Công cụ tính thời gian nạp tụ điện là gì?
Công cụ này mô phỏng quá trình một tụ điện được nạp qua điện trở trong mạch RC (điện trở – tụ điện) đơn giản. Khi nối với nguồn điện một chiều (DC), điện áp trên tụ tăng theo hàm mũ và tiến dần đến giá trị điện áp nguồn. Công cụ sẽ cho biết điện áp tại bất kỳ thời điểm nào bạn chọn, hằng số thời gian của mạch, phần trăm đã nạp, cũng như ước lượng thời gian cần thiết để tụ nạp gần như đầy.
Cách sử dụng
Bạn nhập điện áp nguồn (Vs) tính bằng vôn, điện trở nối tiếp (R) tính bằng ôm, điện dung (C) tính bằng microfara (µF) và thời gian đã trôi qua (t) tính bằng giây. Công cụ tự động đổi microfara sang fara và áp dụng phương trình nạp theo hàm mũ.
Giải thích công thức
Điện áp trên tụ tuân theo công thức $$V(t) = \text{V}_s \left( 1 - e^{-t/RC} \right)$$ Tích số RC chính là hằng số thời gian \(\tau\), đo bằng giây. Sau một hằng số thời gian, tụ đạt khoảng 63,2% điện áp nguồn; còn sau năm hằng số thời gian (\(5\tau\)), tụ đã nạp được khoảng 99,3% — trên thực tế được xem là "đã nạp đầy".
Ví dụ minh họa
Giả sử Vs = 12 V, R = 1.000 Ω và C = 100 µF (0,0001 F). Hằng số thời gian \(\tau = 1000 \times 0{,}0001 = 0{,}1\) s. Sau \(t = 0{,}1\) s (tức một \(\tau\)), ta có $$V(t) = 12 \times \left( 1 - e^{-1} \right) = 12 \times 0{,}6321 \approx 7{,}585 \text{ V}$$ tương đương khoảng 63,2% điện áp nguồn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao phải đổi µF sang fara? Công thức dùng đơn vị SI, nên microfara phải được chia cho 1.000.000.
Khi nào tụ điện được xem là "nạp đầy"? Về mặt toán học, tụ không bao giờ đạt đúng 100%, nhưng sau \(5\tau\) thì mức nạp đã vượt 99% và được coi là đầy.
Công cụ này có dùng cho quá trình phóng điện không? Không — công cụ này chỉ mô phỏng quá trình nạp. Quá trình phóng tuân theo công thức \(V(t) = \text{V}_s \, e^{-t/RC}\).
