RC电路(积分电路,微分电路)图纸详解
2024-7-6 6:13:22发布次查看发布人:
rc电路是电阻器电容器电路(rc电路)或者rc过滤器,rc网络是电路a和电容器驾驶的组成由电阻器电压或当前来源.一次rc电路由一个电阻器和一台电容器组成,是rc电路的简单例子。rc电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用。
rc电路的分类(1)rc串联电路
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。(2)rc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。(3)rc串并联电路
rc串并联电路存在两个转折频率f01和f02:f01=1/2πr2c1,f02=1/2πc1*[r1*r2/(r1+r2)]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。积分电路的作用是:消减变化量,突出不变量。rc电路的积分条件:rc≥tk,tk是脉冲周期,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。微分电路的作用是:消减不变量,突出变化量。微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,电路的输出波形只反映输入波形的突变部微分电路分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与r*c有关(即电路的时间常数),r*c越小,尖脉冲波形越尖,反之则宽。此电路的r*c必须远远少于输入波形的宽度,否则就失去了波形变换的作用,变为一般的rc耦合电路了,一般r*c少于或等于输入波形宽度的微分电路1/10就可以了。在模拟及脉冲数字电路中,常常用到由电阻r和电容c组成的rc电路,在些电路中,电阻r和电容c的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系,产生了rc电路的不同应用,下面分别谈谈微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。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<
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<(1/5~1/10)tw,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>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。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。②当τ=t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。③当τ<
3.rc积分电路
如图5所示,电阻r和电容c串联接入输入信号vi,由电容c输出信号v0,当rc(τ)数值与输入方波宽度tw之间满足:τ》》tw,这种电路称为积分电路。在电容c两端(输出端)得到锯齿波电压,如图6所示。
(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。这样,输出信号就是锯齿波,近似为三角形波,τ》》tw是本电路必要条件,因为他是在方波到来期间,电容只是缓慢充电,vc还未上升到vm时,方波就消失,电容开始放电,以免电容电压出现一个稳定电压值,而且τ越大,锯齿波越接近三角波。输出波形是对输入波形积分运算的结果
,他是突出输入信号的直流及缓变分量,降低输入信号的变化量。
4.rc滤波电路(无源)
在模拟电路,由rc组成的无源滤波电路中,根据电容的接法及大小主要可分为低通滤波电路(如图7)和高通滤波电路(如图8)。(1)在图7的低通滤波电路中,他跟积分电路有些相似(电容c都是并在输出端),但他们是应用在不同的电路功能上,积分电路主要是利用电容c充电时的积分作用,在输入方波情形下,来产生周期性的锯齿波(三角波),因此电容c及电阻r是根据方波的tw来选取,而低通滤波电路,是将较高频率的信号旁路掉(因xc=1/(2πfc),f较大时,xc较小,相当于短路),因而电容c的值是参照低频点的数值来确定,对于电源的滤波电路,理论上c值愈大愈好。(2)图8的高通滤波电路与微分电路或耦合电路形式相同。在脉冲数字电路中,因rc与脉宽tw的关系不同而区分为微分电路和耦合电路;在模拟电路,选择恰当的电容c值,就可以有选择性地让较高频的信号通过,而阻断直流及低频信号,如高音喇叭串接的电容,就是阻止中低音进入高音喇叭,以免烧坏。另一方面,在多级交流放大电路中,他也是一种耦合电路。5.rc脉冲分压器当需要将脉冲信号经电阻分压传到下一级时,由于电路中存在各种形式的电容,如寄生电容,他相当于在负载侧接有一负载电容(如图9),当输入一脉冲信号时,因电容cl的充电,电压不能突变,使输出波形前沿变坏,失真。为此,可在r1两端并接一加速电容c1,这样组成一个rc脉冲分压器(如图10)。
(1)t=0+时,电容视为短路,电流只流经c1,cl,vo由c1和cl分压得到:
但是,任何信号源都有一定的内阻,以及一些电路的需要,通常采取过补偿的办法,如电视信号中,为突出传送图像的轮廓,采用勾边电路,就是通过加大c1的取值。求rc电路的放电时间为1分锺,电压从9v降到5v.放电电流为300ma左右,选择最佳的的r值和c值。rc电路的放电方程是:uc=us*e-t/rc,其中,us=9,uc=5,t=60,代入公式可求出时间常数rc的值,现在关键的就是要确定r和c的值了,它只能通过你所要求的放电电路来选择了,由放电电流公式:i=c*du/dt,再将此公式代入上面的公式中可得:i=-us*c/rce-t/rc,将c看成一个未知参数,然后作出i-t曲线,计算出该曲线与直线i=300所围成的面积,这个积分上下限为t=0-60,去使面积最小的c值就可.
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