只需要一个电阻R以及一个电容C,通过这两个器件的不同串并联,
并选取不同的参数。可以实现几种不同的功能。
RC电路在模拟电路、数字电路中得到了广泛的应用。
RC的连接方式1) RC 串联电路
电路的特点:由于有电容存在不能流过直流电流。
电阻和电容都对电流存在阻碍作用,其总阻抗由电阻和容抗确定,总阻抗随频率变化而变化。
根据电容的容抗
,频率越小,电容的容抗越大,频率越大,电容的容抗越小。
对于直流,频率为0,电容的容抗为无穷大,此时电路是开路的。![c76a9c5cc9b34055835ea419cfc53b27.jpg c76a9c5cc9b34055835ea419cfc53b27.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813ptbqaed905qc5lbg.jpg)
RC 串联有一个转折频率:
,
![4f69a5dfa9d64f3aa6aa0b62e12a3089.jpg 4f69a5dfa9d64f3aa6aa0b62e12a3089.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813og3jm2u77wx6a4ul.jpg)
当频率小于转折频率
时,电容起主要作用,电路的阻抗主要由电容决定;
![75afd7514b1e4c7b931378f4ebbcd7f9.jpg 75afd7514b1e4c7b931378f4ebbcd7f9.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813bjn6g5vjvvweugge.jpg)
当频率大于转折频率
时,电阻起主要作用,电路的阻抗主要由电阻决定;
![d0a5c5c36a4549fb9b9fd21e86e36100.jpg d0a5c5c36a4549fb9b9fd21e86e36100.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813b102v0l2zsph1l81.jpg)
当频率等于转折频率
时,电阻的阻值与电容的容抗的模相等;
![e52d40613235423eab71b37408188737.jpg e52d40613235423eab71b37408188737.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813h4mdulkmp894khkt.jpg)
即
。
2) RC 并联电路![7f9f5c9c8bbe4680b0c0aecdb945677d.jpg 7f9f5c9c8bbe4680b0c0aecdb945677d.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813ivzvnwj55djz8jjj.jpg)
它和 RC 串联电路有着同样的转折频率:
,
对于直流,C1 相当于开路,直流信号通过R1形成通路;![14f1da26319e4f5485d503b02414b157.jpg 14f1da26319e4f5485d503b02414b157.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813d4b9t94dy722ftg9.jpg)
当频率小于转折频率
时,电阻的模小于电容容抗的模,信号主要通过R1形成通路。
![abd6758fcc744eaf840d96a680c7985a.jpg abd6758fcc744eaf840d96a680c7985a.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813j3qz3v41419nitvt.jpg)
当频率大于转折频率
时,电容容抗的模小于电阻的模,信号主要通过C1形成通路;
RC电路的常见应用1) RC微分电路![3a1eedebfcf2468faf5ea3e8d8b2a6fd.jpg 3a1eedebfcf2468faf5ea3e8d8b2a6fd.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813i1io8z859uz1d9y5.jpg)
如图1所示,电阻R和电容C串联后接入输入信号
,由电阻R输出信号
,
![96ffe4fd8e554c8ba53b561bdcf17230.jpg 96ffe4fd8e554c8ba53b561bdcf17230.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813kunv4gf0jz4n6g6g.jpg)
![11cfbab70d3847208388c26ec6c9aca3.jpg 11cfbab70d3847208388c26ec6c9aca3.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813fmqlbll5zlznlaef.jpg)
![14303fda6c74411ba1ac0cdffb4b3bfe?from=pc.jpg 14303fda6c74411ba1ac0cdffb4b3bfe?from=pc.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813awxb7suc7vu7punz.jpg)
RC微分电路
当RC 数值与输入方波宽度
之间满足:
,
这种电路就称为微分电路。![d925750dcc48460680cfd09f26a40100.jpg d925750dcc48460680cfd09f26a40100.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813ltad2da27dh7k8k0.jpg)
