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[!--downpath--]眾所周知,整個電子器件可以分為兩大類,一類是有源器件,另一類是無源器件。無源器件包括內阻器(R)、電容器(C)和電感器(L)。這是電子電路中最常用的三個組件,幾乎可以在每位應用電路中找到它們。
將這三個組件以不同的組合在一起將產生RC、RL和RLC電路,它們有許多應用,如檢波電路、管燈扼流圈、多諧振蕩器等。在本文中,小編將簡單介紹下這種電路的基礎知識以及電路原理差別。
在介紹這三種電路的原理之前,首先介紹下R、L和C在電路中的作用。
內阻器:內阻器用字母“R”表示。內阻器是一種主要以熱量方式耗散能量的器件。它將有一個電壓降,該電壓降對于流過它的固定電壓值保持固定。
電容器:電容器用字母“C”表示。電容器是以電場的方式(暫時)儲存能量的器件。電容器抵抗電流的變化。電容器的種類好多,其中以陶瓷電容器和電解電容器居多,它們沿一個方向充電并沿相反方向放電。
電感器:電感器用字母“L”表示。電感器也類似于電容器,它也儲存能量,但以磁場的方式儲存。電感器抵抗變化的電壓。電感器一般是線圈繞線,與前兩種器件相比極少使用。
當這種內阻器、電容器和電感器置于一起時,就可以形成像RC、RL和RLC這樣的電路,它們表現出與時間和頻度相關的響應,這在許多交流電路應用中是很有用的。據悉,RC/RL/RLC電路可以用作混頻器、振蕩器等。
基本原理
首先須要曉得內阻器、電容器和電感器在電子電路中的行為。為了易于理解,這兒設計一個由電容器和內阻器與電源(5V)串聯組成的簡單電路。在這些情況下,當電源聯接到RC電路時,內阻器(Vr)兩端的電流降低到其最大值,而電容器(Vc)兩端的電流保持為零,之后電容器開始平緩地構建電荷,因而內阻器兩端的電流將增加,電容器兩端的電流將降低,直至內阻器電流(Vr)達到零且電容器電流(Vc)達到其最大值。電路和波形可以在下邊圖中見到:
這兒簡單剖析上圖中的波形,以了解電路中實際發生的情況。右圖顯示了一個挺好的波形。
當開關打開時電感器串聯和并聯公式,內阻兩端的電流(白色波)達到最大值,電容器兩端的電流(白色波)保持為零。之后電容器充電,Vr變為零,Vc變為最大值。同樣,當開關關掉時,電容器放電,因而內阻器上出現負電流,而且隨著電容器放電,電容器和內阻器電流都變為零,如上圖所示。
雖然,電感器也是這么。用電感器取代電容器,波形將被鏡像,即當開關打開時,內阻器兩端的電流(Vr)將為零,由于整個電流將出現在電感器(Vl)上。隨著電感器對(Vl)兩端的電流充電,它將達到零,內阻器兩端的電流(Vr)將達到最大電流。
RC電路
RC電路(內阻電容電路)將由一個電容器和一個內阻器串聯或并聯到電流或電壓源。這種類型的電路也被稱為RC混頻器或RC網路,由于它們最常用于混頻應用。RC電路可用于制做一些粗濾膜,如低通、高通和帶通混頻器。一階RC電路將僅由一個內阻器和一個電容器組成,下邊簡單來剖析下。
為了了解RC電路,這兒在上創建一個基本電路,并在示波器上聯接負載以剖析其行為方法。RC電路和波形如下所示:
將一個已知內阻為1kOhms的負載(燈泡)與一個470uF的電容器串聯,產生一個RC電路。該電路由12V電瓶供電,開關用于閉合和斷掉電路。波形是在負載燈泡上檢測的,在上圖中以藍色顯示。
最初,當開關打開時,內阻性燈泡負載(Vr)兩端出現最大電流(12V),電容器兩端的電流為零。當開關閉合時,內阻兩端的電流將降至零,之后隨著電容器充電,電流將回到最大值。
電容器充電所需的時間由公式T=5?給出,其中“?”是時間常數。
如今估算一下電容器在電路中充電所需的時間:
