Respons Transien Kapasitor

Karena kapasitor menyimpan energi dalam bentuk medan listrik, kapasitor cenderung bertindak seperti baterai sel sekunder kecil, yang mampu menyimpan dan melepaskan energi listrik. Kapasitor yang terisi penuh mempertahankan tegangan nol di seluruh terminalnya, dan kapasitor yang terisi daya mempertahankan jumlah tegangan yang stabil di seluruh terminalnya, seperti halnya baterai.

Ketika kapasitor ditempatkan dalam rangkaian dengan sumber tegangan lain, kapasitor akan menyerap energi dari sumber tersebut, seperti halnya baterai sel sekunder akan terisi daya karena dihubungkan ke generator. Kapasitor yang terisi penuh, memiliki tegangan terminal nol, pada awalnya akan bertindak sebagai hubung singkat saat dipasang ke sumber tegangan, menarik arus maksimum saat mulai menghasilkan muatan.

Seiring waktu, tegangan terminal kapasitor naik untuk memenuhi tegangan yang diberikan dari sumber, dan arus yang melalui kapasitor menurun secara bersamaan. Setelah kapasitor mencapai tegangan penuh dari sumber, kapasitor akan berhenti menarik arus darinya, dan pada dasarnya berperilaku sebagai rangkaian terbuka.

Ketika sakelar pertama kali ditutup, tegangan melintasi kapasitor (yang kami diberitahu telah habis sepenuhnya) adalah nol volt; dengan demikian, pertama kali berperilaku seolah-olah itu adalah korsleting. Seiring waktu, tegangan kapasitor akan naik menjadi tegangan baterai yang sama, berakhir pada kondisi di mana kapasitor berperilaku sebagai rangkaian terbuka.

Arus yang melalui rangkaian ditentukan oleh perbedaan tegangan antara baterai dan kapasitor, dibagi dengan hambatan 10 kΩ. Ketika tegangan kapasitor mendekati tegangan baterai, arus mendekati nol. Setelah tegangan kapasitor mencapai 15 volt, arus akan tepat nol. Mari kita lihat cara kerjanya menggunakan nilai nyata:

Waktu (detik) Tegangan Baterai Tegangan Kapasitor Saat ini 015 V0 V1500 uA0.515 V5.902 V909.8 uA115 V9.482 V551.8 uA215 V12.970 V203.0 uA315 V14.253 V74.68 uA415 V14.725 V27.47 uA515 V14.899 V10.11 uA615 V14. 963 V3.718 uA1015 V14.999 V0.068 uA

Pendekatan tegangan kapasitor ke 15 volt dan pendekatan arus ke nol dari waktu ke waktu adalah apa yang digambarkan oleh ahli matematika sebagai asimptotik : yaitu, mereka berdua mendekati nilai akhir mereka, semakin dekat dari waktu ke waktu, tetapi tidak pernah benar-benar mencapai tujuan mereka. Namun, untuk semua tujuan praktis, kita dapat mengatakan bahwa tegangan kapasitor pada akhirnya akan mencapai 15 volt dan arus pada akhirnya akan sama dengan nol.

Menggunakan program analisis rangkaian SPICE, kita dapat memetakan penumpukan asimtotik tegangan kapasitor dan peluruhan arus kapasitor dalam bentuk yang lebih grafis (arus kapasitor diplot dalam hal penurunan tegangan resistor, menggunakan resistor sebagai shunt untuk mengukur arus) :

Seperti yang Anda lihat, saya telah menggunakan .plot perintah di netlist alih-alih .printcommand yang lebih dikenal . Ini menghasilkan plot pseudo-grafik gambar di layar komputer menggunakan karakter teks. SPICE memplot grafik sedemikian rupa sehingga waktu berada pada sumbu vertikal (turun) dan amplitudo (tegangan/arus) diplot pada horizontal (kanan=lebih; ​​kiri=kurang).

Perhatikan bagaimana tegangan meningkat (di sebelah kanan plot) dengan sangat cepat pada awalnya, kemudian berkurang seiring berjalannya waktu. Arus juga berubah sangat cepat pada awalnya, kemudian turun seiring waktu, tetapi mendekati minimum (kiri skala) sementara tegangan mendekati maksimum.

TINJAUAN:

• Kapasitor bertindak seperti baterai sel sekunder ketika dihadapkan pada perubahan tegangan yang tiba-tiba:awalnya mereka bereaksi dengan menghasilkan arus tinggi yang berkurang seiring waktu.
• Kapasitor yang terisi penuh pada awalnya bertindak sebagai korsleting (arus tanpa penurunan tegangan) ketika dihadapkan dengan penerapan tegangan yang tiba-tiba. Setelah terisi penuh ke tingkat tegangan tersebut, ia bertindak sebagai sirkuit terbuka (jatuh tegangan tanpa arus).
• Dalam rangkaian pengisian resistor-kapasitor, tegangan kapasitor berubah dari nol menjadi tegangan sumber penuh sementara arus berubah dari maksimum ke nol, kedua variabel berubah paling cepat pada awalnya, mendekati nilai akhirnya lebih lambat dan lebih lambat seiring berjalannya waktu.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Sirkuit Konstanta Waktu
• Lembar Kerja Perhitungan Konstanta Waktu