RC電路耦合、相移、濾波、微分

所謂RC電路，就是電阻R和電容C組成的一種分壓電路。如下圖1所示：輸入電壓加于RC串聯電路兩端，輸出電壓取自于電阻R或電容 C。由于電容的特殊性質，對下圖 (a)和 (b)不同的輸出電壓取法，呈現出不同的頻率特性。

由此 RC電路在電子電路中作為信号的一種傳輸電路，根據需要的不同，在電路中實現了耦合、相移、濾波等功能，并且在階躍電壓作用下，還能實現波形的轉換、産生等功能。所以，看起來非常簡單的 RC電路，在電子電路中随處可見，有必要對它的基本應用加以讨論。

基本RC電路

1、RC耦合電路

RC耦合電路即阻容耦合電路, 是多級放大器級間耦合方式的基本形式. 如下圖 2所示為兩級放大器, 第一級的輸出電壓就是通過如下圖 3所示的 RC阻容耦合電路加到第二級上的，其中C = C2, R 為 R5 與 rbe2 ( 1 β) R6 的并聯, Ui就是第一級的空載輸出電壓, Uo就是第二級的輸入電壓. 實際上整個放大器的輸入耦合電路、輸出耦合電路都是一個輸出電壓取自于電阻的如圖3所示的 RC耦合電路. 對這種耦合電路輸出電壓可表示為:

當傳輸信号的頻率很高時,即:f＞fL時:Uo=Ui,即第二級得到的輸入電壓等于第一級的輸出電壓,耦合電容相當于通路.即這種情況下,RC耦合電路将被傳輸的信号無衰減地、且無相移地由上級耦合到下級.

當被傳輸信号的頻率降低到f=fL時:輸出電壓的大小等于輸入電壓大小的1/√2且相位超前45度.由通頻 帶的概念,這就是下界頻率.由上可見,RC電路作為耦合電路,能否将被傳送的信号順利地耦合下去,完全由被傳送信号頻率和RC電路的參數比較後決定的.一般來說,RC電路的時間τ=RC遠大于被傳送信号的周期T,即被傳輸信号的頻率遠大于由電路參數決定的下界頻率時,這種RC耦合電路中的電容相當于通路

兩級放大電路

RC耦合電路

2、RC相移電路

RC電路作為二端傳輸網絡,若輸出電壓取自于電阻,則輸出電壓的相位超前;若輸出電壓取自于電容,則輸出電壓的相位落後.這種超前或落後最大可達90度,但此時輸出電壓的幅值也趨近于0.一般在電路中,使之信号通過RC電路,

既有一定的相移,又有一定的電壓幅值,這樣RC電路就成了一個相移電路.在電 路中,根據需要的不同,将若幹節RC電路串聯去實現對某一頻率的信号進行一定角度的相位移動.圖4是一個RC相移式正弦波振蕩器電路.

三節RC相移電路在振蕩電路中既是正反饋網絡,又是選頻網絡,合理選其電路參數,對某一頻率的信号通過RC相移電路,使之每一節的平均相移為60度,總相移為180度,從而滿足振蕩平衡條件,對這一頻率的信号發生振蕩.

3、濾波電路

濾波電路是一種能使有用頻率信号順利通過,而對無用頻率信号起抑制和衰減作用的電子電路.由于電容阻低頻通高頻的基本性質,濾波電路的基本組成部分仍是一個RC電路,當輸出電壓取自于電阻時,它就 是一個高通濾波器;

當輸出電壓取自于電容時,它就是一個低通濾波器.為了隔斷負載對RC電路的影響,常将RC電路和集成運放組合起來組成有源濾波器,如圖5所示為一階有源低通濾波器電路.将圖中的R和C 的位置互換,即得到一階有源高通濾波器.為了使被抑制的頻率成分在截止頻率以外衰減更快,可以将幾節 RC電路串聯使用,而得到高階有源濾波器,也可将不同性質的RC電路相互串并聯使用,得到所謂帶通濾波器和帶阻濾波器等.

RC相移震蕩電路

一般低通濾器

4、微分電路

前面三個問題讨論的是不同頻率的正弦信号通過RC電路時,電路所反映出的性質.當電路中信号電壓發生階躍變化時,由于電容的充放電的性質,使之被傳輸的信号發生另一種變化,這就微分電路和積分電路.

微分電路

所謂微分電路仍是一節RC電路,輸出電壓取之于電阻R.當輸入電壓為階躍變化的矩形脈沖時,且RC電路的充放電時間常數τ=RC＜TK(脈沖寬度)時,能将輸入的矩形脈沖變成寬度為τ的尖脈沖.如圖6所示,由于時間常數遠小于脈沖寬度,脈沖上升沿來到時,電容通過電阻R充電,很快充滿,電路中的電流變為零,輸出電壓變為零,由此在R上得到一個與上升沿相對應的正的尖脈沖.當脈沖下降沿來到時,電容通過電阻R反向放電,同理放電過程很快,在電阻R上得到一個與下降沿對應的負的尖脈沖.由于通過電容的電流為：

微分電路将矩形脈沖變成尖脈沖

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