RC Devreleri Nasıl Çalışır?

Bir RC devresinde, istenen bir koşulu uygulamak için akım akışını düzenlemek için belirli konfigürasyonlarda bir kombinasyon veya R (direnç) ve C (kapasitör) kullanılır.

Biri bir kapasitörün ana kullanımları AC'nin geçmesine izin veren ancak DC'yi bloke eden bir bağlantı birimi biçimindedir. Hemen hemen her pratik devrede, kondansatör ile seri olarak birleştirilen birkaç direnç göreceksiniz.

Direnç, akımın akışını kısıtlar ve beslenen voltajla orantılı olarak kapasitörde bir yük birikmesine neden olarak kapasitöre beslenen besleme voltajında ​​bir miktar gecikmeye neden olur.

RC Zaman Sabiti

RC zamanını (T) belirleme formülü çok basittir:

T = RC burada T = saniye cinsinden zaman sabiti R = megohm cinsinden direnç C = mikrofaradlarda kapasitans.

(R, ohm cinsinden ve C ise faradlarda ise T için çok aynı sayısal değerin sağlandığı gözlenebilir, ancak pratikte megohm ve mikrofaradlar genellikle çok daha kolay birimlerdir.)

Bir RC devresinde, RC zaman sabiti, uygulanan voltajın% 63'üne ulaşmak için kapasitör boyunca uygulanan voltajın aldığı süre olarak tanımlanabilir.

(Bu% 63 büyüklük aslında hesaplama kolaylığı için tercih edilir). Gerçek hayatta, kapasitör üzerindeki voltaj, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, uygulanan voltajın pratik olarak (ancak hiçbir zaman tam olarak)% 100'üne kadar birikmeye devam edebilir.

Zaman sabiti elemanı, zaman faktörü biçiminde zaman uzunluğunu belirtir, örneğin RC ağının 1 zaman faktöründe,% 63 toplam voltaj toplanır, 2X zaman sabitinden sonraki bir dönemde, içeride% 80 toplam gerilim oluşur. kapasitör vb.

5'lik bir zaman sabitinden sonra, kapasitör boyunca neredeyse (ancak tam olarak değil)% 100 voltaj birikebilir. Bir kapasitörün deşarj faktörleri, aynı temel şekilde, ancak ters sırada meydana gelir.

Yani, zaman sabiti 5'e eşit bir zaman aralığından sonra, kondansatöre uygulanan voltaj, tam voltajın% 100 - 63 =% 37'si kadar bir düşüşe ulaşacaktır.

Kapasitörler Asla Tam Olarak Şarj Edilmez veya Boşalmaz

Teorik olarak, en azından, bir kapasitör hiçbir şekilde tam uygulanan gerilim seviyesine kadar şarj edemez ve tamamen deşarj edilemez.

Gerçekte, tam şarj veya tam deşarj, 5 zaman sabitine karşılık gelen bir zaman periyodu içinde başarılmış olarak kabul edilebilir.

Bu nedenle, aşağıda gösterildiği gibi devrede, güç anahtarı 1, 5 x zaman sabiti saniye içinde kapasitörde 'tam' bir şarja neden olacaktır.

Daha sonra, anahtar 1 açıldığında, kondansatör gerçek uygulanan voltaja eşit bir voltaj depolayacağı bir durumda olabilir. Ve kapasitörde sıfır dahili sızıntı olması koşuluyla, bu yükü belirsiz bir süre boyunca tutacaktır.

Gerçek dünyada hiçbir kapasitör mükemmel olamayacağından, bu şarj kaybetme süreci aslında son derece yavaş olacaktır, ancak bu depolanan şarj, orijinal 'tam şarj' voltajının etkili bir kaynağı olmaya devam edebilir.

Kapasitör yüksek voltajla uygulandığında, devre kapatıldıktan sonra bile dokunulması durumunda hızlı bir şekilde elektrik şoku verme konumunda olabilir.

