3. Расчеты напряжения и тока в RC и L/R цепях | 15. RC и L/R цепи | Часть1

3. Расчеты напряжения и тока в RC и L/R цепях

Расчеты напряжения и тока в RC и L/R цепях

Существует простой способ расчета любой величины реактивной цепи постоянного тока в любой момент времени. Первый шаг этого способа заключается в определении начальных и конечных значений тех величин, против изменения которых выступает конденсатор или катушка индуктивности (которые они пытаются держать на постоянном уровне, независимо от реактивной составляющей). Для конденсаторов такой величиной будет напряжение, а для катушек индуктивности — ток. Начальное значение — это такое значение, которое было до момента замыкания (размыкания) контактов выключателя, и которое реактивный компонент пытается удерживать на постоянном уровне после замыкания (размыкания) контактов. Конечное значение — это значение, которое устанавливается по истечении неопределенно длительного периода времени. Оно может быть определено путем анализа емкостной цепи, когда конденсатор выступает в качестве обрыва цепи, и индуктивной цепи, когда катушка индуктивности выступает в роли короткозамкнутой перемычки, потому что именно так ведут себя эти элементы при достижении «полной зарядки» через неопределенно длительный промежуток времени.

Следующим шагом является вычисление постоянной времени цепи. Постоянная времени представляет собой промежуток времени, в течение которого величина напряжения или тока в переходном процессе изменится примерно на 63% от начального до конечного значения. В последовательной RC-цепи, постоянная времени равна общему сопротивлению (в Омах) умноженному на общую емкость (в Фарадах). В последовательной L/R-цепи она равно общей индуктивности (в Генри) деленной на общее сопротивление  (в Омах). В обоих случаях постоянная времени выражается в секундах и обозначается греческой буквой «тау» (τ):

 

 

Увеличение и уменьшение значений тока и напряжения в переходных процессах, как уже отмечалось ранее, носит асимптотический характер. А это значит, что они начинают быстро изменяться в начальный момент времени, и практически не изменяются в последующем. На графике данные изменения отображаются в виде экспоненциальных кривых.

Как уже было сказано выше, постоянная времени представляет собой промежуток времени, в течение которого величина напряжения или тока в переходном процессе изменится примерно на 63% от начального до конечного значения. Каждая последующая постоянная времени приближает эти величины к конечному значению еще примерно на 63%. Математическая формула для определения точного процента довольно проста:

 

 

Буква e здесь — иррациональная константа, равная приблизительно 2,7182818. За время τ, процент изменения от начального до конечного значения составит:

 

 

За время 2τ, процент изменения от начального до конечного значения составит:

 

 

За время 10τ, процент изменения  составит:

 

 

Для расчета напряжений и токов в реактивных цепях эту формулу можно сделать более универсальной:

 

 

Давайте проанализируем повышение напряжения в RC-цепи, показанной в первой статье этого раздела:

 

 

Обратите внимание, мы выбрали для анализа напряжение, так как именно эту величину конденсатор пытается поддерживать на постоянном уровне. Зная сопротивление резистора (10 кОм) и емкость конденсатора (100 мкФ) мы можем рассчитать постоянную времени данной цепи:

 

 

Так как в момент замыкания контактов выключателя напряжение на конденсаторе равно 0 вольт, то именно это значение мы и будем использовать в качестве начального. Конечным значением конечно же будет напряжение источника питания (15 Вольт). С учетом всех этих цифр наше уравнение примет следующий вид:

 

 

Таким образом, через 7,25 секунд (к примеру) после подачи напряжения в схему через замкнутые контакты выключателя, напряжение на конденсаторе увеличится на:

 

 

Из этих расчетов можно сделать следующий вывод: если начальное напряжение конденсатора составляло 0 вольт, то через 7,25 секунд после замыкания контактов выключателя оно будет равно 14,989 вольт.

При помощи этой же формулы можно рассчитать и ток через конденсатор. Поскольку разряженный конденсатор первоначально действует как короткозамкнутая перемычка, ток через него будет максимальным. Рассчитать этот ток можно поделив напряжение источника питания (15 вольт) на единственное сопротивление (10 кОм):

 

 

Известно также, что конечный ток будет равен нулю, так как конденсатор в конечном итоге ведет себя как разомкнутая цепь. Теперь мы можем подставить эти значения в нашу универсальную формулу для расчета величины тока через 7,25 секунд после замыкания контактов выключателя:

 

 

Обратите внимание, что полученное значение является отрицательным, а не положительным! Это говорит об уменьшении тока с течением времени. Так как начальное значение тока составляет 1,5 мА, то его уменьшение на 1,4989 мА за 7,25 секунд даст в конечном итоге  0,001065 мА (1,065 мкА).

Это же значение можно получить при помощи закона Ома, отняв напряжение конденсатора (14,989 вольт) от напряжения источника питания (15 вольт) и поделив полученное значение на сопротивление (10кОм):

 

 

Рассмотренная выше универсальная формула хорошо подходит и для анализа L/R цепи. Давайте применим ее к цепи, рассмотренной во второй статье данного раздела:

 

 

При индуктивности 1 Генри и последовательном сопротивлении 1 Ом постоянная времени будет равна 1 секунде:

 

 

Поскольку катушка индуктивности в данной цепи выступает против изменения тока, именно эту величину мы и выберем для анализа. Начальным значением здесь выступит величина тока через катушку индуктивности в момент замыкания контактов выключателя. Она будет равна нулю. В качестве конечного значения мы возьмем величину тока, которая установится в катушке индуктивности по прошествии неопределенно длительного промежутка времени (максимальная величина). Рассчитать ее можно поделив напряжение источника питания на последовательное сопротивление: 15 В/1 Ом = 15 А.

Если мы хотим определить величину тока через 3,5 секунды после замыкания контактов выключателя, то формула примет следующий вид:

 

 

Учитывая тот факт, что начальный ток через катушку индуктивности равнялся нулю, через 3,5 секунды с момента замыкания контактов выключателя его величина составит 14,547 ампер.

Расчет напряжений в индуктивной цепи осуществляется при помощи закона Ома и начинается с резисторов, а заканчивается катушкой индуктивности. При наличии в нашем примере только одного резистора  (имеющего значение 1 Ом), произвести эти расчеты довольно легко:

 

 

Отняв полученное значение от напряжения источника питания (15 В), мы получим напряжение, которое будет на катушке индуктивности через 3,5 секунды после замыкания контактов выключателя:

 

 

Расчет дифференцирующей rc цепи. Дифференцирующие и интегрирующие RC-цепи

А вместе они образуют RC-цепь, то есть это цепь, которая состоит из конденсатора и резистора. Все просто;-)

Как вы помните, конденсатор представляет из себя две обкладки на некотором расстоянии друг от друга.

Вы, наверное, помните, что его емкость зависит от площади обкладок, от расстояния между ними, а также от вещества, которое находится между обкладками. Или формулой для плоского конденсатора:

где

Ладно, ближе к делу. Пусть у нас имеется конденсатор. Что с ним можно сделать? Правильно, зарядить;-) Для этого берем источник постоянного напряжения и подаем заряд на конденсатор, тем самым заряжая его:

В результате, у нас конденсатор зарядится. На одной обкладке будет положительный заряд, а на другой обкладке — отрицательный:

Даже если убрать батарею, у нас заряд на конденсаторе все равно сохранится в течение какого-то времени.

Сохранность заряда зависит от сопротивления материала между пластинами. Чем оно меньше, тем быстрее со временем будет разряжаться конденсатор, создавая ток утечки . Поэтому самыми плохими, в плане сохранности заряда, являются электролитические конденсаторы, или в народе — электролиты:

Но что произойдет, если к конденсатору мы подсоединим резистор?

Конденсатор разрядится, так как цепь станет замкнутой.

Кто хоть чуть-чуть шарит в электронике, прекрасно понимает эти процессы. Это все банальщина. Но дело в том, что мы не можем наблюдать процесс разрядки конденсатора, просто посмотрев на цепь. Для этого нам понадобится цифровой осциллограф с функцией записи сигнала. Благо на моем рабочем столе уже есть место этому прибору:

Итак, план действий будет такой: мы будем заряжать конденсатор с помощью блока питания, а потом разряжать его на резисторе и смотреть осциллограмму, как разряжается конденсатор. Соберем классическую схему, которая есть в любом учебнике по электронике:

в этот момент мы заряжаем конденсатор

потом переключаем тумблер S в другое положение и разряжаем конденсатор, наблюдая процесс разряда конденсатора на осциллографе

Думаю, с этим все понятно. Ну что же, приступим к сборке.

Выставляем на нем частоту 1 Герц и размахом в 5 Вольт

Желтая осциллограмма — это сигнал с генератора функций, который подается на вход интегрирующей цепи на клеммы Х1, Х2, а с выхода мы снимаем красную осциллограмму, то есть с клемм Х3, Х4:

Как вы могли заметить, конденсатор почти полностью успевает зарядиться и разрядиться.

Но что будет, если мы добавим частоту? Выставляю на генераторе частоту в 10 Герц. Смотрим что у нас получилось:

Конденсатор не успевает заряжаться и разряжаться как уже приходит новый прямоугольный импульс. Как мы видим, амплитуда выходного сигнала очень сильно просела, можно сказать, он скукожился ближе к нулю.

А сигнал в 100 Герц вообще не оставил ничего от сигнала, кроме малозаметных волн

Сигнал в 1 Килогерц на выходе вообще не дал ничего…

Еще бы! Попробуй-ка с такой частотой перезаряжать конденсатор:-)

Все то же самое касается и других сигналов: синусоиды и треугольного. везде выходной сигнал почти равен нулю на частоте 1 КилоГерц и выше.

«И это все, на что способна интегрирующая цепь?» — спросите вы. Конечно нет! Это было только начало.

Давайте разберемся… Почему у нас с возрастанием частоты сигнал стал прижиматься к нулю и потом вообще пропал?

Итак, во-первых, эта цепь у нас получается как делитель напряжения , и во-вторых, конденсатор — это частотно-зависимый радиоэлемент. Его сопротивление зависит от частоты. Про это можно прочитать в статье конденсатор в цепи постоянного и переменного тока . Следовательно, если бы мы подавали постоянный ток на вход (у постоянного тока частота 0 Герц), то и на выходе бы тоже получили тот же самый постоянный ток такого же значения, которое загоняли на вход. В это случае конденсатору ведь по барабану. Все что он сможет сделать в этой ситуации — тупо зарядиться по экспоненте и все. На этом его участь в цепи постоянного тока заканчивается и он стает диэлектриком для постоянного тока.

Но как только в цепь подается переменный сигнал, конденсатор вступает в игру. Тут его сопротивление уже зависит от частоты. И чем она больше, тем меньшим сопротивлением обладает конденсатор. Формула сопротивления конденсатора от частоты:

где

Х С — это сопротивление конденсатора, Ом

П — постоянная и равняется приблизительно 3,14

F — частота, Герц

С — емкость конденсатора, Фарад

Итак, что в результате получается? А получается то, что чем больше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. На нулевой частоте у нас сопротивление конденсатора в идеале стает равно бесконечности (поставьте в формулу 0 Герц частоту). А так как у нас получился делитель напряжения

следовательно, на меньшем сопротивлении падает меньшее напряжение. С ростом частоты сопротивление конденсатора очень сильно уменьшается и поэтому падение напряжения на нем стает почти 0 Вольт, что мы и наблюдали на осциллограмме.

Но на этом ништяки не заканчиваются.

Давайте вспомним, что из себя представляет сигнал с постоянной составляющей. Это есть ничто иное, как сумма переменного сигнала и постоянного напряжения. Взглянув на рисунок ниже, вам все станет ясно.

То есть в нашем случае можно сказать, этот сигнал (ниже на картинке) имеет в своем составе постоянную составляющую, другими словами, постоянное напряжение

Для того, чтобы выделить постоянную составляющую из этого сигнала, нам достаточно прогнать его через нашу интегрирующую цепь. Давайте рассмотрим все это на примере. С помощью нашего генератора функций мы поднимем нашу синусоиду «над полом», то есть сделаем вот так:

Итак, все как обычно, желтый входной сигнал цепи, красный — выходной. Простая двухполярная синусоида дает нам на выходе RC интегрирующей цепи 0 Вольт:

Чтобы понять, где нулевой уровень сигналов, я их пометил квадратиком:

Теперь давайте я добавлю постоянную составляющую в синусоиду, а точнее — постоянное напряжение, благо это сделать мне позволяет генератор функций:

Как вы видите, как только я поднял синус «над полом», на выходе цепи я получил постоянное напряжение величиной в 5 Вольт. Именно на 5 Вольт я поднимал сигнал в генераторе функций;-). Цепочка выделила постоянную составляющую из синусоидального приподнятого сигнала без проблем. Чудеса!

Но мы так и не разобрались, почему цепь называется интегрирующей? Кто хорошо учился в школе, в классе эдак 8-9, то наверняка помнит геометрический смысл интеграла — это есть ничто иное, как площадь под кривой.

Давайте рассмотрим тазик с кубиками льда в двухмерной плоскости:

Что будет, если весь лед растает и превратится в воду? Все верно, вода ровным слоем покроет тазик одной плоскостью:

Но какой будет этот уровень воды? Вот именно — средний. Это среднее значение этих башен из кубиков льда. Так вот, интегрирующая цепочка делает то же самое! Тупо усредняет значение сигналов до одного постоянного уровня! Можно сказать, усредняет площадь до одного постоянного уровня.

Но самый смак получается тогда, когда мы подаем на вход прямоугольный сигнал. Давайте так и сделаем. Подадим положительный меандр на RC интегрирующую цепь.

Как вы видите, постоянная составляющая меандра равна половине его амплитуды. Думаю, вы уже и сами догадались, если бы представили тазик с кубиками льда). Или просто подсчитайте площадь каждого импульса и размажьте его равномерным слоем по осциллограмме, как гов… как сливочное масло по хлебу;-)

Ну а теперь самое веселое. Сейчас я буду менять скважность нашего прямоугольного сигнала, так как скважность — это ничто иное, как отношение периода на длительность импульса, следовательно, мы будем менять длительность импульсов.

Уменьшаю длительность импульсов

Увеличиваю длительность импульсов

Если никто ничего до сих пор не заметил, просто взгляните на уровень красной осциллограммы и все станет понятно. Вывод: управляя скважностью, мы можем менять уровень постоянной составляющей. Именно этот принцип и заложен в ШИМ (Широтно-Импульсной Модуляции). О ней как-нибудь поговорим в отдельной статье.

Дифференцирующая цепь

Еще одно ругательное слово, которое пришло с математики — дифференцирующий. Башка начинает сразу же болеть от одного только их произношения. Но, куда деваться? Электроника и математика неразлучные друзья.

А вот и сама диф цепочка

В схеме мы только переставили резистор и конденсатор местами

Ну а теперь проведем также все опыты, как мы делали с интегрирующей цепью. Для начала подаем на вход диф цепи низкочастотный двухполярный меандр с частотой в 1,5 Герца и с размахом в 5 Вольт. Желтый сигнал — это сигнал с генератора частоты, красный — с выхода диф цепочки:

Как вы видите, конденсатор успевает почти полностью разрядится, поэтому у нас получилась вот такая красивая осциллограмма.

Давайте увеличим частоту до 10 Герц

Как видите, конденсатор не успевает разрядиться, как уже приходит новый импульс.

Сигнал в 100 Герц сделал кривую разряда еще менее заметной.

Ну и добавим частоту до 1 КилоГерца

Какой на входе, такой и на выходе;-) С такой частотой кондер вообще не успевает разряжаться, поэтому вершинки выходных импульсов гладкие и ровные.

