Резистор мен конденсатордан тұратын RC сериялы тізбегі негізгі және алдыңғы қатарлы электрондық жүйелердегі негізгі компонент болып табылады.Бұл жиіліктік жауап, фазалық жылжу және сигналдық сүзгілеу, схемалық дизайн және сигналды өңдеуде маңызды рөл атқаратын негізгі қағидаларды түсінуге көмектеседі.Бұл барлау теориялық негіздерді қамтиды және эксперименттер мен модельдеу арқылы практикалық қосымшаларға таралады.Схемаларды немесе модельдеу арқылы оны сандық түрде құрастыру немесе модельдеу арқылы оқушылар зарядтау процесін және v ariat иондарының әсерін көре алады, күрделі тұжырымдамаларды қол жетімді және есте қаларлық етеді.
Каталог
1-сурет: RC тізбектерінің әр түрлі шығу кернеуі
РК тізбегі, қарсылас сыйымдылық тізбегі үшін қысқа, консервілер мен конденсаторлар арқылы сигналдарды басқаруға арналған электроникада іргелі болып табылады.Бұл тізбектер әсіресе, бұл компоненттердің қарапайым шараларын қолдана отырып, фазалар мен сүзгі сигналдарын ауыстыру қабілеттерімен танымал.Бірінші ретті RC тізбегі деп аталатын негізгі RC тізбегі, әдетте, тек бір резистор мен бір конденсатордан тұрады.
Типтік орнатуда, кіріс кернеуі резистор мен конденсатордың сериялы орналасуына қолданылады.Шығарылымды конденсатордың ерекше сипаттамаларына байланысты әр түрлі жауаптар беретін резистор немесе конденсатор арқылы шығарылуы мүмкін.Бұл әмбебаптылық RC тізбектерін электронды құрылғыларда, мысалы, муфталар мен сүзгі сигналдары сияқты түрлі рөлдерді орындауға мүмкіндік береді.
RC тізбегіне бірнеше жолдармен, параллель немесе екеуі де параллель деп аталатын бірнеше жолмен теңшелуі мүмкін.Әр конфигурация сигнал жиіліктеріне басқаша әсер етеді: сериялы қосылымдар төмен жиіліктерге жетуге бейім, ал параллель қосылыстар жоғары жиілікті ылғалдандыру үшін қолданылады.Бұл айырмашылық, ең алдымен, резисторлар мен конденсаторлар тізбекпен араласуға байланысты;Резистерлер токқа тікелей қарсы тұрады, ал конденсаторлар оны сақтап, босатады, схема әр түрлі жиіліктерге қалай әсер етеді.
LC тізбектері сияқты индукторлардан айырмашылығы, LC тізбектері сияқты қарапайым RC тізбектері резонансат болмайды, өйткені резисторлар энергияны сақтамайды.Бұл төлсипат RC тізбектерінің қалай пайдаланылатынын нақты әсер етеді, олардың қуат жинағы немесе резонанс емес, сүзу қабілетіне назар аударады.Әр конфигурация белгілі бір мақсатқа қызмет етеді, теориялық зерттеуде де, теориялық зерттеуде және электронды дизайндағы практикалық қолдануға арналған әдістермен айналысады.
Резистордан тұратын RC сериялы тізбегі (
Патрондылық) және конденсатор (
Б) серияларда, түзу қағидат бойынша жұмыс істейді.Схема коммутаторы жабылған кезде конденсатор қолданбалы кернеуден зарядтауды бастайды (
V), тізбек арқылы ағымдық ағын бастауға.Конденсатордың зарядталғандай, ағымдық конденсатордың сыйымдылығына жеткенше артады, оның көмегімен ол зарядтауды тоқтатады, ал ағымдағы оның максималды мәнінде тұрақтандырылады

.
Конденсатордың зарядтау процесінде теңдеумен математикалық түрде сипатталуы мүмкін

