- Grundlæggende princip for RC / RL og RLC kredsløb:
- RC kredsløb:
- RL-kredsløb:
- RLC kredsløb:
- Anvendelser:
Hele elektronikkomponenterne kan deles i to brede kategorier, den ene er de aktive komponenter og den anden som passive komponenter. De passive komponenter inkluderer modstanden (R), kondensatoren (C) og induktoren (L). Dette er de tre mest anvendte komponenter i elektronik kredsløb, og du finder dem i næsten alle applikationskredsløb. Disse tre komponenter sammen i forskellige kombinationer vil danne RC-, RL- og RLC-kredsløb, og de har mange applikationer som fra filtreringskredsløb, lysdrossler, multivibratorer osv. Så i denne tutorial lærer vi det grundlæggende i disse kredsløb, teorien bag dem og hvordan man bruger dem i vores kredsløb.
Før vi hopper ind i hovedemnerne, kan vi forstå, hvad en R, L og C gør i et kredsløb.
Modstand: Modstande betegnes med bogstavet "R". En modstand er et element, der spredes energi hovedsagelig i form af varme. Det vil have et spændingsfald over det, der forbliver fast for en fast strømværdi, der strømmer gennem det.
Kondensator: Kondensatorer betegnes med bogstavet "C". En kondensator er et element, der lagrer energi (midlertidigt) i form af elektrisk felt. Kondensator modstår ændringer i spænding. Der er mange typer kondensatorer, hvoraf den keramiske kondensator og de elektrolytiske kondensatorer mest bruges. De oplades i en retning og aflades i modsat retning
Spole: Spoler betegnes med bogstavet “L”. En induktor ligner også kondensator, den lagrer også energi, men lagres i form af magnetfelt. Induktorer modstår ændringer i strømmen. Induktorer er normalt en spiralviklet ledning og bruges sjældent sammenlignet med de tidligere to komponenter.
Når disse modstande, kondensatorer og induktorer sættes sammen, kan vi danne kredsløb som RC-, RL- og RLC-kredsløb, som udviser tids- og frekvensafhængige reaktioner, som er nyttige i mange vekselstrømsapplikationer som allerede nævnt. Et RC / RL / RLC kredsløb kan bruges som filter, oscillator og meget mere. Det er ikke muligt at dække alle aspekter i denne vejledning, så vi lærer den grundlæggende opførsel af dem i denne vejledning.
Grundlæggende princip for RC / RL og RLC kredsløb:
Før vi starter med hvert emne, lad os forstå, hvordan en modstand, kondensator og en induktor opfører sig i et elektronisk kredsløb. Af hensyn til forståelsen skal vi overveje et simpelt kredsløb, der består af en kondensator og modstand i serie med en strømforsyning (5V). I dette tilfælde når strømforsyningen er forbundet til RC-parret, stiger spændingen over modstanden (Vr) til sin maksimale værdi, mens spændingen over kondensatoren (Vc) forbliver på nul, så begynder kondensatoren langsomt at opbygge ladning og dermed spændingen over modstanden vil falde, og spændingen over kondensatoren vil stige, indtil modstandsspændingen (Vr) har nået nul, og kondensatorspændingen (Vc) har nået sin maksimale værdi. Kredsløbet og bølgeformen kan ses i GIF nedenfor
Lad os analysere bølgeformen i ovenstående billede for at forstå, hvad der faktisk sker i kredsløbet. En godt illustreret bølgeform vises i nedenstående billede.
Når kontakten er tændt, når spændingen over modstanden (rød bølge) sit maksimale, og spændingen over kondensatoren (blå bølge) forbliver på nul. Derefter oplades kondensatoren, og Vr bliver nul, og Vc bliver maksimum. Tilsvarende når kontakten er slukket, aflades kondensator, og derfor vises den negative spænding over modstanden, og når kondensatoren aflades, bliver både kondensatoren og modstandsspændingen nul som vist ovenfor.
Det samme kan også visualiseres for induktorer. Udskift kondensatoren med en induktor, og bølgeformen spejles bare, dvs. spændingen over modstanden (Vr) vil være nul, når kontakten er tændt, da hele spændingen vises over induktoren (Vl). Når induktoren oplader spændingen over (Vl), når den nul, og spændingen over modstanden (Vr) når den maksimale spænding.
RC kredsløb:
Den RC kredsløb (Resistor kondensatorkredsløbet) vil bestå af en kondensator og en modstand forbundet enten i serie eller parallelt med en spænding eller strøm kilde. Disse typer kredsløb kaldes også som RC-filtre eller RC-netværk, da de oftest bruges i filtreringsapplikationer. Et RC-kredsløb kan bruges til at fremstille nogle råfiltre som lavpas-, højpas- og båndpasfiltre. Et første ordens RC kredsløb vil kun bestå af en modstand og en kondensator, og vi analyserer det samme i denne vejledning
For at forstå RC-kredsløbet, lad os oprette et grundlæggende kredsløb på proteus og forbinde belastningen på tværs af omfanget for at analysere, hvordan det opfører sig. Kredsløbet sammen med bølgeformen er angivet nedenfor
Vi har tilsluttet en belastning (pære) med kendt modstand 1k ohm i serie med en kondensator på 470uF for at danne et RC-kredsløb. Kredsløbet drives af et 12V batteri, og en kontakt bruges til at lukke og åbne kredsløbet. Bølgeformen måles over belastningspæren og vises i gul farve på billedet ovenfor.
