Elektrotechnik und Elektronik

RC-Zeit- und Filterrechner

Berechne RC-Zeitkonstanten, das Laden und Entladen von Kondensatoren sowie die Antwort passiver Tief- und Hochpassfilter.

Deine Eingaben

Deine Ergebnisse

Zeitkonstante · τ: —

Grenzfrequenz: —

Kondensatorspannung: —

Spannungsanteil: —

Zeit bis zum Ziel	—
Spannungsverstärkung · dB	—

Antwortkurve

Formelτ = R × C

RC-Lade- und Entladevorgänge sowie Filter erster Ordnung untersuchen

Verwenden Sie einen Widerstand und einen Kondensator, um eine Zeitkonstante, die Kondensatorspannung im Zeitverlauf oder den Frequenzgang eines idealen Filters abzuschätzen. Der Ladevorgang beginnt mit einem ungeladenen Kondensator; der Entladevorgang beginnt bei Ihrer eingegebenen Anfangsspannung. Die Filtermodi stellen ein unbelastetes RC-Netzwerk erster Ordnung dar. Die Berechnung berücksichtigt keine Bauteiltoleranzen, Leckströme oder zusätzliche Quell- oder Lastimpedanz.

Schritt für Schritt

Wählen Sie Laden, Entladen, Tiefpass oder Hochpass. Geben Sie Widerstand und Kapazität ein und prüfen Sie die Einheiten: Die Felder verwenden standardmäßig kΩ und nF.
Geben Sie für die Zeitberechnung die Versorgungs- oder Anfangsspannung, die verstrichene Zeit in ms und einen Zielprozentsatz ein. Geben Sie für die Filterberechnung eine positive Signalfrequenz in Hz ein und vergleichen Sie sie mit der angezeigten Grenzfrequenz.
Lesen Sie die passenden Ergebnisse und die Antwortkurve ab. Die Zeitberechnung zeigt Kondensatorspannung und Zeit bis zum Ziel; die Filterberechnung zeigt Spannungsverstärkung, Dezibel und Phase. Die Kurve verwendet normierte Achsen; beziehen Sie ihre Position daher auf die angezeigte Zeitkonstante oder Grenzfrequenz.

Einstellungen und Grenzen

Zeitkonstante und Grenzfrequenz: Die gemeinsame Zeitkonstante ist τ = R × C und die Grenzfrequenz fc = 1 / (2πRC). Eine Vergrößerung eines der beiden Bauteilwerte erhöht die Zeitkonstante und senkt die Grenzfrequenz. Diese Größen bleiben beim Wechsel zwischen Zeit- und Filtermodi verfügbar.
Zielprozentsatz: Das Ziel muss strikt zwischen 0% und 100% liegen. Im Lademodus ist es der Anteil der endgültigen Versorgungsspannung; im Entlademodus der verbleibende Anteil der Anfangsspannung. Die ideale Exponentialfunktion nähert sich ihrem Endwert, ohne ihn in endlicher Zeit zu erreichen.
Verstärkung und Phase: Die Filterverstärkung ist ein Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangsspannung, kein Leistungsverhältnis. Der Tiefpassausgang wird am Kondensator abgegriffen, der Hochpassausgang am Widerstand. Das Phasenergebnis beschreibt den sinusförmigen Ausgang relativ zum Eingang im gewählten idealen Netzwerk.

Durchgerechnetes Beispiel

Wählen Sie Laden mit R = 10 kΩ, C = 100 nF, einer Versorgung von 5 V, 1 ms verstrichener Zeit und einem Ziel von 90%. Die Zeitkonstante beträgt 1 ms und die Grenzfrequenz etwa 159.155 Hz.

Erwartetes Ergebnis
R	C	τ	fc	Vc (1 ms)	t (90%)
10 kΩ	100 nF	1 ms	159.155 Hz	3.1606 V	2.30259 ms

Bei 1 ms beträgt die Kondensatorspannung etwa 3.1606 V oder 63.2121%; das Erreichen von 90% dauert etwa 2.30259 ms. Beim Entladen von 5 V ergeben sich nach derselben Zeit etwa 1.8394 V. Im Tiefpassmodus bei der angezeigten Grenzfrequenz beträgt die Verstärkung etwa 0.707107 V/V bei −3.0103 dB und −45° Phase.

Fragen und Fehlerbehebung

Warum ändert sich die Zielzeit beim Wechsel zum Entladen?

Das Ziel bedeutet nun verbleibende Spannung statt erreichter Spannung beim Laden. Ein hohes Ziel wird beim Entladen früh und beim Laden später erreicht. Wählen Sie den Prozentsatz der verbleibenden Spannung passend zu Ihrer gewünschten Schwelle.

Kann ich dies als Antwort eines belasteten Filters verwenden?

Das Modell setzt voraus, dass der Ausgang keinen Strom aufnimmt und die Eingangsquelle keinen Widerstand hinzufügt. Ein erheblicher Last- oder Quellwiderstand verändert die Schaltung. Berücksichtigen Sie diese Effekte in einem geeigneten Schaltungsmodell, statt dieses Ergebnis als belastete Antwort zu verwenden.

Warum bleiben Zeit- oder Filterergebnisse leer?

Widerstand und Kapazität müssen positiv sein. Die Zeitberechnung erfordert nichtnegative Spannung und verstrichene Zeit sowie ein Ziel im zulässigen Bereich; die Filterfrequenz muss positiv sein. Korrigieren Sie die hervorgehobene Eingabe und prüfen Sie, ob die eingegebene Einheit zum Feld passt.