RC電路的應(yīng)用

1、RC電路的應(yīng)用摘要：RC電路在模擬電路、脈沖數(shù)字電路中得到廣泛的應(yīng)用，由于電路的形式以及信號(hào)源和R，C元件參數(shù)的不同，因而組成了RC電路的各種應(yīng)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。關(guān)鍵詞：RC電路；微分、積分電路；耦合電路；濾波電路；脈沖分壓器在模擬及脈沖數(shù)字電路中，常常用到由電阻R和電容C組成的RC電路，在這些電路中，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(yīng)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(hào)VI，由電阻R輸出信號(hào)VO，當(dāng)RC

2、數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足：RCt1），電容C的電壓按指數(shù)規(guī)律快速充電上升，輸出電壓隨之按指數(shù)規(guī)律下降（因VOVIVCVmVC），經(jīng)過(guò)大約3（RC）時(shí)，VCVm，VO0，（RC）的值愈小，此過(guò)程愈快，輸出正脈沖愈窄。t=t2時(shí)，VI由Vm0,相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)的電壓Vm開始按指數(shù)規(guī)律經(jīng)電阻R放電，剛開始，電容C來(lái)不及放電，他的左端（正電）接地，所以VOVm，之后VO隨電容的放電也按指數(shù)規(guī)律減小，同樣經(jīng)過(guò)大約3后，放電完畢，輸出一個(gè)負(fù)脈沖。只要脈沖寬度tW（510），在tW時(shí)間內(nèi)，電容C已完成充電或放電（約需3），輸出端就能輸出正負(fù)尖脈沖，才能成為微分電路，因而電路的充

3、放電時(shí)間常數(shù)必須滿足：（1/51/10）tW，這是微分電路的必要條件。由于輸出波形VO與輸入波形VI之間恰好符合微分運(yùn)算的結(jié)果VO=RC*（dVI/dt），即輸出波形是取輸入波形的變化部分。如果將VI按傅里葉級(jí)展開，進(jìn)行微分運(yùn)算的結(jié)果，也將是VO的表達(dá)式。他主要用于對(duì)復(fù)雜波形的分離和分頻器，如從電視信號(hào)的復(fù)合同步脈沖分離出行同步脈沖和時(shí)鐘的倍頻應(yīng)用。2.RC耦合電路圖1中，如果電路時(shí)間常數(shù)（RC）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0Vm，因電容電壓不能突變（VC=0），VO=VR=VI=Vm。（2）t1tTW，電容C

4、緩慢充電，VC緩慢上升為左正右負(fù)，VO=VR=VIVC，VO緩慢下降。（3）t=t2時(shí)，VO由Vm0，相當(dāng)于輸入端被短路，此時(shí)，VC已充有左正右負(fù)電壓=（VI/）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（VC0），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(dāng)輸出波形的正半周“面積”與負(fù)半周“面積”相等時(shí)，就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。也就是電容在一個(gè)周期內(nèi)充得的電荷與放掉的電荷相等時(shí)，輸出波形就穩(wěn)定不再平移，電容上的平均電壓等于輸入信號(hào)中電壓的

5、直流分量（利用C的隔直作用），把輸入信號(hào)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(hào)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與的關(guān)系，下面比較一下與方波周期T（TTW）不同時(shí)的結(jié)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(nèi)正、負(fù)“面積”相等，即其平均值為0，不再含有直流成份。當(dāng)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。 當(dāng)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。當(dāng)TW，這種電路稱為積分電路。在電容C兩端（輸出端）得到鋸齒波電壓，如圖6

6、所示。（3）t=t2時(shí)，VI由Vm0，相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)電壓VI（VITW是本電路必要條件，因?yàn)樗窃诜讲ǖ絹?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，電容開始放電，以免電容電壓出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定電壓值，而且越大，鋸齒波越接近三角波。輸出波形是對(duì)輸入波形積分運(yùn)算的結(jié)果，他是突出輸入信號(hào)的直流及緩變分量，降低輸入信號(hào)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(jù)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(yīng)用在不同的電路

