Kā darbojas RC shēmas

RC ķēdē kombinācija vai R (rezistors) un C (kondensators) tiek izmantoti īpašās konfigurācijās, lai regulētu strāvas plūsmu vēlamā stāvokļa īstenošanai.

Viens no kondensatora galvenie izmantošanas veidi ir sakabes vienības veidā, kas ļauj maiņstrāvai iziet, bet bloķē līdzstrāvu. Gandrīz jebkurā praktiskajā ķēdē jūs redzēsiet dažas pretestības, kas sērijveidā savienotas ar kondensatoru.

Pretestība ierobežo strāvas plūsmu un izraisa zināmu kavēšanos pāri kondensatoram ievadītajam barošanas spriegumam, izraisot kondensatorā uzkrāta lādiņa proporcionālu padotajam spriegumam.

RC laika konstante

RC laika (T) noteikšanas formula ir ļoti vienkārša:

T = RC kur T = laika konstante sekundēs R = pretestība megohmos C = kapacitāte mikrofarādēs.

(Var novērot, ka T ir tāda pati skaitliskā vērtība, ja R ir omos un C farādos, bet praksē megohmi un mikrofaradi bieži ir daudz vieglākas vienības.)

RC ķēdē RC laika konstanti var definēt kā laiku, kas vajadzīgs kondensatorā pielietotajam spriegumam, lai sasniegtu 63% no pielietotā sprieguma.

(šis 63% lielums faktiski dod priekšroku aprēķina vienkāršībai). Reālajā dzīvē kondensatora spriegums var turpināties uzkrāt praktiski (bet nekad ne līdz galam) 100% no pielietotā sprieguma, kā norādīts zemāk redzamajā attēlā.

Laika konstante elements apzīmē laika ilgumu laika faktora veidā, piemēram, RC tīkla 1 laika koeficientā tiek uzkrāti 63% kopējais spriegums, periodā pēc 2X laika konstante, iekšpusē tiek uzkrāti 80% kopējais spriegums kondensators un tā tālāk.

Pēc laika konstantes 5 kondensatorā var veidoties gandrīz (bet ne gluži) 100% spriegums. Kondensatora izlādes faktori notiek tādā pašā fundamentālā veidā, bet apgrieztā secībā.

Nozīmē, ka pēc laika intervāla, kas vienāds ar laika konstanti 5, kondensatoram pieliktais spriegums sasniegs kritumu 100 - 63 = 37% no pilna sprieguma utt.

Kondensatori nekad nav pilnībā uzlādēti vai izlādēti

Teorētiski vismaz kondensators nekādā gadījumā nedrīkst uzlādēt līdz pilnam pielietotajam sprieguma līmenim, un to nevar arī pilnībā izlādēt.

Patiesībā pilnīgu uzlādi vai pilnīgu izlādi var uzskatīt par pabeigtu laika periodā, kas atbilst 5 laika konstantēm.

Tāpēc ķēdē, kā parādīts zemāk, barošanas slēdzis 1 izraisīs 'pilnu' kondensatora uzlādi 5x laika konstante sekundēs.

Pēc tam, kad ir atvērts slēdzis 1, kondensators var nonākt situācijā, kad tas uzglabā spriegumu, kas vienāds ar faktisko pielietoto spriegumu. Un tas turēs šo lādiņu uz nenoteiktu laiku, ja kondensatoram nav nulles iekšējās noplūdes.

Šis lādēšanas zaudēšanas process faktiski būs ļoti gauss, jo reālajā pasaulē neviens kondensators nevar būt ideāls, tomēr noteiktu laika periodu šī uzglabātā lādiņa joprojām var būt efektīvs sākotnējā “pilnas uzlādes” sprieguma avots.

Ja kondensators tiek darbināts ar augstu spriegumu, tas var ātri nonākt elektriskās strāvas trieciena gadījumā, ja to pieskaras pat pēc ķēdes izslēgšanas.