, мұнда мен қазіргі кездегімін,
V Кернеу,
Патрондылық қарсылық,
Б бұл сыйымдылық,
т уақыт, және
е е Табиғи логарифмнің негізі.Бұл формула ағымдағы ағымдағы өзгерістерді, конденсатордың өнімі, схеманың уақыт тұрақты екенін анықтайтын конденсатордың (RC) шығыны, конденсатордың зарядталған жылдамдығын анықтайды.
2-сурет: RC сериялы тізбегі
Шығу коммутатор ашылған кезде пайда болады, процесті өзгерту: конденсатордағы сақталған қуат шығады, конденсатордың ағып кетуіне дейін токтың қарама-қарсы бағытта ағып кетеді.Бұл зарядтау және түсіру циклы ағымдық және кернеудің өзгеруі мүмкін болжанатын тәсілмен сигналды түрлендіру, сүзу және уақыт тізбектері сияқты өте маңызды.
3-сурет: Rc сериялы қысқа тұйықталу
RC сериялы тізбегінің мінез-құлқы жиілікпен де өзгереді.Төмен жиіліктерде конденсатор ток ағынына қатты кедергі келтіретін ашық тізбек сияқты жұмыс істейді.Жиілік жоғарылаған сайын, сыйымдылықты реакция төмендейді, оны ағымдағы уақыт өткен сайын жеңілдетеді.Жиілікке кедергі келтіретін бұл өзгерістер RC сериялы тізбегіне сүзгі ретінде әрекет етуге, белгілі бір шекті деңгейден төмен жиіліктерді болдырмауға мүмкіндік береді (бұру жиілігі)

).
4-сурет: RC сериясының тізбектерін зарядтау және түсіру
Тұрақты мемлекеттік операцияларға қосымша, сонымен қатар, кернеудің кенеттен өзгеруіне байланысты, мысалы, ток қуат көзі қосулы немесе өшірулі болған кезде RC тізбектері де өтпелі жауаптар үшін зерттелген.Бұл сценарий өтпелі процесс болып табылады, онда электр тізбегі бір тұрақты күйден екіншісіне ауысады.Бұл процестің динамикасы RC Time тұрақты бойынша, ол аудандық ауданның қаншалықты тез өзгеретінін басқарады.
Сайып келгенде, RC сериялы тізбектер DC және AC қосымшаларында бірнеше функцияларға қызмет етеді, бұл әр түрлі тізбек элементтерін біріктіруге немесе байланыстыруға дейін сигналдардан өңделеді.Бұл әмбебаптылық резистор мен конденсатор арасындағы бірегей өзара әрекеттесуден туындайды, олар бірге тізбектің кернеу мен жиіліктегі өзгерістерін анықтайды.
5-сурет: RC сериялы схемасы және жиілік формуласы
RC сериялы тізбегінде резистор арасындағы интерпус
(R) және конденсатор
(C) Ағымдағы ағынға да, кернеудің таралуына әсер етеді.Резистордың негізгі рөлі - ағымдағы ағынды реттеу.Бұл қарым-қатынас Ом заңымен белгіленеді, олар қандай мемлекеттер

,,, мұнда
V Кернеу және
Мен ағымдағы болып табылады.Резистор кез-келген уақытта қанша электр қуатының қанша өтуі мүмкін Боттрек ретінде әрекет етеді.
Конденсатордың функциясы өте күрделі, өйткені ол электр энергиясын уақытша сақтайды, содан кейін оны қайтадан тізбекке шығарады.Конденсатордың кернеуі (
Оқыту) сақталған зарядымен байланысты (
Qформула арқылы есептеледі

.Бұл қатынас конденсатордың оның шығыстарына тікелей әсер етуі мүмкін, бұл оның зарядтау қабілеттілігін көрсетеді.Жұмыс барысында конденсатордың зарядтау және ағызу динамикасы RC тізбектерін түсіну үшін өте маңызды.Уақыт тұрақты (
τ), анықталған

, конденсатордың қаншалықты жылдам дереккөздің толық кернеуінің шамамен 63,2% -на жететін өлшемдер (
V0).Бұл уақыт тұрақты болып, схема өзгерістерге қалай бейімделуге бейімделеді, бұл түзетулердің қарқынын нұқсан келтіруі және конденсаторлық қасиеттері бар.
Шығару кезінде кез-келген сәтте конденсатордағы кернеу беріледі

