RC电路如何工作

在RC电路中，在特定的配置中使用组合或R(电阻)和C(电容)来调节电流的流量，以实现所需的条件。

其中一个电容器的主要用途是耦合单元的形式，它允许交流通过，但阻止直流。在几乎任何实际电路中，你都会看到几个电阻与电容器串联在一起。

电阻限制了电流的流动，并在馈电到电容器的供电电压上造成一定的延迟，这是由于在电容器中形成了与馈电电压成比例的电荷。

RC时间常数

确定RC时间(T)的公式非常简单:

T = RC其中T =时间常数在秒r = MeGoHMS中的电阻C = Microfarad中的电容。

(可以观察到，如果R的单位是欧姆，C的单位是法拉，则T的数值是相同的，但实际上，兆欧和微法拉往往是更简单的单位。)

在RC电路中，可以将RC时间常数定义为施加电容器上施加的电压以获得63％的施加电压所花费的时间。

（这种63％的大小实际上是为了易于计算）。在现实生活中，电容器两端的电压可以累积到实际上（但从未完全）100％的施加电压，如下图所示。

时间常数元素以时间因子的形式表示时间的长度，如RC网络的时间因子为1时，累计总电压的63%，时间常数为2X后的一段时间内，电容内部累计总电压的80%;等等。

经过5个几乎（但不完全）的时间常数，100％电压可以在电容器上积聚。电容器的放电因子以相同的基础方式发生，但在逆序列中发生。

也就是说，经过等于时间常数5的时间间隔后，施加到电容器上的电压将达到100 - 63 =满电压的37%，以此类推。

电容器不能完全充电或放电

理论上，至少，电容器可以绝不能充电到完全施加的电压电平;它也不能完全放电。

实际上，可以在对应于5个时间常数的时间段内进行全充电或总放电。

因此，在如下所示的电路中，电源开关1将使电容器在5倍时间常数秒内充满电。

接下来，当开关1被打开时，电容器可能会处于一种情况下，它将存储等于实际施加电压的电压。它将保持这个电荷的一段无限期的时间，只要电容器有零内部泄漏。

这个失去电荷的过程实际上是非常缓慢的，因为在现实世界中没有电容器可以是完美的，然而，在某些重要的时间内，存储的电荷可能继续是一个有效的来源，原来的“充分充电”电压。

当电容器被施加高电压时，即使在电路断电后，它也能迅速处于传递电击的位置。

如图2所示的充放电循环，当开关2闭合时，电容器通过连接的电阻开始放电，并需要一段时间完成放电过程。

RC组合在放松振荡器

上图是一个非常基本的张弛振荡器电路，使用电容器的基本充放电理论。

它包括一个电阻(R)和电容(C)串联到直流电压源。为了能够看到电路的实际工作情况，a霓虹灯与电容器并联使用。

这种灯的行为实际上就像一个开路电路，直到电压达到其阈值电压限制，当它立即打开，并像导体一样导电，并开始发光。因此，此电流的电源电压必须高于霓虹灯触发电压。

它是如何工作的

当电路通电时，电容器慢慢开始充电，这取决于RC时间常数。灯开始接受一个上升的电压，这是发展到整个电容器。

当通过电容器的电荷达到可能等于霓虹灯点火电压的值时，霓虹灯导电并开始照明。

当发生这种情况时，霓虹灯为电容器产生一个放电路径，现在电容器开始放电。这反过来导致霓虹灯两端的电压下降，当该电平低于霓虹灯的烧制电压时，灯将关闭并关闭。

这个过程现在继续导致霓虹灯闪烁。闪烁速率或频率取决于RC时间常数值，可以调整以使慢闪或快闪速率。

如果我们考虑如图所示所示的组件值，则电路T = 5（MeGoHMS）x 0.1（MicroFarad）= 0.5秒的时间常数。

这意味着通过改变RC值，可以根据个体偏好进行相应地改变氖的闪烁率。

交流电路中的RC配置

当在RC配置中使用交流电时，由于电流的交流性质，交流电的半个周期有效地充电电容器，同样地，它被放电与下一个负半个周期。这导致电容器交替充电和放电响应的变化极性的交流周期波形。

因此，实际上，AC电压不会被存储在电容器中，而是允许通过电容器。然而，该电流的通道受到电路路径中的现有RC时间常数的约束。

RC组件决定有多少百分比的应用电压的电容器被充电和放电。同时，电容也可以通过电抗的方式为交流电的通过提供一个轻微的电阻，即使这个电抗基本上不消耗任何功率。它的主要影响是涉及到RC电路的频率响应。

