כיצד עובדים מעגלי RC

במעגל RC, משתמשים בשילוב או R (נגד) ו- C (קבלים) בתצורות ספציפיות על מנת לווסת את זרימת הזרם, ליישום מצב רצוי.

אחד מ השימושים העיקריים בקבל הוא בצורה של יחידת צימוד המאפשרת לעבור ל- AC אך חוסמת DC. כמעט בכל מעגל מעשי, תראה כמה התנגדויות מחוברות בסדרה עם הקבל.

ההתנגדות מגבילה את זרימת הזרם וגורמת לעיכוב מסוים על פני מתח האספקה ​​המוזן לקבל על ידי גורם להצטברות מטען בקבל, ביחס למתח ההזנה.

RC זמן קבוע

הנוסחה לקביעת זמן ה- RC (T) פשוטה מאוד:

T = RC כאשר T = קבוע זמן בשניות R = התנגדות במגהום C = קיבול במיקרו-פארדים.

(ניתן לציין כי אותו ערך מספרי מאוד עבור T ניתן אם R נמצא באום ו- C בפארדות, אך בפועל מגוהים ומיקרו-פארדים הם לעתים קרובות יחידות קלות בהרבה).

במעגל RC, ניתן להגדיר את קבוע הזמן RC כזמן שלוקח המתח המופעל על פני הקבל להשגת 63% מהמתח המופעל.

(בעוצמה זו 63% עדיף למעשה לצורך קלות חישוב). בחיים האמיתיים, המתח על פני הקבל עשוי להצטבר כמעט (אך אף פעם לא לגמרי) מהמתח המופעל, כפי שמצוין באיור להלן.

אלמנט קבוע הזמן מסמל את משך הזמן בצורה של גורם זמן, למשל בפקטור זמן אחד של רשת RC, נצבר 63% מתח כולל, בתקופה שאחרי קבוע זמן כפול, 80% מתח כולל בנוי בפנים את הקבל וכן הלאה.

לאחר קבוע זמן של 5 מתח (אך לא ממש) מתח של 100% עשוי להצטבר על פני הקבל. גורמי הפריקה של קבלים מתרחשים באותו אופן בסיסי אך ברצף ההפוך.

כלומר, לאחר מרווח זמן השווה לקבוע הזמן 5, המתח המופעל על הקבל ישיג ירידה של 100 - 63 = 37% מהמתח המלא וכן הלאה.

קבלים לעולם אינם טעונים או משוחררים לחלוטין

תיאורטית, לכל הפחות, קבל אינו יכול לטעון בשום אופן עד לרמת המתח המלאה המלאה, ולא ניתן לפרוק אותו לחלוטין.

במציאות, טעינה מלאה, או פריקה מוחלטת, יכולים להיחשב כמושלמים בתוך פרק זמן המקביל ל -5 קבועי זמן.

לכן, במעגל כפי שמוצג להלן, מתג הפעלה 1 יביא לטעינה 'מלאה' על הקבל תוך 5 שניות קבועות בזמן.

לאחר מכן, כאשר מתג 1 נפתח, הקבל עשוי להיות במצב בו הוא יאחסן מתח השווה למתח המיושם בפועל. והיא תחזיק את הטעינה הזו לפרק זמן בלתי מוגבל בתנאי שלקבל אין דליפה פנימית.

תהליך זה של איבוד מטען יהיה למעשה איטי ביותר, מכיוון שבעולם האמיתי שום קבל אינו יכול להיות מושלם, אולם במשך תקופה משמעותית מסוימת מטען מאוחסן זה עשוי להמשיך ולהוות מקור יעיל למתח 'טעינה מלאה' המקורי.

כאשר הקבל מוחל במתח גבוה, הוא יכול במהירות להיות במצב של מתן התחשמלות במקרה שנוגעים בו גם לאחר כיבוי המעגל.

כדי לבצע את מחזור הטעינה / הפריקה כפי שמוצג בתרשים הגרפי השני לעיל, כאשר מתג 2 סגור, הקבל מתחיל להתפרק דרך ההתנגדות המחוברת, ולוקח זמן מסוים כדי לבצע את תהליך הפריקה שלו.

שילוב RC במתנד הרפיה

האיור לעיל הוא מעגל מתנד הרפיה בסיסי מאוד הפועל באמצעות תיאוריית פריקת המטען הבסיסית של קבלים.

הוא כולל נגד (R) וקבל (C) המחובר בסדרה למקור מתח DC. על מנת להיות מסוגל לראות את פעולתו של המעגל פיזית, א מנורת ניאון משמש במקביל לקבל.

המנורה מתנהגת כמעט כמו מעגל פתוח עד שהמתח מגיע לגבול מתח הסף שלו, כאשר הוא נדלק באופן מיידי ומוליך זרם ממש כמו מוליך ומתחיל לזרוח. מקור מתח האספקה ​​לזרם זה ולכן חייב להיות גבוה יותר מזה של המתח המניע ניאון.

איך זה עובד

כאשר המעגל מופעל, הקבל מתחיל לטעון לאט כפי שנקבע על ידי קבוע הזמן של RC. המנורה מתחילה לקבל מתח עולה אשר מפותח על פני הקבל.