, конденсатор толтырылған сызықтық емес өсуді суреттеу.Бұл теңдеу Consument компаниясы толық қуаттылыққа жақындаған сайын, зарядтың мөлшері баяулатылатынын сипаттайды.
Керісінше, разряд кезінде конденсатордың кернеуі төмендеді

, уақыт өте келе сақталған энергияның сызықтық азаюын бейнелеу.Бұл процесс конденсатордан бастап тізбекке қалай қуат берілетіні туралы нақты суретті ұсынады.Айнымалы қолданбаларда кернеу мен ток арасындағы фазалық айырмашылық,
φ, сыни болады.Бұл айырмашылық, есептелген

қайда
ω Бұрыштық жиілікті білдіреді, конденсатордан туындаған кідіріс, ол ағымдағы ағындар мен кернеудің құрамдас бөліктерінде өзгереді.
Жалпы, резистор, конденсатор кернеуді сақтап, ток ағынын шектейді және бағыттайды.Олар бірге тізбектің жауап сипаттамаларын анықтайды, мысалы, оны зарядтауға және зарядтауға және айнымалы ағымдағы сценарийлерде болатын фазалық ауысымдарды қаншалықты тез анықтайды.Бұл біріктірілген мінез-құлық RC серия тізбегінің негізгі операцияларына әсер етеді, оларды әртүрлі электрондық қосымшаларда ажыратады.
RC сериялы тізбегінің әрекетін түсіну үшін, оның кіріс кернеуі өзгерістеріне жауап беретін негізгі теңдеулерден бастау өте маңызды.Бізде өзгеріп жатқан кіріс кернеуі бар делік Вин (t), резистордың кернеуі бар деп белгіленген Vr (t) және конденсатор арқылы VC (t).Сериялы тізбекте, дәл осындай, I (t) Резистор және конденсатор арқылы ағып кетеді.
Кирхгофтың кернеу заңын қолдану (КВЛ), ол тізбектегі кез-келген жабық циклдың айналасындағы кернеудің жалпы кернеуі нөлге тең болуы керек, ол нөлге тең болуы керек деп санаймыз, кіріс кернеуі резервтер мен конденсатордағы кернеулер қосындысына тең екенін білеміз:
Резистордың кернеуі OHM заңымен есептеледі:

Конденсатор үшін VC (T) кернеуі ол:

Ағымдық зарядталу жылдамдығы ретінде анықталғандықтан, бізде:

Ауыстыру арқылы Q (t) теңдеуде VC (t)және зарядтау туындысын қолдану I (t), біз RC сериялы тізбегінің негізгі дифференциалдық теңдеуін аламыз:
Одан әрі ауыстыру Q (t) интегралымен I (t), Біз:

Қазіргі I (T) үшін, конденсатордағы кернеудің өзгеру жылдамдығын ескере отырып, біз:

Барлық осы қатынастарды біріктіру бізге конденсатордағы кернеуді сипаттайтын дифференциалдық теңдеу береді:

Бұл конденсатор арқылы кернеудің уақытқа тәуелді өзгеруін түсіретін алғашқы ретті сызықтық дифференциалдық теңдеу.Бұл теңдеуді шешу конденсатордың кернеуінің қалай дамып келе жатқанын дәл сипаттауға мүмкіндік береді.Бұл түсінік конденсатордың зарядтау және түсіру циклдерін де, сондай-ақ тізбектің әр түрлі жиіліктеріне жауап беруі үшін негіз болып табылады.Бұл жан-жақты тәсіл RC сериялы тізбегінің динамикалық сипаттамаларына терең түсінік береді.
6-сурет: кернеудің дифференциалдық теңдеуі
RC сериялы тізбегінің сипаттамасын қайта жазу, адамның өзара әрекеттесуіне және тікелей, жеңілдетілген түсіндірме назарымен, негізгі хабарлар мен үйлесімді және үйлесімділікпен айналысатын маңызды тәжірибелер мен қадамдық операцияларды жақсарта берейік:
RC сериялы тізбегінде Тандемдегі резистор және конденсатор электр энергиясының ағынын бақылау үшін жұмыс істейді, ай сайынғы токтармен жұмыс жасағанда өте маңызды.Тізбектің толық кедергісі,

