1. Erstaufladung: Wenn der Stromkreis zum ersten Mal angeschlossen wird, beginnt der Kondensator aufzuladen. Der Widerstand begrenzt den Stromfluss in den Kondensator, wodurch die Spannung am Kondensator allmählich ansteigt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Kondensator auflädt, hängt von den Werten des Widerstands und des Kondensators ab.
2. Exponentieller Spannungsanstieg: Die Spannung am Kondensator steigt exponentiell in Richtung der Spannung der Gleichstromquelle. Die Zeitkonstante des Stromkreises, die durch Widerstand und Kapazität bestimmt wird, bestimmt die Geschwindigkeit dieses Spannungsanstiegs. Die Spannung am Kondensator kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
„
Vc(t) =V_Source * (1 - e^(-t/RC))
„
Wo:
- Vc(t) ist die Spannung am Kondensator zum Zeitpunkt t
- V_Source ist die Spannung der Gleichstromquelle
- R ist der Widerstand
- C ist die Kapazität
- t ist die seit dem Zuschalten des Stromkreises verstrichene Zeit
3. Aktueller Fluss: Während sich der Kondensator auflädt, fließt Strom durch den Widerstand. Der anfängliche Strom ist hoch und nimmt allmählich ab, wenn sich die Kondensatorspannung der Quellenspannung nähert. Der Strom kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden:
„
I =(V_Quelle – Vc(t)) / R
„
Wo:
- I ist der Strom, der durch den Widerstand fließt
- V_Source ist die Spannung der Gleichstromquelle
- Vc(t) ist die Spannung am Kondensator zum Zeitpunkt t
- R ist der Widerstand
4. Steady State: Schließlich erreicht der Kondensator seine maximale Spannung, die der Spannung der Gleichstromquelle entspricht. An diesem Punkt wird der Stromfluss durch den Widerstand Null und die Schaltung erreicht einen stabilen Zustand. In diesem Zustand fungiert der Kondensator als offener Stromkreis und blockiert den Gleichstromfluss.
5. Entladen: Wenn die Gleichstromquelle getrennt oder der Stromkreis geöffnet wird, beginnt sich der Kondensator über den Widerstand zu entladen. Die Spannung am Kondensator nimmt exponentiell ab und der Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung. Die Zeitkonstante des Stromkreises bestimmt wiederum die Entladerate.
Durch das Verständnis des Verhaltens einer Widerstands-Kondensator-Schaltung in einem Gleichstromkreis können Ingenieure elektronische Schaltkreise mit Kondensatoren und Widerständen entwerfen und analysieren, beispielsweise RC-Filter, Zeitschaltkreise und Stromversorgungsschaltkreise.