Како функционишу РЦ кругови

У РЦ колу, комбинација или Р (отпорник) и Ц (кондензатор) користе се у одређеним конфигурацијама како би се регулисао проток струје, за спровођење жељеног стања.

Један од главне употребе кондензатора је у облику спојнице која омогућава АЦ пролаз, али блокира једносмерну струју. У скоро сваком практичном кругу видећете неколико отпора који су серијски спојени са кондензатором.

Отпор ограничава проток струје и узрокује одређено кашњење напона напајања напајаног кондензатором узрокујући нагомилавање наелектрисања у кондензатору, сразмерно напону напајања.

РЦ константа времена

Формула за одређивање РЦ времена (Т) је врло једноставна:

Т = РЦ где је Т = временска константа у секундама Р = отпор у мегохмима Ц = капацитивност у микрофарадима.

(Може се приметити да је иста иста нумеричка вредност за Т дата ако је Р у охима, а Ц у фарадима, али у пракси су мегоми и микрофараде често много једноставније јединице.)

У РЦ колу, РЦ временска константа може се дефинисати као време потребно напоном на кондензатору да постигне 63% примењеног напона.

(ова величина 63% је заправо пожељна због једноставности израчунавања). У стварном животу напон на кондензатору може да се акумулира до практично (али никада сасвим) 100% примењеног напона, као што је приказано на доњој слици.

Елемент временске константе означава дужину времена у облику временског фактора, на пример код 1 временског фактора РЦ мреже акумулира се 63% укупног напона, у периоду након 2Кс временске константе 80% укупног напона се изгради унутра кондензатор и тако даље.

Након временске константе од 5 на кондензатору се може накупити скоро (али не сасвим) 100% напон. Фактори пражњења кондензатора јављају се на исти основни начин, али у обрнутом редоследу.

Значи, након временског интервала једнаког временској константи 5, напон примењен на кондензатор постићи ће пад од 100 - 63 = 37% пуног напона и тако даље.

Кондензатори се никада не пуне и не празне

Теоретски, у најмању руку, кондензатор се ни на који начин не може напунити до пуног напона, нити се може потпуно испразнити.

У стварности, потпуно пуњење или потпуно пражњење може се сматрати постигнутим у временском периоду који одговара 5 временских константи.

Због тога ће у кругу као што је приказано доле, прекидач за укључивање 1 изазвати „потпуно“ пуњење на кондензатору за 5 пута временски константних секунди.

Даље, када се отвори прекидач 1, кондензатор се тада може налазити у ситуацији у којој ће складиштити напон једнак стварном примењеном напону. И задржаће ово пуњење неограничено време под условом да кондензатор нема нула унутрашњег цурења.

Овај процес губитка наелектрисања заправо ће бити врло спор, јер у стварном свету ниједан кондензатор не може бити савршен, међутим током одређеног значајног временског периода овај ускладиштени набој може и даље бити ефикасан извор изворног напона „пуног пуњења“.

Када се кондензатор примени под високим напоном, може брзо да доведе до електричног удара у случају додира чак и након искључивања кола.

Да би се извршио циклус пуњења / пражњења како је приказано на другом графичком дијаграму изнад, када је прекидач 2 затворен, кондензатор почиње да се празни преко повезаног отпора и треба му одређено време да постигне свој процес пражњења.

РЦ комбинација у релаксационом осцилатору

Горња слика је врло основно коло релаксационог осцилатора које ради помоћу основне теорије пражњења наелектрисања кондензатора.

Садржи отпорник (Р) и кондензатор (Ц) који су серијски повезани на извор једносмерног напона. Да би могли физички да виде рад кола, а неонска лампа користи се паралелно са кондензатором.

Лампа се понаша практично као отворени круг све док напон не достигне своју граничну вредност напона, када се тренутно УКЉУЧИ и проводи струју сасвим попут проводника и почиње да светли. Извор напајања за ову струју мора бити већи од напона неонског окидача.

Како то ради

Када се струјни круг укључи, кондензатор полако започиње пуњење како је одређено РЦ временском константом. Лампа почиње да прима напон у порасту који се развија преко кондензатора.

У тренутку када ово пуњење преко кондензатора достигне вредност која може бити једнака напону пуцања неона, неонска лампа проводи и почиње да светли.

