Respuesta transitoria del condensador

Debido a que los condensadores almacenan energía en forma de campo eléctrico, tienden a actuar como pequeñas baterías de celda secundaria, pudiendo almacenar y liberar energía eléctrica. Un capacitor completamente descargado mantiene cero voltios en sus terminales y un capacitor cargado mantiene una cantidad constante de voltaje en sus terminales, al igual que una batería.

Cuando los condensadores se colocan en un circuito con otras fuentes de voltaje, absorberán energía de esas fuentes, al igual que una batería de celda secundaria se cargará como resultado de estar conectada a un generador. Un capacitor completamente descargado, que tiene un voltaje terminal de cero, inicialmente actuará como un cortocircuito cuando se conecta a una fuente de voltaje, consumiendo la corriente máxima cuando comienza a generar una carga.

Con el tiempo, el voltaje terminal del capacitor aumenta para cumplir con el voltaje aplicado desde la fuente, y la corriente a través del capacitor disminuye en consecuencia. Una vez que el capacitor ha alcanzado el voltaje total de la fuente, dejará de extraer corriente y se comportará esencialmente como un circuito abierto.

Cuando el interruptor se cierra por primera vez, el voltaje a través del capacitor (que nos dijeron que estaba completamente descargado) es de cero voltios; por tanto, primero se comporta como si fuera un cortocircuito. Con el tiempo, el voltaje del capacitor aumentará hasta el mismo voltaje de la batería, terminando en una condición en la que el capacitor se comporta como un circuito abierto.

La corriente a través del circuito está determinada por la diferencia de voltaje entre la batería y el condensador, dividida por la resistencia de 10 kΩ. A medida que el voltaje del capacitor se acerca al voltaje de la batería, la corriente se acerca a cero. Una vez que el voltaje del capacitor haya alcanzado los 15 voltios, la corriente será exactamente cero. Veamos cómo funciona esto usando valores reales:

Tiempo (segundos) Voltaje de la batería Voltaje del condensador Actual 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

El acercamiento del voltaje del capacitor a 15 voltios y el acercamiento de la corriente a cero con el tiempo es lo que un matemático describiría como asintótico : es decir, ambos se acercan a sus valores finales, acercándose cada vez más con el tiempo, pero nunca llegan exactamente a sus destinos. Sin embargo, para todos los propósitos prácticos, podemos decir que el voltaje del capacitor eventualmente alcanzará los 15 voltios y que la corriente eventualmente será igual a cero.

Usando el programa de análisis de circuitos SPICE, podemos trazar esta acumulación asintótica de voltaje del capacitor y la caída de la corriente del capacitor en una forma más gráfica (la corriente del capacitor se traza en términos de caída de voltaje a través de la resistencia, usando la resistencia como derivación para medir la corriente) :

Como puede ver, he usado el .plot comando en la lista de red en lugar del más familiar .printcommand . Esto genera un diagrama pseudográfico de figuras en la pantalla de la computadora utilizando caracteres de texto. SPICE traza gráficos de tal manera que el tiempo está en el eje vertical (hacia abajo) y la amplitud (voltaje / corriente) se traza en el horizontal (derecha =más; izquierda =menos).

Observe cómo el voltaje aumenta (a la derecha del gráfico) muy rápidamente al principio, luego disminuyendo a medida que pasa el tiempo. La corriente también cambia muy rápidamente al principio y luego se estabiliza a medida que pasa el tiempo, pero se acerca al mínimo (a la izquierda de la escala) mientras que el voltaje se acerca al máximo.

REVISAR:

• Los capacitores actúan como baterías de celda secundaria cuando se enfrentan a un cambio repentino en el voltaje aplicado:inicialmente reaccionan produciendo una alta corriente que se reduce con el tiempo.
• Un capacitor completamente descargado inicialmente actúa como un cortocircuito (corriente sin caída de voltaje) cuando se enfrenta a la aplicación repentina de voltaje. Después de cargarse completamente a ese nivel de voltaje, actúa como un circuito abierto (caída de voltaje sin corriente).
• En un circuito de carga de resistor-capacitor, el voltaje del capacitor va de cero a voltaje de fuente completo mientras que la corriente va del máximo a cero, ambas variables cambian más rápidamente al principio, acercándose a sus valores finales cada vez más lentamente a medida que pasa el tiempo.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de circuitos constantes de tiempo
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