7、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(jù)方波的TW來(lái)選取，而低通濾波電路，是將較高頻率的信號(hào)旁路掉（因XC=1/（2fC），f較大時(shí)，XC較小，相當(dāng)于短路），因而電容C的值是參照低頻點(diǎn)的數(shù)值來(lái)確定，對(duì)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(shù)字電路中，因RC與脈寬TW的關(guān)系不同而區(qū)分為微分電路和耦合電路；在模擬電路，選擇恰當(dāng)?shù)碾娙軨值，就可以有選擇性地讓較高頻的信號(hào)通過(guò)，而阻斷直流及低頻信號(hào)，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

8、一方面，在多級(jí)交流放大電路中，他也是一種耦合電路。5.RC脈沖分壓器當(dāng)需要將脈沖信號(hào)經(jīng)電阻分壓傳到下一級(jí)時(shí)，由于電路中存在各種形式的電容，如寄生電容，它相當(dāng)于在負(fù)載側(cè)接有一負(fù)載電容（如圖9），當(dāng)輸入一脈沖信號(hào)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(hào)源都有一定的內(nèi)阻，以及一些電路的需要，通常采取過(guò)補(bǔ)償?shù)霓k法，如電視信號(hào)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。RC電路的應(yīng)用適當(dāng)選取

9、RC電路的時(shí)間常數(shù)，利用電容極板間的儲(chǔ)能變化，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的積分與微分。RC積分電路如圖8-1所示。電路應(yīng)滿足條件： = RC TW式中 TW為輸入脈沖寬度RC微分電路如圖8-2所示。電路應(yīng)滿足條件： = RC TW利用RC電路的暫態(tài)過(guò)程，可使數(shù)字電路產(chǎn)生一個(gè)暫時(shí)的穩(wěn)態(tài)。選擇不同的RC值，可選擇不同的導(dǎo)通頻帶。2a0D1U1i-Q$wK(觀察一個(gè)方波信號(hào)通過(guò)微分電路，微分后的波形只在輸入波形的突變處尖脈沖，在其他處為零。這直觀上說(shuō)明微分電路對(duì)低頻信號(hào)的抑制作用。&z04Q#o!U2G N同樣，觀察一個(gè)方波信號(hào)通過(guò)積分電路，積分后的波形在輸入波

10、形的突變處平滑變化。這直觀上說(shuō)明積分電路對(duì)高頻信號(hào)的抑制作用1).微分電路 微分電路的電路圖如圖1所示，其中電容為C，電阻為R，UI為輸入電壓，Uo為輸出電壓。當(dāng)R1/C 時(shí)，。所以 圖1 由上式可見，輸出電壓是輸入電壓的微分。注意：滿足上述微分關(guān)系的前提是，必須符合 R1/C的條件。 微分電路可把矩形波轉(zhuǎn)換為尖脈沖波，此電路的輸出波形只反映輸入波形的突變部分，即只有輸入波形發(fā)生突變的瞬間才有輸出。而對(duì)恒定部分則沒(méi)有輸出。輸出的尖脈沖波形的寬度與R*C有關(guān)（即電路的時(shí)間常數(shù)），R*C越小，尖脈沖波形越尖，反之則寬。此電路的R*C必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輸入波形的寬度，否則就失去了波形變換的作用，變?yōu)橐话愕?/p>