Yukarıdaki ikinci grafik diyagramda gösterilen şarj / deşarj döngüsünü yürütmek için, anahtar 2 kapatıldığında, kondansatör bağlı direnç yoluyla boşalmaya başlar ve deşarj sürecini tamamlaması biraz zaman alır.

Gevşeme Osilatöründe RC Kombinasyonu

Yukarıdaki şekil, bir kapasitörün temel yük boşaltma teorisini kullanarak çalışan çok temel bir gevşetme osilatör devresidir.

Bir DC voltaj kaynağına seri olarak bağlanmış bir direnç (R) ve kapasitör (C) içerir. Devrenin çalışmasını fiziksel olarak görebilmek için bir neon lamba kondansatör ile paralel olarak kullanılır.

Lamba, voltaj eşik voltaj sınırına ulaşıncaya kadar, hemen hemen açık bir devre gibi davranır, anında AÇIK konuma geçer ve akımı bir iletken gibi iletip parlamaya başlar. Bu akım için besleme voltajı kaynağı bu nedenle neon tetikleme voltajından daha yüksek olmalıdır.

Nasıl çalışır

Devre AÇIK konuma getirildiğinde, kapasitör RC zaman sabiti tarafından belirlenen şekilde yavaşça şarj olmaya başlar. Lamba, kapasitör boyunca gelişen yükselen bir voltaj almaya başlar.

Kapasitör üzerindeki bu yük, neonun ateşleme voltajına eşit olabilecek bir değere ulaştığı anda, neon lamba iletir ve yanmaya başlar.

Bu gerçekleştiğinde neon, kapasitör için bir deşarj yolu oluşturur ve şimdi kapasitör boşalmaya başlar. Bu da neon boyunca voltajda bir düşüşe neden olur ve bu seviye neonun ateşleme voltajının altına düştüğünde lamba KAPANIR ve kapanır.

İşlem şimdi neonun yanıp sönmesine neden olmaya devam eder. Yanıp sönme hızı veya frekansı, yavaş yanıp sönme veya hızlı yanıp sönme hızı sağlayacak şekilde ayarlanabilen RC zaman sabiti değerine bağlıdır.

Bileşen değerlerini diyagramda gösterildiği gibi düşünürsek, T = 5 (megohm) x 0.1 (mikrofaradlar) devresi için zaman sabiti = 0.5 saniye.

Bu, RC değerlerini değiştirerek, bireysel tercihe göre neonun yanıp sönme hızının uygun şekilde değiştirilebileceği anlamına gelir.

AC Devrelerinde RC Yapılandırması

Bir RC konfigürasyonunda bir AC kullanıldığında, akımın alternatif doğası nedeniyle, AC'nin bir yarım döngüsü kapasitörleri etkili bir şekilde şarj eder ve benzer şekilde bir sonraki negatif yarı döngü ile deşarj edilir. Bu, kondansatörün alternatif olarak AC döngüsü dalga formunun değişen polaritesine yanıt olarak şarj ve deşarj olmasına neden olur.

Bu nedenle, gerçekte, AC voltajları kondansatörde depolanmaz, bunun yerine kondansatörden geçmesine izin verilir. Bununla birlikte, bu akım geçişi, devrenin yolundaki mevcut bir RC zaman sabiti ile sınırlandırılır.

RC bileşenleri, kondansatörün uygulanan voltajın yüzde ne kadarının şarj edilip deşarj edileceğine karar verir. Eşzamanlı olarak, kapasitör, bu reaktans temelde herhangi bir güç tüketmese bile, AC'nin reaktans yoluyla geçmesine karşı hafif bir direnç sağlayabilir. Birincil etkisi, RC devresinde yer alan frekans tepkisidir.

AC DEVRELERDE RC KAPLİN

Bir ses devresinin belirli bir aşamasını bir kapasitör aracılığıyla başka bir aşamaya bağlamak yaygın ve yaygın bir uygulamadır. Kapasitans bağımsız olarak kullanılıyor gibi görünse de, aslında aşağıda gösterildiği gibi 'yük' terimi ile sembolize edilen bir integral seri dirençle ilgili olabilir.