RC耦合在AC电路中

通过电容器将音频电路的特定阶段耦合到另一个阶段是常见和广泛的实现。虽然电容似乎是独立使用的，但实际上可以涉及由术语“负载”符号化的积分串联电阻，如下所示。

由电容器辅助的这种电阻导致RC组合，其可能负责产生一定时间常数。

至关重要的是，这个时间常数补充了输入交流信号频率的规格，从一个阶段转移到另一个。

如果我们假设音频放大器电路的示例，则输入频率的最高范围可能大约在10kHz大约约10 kHz。这种频率的时间周期周期为1 / 10,000 = 0.1毫秒。

也就是说，为了允许这个频率，每个周期实现两个关于耦合电容功能的充放电特性，一个是正的，一个是负的。

因此，孤零地电荷/放电功能的时间段将是0.05毫秒。

实现这一功能所需的RC时间常数必须满足0.05毫秒的值，以达到63%的馈电交流电压水平，本质上稍微小一些，以允许高于63%的施加电压通过。

RC时间常数优化

上述统计数据为我们提供了一个关于耦合电容的最佳可能值的想法。

为了说明这一点，我们假设低功率晶体管的正常输入电阻大约是1 k。最有效RC耦合的时间常数可能是0.05毫秒(见上文)，可以通过以下计算实现:

0.05 x 10 = 1,000 x c或c = 0.05 x 10^－9法拉= 0.50 pF(或可能略低，因为这将允许高于63%的电压通过电容器)。

在实际应用中，一般可以实现更大的电容值;可以大到1µF甚至更多。这通常可以提供更好的结果，但相反，可能导致降低效率的交流耦合传导。

同时，计算表明，当耦合电路中使用实际电容时，电容耦合的效率随着交流频率的增加而越来越低。

RC网络在滤波器电路中的应用

一种标准RC安排，实现为滤波电路如下图所示。

如果我们查看输入侧，我们会发现串联连接的电阻，电容电抗，导致电压降在两个元件上开发。

如果电容电抗(Xc)恰好高于R，几乎所有的输入电压都通过电容积累，因此输出电压达到与输入电压相等的水平。

我们知道，电容电抗与频率成反比，这意味着，如果交流频率增加，将导致电抗下降，导致输出电压的比例增加(但很大一部分输入电压将被电阻降低)。

什么是临界频率

为了保证交流信号的有效耦合，必须考虑临界频率这个因素。

在这种频率下，电抗值元件倾向于得到如此严重影响，在这种情况下，耦合电容开始阻塞信号而不是有效地进行。

在这种情况下，伏特（OUT）/伏特（IN）的比例开始迅速下降。下面以基本图解形式展示这一点。

被称为滚转点或截止频率(f)的临界点被计算为:

FC = 1 /2πrc

其中r在欧姆中，c是farads，π= 3.1416.

但是从上一篇讨论来看，我们知道RC =时间常数T，因此方程变为：

π t = 1 / 2πT

T是时间常数，单位是秒。

这种滤波器的工作效率的特征在于它们的截止频率，并且通过伏特（IN）/伏（OUT）比率开始在截止频率阈值之上逐渐下降的速率。

后者通常表示为每个八度（对于每个频率加倍）的（对于每个频率加倍），如下图所示，其表现出DB和伏特（IN）/伏（OUT）比率之间的关系，并且还提供了准确的频率响应曲线。

RC低通滤波器

顾名思义，低通滤波器设计用于通过低于截止频率的交流信号，使信号强度损失或衰减最小。对于在截止频率以上的信号，低通滤波器产生增加的衰减。

可以为这些过滤器计算精确的分量值。例如，一个标准的划痕滤波器通常用于放大器，可以建立衰减频率，比如说，10千赫。这个特定的值表示滤波器的预期截止频率。

RC高通滤波器

高通滤波器被设计成相反的工作方式。它们衰减出现在截止频率以下的频率，但允许在设定截止频率或以上的所有频率没有衰减。

为了实现该高通滤波器实现，如下所示，电路中的RC分量彼此互相交换。

高通滤波器与低通滤波器相似。这些通常用于放大器和音频设备，以消除固有的、不需要的低频产生的噪音或“隆隆声”。

要消除的选定的截止频率应该足够低，因此它不会与“良好”低音响应冲突。因此，确定的幅度通常在15至20Hz的范围内。

RC截止频率计算

准确地说，这个截止频率的计算需要同样的公式，因此，以20hz作为截止阈值，我们有:

20 = 1 / 2 x 3.14 x RC

rc = 125。

这表明只要选择RC网络，使其产品为125即可使预期的高通截止值低于20 Hz信号。

在实际电路中，这样的滤波器通常是在前置放大器阶段或者在现有音调控制电路之前立即或在放大器中。

为了高保真音响设备，这些截止滤波器电路通常比这里解释的复杂得多，以使截止点具有更高的效率和引脚点精度。

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