Но и на этом тоже ништяки не заканчиваются.

Давайте я подниму входной сигнал над «уровнем моря», то есть выведу его в положительную часть полностью. Смотрим, что получается на выходе (красный сигнал)

Ничего себе, красный сигнал по форме и по положению остался таким же, зацените — в нем нет постоянной составляющей, как в желтом сигнале, который мы подавали из нашего генератора функций.

Могу даже желтый сигнал вывести в отрицательную область, но на выходе мы все равно получим переменную составляющую сигнала без всяких хлопот:

Да и вообще пусть сигнал будет с небольшой отрицательной постоянной составляющей, все равно на выходе мы получим переменную составляющую:

Все то же самое касается и любых других сигналов:

В результате опытов мы видим, что основная функция диф цепи — это выделение переменной составляющей из сигнала, который содержит в себе как переменную, так и постоянную составляющую. Иными словами — выделение переменного тока из сигнала, который состоит из суммы переменного тока и постоянного тока.

Почему так происходит? Давайте разберемся. Рассмотрим нашу диф цепь:

Если внимательно рассмотреть эту схему, то мы можем увидеть тот же самый делитель напряжения, как и в интегрирующей цепи. Конденсатор — частотно-зависимый радиоэлемент. Итак, если подать сигнал с частотой в 0 Герц (постоянный ток), то у нас кондер тупо зарядится и потом вообще перестанет пропускать через себя ток. Цепь будет в обрыве. Но если мы будем подавать переменный ток, то и через конденсатор он тоже начнет проходить. Чем больше частота — тем меньше сопротивление конденсатора. Следовательно, весь переменный сигнал будет падать на резисторе, с которого мы как раз и снимаем сигнал.

Но если мы будем подавать смешанный сигнал, то есть переменный ток + постоянный ток, то на выходе мы получим просто переменный ток. В этом мы с вами уже убеждались на опыте. Почему так произошло? Да потому что конденсатор не пропускает через себя постоянный ток!

Интегрирующую цепь также называют фильтром низких частот (ФНЧ), а дифференцирующую — фильтром высоких частот (ФВЧ). Чтобы точнее их сделать, нужно провести расчет на нужную вам частоту. RC цепи используются везде, где надо выделить постоянную составляющую (ШИМ), переменную составляющую (межкаскадное соединение усилителей), выделить фронт сигнала, сделать задержку и тд… По мере глубины погружения в электронику вы будете часто встречаться с ними.

Внимание, небольшой конкурс!

Кто первый напишет в комментах, чему равняется номинал резистора RC-цепи , получит 100 руб на телефон! Известно только то, что емкость конденсатора 1 мкФ. Номинал резистора должен получится кругленьким числом.

Всем доброго времени суток. Сегодняшний мой пост начинает серию статей про импульсные устройства. Такие устройства предназначены для формирования и преобразования электрических сигналов, имеющих характер импульсов и перепадов напряжений. К импульсным устройствам относятся все и некоторые аналоговые, например, микросхемы генераторов и компараторов. Ранее я рассматривал один из основных элементов импульсных устройств – , работающий в .

Формы импульса (слева направо): прямоугольная, трапецеидальная, пилообразная, экспоненциальная.

В радиоэлектронике используются импульсы самых разнообразных форм, но наиболее распространённые это: прямоугольные, трапецеидальные, пилообразные и экспоненциальные формы импульсов. Форма любого импульса характеризуется следующими основными параметрами:

• амплитуда (максимальное значение) импульса, U m ;
• начальное значение импульса, U 0 ;
• длительность импульса, t и;
• длительность переднего фронта (или просто фронта) импульса, t ф;
• длительность заднего фронта (или среза) импульса, t с;
• длительность вершины импульса, t в;
• снижение вершины импульса, Δu;
• крутизна фронта импульса (скорость изменения напряжения при формировании переднего или заднего фронта).

В случае использовании периодичности повторяющихся импульсов имеют большое значение такие параметры, как скважность импульсов (ξ или S), коэффициент заполнения импульсов (η или D), частота повторения импульсов (f) и период повторения импульсов (T). Данные параметры имеют следующие соотношения между собой

Временные параметры импульса (t и, t ф, t с, t в) имеют точное значение только в случае идеального импульса, а в реальности лишь в некоторой степени имеют приближённое значение. Поэтому временные параметры отсчитываются от некоторых приближённых величин, которые в достаточной для практики точности имеют значения 0,05 и 0,95. Поясню на примере формы реального импульса, изображённого выше: при определении длительности фронта (t ф) импульса, за начало фронта принимают значение 0,05*U m , а за окончание фронта – 0,95*U m . В случае длительности среза, соответственно, начало – 0,95*U m , а окончание – 0,05*U m .

Переходный процесс

Рассмотрение импульсных устройств и схем не возможно без представлении о переходном процессе. Он возникает в цепях при различных коммутациях, то есть при включении или выключении элементов схемы, источников напряжения, при коротких замыканиях отдельных цепей и т.д. Переходный процесс объясняется тем, что энергия электромагнитных полей, связанных с цепью, в разные промежутки времени неодинакова, а резкое изменение энергии невозможно из-за ограниченной мощности .

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что напряжение на и ток в индуктивность не могут изменяться скачкообразно, так как данные параметры определяют энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности.

Таким образом, можно сделать вывод, что при рассмотрении импульсных схем наибольшее внимание необходимо обратить на цепи, представляющие собой комбинации и конденсаторов или резисторов и катушек индуктивностей (RC- и RL-цепей). Такие цепи применяются непосредственно для формирования импульсов, а также являются важнейшими элементами релаксационных генераторов, и других устройств. Поэтому ниже рассмотрим основные свойства элементарных RC- и RL-цепей, а также изменение формы импульсов при прохождении через эти цепи.

Влияние RC- и RL-цепей на импульсы различной формы

Несмотря на то, что формы электрических импульсов довольно разнообразны, их можно представить в виде суммы элементарных (типовых) напряжений трёх форм: скачкообразного, линейно изменяющегося и экспоненциального. Поэтому рассмотрим воздействие различных форм напряжений на RC- и RL-цепи.

Изображение RC- и RL-цепей.

Элементарные формы напряжения (сверху вниз): ступенчатое, линейно-изменяющееся, экспоненциальное.

Ступенчатое изменение напряжения . При подключении RC-цепи к источнику постоянного напряжения u вх = Е = const, напряжения на конденсаторе и резисторе будет изменяться по экспоненциальному закону:

где е – математическая постоянная, е = 2,72;
t – время, с;
τ – постоянная времени, с. τ = RC .

С определением напряжения всё понятно, но в практике чаще возникает вопрос о времени установления напряжения. Например, необходимо вычислить время за которое на конденсаторе установится напряжение равное u С = 0,95 Е. Простым преобразованием формулы напряжения получим

Аналогично при подключении RL-цепи к источнику постоянного напряжения u вх = Е = const

где τ – постоянная времени, с. τ = L/R .

Линейно изменяющееся напряжение . При подключении RC-цепи к источнику линейно изменяющегося напряжения u ВХ = kt, напряжения на резисторе и конденсаторе будут изменяться согласно следующей формуле

Для RL-цепи подключённой к источнику с линейно изменяющимся напряжением u ВХ = kt, напряжения на элементах соответственно будут такими

Временные диаграммы напряжений при линейно изменяющемся напряжении в RC- и RL-цепях.

Экспоненциально изменяющееся напряжение. При подключении RC-цепи к источнику экспоненциально изменяющегося напряжения , напряжения на резисторе и конденсаторе будут изменяться согласно следующей формуле

где q = τ/τ 1 .

Соответственно напряжение на конденсаторе будет равно разности напряжений источника и напряжения на резисторе

Временные диаграммы для u R представлены ниже при различных значениях q. При больших значениях q, то есть постоянной времени цепи τ, формы напряжений u R близки к формам, соответствующим ступенчатому изменению входного напряжения. При уменьшении τ, кроме сокращения длительности спада напряжения u R , уменьшается и максимальное значение u R .

Временные диаграммы напряжений на резисторе RC-цепи при различных значениях
q = τ/τ 1 .

Формулы и временные диаграммы для напряжений на выходе RL-цепи оказываются такими же, как и для RC-цепи.

Дифференцирующие цепи

Довольно часто в электронике вообще, а в импульсной в частности требуется преобразовать один вид импульсов в другой (например, прямоугольный преобразовать в треугольный). Для этой цели используют различные схемы, в основе которых простейшие RC- и RL-цепи. Такие цепи называются дифференцирующими и интернирующими цепями. Для начала рассмотрим дифференцирующие цепи, которые показаны на изображении ниже.

Своё название дифференцирующие цепи получили от того, что напряжение на выходе такой цепи пропорционально производной входного напряжения, а нахождение производной в математике называется дифференцирование. В случае RC-цепи напряжение снимается с резистора, а в случае RL-цепи – с индуктивности.

Простейшие

.

В настоящее время большинство дифференцирующих цепей основаны на RC-цепях, поэтому будем рассматривать их, но все основные выкладки соответствуют также и RL-цепям.

Рассмотрим, как дифференцирующая цепь будет реагировать на прямоугольный импульс. Прямоугольный импульс представляет собой как бы два скачка напряжения. Реакцию RC-цепи на скачкообразное изменение напряжения рассматривалась выше, а в случае прямоугольного импульса выходное напряжение с дифференцирующей цепи будет в виде двух коротких импульсов различной полярности, длительность которых соответствует 3τ = 3RC и 3τ = 3L/R , в случае RL-цепи.

Реакция дифференцирующей цепи на прямоугольный импульс.

Из величины и формы выходного напряжения можно сделать вывод, что дифференциальные цепи вполне могут применяться для уменьшения длительности импульсов, что довольно часто применяется на практике и ранее такие цепи иногда называли укорачивающими.

Интегрирующие цепи

Интегрирующие цепи, так же как и дифференцирующие строят на основе RC- и RL-цепей, отличие заключается в том, откуда снимают выходное напряжение.

Простейшие RC и RL интегрирующие цепи.

Своё название интегрирующие цепи получили от того, что выходное напряжение, снимаемое с их выхода пропорционально интегралу от входного напряжения. Рассмотрим реакцию интегрирующей цепи на прямоугольный импульс напряжения. Напомню, что прямоугольный импульс, по сути, является напряжением, которое изменяется ступенчато два раза. В результате первого скачка напряжения конденсатор начинает заряжаться до тех пор, пока напряжение на входе не изменится, после этого начнётся разряд конденсатора по экспоненциальному закону.

Реакция интегрирующей цепи на прямоугольный импульс.

Не трудно заметить, что длительность импульса на выходе интегрирующей цепи несколько больше, чем длительность импульса на входе. Эту особенность нередко используют для увеличения длительности импульса, и такие цепи ранее называли расширяющими.

Теория это хорошо, но теория без практики — это просто сотрясание воздуха.

Для анализа цепей переменного тока (или в общем случае схем, работающих с изменяющимися напряжениями и токами) можно использовать характеристики двух типов. Во-первых, можно рассматривать изменения напряжения U и тока I во времени, а во-вторых — изменение амплитуды при изменении частоты сигнала. И те, и другие характеристики имеют свои преимущества, и в каждом практическом случае приходится выбирать наиболее подходящие. Мы начнем изучение цепей переменного тока с временных зависимостей, а в разд. 1.18 перейдем к частотным характеристикам.

Каковы же свойства схем, в состав которых входят конденсаторы? Для того чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим простейшую RC — цепь (рис. 1.29). Воспользуемся полученным ранее выражением для емкости:

C(dU/dt) = I = — U/R.

Это выражение представляет собой дифференциальное уравнение, решение которого имеет вид:

U = Ae — t/RC .

Отсюда следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на рис. 1.30.

Рис. 1.30. Сигнал разряда RС — цепи.

Постоянная времени. Произведение RC называют постоянной времени цепи. Если R измерять в омах, а С — в фарадах, то произведение RC будет измеряться в секундах. Для конденсатора емкостью 1 мкФ, подключенного к резистору сопротивлением 1 кОм. постоянная времени составляет 1 мс, если конденсатор был предварительно заряжен и напряжение на нем составляет 1 В, то при подключении резистора в цепи появится ток, равный 1 мА.

На рис. 1.31 показана несколько иная схема. В момент времени t = 0 схема подключается к батарее. Уравнение, описывающее работу такой схемы, выглядит следующим образом:

I = C(dU/dt) = (U вх — U)/R.

и имеет решение

U = U вх + Ae -t/RC .

Не пугайтесь, если не поняли, как выполнено математическое преобразование. Важно запомнить полученный результат. В дальнейшем мы будем многократно его использовать, не прибегая к математическим выкладкам. Постоянная величина А определяется из начальных условий (рис. 1.32): U = 0 при t = 0, откуда А = -U вх и U = U вх (1 — e -t/RC).

Установление равновесия. При условии t » RC напряжение достигает значения U вх. (Советуем запомнить хорошее практическое правило, называемое правилом пяти RC. Оно гласит: за время, равное пяти постоянным времени, конденсатор заряжается или разряжается на 99%.) Если затем изменить входное напряжение U вх (сделать его равным, например, нулю), то напряжение на конденсаторе U будет убывать, стремясь к новому значению по экспоненциальному закону e -t/RC . Например, если на вход подать прямоугольный сигнал U вх, то сигнал на выходе U будет иметь форму, показанную на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Напряжение, снимаемое с конденсатора (верхние сигналы), при условии, что на него через резистор подается прямоугольный сигнал.

Упражнение 1.13. Докажите, что время нарастания сигнала (время, в течение которого сигнал изменяется от 10 до 90% своего максимального значения) составляет 2.2 RC.

У вас, наверное, возник вопрос: каков закон изменения для произвольного U вх (t)? Для того чтобы ответить на него, нужно решить неоднородное дифференциальное уравнение (стандартные методы решения таких уравнений здесь не рассматриваются). В результате получим

U(t) = 1/RC t ∫ — ∞ U вх τe -t/RC dt.

Согласно полученному выражению, RC — цепь усредняет входное напряжение с коэффициентом пропорциональности e -t/RC где Δt = τ — t. На практике, однако, такой вопрос возникает редко. Чаше всего рассматриваются частотные характеристики и определяют, какие изменения претерпевает каждая частотная составляющая входного сигнала. Скоро (разд. 1.18) мы также перейдем к этому немаловажную вопросу. А пока рассмотрим несколько интересных схем, хотя анализа которых достаточно временных зависимостей.

Упрощение с помощью эквивалентного преобразования Тевенина. Можно было бы приступить к анализу более сложных схем, пользуясь, как и раньше, методом решения дифференциальных уравнений. Однако чаше всего не стоит прибегать к решению дифференциальных уравнений. Большинство схем можно свести к RC — схеме. показанной на рис. 1.34. Пользуясь эквивалентным преобразованием для делителя напряжения, образованного резисторами R 1 и R 2 , можно определить U(t) для скачка входного напряжения U вх.

Упражнение 1.14. Для схемы, показанной на рис. 1.34. R 1 = R 2 = 10 кОм и С = 0,1 мкФ. Определите U(t) и изобразите полученную зависимость в виде графика.