![73d91362aa3949a7b65bdfece91f705b.jpg 73d91362aa3949a7b65bdfece91f705b.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813bc75k4gmy4mgw47m.jpg)
在 R两端(输出端)得到正、负相间的尖脉冲,
而且发生在方波的上升沿和下降沿,
如图所示,
![07ca2f769811428abf066688c3c5502c?from=pc.jpg 07ca2f769811428abf066688c3c5502c?from=pc.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813fnbecn9zscnccjne.jpg)
电路R两端的尖脉冲
t=t1时,
由0突变为
,由于电容两端的电压不能突变,
在突变瞬间,电容相当于短路,![04f06ed0923140a785b2ad467a7548ae.jpg 04f06ed0923140a785b2ad467a7548ae.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813u6xwhg2lh8vrnvk6.jpg)
![4fdb051221714d69af51eb278d461e72.jpg 4fdb051221714d69af51eb278d461e72.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813x75c524cnz2d5ha3.jpg)
输入电压
全部降在了电阻R上,即
随后,电容C的电压按指数规律快速充电上升,![454351b20d4f4132a1b9f4534df8c6e3.jpg 454351b20d4f4132a1b9f4534df8c6e3.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813pcz2hzcznc9cj0ar.jpg)
![d5f303c44ef24dee9dfe5e67c88e4af2.jpg d5f303c44ef24dee9dfe5e67c88e4af2.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813wxoxmx6mb68hlq85.jpg)
输出电压随之按指数规律下降,经过大约3个时间常数,即3τ(τ=R × C)之后,
电容被充电至输入电压,即电容两端的电压
,
![2cfee5c0fcfa4b809a893ea46cc15b0a.jpg 2cfee5c0fcfa4b809a893ea46cc15b0a.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813eprt5tcli1jtu50s.jpg)
输出电压即电阻两端的电压为0,
,
时间常数τ(R×C)的值愈小,此过程愈快,输出正脉冲愈窄。![a51513dacf3a4a16abc812f464e96092.jpg a51513dacf3a4a16abc812f464e96092.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813k95aw9zm80nm5n55.jpg)
t=t2时,
由
突变为0,相当于输入端被短路,
![fde8fa4678f24c57a45039ac5dc58630.jpg fde8fa4678f24c57a45039ac5dc58630.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813qajeej1umhcczjjz.jpg)
![aba8c893883345289c5c9429ed16e238.jpg aba8c893883345289c5c9429ed16e238.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813ezupphu0qr0h79qo.jpg)
电容原先充有左正右负的电压
开始按指数规律经电阻R放电,
由于电容两端的电压不能突变,在输入突变的瞬间,电路图中的电容左端接地,![0ca41c012f5842a9bb213fe2f7ffeff0.jpg 0ca41c012f5842a9bb213fe2f7ffeff0.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813agtxxc8bggcmebxj.jpg)
其右端突变为
,即输出电压
,
之后VO随电容的放电也按指数规律减小,同样经过大约3τ后,![a26d343ff49f4f3097a88df16f8a28c0.jpg a26d343ff49f4f3097a88df16f8a28c0.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813vwnnez0a0boddzai.jpg)
![c008a95327744982bb87ca17234f95cd.jpg c008a95327744982bb87ca17234f95cd.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813gfeszswjfeegesng.jpg)
放电完毕,输出一个负脉冲。
只要脉冲宽度
,
