Kuidas RC-ahelad töötavad

RC-ahelas kasutatakse kombinatsiooni või R (takisti) ja C (kondensaator) spetsiifilistes konfiguratsioonides, et reguleerida voolu voolu soovitud tingimuse saavutamiseks.

Üks neist kondensaatori peamised kasutusalad on sidestusseadme kujul, mis võimaldab vahelduvvoolul läbida, kuid blokeerib alalisvoolu. Peaaegu igas praktilises vooluringis näete mõnda kondensaatoriga järjestikku ühendatud takistust.

Takistus piirab voolu voogu ja põhjustab kondensaatorisse sisestatud toitepinge viivituse, põhjustades kondensaatorisse laengu kogunemist proportsionaalselt sisestatud pingega.

RC ajakonstant

RC aja (T) määramise valem on väga lihtne:

T = RC kus T = ajakonstant sekundites R = takistus megohmides C = mahtuvus mikrofaradides.

(Võib täheldada, et T-le antakse sama arvuline väärtus, kui R on oomides ja C faraadides, kuid praktikas on megohmid ja mikrofaraadid sageli palju lihtsamad ühikud.)

RC-ahelas võib RC-ajakonstandi määratleda kui aega, mis kulub kondensaatoril rakendatud pingel 63% rakendatud pingest.

(arvutamise hõlbustamiseks eelistatakse tegelikult seda suurusjärku 63%). Reaalses elus võib kondensaatori pinge koguneda praktiliselt (kuid mitte kunagi päris) 100% rakendatud pingest, nagu on näidatud alloleval joonisel.

Ajakonstandi element tähistab aja pikkust ajafaktori kujul, näiteks RC-võrgu 1 ajafaktori korral koguneb 63% kogupinge, 2X-i ajakonstandi järgses ajavahemikus on 80% kogu pinge kondensaator ja nii edasi.

Pärast ajakonstandi 5 võib kondensaatorisse koguneda peaaegu (kuid mitte päris) 100% pinge. Kondensaatori tühjenemistegurid toimuvad samal põhimõttel, kuid vastupidises järjestuses.

See tähendab, et pärast ajakonstandiga 5 võrdse ajaintervalli saavutamist langeb kondensaatorile rakendatav pinge 100–63 = 37% täispingest jne.

Kondensaatorid pole kunagi täielikult laetud ega tühjenenud

Teoreetiliselt ei tohi kondensaator mingil juhul laadida kogu rakendatud pingetasemeni, samuti ei saa seda täielikult tühjendada.

Tegelikkuses võib täislaadimist või täielikku tühjendamist lugeda viie ajakonstandile vastava ajaperioodi jooksul täidetuks.

Seetõttu põhjustab voolulüliti 1 allpool näidatud vooluahelas kondensaatori 5-kordse ajakonstandi sekundi jooksul täieliku laadimise.

Järgmisena, kui lüliti 1 avatakse, võib kondensaator olla olukorras, kus see salvestab tegeliku rakendatava pingega võrdset pinget. Ja see hoiab seda laengut määramatu aja jooksul tingimusel, et kondensaatoril pole sisemist leket.

See laengu kaotamise protsess on tegelikult äärmiselt aeglane, kuna reaalses maailmas ei saa ükski kondensaator olla täiuslik, kuid teatud märkimisväärse aja jooksul võib see salvestatud laadimine olla algse täislaadimise pinge tõhus allikas.

Kui kondensaator rakendatakse kõrgepingega, võib see kiiresti puudutada elektrilööki, isegi kui vooluahel on välja lülitatud.

Laadimise / tühjendamise tsükli täitmiseks, nagu on näidatud ülaltoodud teisel graafikul, kui lüliti 2 on suletud, hakkab kondensaator tühjenemist ühendatud takistuse kaudu ja selle tühjendusprotsessi läbiviimiseks kulub teatud aja.

RC kombinatsioon lõdvestusosillaatoris

Ülaltoodud joonis on väga lihtne lõdvestusosillaatori ahel, mis töötab kondensaatori põhilaengu tühjendamise teooria abil.

See sisaldab takistit (R) ja kondensaatorit (C), mis on järjestikku ühendatud alalispinge allikaga. Et saaks vooluringi tööd füüsiliselt näha, a neoonlamp kasutatakse paralleelselt kondensaatoriga.

Lamp käitub praktiliselt nagu avatud vooluahel, kuni pinge saavutab pingelävi, kui see lülitub koheselt sisse ja juhib voolu üsna juhi kombel ning hakkab hõõguma. Selle voolu toiteallika allikas peab seega olema kõrgem kui neooni käivitav pinge.

Kuidas see töötab

Kui vooluahel on sisse lülitatud, hakkab kondensaator aeglaselt laadima, nagu määrab RC ajakonstant. Lamp hakkab vastu võtma tõusvat pinget, mis areneb üle kondensaatori.