Lai izpildītu uzlādes / izlādes ciklu, kā parādīts otrajā grafiskajā diagrammā iepriekš, kad slēdzis 2 ir aizvērts, kondensators sāk izlādēties, izmantojot pievienoto pretestību, un tam nepieciešams zināms laika periods, lai veiktu izlādes procesu.

RC kombinācija relaksācijas oscilatorā

Iepriekš redzamais attēls ir ļoti vienkārša relaksācijas oscilatora ķēde, kas darbojas, izmantojot kondensatora pamata uzlādes izlādes teoriju.

Tas ietver rezistoru (R) un kondensatoru (C), kas virknē savienoti ar līdzstrāvas sprieguma avotu. Lai varētu fiziski redzēt ķēdes darbību, a neona lampa tiek izmantots paralēli kondensatoram.

Lampa praktiski darbojas kā atvērta ķēde, līdz spriegums sasniedz sprieguma sliekšņa robežu, kad tā uzreiz ieslēdzas un vada strāvu gluži kā vadītājs un sāk kvēlot. Barošanas sprieguma avotam šai strāvai līdz ar to jābūt lielākam par neona sprieguma avotu.

Kā tas strādā

Kad ķēde ir ieslēgta, kondensators lēnām sāk uzlādēt, ko nosaka RC laika konstante. Lampa sāk saņemt pieaugošu spriegumu, kas tiek attīstīts pāri kondensatoram.

Brīdī, kad šī kondensatora uzlāde sasniedz vērtību, kas var būt vienāda ar neona šāviena spriegumu, neona lampa vada un sāk iedegties.

Kad tas notiek, neons izveido kondensatora izlādes ceļu, un tagad kondensators sāk izlādēties. Tas savukārt izraisa sprieguma kritumu neonā un, kad šis līmenis nokrīt zem neona degšanas sprieguma, lampa izslēdzas un izslēdzas.

Tagad process turpinās, izraisot neona mirgošanu. Mirgošanas ātrums vai frekvence ir atkarīga no RC laika konstante vērtības, kuru var pielāgot, lai iespējotu lēnas vai ātras mirgošanas ātrumu.

Ja ņemam vērā komponentu vērtības, kā parādīts diagrammā, laika konstante ķēdei T = 5 (megohmi) x 0,1 (mikrofaradi) = 0,5 sekundes.

Tas nozīmē, ka, mainot RC vērtības, neona mirgošanas ātrumu var attiecīgi mainīt, atbilstoši individuālajām vēlmēm.

RC konfigurācija maiņstrāvas ķēdēs

Ja maiņstrāvu izmanto RC konfigurācijā, strāvas maiņas dēļ viena maiņstrāvas puse cikls efektīvi uzlādē kondensatoru, un tāpat tas tiek izlādēts ar nākamo negatīvo pusciklu. Tas izraisa kondensatora pārmaiņus uzlādi un izlādi, reaģējot uz maiņstrāvas cikla viļņu formas mainīgo polaritāti.

Tāpēc faktiski maiņstrāvas spriegumi netiek saglabāti kondensatorā, drīzāk ir atļauts iziet cauri kondensatoram. Tomēr šo strāvas pāreju ierobežo esošā RC laika konstante ķēdes ceļā.

RC komponenti izlemj pēc tā, cik procentos no pieliktā sprieguma kondensators tiek uzlādēts un izlādēts. Vienlaikus kondensators var arī nodrošināt nelielu pretestību maiņstrāvas pārejai reaktīvas ceļā, kaut arī šī reaktivitāte patērē vispār nekādu jaudu. Tās primārā ietekme ir uz RC ķēdē iesaistīto frekvences reakciju.

RC SAKABE maiņstrāvas ķēdēs

Konkrēta audio ķēdes posma savienošana ar citu posmu caur kondensatoru ir izplatīta un plaši izplatīta ieviešana. Lai gan šķiet, ka kapacitāte tiek izmantota neatkarīgi, tā faktiski var būt saistīta ar neatņemamu sērijas pretestību, ko simbolizē termins 'slodze', kā parādīts zemāk.

