Przejdź do treści

Filtr RC — jak działa, jak dobrać R i C i do czego go używać

Redakcja AMKBIT · · 2 min czytania

Stała czasowa, częstotliwość graniczna, filtry dolno- i górnoprzepustowe na przykładach: odszumianie czujnika, eliminacja drgań przycisku, zamiana PWM na napięcie. Wzory, wykresy w liczbach i typowe błędy.

Obwód RC to rezystor i kondensator. Kondensator nie zmienia napięcia skokowo — ładuje się i rozładowuje przez rezystor w czasie zależnym od iloczynu R·C. Dzięki temu obwód RC „wygładza” szybkie zmiany albo przepuszcza tylko je.

Stała czasowa

τ = R · C 10 kΩ · 100 nF = 1 ms

CzasKondensator naładowany do
1τ63,2%
2τ86,5%
3τ95,0%
5τ99,3%

Filtr dolnoprzepustowy

Rezystor szeregowo w torze sygnału, kondensator z wyjścia do masy. Wolne zmiany przechodzą, szybkie są tłumione. Częstotliwość graniczna (spadek do 70,7%, czyli −3 dB):

fc = 1 ÷ (2π · R · C) 10 kΩ, 100 nF → fc ≈ 159 Hz

Powyżej fc tłumienie rośnie o 20 dB na dekadę: sygnał 1,6 kHz ma już tylko ok. 10% amplitudy, a 16 kHz — ok. 1%.

Filtr górnoprzepustowy

Zamieniamy miejscami: kondensator szeregowo, rezystor do masy. Blokuje składową stałą i wolne zmiany, przepuszcza szybkie. Typowo: wejście wzmacniacza audio (kondensator sprzęgający) — fc kilka–kilkanaście Hz, żeby nie obciąć basów.

Przykłady z praktyki

  • Drgania styków przycisku — przycisk przez pierwsze milisekundy „drga”, dając serię impulsów. RC 10 kΩ / 100 nF (τ = 1 ms) z wejściem z przerzutnikiem Schmitta lub prosta obsługa w programie usuwają problem.
  • PWM → napięcie — sygnał PWM 1 kHz po filtrze z fc ok. 10 Hz (np. 16 kΩ i 1 µF) daje napięcie proporcjonalne do wypełnienia, z niewielkimi tętnieniami. Dla gładszego wyniku — dwa stopnie RC.
  • Odszumianie czujnika analogowego — kondensator 100 nF przy wejściu przetwornika ADC tłumi zakłócenia (zob. pomiar napięcia dzielnikiem).
  • Opóźnione włączenie — napięcie na kondensatorze rośnie powoli, więc układ startuje po kilku τ.

Jak dobrać wartości

  1. Ustal częstotliwość graniczną (albo stałą czasową).
  2. Wybierz łatwo dostępny kondensator (np. 10 nF, 100 nF, 1 µF).
  3. Policz R = 1 ÷ (2π · fc · C) i zaokrąglij do wartości z typoszeregu.
  4. Sprawdź, czy R jest dużo większy od rezystancji źródła i dużo mniejszy od rezystancji obciążenia.

Obliczenia — z tłumieniem dla wybranej częstotliwości i tabelą ładowania — wykonasz w kalkulatorze filtra RC. Wartość rezystora odczytasz z pasków w kalkulatorze kodu paskowego, a łączenie elementów opisuje poradnik połączenie szeregowe i równoległe.

Typowe błędy

  • Pominięcie obciążenia — wejście kolejnego układu działa jak dodatkowy rezystor i przesuwa fc.
  • Kondensator ceramiczny o złym dielektryku (Y5V) — jego pojemność może spaść o połowę przy napięciu i temperaturze; do filtrów lepsze są X7R, C0G lub foliowe.
  • Mylenie nF i µF — 100 nF to 0,1 µF.

Narzędzia do tego poradnika

filtr RCkondensatorstała czasowaelektronikaPWMArduino

Przeczytaj też