RC-Zeitkonstante τ Rechner
Rechner für die Zeitkonstante von RC-Gliedern
RC-Zeitkonstante verstehen
Die Zeitkonstante τ (Tau) ist eine fundamentale Größe in RC-Schaltungen und bestimmt, wie schnell sich ein Kondensator auf- oder entlädt. Sie ist das Produkt aus Widerstand und Kapazität und hat die Einheit Sekunde.
⏱️ Zeitkonstante τ
- • Zeit für 63,2% Ladung
- • τ = R × C
- • Einheit: Sekunden
- • Exponentielles Verhalten
📊 Ladezustand nach Zeit
- • 1τ: 63,2% geladen
- • 3τ: 95,0% geladen
- • 5τ: 99,3% geladen
- • ∞τ: 100% geladen
Formeln für RC-Zeitkonstante
⏱️ Zeitkonstante τ berechnen
Die Zeitkonstante ist das Produkt aus Widerstand und Kapazität:
\[ \tau = R \cdot C \]
Wobei: τ = Zeitkonstante (s), R = Widerstand (Ω), C = Kapazität (F)
🔧 Widerstand R berechnen
Der Widerstand ergibt sich aus Zeitkonstante und Kapazität:
\[ R = \frac{\tau}{C} \]
⚡ Kapazität C berechnen
Die Kapazität ergibt sich aus Zeitkonstante und Widerstand:
\[ C = \frac{\tau}{R} \]
Exponentialfunktionen beim Laden/Entladen
🔋 Ladevorgang
Spannung am Kondensator:
\[ U_C(t) = U_0 \cdot (1 - e^{-\frac{t}{\tau}}) \]
U₀ = Eingangsspannung
⚡ Entladevorgang
Spannung am Kondensator:
\[ U_C(t) = U_0 \cdot e^{-\frac{t}{\tau}} \]
U₀ = Anfangsspannung
Praktische Beispiele
📝 Beispiel 1: Zeitkonstante berechnen
Gegeben: R = 100 Ω, C = 1 μF
Gesucht: τ = ?
\[ \tau = 100 \cdot 1 \times 10^{-6} = 100 \times 10^{-6} = 100 \text{ μs} \]
Ergebnis: Die Zeitkonstante beträgt 100 μs. Nach dieser Zeit ist der Kondensator zu 63,2% geladen.
📝 Beispiel 2: Timer-Schaltung
Für einen Timer mit τ = 1 s und C = 10 μF:
Welcher Widerstand wird benötigt?
\[ R = \frac{\tau}{C} = \frac{1}{10 \times 10^{-6}} = 100.000 \text{ Ω} = 100 \text{ kΩ} \]
Ergebnis: Ein 100 kΩ Widerstand erzeugt eine Zeitkonstante von 1 Sekunde.
Praktische Anwendungen
⏰ Timer und Delays
- • Zeitverzögerungen
- • Monostabile Kippstufen
- • Blinkschaltungen
- • Entprellschaltungen
🎛️ Filter und Signale
- • Tiefpass-Filter
- • Hochpass-Filter
- • Koppelkondensatoren
- • Integrator/Differenzierer
💡 Praktische Tipps:
- Faustregel: Nach 5τ ist ein RC-Glied praktisch vollständig geladen/entladen (99,3%)
- Timer-Design: Für Zeiten > 1s große Kondensatoren verwenden (weniger Leckstrom)
- Präzision: Toleranzen von R und C addieren sich zur Gesamttoleranz von τ
- Temperatur: Kondensatoren sind oft temperaturabhängig (besonders Elkos)
Grundlagen
Leitungswiderstand
kVA aus Ampere und Volt
Dezibel in linearen Faktor umrechnen
Dezibel, Spannung, Leistung umrechnen
Ohmsche Gesetz
Coulombsche Gesetz
Batterie Kapazität
Elektrizitätsmenge
Elektrische Energie
Elektrische Leistung
Elektrische Ladung
Innenwiderstand einer Stromquelle
Kondensator Kapazität
Spannungverlust auf einer Leitung
Tabelle der Temperaturkoeffizienten
Temperaturabhängigkeit vom Widerstand
Schaltungen mit Widerständen
PI-Dämpfungsglied
T-Dämpfungsglied
2 Parallelwiderstände
Mehrere Parallelwiderstände
Serienwiderstände
unbelasteter Spannungsteiler
belasteter Spannungsteiler
Vorwiderstand (Voltmeter)
Parallelwiderstand (Ampermeter)
Schaltungen mit Kondensatoren
Mehrere Kondensatoren Reihenschaltung
Zwei Kondensatoren Reihenschaltung
Blindwiderstand XC eines Kondensators
Zeitkonstante eines R/C-Glieds
Ladespannung zu einem Zeitpunkt
Kondensatorspannung zu einem Zeitpunkt
R oder C zu einer Ladespannung
RC Reihenschaltung
RC Parallelschaltung
RC Hochpass
RC Tiefpass
RC Differenzierer
RC Integrierierer
RC Grenzfrequenz berechnen
R + C bei gegebener Impedanz
Schaltungen mit Spulen
Induktivität einer Spule
Blindwiderstand einer Spule
L/R Reihenschaltung
L/R Parallelschaltung
L/R Hochpass
L/R Tiefpass
L/R Grenzfrequenz
L/R Differenzierglied
Transformator
Kondensatoren und Spulen
Resonanzfrequenz
Serienschwingkreis
Parallelschwingkreis
Parallelschaltung
Serienschaltung
Gleichrichter- und Dioden
Einweg Gleichrichtung
Einweg Gleichrichtung mit Ladekondensator
Zweiweg Gleichrichtung
Zweiweg Gleichrichtung mit Ladekondensator
LED Vorwiderstand
Vorwiderstand zur Zenerdiode mit variabler Last
Vorwiderstand zur Zenerdiode