11、RC耦合電路了，一般R*C少于或等于輸入波形寬度的1/10就可以了。 2).積分電路：積分電路的電路圖如圖2所示。當(dāng)R1/C 時(shí)，所以 圖2 可見輸出電壓是輸入電壓的積分。注意：上述積分關(guān)系必須滿足R1/C的條件。 積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波，還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理很簡(jiǎn)單，都是基于電容的充放電原理，這里就不詳細(xì)說(shuō)了，這里要提的是電路的時(shí)間常數(shù)R*C，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時(shí)間常數(shù)必須要大于或等于10倍于輸入波形的寬度。 限幅電路 圖X是一個(gè)限幅電路,在輸入端沒(méi)信號(hào)輸入時(shí)由于二極管D反向連接,所以輸出電壓為零。當(dāng)有脈沖信號(hào)輸入時(shí),如果這個(gè)脈沖的幅度足與電壓源E時(shí),

12、D就導(dǎo)通,這樣電路將輸出脈沖的最大值限制在E+0.6上（0.6是D的正向?qū)▔航担?也即E+0.6是此限幅器的門限電壓。圖Z1604所示的RC微分電路是脈沖技術(shù)中常用電路之一。它與RC耦合電路（如圖Z1603所示）的區(qū)別就在于前者的時(shí)間常數(shù)（=RC）很小。假定該電路的輸入信號(hào)是圖Z1604（a）所示的矩形波，那么，在t時(shí)刻電容C因電壓不能突變而使U（）=0，所以，此時(shí)刻R上的輸出電壓Uo等于E （見圖Z1604（c）。此后U按指數(shù)規(guī)律上升到E ，相應(yīng)地，Uo由 E 下降至零。在t時(shí)刻，外加信號(hào)為零,U仍為E，致使輸出電壓跳變到- E，隨著電容放電，U逐漸上升到零。待下一個(gè)矩形脈沖來(lái)到后，再重復(fù)

13、以上過(guò)程。U、U的波形分別如圖Z1604（b）（c）所示。 由此可知，微分電路的特點(diǎn)是能突出反映輸入信號(hào)的跳變部分。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，可把信號(hào)中跳變部分轉(zhuǎn)變?yōu)榧饷}沖而加以利用。當(dāng)（=RC）（）tk時(shí)，就可把該電路視為微分電路。RC實(shí)用電路RC組合件所謂RC組合件就是由電阻器和電容器組合在一起，用一個(gè)封裝，引出數(shù)根引腳，成為一個(gè)整體的組件，尺寸一般為8mm8mm1mm。一個(gè)形RC高頻濾波器電路，可以用來(lái)將高頻信號(hào)去除，它是由一個(gè)2千歐的電阻和兩只0.01微法電容構(gòu)成。RC消火花電路在一些感性負(fù)載（直流電動(dòng)機(jī)或磁頭）電路中的開關(guān)部位并聯(lián)電阻和電容。由于感性組件在電路通斷的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)阻礙組件

14、兩端電流突變的特性，這一電動(dòng)勢(shì)很大且加在開關(guān)上，由于開關(guān)在快要接通或剛要斷開時(shí)開關(guān)的兩極靠得很近，這時(shí)的開關(guān)便形成空氣電容結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)給這個(gè)開關(guān)空氣電容器充電并很快擊穿這個(gè)電容器，擊穿電容器時(shí)便會(huì)產(chǎn)生火花，這樣開關(guān)的接通或斷開時(shí)都會(huì)看到有火花，電路開關(guān)產(chǎn)生火花會(huì)對(duì)人身安全存在隱患，并且對(duì)開關(guān)的接觸部分進(jìn)行灼傷，影響開關(guān)的使用壽命。為了保護(hù)開關(guān)不打火，在開關(guān)電路上并聯(lián)一個(gè)電阻和電容，這時(shí)開關(guān)在通斷時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就流到開關(guān)并聯(lián)電路中的電阻器和電容器上，開關(guān)并聯(lián)電路上的電容器容量一般都很大，吸收感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大量電能，這樣加到開關(guān)上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就大大減少了，從而避免產(chǎn)生火花。RC錄音高頻補(bǔ)償電路