Oprindeligt når kontakten er åben, vises maksimal spænding (12V) over den resistive pærebelastning (Vr), og spændingen over kondensatoren er nul. Når kontakten er lukket, falder spændingen over modstanden til nul, og når kondensatoren oplades, når spændingen tilbage til maksimum som vist i grafen.
Den tid, det tager for kondensatoren at oplades, er givet med formlerne T = 5Ƭ, hvor “Ƭ” repræsenterer tou (tidskonstant).
Lad os beregne den tid, det tager for vores kondensator at oplade i kredsløbet.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 sekunder T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 sekunder.
Vi har beregnet, at den tid, det tager for kondensatoren at oplade, vil være 2,35 sekunder, det samme kan også verificeres fra grafen ovenfor. Den tid det tager for Vr at nå fra 0V til 12V er lig med den tid det tager for kondensatoren at oplade fra 0V til maksimal spænding. Grafen illustreres ved hjælp af markørerne i nedenstående billede.
På samme måde kan vi også beregne spændingen på tværs af kondensatoren til enhver tid og strømmen gennem kondensatoren til enhver tid ved hjælp af nedenstående formler
V (t) = V B (1 - e- t / RC) I (t) = I o (1 - e- t / RC)
Hvor, V B er batterispændingen, og I o er kredsløbets udgangsstrøm. Værdien af t er det tidspunkt (i sekunder), hvor kondensatorens spænding eller strømværdi skal beregnes.
RL-kredsløb:
The RL Circuit (Resistor Spole Circuit) vil bestå af en spole og en modstand igen forbundet enten i serie eller parallelt. Et serie RL-kredsløb vil blive drevet af spændingskilde, og et parallelt RL-kredsløb vil blive drevet af en strømkilde. RL-kredsløb bruges almindeligvis som passive filtre, et første ordens RL-kredsløb med kun en induktor og en kondensator er vist nedenfor
På samme måde i et RL-kredsløb er vi nødt til at udskifte kondensatoren med en induktor. Pæren antages at fungere som en ren modstandsbelastning, og pærens modstand er indstillet til en kendt værdi på 100 ohm.
Når kredsløbet er åbent, vil spændingen over den resistive belastning være maksimal, og når kontakten er lukket, deles spændingen fra batteriet mellem induktoren og den resistive belastning. Spolen oplades hurtigt, og derfor oplever et pludseligt spændingsfald af den resistive belastning R.
Den tid, det tager for induktoren at oplade, kan beregnes ved hjælp af formlen T = 5Ƭ, hvor “Ƭ” repræsenterer tou (tidskonstant).
Lad os beregne den tid det tager for vores induktor at oplade i kredsløbet. Her har vi brugt en induktor med værdi 1mH og modstanden med værdi 100 Ohm
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 sekunder T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u sekunder.
På samme måde kan vi også beregne spændingen over induktoren til enhver tid og strømmen gennem induktoren til enhver tid ved hjælp af nedenstående formler
V (t) = V B (1 - e- tR / L) I (t) = I o (1 - e- tR / L)
Hvor, V B er batterispændingen, og I o er kredsløbets udgangsstrøm. Værdien af t er det tidspunkt (i sekunder), hvor spændingen eller strømværdien af induktoren skal beregnes.
RLC kredsløb:
Et RLC-kredsløb, som navnet antyder, vil bestå af en modstand, kondensator og induktor tilsluttet i serie eller parallel. Kredsløbet danner et oscillatorkredsløb, som meget almindeligt bruges i radiomodtagere og fjernsyn. Det bruges også meget almindeligt som spjældkredsløb i analoge applikationer. Resonansegenskaben for et første ordens RLC-kredsløb diskuteres nedenfor
Den RLC kredsløb kaldes også som serieresonanskreds, oscillationskredsløb eller et afstemt kredsløb. Disse kredsløb har evnen til at levere et resonansfrekvenssignal som vist i nedenstående billede
Her har vi en kondensator C1 på 100u og en induktor L1 på 10mH tilsluttet tin-serie gennem en switch. Da ledningen, der forbinder C og L, har en vis indre modstand, antages det, at der er en lille mængde modstand på grund af ledningen.
Oprindeligt holder vi kontakten 2 åben og lukker kontakten 1 for at oplade kondensatoren fra batterikilden (9V). Så når kondensatoren er ladet, åbnes kontakten 1, og derefter lukkes kontakten 2.
Så snart kontakten er lukket, bevæger ladningen, der er gemt i kondensatoren, sig mod induktoren og oplader den. Når kondensatoren er fuldt afladet, vil induktoren begynde at udledes tilbage i kondensatoren, på denne måde vil ladninger strømme frem og tilbage mellem induktoren og kondensatoren. Men da der vil være noget tab af gebyrer under denne proces, falder den samlede ladning gradvist, indtil den når nul som vist i grafen ovenfor.
Anvendelser:
Modstande, induktorer og kondensatorer kan være normale og enkle komponenter, men når de kombineres for at samles for at danne kredsløb som RC / RL og RLC-kredsløb, udviser de en kompleks adfærd, hvilket gør den velegnet til en bred vifte af applikationer. Få af dem er anført nedenfor
- Kommunikationssystemer
- Signalbehandling
- Spænding / strømforstørrelse
- Radiobølgesendere
- RF-forstærkere
- Resonant LC kredsløb
- Variable melodier kredsløb
- Oscillator kredsløb
- Filtreringskredsløb