第1階段 RC電路的識讀訓練

RC電路是一種由電阻器和電容器按照一定的方式進行連接的電路。在學習該類電路識讀時，應(yīng)首先認識和了解該類電路的結(jié)構(gòu)形式，其次再結(jié)合具體的電路單元弄清楚其電路特點和功能，最后根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點再進行識讀，以幫助分析和理解整個電子產(chǎn)品電路。

2.1.1 典型RC電路的識讀分析

根據(jù)不同的應(yīng)用場合和功能，RC電路通常有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是RC串聯(lián)電路；另一種是RC并聯(lián)電路，如圖2-1所示。

1.RC電路的結(jié)構(gòu)

（1）RC串聯(lián)電路

電阻器和電容器串聯(lián)連接后的組合再與交流電源連接，稱為RC串聯(lián)電路。圖2-2為典型RC串聯(lián)電路。電路中流動的電流在電容器和電阻器上產(chǎn)生電壓降。這些電壓降與電路中的電流和各元件的電阻值或容抗值成比例。電阻器電壓UR和電容器電壓UC用歐姆定律表示為（XC為容抗）

UR=I×R

UC=I×XC

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（2）RC并聯(lián)電路

電阻器和電容器并聯(lián)連接后的組合再與交流電源連接，稱為RC并聯(lián)電路。圖2-4為典型RC并聯(lián)電路。

與所有并聯(lián)電路相似，在RC并聯(lián)電路中，由于外加電壓U直接加在各個支路上，因此各支路的電壓相等，都等于外施電壓，并且三者之間的相位相同。因為整個電路的電壓相同，它為表示任意電路的相位差提供了基準。當知道任何一個電路電壓時，將會知道所有電壓值，即

U=UR=UC

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2.RC電路的功能

RC電路主要功能是在電路中起到振蕩和濾波的作用。

（1）RC組成的振蕩電路

①RC橋式振蕩電路的識讀分析。RC橋式振蕩電路如圖2-6所示。在RC橋式振蕩電路中，RC串/并聯(lián)電路起反饋和選頻作用；放大部分是一個兩級放大電路。R5與R9分別是兩個放大晶體管的電流串聯(lián)負反饋電阻，Rf是級間電壓串聯(lián)負反饋電阻。負反饋的作用是減小失真、穩(wěn)定輸出。

圖中，當R=R1=R2，C=C1=C2時，振蕩頻率計算公式為

f0=πRC/2

●RC串/并聯(lián)電路的頻率特性。圖2-7為RC串/并聯(lián)電路及頻率特性。

圖2-7（a）為RC串/并聯(lián)電路。其中，ui為輸入電壓（對RC串并聯(lián)電路而言），uo為輸出電壓。圖2-7（b）和圖2-7（c）為反映uo與ui幅度相對大小與輸入信號頻率f之間關(guān)系的曲線（稱幅頻特性），以及uo與ui相位差大小與輸入信號頻率之間的關(guān)系曲線（稱相頻特性）。

幅頻特性表明RC串/并聯(lián)電路具有選頻能力，這是因為電容的容抗是頻率的函數(shù)。因而，當ui的幅度固定，僅改變信號頻率時，uo的幅度也隨頻率的改變而不同。當f=0時，C1相當于開路，uo=0；當f增大時，C1容抗減小，電流i增加，uo的輸出也隨之增加，且隨f進一步增大，uo也增大。但由于C2的容抗也隨f升高而減小。因此，當f增大到某個值后，若繼續(xù)增大f，這時uo反而下降；當f增加到一定程度時，uo會趨近于0。顯然，頻率f從0到某值時，uo的幅度經(jīng)歷了一個從小到大，再從大到小的過程。這中間存在一個幅度最大的頻率點。這個頻率就是諧振頻率f0，近似為

當R1=R2=R，C1=C2=C時，上式可簡化為

圖2-27（c）的相頻特性說明：當ui的頻率為零時，uo超前ui90°；當ui的頻率趨于無窮大時，uo滯后ui90°；只有當f=f0時，uo與ui同相。綜上所述，RC串/并聯(lián)電路在特殊頻率點上具有輸出與輸入同相且輸出幅度最大（等于輸入幅度的）的特點。