Када се то догоди, неон ствара пут пражњења кондензатора и сада се кондензатор почиње празнити. То заузврат изазива пад напона на неону и када овај ниво падне испод напона пуцања неона, лампа се ИСКЉУЧУЈЕ и гаси.

Процес се наставља и даље, а неон трепће ОН ОФФ. Брзина или фреквенција трептања зависе од вредности РЦ временске константе, која се може прилагодити како би се омогућило споро треперење или брзина треперења.

Ако узмемо у обзир вредности компоненти као што је приказано на дијаграму, временска константа за коло Т = 5 (мегохми) к 0,1 (микрофаради) = 0,5 секунде.

То подразумева да се променом вредности РЦ, брзина треперења неона може сходно томе променити, према индивидуалним преференцама.

РЦ конфигурација у круговима наизменичне струје

Када се наизменична струја користи у РЦ конфигурацији, због наизменичне природе струје, један полукруг наизменичне струје ефикасно пуни кондензатор, а на исти начин се празни са следећим негативним полуциклусом. То доводи до тога да се кондензатор наизменично пуни и празни као одговор на променљиви поларитет таласног облика АЦ циклуса.

Због тога се у ствари напон измјеничне струје не складишти у кондензатору, већ му је дозвољено да пролази кроз кондензатор. Међутим, овај пролаз струје ограничен је постојећом РЦ временском константом у путањи кола.

РЦ компоненте одлучују за колико процента примењеног напона се кондензатор пуни и празни. Истовремено, кондензатор такође може пружити благи отпор пролажењу наизменичне струје путем реактанције, иако та реактанција у основи не троши никакву снагу. Његов примарни утицај је на фреквенцијски одзив укључен у РЦ коло.

РЦ СПОЈНИЦА у наизменичним круговима

Спајање одређене фазе аудио кола са другом фазом преко кондензатора је уобичајена и широко распрострањена примена. Иако се чини да се капацитивност користи самостално, он у ствари може бити повезан са интегралним серијским отпором који симболизује израз „оптерећење“, као што је приказано доле.

Овај отпор, потпомогнут кондензатором, ствара РЦ комбинацију која може бити одговорна за генерисање одређене временске константе.

Кључно је да ова временска константа допуњује спецификацију улазне фреквенције наизменичног сигнала која се преноси из једне фазе у другу.

Ако претпоставимо пример кола аудио појачала, највећи опсег улазне фреквенције могао би бити око 10 кХз. Циклус временског периода ове врсте фреквенције биће 1/10 000 = 0,1 милисекунде.

То је рекло, да би се омогућила ова фреквенција, сваки циклус имплементира две карактеристике пуњења / пражњења с обзиром на функцију спојног кондензатора, које су једна позитивна и једна негативна.

Стога ће временски период за усамљену функцију пуњења / пражњења бити 0,05 милисекунди.

РЦ временска константа потребна за омогућавање овог функционисања мора да задовољи вредност од 0,05 милисекунди да би се достигло 63% нивоа напона наизменичног напона и у основи нешто мање да би се омогућио пролаз већи од 63 процента примењеног напона.

Оптимизација РЦ константе времена

Горња статистика даје нам идеју у вези са најбољом могућом вредношћу спојног кондензатора који ће се користити.

Да бисмо то илустровали, рецимо да нормални улазни отпор транзистора мале снаге може бити приближно 1 к. Временска константа најефикаснијег РЦ спрезања може бити 0,05 милисекунди (види горе), што се може постићи следећим прорачунима:

0,05 к 10 = 1.000 к Ц или Ц = 0,05 к 10^-9фарад = 0,50 пФ (или можда нешто нижи, јер би то омогућило да кроз кондензатор прође напон већи од 63%).

Практично говорећи, генерално би се могла применити много већа вредност капацитивности која може бити и до 1µФ или више. Ово обично може пружити побољшане резултате, али напротив може проузроковати смањење ефикасности проводљивости наизменичне струје.

Такође, прорачуни сугеришу да капацитивно спрезање постаје све неефикасније како се повећава фреквенција наизменичне струје, када се у склопкама за повезивање примењују стварни кондензатори.

Коришћење РЦ мреже у ФИЛТЕРСКИМ КОЛОВИМА

Стандардни РЦ аранжман примењен као круг филтера приказано је на доњој слици.

