Kaip veikia RC grandinės

RC grandinėje derinys arba R (rezistorius) ir C (kondensatorius) naudojami tam tikrose konfigūracijose, siekiant reguliuoti srovės srautą, norint įgyvendinti norimą sąlygą.

Vienas iš pagrindiniai kondensatoriaus naudojimo būdai yra sukabinimo įtaiso forma, leidžianti praeiti kintamajai srovei, bet blokuojanti nuolatinę srovę. Beveik bet kurioje praktinėje grandinėje pamatysite keletą varžų, nuosekliai sujungtų su kondensatoriumi.

Varža riboja srovės srautą ir sukelia tam tikrą vėlavimą per maitinimo įtampą, tiekiamą į kondensatorių, sukeldama kondensatoriuje krūvį, proporcingą paduodamai įtampai.

RC nuolatinis laikas

RC laiko (T) nustatymo formulė yra labai paprasta:

T = RC, kur T = laiko konstanta sekundėmis R = varža megomais C = talpa mikrofaraduose.

(Galima pastebėti, kad ta pati skaitinė T reikšmė pateikiama, jei R yra omuose, o C - faraduose, tačiau praktikoje megomai ir mikrofaradai dažnai yra kur kas lengvesni vienetai.)

RC grandinėje RC laiko konstanta gali būti apibrėžta kaip laikas, per kurį kondensatoriuje naudojama įtampa pasiekia 63% naudojamos įtampos.

(kad būtų lengviau apskaičiuoti, iš tikrųjų pirmenybė teikiama šiam 63% dydžiui). Realiame gyvenime kondensatoriaus įtampa gali kauptis praktiškai (bet niekada ne visai) iki 100% naudojamos įtampos, kaip nurodyta toliau pateiktame paveikslėlyje.

Laiko konstantos elementas reiškia laiko trukmę laiko koeficiento pavidalu, pavyzdžiui, esant RC tinklo 1 laiko koeficientui, yra sukaupta 63% bendra įtampa, laikotarpiu po 2X laiko konstantos, viduje susidaro 80% visos įtampos kondensatorius ir pan.

Po 5 konstantos kondensatoriuje gali susidaryti beveik (bet ne visai) 100% įtampa. Kondensatoriaus iškrovos faktoriai vyksta tuo pačiu pagrindiniu būdu, bet atvirkštine seka.

Tai reiškia, kad praėjus laiko intervalui, lygiam laiko konstantai 5, kondensatoriui pritaikyta įtampa sumažins 100–63 = 37% visos įtampos ir pan.

Kondensatoriai niekada nėra visiškai įkrauti ar iškrauti

Teoriškai bent jau kondensatorius jokiu būdu negali įkrauti iki visos naudojamos įtampos lygio ir jo negalima visiškai iškrauti.

Iš tikrųjų visas įkrovimas arba visiškas iškrovimas gali būti laikomas įvykdytu per laikotarpį, atitinkantį 5 ​​laiko konstantas.

Todėl grandinėje, kaip parodyta žemiau, maitinimo jungiklis 1 sukels „pilną“ kondensatoriaus įkrovimą per 5 kartus per pastovią sekundę.

Tada atidarius jungiklį 1, kondensatorius gali atsidurti tokioje situacijoje, kai jis kaups įtampą, lygią faktinei įtampai. Šį įkrovimą jis išlaikys neribotą laiką, jei kondensatorius neturi nulinio vidinio nuotėkio.

Šis praradimo procesas iš tikrųjų bus labai vangus, nes realiame pasaulyje nė vienas kondensatorius negali būti tobulas, tačiau tam tikrą ilgą laiką šis saugomas įkrovimas gali ir toliau būti veiksmingas pradinės „pilno įkrovimo“ įtampos šaltinis.

Įjungus kondensatorių aukšta įtampa, jis gali greitai sukelti elektros šoką, net jei grandinė bus išjungta.

