RC電路的應(yīng)用

1、RC電路的應(yīng)用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 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。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。 1RC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VI，由電阻R輸出信號VO，當(dāng)RC 數(shù)值與輸入方波寬

2、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)過大約3（R C）時，VCVm，VO0，（RC）的值愈小，此過程愈快，輸出正 脈沖愈窄。t=t2時，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V m開始按指數(shù)規(guī)律經(jīng)電阻R放電，剛開始，電容C來不及放電，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)過大 約3后，放電完畢，輸出一個負(fù)脈沖。只要脈沖寬度tW（510），在tW時間內(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，因而電路的充放

3、電時間常數(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。他主要用于對復(fù)雜波形的分離和分頻器 ，如從電視信號的復(fù)合同步脈沖分離出行同步脈沖和時鐘的倍頻應(yīng)用。 2RC耦合電路圖1中，如果電路時間常數(shù)（RC）tW，他將變成一個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，第一個方波到來，VI由0Vm，因電容電壓不能突變（VC=0），VO=VR=VI=Vm。（2）t1ttW，

4、電容C緩慢充電，VC緩慢上升為左正右負(fù)，V O=VR=VIVC，VO緩慢下降。（3）t=t2時，VO由Vm0，相當(dāng)于輸入端被短路，此時，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，因電容還來不及放完電，積累了一定電荷，第二個方波到來，電阻上的電 壓就不是Vm，而是VR=Vm-VC（VC0），這樣第二個輸出 方波比第一個輸出方 波略微往下平移，第三個輸出方波比第二個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，就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。也就是電容在一個周期 內(nèi)充得的電荷與放掉的電荷相等時，輸出波形就穩(wěn)定不再平移，電容上的平均電壓

5、等于輸入 信號中電壓的直流分量（利用C的隔直作用），把輸入信號往下平移這個直流分量，便得到 輸出波形，起到傳送輸入信號的交流成分，因此是一個耦合電路。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，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，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

6、端（輸出端）得到鋸齒波電壓，如圖6所示。 （3）t=t2時，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?在方波到來期間，電容只是緩慢充電，VC還未上升到Vm時，方波就消失，電容 開始放電，以免電容電壓出現(xiàn)一個穩(wěn)定電壓值，而且越大，鋸齒波越接近三角波。輸出波 形是對輸入波形積分運(yùn)算的結(jié)果，他是突出輸入信號的直流及緩變分量，降低輸入信號的變化量。 4RC濾波電路（無源）在模擬電路，由RC組成的無源濾波電路中，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

7、容C都是并在輸出端），但 他們是應(yīng) 用在不同的電路功能上，積分電路主要是利用電容C充電時的積分作用，在輸入方波情形下 ，來產(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來選取，而 低通濾波電路，是將較高頻率的信號旁路掉（因XC=1/（2fC），f較大時，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)值來確定，對于電源的濾波電路，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通過，而阻斷直流及低頻信號，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。另一方面，在多級交流放大電路中，他也是一種 耦合電路。 5RC脈沖分壓器當(dāng)需要將脈沖信號經(jīng)電阻分壓傳到下一級時，由于電路中存在各種形式的電容，如寄生電容 ，他相當(dāng)于在負(fù)載側(cè)接有一負(fù)載電容（如圖9），當(dāng)輸入一脈沖信號時，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RC脈沖分壓器（