, R және RESSION R және XC сыйымдылыққа реакциясын біріктіреді.Бұл орнатудың негізгі ерекшелігі - екі компоненттің кедергісі жиіліктегі өзгерістерге байланысты.Жиілік жоғарылаған сайын, конденсатордың кедергісі азаяды, қарсылық тұрақты болып қалады, ал қарсылық тұрақты болып қалады.
Кедергілер, себебі З. және OHMS (ω) -де өлшенеді, ауданның айнымалы токқа қалай әсер ететінін анықтауда маңызды рөл атқарады.RL серия тізкілері сияқты, қарсылық Патрондылық және сыйымдылығы бар реакция xБ RC тізбегі импеданс үшбұрышы ретінде белгілі үшбұрыш.Бұл үшбұрыш кернеу үшбұрышына жақын орналасады және пифгоре теоремасын қолдану арқылы тізбектің жалпы кедергісін есептеуге болады.
7-сурет: RC сериялы тізбектелген формула
Практикалық қосымшалар туралы келгенде, осы қағидаларды қолданатын құлаққаптарды қарастырыңыз.Жоғары кедергіні құлаққаптар, көбінесе 200-ден асатын, әдетте жұмыс үстелі компьютерлерімен, күшейткіштермен және кәсіби аудио жабдықтармен қолданылады.Бұл жоғары кедергілердің модельдері кәсіби деңгейдегі электрониканың шығу мүмкіндіктерімен сәйкес келеді.Осы құлаққапты пайдаланған кезде, дауыстық катушкалар сияқты нәзік ішкі бөліктерді шамадан тыс жүктемеу мен зақымдаудың алдын алу үшін өте маңызды.
Керісінше, төмендегі құлаққаптар, әдетте, 50-ден төмен, CD ойнатқыштары, MD ойнатқыштары немесе MP3 ойнатқыштары сияқты портативті құрылғылар үшін артықшылық беріледі.Бұл құлаққаптар жоғары сапалы дыбысты жеткізуді қажет етеді, оларды мобильді пайдалану үшін өте ыңғайлы етеді.Алайда, олар сонымен қатар оңтайлы өнімділікті қамтамасыз ету үшін сезімталдықтың деңгейіне мұқият назар аударуды қажет етті және құлаққаптарға немесе есту қабілетінің бұзылуын болдырмаңыз.
8-сурет: RC сериялы тізбегінің кедергісі
RC сериялы тізбегі кері әсер ете алатын электр энергиясын оңай өткізе алатындығына рұқсат беру шаралары (

).Бұл мән кедергін де біріктіреді (
Патрондылық) және реакция (
Хтізбектің.Тұрық электр энергиясын жылумен айналдыру арқылы ағымдағы ағынға қарсы шығады, ал реакция реберкуляция тізбектегі энергияны уақытша сақтайды.
Қабылдауды есептеу
Кедергілерді жазудан бастаңыз

, мұндағы r қарсылық үшін тұр,
Х реакция үшін және
ж қиял бірлігі болып табылады.Y = 1 формуласын қолданыңыз / (
Патрондылық +
й).Бұл операция күрделі сандарды қамтиды және бізге береді

.Мұнда,
Ж өткізгіштік (нақты ағымдағы ағымның мүмкіндігі) және
Б Сезімгершілік (тізбектің ағымдағы өзгерістерге реакция жасау мүмкіндігі).
9-сурет: RC тізбегінің кедергілерінің калькуляторы
Бұл есептеу тек схеманың өткізгіштігін ғана емес, сонымен қатар оның динамикалық жауап сипаттамаларын, айнымалы ток тізбегін талдау үшін өте маңызды екенін көрсетеді.Жүргізу және санатпен бірге қабылданған, тізбектің ағымдағы және оның қалай сатылатынын және энергияны қалай өткізетінін көрсетіңіз.
10-сурет: Фазалық бұрыштық формула
Тәжірибелік қолдану
Инженерлер тізбекті дизайнды, әсіресе радио жиіліктер тізбектері сияқты жоғары жиілікті қосымшаларда жақсарту үшін пайдаланады.Реттеу Кіруге кедергі келтіретін, сигналды шағылыстыруды азайту және беру тиімділігін арттыруға көмектеседі.
Қабылдау жауабын зерттеу арқылы инженерлер жиілікке жауап, тұрақтылық және сезімталдық сияқты түрлі жағдайларда тізбекті бағалауды бағалайды және болжай алады.Электр тізбегінің кернеуін және токын өлшеу үшін осциллографпен және сигнал генераторымен жабдықтаңыз.Әсіресе, теориялық болжамдарды сынау және оларды практикалық бақылаулардан тексеру үшін әсіресе кесу жиілігіне назар аударыңыз.Айнымалы ток тізбектері үшін конденсатордың реакциясын (XC) анықтаудан бастаңыз

