Электротехника и электроника
Калькулятор времени и фильтров RC
Рассчитайте постоянную времени RC, заряд и разряд конденсаторов, а также отклик пассивных фильтров нижних или верхних частот.
Ваши данные
Ваши результаты
- Постоянная времени · τ
- —
- Частота среза
- —
- Напряжение конденсатора
- —
- Доля напряжения
- —
- Коэффициент усиления напряжения
- —
- Фазовый сдвиг
- —
| Время до цели | — |
|---|---|
| Коэффициент усиления напряжения · dB | — |
τ = R × CИзучите заряд, разряд и фильтры первого порядка на RC-цепи
Используйте один резистор и один конденсатор для оценки постоянной времени, напряжения конденсатора во времени или частотной характеристики идеального фильтра. Заряд начинается с незаряженного конденсатора; разряд — с введенного начального напряжения. Режимы фильтра представляют ненагруженную RC-цепь первого порядка. Расчет не учитывает допуски компонентов, утечку и дополнительный импеданс источника или нагрузки.
Пошаговая инструкция
- Выберите режим заряда, разряда, фильтра нижних или верхних частот. Введите сопротивление и емкость, проверяя единицы: по умолчанию в полях используются kΩ и nF.
- Для расчета времени введите напряжение питания или начальное напряжение, прошедшее время в ms и целевой процент. Для фильтра введите положительную частоту сигнала в Hz и сравните ее с показанной частотой среза.
- Просмотрите соответствующие результаты и график отклика. В режиме времени показаны напряжение конденсатора и время достижения цели; в режиме фильтра — коэффициент передачи по напряжению, децибелы и фаза. На графике используются нормированные оси, поэтому соотносите положение на нем с показанной постоянной времени или частотой среза.
Настройки и ограничения
- Постоянная времени и частота среза
- Общая постоянная времени равна τ = R × C, а частота среза — fc = 1 / (2πRC). Увеличение любого из компонентов увеличивает постоянную времени и снижает частоту среза. Эти величины остаются доступными при переключении между режимами времени и фильтра.
- Целевой процент
- Целевое значение должно быть строго между 0% и 100%. В режиме заряда это доля конечного напряжения питания; в режиме разряда — оставшаяся доля начального напряжения. Идеальная экспонента приближается к конечному значению, но не достигает его за конечное время.
- Коэффициент передачи и фаза
- Коэффициент передачи фильтра — это отношение выходного напряжения к входному, а не отношение мощностей. Выход фильтра нижних частот снимается с конденсатора; выход фильтра верхних частот — с резистора. Результат фазы описывает фазу синусоидального выхода относительно входа в выбранной идеальной цепи.
Разбор примера
Выберите заряд с R = 10 kΩ, C = 100 nF, питанием 5 V, прошедшим временем 1 ms и целевым значением 90%. Постоянная времени составляет 1 ms, а частота среза — около 159.155 Hz.
| R | C | τ | fc | Vc (1 ms) | t (90%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 10 kΩ | 100 nF | 1 ms | 159.155 Hz | 3.1606 V | 2.30259 ms |
Через 1 ms напряжение конденсатора составляет около 3.1606 V, или 63.2121%; достижение 90% занимает около 2.30259 ms. При разряде с 5 V напряжение через то же время составляет около 1.8394 V. В режиме фильтра нижних частот на показанной частоте среза коэффициент передачи составляет около 0.707107 V/V, с уровнем −3.0103 dB и фазой −45°.
Вопросы и устранение неполадок
Почему время достижения цели меняется при переключении на разряд?
Теперь цель означает оставшееся напряжение, а не напряжение, достигнутое при заряде. Высокое целевое значение достигается рано при разряде и поздно при заряде. Выберите процент оставшегося напряжения, соответствующий нужному порогу.
Можно ли использовать это как характеристику нагруженного фильтра?
Модель предполагает, что выход не потребляет ток, а входной источник не добавляет сопротивления. Значительная нагрузка или сопротивление источника изменяют цепь. Учтите эти эффекты в подходящей модели цепи, а не рассматривайте этот результат как характеристику под нагрузкой.
Почему результаты расчета времени или фильтра не отображаются?
Сопротивление и емкость должны быть положительными. Для расчета времени нужны неотрицательные напряжение и прошедшее время, а целевое значение должно находиться в допустимом диапазоне; частота фильтра должна быть положительной. Исправьте выделенное поле и убедитесь, что введенная единица соответствует полю.