加载中…
个人资料
数电menmenchaigy
数电menmenchaigy
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:338,560
  • 关注人气:273
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
相关博文
推荐博文
谁看过这篇博文
加载中…
正文 字体大小:

RC电路(积分电路,微分电路)

(2011-08-13 10:42:12)
标签:

高通

微分电路

电容

积分电路

方波

杂谈

分类: 单元电路
RC电路是电阻电容器电路(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。 

目录

  • RC电路的分类
  • RC电路的典型应用
  • RC实用电路
RC电路

RC电路的分类

  •   (1)RC 串联电路

    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

      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

      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<<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=V m 。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V m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3 τ),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<t<t2时,因τ>>tW,电容C缓慢充电,VC缓慢上升为左正右负,V O=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<<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. 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.

0

阅读 收藏 禁止转载 喜欢 打印举报/Report
  

新浪BLOG意见反馈留言板 电话:4000520066 提示音后按1键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

新浪公司 版权所有