Пример: схема задержки. Мы уже упоминали логические уровни — напряжения, определяющие работу цифровых схем. На рис. 1.35 показано, как с помощью конденсаторов можно получить задержанный импульс. В виде треугольников изображены КМОП — буферные усилители. Они дают высокий уровень на выходе (более половины величины напряжения питания постоянного тока) и наоборот. Первый буферный усилитель воспроизводит входной сигнал и обеспечивает небольшое выходное сопротивление, предотвращая тем самым воздействие на источник сигнала RС — цепи (вопрос о нагрузке схемы мы рассмотрели в разд. 1.05). Согласно характеристике RС — цепи, выходной сигнал для нее задерживается относительно входного, поэтому выходной буферный усилитель переключается на 10 мкc позже скачка напряжения на входе (напряжение на выходе RС — цепи достигает 50% своего максимального значения через 0,7 RC). На практике приходится принимать во внимание отклонение входного порога буфера от величины, равной половине напряжения питания, так как это отклонение изменяет задержку и ширину выходного импульса. Иногда подобную схему используют для того, чтобы задержать импульс на время, в течение которого может произойти какое-либо событие. При проектировании схем лучше не прибегать к подобным трюкам, но иногда они бывают полезны.

Рис. 1.35. Использование RС — цепи для формирования задержанного цифрового сигнала.

Мы имеем полное право перейти к рассмотрению цепей, состоящих из этих элементов 🙂 Этим мы сегодня и займемся.

И первая цепь, работу которой мы рассмотрим — дифференцирующая RC-цепь.

Дифференцирующая RC-цепь.

Из названия цепи, в принципе, уже понятно, что за элементы входят в ее состав — это конденсатор и резистор 🙂 И выглядит она следующим образом:

Работа данной схемы основана на том, что ток, протекающий через конденсатор , прямо пропорционален скорости изменения напряжения, приложенного к нему:

Напряжения в цепи связаны следующим образом (по закону Кирхгофа):

В то же время, по закону Ома мы можем записать:

Выразим из первого выражения и подставим во второе:

При условии, что (то есть скорость изменения напряжения низкая) мы получаем приближенную зависимость для напряжения на выходе:

Таким образом, цепь полностью оправдывает свое название, ведь напряжение на выходе представляет из себя дифференциал входного сигнала.

Но возможен еще и другой случай, когда title=»Rendered by QuickLaTeX.com»> (быстрое изменение напряжения). При выполнении этого равенства мы получаем такую ситуацию:

То есть: .

Можно заметить, что условие будет лучше выполняться при небольших значениях произведения , которое называют постоянной времени цепи :

Давайте разберемся, какой смысл несет в себе эта характеристика цепи 🙂

Заряд и разряд конденсатора происходит по экспоненциальному закону:

Здесь — напряжение на заряженном конденсаторе в начальный момент времени. Давайте посмотрим, каким будет значение напряжения по истечении времени :

Напряжение на конденсаторе уменьшится до 37% от первоначального.

Получается, что — это время, за которое конденсатор:

• при заряде — зарядится до 63%
• при разряде — разрядится на 63% (разрядится до 37%)

С постоянной времени цепи мы разобрались, давайте вернемся к дифференцирующей RC-цепи 🙂

Теоретические аспекты функционирования цепи мы разобрали, так что давайте посмотрим, как она работает на практике. А для этого попробуем подавать на вход какой-нибудь сигнал и посмотрим, что получится на выходе. В качестве примера, подадим на вход последовательность прямоугольных импульсов:

А вот как выглядит осциллограмма выходного сигнала (второй канал — синий цвет):

Что же мы тут видим?

Большую часть времени напряжение на входе неизменно, а значит его дифференцаил равен 0 (производная константы = 0). Именно это мы и видим на графике, значит цепь выполняет свою дифференцирующую функцию. А с чем же связаны всплески на выходной осциллограмме? Все просто — при «включении» входного сигнала происходит процесс зарядки конденсатора, то есть по цепи проходит ток зарядки и напряжение на выходе максимально. А затем по мере протекания процесса зарядки ток уменьшается по экспоненциальному закону до нулевого значения, а вместе с ним уменьшается напряжение на выходе, ведь оно равно . Давайте увеличим масштаб осциллограммы и тогда мы получим наглядную иллюстрацию процесса зарядки:

При «отключении» сигнала на входе дифференцирующей цепи происходит аналогичный переходный процесс, но только вызван он не зарядкой, а разрядкой конденсатора:

В данном случае постоянная времени цепи у нас имеет небольшую величину, поэтому цепь хорошо дифференцирует входной сигнал. По нашим теоретическим расчетам, чем больше мы будем увеличивать постоянную времени, тем больше выходной сигнал будет похож на входной. Давай проверим это на практике 🙂

Будем увеличивать сопротивление резистора, что и приведет к росту :

Тут даже не надо ничего комментировать — результат налицо 🙂 Мы подтвердили теоретические выкладки, проведя практические эксперименты, так что давайте переходить к следующему вопросу — к интергрирующим RC-цепям .

Запишем выражения для вычисления тока и напряжения данной цепи:

В то же время ток мы можем определить из Закона Ома:

Приравниваем эти выражения и получаем:

Проинтегрируем правую и левую части равенства:

Как и в случае с дифференцирующей RC-цепочкой здесь возможны два случая:

Для того, чтобы убедиться в работоспособности цепи, давайте подадим на ее вход точно такой же сигнал, какой мы использовали при анализе работы дифференцирующей цепи, то есть последовательность прямоугольных импульсов. При малых значениях сигнал на выходе будет очень похож на входной сигнал, а при больших величинах постоянной времени цепи, на выходе мы увидим сигнал, приближенно равный интегралу входного. А какой это будет сигнал? Последовательность импульсов представляет собой участки равного напряжения, а интеграл от константы представляет из себя линейную функцию (). Таким образом, на выходе мы должны увидеть пилообразное напряжение. Проверим теоретические выкладки на практике:

Желтым цветом здесь изображен сигнал на входе, а синим, соответственно, выходные сигналы при разных значениях постоянной времени цепи. Как видите, мы получили именно такой результат, который и ожидали увидеть 🙂

На этом мы и заканчиваем сегодняшнюю статью, но не заканчиваем изучать электронику, так что до встречи в новых статьях! 🙂

Расчет RC — цепи, изменения напряжения на конденсаторе в зависимости от времени. Постоянная времени. (10+) RC — цепь. Постоянная времени. Зарядка и разрядка конденсатора Соединим конденсатор, резистор и источник напряжения так, как показано на схеме: Если в начальный момент напряжение на конденсаторе отличается от напряжения источника питания, то через резистор потечет ток, а напряжение на конденсаторе будет со временем изменяться, приближаться к напряжению источника питания. Полезно уметь рассчитывать время, за которое напряжение изменится от заданного начального до заданного конечного значения. Такие расчеты необходимы для проектирования цепей задержки, релаксационных генераторов, источников пилообразного напряжения. В процессе изменения напряжения на конденсаторе оно будет постепенно приближаться к напряжению источника питания, но при этом падение напряжения на резисторе, а значит, зарядный ток, будут снижаться. Так что скорость изменения напряжения на конденсаторе будет постепенно уменьшаться. В этой цепи ток зарядки конденсатора непостоянен. В связи с этим напряжение на конденсаторе никогда не достигнет напряжения источника питания. Оно будет бесконечно долго приближаться к нему. Изменение напряжения на конденсаторе со временем Закон изменения напряжения на конденсаторе во времени имеет следующий вид: [Напряжение на конденсаторе, В ] = + ( — [Начальное напряжение на конденсаторе, В ]) * (1 — exp(- [Время процесса, с ] / ([Сопротивление резистора, Ом ] * [Емкость конденсатора, Ф ]))) Постоянная времени RC — цепи = [Сопротивление резистора, Ом ] * [Емкость конденсатора, Ф ] Напряжение на конденсаторе при подключении к нему параллельно резистора уменьшится на 63% за время, равное постоянной времени полученной RC — цепи. Онлайн (on-line) расчет

Расчет линейных активных RC-цепей Вариант № 47 #9600950

Содержание
Введение 4
1. Расчет операторной передаточной функции активного четырехполюсника 7
2. Параметрический синтез фильтра 12
3. Расчет частотных характеристик фильтра 16
4. Расчет переходной характеристики фильтра 21
5. Анализ результатов 23
Заключение 25
Список использованной литературы 27

1. Попов В.П. Основы теории цепей. M: Высш. шк., 1985. — 496 с.
2. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей: Линейные цепи. M: Высш. шк., 1990. — 400 с.
3. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. M: Высш. шк., 1988. — 462 с.
4. Шебес М.Р. Задачник по теории линейных электрических цепей. M: Высш. шк., 1990. — 544 с.
5. Матханов П.Н. Основы синтеза электрических цепей. M: Высш. шк., 1976. — 208 с.
6. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи с распределенными параметрами. Учебное пособие для вузов. M: Высш. шк., 1980. — 152 с.
7. Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. М.: Высш. шк., 1987. — 512 с.
8. Гильмутдинов А.Х. Анализ АRС-цепей, содержащих RС-элементы с распределенными параметрами: Методические указания для самостоятельной работы студентов. Казань, КАИ, 1991. – 30 с.
9. Гильмутдинов А.Х. Расчет функций чувствительности радиоэлектронных цепей, содержащих RС-элементы с распределенными параметрами: Методические указания для самостоятельной работы студентов. Казань, КАИ, 1991. –34 с.

Тема:	Расчет линейных активных RC-цепей Вариант № 47
Артикул:	9600950
Дата написания:	06.01.2008
Тип работы:	Курсовая работа
Предмет:	Теоретические основы электротехники
Оригинальность:	Антиплагиат.ВУЗ — 87%
Количество страниц:	27

RC-цепи, 5 самых распространенных и как просто их рассчитать

RC-цепь, такое частое явление радиоэлектроники. Такие фильтры стоят повсюду. Понимание того, как какой фильтр влияет на форму АЧХ сигнала во многом определяет правильность чтения всей электронной схемы. В статье собраны 5 основных RC-фильтров, приведены их АЧХ и упрощенные формулы расчета.

Содержание:

 

• Введение
• 1. Фильтр Низких Частот
• 2. Фильтр Высоких Частот
• 3. Избирательный фильтр
• 4. Т-образные фильтры
• 5. Двойной Т-образный фильтр 

В ранние годы развития радиоэлектроники для воздействие на Амплитудно — Частотную Характеристику (АЧХ) сигнала в основном применялись LC — фильтры, т.е. фильтры состоящие из катушки индуктивности и конденсатора. Со временем им на смену пришла RC-цепь, которая была плотно взята в оборот радиоэлектроникой ввиду меньшей стоимости и габаритов.

Конечно, фильтры на RC-цепях не могут полностью вытеснить LC собратьев. Например в фильтрах для АС предпочтительнее использование LC-фильтров. Но практически во всей маломощной электронике главенствуют именно RC-цепи. Например двойная RC-цепь в фильтре RIAA-корректора.

Интересным вариантом избавления от катушек являются фильтры на гираторах, где посредством конденсатора и операционного усилителя эмитируется работа катушки.

Упрощенные формулы

Для простого расчета фильтров далее приведены упрощенные формулы, позаимствованные из инженерного справочника.

В формулах присутствует коэффициент 160000 (сто шестьдесят тысяч). Эта цифра возникает по двум причинам.

• Во-первых предполагается брать величину емкости при расчетах в микрофарадах (10^-6 Фарада)
• Во-вторых при переходе от круговой частоты к цикличной возникает множитель 2π

Соответственно:

1 / (2⋅π⋅10^-6) = 159154 ≈ 160000

Итак, давай те же перейдем к самим фильтрам.

1. Фильтр Низких Частот (ФНЧ) — он же интегратор:

ФНЧ — фильтр, пропускающий без изменения частоты ниже частоты среза (f₀) и подавляющий частоты выше f₀. На частоте среза имеет значение амплитуды в -3dB. Это фильтр первого порядка и крутизна среза составляет 6дБ/октаву. Чаще всего такие фильтры используются для отсечения высокочастотных помех и шумов.

Октавой называется такой интервал частот, у которого конечное значение частоты больше начального в два раза.

2. Фильтр Высоких Частот (ФВЧ) — он же дифференциатор

ФВЧ — фильтр, ослабляющий частоты ниже частоты среза(f0) и пропускающий без изменения частоты выше f₀. Так же как и у приведенного выше ФНЧ, сигнал на частоте среза обладает амплитудой в -3дБ, а крутизна среза 6 дБ на октаву.

И ФНЧ и ФВЧ работают как делитель напряжения, в котором одно плечо представлено постоянным резистором, а второе конденсатором, имеющим частотную зависимость. 

Такие фильтры часто применяются на выходах звуковых усилителей для отсечения инфранизких, которые могут повредить АС.

3. Избирательный фильтр

Такой фильтр выделяет определенную частоту или полосу частот за счет подавления других частот. По сути этот фильтр представляет из себя последовательное включение ФНЧ и ФВЧ. Соответственно при равенстве между собой емкостей и сопротивлений выделена будет определенная частота, а в обе стороны будет ослабление с крутизной 6 дБ/окт .

Но никто не мешает расширить полосу пропускания, если рассчитать каждую RC-цепь R1С1 и R2C2 для разных f₀.

4. Т- образные фильтры

Т- образные фильтры это те же Г-образные фильтры низкой частоты и высокой частоты, к которым добавляется еще один элемент. Но особенностью Т-образных фильтров является то, что по сравнению с Г-образными, они оказывают меньшее шунтирующее действие на цепи стоящие за фильтром.

5. Двойной Т-образный фильтр — пробка

Фильтр имеет бесконечное затухание (порядка 60дБ) которое возникает благодаря сложению двух сигналов имеющих на частоте среза разность фаз 180. Применение такого фильтра весьма эффективно для устранения сигнала помехи. Например сетевой наводки 50Гц.

Если Вам интересна тема фильтров, то возможно, Вас так же заинтересует: Фазово-частотная характеристика (ФЧХ) фильтров и звук

 

мир электроники — Радиотехнические расчеты начинающим: RC-фильтры

Радиотехнические расчеты начинающим: RC-фильтры

категория

Расчеты по радиотехнике

материалы в категории

В. ПОЛЯКОВ
Радио, 2003 год, № 2

Сегодня мы рассмотрим частотно-избирательные или селективные цепи, которые обладают фильтрующим действием, т. е. сигналы с одними частотами пропускают лучше, с другими — хуже. Иногда такое свойство цепей вредно, например, в высококачественных усилителях звуковой частоты, где стремятся получить максимально широкую полосу пропускания. А иногда полезно, скажем, в радиоприемниках, когда из массы сигналов радиостанций, работающих на различных частотах, нужно выделить сигнал одной-единственной, вещающей на известной вам частоте.

Фильтрующие цепи (фильтры) обязательно должны содержать реактивные элементы — емкости и/или индуктивности, поскольку активное сопротивление резисторов от частоты не зависит (в идеальном случае). Реально же всегда имеются паразитные емкости и индуктивности (монтажа, выводов, р-n переходов и т. д.), поэтому практически любая цепь оказывается в той или иной степени фильтром, т. е. ее параметры зависят от частоты. Сначала рассмотрим простейшие RC-цепочки.

На рис. 28,а показана схема простейшего фильтра нижних частот (ФНЧ), пропускающего низкие и ослабляющего высокие частоты. Коэффициентом передачи называется отношение К = Uвых/Uвх (точнее, это модуль, или абсолютная величина коэффициента передачи). Рассчитаем его, пользуясь известными нам уже сведениями о цепях переменного тока. Ток в цепи составляет:

а выходное напряжение равно падению напряжения на конденсаторе С:

Подставляя ток, находим

Коэффициент передачи получился комплексным. Это означает, что выходное напряжение фильтра сдвинуто по фазе относительно входного. Чтобы подчеркнуть комплексный характер К, его часто обозначают как K(jω). Найдем модуль (абсолютное значение) и аугмент (фазу) К

И модуль, и фаза коэффициента передачи зависят от частоты, или, как говорят, являются функциями частоты. Отрицательный знак у аргумента указывает на отставание фазы выходного сигнала от фазы входного. Если построить их графики, получатся амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики фильтра(АЧХ и ФЧХ), показанные на рис. 28,6 и в соответственно.