ברגע שמטען זה על פני הקבל מגיע לערך שעשוי להיות שווה למתח הירי של הניאון, מנורת הניאון מוליכה ומתחילה להאיר.

כשזה קורה הניאון יוצר נתיב פריקה עבור הקבל וכעת הקבל מתחיל להתפרק. זה בתורו גורם לירידה במתח על פני הניאון וכאשר מפלס זה יורד מתחת למתח הירי של הניאון, המנורה נכבית ומכבה.

התהליך ממשיך כעת לגרום לניאון להבהב פועל. קצב ההבהוב או התדירות תלוי בערך קבוע הזמן של RC, אשר ניתן לכוונן כך שיאפשר מהבהב איטי או מהבהב מהיר.

אם ניקח בחשבון את ערכי הרכיב כפי שמוצג בתרשים, קבוע הזמן של המעגל T = 5 (מגה אוהם) x 0.1 (מיקרו-פארדות) = 0.5 שניות.

זה מרמז שעל ידי שינוי ערכי RC, ניתן לשנות את קצב ההבזק של הניאון בהתאם להעדפת הפרט.

תצורת RC במעגלי AC

כאשר משתמשים בזרם חילופין בתצורת RC, בשל האופי המתחלף של הזרם, מחצית המחזור האחת של זרם החשמל טוענת את הקבל ביעילות, וכמו כן הוא משוחרר עם מחזור המחזור השלילי הבא. זה גורם לקבל לטעון ולפרוק לסירוגין בתגובה לקוטביות המשתנה של צורת גל AC.

מסיבה זו, למעשה, מתח AC אינו מאוחסן בקבל אלא מותר לעבור דרך הקבל. עם זאת, מעבר זרם זה מוגבל על ידי קבוע זמן RC קיים בנתיב המעגל.

רכיבי ה- RC מחליטים בכמה אחוזים מהמתח המופעל הקבל נטען ופורק. במקביל, הקבל יכול גם לספק התנגדות קלה למעבר של AC בדרך של תגובה, למרות שתגובה זו בעצם אינה צורכת כוח כלשהו. ההשפעה העיקרית שלו היא על תגובת התדרים הכרוכה במעגל RC.

צימוד RC במעגלי זרם זרמים

צימוד שלב מסוים של מעגל שמע לשלב אחר באמצעות קבלים הוא יישום נפוץ ונרחב. למרות שנראה כי נעשה שימוש בקיבול באופן עצמאי, הוא עשוי להיות מעורב בהתנגדות סדרתית אינטגרלית המסומנת במונח 'עומס' כמוצג להלן.

התנגדות זו, בסיוע הקבל, מולידה שילוב RC שעשוי להיות אחראי ליצירת קבוע זמן מסוים.

חיוני כי קבוע זמן זה משלים את המפרט של תדר אות הכניסה AC המועבר משלב אחד למשנהו.

אם נניח את הדוגמה של מעגל מגבר שמע, הטווח הגבוה ביותר תדר הקלט יכול להיות בערך 10 קילוהרץ. מחזור הזמן של תדר מסוג זה יהיה 1/10,000 = 0.1 אלפיות השנייה.

עם זאת, על מנת לאפשר תדר זה, כל מחזור מיישם שני מאפייני טעינה / פריקה ביחס לתפקוד קבלים צימוד, שהם חיוביים ואחד שלילי.

לכן פרק הזמן לתפקוד מטען / פריקה בודד יהיה 0.05 אלפיות השנייה.

קבוע הזמן RC שנדרש כדי לאפשר תפקוד זה חייב לספק את הערך של 0.05 אלפיות השנייה כדי להגיע ל -63% מרמת מתח ה- AC המוזן, ובעצם מעט פחות כדי לאפשר מעבר של יותר מ -63% מהמתח המופעל.

מיטוב קבוע זמן RC

הנתונים הסטטיסטיים שלעיל מספקים לנו רעיון לגבי הערך הטוב ביותר האפשרי של קבלים צימוד שישמשו.

כדי להמחיש זאת, נניח שהתנגדות הכניסה הרגילה של טרנזיסטור בעל הספק נמוך יכולה להיות בערך 1 קילוגרם. קבוע הזמן של צימוד RC יעיל ביותר עשוי להיות 0.05 אלפיות שניות (ראה לעיל), אשר ניתן להשיג באמצעות החישובים הבאים:

0.05 x 10 = 1,000 x C או C = 0.05 x 10^-9farads = 0.50 pF (או אולי מעט נמוך יותר, מכיוון שזה יאפשר לעבור מעל 63% מתח דרך הקבל).

מבחינה מעשית, בדרך כלל ניתן ליישם ערך קיבול גדול בהרבה שיכול להיות גדול כמו 1 µF או אפילו יותר. זה עשוי בדרך כלל לספק תוצאות משופרות, אך להיפך עשוי לגרום להפחתה ביעילות של הולכת צימוד AC.

כמו כן, חישובים מראים כי צימוד קיבולי הופך ליעיל יותר ויותר ככל שתדר ה- AC גדל, כאשר קבלים אמיתיים מיושמים במעגלי צימוד.

