Bagaimana Litar RC Berfungsi

Dalam rangkaian RC, kombinasi atau R (perintang) dan C (kapasitor) digunakan dalam konfigurasi tertentu untuk mengatur aliran arus, untuk menerapkan kondisi yang diinginkan.

Salah satu daripada penggunaan utama kapasitor adalah dalam bentuk unit gandingan yang membolehkan AC berlalu tetapi menyekat DC. Di hampir mana-mana litar praktikal, anda akan melihat beberapa rintangan yang bersambung dengan kapasitor.

Rintangan menyekat aliran arus dan menyebabkan beberapa kelewatan merentasi voltan bekalan yang dimasukkan ke kapasitor dengan menyebabkan cas menumpuk di kapasitor, sebanding dengan voltan pengisian.

Pemalar Masa RC

Formula untuk menentukan masa RC (T) sangat mudah:

T = RC di mana T = pemalar masa dalam detik R = rintangan dalam megohms C = kapasitansi dalam mikrofarad.

(Mungkin diperhatikan bahawa nilai berangka yang sama untuk T diberikan jika R berada dalam ohm dan C pada farad, tetapi dalam praktiknya megohms dan mikrofarad sering merupakan unit yang jauh lebih mudah.)

Dalam litar RC, pemalar masa RC boleh didefinisikan sebagai masa yang diambil oleh voltan terpakai merentasi kapasitor untuk mencapai 63% voltan terpakai.

(Besarnya 63% ini sebenarnya lebih disukai untuk memudahkan pengiraan). Dalam kehidupan sebenar, voltan merentasi kapasitor terus bertambah hingga hampir 100% voltan yang digunakan, seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Elemen pemalar masa menandakan jangka masa dalam bentuk faktor waktu, misalnya pada 1 faktor waktu rangkaian RC, voltan total 63% terkumpul, dalam jangka masa setelah pemalar 2X, voltan total 80% terbentuk di dalam kapasitor dan sebagainya.

Selepas pemalar masa 5 voltan hampir (tetapi tidak cukup) 100% mungkin bertambah di seluruh kapasitor Faktor pelepasan kapasitor berlaku dengan cara asas yang sama tetapi dalam urutan terbalik.

Maksudnya, setelah selang waktu sama dengan pemalar masa 5, voltan yang dikenakan pada kapasitor akan mencapai penurunan 100 - 63 = 37% dari voltan penuh dan sebagainya.

Kapasitor Tidak Pernah Dikenakan atau Dilepaskan Sepenuhnya

Secara teoritis, sekurang-kurangnya, kapasitor sama sekali tidak boleh mengecas hingga ke tahap voltan yang diaplikasikan sepenuhnya dan ia juga tidak dapat dikeluarkan sepenuhnya.

Pada hakikatnya, pengecasan penuh, atau pelepasan total, dapat dianggap dicapai dalam jangka masa yang bersamaan dengan 5 pemalar masa.

Oleh itu, dalam litar seperti yang ditunjukkan di bawah ini, suis kuasa 1 akan menyebabkan pengecasan 'penuh' pada kapasitor dalam masa 5 x saat berterusan.

Seterusnya, apabila suis 1 dibuka, kapasitor mungkin berada dalam keadaan di mana ia akan menyimpan voltan yang sama dengan voltan yang digunakan. Dan ia akan dikenakan caj ini untuk jangka waktu yang tidak lama dengan syarat kapasitor tidak mempunyai kebocoran dalaman.

Proses kehilangan cas ini sebenarnya akan menjadi sangat perlahan, kerana di dunia nyata tidak ada kapasitor yang sempurna, namun untuk jangka masa tertentu cas yang disimpan ini dapat terus menjadi sumber voltan 'cas penuh' yang berkesan.

Apabila kapasitor diaplikasikan dengan voltan tinggi, dengan cepat dapat berada dalam posisi menyampaikan kejutan elektrik sekiranya tersentuh walaupun litar dimatikan.

