Конденсатор, который заряжается от источника постоянного напряжения через резистор, — одна из самых частых цепей в электронике: фильтр питания с ограничением пускового тока, цепь сброса, разрядный резистор на конденсаторах высокого напряжения. Напряжение на конденсаторе меняется по экспоненте, и вся цепь описывается одной величиной — постоянной времени τ = RC.
Формулы
Напряжение на конденсаторе при заряде от источника Uист с начального напряжения U0 и ток в цепи:
Разряд — тот же случай с Uист = 0. Время до напряжения U получается из первой формулы:
Энергия в конденсаторе — CU²/2. При заряде через резистор от нуля в резисторе выделяется столько же энергии, сколько запасается в конденсаторе.
Заряд по постоянным времени
| Время | Напряжение (доля пути) | Ток (доля начального) |
|---|---|---|
| 0,5τ | 39,3 % | 60,7 % |
| 0,7τ | 50,3 % | 49,7 % |
| 1τ | 63,2 % | 36,8 % |
| 2τ | 86,5 % | 13,5 % |
| 3τ | 95,0 % | 5,0 % |
| 4τ | 98,2 % | 1,8 % |
| 5τ | 99,3 % | 0,7 % |
Значения совпадают с таблицами ARRL (L. Ernst, WA2GKH) и Electronics Tutorials — по ним проверен расчёт. Для разряда таблица та же: через τ остаётся 36,8 % начального напряжения, через 5τ — 0,7 %.
Где пригодится
- Ограничение пускового тока. Резистор последовательно с конденсатором фильтра ограничивает ток в первый момент значением U / R; калькулятор покажет его и мощность на резисторе.
- Разрядный резистор. На конденсаторах высокого напряжения ставят резистор, который разряжает их после отключения. Задайте начальное и безопасное напряжение — калькулятор найдёт время.
- Задержки и сброс. Для времязадающих цепей, фильтров и переходных процессов в сигнальных цепях удобнее калькулятор RC-цепи: он считает частоту среза, подбирает номиналы из рядов E и время переходного процесса.
Частые вопросы
За какое время зарядится конденсатор через резистор?
За одну постоянную времени τ = RC напряжение проходит 63,2 % пути до напряжения источника, за 3τ — 95 %, за 5τ — 99,3 %. На практике конденсатор считают заряженным через 5τ. Например, 1000 мкФ через 1 кОм: τ = 1 с, до 99 % — около 4,6 с. До самого напряжения источника экспонента подходит только асимптотически.
Какой ток идёт в начале заряда?
В первый момент разряженный конденсатор ведёт себя как короткое замыкание, и ток ограничивает только резистор: I = U / R. Дальше ток спадает по той же экспоненте: через τ остаётся 36,8 % начального, через 5τ — 0,7 %. Начальный ток и мощность на резисторе в первый момент, I²R, важны при выборе резистора для ограничения пускового тока.
Сколько энергии выделяется в резисторе при заряде?
При заряде от нуля — ровно столько, сколько запасается в конденсаторе: CU²/2, независимо от сопротивления резистора. Половина энергии, отданной источником, уходит в тепло. При разряде через резистор в тепло уходит вся запасённая энергия CU₀²/2 — для 1000 мкФ при 400 В это 80 Дж.
Как рассчитать разрядный резистор для конденсатора?
Задайте начальное напряжение, ёмкость, допустимое конечное напряжение и подберите сопротивление так, чтобы время разряда устроило. Время до напряжения U: t = RC·ln(U₀ / U). Учтите и мощность: в первый момент на резисторе рассеивается U₀² / R, а вся энергия CU₀²/2 уходит в него за время разряда.
Источники
- L. Ernst (WA2GKH). Capacitor TC Calc, Version 2.1r. ARRL, 2020 — формула Ec = (1 − e^(−t/RC))(Es − Ei) + Ei и таблица заряда на 1–5 постоянных времени: 63,21; 86,47; 95,02; 98,17; 99,33 % (эталон тестов)
- Electronics Tutorials. RC Charging Circuit — таблица напряжения и тока на 0,5–5 RC: 39,3 % и 60,7 % при 0,5 RC, 50,3 % при 0,7 RC … 99,3 % и 0,7 % при 5 RC (эталон тестов)
Где пригодится
Встроить калькулятор на свой сайт
Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах
<iframe src="https://gaw.ru/embed/capacitor-charge/" title="Калькулятор заряда и разряда конденсатора через резистор" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/capacitor-charge/">Калькулятор заряда и разряда конденсатора через резистор</a> — GAW.ru</p>Автоподстройка высоты рамки
Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.
<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>Обновлено .
Нашли ошибку в расчёте?