שימוש ברשת RC במעגלי FILTER

הסדר RC רגיל המיושם כ- מעגל פילטר מודגם באיור שלהלן.

אם נסתכל על צד הכניסה, נמצא נגר המחובר בסדרה עם תגובת קיבולי, מה שגורם לירידת מתח להתפתח על פני שני האלמנטים.

במקרה שתגובת הקבל (Xc) במקרה גבוהה מ- R, כמעט כל מתח הכניסה מצטבר על פני הקבל ולכן מתח המוצא מגיע לרמה השווה למתח הכניסה.

אנו יודעים שתגובת הקבל פרופורציונאלית הפוכה לתדר, זה אומר שאם תדר ה- AC גדל יביא לירידת התגובה, וכתוצאה מכך מתח המוצא יגביר את המידתיות (אך חלק משמעותי ממתח הכניסה יירד על ידי הנגד ).

מה זה תדר קריטי

על מנת להבטיח צימוד יעיל של אות AC, עלינו לקחת בחשבון את הגורם הנקרא תדר קריטי.

בתדר זה, אלמנט ערך התגובה נוטה להיות מושפע כל כך עד שבמצב כזה קבל הצימוד מתחיל לחסום את האות במקום להתנהל ביעילות.

במצב כזה, היחס בין וולט (החוצה) / וולט (ב) מתחיל לרדת במהירות. זה מודגם להלן בצורה דיאגרמטית בסיסית.

הנקודה הקריטית, הנקראת נקודת הסרה או תדירות הניתוק (f), מוערכת כ:

fc = 1 / 2πRC

כאשר R נמצא באוהם, C נמצא בפרדות, ו פאי = 3.1416

אך מהדיון הקודם אנו יודעים כי RC = קבוע זמן T, ולכן המשוואה הופכת ל:

fc = 1 / 2πT

כאשר T הוא הזמן הקבוע בשניות.

יעילות העבודה של מסנן מסוג זה מאופיינת בתדירות הניתוק שלהם ובקצב שדרכו מתח הוולט (ב) / וולט (החוצה) מתחיל לרדת מעל לסף תדר הניתוק.

זה האחרון מיוצג בדרך כלל כ- (כמה) dB לאוקטבה (לכל תדר מוכפל), כפי שמצוין באיור הבא המציג את הקשר בין dB לבין יחס וולט (in) / וולט (out), ומספק גם תגובת תדר מדויקת. עֲקוּמָה.

מסנני RC נמוכים

כפי שהשם מרמז, מסנני מעבר נמוך נועדו להעביר אותות AC מתחת לתדר הניתוק עם אובדן מינימלי או הנחתה של עוצמת האות. עבור אותות הנמצאים מעל תדר הניתוק, מסנן מעבר נמוך מייצר הנחתה מוגברת.

ניתן לחשב ערכי רכיבים מדויקים עבור מסננים אלה. כדוגמה, ניתן היה לבנות מסנן שריטות רגיל המשמש בדרך כלל במגברים כדי להחליש תדרים מעל, למשל, 10 קילוהרץ. ערך ספציפי זה מסמל את תדירות הניתוק המיועדת של המסנן.

מסנני RC גבוהים לעבור

מסנני מעבר גבוה נועדו לפעול להפך. הם מחלישים תדרים המופיעים מתחת לתדר הניתוק, אך מאפשרים את כל התדרים בתדר המנותק שנקבע או מעל ללא הנחתה.

כדי להשיג יישום מסנן מעבר גבוה זה, רכיבי ה- RC במעגל פשוט מוחלפים זה עם זה כמפורט להלן.

מסנן מעבר גבוה דומה למקבילו המעבר הנמוך. אלה משמשים בדרך כלל במגברים ובמכשירי שמע, כדי להיפטר מרעש או 'רעש' שנוצר על ידי התדרים הנמוכים והבלתי רצויים.

תדר הניתוק שנבחר שיש לבטל צריך להיות נמוך מספיק כדי שלא יתנגש עם תגובת הבס 'הטובה'. לכן, הגודל שהוחלט הוא בדרך כלל בטווח של 15 עד 20 הרץ.

חישוב תדירות ניתוק RC

בדיוק, אותה נוסחה נדרשת לחישוב תדר הניתוק הזה, ובכך, עם 20 הרץ כסף המנותק שיש לנו:

20 = 1/2 x 3.14 x RC

RC = 125.

זה מצביע על כך שכל עוד רשת RC נבחרה כך שהמוצר שלהם יהיה 125 יאפשר את הפסקת המעבר הגבוהה המיועדת מתחת לאותות 20 הרץ.

במעגלים מעשיים, מסננים כאלה מוצגים בדרך כלל ב שלב מגבר קדם , או במגבר מיד לפני מעגל בקרת טונים קיים.

ל מכשירי Hi-Fi , מעגלי פילטר מנותקים אלה הם בדרך כלל הרבה יותר מתוחכמים מאלה שהוסברו כאן, כדי לאפשר את נקודות הניתוק עם יעילות גבוהה יותר ודיוק נקודת סיכה.

.