●橋式振蕩電路的振蕩條件。由上面的分析可知，RC串/并電路具有與LC回路相似的頻率特性，但是它卻不能像LC回路那樣用于單管放大器中構(gòu)成正弦波振蕩器，只能用于兩級共射極放大電路中（見圖2-6）。這是因為一級放大電路輸入/輸出只有180°相移，兩級共射放大電路才可能產(chǎn)生360°的相移而達到同相的條件。而作為反饋電路的RC串/并電路，當f=f0時，輸入/輸出同相（即不產(chǎn)生相移）。因此為正反饋，滿足相位平衡條件。

關(guān)于振幅平衡條件，由圖2-6可知，假定兩級放大器的總電壓增益為Au，根據(jù)AF=1，由于當f=f0時，F(xiàn)=uo/ui=1/3，因此，滿足振幅平衡條件的Au為

而起振條件是放大器的增益Au＞3，這是不難達到的。

為了使放大器起振后Au=3，在電路中引入較大的負反饋。Rf是負反饋電阻（見圖2-6），屬電壓串聯(lián)負反饋。它使放大器的輸入阻抗提高，輸出阻抗降低，從而削弱放大器對選頻回路的影響。

②RC移相振蕩電路的識讀分析。RC移相振蕩電路由一級基本放大電路和三節(jié)RC移相電路組成，如圖2-8所示。

在RC移相振蕩電路中，C1和R1、C2和R2構(gòu)成兩節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)，第三節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)由C3、RB1和三極管VT放大電路的輸入電阻Ri組成，圖中通常選取C1=C2=C3=C，R1=R2=R。因為基本放大電路在其通頻帶范圍內(nèi)φA=180°，若要求滿足相位平衡條件，反饋網(wǎng)絡(luò)還必須使通過它的某一特定頻率的正弦電壓再移相180°。在RC電路中（見圖2-8），就有超前移相的作用。一節(jié)RC電路的最大移相不超過90°，不能滿足振蕩的相位條件；兩節(jié)RC電路的最大相移雖然可以達到180°，但在接近180°時，超前移相RC網(wǎng)絡(luò)的頻率必然很低，此時輸出電壓已接近于零，也不能滿足振蕩的幅值條件，所以實際上至少要用三節(jié)RC電路來移相使之達到180°，才能滿足相位平衡條件。

移相振蕩器的振蕩頻率不僅與每節(jié)的R、C元件的取值有關(guān)，而且還與放大電路的負載電阻RC和輸入電阻Ri有關(guān)。通常為了設(shè)計的方便，使每節(jié)的R、C元件的取值完全一樣，且令RC=R，RRi。當滿足這些條件后，移相振蕩器的振蕩頻率為

為了滿足起振要求，三極管的β值應(yīng)大于或等于29（這個條件很容易滿足）。β越大，起振越容易。

在電路中，為了減小負載對振蕩電路的影響，通常在輸出端加一級射極輸出器，在分析振蕩頻率和振蕩條件時，可暫不考慮它的作用。

RC移相振蕩電路具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、方便等優(yōu)點。其缺點是選頻性能較差，頻率調(diào)節(jié)不方便，由于沒有負反饋，因此輸出幅度不夠穩(wěn)定，輸出波形較差，一般用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場合，其頻率范圍為幾赫到幾十千赫。

③RC雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路的識讀分析。圖2-9為RC雙T選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路，當滿足關(guān)系R3＜時，振蕩頻率計算公式為

由于RC雙T網(wǎng)絡(luò)比RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有更好的選頻特性，因此RC雙T網(wǎng)絡(luò)振蕩電路有比較廣泛的應(yīng)用。其缺點是頻率調(diào)節(jié)比較困難，因此比較適用于產(chǎn)生單一頻率的振蕩電路。

