Електротехніка та електроніка
Калькулятор часу та фільтрів RC
Обчислюйте сталу часу RC, заряджання й розряджання конденсаторів та відгук пасивних фільтрів нижніх або верхніх частот.
Ваші дані
Ваші результати
- Стала часу · τ
- —
- Частота зрізу
- —
- Напруга конденсатора
- —
- Частка напруги
- —
- Коефіцієнт підсилення напруги
- —
- Фазовий зсув
- —
| Час до цілі | — |
|---|---|
| Коефіцієнт підсилення напруги · dB | — |
τ = R × CДослідіть заряджання й розряджання RC та фільтри першого порядку
Використайте один резистор і конденсатор для оцінки сталої часу, напруги конденсатора в часі або частотної характеристики ідеального фільтра. Заряджання починається з незарядженого конденсатора; розряджання — з введеної початкової напруги. Режими фільтрів представляють ненавантажене RC-коло першого порядку. Розрахунок не враховує допуск компонентів, витік і додатковий імпеданс джерела чи навантаження.
Покрокова інструкція
- Виберіть заряджання, розряджання, фільтр нижніх або верхніх частот. Введіть опір і ємність, перевіривши одиниці: типово поля використовують kΩ і nF.
- Для часових розрахунків введіть напругу живлення або початкову напругу, минулий час у ms і цільовий відсоток. Для фільтрації введіть додатну частоту сигналу в Hz та порівняйте її з показаною частотою зрізу.
- Прочитайте відповідні результати й графік відгуку. Часовий режим показує напругу конденсатора й час до цілі; фільтрація — коефіцієнт підсилення напруги, децибели й фазу. Осі графіка нормовані, тому співвіднесіть його положення з показаною сталою часу чи частотою зрізу.
Налаштування й обмеження
- Стала часу й частота зрізу
- Спільна стала часу — τ = R × C, а частота зрізу — fc = 1 / (2πRC). Збільшення будь-якого компонента збільшує сталу часу й знижує частоту зрізу. Ці величини залишаються доступними при перемиканні між часовими режимами та фільтрами.
- Цільовий відсоток
- Ціль має бути строго між 0% і 100%. При заряджанні це частка кінцевої напруги живлення; при розряджанні — частка початкової напруги, що залишилася. Ідеальна експонента наближається до кінцевого значення, не досягаючи його за скінченний час.
- Підсилення й фаза
- Підсилення фільтра — відношення вихідної напруги до вхідної, а не відношення потужностей. Вихід фільтра нижніх частот береться з конденсатора, верхніх частот — з резистора. Результат фази описує синусоїдальний вихід відносно входу у вибраному ідеальному колі.
Розбір прикладу
Виберіть заряджання з R = 10 kΩ, C = 100 nF, живленням 5 V, минулим часом 1 ms і ціллю 90%. Стала часу — 1 ms, частота зрізу — близько 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 напруга конденсатора — близько 3.1606 V, або 63.2121%; досягнення 90% займає близько 2.30259 ms. Розряджання від 5 V дає близько 1.8394 V за той самий час. У режимі нижніх частот на показаній частоті зрізу підсилення — близько 0.707107 V/V, із −3.0103 dB і фазою −45°.
Запитання й усунення несправностей
Чому час до цілі змінюється при переході до розряджання?
Ціль тепер означає напругу, що залишилася, а не досягнуту при заряджанні. Висока ціль досягається рано під час розряджання й пізніше під час заряджання. Виберіть відсоток залишкової напруги відповідно до потрібного порога.
Чи можна використати це як відгук навантаженого фільтра?
Модель припускає, що вихід не споживає струму, а вхідне джерело не додає опору. Значний опір навантаження або джерела змінює коло. Врахуйте ці ефекти у відповідній моделі кола, а не трактуйте цей результат як відгук під навантаженням.
Чому часові результати чи результати фільтра порожні?
Опір і ємність мають бути додатними. Часові розрахунки потребують невід'ємної напруги й минулого часу та цілі в дозволеному діапазоні; частота фільтра має бути додатною. Виправте виділене введення та переконайтеся, що одиниця відповідає полю.