重损坏。
- 可取的暂态 ：许多电子设备和电路，如振荡器和定时器，利用电容器充电和放电的暂态效应作为其工作基础。

2. 电容器充电过程

2.1 充电时电压和电流变化

研究电容器充电和放电使用简单电路。假设电容器初始未充电，开关打开。当开关移到充电位置时：
- 电流 ：瞬间跃升至 (E/R) 安培，然后逐渐减小到零。这是因为初始时电容器电压为零，相当于短路，根据欧姆定律 (i = E/R)；随着电容器充电，电流因介质绝缘而逐渐减小到零。
- 电压 ：从初始的零开始，逐渐平稳地上升到 (E) 伏特。这是因为改变电容器电压需要大量电子移动，这需要时间，所以电压不能瞬间改变。

2.2 稳态条件

当电容器的电压和电流达到最终值并停止变化时，电路进入稳态。此时，电容器电压 (v_C = E)，电流 (i_C = 0)，电容器相当于开路。

2.3 示例分析