Norėdami įvykdyti įkrovimo / iškrovimo ciklą, kaip parodyta aukščiau pateiktoje antroje grafinėje diagramoje, kai jungiklis 2 yra uždarytas, kondensatorius pradeda išsikrauti per prijungtą varžą ir užtrunka tam tikrą laiką, kol įvykdys iškrovos procesą.

RC derinys atsipalaidavimo osciliatoriuje

Aukščiau pateiktas paveikslėlis yra labai pagrindinė relaksacijos osciliatoriaus grandinė, veikianti naudojant pagrindinę kondensatoriaus krūvio iškrovimo teoriją.

Jame yra rezistorius (R) ir kondensatorius (C), nuosekliai prijungtus prie nuolatinės srovės įtampos šaltinio. Kad galėtumėte fiziškai pamatyti grandinės veikimą, a neoninė lempa yra naudojamas lygiagrečiai su kondensatoriumi.

Lempa praktiškai veikia kaip atvira grandinė, kol įtampa pasiekia ribinę įtampos ribą, kai ji akimirksniu įsijungia ir praleidžia srovę panašiai kaip laidininkas ir pradeda švytėti. Taigi šios srovės maitinimo šaltinio šaltinis turi būti didesnis nei neoną sukeliančios įtampos šaltinis.

Kaip tai veikia

Įjungus grandinę, kondensatorius lėtai pradeda krautis, kaip nustatyta RC laiko konstantoje. Lempa pradeda gauti didėjančią įtampą, kuri susidaro per kondensatorių.

Tuo momentu, kai šis kondensatoriaus įkrovimas pasiekia vertę, kuri gali būti lygi neono šaudymo įtampai, neoninė lempa praleidžia ir pradeda šviesti.

Kai tai atsitiks, neonas sukuria kondensatoriaus iškrovos kelią ir dabar kondensatorius pradeda iškrauti. Tai savo ruožtu sumažina įtampą neone ir, kai šis lygis nukrenta žemiau neono šaudymo įtampos, lempa išsijungia ir išsijungia.

Dabar procesas tęsiasi, todėl neonas mirksi IŠJUNGTAS. Mirksėjimo dažnis ar dažnis priklauso nuo RC laiko pastoviosios vertės, kurią galima pakoreguoti, kad būtų įjungtas lėtas arba greitas mirksėjimas.

Jei atsižvelgsime į komponento vertes, kaip parodyta diagramoje, grandinės laiko konstanta T = 5 (megohmai) x 0,1 (mikrofaradai) = 0,5 sekundės.

Tai reiškia, kad keičiant RC reikšmes, neono mirksėjimo dažnis gali būti atitinkamai pakeistas, atsižvelgiant į individualius pageidavimus.

RC konfigūracija kintamosiose grandinėse

Kai kintamosios srovės įtampa naudojama RC konfigūracijoje, dėl kintamos srovės prigimties, kintamosios srovės pusės ciklas efektyviai įkrauna kondensatorių, taip pat jis išleidžiamas su kitu neigiamu pusiniu ciklu. Tai sukelia kondensatoriaus pakaitinį įkrovimą ir iškrovimą, atsižvelgiant į kintamą kintamosios srovės ciklo bangos formos poliškumą.

Dėl šios priežasties kintamosios srovės įtampa kondensatoriuje nesaugoma, o leidžiama praeiti pro kondensatorių. Tačiau šį srovės praeinamumą riboja esama RC laiko konstanta grandinės kelyje.

RC komponentai nusprendžia, kiek procentų panaudotos įtampos kondensatorius įkraunamas ir iškraunamas. Tuo pačiu metu kondensatorius taip pat gali šiek tiek pasipriešinti kintamosios srovės pralaidumui reaktyvumo būdu, nors šis reaktyvumas iš esmės nevartoja jokios galios. Pagrindinis jo poveikis yra dažnio atsakui, susijusiam su RC grandine.

