TechOverflow Logo
TechOverflow

Як обчислити час заряду/розряду конденсатора через резистор за допомогою Python

English Deutsch Français 简体中文 Español Čeština Português Русский Українська

Ви можете легко обчислити час, необхідний для заряду або розряду конденсатора через резистор, за допомогою бібліотеки Python UliEngineering:

Ω ⚠
F ⚠
V ⚠
V ⚠
V ⚠
capacitor_resistor_charge_discharge_time.py
from UliEngineering.Electronics.Capacitors import *
from UliEngineering.EngineerIO import *

# Обчислити час заряду конденсатора 100мкФ через 10k від джерела 5В
# через діод Шотткі з прямою напругою 0,3В, до 3,0В
charge_time = capacitor_resistor_charge_time(
    capacitance="100uF", resistance="10kΩ", source_voltage="5V",
    initial_voltage="0V", target_voltage="3.0V", diode_voltage="300mV"
)

# Обчислити час розряду того ж конденсатора через 10k до 1,0В
# через кремнієвий діод з прямою напругою 0,7В
discharge_time = capacitor_resistor_discharge_time(
    capacitance="100uF", resistance="10kΩ", initial_voltage="5.0V",
    target_voltage="1.0V", diode_voltage="700mV"
)

# Автоформатування та вивід результатів
print(f"Час заряду: {format_value(charge_time, 'с')}")
print(f"Час розряду: {format_value(discharge_time, 'с')}")

Приклад виводу

capacitor_charge_discharge_time_output.txt
Час заряду: 1,02 с
Час розряду: 2,66 с

Графік часу заряду конденсатора

Заряд та розряд конденсатора через резистор відбувається за експоненційною кривою, яка описується постійною часу RC τ = R × C. Постійна часу визначає, наскільки швидко конденсатор заряджається або розряджається: після однієї постійної часу конденсатор досягає приблизно 63,2% своєї кінцевої напруги під час заряду, або спадає до 36,8% під час розряду.

Графік вище показує характерну криву RC-заряду для конденсатора 100 мкФ, що заряджається через резистор 10 кΩ від джерела 5В. Червоні пунктирні лінії позначають постійні часу (τ, 2τ, 3τ, 4τ, 5τ), показуючи, що конденсатор досягає 99,3% напруги джерела після 5 постійних часу. Це демонструє, чому постійна часу є фундаментальною для схем синхронізації, фільтрів та застосувань формування імпульсів.

Скрипт генерації графіка

plot_capacitor_charge_time.py
#!/usr/bin/env python3
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sys
sys.path.insert(0, '/home/uli/dev/UliEngineering')

from UliEngineering.Electronics.Capacitors import capacitor_resistor_charge_time

# Діапазон часу для графіка
t = np.linspace(0, 0.005, 200)  # від 0 до 5мс

# Створення графіка
plt.figure(figsize=(10, 6))

# Фіксовані параметри
C = 100e-6  # 100 µF
R = 10e3  # 10 kΩ
V_source = 5.0  # 5V
V_initial = 0.0

# Розрахунок напруги від часу для RC-заряду
tau = R * C
V = V_source + (V_initial - V_source) * np.exp(-t / tau)

plt.plot(t * 1000, V, color='blue', linewidth=2)
plt.xlabel('Час (мс)', fontsize=12)
plt.ylabel('Напруга конденсатора (В)', fontsize=12)
plt.title('Крива заряду RC-конденсатора (R=10kΩ, C=100µF)', fontsize=14, fontweight='bold')
plt.grid(True, alpha=0.3)

# Позначення постійних часу
for n in [1, 2, 3, 4, 5]:
    t_n = n * tau
    V_n = V_source + (V_initial - V_source) * np.exp(-n)
    plt.axvline(x=t_n * 1000, color='red', linestyle='--', alpha=0.3)
    plt.text(t_n * 1000, V_n + 0.1, f'{n}τ', fontsize=9, color='red')

plt.tight_layout()
plt.savefig('capacitor_charge_time_plot.svg', format='svg', dpi=300)
Дивіться схожі статті за категоріями: Calculators, Electronics, Python