Untuk menjalankan kitaran pengisian / pelepasan seperti yang ditunjukkan dalam rajah grafik kedua di atas, apabila suis 2 ditutup, kapasitor mula melepaskan melalui rintangan yang disambungkan, dan memerlukan beberapa waktu untuk menyelesaikan proses pelepasannya.

Gabungan RC dalam Relaxation Oscillator

Rajah di atas adalah litar pengayun relaksasi yang sangat asas yang beroperasi menggunakan teori pelepasan cas asas sebuah kapasitor.

Ia merangkumi perintang (R) dan kapasitor (C) yang disambungkan secara bersiri ke sumber voltan dc. Untuk dapat melihat kerja litar secara fizikal, a lampu neon digunakan selari dengan kapasitor.

Lampu berkelakuan hampir seperti litar terbuka sehingga voltan mencapai had voltan ambang, apabila dengan serta-merta menyala dan mengalirkan arus seperti konduktor dan mula menyala. Punca voltan bekalan untuk arus ini maka mestilah lebih tinggi daripada voltan pencetus neon.

Bagaimana ia berfungsi

Apabila litar dihidupkan, kapasitor perlahan mula mengecas seperti yang ditentukan oleh pemalar masa RC. Lampu mula menerima voltan meningkat yang dikembangkan di seluruh kapasitor.

Pada saat cas ini melintasi kapasitor mencapai nilai yang mungkin sama dengan voltan pengaktifan neon, lampu neon akan bergerak dan mula menyala.

Apabila ini berlaku, neon membuat jalan keluar untuk kapasitor dan sekarang kapasitor mula melepaskan. Ini seterusnya menyebabkan penurunan voltan di seluruh neon dan apabila tahap ini berada di bawah voltan pembakaran neon, lampu akan mati dan mati.

Prosesnya sekarang berterusan menyebabkan neon berkedip ON OFF. Kadar atau frekuensi berkelip bergantung pada nilai pemalar masa RC, yang dapat disesuaikan untuk membolehkan berkelip lambat atau berkelip cepat.

Sekiranya kita mempertimbangkan nilai komponen seperti yang ditunjukkan dalam rajah, pemalar masa untuk litar T = 5 (megohms) x 0.1 (mikrofarad) = 0.5 saat.

Ini menyiratkan bahawa dengan mengubah nilai-nilai RC, laju kilatan neon dapat diubah, sesuai dengan pilihan masing-masing.

Konfigurasi RC dalam Litar AC

Apabila AC digunakan dalam konfigurasi RC, kerana sifat arus bergantian, satu setengah kitaran AC mengecas kapasitor dengan berkesan, dan juga ia dilepaskan dengan kitaran separuh negatif seterusnya. Ini menyebabkan kapasitor secara bergantian mengecas dan melepaskan sebagai tindak balas terhadap polaritas yang berbeza dari bentuk gelombang kitaran AC.

Oleh kerana itu, sebenarnya, voltan AC tidak dapat disimpan di dalam kapasitor sebaliknya dibenarkan melewati kapasitor. Walau bagaimanapun, aliran arus ini dibatasi oleh pemalar masa RC yang ada di litar litar.

Komponen RC menentukan berapa peratus voltan yang digunakan kapasitor dicas dan dibebaskan. Pada masa yang sama, kapasitor juga dapat memberikan sedikit ketahanan terhadap pemindahan AC dengan cara reaktansi, walaupun reaktansi ini pada dasarnya tidak menggunakan tenaga. Kesan utamanya adalah pada tindak balas frekuensi yang terlibat dalam litar RC.

RC COUPLING dalam AC CIRCUITS

Gandingan tahap tertentu litar audio ke tahap lain melalui kapasitor adalah pelaksanaan yang biasa dan meluas. Walaupun kapasitansi tampaknya digunakan secara bebas, sebenarnya mungkin terlibat dengan rintangan siri integral yang dilambangkan dengan istilah 'beban' seperti yang ditunjukkan di bawah.