?=RC=(1000*(470*10^-6))=0.47秒
T=5?=(5*0.47)T=2.35秒。
所以估算出電容充電所需的時間為2.35秒,從上圖也可以驗證。Vr從0V達到12V所需的時間等于電容器從0V充電到最大電流所需的時間,這兒使用右圖中的光標進行說明。
同樣,還可以使用以下公式估算任何給定時間電容器兩端的電流和任何給定時間通過電容器的電壓:
V(t)=VB(1–e-t/RC)
I(t)=Io(1–e-t/RC)
其中,VB是電瓶電流,Io是電路的輸出電壓。t的值是必須估算電容器的電流或電壓值的時間(以秒為單位)。
RL電路
RL電路(內阻電感電路)將由一個電感器和一個內阻器再度串聯或并聯組成。串聯RL電路將由電流源驅動,并聯RL電路將由電壓源驅動。RL電路一般用作無源混頻器,只有一個電感和一個電容器的一階RL電路如下所示:
類似地,在RL電路中,必須用電感器取代電容器。假定燈泡充當純內阻負載,但是燈泡的阻值設置為100歐姆的已知值。
當電路開路時,內阻負載上的電流將最大,當開關閉合時,來自電瓶的電流在電感器和內阻負載之間共享。電感器快速充電,因而內阻負載R將經歷忽然的電流升高。
電感充電所需的時間可以使用公式T=5?估算,其中“?”是時間常數。
如今估算一下電感器在電路中充電所需的時間,這兒使用了一個值為1mH的電感器和一個值為100歐姆的阻值器,估算值如下:
?=L/R=(1*10^-3)/(100)=10^-5秒
T=5?=(5*10^-5)=50*10^-6T=50u秒。
同樣,也可以使用以下公式估算任何給定時間電感兩端的電流和任何給定時間通過電感的電壓:
V(t)=VB(1–e-tR/L)
I(t)=Io(1–e-tR/L)
其中,VB是電瓶電流,Io是電路的輸出電壓。t的值是必須估算電感器的電流或電壓值的時間(以秒為單位).
RLC電路
顧名思義,RLC電路由串聯或并聯的阻值、電容和電感組成。該電路產生了一個振蕩器電路,該電路在無線電接收器和電視中特別常用。它也十分常用作模擬應用中的減振電路。下邊介紹一階RLC電路的諧振特點,電路圖如下所示:
RLC電路稱作為串聯諧振電路、振蕩電路或調諧電路。這種電路才能提供諧振頻度訊號電感器串聯和并聯公式,如右圖所示:
在這兒,使用一個100u的電容器C1和一個10mH的電感器L1通過一個開關串聯。因為聯接C和L的導線將具有一些內部內阻,因而假定是因為導線而存在少量阻值。最初,將開關2保持打開,并關掉開關1以從電瓶電源(9V)為電容器充電。之后一旦電容器被充電,開關1打開,之后開關2閉合。
一旦開關閉合,儲存在電容器中的電荷才會移向電感器并對其充電。一旦電容器完全放電,電感器將開始向電容器放電,這樣電荷將在電感器和電容器之間來回流動。并且因為在此過程中會出現一些電荷損失,總電荷將逐步降低,直至達到零,如上圖所示。
主要應用
內阻器、電感器和電容器可能是普通且簡單的組件,但當它們組合在一起產生RC、RL和RLC電路等電路時,它們會表現出復雜的行為,使其適用于廣泛的電路應用。下邊列舉了其中的幾個列子,具體如下:
通信系統
訊號處理
電流/電壓放大倍率
無線電波發射器
射頻放大器
諧振LC電路
可變旋律電路
振蕩器電路
混頻電路
總結
以上就是關于RC、RL及RLC電路原理差別內容介紹,不難看出,它們實際上是由內阻器、電容器和電感器不同方式的組合而至,盡管表現方式和應用電路不一樣,但本質原理都是相像的。
在現今諸多典型應用電路當中,RC、RL及RLC電路可以說像神一樣的存在,其重要性不言而喻。為此,把握RC、RL及RLC電路原理差別,可以更好的幫助你剖析和設計不同的電子電路。