Бесплатные калькуляторы
⌕ Поиск

Примеры запросов: процентыипотекаплощадьВсе калькуляторы бесплатны

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ · ОНЛАЙН

Заряд конденсатора через резистор (RC-цепь)

Калькулятор рассчитывает заряд конденсатора, подключённого к источнику постоянного напряжения через резистор. Начальное напряжение на конденсаторе равно нулю, дальше оно растёт по экспоненте U(t) = U₀·(1 − e^(−t/RC)). Результат содержит напряжение в выбранный момент, постоянную времени τ и долю заряда.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

От 0 до 1 000 000 В.
Сопротивление резистора в омах; 10 кОм = 10000.
В фарадах: 100 мкФ = 0,0001, 1 мкФ = 0,000001.
Время от начала заряда в секундах, не меньше нуля.
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

RC-цепь

Напряжение на конденсаторе, В7,585447
Постоянная времени, с1
Относительный заряд/остаток, %63,212056

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Идеальные R и C, постоянные параметры; заряд из нуля или разряд до нуля без паразитных элементов.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Заряд конденсатора через резистор: постоянная времени и формула RC-цепи

RC-цепь — один из самых распространённых узлов электроники: фильтры, таймеры, сглаживающие цепи и блоки питания работают благодаря тому, что конденсатор заряжается через резистор не мгновенно. Скорость этого процесса характеризуется постоянной времени, которую легко вычислить.

В статье показано, как получается экспоненциальная формула, что означает τ = RC, как по таблице процентов быстро оценивать степень заряда и какие упрощения заложены в калькулятор.

Что происходит при заряде

Когда ключ замыкается, напряжение на разряженном конденсаторе равно нулю, и всё напряжение источника падает на резисторе. Начальный ток максимален и равен U₀/R. Ток заряжает конденсатор, напряжение на нём растёт, а падение на резисторе уменьшается, поэтому ток постепенно спадает.

Это самоограничивающийся процесс: чем ближе конденсатор к напряжению источника, тем медленнее он заряжается. Поэтому график напряжения круто начинается и плавно приближается к U₀, никогда его не достигая за конечное время.

Формула и постоянная времени

Из закона Ома для цепи следует дифференциальное уравнение R·C·dU/dt = U₀ − U. Его решение при нулевом начальном напряжении имеет вид U(t) = U₀·(1 − e^(−t/τ)), где τ = R·C. Если сопротивление выражено в омах, а ёмкость в фарадах, то τ получается в секундах.

Постоянная времени показывает масштаб процесса. Увеличение сопротивления или ёмкости вдвое замедляет заряд тоже вдвое. Например, резистор 10 кОм и конденсатор 100 мкФ дают τ = 10 000 · 0,0001 = 1 секунда.

Сколько заряжено за n постоянных времени

За время τ напряжение достигает 1 − e⁻¹ ≈ 63,2 % от U₀, за 2τ — 86,5 %, за 3τ — 95,0 %, за 4τ — 98,2 %, за 5τ — 99,3 %. Эти числа полезно помнить: по ним можно быстро оценить, через сколько времени конденсатор будет готов к работе, не прибегая к расчётам.

Для источника 12 В и τ = 1 с напряжение через 1 с составляет около 7,59 В, через 3 с — примерно 11,40 В, через 5 с — 11,92 В. Остаток до полного заряда уменьшается в e ≈ 2,718 раза за каждую постоянную времени, это и есть признак экспоненциального процесса.

Как использовать расчёт при проектировании

Если нужно получить задержку или сгладить пульсации, выбирают R и C так, чтобы τ соответствовала нужному времени. Для задержки включения реле, например, подбирают τ немного меньше требуемой паузы с учётом порога срабатывания. Порог 63 % достигается ровно за τ, а 90 % — примерно за 2,3τ.

Нужно помнить и о токе в начальный момент. При подключении разряженного конденсатора ток ограничивается только сопротивлением, поэтому для большой ёмкости и малого R он может превысить допустимый для источника. Чтобы оценить его, разделите напряжение источника на сопротивление.

Что не учитывает модель

Калькулятор описывает идеальную цепь: источник без внутреннего сопротивления, резистор без индуктивности, конденсатор без утечки. Реальные электролитические конденсаторы имеют допуск ёмкости в десятки процентов и ток утечки, а источник питания — собственное сопротивление, которое добавляется к R и увеличивает τ.

Расчёт относится только к заряду от нулевого напряжения. Разряд конденсатора через резистор описывается другой формулой U(t) = U₀·e^(−t/τ), а если конденсатор уже частично заряжен, начальное напряжение нужно учитывать отдельно. Эти случаи здесь не рассматриваются.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

τ = R·C; U(t) = U₀·(1 − e^(−t/τ))

Проверенные примеры

Один раз за постоянную времени

Источник 12 В, R = 10 кОм, C = 100 мкФ. Каково напряжение на конденсаторе через 1 с?

τ = 10 000 · 0,0001 = 1 с. Через t = τ напряжение U = 12·(1 − e⁻¹) ≈ 12·0,6321 ≈ 7,585 В, то есть конденсатор заряжен на 63,2 %.

Практически полный заряд

Те же R и C, но через 5 с.

t = 5τ, поэтому U = 12·(1 − e⁻⁵) ≈ 12·0,99326 ≈ 11,919 В — это 99,3 % напряжения источника. Обычно считают, что за 5τ конденсатор заряжен практически полностью.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Введите напряжение источника в вольтах и сопротивление резистора в омах.
  2. Переведите ёмкость в фарады (1 мкФ = 0,000001 Ф) и введите её.
  3. Укажите момент времени в секундах и нажмите «Рассчитать».
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Что такое постоянная времени RC-цепи?

Это произведение R·C, которое имеет размерность времени. За время τ напряжение на заряжающемся конденсаторе достигает примерно 63,2 % от напряжения источника.

Через какое время конденсатор считается заряженным?

Точного момента нет, поскольку заряд приближается к максимуму бесконечно долго. На практике ориентируются на 3–5 постоянных времени: на уровне 95 % и 99,3 % соответственно.

Как правильно вводить ёмкость?

В фарадах. Для микрофарад умножьте значение на 10⁻⁶: 470 мкФ это 0,00047 Ф. Допускается запись в экспоненциальной форме, например 4.7e-4.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_030005/

Предварительный просмотр