Rintangan ini, dibantu oleh kapasitor, menimbulkan kombinasi RC yang mungkin bertanggungjawab menghasilkan pemalar masa tertentu.

Adalah penting bahawa pemalar masa ini melengkapkan spesifikasi frekuensi isyarat AC input yang dipindahkan dari satu tahap ke tahap yang lain.

Sekiranya kita menganggap contoh rangkaian penguat audio, julat paling tinggi frekuensi inputnya mungkin sekitar 10 kHz. Kitaran jangka masa kekerapan semacam ini akan menjadi 1 / 10,000 = 0.1 milisaat.

Yang mengatakan, untuk membolehkan frekuensi ini, setiap kitaran menerapkan dua ciri pengisian / pelepasan berkaitan dengan fungsi kapasitor gandingan, yang satu positif dan satu negatif.

Oleh itu, jangka masa untuk fungsi cas / pelepasan tunggal adalah 0.05 milisaat.

Pemalar masa RC yang diperlukan untuk mengaktifkan fungsi ini mesti memenuhi nilai 0,05 milisaat untuk mencapai 63% dari tahap voltan ac yang diberi makan, dan pada asasnya agak kurang untuk membolehkan lulus voltan yang lebih tinggi daripada 63 peratus.

Mengoptimumkan Pemalar Masa RC

Statistik di atas memberi kita idea mengenai nilai terbaik dari kapasitor gandingan yang akan digunakan.

Untuk menggambarkan ini, katakan rintangan input normal transistor kuasa rendah boleh kira-kira 1 k. Pemalar masa gandingan RC yang paling berkesan mungkin 0,05 milisaat (lihat di atas), yang mungkin dicapai dengan pengiraan berikut:

0,05 x 10 = 1,000 x C atau C = 0,05 x 10^-9farads = 0.50 pF (atau mungkin sedikit lebih rendah, kerana ini membolehkan voltan lebih tinggi daripada 63% melewati kapasitor).

Secara praktikal, nilai kapasitansi yang jauh lebih besar biasanya dapat dilaksanakan yang boleh mencapai 1µF atau lebih. Ini biasanya dapat memberikan hasil yang lebih baik, tetapi sebaliknya dapat menyebabkan penurunan kecekapan pengaliran gandingan AC.

Juga, pengiraan menunjukkan bahawa gandingan kapasitif semakin tidak efisien apabila frekuensi AC meningkat, apabila kapasitor sebenar dilaksanakan dalam rangkaian gandingan.

Menggunakan rangkaian RC dalam FILTER CIRCUITS

Susunan RC standard yang dilaksanakan sebagai litar penapis ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Sekiranya kita melihat sisi input, kita dapati perintang yang dipasang secara bersiri dengan reaktansi kapasitif, menyebabkan penurunan voltan berkembang di kedua elemen tersebut.

Sekiranya tindak balas kapasitor (Xc) lebih tinggi daripada R, hampir semua voltan masukan menumpuk merentas kapasitor dan oleh itu voltan keluaran mencapai tahap yang sama dengan voltan input.

Kita tahu bahawa reaktansi kapasitor berkadar songsang dengan frekuensi, Ini menunjukkan, jika frekuensi AC meningkat akan menyebabkan reaktansi menurun, mengakibatkan voltan keluaran meningkat berkadar (tetapi sebahagian besar voltan masukan akan dijatuhkan oleh perintang ).

Apakah Kekerapan Kritikal

Untuk memastikan gandingan isyarat AC yang cekap, kita harus mempertimbangkan faktor yang disebut frekuensi kritikal.

Pada frekuensi ini, elemen nilai reaktansi cenderung terjejas dengan teruk sehingga dalam keadaan seperti itu kapasitor gandingan mula menyekat isyarat dan bukannya melakukan dengan cekap.