15、在恒流錄音電阻電路中，給恒流電阻器再并聯(lián)上電容器就成了RC錄音高頻補(bǔ)償電路。電路中電阻器R就是恒流錄音電阻，電容器C便是錄音高頻補(bǔ)償電容。電阻與電容并聯(lián)組成RC補(bǔ)償電路，電容與錄音磁頭的感性阻抗串聯(lián)組成了LC串聯(lián)諧振補(bǔ)償電路。在RC并聯(lián)電路的阻抗特性曲線中可以看出，當(dāng)錄音信號(hào)頻率低于轉(zhuǎn)折頻率時(shí)，阻抗不變，所以低于轉(zhuǎn)折頻率的錄音信號(hào)其流過(guò)錄音磁頭的錄音電流大小不變；當(dāng)錄音信號(hào)頻率遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)折頻率后，該RC并聯(lián)電路的總阻抗在下降，說(shuō)明頻率高于轉(zhuǎn)折頻率的錄音高頻信號(hào)電流在增大，且錄音信號(hào)頻率越高，其錄音信號(hào)電流越大，這樣可以達(dá)到提升錄音高頻信號(hào)的目的。在電容器和磁頭串聯(lián)諧振電路中，其諧振頻率設(shè)在錄音信

16、號(hào)高于上限頻率且靠近上限頻率處，由于LC串聯(lián)諧振電路在諧振時(shí)阻抗最小，這樣可以使高頻錄音信號(hào)電流增大許多，達(dá)到提升錄音高頻信號(hào)的目的。RC低頻噪聲切除電路由于機(jī)內(nèi)傳聲器BM裝在錄音機(jī)的機(jī)殼上，而機(jī)殼上還同時(shí)裝有揚(yáng)聲器，在揚(yáng)聲器發(fā)出聲音時(shí)會(huì)引起機(jī)殼的振動(dòng)，這一振動(dòng)將引起機(jī)內(nèi)傳聲器BM的振動(dòng)，導(dǎo)致BM輸出一個(gè)頻率很低的振動(dòng)噪聲，從而機(jī)內(nèi)傳聲器工作出現(xiàn)“轟隆”的低頻噪聲，為此要在機(jī)內(nèi)傳聲器輸入電路中加入RC串聯(lián)電路來(lái)進(jìn)行低頻噪聲切除，以消除這一低頻的噪聲。在RC串聯(lián)電路的阻抗特性曲線中可以看出，隨著輸入信號(hào)頻率的降低其總阻抗而增大，這樣便對(duì)機(jī)內(nèi)低頻噪聲呈現(xiàn)高阻抗特性，阻礙低頻噪聲電流的通過(guò)，達(dá)到了切

17、除低頻噪聲的目的。雖然這樣能夠消除低頻噪聲，但對(duì)低頻有用信號(hào)也有一定影響，這樣也就成了消除低頻噪聲的主要矛盾了。RC去加重電路去加重電路出現(xiàn)在調(diào)頻收音機(jī)電路和電視機(jī)伴音通道電路中。調(diào)頻收音機(jī)不像調(diào)幅收音機(jī)那樣噪聲在不同頻率下的大小相等，而是隨著頻率升高而增大，這就說(shuō)明調(diào)頻的高頻噪聲嚴(yán)重。為了改善高頻段的信噪比，調(diào)頻發(fā)射機(jī)在發(fā)射調(diào)頻信號(hào)之前，對(duì)音頻信號(hào)中的高頻信號(hào)要進(jìn)行預(yù)加重，即先提升高頻段的信號(hào)，在調(diào)頻收音電路中則設(shè)置去加重電路，以還原音頻信號(hào)原來(lái)的特性。在去加重電路中，同時(shí)也將高頻噪聲去除。去加重電路有單聲道和雙聲道兩種之分，單聲道去加重電路接在鑒頻器后面，而雙聲道去加重電路接在鑒頻器后的立體聲解碼電路后再才接去加重電路。去加重電路實(shí)際上就是一個(gè)電阻