RC 濾波器計算機
輸入電阻與電容,即可得到一階 RC 濾波器的截止頻率 f_c 與時間常數 τ。也可以求出達到目標截止頻率所需的 C 或 R。
公式
- 時間常數 τ = R × C(R 為 Ω,C 為 F,τ 為秒)
- 截止頻率 f_c = 1 ÷ (2π R C) = 1 ÷ (2π τ)(單位 Hz)
- 反向計算:C = 1 ÷ (2π f_c R) 與 R = 1 ÷ (2π f_c C)
截止頻率與時間常數的公式,對低通與高通濾波器是相同的。 差別在於輸出取自何處。
| 電路 | 輸出取自 | 功能 |
|---|---|---|
| 低通 | 電容兩端 | 衰減高頻,讓低頻通過 |
| 高通 | 電阻兩端 | 衰減低頻,讓高頻通過 |
這些公式與輸出位置,在製作日文版時已對照說明性參考資料(維基百科「RC circuit」、「Low-pass filter」與「High-pass filter」)確認。
什麼是截止頻率?
截止頻率是濾波器將信號功率降低到一半的頻率。在此頻率,電壓增益為 1/√2(約 0.7),也就是 −3 dB。對一階濾波器而言,遠離截止頻率處,頻率每變化十倍(一個十倍頻程),位準約變化 20 dB,這是由 n 階濾波器的斜率為每十倍頻程 20n dB 推得。
假設與限制(請務必閱讀)
- 此計算假設為理想的一階 RC 電路且無負載:信號源電阻為 0,輸出端未連接任何東西。 這是常見的假設。所讀參考資料並未明確陳述這一點;它們只說明連接濾波器時必須考慮阻抗匹配與負載。
- 在實際電路中,信號源電阻與所連接設備的輸入電阻(負載)會使截止頻率與計算值不同。
- 不涵蓋電阻與電容的公差、溫度、頻率特性,以及標準值(E 系列)的選擇。
圓周率與「四捨五入」值
截止頻率,以及反向計算得到的 C 與 R,是使用圓周率的近似值(小數 60 位)計算的,因此屬於四捨五入值。時間常數 τ = R × C 不使用圓周率,是精確值。
範例
| 輸入 | 結果 |
|---|---|
| R = 1 kΩ, C = 1 µF | 時間常數 1 ms,截止頻率約 159.15 Hz |
| R = 10 kΩ, C = 100 nF | 時間常數 1 ms,截止頻率約 159.15 Hz |
| 目標 1 kHz,R = 10 kΩ | C = 約 15.92 nF |
允許的範圍
R 必須大於 0 且不超過 10¹² Ω,C 必須大於 0 且不超過 10 F,目標截止頻率必須大於 0 且不超過 10¹² Hz(在單位換算後檢查)。
用電安全
這是針對低電壓信號電路的計算。市電(牆上插座)、高電壓與大電流不在範圍內,可能造成觸電、發熱與火災。結果不保證實際電路的安全或運作。
不涵蓋的內容
不涵蓋 RL、RLC 與二階以上濾波器、主動式濾波器、增益與相位、取整到標準值(E 系列)、元件公差,以及頻率響應圖。若要查詢電壓、電流與電阻,請參閱歐姆定律計算機。若要在週期與頻率之間換算,請參閱頻率 ⇄ 週期換算器。若要在比值與 dB 之間換算,請參閱分貝計算機。
常見問題
低通與高通濾波器需要不同的計算嗎?
不需要。截止頻率與時間常數的公式相同。從電容兩端取輸出是低通濾波器,從電阻兩端取輸出是高通濾波器。
在截止頻率時,信號會完全消失嗎?
不會。截止頻率是功率降到一半(−3 dB)的點,而不是信號消失的頻率。
計算值與我的實際電路不同。
此計算是針對無負載的理想電路。濾波器前後設備的電阻與元件的公差,都會改變結果。