Ако погледамо улазну страну, наћи ћемо отпорник који је серијски прикључен са капацитивном реактанцом, што доводи до пада напона на два елемента.

У случају да је реактанција кондензатора (Ксц) већа од Р, скоро сав улазни напон се накупља преко кондензатора и стога излазни напон достиже ниво једнак улазном напону.

Знамо да је реактанција кондензатора обрнуто пропорционална фреквенцији. То подразумева, ако се повећа фреквенција наизменичне струје, проузрокује смањење реактанције, што резултира повећањем пропорционалности излазног напона (али ће значајан део улазног напона пасти отпорник ).

Шта је критична фреквенција

Да бисмо осигурали ефикасно спрезање АЦ сигнала, морамо узети у обзир фактор који се назива критична фреквенција.

На овој фреквенцији, елемент вредности реактанције има тенденцију да буде толико јако погођен да у таквом стању кондензатор спреге почиње да блокира сигнал уместо да ефикасно проводи.

У таквој ситуацији, однос волти (напоље) / волти (улаз) почиње брзо да опада. Ово је приказано у наставку у основном дијаграмском облику.

Критична тачка, која се назива тачка превртања или гранична фреквенција (ф), процењује се као:

фц = 1 / 2πРЦ

где је Р у охима, Ц је у фарадима, и Пи = 3,1416

Али из претходне дискусије знамо да је РЦ = временска константа Т, стога једначина постаје:

фц = 1 / 2πТ

где је Т временска константа у секундама.

Ефикасност рада ове врсте филтера карактерише њихова гранична фреквенција и брзина кроз коју однос волти (улазни / напонски (излазни)) почињу да падају изнад прага граничне фреквенције.

Потоњи је генерално представљен као (неки) дБ по октави (за сваку удвостручену фреквенцију), као што је назначено на следећој слици која показује однос између дБ и односа волти (улаз) / волти (излаз), а такође пружа тачан фреквенцијски одзив крива.

РЦ ФИЛТЕРИ НИСКОГ ПРОЛАЗА

Као што и само име говори, нископропусни филтери дизајнирани су за пропуштање наизменичних сигнала испод граничне фреквенције уз минимални губитак или слабљење јачине сигнала. За сигнале који су изнад граничне фреквенције, нископропусни филтер генерише повећано слабљење.

Могуће је израчунати тачне вредности компонената за ове филтере. Као пример, стандардни филтер огреботина који се обично користи у појачалима могао би да буде изграђен да пригуши фреквенције преко, рецимо, 10 кХз. Ова специфична вредност означава предвиђену граничну фреквенцију филтра.

РЦ ФИЛТЕРИ ВИСОКОГ ПРОЛАЗА

Високопропусни филтери су дизајнирани да раде обрнуто. Они умањују фреквенције које се појављују испод граничне фреквенције, али омогућавају све фреквенције на или изнад подешене граничне фреквенције без слабљења.

Да би се постигла ова имплементација високопропусног филтера, РЦ компоненте у колу се једноставно замењују једна с другом како је доле назначено.

Високопропусни филтер је сличан свом нископропусном колеги. Они се углавном користе у појачалима и аудио уређајима како би се ослободили буке или „тутњаве“ коју генеришу инхерентне, нежељене ниске фреквенције.

Одабрана гранична фреквенција коју треба елиминисати требала би бити довољно ниска да се не коси са „добрим“ одзивом баса. Према томе, утврђена величина је обично у опсегу од 15 до 20 Хз.

Израчунавање РЦ граничне фреквенције

Тачно, иста формула је потребна за израчунавање ове граничне фреквенције, тако да са 20 Хз као граничним прагом имамо:

20 = 1/2 к 3,14 к РЦ

РЦ = 125.

То указује на то да ће све док је РЦ мрежа изабрана тако да њихов производ износи 125, омогућити планирано висококвалитетно прекидање испод 20 Хз сигнала.

У практичним круговима такви филтри се обично уводе на ступањ претпојачала , или у појачалу непосредно пре постојећег кола за контролу тона.

За Хи-Фи уређаји , ови одсечени кругови филтера су обично много софистициранији од оних који су овде објашњени, да би омогућили тачке прекида са већом ефикасношћу и тачношћу тачака.

.