Sel hetkel, kui see kondensaatori laeng saavutab väärtuse, mis võib olla võrdne neooni süütepingega, juhib neoonlamp ja hakkab põlema.

Kui see juhtub, loob neoon kondensaatori tühjendustee ja nüüd hakkab kondensaator tühjaks saama. See põhjustab omakorda neooni pinge languse ja kui see tase langeb alla neooni süütepinge, lülitub lamp välja ja lülitub välja.

Protsess jätkub, põhjustades neooni välgatust SEES. Vilkuv kiirus või sagedus sõltub RC ajakonstandi väärtusest, mida saab reguleerida kas aeglase või kiire vilkumise kiiruse võimaldamiseks.

Kui arvestada komponendi väärtusi, nagu on näidatud diagrammil, siis vooluahela ajakonstant T = 5 (megohmi) x 0,1 (mikrofarad) = 0,5 sekundit.

See tähendab, et RC väärtuste muutmisega saab neooni vilkumissagedust vastavalt muuta, vastavalt individuaalsetele eelistustele.

RC seadistamine vahelduvvooluahelates

Kui vahelduvvoolu kasutatakse RC-konfiguratsioonis, siis voolu vahelduva iseloomu tõttu laadib vahelduvvoolu pooltsükkel kondensaatorit tõhusalt ja tühjeneb samamoodi järgmise negatiivse pooltsükliga. See põhjustab kondensaatori vahelduva laadimise ja tühjenemise vastusena vahelduvvoolu tsükli lainekuju erinevale polaarsusele.

Seetõttu ei salvestata vahelduvpinge kondensaatorisse, vaid lastakse kondensaatorist läbi minna. Kuid seda voolu läbimist piirab vooluahela teekonnal olev RC ajakonstant.

RC komponendid otsustavad, kui suure protsendi ulatuses rakendatud pingest kondensaator laetakse ja tühjeneb. Samaaegselt võib kondensaator pakkuda ka väikest takistust vahelduvvoolu läbimisele reaktantsi teel, kuigi see reaktants ei tarbi põhimõtteliselt mingit energiat. Selle esmane mõju on RC-ahelas osalevale sagedusreaktsioonile.

RC-SIDUR vahelduvvooluahelates

Heliahela konkreetse etapi ühendamine kondensaatori kaudu teise astmega on tavaline ja laialt levinud teostus. Kuigi mahtuvust näib kasutavat iseseisvalt, võib see tegelikult olla seotud integraalse seeriatakistusega, mida sümboliseerib mõiste 'koormus', nagu allpool näidatud.

See takistus kondensaatori abil annab RC-kombinatsiooni, mis võib olla vastutav teatud ajakonstandi genereerimise eest.

On ülioluline, et see ajakonstant täiendaks sisend-vahelduvvoolu signaali sageduse spetsifikatsioone, mida kantakse ühest etapist teise.

Kui võtta helivõimendi vooluringi näide, võib sisendsageduse kõrgeim vahemik olla umbes 10 kHz. Sellise sageduse ajaperioodi tsükkel on 1/10 000 = 0,1 millisekundit.

See tähendab, et selle sageduse lubamiseks rakendab iga tsükkel sidestuskondensaatori funktsiooni jaoks kahte laadimis- / tühjendusomadust, mis on üks positiivne ja üks negatiivne.

Seetõttu on üksiku laadimise / tühjendamise funktsioneerimise ajavahemik 0,05 millisekundit.

Selle toimimise võimaldamiseks vajalik RC ajakonstant peab vastama 0,05 millisekundi väärtusele, et jõuda 63% sisestatud vahelduvvoolu pingetasemest, ja sisuliselt mõnevõrra vähem, et võimaldada üle 63 protsendi rakendatud pingest.

RC ajakonstantide optimeerimine

Ülaltoodud statistika annab meile idee kasutatava sidestuskondensaatori parima võimaliku väärtuse kohta.

Oletame, et väikese võimsusega transistori tavaline sisendtakistus võib olla umbes 1 k. Kõige efektiivsema RC-sidestuse ajakonstant võib olla 0,05 millisekundit (vt eespool), mille võib saavutada järgmiste arvutuste abil:

0,05 x 10 = 1 000 x C või C = 0,05 x 10^-9faraadid = 0,50 pF (või võib-olla veidi madalam, kuna see võimaldaks kondensaatorist läbida kõrgema pinge kui 63%).

Praktiliselt võib üldiselt rakendada palju suuremat mahtuvusväärtust, mis võib ulatuda 1 uF-ni või isegi rohkem. See võib tavaliselt anda paremaid tulemusi, kuid vastupidi võib põhjustada vahelduvvoolu sidestuse juhtivuse efektiivsuse vähenemist.

Samuti viitavad arvutused sellele, et mahtuvuslik sidestamine muutub vahelduvvoolu sageduse suurenedes üha ebaefektiivsemaks, kui sidestusahelates on rakendatud tõelised kondensaatorid.

