コンデンサの充電・放電特性 - Java実験室

コンデンサの充電・放電特性







  1. スイッチを上に上げると充電が、下に下がると放電が始まります。
  2. 充電または放電が始まると、自動的に測定電圧が記録されます。
  3. プローブを移動して測定点を変更できます。
  4. 正確な測定データが必要な場合は、コンデンサを完全に充電または放電してからスイッチを操作してください。
  5. 測定値の変動を防ぐため、測定中に電圧、抵抗、静電容量を変更しないでください。

コンデンサの充電

コンデンサに電圧を印加すると、電流が流れながらコンデンサが充電されます。
充電されるプロセスは、電荷が蓄積されるプロセスです。 このように積み重ねられた電荷によって内部電圧が発生する。
充電が進むにつれて、充電速度は遅くなり、内部電圧は外部電圧に近づきます。

コンデンサを充電するときの電圧の変化は、次のように表すことができます。
\[ V(t)=V_0 (1-e^{-t/RC}) \]

\(V(t)\) : コンデンサ内部電圧(V)
\(V_0\) : 外部電圧(V)
\(t\) : 時間(秒)
\(R\) : 抵抗(Ω)
\(C\) : コンデンサの静電容量(F)

例えば、外部電圧が1 V、抵抗が1 kΩ、コンデンサの静電容量が1000 μFとすると、次のような特性曲線が得られます。

Capacitor's characteristic graph

抵抗と静電容量を掛けた \(RC\) を '時定数 (τ, time constant)' といいます。 時定数には次の特性があります。

  • 時定数時間充電すると、総容量の約63.21%が充電されます。
  • 時定数の5倍程度充電させると約99.33%が充電されます。
  • 抵抗が大きいほど電流が弱く流れるため、充電に時間がかかります。
  • 静電容量が大きいほど大量に充電する必要があるため、充電に時間がかかります。

コンデンサの放電

コンデンサの放電にも時間がかかります。
コンデンサの放電は充電と同様に考えることができます。
つまり、時定数時間の間、全容量の約63.21%が放電され、時定数の約5倍程度放電させると、全容量の約99.33%が放電されます。