Dalam keadaan sedemikian, nisbah volt (keluar) / volt (dalam) mula menurun dengan cepat. Ini ditunjukkan di bawah dalam bentuk gambarajah asas.

Titik kritikal, yang disebut titik putaran atau frekuensi pemotongan (f) dinilai sebagai:

fc = 1 / 2πRC

di mana R berada dalam ohm, C berada di farad, dan Pi = 3.1416

Tetapi dari perbincangan sebelumnya kita tahu bahawa RC = pemalar masa T, oleh itu persamaannya menjadi:

fc = 1 / 2πT

di mana T adalah pemalar masa dalam beberapa saat.

Kecekapan kerja penapis jenis ini dicirikan oleh frekuensi pemotongannya dan oleh kadar yang mana nisbah volt (dalam) / volt (keluar) mulai turun di atas ambang frekuensi pemotongan.

Yang terakhir ini secara umum ditunjukkan sebagai (beberapa) dB per oktaf (untuk setiap frekuensi berlipat ganda), seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut yang menunjukkan hubungan antara nisbah dB dan volt (dalam) / volt (keluar), dan juga memberikan tindak balas frekuensi yang tepat keluk.

PENAPIS RENDAH RC

Seperti namanya, penapis hantaran rendah dirancang untuk menyampaikan isyarat ac di bawah frekuensi pemotongan dengan kehilangan minimum atau pelemahan kekuatan isyarat. Untuk isyarat yang berada di atas frekuensi pemotongan, penapis lulus rendah menghasilkan peningkatan pelemahan.

Adalah mungkin untuk mengira nilai komponen tepat untuk penapis ini. Sebagai contoh, penapis calar standard yang biasanya digunakan dalam amplifier dapat dibangun untuk mengurangi frekuensi melebihi, katakanlah, 10 kHz. Nilai khusus ini menandakan frekuensi pemotongan penapis yang dimaksudkan.

PENAPIS LETAK RC TINGGI

Penapis lulus tinggi direka untuk beroperasi sebaliknya. Mereka melemahkan frekuensi yang muncul di bawah frekuensi cut-off, tetapi memungkinkan semua frekuensi pada atau di atas frekuensi cut-off yang ditetapkan tanpa pelemahan.

Untuk mencapai pelaksanaan saringan lulus tinggi ini, komponen RC di litar hanya bertukar satu sama lain seperti yang ditunjukkan di bawah.

Penapis lulus tinggi serupa dengan rakan lulus rendah. Ini umumnya digunakan dalam alat penguat dan audio, untuk menghilangkan kebisingan atau 'gemuruh' yang dihasilkan oleh frekuensi rendah yang tidak diingini.

Frekuensi pemotongan yang dipilih yang akan dihapuskan harus cukup rendah sehingga tidak bertentangan dengan respons bass yang 'baik'. Oleh itu, magnitud yang ditentukan biasanya dalam lingkungan 15 hingga 20 Hz.

Mengira Frekuensi Potong RC

Tepatnya, formula yang sama diperlukan untuk mengira frekuensi pemotongan ini, dengan itu, dengan 20 Hz sebagai ambang pemotongan yang kita miliki:

20 = 1/2 x 3.14 x RC

RC = 125.

Ini menunjukkan bahawa selagi rangkaian RC dipilih sedemikian rupa sehingga produk mereka 125 akan memungkinkan pemotongan lulus tinggi yang dimaksudkan di bawah 20 Hz isyarat.

Dalam litar praktikal, penapis seperti biasanya diperkenalkan di tahap preamplifier , atau di penguat tepat sebelum rangkaian kawalan nada yang ada.

Untuk Peranti Hi-Fi , litar saringan pemotongan ini biasanya jauh lebih canggih daripada yang dijelaskan di sini, untuk membolehkan titik pemotongan dengan kecekapan yang lebih tinggi dan ketepatan titik pin.

.