RC-võrgu kasutamine FILTRIRINGIDES

Standardne RC-seade, mida rakendatakse a filtri ahel on näidatud alloleval joonisel.

Kui vaatame sisendpoolt, leiame mahtuvusliku reaktantsiga järjestikku kinnitatud takisti, mis põhjustab nende kahe elemendi pingelanguse tekkimist.

Juhul, kui kondensaatori reaktants (Xc) juhtub olema suurem kui R, koguneb peaaegu kogu sisendpinge üle kondensaatori ja seetõttu saavutab väljundpinge sisendpingega võrdse taseme.

Me teame, et kondensaatori reaktants on pöördvõrdeline sagedusega. See tähendab, et kui vahelduvvoolu sagedust suurendatakse, põhjustab reaktants vähenemist, mille tulemuseks on väljundpinge proportsionaalsuse suurenemine (kuid märkimisväärne osa sisendpingest langeb takisti ).

Mis on kriitiline sagedus

Vahelduvvoolu signaali tõhusa ühendamise tagamiseks peame arvestama teguriga, mida nimetatakse kriitiliseks sageduseks.

Sellel sagedusel kipub reaktantsväärtuse element nii halvasti mõjuma, et sellises olukorras hakkab sidestuskondensaator efektiivse juhtimise asemel signaali blokeerima.

Sellises olukorras hakkab volti (välja) / volti (sisse) suhe kiiresti langema. Seda demonstreeritakse allpool skemaatilises vormis.

Kriitilist punkti, mida nimetatakse veeremipunktiks või piirsageduseks (f), hinnatakse järgmiselt:

fc = 1 / 2πRC

kus R on oomides, C on faraadides ja Pi = 3,1416

Kuid eelmisest arutelust teame, et RC = ajakonstant T, seetõttu saab võrrandist:

fc = 1 / 2πT

kus T on ajakonstant sekundites.

Seda tüüpi filtrite tööefektiivsust iseloomustab nende väljalülitussagedus ja kiirus, mille kaudu volti (sisse) / volti (välja) suhe hakkab langema üle väljalülitussageduse läve.

Viimane on tavaliselt (mõned) dB oktaavi kohta (iga kahekordistunud sageduse kohta), nagu on näidatud järgmisel joonisel, mis näitab suhet dB ja volti (sisse) / volti (välja) suhtega ning annab ka täpse sagedusreaktsiooni kõver.

RC VÄHEMASSILISED FILTRID

Nagu nimigi ütleb, madalpääsfiltrid on kavandatud vahelduvvoolu signaalide edastamiseks alla piirsageduse minimaalse signaali tugevuse kadu või sumbumisega. Signaalide puhul, mis on üle piirsageduse, tekitab madalpääsfilter suurema sumbumise.

Nende filtrite jaoks on võimalik arvutada täpsed komponendi väärtused. Näiteks võiks tavalise võimendites kasutatava kriimustusfiltri ehitada näiteks 10 kHz sageduste summutamiseks. See konkreetne väärtus tähistab filtri kavandatud väljalülitamise sagedust.

RC KÕRGPASSIFILTRID

Ülipääsfiltrid on loodud töötama vastupidi. Need summutavad sagedusi, mis tunduvad allpool piirsagedust, kuid võimaldavad kõiki sagedusi seatud piirsagedusel või sellest kõrgemal ilma summutamiseta.

Selle ülipääsfiltri rakendamise saavutamiseks vahetatakse vooluahelas olevad RC-komponendid lihtsalt üksteisega, nagu allpool näidatud.

Kõrgpääsfilter sarnaneb selle madalpääsfiltriga. Neid kasutatakse tavaliselt võimendites ja heliseadmetes, et vabaneda omasest soovimatust madalast sagedusest tekkivast mürast või müristamisest.

Valitud väljalülitussagedus, mis tuleb kõrvaldada, peaks olema piisavalt madal, et see ei oleks vastuolus „hea” bassi vastusega. Seetõttu on otsustav suurus tavaliselt vahemikus 15 kuni 20 Hz.

RC väljalülitussageduse arvutamine

Selle väljalülitussageduse arvutamiseks on vaja sama valemit, seega kui piirväärtus on 20 Hz:

20 = 1/2 x 3,14 x RC

RC = 125.

See näitab, et seni, kuni RC-võrk on valitud nii, et nende toode on 125, võimaldab kavandatud ülipääsulüliti alla 20 Hz signaalide.

Praktilistes vooluringides viiakse sellised filtrid tavaliselt sisse eelvõimendi etapp või võimendis vahetult enne olemasolevat tooni juhtimisahelat.

Sest Hi-Fi seadmed , on need katkestatud filtri ahelad tavaliselt palju keerukamad kui siin selgitatud, et võimaldada katkestuspunkte suurema efektiivsuse ja tihvtide täpsusega.

.