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电磁炮电容充电电路设计,红绿灯正常显示,电量却只能充到2/3,是电容充电基本公式错了吗?

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【导读】设计带红绿指示灯的充电电路,电磁炮电容充电很长时间才只能充到2/3,是3-5倍的电容常数规律错了吗?
 
【关键词】电路设计   电磁炮    电容充放电    时间常数
 
 
 
 
暑假里,给小弟弟制作了电磁炮,然后大家看一下这个电磁炮的打击效果吧!如图1-2所示。
 
 
 
 
 
 
为了给电磁炮电容充电,专门设计了一个带有指示灯的充电电路,电路图如图3所示。
电路电子参数为:直流电源9伏,电阻150欧姆,电容10000uF,16V,红绿两个发光二极管,还有用于测定的万用表。
我们设定,红色小灯在充电工作时候一直亮,绿色小灯是充电的时候亮,到充满了,这个小灯就不亮了。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
由于这个电路比较简单,就用了面包板进行实验搭建,电路图如图4所示。
 
按上开关,可以看到如设计所示,红色小灯和绿色小灯都正常工作,电路图如图5所示。
 
 
 
 
 
 
过了一会儿,绿色小灯开始熄灭。我们用万用表一测,它的电压只有6.51V,并没有充满,如图6所示,所以我们继续进行充电。过了很长时间,再用表一测,发现电压还是6.6V多一点,增长却不大。根本没有充满,这么长时间了,还是没充满,完全不符合电容常数规律,这是怎么回事呢?
 
 
 
 
 
 
首先,绿色指示灯熄灭并不意味电容充满,这是因为,绿灯熄灭只表示充电电路里面电流很小,电压过低,不足以使绿色指示灯发光。那为什么从很长时间又没充满呢?
 
我们开始做下一个实验
 
这回我把绿灯拔掉,直接连上电路,结果很快达到8.7伏,如图7所示,符合电容充电常数规律(即充电时间为3-5倍的时间常数即可充满)。
 
 
 
 
 
根据查阅资料,发光二极管的正向电阻为50欧姆左右,电路里串联电阻为100欧(忽略电源电阻及导线电阻),根据电容充电公式,如图8所示,电容常数为t=R*C=150*0.01=1.5  秒,取3~5倍的时间常数,10秒钟应该完全充完电路图。
 
 
 
 
 
由上可以看到问题完全出在发光二极管上,为什么会有这种情况呢?就是因为发光二级管的正常发光时的电阻为100欧姆左右,但当电流很小时,它的电阻会变成很大很大,以至于是几百千欧,这时若计算时间常数,也会变得极大,可以直观的说,二极管的电阻变得非常大,那么会极大的阻碍电流通过,所以电容充电速度变得非常慢,数值几乎没有变化。
 
由此可见,电容充电基本公式还是正确的,只是二极管电阻变得非常大的结果。
 
 
最后,还是让我们一起欣赏演示效果吧
 
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