RC电路详解-基础知识强化

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楼主 2019-01-15 12:55:29
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RC电路的分类

  • (1)RC 串联电路



  •   当输入信号频率大于 f0 时,整个 RC 串联电路总的阻抗基本不变了,其大小等于 R1。  

  • 电路的特点:由于有电容存在不能流过直流电流,电阻和电容都对电流存在阻碍作用,其总阻抗由电阻和容抗确定,总阻抗随频率变化而变化。RC 串联有一个转折频率: f0=1/2πR1C1

  • (2)RC 并联电路

  •   (3)RC 串并联电路  

  • RC 并联电路既可通过直流又可通过交流信号。它和 RC 串联电路有着同样的转折频率:f0=1/2πR1C1。 当输入信号频率小于f0时,信号相对电路为直流,电路的总阻抗等于 R1;当输入信号频率大于f0 时 C1 的容抗相对很小,总阻抗为电阻阻值并上电容容抗。当频率高到一定程度后总阻抗为 0。



      f01=1/2πR2C1, f02=1/2πC1*[R1*R2/(R1+R2)]
     RC 串并联电路存在两个转折频率f01 和 f02:

      当信号频率低于 f01 时,C1 相当于开路,该电路总阻抗为 R1+R2。

      当信号频率高于 f02 时,C1 相当于短路,此时电路总阻抗为 R1。

      当信号频率高于 f01 低于 f02 时,该电路总阻抗在 R1+R2 到R1之间变化。

RC电路的典型应用

  •  

  •  1.RC 微分电路

      如图 1 所示,电阻 R 和电容 C 串联后接入输入信号 VI,由电阻 R 输出信号 VO,当 RC 数值与输入方波宽度 tW之间满足:RC<<tW,这种电路就称为微分电路。在 R 两端(输出端)得到正、负相间的尖脉冲,而且是发生在方波的上升沿和下降沿,如图 2 所示。



  在 t=t1时,VI由 0→Vm,因电容上电压不能突变(来不及充电,相当于短路,VC=0),输入电压 VI全降在电阻 R 上,即 VO=VR=VI=Vm。随后(t>t1),电容 C 的电压按指数规律快速充电上升,输出电压随之按指数规律下降(因 VO=VI-VC=Vm-VC),经过大约 3τ(τ=R×C)时,VCVm,VO0,τ(RC)的值愈小,此过程愈快,输出正脉冲愈窄。

  •   t=t2时,VI由 Vm→0,相当于输入端被短路,电容原先充有左正右负的电压 Vm开始按指数规律经电阻 R 放电,刚开始,电容 C 来不及放电,他的左端(正电)接地,所以 VO=-Vm,之后 VO随电容的放电也按指数规律减小,同样经过大约 3τ 后,放电完毕,输出一个负脉冲。

      只要脉冲宽度 tW>(5~10)τ,在 tW时间内,电容 C 已完成充电或放电(约需 3τ),输出端就能输出正负尖脉冲, 才能成为微分电路, 因而电路的充放电时间常数τ必须满足: τ<(1/5~1/10tW,这是微分电路的必要条件。

      由于输出波形 VO与输入波形 VI之间恰好符合微分运算的结果[VO=RC(dVI/dt)],即输出波形是取输入波形的变化部分。如果将 VI按傅里叶级展开,进行微分运算的结果,也将是 VO的表达式。他主要用于对复杂波形的分离和分频器,如从电视信号的复合同步脉冲分离出行同步脉冲和时钟的倍频应用。

      2.RC 耦合电路

      图 1 中,如果电路时间常数 τ(RC)>>tW,他将变成一个 RC 耦合电路。输出波形与输入波形一样。如图 3 所示。

      (1)在 t=t1时,第一个方波到来,VI由 0→Vm,因电容电压不能突变(VC=0),VO=VR=VI=Vm。

      (2)t1<t<t2 时,因 τ>>tW,电容 C 缓慢充电,VC 缓慢上升为左正右负,VO=VR=VI-VC,VO缓慢下降。

      (3)t=t2时,VO由 Vm→0,相当于输入端被短路,此时,VC已充有左正右负电压 Δ[Δ=(VI/τ)×tW],经电阻 R 非常缓慢地放电。

      (4)t=t3时,因电容还来不及放完电,积累了一定电荷,第二个方波到来,电阻上的电压就不是 Vm,而是 VR=Vm-VC(VC≠0),这样第二个输出方波比第一个输出方波略微往下平移,第三个输出方波比第二个输出方波又略微往下平移,…,最后,当输出波形的正半周“面积”与负半周“面积”相等时,就达到了稳定状态。也就是电容在一个周期内充得的电荷与放掉的电荷相等时,输出波形就稳定不再平移,电容上的平均电压等于输入信号中电压的直流分量(利用 C 的隔直作用),把输入信号往下平移这个直流分量,便得到输出波形,起到传送输入信号的交流成分,因此是一个耦合电路。

      以上的微分电路与耦合电路,在电路形式上是一样的,关键是 tW 与 τ 的关系,下面比较一下τ 与方波周期 T(T>tW)不同时的结果,如图 4 所示。在这三种情形中,由于电容 C 的隔直作用,输出波形都是一个周期内正、负“面积”相等,即其平均值为 0,不再含有直流成份。

  •  

  •  ②当 τT 时,电容 C 有一定的充放电,其输出波形的平顶部分有一定的下降或上升,不是理想方波。  ①当 τ>>T 时,电容 C 的充放电非常缓慢,其输出波形近似理想方波,是理想耦合电路。