Действует фильтр следующим образом. На самых низких частотах емкостное сопротивление конденсатора велико и сигнал практически без ослабления передается со входа на выход через сопротивление R. По мере повышения частоты емкостное сопротивление падает и цепочка работает как делитель напряжения. На частоте среза ωс емкостное сопротивление равно активному, a ωcRC = 1. Однако модуль К не равен 1/2, как было бы в случае активных сопротивлений, а составляет 1/V2 = 0,7, как это видно из векторной диаграммы напряжений (рис. 28,г). Фазовый сдвиг, вносимый цепочкой на частоте среза, составляет 45° — на столько фаза выходного сигнала отстает от фазы входного. При дальнейшем повышении частоты модуль коэффициента передачи падает пропорционально частоте, а фазовый сдвиг стремится к -90°.

Нередко для упрощения расчетов вводят обозначения RC = τ. (постоянная времени цепочки), ωRC = ω/ωс = х (обобщенная частота). Коэффициент передачи в этих обозначениях записывается совсем просто:

Вернуться к прежним обозначениям целесообразно лишь после завершения всех выкладок.

В нашем анализе мы молчаливо предположили, что цепочка питается от генератора с весьма малым внутренним сопротивлением, а ее выход ни чем не нагружен. В действительности источник сигнала всегда имеет некоторое внутреннее сопротивление R1, и если оно активное, его надо просто прибавить к R. Аналогично, если нагрузка обладает емкостью Сн, ее надо просто добавить к С. Если нагрузка имеет активное сопротивление RH, то модуль К уже на самых низких частотах, где влиянием емкости можно пренебречь, будет меньше единицы и составит (считаем просто по закону Ома) RH/(R + RH). Частота среза также сдвинется выше и составит, как легко сосчитать описанным выше образом, уже не

где R’ — сопротивление, получающееся при параллельном соединении R и Rн.

Вот пример практического применения изложенных сведений. Видеоусилитель телевизора должен пропускать полосу частот 6 МГц, а работает он на емкостную нагрузку, состоящую из выходной емкости транзистора Св, емкости монтажа См и междуэлектродной емкости управляющей сетки кинескопа Ск (рис. 29,а). Их сумму можно оценить каким-либо измерителем емкости (конечно, при выключенном телевизоре!) или по справочным данным. Пусть она составила 25 пф — это и будет емкость рассматриваемой RC-цепочки. Сопротивление R цепочки получается при параллельном соединении внутреннего сопротивления транзистора (генератора сигнала) и сопротивления нагрузки Rн. Первое можно найти по коллекторным характеристикам транзистора, взяв небольшое приращение ΔUк вблизи рабочего коллекторного напряжения Uк и найдя соответствующее приращение тока ΔIк

Обычно внутреннее сопротивление намного больше сопротивления нагрузки, тогда можно считать R = Rн.

Найдем допустимое сопротивление нагрузки исходя из завала АЧХ до 0,7 (на 3 дБ) на частоте 6 МГц. Угловая частота среза составит

(округляем). Поскольку RC = 1 /ωс,

Естественно, нам хотелось бы выбрать сопротивление нагрузки побольше, что увеличит усиление и уменьшит потребляемый транзистором ток, но сделать этого нельзя по причине завала верхних частот видеоспектра, что приведет к потере четкости изображения.

Ради интереса продолжим расчет. Пусть на сетку кинескопа надо подавать сигнал амплитудой до 50 В, тогда ток транзистора должен составлять 50 мА. На сопротивлении нагрузки упадет также 50 В, напряжение источника питания должно быть не менее 100 В, а на резисторе нагрузки выделится мощность 50 В — 50 мА = 2,5 Вт. Такая же мощность будет рассеиваться и на транзисторе. Нагрузочная характеристика для этого случая показана на рис. 29,6 вместе с эпюрами напряжения и тока (которые в телевидении, надо заметить, редко бывают синусоидальными). Теперь должно быть понятно, почему выходной каскад видеоусилителя выполняют на мощном транзисторе, а в нагрузке ставят мощный резистор, хотя никакой мощности по цепи управляющего электрода (сетки) кинескоп не потребляет.

Чтобы как-то улучшить ситуацию, придумано немало способов. Один из них состоит в коррекции АЧХ включением последовательно с нагрузкой катушки с небольшой индуктивностью (рис. 29,а), подобранной так, чтобы она резонировала с суммарной емкостью С где-то на частоте среза или несколько выше. Образовавшийся колебательный контур с очень низкой добротностью (не более 1…1.5) способствует подъему АЧХ вблизи частоты среза. На рис. 29,в сплошной линией показана АЧХ усилителя до коррекции, соответствующая АЧХ простой RC-цепочки, а штриховой — после включения индуктивности. Таким способом расширяют полосу пропускаемых частот в 1,5…2 раза, или во столько же раз повышают усиление и экономичность каскада.

Описанное сужение полосы пропускания сверху происходит в каждом усилительном каскаде, что надо учитывать при проектировании многокаскадных усилителей. Например, в случае двух одинаковых каскадов завал АЧХ в каждом должен быть не более 0,84(0,84² = 0,7), в случае трех — не более 0,89. Иногда, особенно в видеоусилителях, используют «маленькие хитрости»: предварительный каскад, в котором и междуэлектродные емкости, и размах выходного напряжения меньше, проектируют широкополосным, с подъемом АЧХ на верхних частотах, компенсирующим завал АЧХ в выходном каскаде.

Описанная цепочка (см. рис. 28,а) называется ФНЧ, когда рассматривают ее частотные характеристики, и она же называется интегрирующей, когда рассматривают прохождение импульсного сигнала. Пусть на входе цепочки действует перепад напряжения с коротким фронтом (рис. 30). Напряжение на выходе возрастет не сразу, поскольку конденсатору нужно время, чтобы зарядиться током, ограниченным резистором R.

Лишь в первый момент времени после воздействия перепада ток будет равен UBX/R, затем он будет уменьшаться по мере возрастания напряжения на конденсаторе. Составив дифференциальное уравнение для напряжения на выходе и решив его, можно установить, что

где е — основание натуральных логарифмов. За время τ = RC выходное напряжение возрастает примерно до 0,63 от значения входного и далее асимптотически приближается к нему. Таким образом, интегрирующая цепочка «заваливает» крутые фронты сигнала, чем, кстати, и объясняется снижение четкости телевизионного изображения.

Перейдем к фильтрам верхних частот (ФВЧ), простейший из которых (дифференцирующая RC-цепочка) показан на рис. 31 ,а. Коэффициент передачи теперь выражается так:

АЧХ цепочки показана на рис. 31 ,б. Формула для частоты среза остается прежней. ФЧХ тоже прежняя, но у ф меняется знак — фаза выходного сигнала опережает фазу входного. Она близка к 90° на самых низких частотах и приближается к нулю на высоких (график рис. 28,в достаточно сдвинуть вверх по оси φ на 90°). Собственно, все выражения для ФВЧ получаются из формул для ФНЧ при замене обобщенной частоты х на-1/х’, чем очень часто и пользуются при расчете любых фильтров.

Импульсная характеристика цепочки показана на рис. 32. Она как бы обратна предыдущей — напряжение на выходе возрастает скачком, но затем падает по экспоненциальному закону в соответствии с выражением за время, равное постоянной времени цепочки т, оно уменьшается до 0,37 входного, за следующий интервал т — опять до 0,37 и так далее (кстати, это хорошее правило для вычерчивания экспонент — на каждое деление по горизонтали вертикальная координата кривой должна возрастать или уменьшаться на одинаковый процент).

Практически каждая межкаскадная разделительная RC-цепочка представляет собой описанный ФВЧ. Даже если сопротивление R в явном виде отсутствует, им является входное сопротивление каскада, включенного за разделительным конденсатором. Если еще учесть, что паразитная емкость на выходе каскада образует ФВЧ, то становится ясно, что любой усилительный каскад ограничивает полосу пропускаемых частот как снизу, так и сверху, т. е. является полосовым фильтром. У прямоугольных импульсов, проходящих через усилительный каскад, сглаживаются крутые фронты (действие ФНЧ) и заваливается вершина (действие ФВЧ).

Для увеличения фильтрующего действия RC-цепей включают их несколько, последовательно друг за другом, а чтобы исключить шунтирование цепочек следующими, разделяют их промежуточными каскадами усиления на транзисторах. Иногда с той же целью последующие цепочки выбирают с большим сопротивлением. Однако в любом случае АЧХ фильтров в районе частоты среза получаются весьма пологими.

Исправить ситуацию позволяют активные фильтры, в которых сам усилительный элемент (транзистор) служит элементом фильтра. На рис. 33 дана схема активного ФНЧ (Саллена-Ки). Активный элемент в нем должен иметь единичное усиление и не инвертировать сигнал. Дополнительно требуются высокое входное и низкое выходное сопротивления. Этим требованиям удовлетворяет эмиттерный (истоковый) повторитель на транзисторе либо (лучше) операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с выходом. Резисторы обычно выбираются с одинаковым сопротивлением, а емкость конденсатора С2 — в 2…2,5 раза меньше емкости С1. Частота среза фильтра

Фильтр действует так. На частотах ниже частоты среза RC-цепочек выходное напряжение практически повторяет входное и конденсатор С1 выключен из работы, поскольку обе его обкладки имеют одинаковый потенциал. Сигнал передается без ослабления. По мере повышения частоты вступает в действие цепь RC2 и выходное напряжение уменьшается. Тогда вступает в действие и цепь RC1, еще больше ослабляя выходной сигнал. В результате формируется крутой спад АЧХ выше частоты среза.

Изменяя соотношение емкостей С1 и С2, можно получить гладкую и монотонно падающую АЧХ в пределах полосы пропускания (фильтр Баттерворта), а можно даже сформировать некоторый подъем перед частотой среза (фильтр Чебышева).

Сформировав такой подъем (кривая 1 на рис. 34), целесообразно добавить еще одно пассивное звено (кривая 2), которое скомпенсирует подъем и сделает скат АЧХ за частотой среза еще круче (кривая 3) — |К| будет уменьшаться в 8 раз при двукратном повышении частоты. Получится фильтр уже третьего порядка с крутизной ската 18 дБ на октаву. В качестве примера на рис. 35 дана схема такого ФНЧ с частотой среза 3 кГц. На другие частоты фильтр легко перестроить, изменив значения всех емкостей обратно пропорционально частоте. ФВЧ с аналогичными характеристиками получается, если поменять местами резисторы и конденсаторы и изменить соответственно их номиналы.

О порядке фильтров: он определяется числом реактивных элементов фильтра, и от порядка зависит крутизна ската АЧХ. Так, звенья первого порядка (рис. 28,а и 31,а) дают ослабление сигнала в 2 раза при двукратном изменении частоты (6 дБ/окт.), фильтр второго порядка (рис. 33) — в 4 раза (12 дБ/окт.), фильтр третьего порядка (рис. 35) — в 8 раз (18 дБ/окт.).

Задание на дом. Некоторый высококачественный (полоса 20 Гц…20 кГц) усилитель 3Ч имеет входное сопротивление 100 кОм, источник сигнала — такое же выходное сопротивление. Они соединены экранированным кабелем с погонной емкостью 100 пФ/м. Длина кабеля — 3,2 м. Кроме того, на входе усилителя включен разделительный конденсатор емкостью 0,01 мкФ. Правильно ли все сделано, какова на самом деле будет полоса частот и как надо поступить, чтобы исправить ситуацию?

Проблема смещения на выходе фильтра верхних частот RC

Ваш источник сигнала в принципе является сигналом переменного и постоянного тока. Ваша последовательность импульсов — это ваш переменный сигнал с амплитудой при определенном значении, если ваш график точный, примерно 220 мВ, я бы сказал (половина энергии вверх, половина ниже -> виртуальная середина немного ниже точной середины сигнал).

Затем он смещается к значению постоянного тока, вокруг которого он переключается / колеблется. Опять же, если ваш график правильный, примерно 700 мВ.

Ваш конденсатор эффективно блокирует низкочастотные сигналы или это смещение постоянного тока, поэтому вы остаетесь только с частью переменного тока, около 0.

Либо ваш вопрос:

• Как получилось, что это отрицательно? Тогда ответ: потому что переменные сигналы колеблются около 0 В, что означает, что они также становятся отрицательными.
• Почему же требуется время, чтобы перейти в устойчивое состояние? Тогда ответ: да, из-за времени RC, необходимого для перебалансировки выхода после того, как вы начнете «возбуждать» вход.

Когда вы впервые начинаете переключать вход, обе пластины конденсатора захотят подскочить, и резистор достаточно большой, поэтому он не может этого предотвратить. Поскольку при запуске выходной сигнал был на уровне 0 В, на первом фланге он резко скачет вверх. Затем после этого медленно выходная пластина снова начнет балансировать около 0 В с положительными и отрицательными пиками.

Вы также можете увидеть этот эффект зарядки на низких и высоких постоянных периодах сигнала: Небольшие уклоны, которые являются началом кривой RC. Если ваш сигнал станет медленнее, вы увидите все больше и больше кривой RC-заряда.

Хотите быстрее перейти в устойчивое состояние? Меньший конденсатор или меньший резистор.

Хотите остаться выше 0v? Вам нужно будет добавить некоторые полупроводниковые действия. Для таких малых сигналов возможно, что вам понадобится какое-то действие транзистора, но есть диоды Шоттки с падением напряжения 50 мВ при очень малых токах. Если вы подключите такие, как это:

^{смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab}

Вам также может понадобиться (маленький) резистор на входной стороне, но это (и его значение) будет зависеть от большего количества деталей, которые вы не указали.

Таким образом, каждый раз, когда выходная пластина качается в отрицательном направлении, диод поднимает ее обратно почти до 0 В.

Если вы хотите реально 0 В с таким слабым сигналом, который потребует транзисторов и / или операционных усилителей и напряжением не менее 2 В (или даже более сложным, если эти 2 В недоступны)

Расчёт постоянной ёмкости RC-цепочки. Расчёты частоты и длины волны

Нужно вычислить сопротивление последовательной, параллельной или комбинированной цепей? Нужно, если вы не хотите сжечь плату! Эта статья расскажет вам, как это сделать. Перед чтением, пожалуйста, уясните, что у резисторов нет «начала» и нет «конца». Эти слова вводятся для облегчения понимания изложенного материала.

Шаги

Сопротивление последовательной цепи

Сопротивление параллельной цепи

Сопротивление комбинированной цепи

Некоторые факты

1. Каждый электропроводный материал имеет некоторое сопротивление, являющееся сопротивляемостью материала электрическому току.
2. Сопротивление измеряется в Омах. Символ единицы измерения Ом — Ω.
3. Разные материалы имеют разные значения сопротивления.
   • Например, сопротивление меди 0.0000017 Ом/см 3
   • Сопротивление керамики около 10 14 Ом/см 3
4. Чем больше значение сопротивления, тем выше сопротивляемость электрическому току. Медь, которая часто используется в электрических проводах, имеет очень малое сопротивление. С другой стороны, сопротивление керамики очень велико, что делает ее прекрасным изолятором.
5. Работа всей цепи зависит от того, какой тип соединения вы выберете для подключения резисторов в этой цепи.
6. U=IR. Это закон Ома, установленный Георгом Омом в начале 1800х. Если вам даны любые две из этих переменных, вы легко найдете третью.
   • U=IR: Напряжение (U) есть результат умножения силы тока (I) * на сопротивление (R).
   • I=U/R: Сила тока есть частное от напряжение (U) ÷ сопротивление (R).
   • R=U/I: Сопротивление есть частное от напряжение (U) ÷ сила тока (I).