Šī pretestība, ko palīdz kondensators, rada RC kombināciju, kas var būt atbildīga par noteikta laika konstanta ģenerēšanu.

Ir ļoti svarīgi, lai šī laika konstante papildinātu ieejas maiņstrāvas signāla frekvences specifikāciju, kas tiek pārnesta no viena posma uz otru.

Ja pieņemam audio pastiprinātāja ķēdes piemēru, augstākais ieejas frekvences diapazons varētu būt aptuveni 10 kHz. Šāda veida frekvences laika perioda cikls būs 1/10 000 = 0,1 milisekundes.

Tas nozīmē, ka, lai atļautu šo frekvenci, katrā ciklā attiecībā uz sakabes kondensatora funkciju tiek ieviesti divi uzlādes / izlādes raksturlielumi, kas ir viens pozitīvs un viens negatīvs.

Tāpēc atsevišķas uzlādes / izlādes funkcionalitātes periods būs 0,05 milisekundes.

RC laika konstantei, kas nepieciešama šīs darbības nodrošināšanai, jāatbilst 0,05 milisekundes vērtībai, lai sasniegtu 63% no barotā maiņstrāvas sprieguma līmeņa, un būtībā nedaudz mazāk, lai ļautu pāriet augstāk par 63 procentiem no pielietotā sprieguma.

RC laika konstanta optimizēšana

Iepriekš minētā statistika sniedz mums ideju par vislabāko iespējamo izmantojamā sakabes kondensatora vērtību.

Lai to ilustrētu, pieņemsim, ka mazjaudas tranzistora normālā ieejas pretestība var būt aptuveni 1 k. Visefektīvākās RC sakabes laika konstante varētu būt 0,05 milisekundes (skatīt iepriekš), ko var panākt ar šādiem aprēķiniem:

0,05 x 10 = 1 000 x C vai C = 0,05 x 10^-9farads = 0,50 pF (vai, iespējams, nedaudz zemāks, jo tas ļautu caur kondensatoru iziet virs 63% sprieguma).

Praktiski runājot, parasti varētu tikt ieviesta daudz lielāka kapacitātes vērtība, kas var sasniegt 1µF vai pat vairāk. Tas parasti var nodrošināt labākus rezultātus, bet gluži pretēji - samazināt maiņstrāvas savienojuma vadīšanas efektivitāti.

Arī aprēķini liecina, ka kapacitatīvā savienošana kļūst arvien neefektīva, palielinoties maiņstrāvas frekvencei, kad sakabes ķēdēs tiek ieviesti reāli kondensatori.

RC tīkla izmantošana FILTER CIRCUITS

Standarta RC izkārtojums, kas ieviests kā a filtra ķēde ir parādīts zemāk redzamajā attēlā.

Ja paskatāmies uz ieejas pusi, mēs atrodam rezistoru, kas pievienots virknē ar kapacitatīvo reaktivitāti, izraisot sprieguma kritumu, kas veidojas pāri abiem elementiem.

Gadījumā, ja kondensatora reaktivitāte (Xc) ir lielāka par R, gandrīz viss ieejas spriegums uzkrājas pāri kondensatoram, un tāpēc izejas spriegums sasniedz līmeni, kas vienāds ar ieejas spriegumu.

Mēs zinām, ka kondensatora reaktivitāte ir apgriezti proporcionāla frekvencei. Tas nozīmē, ka, palielinot maiņstrāvas frekvenci, reaktivitāte samazināsies, kā rezultātā izejas spriegums palielinās proporcionalitāti (bet rezistors nokritīs ievērojamu daļu no ieejas sprieguma) ).

Kas ir kritiskā frekvence

Lai nodrošinātu efektīvu maiņstrāvas signāla savienošanu, mums jāņem vērā faktors, ko sauc par kritisko frekvenci.

