Tricky Circuit

Резистор + конденсатор

Спіймай час у колі.

Напруга конденсатора не змінюється миттєво. Спостерігай за зарядом, від’єднай джерело й простеж за енергією.

Відкрити інтерактивний дослід
RC · Резисторно-конденсаторне коло
Resistor–capacitor. R — опір, C — ємність. Разом вони задають швидкість зміни напруги конденсатора.
Circuitpedia

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ СТІЛ

Змінюй налаштування схеми, передбачай покази та перевіряй розв’язання завдання. Це навчальні моделі; припущення пояснено в кожному уроці.

Увійди, щоб зберігати прогрес. Прогрес гостя зберігається на цьому пристрої.

Відкрити лабораторію в повному вікні

Резистор задає темп.

Ідеальне RC-коло, 5 V. Після вимкнення резистор з’єднується зі спільним проводом для розряду. Витік та ESR не враховані.

Модуль «Затримка» = резистор + конденсатор. τ = R × C. За τ напруга долає близько 63% шляху до нового значення, за 5τ — понад 99%. Енергія розряду перетворюється на тепло в резисторі. Без шляху розряду поведінка інша.

Складність
  1. Збери · Накопич заряд

    Увімкни живлення й дочекайся напруги конденсатора понад 3 V.

    Потрібна підказка?

    10 kΩ і 100 µF дають сталу часу 1 секунду.

  2. Досліди · Сповільни час

    Обери R і C для сталої часу 2–3 секунди. Почни заряд.

    Потрібна підказка?

    Переведи kΩ в Ω, µF у F: 20 000 × 0,0001 = 2 секунди.

  3. Розв’яжи · Збережи й відпусти

    Налаштуй τ на 3–5 секунд. Заряди понад 4 V, від’єднай і перевір розряд між 1 та 3 V.

    Потрібна підказка?

    Більша стала часу дає більше часу для перевірки.

Додаткові матеріали та картки схем

Дай колу відчуття часу

Конденсатор зберігає енергію в електричному полі між провідниками. Миттєвий стрибок його напруги потребував би імпульсу струму. З резистором він перетворює різку зміну на плавну криву: коло пам’ятає недавній стан.

τ = R × C → 10,000 Ω × 100 µF = 1 s

При стрибку від 0 до Vs: Vc(t) = Vs × (1 − e^(−t/τ)). При розряді на землю: Vc(t) = Vstart × e^(−t/τ). Тут вимкнення живлення під’єднує резистор до 0 В, утворюючи шлях розряду.

63%, а не 100%

За одну сталу часу заряд від нуля досягає приблизно 63,2% кінцевої напруги. За п’ять — приблизно 99,3%.

Останній відрізок найповільніший

Що ближча напруга конденсатора до живлення, то менша напруга на резисторі. Струм падає, заряд сповільнюється.

Енергія зростає як квадрат напруги

E = ½CV². За сталої ємності подвоєння напруги збільшує енергію вчетверо.

Помилка, якої варто уникати

Розімкнути коло й під’єднати до землі — різні дії. Ізольований ідеальний конденсатор зберігає заряд. Реальний має витік, а додаткове навантаження змінює криву розряду.

Подвоїмо R без зміни C. Заряд стане…

  1. удвічі повільнішим
  2. удвічі швидшим
  3. таким самим
Читати далі

Стала часу R × C подвоюється. Досягнення тієї самої частки кінцевої напруги триває вдвічі довше.

Повільна пам’ять

Спостерігай зростання напруги кілька секунд.

τ = 4,4 с. Приблизно за 22 с напруга досягає 99,3% від 5 В.

Швидкий відгук

Порівняй цю криву з повільною пам’яттю.

τ = 0,10 с. За пів секунди конденсатор майже заряджений.

Analog Devices: заряд RC-кола й установлення