Kapasitör tarafından desteklenen bu direnç, belirli bir zaman sabiti oluşturmaktan sorumlu olabilecek bir RC kombinasyonuna yol açar.

Bu zaman sabitinin, bir aşamadan diğerine aktarılan giriş AC sinyali frekansının spesifikasyonunu tamamlaması çok önemlidir.

Bir ses amplifikatör devresi örneğini varsayarsak, en yüksek aralık giriş frekansı yaklaşık 10 kHz olabilir. Bu tür bir frekansın zaman periyodu döngüsü 1 / 10.000 = 0.1 milisaniye olacaktır.

Bununla birlikte, bu frekansa izin vermek için, her döngü, bir pozitif ve bir negatif olan bağlantı kapasitör fonksiyonu ile ilgili olarak iki şarj / deşarj özelliği uygular.

Bu nedenle, bir tek şarj / deşarj işlevselliği için süre 0.05 milisaniye olacaktır.

Bu işlevi sağlamak için gereken RC zaman sabiti, beslenen ac voltaj seviyesinin% 63'üne ulaşmak için 0,05 milisaniye değerini ve esas olarak uygulanan voltajın yüzde 63'ünden daha yüksek geçişe izin vermek için biraz daha azını karşılamalıdır.

RC Zaman Sabitini Optimize Etme

Yukarıdaki istatistikler, kullanılacak kaplin kapasitörünün mümkün olan en iyi değeri hakkında bize bir fikir vermektedir.

Bunu açıklamak için, düşük güçlü bir transistörün normal giriş direncinin yaklaşık 1 k olabileceğini varsayalım. En etkili bir RC bağlantısının zaman sabiti 0,05 milisaniye olabilir (yukarıya bakın) ve aşağıdaki hesaplamalarla elde edilebilir:

0.05 x 10 = 1.000 x C veya C = 0.05 x 10^-9faradlar = 0,50 pF (veya muhtemelen biraz daha düşük, çünkü bu,% 63'ten daha yüksek voltajın kapasitörden geçmesine izin verir).

Pratik olarak konuşursak, genellikle 1µF kadar büyük veya hatta daha fazla olabilen çok daha büyük bir kapasite değeri uygulanabilir. Bu tipik olarak iyileştirilmiş sonuçlar sağlayabilir, ancak tam tersine AC birleştirme iletiminin verimliliğinde azalmaya neden olabilir.

Ayrıca, hesaplamalar, kaplin devrelerinde gerçek kapasitörler uygulandığında, AC frekansı arttıkça kapasitif bağlantının gittikçe daha verimsiz hale geldiğini göstermektedir.

FİLTRE DEVRELERİNDE RC ağını kullanma

Standart bir RC düzenlemesi, filtre devresi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Giriş tarafına bakarsak, kapasitif bir reaktans ile seri bağlanmış bir direnç buluyoruz ve bu iki eleman arasında voltaj düşüşüne neden oluyor.

Kondansatör reaktansının (Xc) R'den daha yüksek olması durumunda, neredeyse tüm giriş voltajı kondansatör boyunca oluşur ve bu nedenle çıkış voltajı giriş voltajına eşit seviyeye ulaşır.

Kondansatör reaktansının frekansla ters orantılı olduğunu biliyoruz.Bu, eğer AC frekansı artarsa, reaktansın azalmasına neden olacağı ve çıkış voltajının orantılılığı artıracağı anlamına gelir (ancak giriş voltajının önemli bir kısmı direnç tarafından düşürülecektir) ).

Kritik Frekans nedir

AC sinyalinin verimli bir şekilde bağlanmasını sağlamak için, kritik frekans adı verilen faktörü dikkate almalıyız.

Bu frekansta, reaktans değeri elemanı o kadar kötü bir şekilde etkilenmeye meyillidir ki, böyle bir durumda bağlantı kapasitör verimli bir şekilde iletmek yerine sinyali bloke etmeye başlar.

