Онлайн расчет конденсаторов

Описание и назначение

Онлайн расчет конденсаторов — это быстрый способ рассчитать ёмкость, реактивное сопротивление, время заряда/разряда RC-цепи, эквивалент при последовательном или параллельном соединении, а также подобрать рабочее напряжение и тип компонента под конкретную задачу. Инструмент полезен при проектировании фильтров, таймеров, блоков питания, пусковых схем для двигателей, LED-драйверов и аудиоаппаратуры.

Как пользоваться калькулятором

1. Выберите задачу: RC-фильтр/таймер, реактивное сопротивление, эквивалентная ёмкость (последовательно/параллельно), сглаживание пульсаций, пусковой конденсатор.
2. Введите исходные данные: частоту, сопротивление, требуемую частоту среза/время, напряжение, ёмкости отдельных элементов.
3. Получите результат: значения C, Xc, C_экв, время τ, пульсации, рекомендуемое рабочее напряжение и тип.
4. Скопируйте итог и ознакомьтесь с рекомендациями по допускам, температуре и запасам.

Основные формулы и обозначения

• Ёмкость: C (Ф), напряжение: U (В), ток: I (А), частота: f (Гц), сопротивление: R (Ом), реактивное сопротивление: Xc (Ом), постоянная времени: τ (с).
• Реактивное сопротивление: Xc = 1 / (2π · f · C).
• RC-фильтр/таймер: τ = R · C; для достижения ~63% уровня — t = τ; для ~95% — 3τ; для ~99% — 5τ.
• Частота среза RC-фильтра первого порядка: f_c = 1 / (2π · R · C) ⇒ C = 1 / (2π · R · f_c).
• Эквивалентная ёмкость:
  • Параллельно: Cэкв = ΣCi; Uраб одинаково.
  • Последовательно: 1/Cэкв = Σ(1/Ci); Uдоп суммируется (с оговорками по разбросу).
• Энергия в конденсаторе: E = ½ · C · U².
• Глубина пульсаций сглаживающего конденсатора (выпрямитель, грубо): ΔU ≈ I_load / (f_ripple · C), где f_ripple = 100 Гц для мостового выпрямителя 50 Гц.

Подбор по рабочему напряжению и запасам

• Рабочее напряжение конденсатора выбирайте не менее чем в 1.5–2 раза выше максимального реального напряжения в узле с учетом пульсаций и бросков.
• Для сетевых фильтров по постоянному после выпрямителя при 230 В AC пик ≈ 325 В — берите минимум 400 В, лучше 450 В.
• В высокочастотных схемах токи пульсаций важны: проверяйте допустимый Ripple Current и ESR в даташитах.

Типы диэлектриков и применение

• Электролитические (Al, полимер): большие ёмкости, высокие пульсации, выше ESR, полярность соблюдается. Хороши для сглаживания и фильтров питания.
• Танталовые: стабильнее, меньше ESR, но чувствительны к перенапряжению; для компактных DC-цепей.
• Пленочные (PP, PET): низкие потери, хороши для аудио, импульсных режимов, сетевых X2/Y2.
• Керамические: от NP0/C0G (стабильные, малые C) до X7R/X5R (больше C, но зависят от напряжения и температуры).
• Моторные (CBB60/65): для пуска и работы однофазных двигателей, рассчитаны на сетевую частоту.

Параллельное и последовательное соединение: нюансы

• Параллель: просто суммирует C, уменьшает ESR/ESL, удобно для сглаживания.
• Последовательно: повышает допустимое напряжение, но разброс C ведет к неравномерному распределению напряжения; ставьте балансировочные резисторы (например, 470 кОм–1 МОм параллельно каждому электролиту) и выбирайте одинаковые по параметрам элементы.

Конверсии единиц

• 1 Ф = 10⁶ мкФ = 10⁹ нФ = 10¹² пФ.
• Быстрые переводы:
  • 1000 нФ = 1 мкФ
  • 4700 пФ = 4.7 нФ
  • 220 нФ = 0.22 мкФ

Примеры расчётов

1) RC-фильтр для среза 1 кГц

• Дано: R = 1 кОм, f_c = 1000 Гц.
• Расчет: C = 1 / (2π · 1000 · 1000) ≈ 159 нФ.
• Выбор: стандартный ряд — 160 нФ (E12/E24).

2) Время задержки 100 мс на входе

• Дано: R = 100 кОм, t ≈ 0.1 с.
• По t ≈ 3τ для 95%: τ ≈ 0.033 с ⇒ C = τ/R ≈ 0.033 / 100000 ≈ 330 нФ.

3) Сглаживание пульсаций 0.5 В при 0.2 А

• Дано: I_load = 0.2 А, выпрямитель мостовой 50 Гц ⇒ f_ripple = 100 Гц, ΔU = 0.5 В.
• C ≈ I / (f_ripple · ΔU) = 0.2 / (100 · 0.5) = 0.004 Ф = 4000 мкФ.
• Рекомендация: взять 4700 мкФ 25–35 В с низким ESR.

4) Эквивалент при последовательном соединении

• Дано: C1 = 100 мкФ, C2 = 100 мкФ.
• 1/Cэкв = 1/100 + 1/100 (в мкФ) ⇒ Cэкв = 50 мкФ.
• Напряжение: два по 25 В теоретически дают 50 В, но закладывайте разбаланс — используйте резисторы выравнивания и запас 1.7–2×.

Проверка результата и допуски

• Электролиты часто имеют допуск −20…+20% (или −10…+50%); керамика X7R/X5R — заметная зависимость C от напряжения (до −60% при номинальном напряжении).
• Для точных RC-таймеров выбирайте NP0/C0G или пленку; для питания — электролит/полимер с низким ESR.
• Сравните рассчитанную C со стандартными рядами E12/E24; округляйте вверх для фильтров питания и пульсаций, и подбирайте R/C совместно для RC-таймеров.

Температура, частота, ESR/ESL

• Температура снижает ресурс электролитов: правило 10°C — удвоение/снижение срока службы.
• ESR влияет на нагрев и пульсации напряжения: ΔU_ESR ≈ I_ripple · ESR.
• На высоких частотах доминирует ESL; ставьте несколько параллельных конденсаторов (например, электролит + 100 нФ керамика) для широкополосного фильтра.

Безопасность и типовые ошибки

• Не превышайте рабочее и импульсное напряжения; учитывайте пик после выпрямления.
• Полярные конденсаторы не ставьте в переменном токе без выпрямления/биасов.
• Не используйте тантал без достаточного запаса и ограничений по току.
• Для сетевых применений используйте сертифицированные X2/Y2, а не обычные пленочные/керамические.

Краткий алгоритм выбора

1. Определите функцию: фильтр, таймер, пульсации, пуск мотора.
2. Посчитайте C по формуле задачи (f_c, τ, ΔU, Xc).
3. Проверьте рабочее напряжение с запасом 1.5–2×.
4. Выберите диэлектрик по частоте, пульсациям и стабильности.
5. Уточните допуски, ESR/ESL и температурный диапазон.
6. Сверьтесь со стандартными рядами и доступностью.

Заключение

Онлайн расчет конденсаторов позволяет быстро получить ключевые параметры, проверить граничные условия и сразу подобрать подходящий компонент по ёмкости, напряжению и типу. Следуя формулам, допускам и рекомендациям по запасу, вы получите стабильную работу схемы и предсказуемый результат.

Часто задаваемые вопросы

Смотрите также

Мы подобрали калькуляторы, которые помогут вам с разными задачами, связанными с текущей темой.