![72844dc983594bc38f832bd104c1d6ce.jpg 72844dc983594bc38f832bd104c1d6ce.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813taa84pehrgphaea2.jpg)
在
时间内,电容C已完成充电或放电(约需3 τ),
输出端就能输出正负尖脉冲,才能成为微分电路,![e13a03e32126498b93c7ff7e30681e46.jpg e13a03e32126498b93c7ff7e30681e46.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813xwa99pqzwq399u5p.jpg)
因而电路的充放电时间常数τ必须满足:
,这是微分电路的必要条件。
![484513e09a5f4979b092ca206d992320.jpg 484513e09a5f4979b092ca206d992320.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813lvklgwnb2gwk8ln8.jpg)
由于输出波形
与输入波形
之间恰好符合微分运算的结果
![3a2e49e5678545a499fb4f8c6fca732c.jpg 3a2e49e5678545a499fb4f8c6fca732c.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813h1nnssvfhoarrett.jpg)
![00c50b7640d74b359b36c45cebb2f66c.jpg 00c50b7640d74b359b36c45cebb2f66c.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813fwowaz7ct3380o8e.jpg)
![1151a5786f4b483995a9955ca7b7d026.jpg 1151a5786f4b483995a9955ca7b7d026.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813acf5pmssn55yp8qc.jpg)
如果将按傅里叶级展开,进行微分运算的结果,也将是VO的表达式。
该电路主要用于对复杂波形的分离和分频器,
如从电视信号的复合同步脉冲分离出行同步脉冲和时钟的倍频应用。
2) RC耦合电路
图1中,如果电路时间常数τ远大于输入信号的脉宽
,
微分电路将变成耦合电路,即在输出端得到和输入端一样的波形,![125c6ffcb851425ea6e53c5c6ae1b3b7.jpg 125c6ffcb851425ea6e53c5c6ae1b3b7.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813nbgmdvdl9bb1urhz.jpg)
如图所示,
![6941966f94c14530ad36ebb0f7df6cd6?from=pc.jpg 6941966f94c14530ad36ebb0f7df6cd6?from=pc.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813tpcsn1zoiecs1opv.jpg)
RC耦合电路波形
(1) 在t=t1时,第一个方波到来,VI由0→Vm,因电容电压不能突变(VC=0),VO=VR=VI=Vm。(2) t1<t<t2时,因τ>>tW,电容C缓慢充电,VC缓慢上升为左正右负,VO=VR=VI-VC,VO缓慢下降。
(3) t=t2时,VO由Vm→0,相当于输入端被短路,此时,VC已充有左正右负电
,经电阻R非常缓慢地放电。
(4) t=t3时,因电容还来不及放完电,积累了一定电荷,第二个方波到来,电阻上的电压就不是Vm,而是VR=Vm-VC(VC≠0),![425db23d0d404f58885998ebca9ce88e.jpg 425db23d0d404f58885998ebca9ce88e.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813nwwswy72yy6s541a.jpg)
这样第二个输出方波比第一个输出方波略微往下平移,第三个输出方波比第二个输出方波又略微往下平移,…,最后,当输出波形的正半周“面积”与负半周“面积”相等时,就达到了稳定状态。
也就是电容在一个周期内充得的电荷与放掉的电荷相等时,输出波形就稳定不再平移,
电容上的平均电压等于输入信号中电压的直流分量(利用C的隔直作用),
把输入信号往下平移这个直流分量,便得到输出波形,起到传送输入信号的交流成分,
因此是一个耦合电路。
以上的微分电路与耦合电路,在电路形式上是一样的,关键是tW与τ的关系,
下面比较一下τ与方波周期T不同时(对于占空比为50%的方波信号,tW=T/2)的结果,如下图所示。
在这三种情形中,由于电容C的隔直作用,输出波形都是一个周期内正、负“面积”相等,即其平均值为0,不再含有直流成份。
1) 当τ>>T时,电容C的充放电非常缓慢,其输出波形近似理想方波,是理想耦合电路。
2) 当τ=T时,电容C有一定的充放电,其输出波形的平顶部分有一定的下降或上升,不是理想方波。
3) 当τ<<T时,电容C在极短时间内(tW)已充放电完毕,因而输出波形为上下尖脉冲,是微分电路。
![9d0c756e2b7344c296b8c0487c6f175d?from=pc.jpg 9d0c756e2b7344c296b8c0487c6f175d?from=pc.jpg](https://static.assets-stash.eet-china.com/forum/202205/31/160813styajj1qsi4yyyhp.jpg)
时间常数τ与信号周期T的关系