,,, мұнда
f сигнал жиілігі болып табылады.Жалпы кедергіні есептеңіз

содан кейін қабылдау

.
Фазалық айырмашылықты қолданыңыз

сигнал пішінінің өзгеруін түсіну.Станция түрлі жиіліктерді қалай өңдейді, әсіресе кесу жиілігі бойынша мінез-құлықты ескертеді

, мұнда схема сигналдардан өтуден ауысады.Кедергілер мен фазалық айырмашылық жиілікке қалай өзгеретінін бағалау тиімді сүзгілер мен сигналдық процессорларды жобалау үшін өте маңызды.Схеманың қасиеттеріне байланысты жиілікті селективтілік, фазалық ауысу және сигнал берудің қалай өтуі сүзгілеу және электронды баптау сияқты практикалық қосымшаларға әсер ететінін талқылаңыз.
Бұл тәсіл пайдалану процестерін басқарылатын қадамдардан бұзады, пайдаланушының түсінігін, RC сериясының тізбектерін өңдеу және талдаудағы практикалық түсініктермен байытады.
11-сурет: RC серия тізбегінің сипаттамасы
RC сериялы тізбегінде барлық элементтер сериялардың конфигурациясына байланысты бірдей токпен бөліседі.Бұл біркелкі ағымдағы біздің фазалық диаграмманың негізі ретінде әрекет етеді, бұл тізбектегі әр түрлі кернеулер мен токтар арасындағы байланысты көрнекі түрде көруге көмектеседі.Осы ағымды белгілейік Мен Анықтамалық фазар ретінде диаграммада нөлдік градусқа орналастырылған.Диаграммада, ағымдағы Мен көлденеңінен оңға орнатылады, нөлдік дәрежеде анықтама сызығын белгілейді.Резистор арқылы кернеу (УПатрондылық) токпен айналысады, өйткені резисторлар ешқандай фазалық ауысуды тудырмайды.Осылайша УПатрондылық көлденең вектор ретінде бірдей бағытта сызылған Мен, шығу тегінен ұзартылған.
Сурет 12: RC сериялы тізбектер схемасы
Керісінше, конденсатордың кернеуі (УБ) ағымдағы кезеңді кешіктірудің сыйымдылығына байланысты ағымдағы 90 градусқа жетеді.Бұл кернеу тік вектордың нүктесінен жоғары, ұшынан басталады УПатрондылық Вектор.Жалпы кернеу У Схемада векторлық қосынды У Ран УБ.Бұл сома дұрыс үшбұрыш қалыптастырады УПатрондылық жіне УБ Көршілес және қарама-қарсы жақтар ретінде сәйкесінше.Осы үшбұрыштың гипотенузасы, шығу тегінен ұшына дейін созылады УБ Вектор, ұсынады У.
Схема арқылы синусоидалы ток күнәмен беріледі (
ωt), мұнда IM максималды амплитудасы және
ω Бұрыштық жиілік.Демек, резистордың кернеуі болып табылады

, ағымдағы толқын пішінін көрсетіңіз.Конденсатордың кернеуі арқылы беріледі

, фазалық ауысу -90 ° (немесе ағымдағы 90 градусқа дейін) көрсетілген.Фазалық диаграмманың оң үшбұрышы мұны нақтылайды