• Запомните: при параллельном соединении существует несколько путей прохождения тока по цепи, поэтому в такой цепи общее сопротивление будет меньше сопротивления каждого отдельного резистора. При последовательном соединении ток проходит через каждый резистор в цепи, поэтому сопротивление каждого отдельного резистора добавляется к общему сопротивлению.
• Общее сопротивление в параллельной цепи всегда меньше сопротивления одного резистора с самым низким сопротивлением в этой цепи. Общее сопротивление в последовательной цепи всегда больше сопротивления одного резистора с самым высоким сопротивлением в этой цепи.

В электротехнике принято считать, что простая цепь – это цепь, которая сводится к цепи с одним источником и одним эквивалентным сопротивлением. Свернуть цепь можно с помощью эквивалентных преобразований последовательного, параллельного и смешанного соединений. Исключением служат цепи, содержащие более сложные соединения звездой и треугольником. Расчет цепей постоянного тока производится с помощью закона Ома и Кирхгофа.

Пример 1

Два резистора подключены к источнику постоянного напряжения 50 В, с внутренним сопротивлением r = 0,5 Ом. Сопротивления резисторов R 1 = 20 и R 2 = 32 Ом. Определить ток в цепи и напряжения на резисторах.

Так как резисторы подключены последовательно, эквивалентное сопротивление будет равно их сумме. Зная его, воспользуемся законом Ома для полной цепи, чтобы найти ток в цепи.

Теперь зная ток в цепи, можно определить падения напряжений на каждом из резисторов.

Проверить правильность решения можно несколькими способами. Например, с помощью закона Кирхгофа, который гласит, что сумма ЭДС в контуре равна сумме напряжений в нем.

Но с помощью закона Кирхгофа удобно проверять простые цепи, имеющие один контур. Более удобным способом проверки является баланс мощностей .

В цепи должен соблюдаться баланс мощностей, то есть энергия отданная источниками должна быть равна энергии полученной приемниками.

Мощность источника определяется как произведение ЭДС на ток, а мощность полученная приемником как произведение падения напряжения на ток.

Преимущество проверки балансом мощностей в том, что не нужно составлять сложных громоздких уравнений на основании законов Кирхгофа, достаточно знать ЭДС, напряжения и токи в цепи.

Пример 2

Общий ток цепи, содержащей два соединенных параллельно резистора R 1 =70 Ом и R 2 =90 Ом, равен 500 мА. Определить токи в каждом из резисторов.

Два последовательно соединенных резистора ничто иное, как делитель тока . Определить токи, протекающие через каждый резистор можно с помощью формулы делителя, при этом напряжение в цепи нам не нужно знать, потребуется лишь общий ток и сопротивления резисторов.

Токи в резисторах

В данном случае удобно проверить задачу с помощью первого закона Кирхгофа, согласно которому сумма токов сходящихся, в узле равна нулю.

Если вы не помните формулу делителя тока, то можно решить задачу другим способом. Для этого необходимо найти напряжение в цепи, которое будет общим для обоих резисторов, так как соединение параллельное. Для того чтобы его найти, нужно сначала рассчитать сопротивление цепи

А затем напряжение

Зная напряжения, найдем токи, протекающие через резисторы

Как видите, токи получились теми же.

Пример 3

В электрической цепи, изображенной на схеме R 1 =50 Ом, R 2 =180 Ом, R 3 =220 Ом. Найти мощность, выделяемую на резисторе R 1 , ток через резистор R 2 , напряжение на резисторе R 3 , если известно, что напряжение на зажимах цепи 100 В.

Чтобы рассчитать мощность постоянного тока, выделяемую на резисторе R 1 , необходимо определить ток I 1 , который является общим для всей цепи. Зная напряжение на зажимах и эквивалентное сопротивление цепи, можно его найти.

Эквивалентное сопротивление и ток в цепи

Отсюда мощность, выделяемая на R 1

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Формулы составляют скелет науки об электронике. Вместо того, чтобы сваливать на стол целую кучу радиоэлементов, а потом переподключать их между собой, пытаясь выяснить, что же появится на свет в результате, опытные специалисты сразу строят новые схемы на основе известных математических и физических законов. Именно формулы помогают определять конкретные значения номиналов электронных компонентов и рабочих параметров схем.

Точно так же эффективно использовать формулы для модернизации уже готовых схем. К примеру, для того, чтобы выбрать правильный резистор в схеме с лампочкой, можно применить базовый закон Ома для постоянного тока (о нем можно будет прочесть в разделе “Соотношения закона Ома” сразу после нашего лирического вступления). Лампочку можно заставить, таким образом, светить более ярко или, наоборот — притушить.

В этой главе будут приведены многие основные формулы физики, с которыми рано или поздно приходится сталкиваться в процессе работы в электронике. Некоторые из них известны уже столетия, но мы до сих пор продолжаем ими успешно пользоваться, как будут пользоваться и наши внуки.

Соотношения закона Ома

Закон Ома представляет собой взаимное соотношение между напряжением, током, сопротивлением и мощностью. Все выводимые формулы для расчета каждой из указанных величин представлены в таблице:

В этой таблице используются следующие общепринятые обозначения физических величин:

U — напряжение (В),

I — ток (А),

Р — мощность (Вт),

R — сопротивление (Ом),

Потренируемся на следующем примере: пусть нужно найти мощность схемы. Известно, что напряжение на ее выводах составляет 100 В, а ток- 10 А. Тогда мощность согласно закону Ома будет равна 100 х 10 = 1000 Вт. Полученное значение можно использовать для расчета, скажем, номинала предохранителя, который нужно ввести в устройство, или, к примеру, для оценки счета за электричество, который вам лично принесет электрик из ЖЭК в конце месяца.

А вот другой пример: пусть нужно узнать номинал резистора в цепи с лампочкой, если известно, какой ток мы хотим пропускать через эту цепь. По закону Ома ток равен:

I = U / R

Схема, состоящая из лампочки, резистора и источника питания (батареи) показана на рисунке. Используя приведенную формулу, вычислить искомое сопротивление сможет даже школьник.

Что же в этой формуле есть что? Рассмотрим переменные подробнее.

> U пит (иногда также обозначается как V или Е): напряжение питания. Вследствие того, что при прохождении тока через лампочку на ней падает какое-то напряжение, величину этого падения (обычно рабочее напряжение лампочки, в нашем случае 3,5 В) нужно вычесть из напряжения источника питания. К примеру, если Uпит = 12 В, то U = 8,5 В при условии, что на лампочке падает 3,5 В.

> I : ток (измеряется в амперах), который планируется пропустить через лампочку. В нашем случае – 50 мА. Так как в формуле ток указывается в амперах, то 50 миллиампер составляет лишь малую его часть: 0,050 А.

> R : искомое сопротивление токоограничивающего резистора, в омах.

В продолжение, можно проставить в формулу расчета сопротивления реальные цифры вместо U, I и R:

R = U/I = 8,5 В / 0,050 А= 170 Ом

Расчёты сопротивления

Рассчитать сопротивление одного резистора в простой цепи достаточно просто. Однако с добавлением в нее других резисторов, параллельно или последовательно, общее сопротивление цепи также изменяется. Суммарное сопротивление нескольких соединенных последовательно резисторов равно сумме отдельных сопротивлений каждого из них. Для параллельного же соединения все немного сложнее.

Почему нужно обращать внимание на способ соединения компонентов между собой? На то есть сразу несколько причин.

> Сопротивления резисторов составляют только некоторый фиксированный ряд номиналов. В некоторых схемах значение сопротивления должно быть рассчитано точно, но, поскольку резистор именно такого номинала может и не существовать вообще, то приходится соединять несколько элементов последовательно или параллельно.

> Резисторы — не единственные компоненты, которые имеют сопротивление. К примеру, витки обмотки электромотора также обладают некоторым сопротивлением току. Во многих практических задачах приходится рассчитывать суммарное сопротивление всей цепи.

Расчет сопротивления последовательных резисторов

Формула для вычисления суммарного сопротивления резисторов, соединенных между собой последовательно, проста до неприличия. Нужно просто сложить все сопротивления:

Rобщ = Rl + R2 + R3 + … (столько раз, сколько есть элементов)

В данном случае величины Rl, R2, R3 и так далее — сопротивления отдельных резисторов или других компонентов цепи, а Rобщ — результирующая величина.

Так, к примеру, если имеется цепь из двух соединенных последовательно резисторов с номиналами 1,2 и 2,2 кОм, то суммарное сопротивление этого участка схемы будет равно 3,4 кОм.

Расчет сопротивления параллельных резисторов

Все немного усложняется, если требуется вычислить сопротивление цепи, состоящей из параллельных резисторов. Формула приобретает вид:

R общ = R1 * R2 / (R1 ­­+ R2)

где R1 и R2 — сопротивления отдельных резисторов или других элементов цепи, а Rобщ -результирующая величина. Так, если взять те же самые резисторы с номиналами 1,2 и 2,2 кОм, но соединенные параллельно, получим

776,47 = 2640000 / 3400

Для расчета результирующего сопротивления электрической цепи из трех и более резисторов используется следующая формула:

Расчёты ёмкости

Формулы, приведенные выше, справедливы и для расчета емкостей, только с точностью до наоборот. Так же, как и для резисторов, их можно расширить для любого количества компонентов в цепи.

Расчет емкости параллельных конденсаторов

Если нужно вычислить емкость цепи, состоящей из параллельных конденсаторов, необходимо просто сложить их номиналы:

Собщ = CI + С2 + СЗ + …

В этой формуле CI, С2 и СЗ — емкости отдельных конденсаторов, а Собщ суммирующая величина.

Расчет емкости последовательных конденсаторов

Для вычисления общей емкости пары связанных последовательно конденсаторов применяется следующая формула:

Собщ = С1 * С2 /(С1+С2)

где С1 и С2 — значения емкости каждого из конденсаторов, а Собщ — общая емкость цепи

Расчет емкости трех и более последовательно соединенных конденсаторов

В схеме имеются конденсаторы? Много? Ничего страшного: даже если все они связаны последовательно, всегда можно найти результирующую емкость этой цепи:

Так зачем же вязать последовательно сразу несколько конденсаторов, когда могло хватить одного? Одним из логических объяснений этому факту служит необходимость получения конкретного номинала емкости цепи, аналога которому в стандартном ряду номиналов не существует. Иногда приходится идти и по более тернистому пути, особенно в чувствительных схемах, как, например, радиоприемники.

Расчёт энергетических уравнений

Наиболее широко на практике применяют такую единицу измерения энергии, как киловатт-часы или, если это касается электроники, ватт-часы. Рассчитать затраченную схемой энергию можно, зная длительность времени, на протяжении которого устройство включено. Формула для расчета такова:

ватт-часы = Р х Т

В этой формуле литера Р обозначает мощность потребления, выраженную в ваттах, а Т — время работы в часах. В физике принято выражать количество затраченной энергии в ватт-секундах, или Джоулях. Для расчета энергии в этих единицах ватт-часы делят на 3600.

Расчёт постоянной ёмкости RC-цепочки

В электронных схемах часто используются RC-цепочки для обеспечения временных задержек или удлинения импульсных сигналов. Самые простые цепочки состоят всего лишь из резистора и конденсатора (отсюда и происхождение термина RC-цепочка).

Принцип работы RC-цепочки состоит в том, что заряженный конденсатор разряжается через резистор не мгновенно, а на протяжении некоторого интервала времени. Чем больше сопротивление резистора и/или конденсатора, тем дольше будет разряжаться емкость. Разработчики схем очень часто применяют RC-цепочки для создания простых таймеров и осцилляторов или изменения формы сигналов.

Каким же образом можно рассчитать постоянную времени RC-цепочки? Поскольку эта схема состоит из резистора и конденсатора, в уравнении используются значения сопротивления и емкости. Типичные конденсаторы имеют емкость порядка микрофарад и даже меньше, а системными единицами являются фарады, поэтому формула оперирует дробными числами.

T = RC

В этом уравнении литера Т служит для обозначения времени в секундах, R — сопротивления в омах, и С — емкости в фарадах.

Пусть, к примеру, имеется резистор 2000 Ом, подключенный к конденсатору 0,1 мкФ. Постоянная времени этой цепочки будет равна 0,002 с, или 2 мс.

Для того чтобы на первых порах облегчить вам перевод сверхмалых единиц емкостей в фарады, мы составили таблицу:

Расчёты частоты и длины волны

Частота сигнала является величиной, обратно пропорциональной его длине волны, как будет видно из формул чуть ниже. Эти формулы особенно полезны при работе с радиоэлектроникой, к примеру, для оценки длины куска провода, который планируется использовать в качестве антенны. Во всех следующих формулах длина волны выражается в метрах, а частота — в килогерцах.

Расчет частоты сигнала

Предположим, вы хотите изучать электронику для того, чтобы, собрав свой собственный приемопередатчик, поболтать с такими же энтузиастами из другой части света по аматорской радиосети. Частоты радиоволн и их длина стоят в формулах бок о бок. В радиолюбительских сетях часто можно услышать высказывания о том, что оператор работает на такой-то и такой длине волны. Вот как рассчитать частоту радиосигнала, зная длину волны:

Частота = 300000 / длина волны

Длина волны в данной формуле выражается в миллиметрах, а не в футах, аршинах или попугаях. Частота же дана в мегагерцах.

Расчет длины волны сигнала

Ту же самую формулу можно использовать и для вычисления длины волны радиосигнала, если известна его частота:

Длина волны = 300000 / Частота

Результат будет выражен в миллиметрах, а частота сигнала указывается в мегагерцах.

Приведем пример расчета. Пусть радиолюбитель общается со своим другом на частоте 50 МГц (50 миллионов периодов в секунду). Подставив эти цифры в приведенную выше формулу, получим:

6000 миллиметров = 300000 / 50 МГц

Однако чаще пользуются системными единицами длины — метрами, поэтому для завершения расчета нам остается перевести длину волны в более понятную величину. Так как в 1 метре 1000 миллиметров, то в результате получим 6 м. Оказывается, радиолюбитель настроил свою радиостанцию на длину волны 6 метров. Прикольно!

