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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。 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(guān)系以及處理的波形之間的關(guān)系，產(chǎn)生了RC電路的 不同應用，下面分別談?wù)勎⒎蛛娐�、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 數值與輸入方波寬度tW之間滿(mǎn)足：RC 在t=t1時(shí)，VI由0→Vm，因電容上電壓不能突變(來(lái)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的電壓按指數規律快速充電上升，輸出電壓隨之按指數規 律下降(因VO=VI-VC=Vm-VC)，經(jīng)過(guò)大約3τ(τ=R × C)時(shí)，VCVm，VO0，τ(RC)的值愈小，此過(guò)程愈快，輸出正 脈沖愈窄。 t=t2時(shí)，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(kāi)始按指數規律經(jīng)電阻R放電，剛開(kāi)始，電容C來(lái)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律減小，同樣經(jīng)過(guò)大 約3τ后，放電完畢，輸出一個(gè)負脈沖。 只要脈沖寬度tW>(5~10)τ，在tW時(shí)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(shí)間常數τ必須 滿(mǎn)足：τ>tW，他將變成一個(gè)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(shí)，第一個(gè)方波到來(lái)，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(shí)，VO由Vm→0，相當于輸入端被短路，此時(shí)，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(shí)，因電容還來(lái)不及放完電，積累了一定電荷，第二個(gè)方波到來(lái)，電阻上的電 壓就不是Vm，而是VR=Vm-VC(VC≠0)，這樣第二個(gè)輸出 方波比第一個(gè)輸出方 波略微往下平移，第三個(gè)輸出方波比第二個(gè)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(shí)，就達到了穩定狀態(tài)。也就是電容在一個(gè)周期 內充得的電荷與放掉的電荷相等時(shí)，輸出波形就穩定不再平移，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(gè)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(gè)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(guān)鍵是tW與τ的關(guān)系，下面比 較一下τ與方波周期T(T》tW)不同時(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)，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。 ③當τ 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)數值與輸入方波寬度tW之間滿(mǎn)足：τ》》tW，這種電路稱(chēng)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(shí)，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)按指數規律下降。 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(lái)期間，電容只是緩慢充電，VC還未上升到Vm時(shí)，方波就消失，電容 開(kāi)始放電，以免電容電壓出現一個(gè)穩定電壓值，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(wú)源) 在模擬電路，由RC組成的無(wú)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)。 (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(shí)的積分作用，在輸入方波情形下 ，來(lái)產(chǎn)生周期性的鋸齒波(三角波)，因此電容C及電阻R是根據方波的tW來(lái)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(shí)，XC較 小，相當于短路)，因而電容C的值是參照低頻點(diǎn)的數值來(lái)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。在脈沖數字電路中，因RC與脈 寬tW的關(guān)系不同而區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(guò)，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(jìn)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(shí)，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(shí)，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(gè)RC脈沖分壓器(如圖10)。 (1)t=0+時(shí)，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(guò)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(guò)加大C1的取值。 求RC電路的放電時(shí)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(shí)間常數RC的值，現在關(guān)鍵的就是要確定R和C的值了，它只能通過(guò)你所要求的放電電路來(lái)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(gè)未知參數，然后作出I-t曲線(xiàn)，計算出該曲線(xiàn)與直線(xiàn)I=300所圍成的面積，這個(gè)積分上下限為t=0-60，去使面積最小的C值就可。 |