Šajā frekvencē reaktivitātes vērtības elementu mēdz ietekmēt tik ļoti, ka šādā stāvoklī sakabes kondensators sāk bloķēt signālu, nevis efektīvi vadīt.

Šādā situācijā voltu (ārā) / voltu (iekšā) attiecība sāk strauji samazināties. Tas ir parādīts turpmāk diagrammā.

Kritisko punktu, ko dēvē par nobīdes punktu vai robežfrekvenci (f), novērtē šādi:

fc = 1 / 2πRC

kur R ir omos, C ir farādos un Pi = 3,1416

Bet no iepriekšējās diskusijas mēs zinām, ka RC = laika konstante T, tāpēc vienādojums kļūst:

fc = 1 / 2πT

kur T ir laika konstante sekundēs.

Šāda veida filtru darba efektivitāti raksturo to izslēgšanās frekvence un ātrums, caur kuru voltu (in) / voltu (out) attiecība sāk samazināties virs atslēgšanās frekvences sliekšņa.

Pēdējais parasti tiek attēlots kā (daži) dB uz oktāvu (par katru divkāršotu frekvenci), kā norādīts nākamajā attēlā, kas parāda attiecību starp dB un voltu (in) / voltu (out) attiecību, kā arī nodrošina precīzu frekvences reakciju līkne.

RC ZEMAS PASES FILTRI

Kā norāda nosaukums, zemfrekvences filtri ir paredzēti maiņstrāvas signālu raidīšanai zem robežfrekvences ar minimālu signāla stipruma zudumu vai vājināšanos. Signāliem, kas atrodas virs robežfrekvences, zemfrekvences filtrs rada paaugstinātu vājinājumu.

Šiem filtriem ir iespējams aprēķināt precīzas komponentu vērtības. Piemēram, standarta skrāpējumu filtru, ko parasti izmanto pastiprinātājos, varētu uzbūvēt, lai vājinātu frekvences, teiksim, 10 kHz. Šī īpašā vērtība apzīmē paredzēto filtra izslēgšanās frekvenci.

RC AUGSTPĀRĒJIE FILTRI

Augstas caurlaidības filtri ir paredzēti darbam otrādi. Tie vājina frekvences, kas parādās zem atslēgšanās frekvences, bet pieļauj visas frekvences iestatītajā robežfrekvencē vai virs tās bez vājināšanās.

Lai sasniegtu šo augstfrekvences filtra ieviešanu, ķēdes RC komponenti tiek vienkārši samainīti viens ar otru, kā norādīts zemāk.

Augstas caurlaidības filtrs ir līdzīgs tā zemās caurlaidības filtram. Tos parasti izmanto pastiprinātājos un audio ierīcēs, lai atbrīvotos no trokšņa vai “dārdoņa”, ko rada raksturīgās, nevēlamās zemās frekvences.

Izvēlētajai izslēgšanas frekvencei, kas jānovērš, jābūt pietiekami zemai, lai tā nebūtu pretrunā ar “labu” basu reakciju. Tāpēc noteiktais lielums parasti ir robežās no 15 līdz 20 Hz.

RC sliekšņa biežuma aprēķināšana

Precīzi, šī sliekšņa frekvences aprēķināšanai ir vajadzīga tā pati formula, tādējādi ar 20 Hz kā sliekšņa slieksni mums ir:

20 = 1/2 x 3,14 x RC

RC = 125.

Tas norāda, ka, kamēr RC tīkls ir izvēlēts tā, lai to produkts būtu 125, tiks nodrošināta paredzētā augstfrekvences atslēgšana zem 20 Hz signāliem.

Praktiskajās shēmās šādi filtri parasti tiek ieviesti pie priekšpastiprinātāja posms , vai pastiprinātājā tieši pirms esošās toņa vadības ķēdes.

Priekš Hi-Fi ierīces , šīs nogrieztās filtru shēmas parasti ir daudz sarežģītākas nekā šeit paskaidrotās, lai ļautu nogrieztajiem punktiem ar lielāku efektivitāti un pin point precizitāti.

.