RC JUNGIMAS Kintamosios srovės grandinėse

Konkretaus garso grandinės etapo sujungimas su kitu etapu per kondensatorių yra įprastas ir plačiai paplitęs įgyvendinimas. Nors atrodo, kad talpa naudojama savarankiškai, ji iš tikrųjų gali būti susijusi su vientisu serijos pasipriešinimu, kurį simbolizuoja terminas „apkrova“, kaip parodyta žemiau.

Šis atsparumas, padedamas kondensatoriaus, sukelia RC derinį, kuris gali būti atsakingas už tam tikros laiko konstantos generavimą.

Labai svarbu, kad ši laiko konstanta papildytų AC įėjimo signalo dažnio, kuris perduodamas iš vieno etapo į kitą, specifikaciją.

Jei imtume garso stiprintuvo grandinės pavyzdį, didžiausias įėjimo dažnio diapazonas galėtų būti maždaug 10 kHz. Tokio dažnio laikotarpio ciklas bus 1/10 000 = 0,1 milisekundės.

Tai reiškia, kad norint leisti šį dažnį, kiekvienas ciklas įgyvendina dvi įkrovimo / iškrovimo charakteristikas, susijusias su sukabinimo kondensatoriaus funkcija, kurios yra viena teigiama ir viena neigiama.

Todėl pavienio įkrovimo / iškrovimo funkcijų laikotarpis bus 0,05 milisekundės.

RC laiko konstanta, reikalinga šiam veikimui, turi atitikti 0,05 milisekundės vertę, kad pasiektų 63% maitinamosios kintamosios srovės įtampos lygio, ir iš esmės šiek tiek mažiau, kad būtų galima praleisti didesnę nei 63 procentų naudojamos įtampos.

RC laiko pastovaus optimizavimas

Aukščiau pateikta statistika pateikia mums idėją apie geriausią įmanomą sukabinimo kondensatoriaus vertę.

Norėdami tai iliustruoti, tarkime, kad mažos galios tranzistoriaus įprasta įėjimo varža gali būti maždaug 1 k. Efektyviausios RC jungties laiko konstanta gali būti 0,05 milisekundės (žr. Aukščiau), kurią galima pasiekti atlikus šiuos skaičiavimus:

0,05 x 10 = 1 000 x C arba C = 0,05 x 10^-9faradai = 0,50 pF (arba galbūt šiek tiek mažesni, nes tai leistų per kondensatorių praeiti didesnei nei 63% įtampai).

Praktiškai kalbant, paprastai būtų galima įgyvendinti daug didesnę talpos vertę, kuri gali siekti 1µF ar net daugiau. Paprastai tai gali suteikti geresnių rezultatų, bet priešingai, gali sumažėti kintamosios srovės jungties laidumo efektyvumas.

Be to, skaičiavimai rodo, kad didėjant kintamosios srovės dažniui, kai sukabinimo grandinėse yra realūs kondensatoriai, talpinis sujungimas tampa vis neveiksmingesnis.

RC tinklo naudojimas FILTER CIRCUITS

Standartinis RC susitarimas, įgyvendinamas kaip a filtro grandinė yra parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje.

Jei pažvelgsime į įvesties pusę, rasime nuosekliai pritvirtintą rezistorių su talpiniu reaktyvumu, dėl kurio įtampa sumažėja abiejuose elementuose.

Tuo atveju, jei kondensatoriaus reaktyvumas (Xc) būna didesnis nei R, beveik visa įėjimo įtampa kaupiasi per kondensatorių, todėl išėjimo įtampa yra lygi įėjimo įtampai.

Mes žinome, kad kondensatoriaus reaktyvumas yra atvirkščiai proporcingas dažniui. Tai reiškia, kad padidėjus kintamosios srovės dažniui, reaktyvumas sumažės, dėl kurio išėjimo įtampa padidins proporcingumą (tačiau didelė rezistoriaus dalis sumažins įėjimo įtampą) ).

Kas yra kritinis dažnis

Norėdami užtikrinti efektyvų kintamosios srovės signalo sujungimą, turime atsižvelgti į veiksnį, vadinamą kritiniu dažniu.

