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輸入計算

數學公式

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結果

時刻 t 的電容電壓
7.585
volts (63.21% of supply)
時間常數(τ = RC) 0.1 s
充電百分比 63.21 %
約充滿電所需時間(5τ) 0.5 s

什麼是電容充電時間計算機?

這個工具用來模擬電容在簡單 RC(電阻-電容)電路中,透過電阻充電的過程。當接上直流電源時,電容電壓會以指數方式逐漸逼近電源電壓。本計算機可算出任一時刻的電容電壓、電路的時間常數、充電百分比,以及大致充滿電所需的時間。

由電池、電阻和電容串聯組成的簡單RC充電電路
一個基本的RC充電電路:電源電壓V_s、電阻R和電容C串聯。

使用方式

請輸入電源電壓(Vs,單位為伏特 V)、串聯電阻(R,單位為歐姆 Ω)、電容值(C,單位為微法拉 µF),以及經過的時間(t,單位為秒)。計算機會自動將微法拉換算為法拉,並套用指數充電公式進行運算。

公式說明

電容電壓的變化遵循 $$V(t) = \text{V}_s \left( 1 - e^{-t/RC} \right)$$ 其中 \(R\) 與 \(C\) 的乘積就是時間常數 \(\tau\),以秒為單位。經過一個時間常數後,電容約可充到電源電壓的 63.2%;而經過五個時間常數(\(5\tau\))後,則約充至 99.3%,在實務上即視為「充滿電」。

電容電壓朝電源電壓上升的指數充電曲線
電容電壓沿指數曲線上升,經過一個時間常數後達到V_s的約63%。

實例演算

假設 \(V_s = 12\,\text{V}\)、\(R = 1{,}000\,\Omega\)、\(C = 100\,\mu\text{F}\)(即 \(0.0001\,\text{F}\))。則時間常數 $$\tau = 1000 \times 0.0001 = 0.1\ \text{秒}$$ 經過 \(t = 0.1\) 秒(一個 \(\tau\))後,$$V(t) = 12 \times \left( 1 - e^{-1} \right) = 12 \times 0.6321 \approx 7.585\ \text{V}$$ 約為電源電壓的 63.2%。

常見問題

為什麼要把 µF 換算成法拉?公式採用 SI 國際單位制,因此微法拉必須除以 1,000,000 才能正確計算。

電容什麼時候才算「充滿」?就數學而言,它永遠無法達到 100%,但經過 \(5\tau\) 後已充至超過 99%,一般即視為充滿。

這個工具能用來計算放電嗎?不行,本計算機僅模擬充電過程。放電則遵循 \(V(t) = \text{V}_s \cdot e^{-t/RC}\)。

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