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【E課堂】關于RC電路的應用總結

作者: 時間:2016-01-19 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  在模擬電路、脈沖數(shù)字電路中得到廣泛的應用,由于電 路的形式以及信號源和R,C元件參數(shù)的不同,因而組成了的各種應用形式:微分電路 、積分電路、耦合電路、濾波電路及脈沖分壓器。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201601/285955.htm

  在模擬及脈沖數(shù)字電路中,常常用到由電阻R和電容C組成的,在些電路中, 電阻R和電容C的取值不同、輸入和輸出關系以及處理的波形之間的關系,產(chǎn)生了RC電路的 不同應用,下面分別談談微分電路、積分電路、耦合電路、脈沖分壓器以及濾波電路。

  1. RC微分電路

  如圖1所示,電阻R和電容C串聯(lián)后接入輸入信號VI,由電阻R輸出信號VO,當RC 數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足:RC<

  

 

  

 

  在t=t1時,VI由0→Vm,因電容上電壓不能突變(來不及充電,相當于短 路,VC=0),輸入電壓VI全降在電阻R上,即VO=VR=VI=V m 。隨后(t》t1),電容C的電壓按指數(shù)規(guī)律快速充電上升,輸出電壓隨之按指數(shù)規(guī) 律下降(因VO=VI-VC=Vm-VC),經(jīng)過大約3τ(τ=R × C)時,VCVm,VO0,τ(RC)的值愈小,此過程愈快,輸出正 脈沖愈窄。

  t=t2時,VI由Vm→0,相當于輸入端被短路,電容原先充有左正右負的電壓V m開始按指數(shù)規(guī)律經(jīng)電阻R放電,剛開始,電容C來不及放電,他的左端(正電)接地 ,所以VO=-Vm,之后VO隨電容的放電也按指數(shù)規(guī)律減小,同樣經(jīng)過大 約3τ后,放電完畢,輸出一個負脈沖。

  只要脈沖寬度tW>(5~10)τ,在tW時間內,電容C已完成充電或放電(約需3 τ),輸出端就能輸出正負尖脈沖,才能成為微分電路,因而電路的充放電時間常數(shù)τ必須 滿足:τ<(1/5~1/10)tW,這是微分電路的必要條件。

  由于輸出波形VO與輸入波形VI之間恰好符合微分運算的結果[VO=RC( dVI/dt)],即輸出波形是取輸入波形的變化部分。如果將VI按傅里葉級展開 ,進行微分運算的結果,也將是VO的表達式。他主要用于對復雜波形的分離和分頻器 ,如從電視信號的復合同步脈沖分離出行同步脈沖和時鐘的倍頻應用。

  2. RC耦合電路

  圖1中,如果電路時間常數(shù)τ(RC)>>tW,他將變成一個RC耦合電路。輸 出波形與輸入波形一樣。如圖3所示。

  

 

  (1)在t=t1時,第一個方波到來,VI由0→Vm,因電容電壓不能突變(VC=0),VO=VR=VI=Vm。

  (2)t1>tW,電容C緩慢充電,VC緩慢上升為左正右負,V O=VR=VI-VC,VO緩慢下降。

  (3)t=t2時,VO由Vm→0,相當于輸入端被短路,此時,VC已充有左 正右負電壓Δ[Δ=(VI/τ)×tW],經(jīng)電阻R非常緩慢地放電。

  (4)t=t3時,因電容還來不及放完電,積累了一定電荷,第二個方波到來,電阻上的電 壓就不是Vm,而是VR=Vm-VC(VC≠0),這樣第二個輸出 方波比第一個輸出方 波略微往下平移,第三個輸出方波比第二個輸出方波又略微往下平移,…,最后,當輸出波 形的正半周“面積”與負半周“面積”相等時,就達到了穩(wěn)定狀態(tài)。也就是電容在一個周期 內充得的電荷與放掉的電荷相等時,輸出波形就穩(wěn)定不再平移,電容上的平均電壓等于輸入 信號中電壓的直流分量(利用C的隔直作用),把輸入信號往下平移這個直流分量,便得到 輸出波形,起到傳送輸入信號的交流成分,因此是一個耦合電路。

  以上的微分電路與耦合電路,在電路形式上是一樣的,關鍵是tW與τ的關系,下面比 較一下τ與方波周期T(T》tW)不同時的結果,如圖4所示。在這三種情形中,由于電 容C的隔直作用,輸出波形都是一個周期內正、負“面積”相等,即其平均值為0,不再含有 直流成份。

