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RC电路(一)

1、RC充放电时间常数

电阻R和电容C常用于模拟/数字电路RC电路,R与C的值不同,输出波形和输入波形之间的关系也会不同,从而产生不同的应用。

当t= RC电容电压=0.63E; 当t= 2RC电容电压=0.86E; 当t= 3RC电容电压=0.95E; 当t= 4RC电容电压=0.98E; 当t= 5RC电容电压=0.99E;

2、 RC微分电路

如图所示,输入信号 Vi 经过R、C通过电阻串联电路 R 输出信号Vo,RC 输入方波的数值和宽度tw之间满足:<< tw

在 t1时,VI由0→Vmax,由于电容上的电压不能突变(来不及充电,相当于短路,Vc=输入电压 Vi 全降在电阻R上,即Vo=VR=Vi=Vmax; 在 t1<t<t2 当电容C电压按指数规律快速充电时,输出电压按指数规律下降(因为Vo=Vi-Vc=Vmax-Vc),τ(RC)的值越小,此过程越快,输出正脉冲越窄; 在 t=t2 时,Vi由Vmax→0,相当于输入端短路,电容器原本充满左右负电压Vmax电阻R开始按指数规律放电。起初,电容C没有时间放电,左端(正电)接地 ,所以Vo=Vmax,之后Vo根据指数规律,电容器的放电也会减少。放电后,输出负脉冲。

微分运算电路的充放电过程如下图所示: 充电过程:电容C1充电开始时容抗为0,如果电压不能突变,电压为0,运放输入端获得的分压为正最大峰值,因此Uo随着电容充满电,输出是运放的负最大峰值,U0逐渐变为0。 放电过程:电容C1可等效成电压源,电压不能突变,此时电流反向为最大值,R1电压瞬时反向也是最大值,运放输入端获得的分压为负最大峰值,因此Uo输出是运放的最大峰值,电容放电,U0逐渐变为0。 下图所示的微分运算电路输入输出波形由上面的分析可以得到,Uo反映的是Ui具有预测先进效果的变化率。

3、RC耦合电路

RC 输入方波的数值和宽度tw之间满足:>>tw,上图将变成一个RC耦合电路,输出波可以跟随输入波。

在t=t1 时,Vi由0→Vmax,由于电容电压不能突变(来不及充电,相当于短路,Vc=输入电压 Vi 全降在电阻R上,即Vo=VR=Vi=Vmax; 在 t1<t<t2 电容C缓慢充电,Vc慢慢上升到左右负,Vo=VR=Vi-Vc,Vo缓慢下降; 在t=t2 时,Vo由Vmax→此时,0,相当于输入端短路,Vc充满左右负电压的电压【Δ=(Vi/τ)×tw】,通过电阻R缓慢放电; 在t=t3时,由于电容器没有时间放电,积累了一定的电荷,第二个方波来了,电阻上的电压不是Vmax,而是VR=Vmax-Vc(Vc≠0)这样,第二个输出方波略低于第一个输出方波,第三个输出方波略低于第二个输出方波,…最后,当输出波形的正半周面积等于负半周的面积时,电容在一个周期内充放电荷相等。 电容器上的平均电压等于输入信号中电压的直流分量(利用C的隔离作用),将输入信号向下平移直流分量,从而获得输出波形并传输输入信号的交流成分,因此是耦合电路

充放电过程如下图所示:

充电过程:电容C1充电开始时容抗为0,如果电压不能突变,电压为0,运放输入端的分压为0,因此Uo输出为0,电容充满电,输出-输入端得到的分压为正最大值,U0输出是输出的负最大峰值。 放电过程:电容C1可等效成电压源,电压不能突变,运放输入端获得的分压不能突变,电容放电后,Uo逐渐从负最大峰值变为0。 积分运算电路的输入输出波形可以从上面的分析中得出,Uo反映的是Ui积累过程具有延迟稳定性的作用。

4、RC积分电路

如图所示,输入信号 Vi 经过R、C通过电阻串联电路 C 输出信号Vo,RC 输入方波的数值和宽度tw之间满足: >> tw 

 

         在 t=t1 时,Vi由0→Vmax,因电容电压不能突变,相当于短路,Vo=Vc=0;          在 t1<t<t2 时,电容C开始充电,Vc 按指数规律充电,因为>> tw, 电容充电非常缓慢,Vc 上升很小,Vc << VR;          在 t=t2时,Vi 由Vmax→0,相当于输入端被短路,电容原先充有上正下负的电压Vi(Vi << Vmax)经R缓慢放电,Vo(Vc)按指数规律下降。

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