      ③当 τ<<T 时,电容 C 在极短时间内(tW)已充放电完毕,因而输出波形为上下尖脉冲,是微分电路。

      (3)t=t2 时,VI 由 Vm→0,相当于输入端被短路,电容原先充有左正右负电压 VI(VI<Vm)经R 缓慢放电,VO(VC)按指数规律下降。

      积分电路

      积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波,还可将锯齿波转换为抛物波。电路原理很简单,都是基于电容的冲放电原理,这里就不详细说了,这里要提的是电路的时间常数 R*C,构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于 10 倍于输入波形的宽度。

RC实用电路

  •   RC组合件

      所谓 RC组合件就是由电阻器和电容器组合在一起,用一个封装,引出数根引脚,成为一个整体的元件,尺寸一般为 8mm×8mm×1mm。一个 π 形 RC高频滤波器电路,可以用来将高频信号去除,它是由一个 2 千欧的电阻和两只 0.01 微法电容构成。

      RC消火花电路

      在一些感性负载(直流电动机或磁头)电路中的开关部位并联电阻和电容。 由于感性元件在电路通断的时候会产生感应电动势来阻碍元件两端电流突变的特性,这一电动势很大且加在开关上,由于开关在快要接通或刚要断开时开关的两极靠得很近,这时的开关便形成空气电容结构,感应电动势给这个开关空气电容器充电并很快击穿这个电容器,击穿电容器时便会产生火花,这样开关的接通或断开时都会看到有火花,电路开关产生火花会对人身安全存在隐患,并且对开关的接触部分进行灼伤,影响开关的使用寿命。

      为了保护开关不打火,在开关电路上并联一个电阻和电容,这时开关在通断时产生的感应电动势就流到开关并联电路中的电阻器和电容器上,开关并联电路上的电容器容量一般都很大,吸收感应电动势大量电能,这样加到开关上的感应电动势就大大减少了,从而避免产生火花。

      RC录音高频补偿电路

      在恒流录音电阻电路中,给恒流电阻器再并联上电容器就成了 RC录音高频补偿电路。电路中电阻器 R就是恒流录音电阻,电容器 C便是录音高频补偿电容。电阻与电容并联组成 RC补偿电路,电容与录音磁头的感性阻抗串联组成了 LC串联谐振补偿电路。

      在 RC 并联电路的阻抗特性曲线中可以看出,当录音信号频率低于转折频率时,阻抗不变,所以低于转折频率的录音信号其流过录音磁头的录音电流大小不变;当录音信号频率高高于转折频率后,该 RC 并联电路的总阻抗在下降,说明频率高于转折频率的录音高频信号电流在增大,且录音信号频率越高,其录音信号电流越大,这样可以达到提升录音高频信号的目的。 在电容器和磁头串联谐振电路中,其谐振频率设在录音信号高于上限频率且靠近上限频率处,由于  10LC 串联谐振电路在谐振时阻抗最小,这样可以使高频录音信号电流增大许多,达到提升录音高频信号的目的。

      RC低频噪声切除电路

      由于机内传声器 BM 装在录音机的机壳上,而机壳上还同时装有扬声器,在扬声器发出声音时会引起机壳的振动,这一振动将引起机内传声器 BM 的振动,导致 BM 输出一个频率很低的振动噪声,从而机内传声器工作出现“轰隆”的低频噪声,为此要在机内传声器输入电路中加入 RC串联电路来进行低频噪声切除,以消除这一低频的噪声。

      在 RC 串联电路的阻抗特性曲线中可以看出,随着输入信号频率的降低其总阻抗而增大,这样便对机内低频噪声呈现高阻抗特性,阻碍低频噪声电流的通过,达到了切除低频噪声的目的。虽然这样能够消除低频噪声,但对低频有用信号也有一定影响,这样也就成了消除低频噪声的主要矛盾了。

      RC去加重电路

      去加重电路出现在调频收音机电路和电视机伴音通道电路中。

      调频收音机不像调幅收音机那样噪声在不同频率下的大小相等,而是随着频率升高而增大,这就说明调频的高频噪声严重。为了改善高频段的信噪比,调频发射机在发射调频信号之前,对音频信号中的高频信号要进行预加重,即先提升高频段的信号,在调频收音电路中则设置去加重电路,以还原音频信号原来的特性。在去加重电路中,同时也将高频噪声去除去加重电路有单声道和双声道两种之分,单声道去加重电路接在鉴频器后面,而双声道去加重电路要在鉴频器后面接立体声解码电路后再才接去加重电路。去加重电路实际上就是一个电阻和电容组成的分压电路,由于电容对高频信号的容抗比较低,所以对发射机进行预加重的高频信号的阻抗小,电容器就会吸收高频信号的预加重信号达到去加重作用。

      场积分电路

      黑白电视和彩色电视机扫描电路中的场积分电路是采用两节积分电路组成。行与场同步信号的幅度相等,但宽度不同,行同步脉冲窄,场同步脉冲宽。而场积分电路就是要从行场同步复合信号中取去场同步信号,场同步信号脉冲宽持续时间比较长,输出信号电压就大,而行同步则相反,行同步信号脉冲窄持续时间短,输出信号电压就小。经过场积分电路(即两次积分电路)后行同步信号电压两次减小少达到衰减作用,从而选场同步信号

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