Онлайн-конвертеры единиц измерения

Случайный преобразователь

Онлайн-конвертеры единиц измерения Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер сухого объема и общих измерений при варкеПреобразователь площадиКонвертер объёма и общих измерений при варкеПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаПреобразователь энергии и работыПреобразователь силыПреобразователь силыКонвертер времениЛинейный конвертер скорости и скоростиКонвертер угла Хранение данныхКурсы обмена валютЖенская одежда и размеры обувиМужская одежда и размеры обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаПреобразователь момента инерцииПреобразователь момента силыКонвертер крутящего моментаПреобразователь удельной энергии, теплоты сгорания (на единицу температуры) Преобразователь интерваловКонвертер коэффициента теплового расширенияПреобразователь теплового сопротивленияПреобразователь теплопроводности Конвертер удельной теплоемкости ter Конвертер скорости передачиКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемКонвертер яркостиКонвертер яркостиКонвертер яркостиКонвертер разрешения цифрового изображенияПреобразователь частоты и длины волныОптическая мощность (диоптрия) в преобразователь фокусного расстоянияПреобразователь оптической мощности (диоптрия) в увеличение (X) Конвертер электрического заряда Конвертер плотности зарядаКонвертер плотности поверхностного зарядаКонвертер объёмной плотности заряда Преобразователь электрического токаЛинейный преобразователь плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияКонвертер электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь емкостиПреобразователь индуктивностиПреобразователь реактивной мощности переменного токаПреобразователь единиц магнитного поля в ваттах и ​​дБм Конвертер плотности потока Конвертер мощности поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности дозы полного ионизирующего излученияРадиоактивность.Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифрового изображения Конвертер единиц измерения объема древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица Этот онлайн-конвертер единиц измерения позволяет быстро и точно переводить многие единицы измерения из одной системы в другую. Страница преобразования единиц представляет собой решение для инженеров, переводчиков и для всех, чья деятельность требует работы с величинами, измеренными в различных единицах. Вы можете использовать этот онлайн-конвертер для преобразования нескольких сотен единиц (включая метрическую, британскую и американскую) в 76 категорий или нескольких тысяч пар, включая ускорение, площадь, электрическую энергию, энергию, силу, длину, свет, массу, массовый расход, плотность, удельный объем, мощность, давление, напряжение, температура, время, крутящий момент, скорость, вязкость, объем и емкость, объемный расход и многое другое. Примечание. Целые числа (числа без десятичной точки или показателя степени) считаются точными до 15 цифр, а максимальное количество цифр после десятичной точки равно 10.», То есть« умножить на десять в степени ». Электронная нотация обычно используется в калькуляторах, а также учеными, математиками и инженерами. Общие преобразователи единиц Конвертер длины и расстояния : метр, километр, сантиметр, миллиметр, нанометр, ярд, фут, дюйм, парсек, световой год, астрономическая единица, расстояние до Луны (от Земли до Луны), лига , миля, морская миля (международная), сажень, длина кабеля (международная), точка, пиксель, калибр, планковская длина… Конвертер массы : грамм, килограмм, миллиграмм, тонна (метрическая система), фунт, унция, камень (США), камень (Великобритания), карат, зерно, талант (библейский греческий), драхма (библейский греческий язык), денарий (библейский римский), шекель (библейский иврит), масса Планка, масса протона, атомная единица массы, масса электрона (покой), масса Земли, масса Солнца … Сухой объем и стандартные измерения при приготовлении пищи : литр, бочка сухой (США), пинта сухой (США), квартовый сухой (США), peck (США), peck (Великобритания), bushel (США), bushel (UK), cor (библейский), homer (библейский), ephah (библейский) ), seah (библейский), omer (библейский), cab (библейский), log (библейский), кубометр. Конвертер площади : миллиметр², сантиметр², метр², километр², гектар, акр, дюйм², фут², ярд², миля², сарай, круглый дюйм, поселок, роуд, стержень², окунь², усадьба, шест², сабин, арпент, куерда, квадратная верста, квадратный аршин, квадратный фут, квадратный сажень, площадь Планка … Конвертер объёма и общепринятых единиц измерения температуры : метр³, километр³, миллиметр³, литр, гектолитр, миллилитр, капля, бочка (масло), бочка (США) ), баррель (Великобритания), галлон (США), галлон (Великобритания), кварта (США), кварта (Великобритания), пинта (США), пинта (Великобритания), баррель (нефть), баррель (США), баррель (Великобритания ), галлон (США), галлон (Великобритания), кварта (США), кварта (Великобритания), пинта (США), пинта (Великобритания), ярд³, фут³, дюйм³, регистровая тонна, 100 кубических футов… Преобразователь температуры : кельвин, градус Цельсия, градус Фаренгейта, градус Ренкина, градус Реомюра, температура Планка. Преобразователь давления, напряжения, модуля Юнга : паскаль, килопаскаль, мегапаскаль, миллипаскаль, микропаскаль, нанопаскаль, атмосферно-техническая, стандартная атмосфера, тысячи фунтов на квадратный дюйм, фунт / кв. Дюйм, ньютон на метр², бар, миллибар, килограмм-сила / метр², грамм- сила / сантиметр², тонна-сила (короткая) / фут², фунт-сила / фут², миллиметр ртутного столба (0 ° C), дюйм ртутного столба (32 ° F), сантиметр водяного столба (4 ° C), фут водяного столба (4 ° C) , метр морской воды… Конвертер энергии и работы : джоуль, килоджоуль, мегаджоуль, миллиджоуль, мегаэлектронвольт, электрон-вольт, эрг, киловатт-час, мегаватт-час, ньютон-метр, килокалория (IT), калория (пищевая), Британские тепловые единицы (IT), мега Btu (IT), тонна-час (охлаждение), тонна нефтяного эквивалента, баррель нефтяного эквивалента (США), мегатонна, тонна (взрывчатые вещества), килограмм в тротиловом эквиваленте, дин-сантиметр, грамм-сила-сантиметр, килограмм-сила-метр, килопонд-метр, фут-фунт, дюйм-фунт, энергия Планка … Power Converter : ватт, киловатт, мегаватт, милливатт, лошадиные силы, вольт-ампер, ньютон-метр / секунда, джоуль / секунда, мегаджоуль в секунду, килоджоуль в секунду, миллиджоуль в секунду, джоуль в час, килоджоуль в час, эрг в секунду, британские тепловые единицы (IT) в час, килокалории (IT) в час… Преобразователь силы : ньютон, килоньютон, миллиньютон, дин, джоуль / метр, джоуль / сантиметр, грамм-сила, килограмм-сила, тонна-сила (короткая), кип-сила, килопунт-сила, фунт-сила сила, унция-сила, фунтал, фунт-фут в секунду², pond, sthene, grave-force, миллиграв-сила … Преобразователь времени : секунда, миллисекунда, наносекунда, пикосекунда, минута, час, день, неделя, месяц, год, декада, век, тысячелетие, планковское время, год (юлианский), год (високосный), год (тропический), год (сидерический), год (григорианский), две недели, встряска… Конвертер линейной скорости и скорости : метр / секунда, километр / час, километр / секунда, миля / час, фут / секунда, миля / секунда, узел, узел (Великобритания), скорость света в вакууме, космический скорость — первая, космическая скорость — вторая, космическая скорость — третья, скорость Земли, скорость звука в чистой воде, Мах (стандарт СИ), Мах (20 ° C и 1 атм), ярд / секунду … Угол Конвертер : градус, радиан, град, гон, минута, секунда, знак, мил, оборот, круг, поворот, квадрант, прямой угол, секстант. Конвертер топливной экономичности, расхода топлива и экономии топлива : метр / литр, километр / литр, миля (США) / литр, морская миля / литр, морская миля / галлон (США), километр / галлон (США), литр / 100 км, галлон (США) / миля, галлон (США) / 100 миль, галлон (Великобритания) / миля, галлон (Великобритания) / 100 миль … Конвертер чисел : двоичный, восьмеричный, десятичный, шестнадцатеричный, основание-3, основание-4, основание-5, основание-6, основание-7, основание-9, основание-10, основание-11, основание-12, основание-13, основание-14, основание-15, основание-20, основание-21, основание-22, основание-23, основание-24, основание-28, основание-30, основание-32, основание-34, основание-36… Конвертер единиц информации и хранения данных : бит, байт, слово, четверное слово, MAPM-слово, блок, килобит (10³ бит), кибибит, кибибайт, килобайт (10³ байтов), мегабайт (10⁶ байтов), гигабайт (10⁹ байтов), терабайт (10¹² байтов), петабайт (10¹⁵ байтов), эксабайт (10¹⁸ байтов), гибкий диск (3,5 ED), гибкий диск (5,25 HD), Zip 250, Jaz 2 ГБ, CD (74 минут), DVD (2 слоя 1 сторона), диск Blu-ray (однослойный), диск Blu-ray (двухслойный) … Курсы валют : евро, доллар США, канадский доллар, британский фунт стерлингов, японская иена, швейцарский франк, аргентинское песо, австралийский доллар, бразильский реал, болгарский лев, чилийское песо, китайский юань, чешская крона, датская крона, египетский фунт, венгерский форинт, исландская крона, индийская рупия, индонезийская рупия, новый израильский шекель , Иорданский динар, малазийский ринггит, мексиканское песо, новозеландский доллар, норвежская крона, пакистанская рупия, филиппинское песо, румынский лей, российский рубль, саудовский риял, сингапурский доллар, Южноафриканский рэнд, южнокорейский вон, шведская крона, новый тайваньский доллар, тайский бат, турецкая лира, украинская гривна… Размеры женской одежды и обуви : женские платья, костюмы и свитера, женская обувь, женские купальные костюмы, размер букв, бюст, дюймы, естественная талия, дюймы, заниженная талия, дюймы, бедра, дюймы, бюст, сантиметры, Натуральная талия, сантиметры, Заниженная талия, сантиметры, Бедра, сантиметры, Длина стопы, мм, Торс, дюймы, США, Канада, Великобритания, Европа, континентальный, Россия, Япония, Франция, Австралия, Мексика, Китай, Корея .. Размеры мужской одежды и обуви : мужские рубашки, мужские брюки / брюки, размер мужской обуви, размер букв, шея, дюймы, грудь, дюймы, рукав, дюймы, талия, дюймы, шея, сантиметры, грудь, сантиметры, Рукав, сантиметры, Талия, сантиметры, Длина стопы, мм, Длина стопы, дюймы, США, Канада, Великобритания, Австралия, Европа, континентальный, Япония, Россия, Франция, Италия, Испания, Китай, Корея, Мексика… Механика Преобразователь угловой скорости и частоты вращения : радиан / секунда, радиан / день, радиан / час, радиан / минута, градус / день, градус / час, градус / минута, градус / секунда, оборот / день, оборот / час, оборот / минута, оборот / секунда, оборот / год, оборот / месяц, оборот / неделя, градус / год, градус / месяц, градус / неделя, радиан / год, радиан / месяц, радиан / неделя. Преобразователь ускорения : дециметр / секунда², метр / секунда², километр / секунда², гектометр / секунда², декаметр / секунда², сантиметр / секунда², миллиметр / секунда², микрометр / секунда², нанометр / секунда², пикометр / секунда², фемтометр / секунда² , аттометр / секунда², галлон, галилей, миля / секунда², ярд / секунда², фут / секунда², дюйм / секунда², ускорение свободного падения, ускорение свободного падения на Солнце, ускорение свободного падения на Меркурии, ускорение свободного падения на Венере , ускорение свободного падения на Луне, ускорение свободного падения на Марсе, ускорение свободного падения на Юпитере, ускорение свободного падения на Сатурне… Конвертер плотности : килограмм / метр³, килограмм / сантиметр³, грамм / метр³, грамм / сантиметр³, грамм / миллиметр³, миллиграмм / метр³, миллиграмм / сантиметр³, миллиграмм / миллиметр³, экзаграмма / литр, петаграмм / литр, тераграмма / литр, гигаграмм / литр, мегаграмм / литр, килограмм / литр, гектограмм / литр, декаграмм / литр, грамм / литр, дециграмм / литр, сантиграмм / литр, миллиграмм / литр, микрограмм / литр, нанограмм / литр, пикограмм / литр , фемтограмм / литр, аттограмм / литр, фунт / дюйм³ … Конвертер удельного объема : метр³ / килограмм, сантиметр³ / грамм, литр / килограмм, литр / грамм, фут³ / килограмм, фут³ / фунт, галлон (США ) / фунт, галлон (Великобритания) / фунт. Преобразователь момента инерции : килограмм-метр², килограмм-сантиметр², килограмм-миллиметр², грамм-сантиметр², грамм-миллиметр², килограмм-сила-метр-секунда², унция-дюйм², унция-сила-дюйм-секунда², фунт-фут², фунт-сила-фут-секунда², фунт-дюйм². , фунт-сила-дюйм-секунда², ударный фут². Конвертер момента силы : метр ньютон, метр килоньютон, метр миллиньютон, метр микроньютон, метр тонна-сила (короткий), метр тонна-сила (длинный), метр тонна-сила (метрический), метр килограмм-сила, грамм-сила-сантиметр, фунт-сила-фут, фунт-фут, фунт-дюйм. Гидротрансформатор : ньютон-метр, ньютон-сантиметр, ньютон-миллиметр, килоньютон-метр, дин-метр, дин-сантиметр, дин-миллиметр, килограмм-сила-метр, килограмм-сила-сантиметр, килограмм-сила-миллиметр, грамм-сила-метр, грамм- сила-сантиметр, грамм-сила-миллиметр, унция-сила-фут, унция-сила-дюйм, фунт-сила-фут, фунт-сила-дюйм. Термодинамика — Тепло Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу) : джоуль / килограмм, килоджоуль / килограмм, калория (IT) / грамм, калория (th) / грамм, британские тепловые единицы (IT) / фунт, BTU (th) / фунт, килограмм / джоуль, килограмм / килоджоуль, грамм / калория (IT), грамм / калория (th), фунт / BTU (IT), фунт / Btu (th), фунт / лошадиная сила-час, грамм / лошадиная сила (метрическая) -час, грамм / киловатт-час. Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на объем) : джоуль / метр³, джоуль / литр, мегаджоуль / метр³, килоджоуль / метр³, килокалория (IT) / метр³, калория (IT) / сантиметр³, терм / фут³, терм / галлон (Великобритания), британские тепловые единицы (IT) на фут³, британские тепловые единицы на фут³, CHU / фут³, метр³ / джоуль, литр / джоуль, галлон (США) / лошадиная сила-час, галлон (США) / лошадиная сила (метрическая система) )-час. Конвертер теплопроводности : ватт / метр / K, ватт / сантиметр / ° C, киловатт / метр / K, калория (IT) / секунда / сантиметр / ° C, калория (th) / секунда / сантиметр / ° C , килокалория (IT) / час / метр / ° C, килокалория (th) / час / метр / ° C, BTU (IT) дюйм / секунда / фут² / ° F, BTU (th) дюйм / секунда / фут² / ° F , BTU (IT) фут / час / фут² / ° F, Btu (th) фут / час / фут² / ° F, BTU (IT) дюйм / час / фут² / ° F, BTU (th) дюйм / час / фут² / ° F. Конвертер удельной теплоемкости : джоуль / килограмм / K, джоуль / килограмм / ° C, джоуль / грамм / ° C, килоджоуль / килограмм / K, килоджоуль / килограмм / ° C, калория (IT) / грамм / ° C, калория (IT) / грамм / ° F, калория (th) / грамм / ° C, килокалория (IT) / килограмм / ° C, килокалория (th) / килограмм / ° C, килокалория (IT) / килограмм / K , килокалория (th) / килограмм / K, килограмм-сила-метр / килограмм / K, фунт-сила-фут / фунт / ° R, Btu (IT) / фунт / ° F, Btu (th) / фунт / ° F, Btu (IT) / фунт / ° R, Btu (th) / фунт / ° R, Btu (IT) / фунт / ° C, CHU / фунт / ° C. Конвертер плотности теплового потока : ватт / метр², киловатт / метр², ватт / сантиметр², ватт / дюйм², джоуль / секунда / метр², килокалория (IT) / час / метр², килокалория (IT) / час / фут², калория (IT) / минута / сантиметр², калория (IT) / час / сантиметр², калория (th) / минута / сантиметр², калория (th) / час / сантиметр², дина / час / сантиметр, эрг / час / миллиметр², фут-фунт / минута на фут², лошадиные силы на фут², лошадиные силы (метрические единицы) на фут², британские тепловые единицы (IT) / секунда на фут², британские тепловые единицы (IT) в минуту на фут², британские тепловые единицы (ИТ) на час / фут², британские тепловые единицы (единицы) / секунда на дюйм² , Btu (th) / секунда / фут², Btu (th) / минута / фут², Btu (th) / час / фут², CHU / час / фут². Преобразователь коэффициента теплопередачи : ватт / метр² / K, ватт / метр² / ° C, джоуль / секунда / метр² / K, килокалория (IT) / час / метр² / ° C, килокалория (IT) / час / фут² / ° C, Btu (IT) / секунда / фут² / ° F, Btu (th) / секунда / фут² / ° F, BTU (IT) / час / фут² / ° F, Btu (th) / час / фут² / ° F, CHU / час / фут² / ° C. Гидравлика — жидкости Конвертер объемного расхода : метр³ / секунда, метр³ / день, метр³ / час, метр³ / минута, сантиметр³ / день, сантиметр³ / час, сантиметр³ / минуту, сантиметр³ / секунда, литр / день, литр / час, литр / минута, литр / секунда, миллилитр / день, миллилитр / час, миллилитр / минута, миллилитр / секунда, галлон (США) / день, галлон (США) / час, галлон (США) / минута, галлон (США) в секунду, галлон (Великобритания) в день, галлон (Великобритания) в час, галлон (Великобритания) в минуту, галлон (Великобритания) в секунду, килобаррель (США) в день, баррель (США) в день… Конвертер массового расхода : килограмм / секунда, грамм / секунда, грамм / минута, грамм / час, грамм / день, миллиграмм / минута, миллиграмм / час, миллиграмм / день, килограмм / минута, килограмм / час , килограмм / день, экзаграмм / секунда, петаграмма / секунда, тераграмма / секунда, гигаграмма / секунда, мегаграмм / секунда, гектограмм / секунда, декаграмма / секунда, дециграмма / секунда, сантиграмма / секунда, миллиграмм / секунда, микрограмм / секунда, тонна (метрическая) / секунда, тонна (метрическая) / минута, тонна (метрическая) / час, тонна (метрическая) / день … Конвертер молярной скорости потока : моль / секунда, экзамен / секунда, петамоль / секунда, терамоль / секунда, гигамоль / секунда, мегамоль / секунда, киломоль / секунда, гектомоль / секунда, декамоль / секунда, децимоль / секунда, сантимоль / секунда, миллимоль / секунда, микромоль / секунда, наномоль / секунда, пикомоль / секунда, фемтомоль / секунда, аттомоль в секунду, моль в минуту, моль в час, моль в день, миллимоль в минуту, миллимоль в час, миллимоль в день, километр в минуту, километр в час, километр в день. Преобразователь потока массы : грамм / секунда / метр², килограмм / час / метр², килограмм / час / фут², килограмм / секунда / метр², грамм / секунда / сантиметр², фунт / час / фут², фунт / секунда / фут². Конвертер молярной концентрации : моль / метр³, моль / литр, моль / сантиметр³, моль / миллиметр³, километр / метр³, километр / литр, километр / сантиметр³, километр / миллиметр³, миллимоль / метр³, миллимоль / литр, миллимоль / сантиметр³, миллимоль / миллиметр³, моль / дециметр³, молярный, миллимолярный, микромолярный, наномолярный, пикомолярный, фемтомолярный, аттомолярный, зептомолярный, йоктомолярный. Конвертер массовой концентрации в растворе : килограмм / литр, грамм / литр, миллиграмм / литр, часть / миллион, гран / галлон (США), гран / галлон (Великобритания), фунт / галлон (США), фунт / галлон (Великобритания), фунт / миллион галлон (США), фунт / миллион галлон (Великобритания), фунт / фут³, килограмм / метр³, грамм / 100 мл. Конвертер динамической (абсолютной) вязкости : паскаль-секунда, килограмм-сила-секунда на метр², ньютон-секунда на метр², миллиньютон-секунда на метр², дин-секунда на сантиметр², равновесие, эксапуаз, петапуаз, терапуаз, гигапуаз, мегапуаз, килопуаз, гектопуаз, декапуаз, деципуаз, сантипуаз, миллипуаз, микропуаз, наноуаз, пикопуаз, фемтопуаз, аттопуаз, фунт-сила-секунда / дюйм², фунт-сила-секунда / фут², фунт-секунда / фут², грамм / сантиметр / секунда… Конвертер кинематической вязкости : метр² / секунда, метр² / час, сантиметр² / секунда, миллиметр² / секунда, фут² / секунда, фут² / час, дюйм² / секунда, стоксы, экзастоки, петастоки, терастоки, гигастоксы, мегастоксы, килостоки, гектостоки, декастоки, децистоки, сантистоки, миллистоки, микростоки, наностоки, пикостоки, фемтостоки, аттостоки. Преобразователь поверхностного натяжения : ньютон на метр, миллиньютон на метр, грамм-сила на сантиметр, дина на сантиметр, эрг / сантиметр², эрг / миллиметр², фунт на дюйм, фунт-сила / дюйм. Акустика — Звук Преобразователь чувствительности микрофона : децибел относительно 1 вольт на 1 паскаль, децибел относительно 1 вольта на 1 микропаскаль, децибел относительно 1 вольта на 1 дин на квадратный сантиметр, децибел относительно 1 вольта на 1 микробар, вольт на паскаль, милливольт на паскаль, микровольт на паскаль. Преобразователь уровня звукового давления (SPL) : ньютон на квадратный метр, паскаль, миллипаскаль, микропаскаль, дин / квадратный сантиметр, бар, миллибар, микробар, уровень звукового давления в децибелах. Фотометрия — Свет Конвертер яркости : кандела на метр², кандела на сантиметр², кандела на фут², кандела на дюйм², килокандела на метр², стильб, люмен на метр² на стерадиан, люмен на сантиметр² на стерадиан, люмен на фут² стерадиан, нит, миллинит, ламберт, миллиламберт, фут-ламберт, апостиль, блондель, брил, скот. Конвертер силы света : кандела, свеча (немецкий язык), свеча (Великобритания), десятичная свеча, свеча (пентан), пентановая свеча (мощность 10 свечей), свеча Хефнера, единица измерения яркости, десятичный буж, люмен / стерадиан, свеча (Международный). Конвертер освещенности : люкс, метр-свеча, сантиметр-свеча, фут-свеча, фот, nox, кандела стерадиан на метр², люмен на метр², люмен на сантиметр², люмен на фут², ватт на сантиметр² (при 555 нм) . Преобразователь частоты и длины волны : герц, эксагерц, петагерц, терагерц, гигагерц, мегагерц, килогерц, гектогерц, декагерц, децигерц, сантигерц, миллигерц, микрогерц, цикл, микрогерц / секунда , длина волны в петаметрах, длина волны в тераметрах, длина волны в гигаметрах, длина волны в мегаметрах, длина волны в километрах, длина волны в гектометрах, длина волны в декаметрах… Конвертер оптической силы (диоптрии) в фокусное расстояние : Оптическая сила (диоптрическая сила или преломляющая сила) линзы или другой оптической системы — это степень, с которой система сходится или рассеивает свет. Он рассчитывается как величина, обратная фокусному расстоянию оптической системы, и измеряется в обратных метрах в СИ или, чаще, в диоптриях (1 диоптрия = м⁻¹) Электротехника Конвертер электрического заряда : кулон, мегакулон , килокулон, милликулон, микрокулон, нанокулон, пикокулон, абкулон, EMU заряда, статкулон, ESU заряда, франклин, ампер-час, миллиампер-час, ампер-минута, ампер-секунда, фарадей (на основе углерода 12), элементарный плата. Преобразователь электрического тока : ампер, килоампер, миллиампер, биот, абампер, ЭДС тока, статампер, ЭДС тока, СГС э.м. единица, CGS e.s. единица, микроампер, наноампер, ток Планка. Линейный преобразователь плотности тока : ампер / метр, ампер / сантиметр, ампер / дюйм, абампер / метр, абампер / сантиметр, абампер / дюйм, эрстед, гильберт / сантиметр, ампер / миллиметр, миллиампер / метр, миллиампер / дециметр , миллиампер / сантиметр, миллиампер / миллиметр, микроампер / метр, микроампер / дециметр, микроампер / сантиметр, микроампер / миллиметр. Конвертер поверхностной плотности тока : ампер на метр², ампер на сантиметр², ампер на дюйм², ампер на мил², ампер на круговой мил, абампер на сантиметр², ампер на миллиметр², миллиампер на миллиметр², микроампер на миллиметр², миллиметр на миллиметр², миллиметр на миллиметр². миллиампер / сантиметр², микроампер / сантиметр², килоампер / сантиметр², ампер / дециметр², миллиампер / дециметр², микроампер / дециметр², килоампер / дециметр². Преобразователь напряженности электрического поля : вольт на метр, киловольт на метр, киловольт на сантиметр, вольт на сантиметр, милливольт на метр, микровольт на метр, киловольт на дюйм, вольт на дюйм, вольт на мил, абвольт на сантиметр, статвольт на сантиметр, статвольт на дюйм, ньютон на кулон, вольт на микрон. Преобразователь электрического потенциала и напряжения : вольт, милливольт, микровольт, нановольт, пиковольт, киловольт, мегавольт, гигавольт, теравольт, ватт / ампер, абвольт, EMU электрического потенциала, статвольт, ESU электрического потенциала, планковское напряжение. Преобразователь электрического сопротивления : Ом, мегаом, микром, вольт / ампер, обратный сименс, abohm, EMU сопротивления, статом, ESU сопротивления, квантованное сопротивление Холла, импеданс Планка, миллиом, кОм. Преобразователь удельного электрического сопротивления : омметр, ом-сантиметр, ом-дюйм, микром-сантиметр, микром-дюйм, ом-сантиметр, статом-сантиметр, круговой мил-ом / фут, ом-кв.миллиметр на метр. Преобразователь электрической проводимости : сименс, мегасименс, килосименс, миллисименс, микросименс, ампер / вольт, mho, gemmho, micromho, abmho, statmho, квантованная проводимость Холла. Конвертер электропроводности : сименс / метр, пикосименс / метр, mho / метр, mho / сантиметр, abmho / метр, abmho / сантиметр, статмо / метр, статмо / сантиметр, сименс / сантиметр, миллисименс / метр, миллисименс / сантиметр, микросименс / метр, микросименс / сантиметр, единица электропроводности, коэффициент проводимости, доли на миллион, шкала 700, шкала частей на миллион, шкала 500, частей на миллион, шкала 640, TDS, частей на миллион, шкала 640, TDS, части на миллион, шкала 550, TDS, частей на миллион, шкала 500, TDS, частей на миллион, шкала 700. Преобразователь емкости : фарад, экзафарад, петафарад, терафарад, гигафарад, мегафарад, килофарад, гектофарад, декафарад, децифарад, сантифарад, миллифарад, микрофарад, емкость, нанофарад, аттофарад вольт, фе. , статфарад, ЭСУ емкости. Преобразователь индуктивности : генри, эксагенри, петагенри, терагенри, гигагенри, мегагенри, килогенри, гектогенри, декагенри, децигенри, сантигенри, миллигенри, микрогенри, наногенри, пикогенри, индуктивность U, фемогенри, атогенри , статенри, ЭСУ индуктивности. Преобразователь реактивной мощности переменного тока : реактивный вольт-ампер, реактивный милливольт-ампер, реактивный киловольт-ампер, реактивный мегавольт-ампер, реактивный гигавольт-ампер. Американский калибр проводов : Американский калибр проводов (AWG) — это стандартизированная система калибра проводов, используемая в США и Канаде для измерения диаметров цветных электропроводящих проводов, включая медь и алюминий. Чем больше площадь поперечного сечения провода, тем выше его допустимая нагрузка по току.Чем больше номер AWG, также называемый калибром провода, тем меньше физический размер провода. Самый большой размер AWG — 0000 (4/0), а самый маленький — 40. В этой таблице перечислены размеры и сопротивление AWG для медных проводников. Используйте закон Ома для расчета падения напряжения на проводнике. Магнитостатика, магнетизм и электромагнетизм Преобразователь магнитного потока : Вебер, Милливебер, Микровебер, вольт-секунда, единичный полюс, мегалин, килолин, линия, максвелл, тесла-метр², тесла-сантиметр², гаусс-сантиметр², квант магнитного потока. Конвертер плотности магнитного потока : тесла, Вебер / метр², Вебер / сантиметр², Вебер / дюйм², Максвелл / метр², Максвелл / сантиметр², Максвелл / дюйм², Гаусс, линия / сантиметр², линия / дюйм², гамма. Radiation and Radiology Конвертер мощности поглощенной дозы излучения, общей мощности дозы ионизирующего излучения : серый цвет в секунду, эксагрей в секунду, петагрей в секунду, тераграрей в секунду, гигагрей в секунду, мегагрей в секунду, килограмм в секунду, гектограмм / секунда, декаграй / секунда, дециграй / секунда, сантигрей / секунда, миллиграй / секунда, микрогрей / секунда, наногрей / секунда, пикграй / секунда, фемтогрей / секунда, аттогрей / секунда, рад / секунда, джоуль / килограмм / секунда, ватт на килограмм, зиверт в секунду, миллизиверт в год, миллизиверт в час, микрозиверт в час, бэр в секунду, рентген в час… Радиоактивность. Конвертер радиоактивного распада : беккерель, петабеккерель, терабеккерель, гигабеккерель, мегабеккерель, килобеккерель, миллибеккерель, кюри, килокюри, милликюри, микрокюри, нанокюри, пикокюри, резерфорд, одна / секунда, дезинтеграции в секунду. Конвертер облучения : кулон на килограмм, милликулон на килограмм, микрокулон на килограмм, рентген, миллирентген, микрорентген, тканевый рентген, Паркер, респ. Радиация. Конвертер поглощенной дозы : рад, миллирад, джоуль / килограмм, джоуль / грамм, джоуль / сантиграм, джоуль / миллиграмм, серый, эксагрей, петагрей, терагрей, гигагрей, мегагрей, килограмм, гектагрей, декагрей, децигрей, сантигрей, микрогрей, миллиграй , наногрей, пикграй, фемтогрей, аттогрей, зиверт, миллизиверт, микрозиверт … Прочие преобразователи Конвертер метрических префиксов : нет, yotta, zetta, exa, peta, tera, giga, mega, kilo, hecto, deka , деци, санти, милли, микро, нано, пико, фемто, атто, зепто, йокто. Преобразователь передачи данных : бит / секунда, байт / секунда, килобит / секунда (SI по умолчанию), килобайт / секунда (SI по умолчанию), кибибит / секунда, кибибайт / секунда, мегабит / секунда (SI по умолчанию) , мегабайт в секунду (SI по умолчанию), мебибит в секунду, мебибайт в секунду, гигабит в секунду (SI по умолчанию), гигабайт в секунду (SI по умолчанию), гибибит в секунду, гибибит в секунду, терабит в секунду (SI по умолчанию). .), терабайт в секунду (по умолчанию SI), тебибит в секунду, тебибайт в секунду, Ethernet, Ethernet (быстрый), Ethernet (гигабит), OC1, OC3, OC12, OC24, OC48 … Типографика и цифровой Конвертер единиц изображения : твип, метр, сантиметр, миллиметр, символ (X), символ (Y), пиксель (X), пиксель (Y), дюйм, пика (компьютер), пика (принтер), точка (DTP / PostScript) ), point (компьютер), point (принтер), en, cicero, em, Didot point. Конвертер единиц измерения объема пиломатериалов : кубический метр, кубический фут, кубический дюйм, футы для досок, тысяча фут для досок, шнур, шнур (80 фут3), футы для шнура, узел, поддон, поперечина, стяжка. Калькулятор молярной массы : Молярная масса — это физическое свойство, которое определяется как масса вещества, деленная на количество вещества в молях. Другими словами, это масса одного моля определенного вещества. Периодическая таблица : Периодическая таблица представляет собой список всех химических элементов, расположенных слева направо и сверху вниз по их атомным номерам, электронным конфигурациям и повторяющимся химическим свойствам, расположенным в форме таблицы таким образом, чтобы элементы с аналогичные химические свойства отображаются в вертикальных столбцах, называемых группами.У некоторых групп есть имена, а также номера. Например, все элементы группы 1, кроме водорода, являются щелочными металлами, а элементы группы 18 — благородными газами, которые ранее назывались инертными газами. Различные строки таблицы называются периодами, потому что это расположение отражает периодическое повторение сходных химических и физических свойств химических элементов по мере увеличения их атомного номера. Элементы одного периода имеют одинаковое количество электронных оболочек. У вас есть трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

