用示波器测量 RC 时间常数

今天我们来用示波器来测量 RC 时间常数。

时间常数为电容通过电阻从初始 0 电压充电至最大电压的 63.2% 所需要要的时间,或者是通过同一电阻将电容放电至其初始电压的 36.8% 所需的时间。

电容时间常数的大小与电路中电阻、和电容本身容量有关,按照“T=RC”公式来计算,其中R是电阻,C是电容。

如果 R = 1000 欧姆, C = 100uF,

T= 1000Ω*0.0001F=0.1秒,也就是 100ms。

每次经过1个时间常数,电容充电的电压,为初始电压与最大电压压差的 63.2%。由于电容在充电,电压在上升,因此压差越来越小,压差的 63.2% 也越来越小,进而充电速度也越来越慢。通常认为5个时间常数后,电容就充满了。充放电曲线如下:

用示波器测量 RC 时间常数_第1张图片

我们写 RC 常数为 T.

那么时刻 n 的电压 Vn 与 时刻 n-T 的电压Vi 的关系公式为:

Vn = (V-Vi)*0.632+Vi

举例,充电电压为 9.5 V, n-T 时电压为 2V, 则 n 时刻的电压为:

Vn=(9.5V-2V)*0.632+2V = 6.74V

电路图如下:

用示波器测量 RC 时间常数_第2张图片

按下开关 SW1 电容充电,释放 SW1 电容放电,电池电压为 9.5V。示波器探头放到 A 点,接地夹子接地。

先将电容放电,示波器时基调整至 100ms, 触发方式改为单次触发,电压档位调整至2V。按下按键,给电容充电,捕捉到的波形如下:

用示波器测量 RC 时间常数_第3张图片

要使用示波器测量时间常数,我们只需要在充电曲线上选择两个参考点,然后观察增长63.2%所花费的时间。

这里我们选择 2 V 为参考点,因为 0V 的不容易确认示波器光标的位置。

我们将光标 A 放到 2V 的位置,将光标B 放到 6.74 的位置,此处没有6.74, 我们挑了一个最接近的 6.68V。然后看时间差 ΔX = 104ms。

接近前面的计算结果 100ms。

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