《電子技術應用》
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RC電路的應用總結
摘要: RC電路在模擬電路,、脈沖數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元件參數的不同,,因而組成了RC電路的各種應用形式:微分電路、積分電路、耦合電路,、濾波電路及脈沖分壓器,。
Abstract:
Key words :

  在模擬及脈沖數字電路中,常常用到由電阻R和電容C組成的RC電路,,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串聯后接入輸入信號VI,由電阻R輸出信號VO,,當RC 數值與輸入方波寬度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的電壓按指數規(guī)律快速充電上升,,輸出電壓隨之按指數規(guī) 律下降(因VO=VI-VC=Vm-VC),經過大約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開始按指數規(guī)律經電阻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規(guī)律減小,,同樣經過大 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。

  

 ?。?)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。

 ?。?)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。

 ?。?)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。

 ?、佼?tau;>>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,。

  ②當τ=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串聯接入輸入信號VI,,由電容C輸出信號V0,當RC (τ)數值與輸入方波寬度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,。

  

 ?。?)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R緩慢放電,VO(VC)按指數規(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)。

  

  

 ?。?)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 ,來產生周期性的鋸齒波(三角波),,因此電容C及電阻R是根據方波的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值來確定,,對于電源的濾波電路,理 論上C值愈大愈好,。

 ?。?)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,,選擇恰當的電容C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)。

  

  

  

 ?。?)t=0+時,,電容視為短路,電流只流經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,,通常采取過補償的辦法,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RC的值,,現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,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.

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