  ①當τ>>T時,電容C的充放電非常緩慢,其輸出波形近似理想方波,是理想耦合電路。

 ?、诋?tau;=T時,電容C有一定的充放電,其輸出波形的平頂部分有一定的下降或上升,不是 理想方波。

 ?、郛?tau;<

  

 

  3. RC積分電路

  如圖5所示,電阻R和電容C串聯(lián)接入輸入信號VI,由電容C輸出信號V0,當RC (τ)數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足:τ》》tW,這種電路稱為積分電路。在

  

 

  

 

  電容C兩端(輸出端)得到鋸齒波電壓,如圖6所示。

  

 

  (3)t=t2時,VI由Vm→0,相當于輸入端被短路,電容原先充有左正右負電 壓VI(VI《Vm)經(jīng)R緩慢放電,VO(VC)按指數(shù)規(guī)律下降。

  這樣,輸出信號就是鋸齒波,近似為三角形波,τ》》tW是本電路必要條件,因為他是 在方波到來期間,電容只是緩慢充電,VC還未上升到Vm時,方波就消失,電容 開始放電,以免電容電壓出現(xiàn)一個穩(wěn)定電壓值,而且τ越大,鋸齒波越接近三角波。輸出波 形是對輸入波形積分運算的結果

,他是突出輸入信號的直流及緩變分量,降低輸入信號的變化量。

 

  4. RC濾波電路(無源)

  在模擬電路,由RC組成的無源濾波電路中,根據(jù)電容的接法及大小主要可分為低通濾波 電路(如圖7)和高通濾波電路(如圖8)。

  

 

  

 

  (1)在圖7的低通濾波電路中,他跟積分電路有些相似(電容C都是并在輸出端),但 他們是應 用在不同的電路功能上,積分電路主要是利用電容C充電時的積分作用,在輸入方波情形下 ,來產(chǎn)生周期性的鋸齒波(三角波),因此電容C及電阻R是根據(jù)方波的tW來選取,而 低通濾波電路,是將較高頻率的信號旁路掉(因XC=1/(2πfC),f較大時,XC較 小,相當于短路),因而電容C的值是參照低頻點的數(shù)值來確定,對于電源的濾波電路,理 論上C值愈大愈好。

  (2)圖8的高通濾波電路與微分電路或耦合電路形式相同。在脈沖數(shù)字電路中,因RC與脈 寬tW的關系不同而區(qū)分為微分電路和耦合電路;在模擬電路,選擇恰當?shù)碾娙軨值, 就可以有選擇性地讓較高頻的信號通過,而阻斷直流及低頻信號,如高音喇叭串接的電容, 就是阻止中低音進入高音喇叭,以免燒壞。另一方面,在多級交流放大電路中,他也是一種 耦合電路。

  5. RC脈沖分壓器

  當需要將脈沖信號經(jīng)電阻分壓傳到下一級時,由于電路中存在各種形式的電容,如寄生電容 ,他相當于在負載側接有一負載電容(如圖9),當輸入一脈沖信號時,因電容CL的 充電,電壓不能突變,使輸出波形前沿變壞,失真。為此,可在R1兩端并接一加速電容 C1,這樣組成一個RC脈沖分壓器(如圖10)。

  

 

  

 

  

 

  (1)t=0+時,電容視為短路,電流只流經(jīng)C1,CL,VO由C1和CL分壓得到:

  

 

  但是,任何信號源都有一定的內阻,以及一些電路的需要,通常采取過補償?shù)霓k法,如電視 信號中,為突出傳送圖像的輪廓,采用勾邊電路,就是通過加大C1的取值。

  求RC電路的放電時間為1分鍾,電壓從9V降到5v.放電電流為300mA左右,選擇最佳的的R值和C值。

  RC電路的放電方程是:UC=US*e-t/RC,其中,US=9,UC=5,t=60,代入公式可求出時間常數(shù)RC的值,現(xiàn)在關鍵的就是要確定R和C的值了,它只能通過你所要求的放電電路來選擇了,由放電電流公式:I=C*dU/dt,再將此公式代入上面的公式中可得:I=-US*C/RCe-t/RC,將C看成一個未知參數(shù),然后作出I-t曲線,計算出該曲線與直線I=300所圍成的面積,這個積分上下限為t=0-60,去使面積最小的C值就可.



關鍵詞: RC電路

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