Tokiu dažniu reaktyviosios vertės elementas būna taip smarkiai paveiktas, kad esant tokiai būklei, sukabinimo kondensatorius pradeda blokuoti signalą, o ne efektyviai atlikti.

Esant tokiai situacijai, voltų (išėjimo) / voltų (į) santykis pradeda sparčiai mažėti. Tai parodyta žemiau pagrindine diagramos forma.

Kritinis taškas, vadinamas apsisukimo tašku arba ribiniu dažniu (f), vertinamas taip:

fc = 1 / 2πRC

kur R yra omuose, C yra faraduose ir Pi = 3,1416

Bet iš ankstesnės diskusijos mes žinome, kad RC = laiko konstanta T, todėl lygybė tampa:

fc = 1 / 2πT

kur T yra laiko konstanta sekundėmis.

Šio tipo filtrų darbo efektyvumui būdingas jų ribinis dažnis ir greitis, per kurį voltų (įėjimo) / voltų (išėjimo) santykis pradeda kristi virš ribinio dažnio ribos.

Pastarasis paprastai pateikiamas kaip (kai kurie) dB oktavai (kiekvienam dažniui padvigubėjus), kaip nurodyta kitame paveiksle, kuris rodo santykį tarp dB ir voltų (į) / voltų (išėjimo) santykio, taip pat pateikia tikslų dažnio atsaką kreivė.

RC ŽEMO KOKYBĖS FILTRAI

Kaip rodo pavadinimas, žemo dažnio filtrai suprojektuoti perduoti kintamosios srovės signalus žemiau ribinio dažnio, kuo mažiau prarandant arba susilpninant signalo stiprumą. Signalams, viršijantiems ribinį dažnį, žemo dažnio filtras sukuria padidintą slopinimą.

Galima apskaičiuoti tikslias šių filtrų komponentų vertes. Pavyzdžiui, įprastas stiprintuvuose naudojamas standartinis įbrėžimų filtras galėtų būti pastatytas taip, kad, pavyzdžiui, 10 kHz dažnius, susilpnintų. Ši specifinė vertė reiškia numatomą filtro ribinį dažnį.

RC AUKŠTO PASLAUGOS FILTRAI

Aukšto dažnio filtrai yra suprojektuoti veikti atvirkščiai. Jie slopina tuos dažnius, kurie rodomi žemiau ribinio dažnio, bet leidžia visus dažnius, esančius nustatytame ribiniame dažnyje arba viršijant juos, neslopinant.

Norint pasiekti šį aukšto dažnio filtro įgyvendinimą, grandinės RC komponentai yra tiesiog keičiami vienas su kitu, kaip nurodyta toliau.

Aukšto dažnio filtras yra panašus į jo žemo dažnio filtrą. Jie paprastai naudojami stiprintuvuose ir garso įrenginiuose, siekiant atsikratyti būdingų, nepageidaujamų žemų dažnių keliamo triukšmo ar „šurmulio“.

Pasirinktas ribinis dažnis, kuris turi būti pašalintas, turėtų būti pakankamai žemas, kad jis neprieštarautų „geram“ boso atsakui. Todėl nustatytas dydis paprastai yra nuo 15 iki 20 Hz.

Skaičiuojamas RC ribinis dažnis

Būtent ta pati formulė reikalinga šiam ribiniam dažniui apskaičiuoti, taigi esant 20 Hz kaip ribinei ribai:

20 = 1/2 x 3,14 x RC

RC = 125.

Tai rodo, kad tol, kol RC tinklas bus pasirinktas taip, kad jų produktas būtų 125, bus galima numatyti aukšto dažnio ribinį signalą, esantį žemiau 20 Hz.

Praktinėse grandinėse tokie filtrai paprastai įvedami į išankstinio stiprintuvo stadija arba stiprintuve prieš pat esamą tono valdymo grandinę.

Dėl „Hi-Fi“ įrenginiai , šios išjungtos filtro grandinės paprastai yra kur kas tobulesnės nei čia paaiškintos, kad įjungtų taškus būtų galima naudoti efektyviau ir tiksliau.

.