RC-схемы — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Опишите процесс зарядки конденсатора
• Опишите процесс разрядки конденсатора
• Перечислите некоторые применения RC-цепей

При использовании камеры со вспышкой зарядка конденсатора, питающего вспышку, занимает несколько секунд. Световая вспышка разряжает конденсатор за крошечные доли секунды.Почему зарядка занимает больше времени, чем разрядка? Этот вопрос и несколько других явлений, связанных с зарядкой и разрядкой конденсаторов, обсуждаются в этом модуле.

Цепи с сопротивлением и емкостью

Цепь RC — это цепь, содержащая сопротивление и емкость. Как показано в разделе «Емкость», конденсатор — это электрический компонент, который накапливает электрический заряд, накапливая энергию в электрическом поле.

(Рисунок) (a) показана простая схема RC , в которой используется источник постоянного напряжения (постоянного тока), резистор R , конденсатор C и двухпозиционный переключатель.Схема позволяет конденсатору заряжаться или разряжаться в зависимости от положения переключателя. Когда переключатель перемещается в положение A , конденсатор заряжается, в результате чего возникает цепь в части (b). Когда переключатель перемещается в положение B , конденсатор разряжается через резистор.

(a) Схема RC с двухполюсным переключателем, который можно использовать для зарядки и разрядки конденсатора. (b) Когда переключатель перемещается в положение A , схема сводится к простому последовательному соединению источника напряжения, резистора, конденсатора и переключателя.(c) Когда переключатель перемещается в положение B , схема сводится к простому последовательному соединению резистора, конденсатора и переключателя. Источник напряжения снимается с цепи.

Зарядка конденсатора

Мы можем использовать правило петли Кирхгофа, чтобы понять заряд конденсатора. Это приводит к уравнению. Это уравнение можно использовать для моделирования заряда как функции времени при зарядке конденсатора. Емкость определяется как напряжение на конденсаторе.По закону Ома падение потенциала на резисторе равно

Это дифференциальное уравнение можно проинтегрировать, чтобы найти уравнение для заряда конденсатора как функции времени.

Пусть, тогда Результат

В результате упрощения получается уравнение для заряда зарядного конденсатора как функции времени:

График зависимости заряда конденсатора от времени показан на (Рисунок) (а). Во-первых, обратите внимание, что по мере приближения времени к бесконечности экспонента стремится к нулю, поэтому заряд приближается к максимальному и имеет единицы кулонов.Единицы измерения RC — секунды, единицы времени. Эта величина известна как постоянная времени:

.

В момент времени заряд равен максимальному. Обратите внимание, что изменение скорости заряда во времени представляет собой наклон в точке графика зависимости заряда от времени. Наклон графика велик во времени и приближается к нулю с увеличением времени.

По мере увеличения заряда конденсатора ток через резистор уменьшается, как показано на (Рисунок) (b). Ток через резистор можно найти, взяв производную заряда по времени.

В момент тока через резистор. Когда время приближается к бесконечности, ток приближается к нулю. В момент времени ток через резистор равен

.

(a) Заряд конденсатора в зависимости от времени при зарядке конденсатора. (б) Ток через резистор в зависимости от времени. (c) Разность напряжений на конденсаторе. (d) Разность напряжений на резисторе.

(Рисунок) (c) и (Рисунок) (d) показывают разность напряжений на конденсаторе и резисторе, соответственно.По мере увеличения заряда конденсатора ток уменьшается, как и разница напряжений на резисторе. Разница напряжений на конденсаторе увеличивается как

.

Разряд конденсатора

Когда переключатель на (Рисунок) (a) перемещается в положение B , схема сокращается до схемы в части (c), и заряженному конденсатору позволяют разрядиться через резистор. График зависимости заряда конденсатора от времени показан на (Рисунок) (а).Использование правила петли Кирхгофа для анализа цепи при разряде конденсатора приводит к уравнению, которое упрощается до. Используя определение тока и интегрируя уравнение контура, получаем уравнение для заряда конденсатора как функции времени:

Здесь Q — начальный заряд конденсатора и постоянная времени цепи. Как показано на графике, заряд экспоненциально уменьшается от начального заряда, приближаясь к нулю, когда время приближается к бесконечности.

Ток как функцию времени можно найти, взяв производную заряда по времени:

Знак минус показывает, что ток течет в направлении, противоположном току, наблюдаемому при зарядке конденсатора. (Рисунок) (b) показывает пример графика зависимости заряда от времени и тока от времени. График зависимости разности напряжений на конденсаторе и разницы напряжений на резисторе от времени показан в частях (c) и (d) рисунка.Обратите внимание, что величины заряда, тока и напряжения экспоненциально уменьшаются, приближаясь к нулю с увеличением времени.

(a) Заряд конденсатора в зависимости от времени при разрядке конденсатора. (б) Ток через резистор в зависимости от времени. (c) Разность напряжений на конденсаторе. (d) Разность напряжений на резисторе.

Теперь мы можем объяснить, почему упомянутой в начале этого раздела фотовспышке требуется гораздо больше времени для зарядки, чем для разрядки: сопротивление при зарядке значительно больше, чем при разрядке.Внутреннее сопротивление батареи составляет большую часть сопротивления во время зарядки. По мере старения аккумулятора возрастающее внутреннее сопротивление делает процесс зарядки еще медленнее.

Осциллятор релаксации Одним из применений схемы RC является осциллятор релаксации, как показано ниже. Релаксационный генератор состоит из источника напряжения, резистора, конденсатора и неоновой лампы. Неоновая лампа действует как разомкнутая цепь (бесконечное сопротивление), пока разность потенциалов на неоновой лампе не достигнет определенного напряжения.При таком напряжении лампа действует как короткое замыкание (нулевое сопротивление), и конденсатор разряжается через неоновую лампу и производит свет. В показанном релаксационном генераторе источник напряжения заряжает конденсатор до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет 80 В. Когда это происходит, неон в лампе выходит из строя и позволяет конденсатору разряжаться через лампу, создавая яркую вспышку. После того, как конденсатор полностью разрядится через неоновую лампу, он снова начинает заряжаться, и процесс повторяется.Если предположить, что время, необходимое конденсатору для разряда, ничтожно мало, каков временной интервал между вспышками?

Стратегия

Период времени можно найти, рассматривая уравнение, где

Решение Неоновая лампа мигает, когда напряжение на конденсаторе достигает 80 В. Постоянная времени RC равна. Мы можем решить уравнение напряжения для времени, которое требуется конденсатору для достижения 80 В:

Значение Одно из применений генератора релаксации — управление световыми индикаторами, которые мигают с частотой, определяемой значениями для R и C .В этом примере неоновая лампа будет мигать каждые 8,13 секунды, частота генератора релаксации имеет много других практических применений. Он часто используется в электронных схемах, где неоновая лампа заменяется транзистором или устройством, известным как туннельный диод. Описание транзистора и туннельного диода выходит за рамки этой главы, но вы можете рассматривать их как переключатели, управляемые напряжением. Обычно это разомкнутые переключатели, но при подаче правильного напряжения переключатель замыкается и проводит ток.«Выключатель» можно использовать для включения другой цепи, включения света или запуска небольшого двигателя. Осциллятор релаксации может быть использован для того, чтобы заставить мигать поворотники вашего автомобиля или ваш мобильный телефон вибрировать.

Цепи RC имеют множество применений. Их можно эффективно использовать в качестве таймеров для таких приложений, как стеклоочистители прерывистого действия, кардиостимуляторы и стробоскопы. В некоторых моделях стеклоочистителей прерывистого действия используется переменный резистор для регулировки интервала между движениями стеклоочистителя.Увеличение сопротивления увеличивает постоянную времени RC , что увеличивает время между срабатываниями дворников.

Еще одно приложение — кардиостимулятор. Частота сердечных сокращений обычно контролируется электрическими сигналами, которые заставляют сердечные мышцы сокращаться и перекачивать кровь. Когда сердечный ритм ненормален (сердцебиение слишком высокое или слишком низкое), для исправления этого нарушения можно использовать кардиостимуляторы. У кардиостимуляторов есть датчики, которые обнаруживают движение тела и дыхание, чтобы увеличить частоту сердечных сокращений во время физических нагрузок, таким образом удовлетворяя повышенную потребность в крови и кислороде, а схема синхронизации RC может использоваться для контроля времени между сигналами напряжения, подаваемыми на сердце.

Забегая вперед к изучению цепей переменного тока (цепей переменного тока), переменные напряжения изменяются как синусоидальные функции с определенными частотами. Ученые часто регистрируют периодические изменения напряжения или электрических сигналов. Эти сигналы напряжения могут исходить от музыки, записанной с помощью микрофона, или от атмосферных данных, собранных радаром. Иногда эти сигналы могут содержать нежелательные частоты, известные как «шум». RC фильтры могут использоваться для фильтрации нежелательных частот.

В области изучения электроники популярное устройство, известное как таймер 555, выдает синхронизированные импульсы напряжения. Время между импульсами контролируется схемой RC . Это лишь некоторые из бесчисленных применений схем RC .

Схема RC имеет тысячи применений и очень важна для изучения. Его можно не только использовать для измерения времени в цепях, но и для фильтрации нежелательных частот в цепи и в источниках питания, например, в вашем компьютере, чтобы преобразовать переменное напряжение в постоянное.

Постоянная времени RC

Измерение постоянной времени в RC-цепи

В этом лабораторном эксперименте мы будем измерять постоянную времени τ RC-цепи с помощью три разных метода. На рисунке 1 мы нарисовали последовательную RC-цепь.

Рисунок 1 — Схема RC-цепи
Когда переключатель находится в положении 1, источник напряжения подает ток на резистор и конденсатор. Заряд оседает на пластинах конденсатора.Вначале на пластинах очень мало заряда, однако со временем заряд идет на пластины накапливаются, и повышенное напряжение на конденсаторе уменьшит протекание тока через цепь. Мы можем увидеть это в следующем уравнении цикла:

V _o + V _r + V _c = 0
или
V _o — iR — q / C = 0

По мере того, как q становится больше, я должен уменьшаться, чтобы компенсировать это. Со временем текущий со временем приблизится к нулю.Когда переключатель переводится в положение 2, аккумулятор извлекается из цепи, и заряд, накопившийся в конденсаторе, проходит через резистор. В этом случае уравнение выглядит следующим образом:

iR + q / C = 0
или
dq / dt R + q / C = 0

Это дифференциальное уравнение первого порядка имеет решение в виде экспоненты:
q (t) = q _o e ^{(- t / τ)}

Где τ = RC. Эта функция затухания изображена на рисунке 2:

Рисунок 2 — Экспоненциальное затухание

Учитывая значения R и C в большинстве схем, очень трудно «наблюдать» за распадом.В этой лабораторной работе мы немного схитрим, мы будем подключать нашу RC-цепь не к источнику напряжения. с переключателем, но с функциональным генератором, который выдает прямоугольный сигнал. Это будет действовать как «включено» и «выключено» напряжение питания сотни или тысячи раз в секунду. Затем мы можем наблюдать напряжение на схему на осциллографе, и оттуда измерить τ.

Процедура:
С помощью осциллографа измерьте прямоугольный выходной сигнал функционального генератора. Установить размах напряжения не менее десяти вольт и поместите форму волны на экран осциллографа таким образом, чтобы было легко измерить напряжение.При этом также убедитесь, что измеренный период на вашем осциллографе — это то, что вы ожидаете от частоты от функционального генератора. А Распространенной ошибкой в ​​этой лабораторной работе является использование неоткалиброванной шкалы времени.

На макете последовательно подключите конденсатор и резистор. Выберите пару с RC 10 ^-4 секунд или меньше. Однако обратите внимание, что если вы выберете конденсатор с очень малой емкостью, то емкость остальной части схемы будет доминировать при измерении τ.Если ваши результаты для номера метода №1 категорически не согласен с методами №2 и №3, значит, вы проигнорировали предупреждение о выборе очень маленького емкость.

Метод №1
Первый способ измерения τ — это считывание показаний R&C непосредственно с компонентов. самих себя. Поскольку конденсаторы обычно имеют погрешности ± 20%, какова погрешность, связанная с этим измерением?

Метод № 2
Подключите осциллограф для измерения напряжения на конденсаторе.См. Рисунок 3. Обратите внимание, что конденсатор должен подключаться к земле, а не к резистору. Подумайте об этой детали, когда будете проводить измерения. если ты неправильно измерить, вы можете заземлить обе стороны конденсатора, фактически исключив его из цепи.

Рисунок 3 — Фотография RC-цепи

На вашем прицеле проверьте напряжение на конденсаторе. Это должно выглядеть примерно так, как показано на рисунке 4. Обратите внимание, что возможно, вам придется настроить запуск на вашем осциллографе .

Рисунок 4 — Вверху: диаграмма отклика напряжения Внизу: напряжение на конденсаторе на осциллографе

Увеличьте период работы функционального генератора так, чтобы казалось, что конденсатор полностью разряжен. разрядка. «Взорвите» этот участок графика, изменив временную шкалу, таким образом, вы можете осмотрите его повнимательнее. См. Рисунок 5.
Рисунок 5 — «Раздутие» затухающей части сигнала

Нашим вторым методом измерения постоянной времени будет измерение «одной точки».Поскольку e ^-1 = 0,368, возьмите разницу между самым высоким и самым низким напряжениями, умножьте это на 0,368 и прибавьте к наименьшему. Напряжение. Что будет напряжение на конденсаторе после одного τ. Найдите этот уровень напряжения на экране и измерьте, сколько времени потребовалось для напряжение на конденсаторе снизится до этого значения. Поскольку напряжение соответствует одному затуханию τ, оно прямое измерение τ. Не забудьте указать в записной книжке оценку ошибки. Оцените ошибку таким же образом вы бы оценили погрешность измерения при использовании линейки.

Метод № 3
Последний способ измерения τ — это сбор данных во многих точках. Воспользуйтесь тем, что у нас есть цифровые осциллографы, сохраняя данные на карту памяти USB и импортируя данные в Excel. Если вы затем вычислите столбец, который представляет собой натуральный логарифм (ln) вашего напряжения, вы можете построить график этих значений. данные в зависимости от времени и получить оценку τ (на самом деле -1 / τ). Используйте компьютеры в лаборатории, чтобы получить уклон и погрешность уклона. Помните, что некоторые из ваших данных более ценны, чем другие, и удалите точки, которые могут сбить вашу кривую (подумайте об относительной ошибке некоторых баллов по сравнению с другими).

В заключение обсудите RC-схему, сравните ваши значения τ с их погрешностями и включите свои мысли по поводу лучший способ измерить τ. Обратите внимание, что ваш вывод должен быть прилично длиннее, чем те, которые вы написали, поэтому далеко для этого класса, и что если ваше обсуждение не включает комментарии по поводу неопределенностей в вашем измерений, он не будет считаться завершенным.

Физика для науки и техники II