тек көлемде ғана емес, сонымен қатар фазалық қатынастарда, терминал кернеуі векторы бар (
У) үшбұрышты аяқтау.
13-сурет: RC сериялы тізбектің кернеуі фазар диаграммасы
RC тізбегіне кедергі келтіреді,
З., қарсылықты біріктіреді (
ПатрондылықСигнал жиілігіне байланысты сыйымдылықтың реактивті әсері және бір өлшемге әсер етеді.Ол математикалық түрде айтылған

,,, мұнда
ω Бұрыштық жиілік және
Б сыйымдылығы.Мұнда,
Патрондылық кедергінің нақты бөлігін құрайды және

Конденсатордың тізбекке қалай әсер ететінін көрсететін қиял бөлігін білдіреді.
Жиіліктегі кедергілердің өзгеруі фильтрлердегі RC тізбектерін пайдалану үшін айналмалы болып табылады.Төменгі жиіліктерде аудандық тізбектер жоғары кедергіні көрсетеді, бұл жиіліктерді тиімді түрде бұғаттайды.Керісінше, жиіліктерде, бұл жиіліктер еркін өтуіне мүмкіндік беретін кедергілердің төмендеуі.Бұл мінез-құлық RC тізбектерін қажетсіз төмен жиілікті шу немесе жоғары жиілікті сигналдарды сүзу сияқты тапсырмалар үшін өте ыңғайлы.
Сурет: RC сериялы тізбектің әсер ету векторлық диаграммасы
Қажет емес жиілікті сүзгілеуден сигналдық жауаптарды пішіндеу үшін RC сериялы тізбегі көптеген электрондық функциялардың кең спектрінде құралды болып табылады.Кедергілер, фазалық қатынастар, және осы тізбектердің, инженерлер мен дизайнерлердің жиілікке тәуелді әрекеттерін түсіну арқылы күрделі электронды жүйелердегі сигналдық тұтастықты тиімді басқаратын қолөнер шешімдеріне жабдықталған.Математикалық талдау және көрнекі көріністер арқылы қолдау көрсететін осы схемаларды егжей-тегжейлі сараптама фазалық диаграммалар сияқты егжей-тегжейлі сараптама, электронды тізбек динамикасы туралы түсініктерін тереңдетуге немесе тізбекті динамикамен және ақаулықтарды жоюға арналған барлық адамдар үшін маңызды.
Жиі қойылатын сұрақтар [FAQ]
1. ТК тізбегінің принципі қандай?
ТК (Резистор-конденсатор) принципі резистор арқылы конденсатордың зарядтау және ағып кету процестерінің айналасында өзгереді.Бұл тізбекте конденсатордың электр энергиясын сақтау және босату мүмкіндігі конденсатордың зарядталған мөлшерін басқаратын резистормен өзара әрекеттеседі, бұл конденсатордың мөлшерін басқарады.
2. Неліктен RC тізбегінің қорғасын ағымы?
RC тізбегінде ағымдық конденсатордағы кернеуді басқарады, өйткені конденсатор кернеуден бұрын зарядтауды бастауы керек.Ағымдағы конденсатордың оны зарядтау үшін ағымдағы болғандықтан, конденсатордағы кернеудің алдында ағымдағы шыңдар максимумға жетеді.Бұл әсер фазалық ауысуды тудырады, онда ағымдағы фаза кернеу фазасын 90 градусқа, кіріс сигналының жиілігіне байланысты шығарады.
3. РК тізбегіндегі кернеу қалай өзгереді?
Зарядтау кезінде RC тізбегіндегі кернеудің өзгеруі экспоненциалды функциямен сипатталған.Кернеу қолданылған кезде, конденсатордың кернеуі бастапқыда тез артады, содан кейін ол жеткізілім кернеуіне жақындаған сайын баяулайды.Математиялық, бұл көрсетілген

,,, мұнда
VБ(t) System T, V0 - бұл қуат кернеуі, және RC конденсатордың кернеуі - бұл конденсатордың қаншалықты тез болатындығын анықтайтын тізбектің тұрақты екендігі.Керісінше, төгілу кезінде, конденсатордағы кернеу теңдеуден кейін экспоненциалды түрде азаяды

.