使用方法
- 在“电路”中选择“充电”或“放电”。
- 输入“电源电压(充电)或初始电压(放电)”、“电阻 R”和“电容 C”。
- 输入您要查看的“时间 t(秒)”以及“达到的电平(%)”。
- 读取“时间常数 τ = R × C”和“时刻 t 的电压”,再看曲线图,了解从0到5τ 的变化。
计算公式
串联的电阻与电容,其电压按指数规律变化。乘积 R × C 即时间常数 τ:经过一个 τ,充电中的电容达到其最终电压的63.2%,放电中的电容降至初始电压的36.8%。
τ = R × C
充电: V(t) = Vs × (1 − e^(−t ÷ τ))
放电: V(t) = V0 × e^(−t ÷ τ)
达到 p% 所需的时间:
充电: t = −τ × ln(1 − p)
放电: t = −τ × ln(p)
低通截止频率:f = 1 ÷ (2π × R × C)
- 经过5τ 后,电容的充电超过99.3%,剩余的初始电压不足0.7%。大多数实际的定时都以5τ 作为“完成”的时点。
- 截止频率是 RC 低通滤波器通过一半功率的点,此时电压为0.707倍。
- 曲线图以25个相等的步长覆盖0到5τ。
本计算器未包括的内容
- 信号源电阻和实际电容的漏电,它们会延长充电时间。
- 含有多个电阻或电容的电路,以及输出端接有负载的 RC 滤波器。
- 在电容放空之前开始的脉冲:此时初始电压取决于前一个周期。
计算示例:10 kΩ 与100 µF,从5 V 充电
τ = 10 kΩ × 100 µF = 1 s。由相同元件组成的低通滤波器,其截止频率为 1 ÷ (2π × 1 s) = 159.2 mHz。
2 s 后,电容电压为5 V × (1 − e^(−2)) = 4.323 V。
经过一个时间常数后,电压达到电源电压的63.2%,即3.16 V。达到63.2% 的精确时间为 −1 s × ln(1 − 0.632) = 999.7 ms,因为0.368略高于 e⁻¹。
常见问题
时间常数说明了什么?
它是充电中的电容达到其最终电压约63% 所需的时间,或放电中的电容降至其初始电压约37% 所需的时间。五个时间常数,即实际上充满或放空所需的时间。
为什么曲线图从0到5τ?
经过5τ 后,充电中的电容已充电超过99.3%,放电中的电容则损失了超过99.3% 的电压,因此曲线实际上已经结束。
如何求出滤波器的截止频率?
用滤波器的电阻和电容代入 f = 1 ÷ (2π × R × C)。高于此频率的信号会被减弱,低于此频率的信号则可以通过。
能否以纳法(nF)输入电容?
可以。输入100n 表示100 nF,或输入2µ2表示2.2 µF。计算器会在计算前换算前缀,因此 τ 以秒为单位得出。
充电与放电有什么区别?
充电从零开始,趋近电源电压;放电从储存的电压开始,趋近零。两者遵循相同的时间常数,因此相同的 R 和 C 给出相同的速度。
资料来源
数据和文字最近核对于2026年11月10日星期二。