Böyle bir durumda, volt (çıkış) / volt (inç) oranı hızla düşmeye başlar. Bu, aşağıda temel şema biçiminde gösterilmiştir.

Roll-off noktası veya cut-off frekansı (f) olarak adlandırılan kritik nokta şu şekilde değerlendirilir:

fc = 1 / 2πRC

burada R ohm cinsinden, C faradlarda ve Pi = 3.1416

Ancak önceki tartışmadan RC = zaman sabiti T olduğunu biliyoruz, bu nedenle denklem şöyle olur:

fc = 1 / 2πT

T, saniye cinsinden zaman sabitidir.

Bu tip filtrenin çalışma verimliliği, kesme frekansı ve volt (giriş) / volt (çıkış) oranının kesme frekansı eşiğinin üzerine düşmeye başladığı hız ile karakterize edilir.

İkincisi, dB ve volt (giriş) / volt (çıkış) oranı arasındaki ilişkiyi gösteren aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, genellikle oktav başına (bir miktar) dB (ikiye katlanan her frekans için) olarak temsil edilir ve ayrıca doğru bir frekans tepkisi sağlar. eğri.

RC DÜŞÜK GEÇİŞLİ FİLTRELER

Adından da anlaşılacağı gibi, alçak geçiren filtreler AC sinyallerini minimum sinyal gücü kaybı veya zayıflamasıyla kesme frekansının altında geçirmek için tasarlanmıştır. Kesme frekansının üzerindeki sinyaller için alçak geçiş filtresi, artan bir zayıflama üretir.

Bu filtreler için tam bileşen değerlerini hesaplamak mümkündür. Örnek olarak, amplifikatörlerde normalde kullanılan standart bir çizik filtresi, örneğin 10 kHz üzerindeki frekansları zayıflatmak için yapılabilir. Bu belirli değer, filtrenin amaçlanan kesme frekansını belirtir.

RC YÜKSEK GEÇİŞ FİLTRELERİ

Yüksek geçiren filtreler, tersi yönde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Kesme frekansının altında görünen frekansları zayıflatırlar, ancak hiçbir zayıflama olmaksızın ayarlanan kesme frekansında veya üzerinde tüm frekanslara izin verirler.

Bu yüksek geçişli filtre uygulamasını gerçekleştirmek için, devredeki RC bileşenleri aşağıda belirtildiği gibi basitçe birbirleriyle değiştirilir.

Yüksek geçiş filtresi, düşük geçişli muadiline benzer. Bunlar genellikle amplifikatörlerde ve ses cihazlarında, doğal, istenmeyen düşük frekansların ürettiği gürültüden veya 'gürültüden' kurtulmak için kullanılır.

Elimine edilecek olan seçilen kesme frekansı, 'iyi' bas tepkisi ile çelişmemesi için yeterince düşük olmalıdır. Bu nedenle, karar verilen büyüklük normal olarak 15 ila 20 Hz aralığındadır.

RC Kesme Frekansının Hesaplanması

Kesin olarak, bu kesme frekansını hesaplamak için aynı formül gereklidir, bu nedenle, sahip olduğumuz kesme eşiği 20 Hz ile:

20 = 1/2 x 3,14 x RC

RC = 125.

Bu, RC ağı, ürünü 125 olacak şekilde seçildiği sürece, 20 Hz sinyallerin altında amaçlanan yüksek geçiş kesmesini sağlayacağını gösterir.

Pratik devrelerde, bu tür filtreler tipik olarak ön yükseltici aşaması veya mevcut bir ton kontrol devresinden hemen önce amplifikatörde.

İçin Hi-Fi cihazlar Bu kesme filtre devreleri, kesme noktalarını daha yüksek verimlilik ve iğne noktası doğruluğu ile etkinleştirmek için genellikle burada açıklananlardan çok daha karmaşıktır.

.