RC振蕩電路的振蕩頻率均與R、C乘積成反比，如果需要振蕩頻率高，勢必要求R或C較小。這在制作上將有困難，因此RC振蕩器一般用來產(chǎn)生幾赫至幾百千赫的低頻信號。若要產(chǎn)生更高頻率的信號，則應(yīng)采用LC正弦波振蕩器。

（2）RC組成的濾波電路

在一些通信類的電子產(chǎn)品中，經(jīng)常使用RC元件構(gòu)成的濾波電路。濾波器可以過濾掉特定頻率的信號或允許特定頻率的信號通過。濾波電路可以將所需信號和不需要的信號分離開來，阻止干擾信號，提高所需要信號的質(zhì)量。

由RC元件構(gòu)成的濾波器主要分為低通濾波器和高通濾波器兩種。電容器在電路中的位置決定了濾波器是低通還是高通。

①低通濾波器。低通濾波器的特性是從零到一個特定頻率的所有信號可以自由地通過并傳輸?shù)截撦d，高頻信號被阻止或削弱。

圖2-10為典型RC串聯(lián)組成的低通濾波器。輸入電壓加在串聯(lián)的電阻器和電容器上，信號從電容器兩端輸出。電阻與電容組成一個分壓電路，其輸出的分壓比例和電阻值（R）與容抗值（XC）有關(guān)。當輸入信號的頻率變化時，電阻的值不會變化，但電容的阻抗（XC）會隨頻率的升高而減小。在低頻時，XC大于R，大部分輸入信號可以出現(xiàn)在輸出端，在很高的頻率時，XC遠小于R，輸出的信號會很小。

圖2-11為低通濾波器的頻率響應(yīng)曲線。曲線給出了輸出的電壓值和頻率的關(guān)系。當頻率為0Hz或輸入為直流時，電容的阻礙作用最大，而且輸出電壓等于輸入電壓。隨著頻率增加，XC開始減小，并且輸出電壓也開始下降。在截止頻率（f0）處，輸出電壓大約等于輸入電壓的70%。在達到截止頻率后，輸出電壓以恒定的斜率下降。

②高通濾波器。高通濾波器用于阻止從零到一特定頻率的所有信號，但該特定頻率以上的高頻信號可自由通過。

圖2-12為簡單的RC串聯(lián)高通濾波器及頻率響應(yīng)曲線。該濾波器是由電容C和電阻R組成的分壓電路。輸出信號取自電阻器的兩端。當輸入低頻信號時，電容的阻抗（容抗XC）很大，輸出信號的幅度很小；隨著頻率升高，容抗變小，輸出信號的幅度逐漸增加。當輸入頻率很高時，容抗值非常低。因此，對于更高的頻率，電容器相當于短路。輸出幾乎等于輸入。

2.1.2 RC電路的應(yīng)用與識讀案例訓練

1.簡單LED顯示電路中的基本RC電路

LED顯示電路是一種經(jīng)常用來做指示燈用的電路，通過交流電源或直流電源為LED發(fā)光二極管進行供電，從而使發(fā)光二極管（LED）發(fā)光。圖2-13為簡單LED顯示電路。

如圖2-13所示中的電阻器R和電容器C1、C2可組成并聯(lián)濾波電路，交流220V電壓經(jīng)變壓器變成6V交流電壓，再經(jīng)整流二極管整流成直流電壓，直流電壓是波動較大的電壓。在整流二極管的輸出端接上一個電阻和兩個電解電容C1、C2，就可以起到較好的濾波作用，能使直流電壓的波動減小。

2.簡單直流穩(wěn)壓電源電路中的基本RC電路

直流穩(wěn)壓電源電路主要用來將交流220V電壓變?yōu)橹绷麟妷海瑸殡娮赢a(chǎn)品進行供電。圖2-14為一種簡單的直流穩(wěn)壓電源電路。

如圖2-14所示中的電阻器R1、R2和電容器C1、C2可組成兩級基本的RC濾波電路。交流220V變壓器降壓后輸出8V交流低壓，8V交流電壓經(jīng)橋式整流電路輸出約11V直流電壓，該電壓經(jīng)兩級RC濾波后，輸出較穩(wěn)定的6V直流電壓。

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