Κυκλώματα RC, LR, LC και LCR (σε σειρά).
Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες:ενεργά εξαρτήματα και παθητικά εξαρτήματα. Ο επαγωγέας (I), ο αντιστάτης (R) και ο πυκνωτής (C) είναι οι περιπτώσεις παθητικών στοιχείων. Χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα και μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε οποιοδήποτε κύκλωμα. Τα κυκλώματα RC, RL, LC και RLC σχηματίζονται με συνδυασμό αυτών των τριών στοιχείων σε διάφορες διαμορφώσεις. Έχουν διάφορες εφαρμογές, όπως κυκλώματα φιλτραρίσματος, τσοκ φωτός σωλήνων και πολυδονητές. Έτσι, θα διερευνήσουμε τις βασικές αρχές αυτών των κυκλωμάτων και τη θεωρία πίσω από αυτά. Το γράμμα "R" χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει μια αντίσταση. Μια αντίσταση είναι ένα συστατικό που σπαταλά ενέργεια κυρίως ως θερμότητα. Θα έχει πτώση τάσης που θα παραμένει σταθερή για σταθερή ροή ρεύματος.
Πυκνωτής
Το γράμμα «C» αντιπροσωπεύει τον πυκνωτή. Ένας πυκνωτής είναι μια συσκευή που αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρικού πεδίου (προσωρινό). Ένας πυκνωτής είναι μια συσκευή που αντιστέκεται στις αλλαγές τάσης. Οι πυκνωτές διατίθενται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη, με τους κεραμικούς και ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές να είναι οι πιο συνηθισμένοι. Φορτίζουν με έναν τρόπο αλλά αποφορτίζονται με τον αντίθετο. Επαγωγέας
Το γράμμα «L» χρησιμοποιείται για να αναπαραστήσει έναν επαγωγέα. Ένας πυκνωτής είναι παρόμοιος με έναν επαγωγέα στο ότι αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή μαγνητικού πεδίου. Τα πηνία αντιστέκονται στις αλλαγές στο ρεύμα. Τα πηνία είναι σπειροειδή καλώδια που χρησιμοποιούνται σπάνια σε σύγκριση με τα δύο πρώτα εξαρτήματα. Όταν αυτές οι αντιστάσεις, οι πυκνωτές και τα πηνία συνδυάζονται, μπορούμε να δημιουργήσουμε κυκλώματα όπως τα κυκλώματα RL και RLC, ενισχυτές συζευγμένους RC, που εξαρτώνται από το χρόνο και τη συχνότητα απαντήσεις και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία εφαρμογών AC. Ένα κύκλωμα RC/RL/RLC μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φίλτρο, ταλαντωτής και πολλά άλλα. Βασική αρχή των κυκλωμάτων RC/RL και RLC
Ας δούμε πώς δρουν μια αντίσταση, ένας πυκνωτής και ένας επαγωγέας σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα πριν προχωρήσουμε στο επόμενο θέμα. Εξετάστε ένα βασικό κύκλωμα με πυκνωτή και αντίσταση σε σειρά με τροφοδοτικό για λόγους κατανόησης (5V). Όταν το τροφοδοτικό είναι συνδεδεμένο στο ζεύγος κυκλώματος RC, η τάση κατά μήκος της αντίστασης (Vr ) αυξάνεται στη μέγιστη τιμή του ενώ η τάση κατά μήκος του πυκνωτή (Vc ) παραμένει μηδέν. Καθώς ο πυκνωτής δημιουργεί φορτίο, η τάση κατά μήκος της αντίστασης μειώνεται και η τάση αυξάνεται κατά μήκος του πυκνωτή μέχρι την τάση της αντίστασης (Vr ) είναι μηδέν και η τάση του πυκνωτή (Vc ) είναι μέγιστο. Η σύζευξη RC είναι η συντομογραφία της σύζευξης αντίστασης-χωρητικότητας. Στους ενισχυτές, αυτή είναι η πιο κοινή προσέγγιση σύζευξης. Δημιουργία ενισχυτή συζευγμένου RC με δύο στάδια
Ας μιλήσουμε για ένα κύκλωμα ενισχυτή τρανζίστορ συζευγμένου RC δύο σταδίων. Δύο τρανζίστορ συνδέονται σε μια διάταξη κοινού εκπομπού (CE) στο κύκλωμα ενισχυτή δύο σταδίων και μια κοινή πηγή ισχύος VCC εργάζεται. Το δίκτυο πόλωσης και σταθεροποίησης περιλαμβάνει το δυνητικό δίκτυο διαχωρισμού R1 και R2 καθώς και η αντίσταση Re . Το σήμα δρομολογείται μέσω του πυκνωτή παράκαμψης εκπομπού Ce , το οποίο έχει χαμηλή αντίδραση. Λειτουργία κυκλωμάτων
Η τάση στην αντίσταση φτάνει στο μέγιστο όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, αλλά η τάση στον πυκνωτή παραμένει στο μηδέν. Ο πυκνωτής στη συνέχεια φορτίζει μέχρι το σημείο όπου Vr είναι μηδέν και Vc είναι μέγιστο. Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, ο πυκνωτής αποφορτίζεται, με αποτέλεσμα μια αρνητική τάση κατά μήκος της αντίστασης, και καθώς ο πυκνωτής αποφορτίζεται, οι τάσεις πυκνωτή και αντίστασης γίνονται μηδέν. Τα πηνία μπορούν να αναπαρασταθούν με τον ίδιο τρόπο. Όταν ο πυκνωτής αντικατασταθεί με έναν επαγωγέα, η κυματομορφή θα αντικατοπτρίζεται, πράγμα που σημαίνει ότι όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, η τάση στην αντίσταση (Vr ) θα είναι μηδέν επειδή ολόκληρη η τάση θα εμφανιστεί σε όλο το πηνίο (Vl ). Η τάση κατά μήκος του επαγωγέα (Vl ) θα φτάσει στο μηδέν καθώς φορτίζεται το πηνίο, ενώ η τάση στην αντίσταση (Vr ) θα φτάσει τη μέγιστη τάση του. Κύκλωμα RC
Ένας πυκνωτής και μια αντίσταση θα συνδεθούν σε σειρά ή παράλληλα σε μια πηγή τάσης ή ρεύματος στο κύκλωμα RC (Κύκλωμα πυκνωτή αντίστασης). Επειδή χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές φιλτραρίσματος, αυτά τα κυκλώματα είναι επίσης γνωστά ως δίκτυα RC. Τα φίλτρα χαμηλής διέλευσης, υψηλής διέλευσης και ζώνης μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα RC. Για να φτιάξουμε ένα κύκλωμα RC, συνδέσαμε ένα φορτίο (λάμπα) με γνωστή αντίσταση 1k Ohms σε σειρά με πυκνωτή 470uF . Το κύκλωμα τροφοδοτείται από μπαταρία 12 V και κλείνει και ανοίγει χρησιμοποιώντας διακόπτη. Όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, η μέγιστη τάση (12V) εφαρμόζεται στο φορτίο αντίστασης του λαμπτήρα (Vr ), και η τάση στον πυκνωτή είναι μηδέν. Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, η τάση στην αντίσταση πέφτει στο μηδέν και καθώς φορτίζεται ο πυκνωτής, η τάση αυξάνεται στο μέγιστο επίπεδο, όπως φαίνεται στο γράφημα. Κύκλωμα RL
Ένας επαγωγέας και μια αντίσταση θα συνδεθούν σε σειρά ή παράλληλα στο κύκλωμα RL (Resistor Inductor Circuit). Μια πηγή τάσης θα οδηγεί ένα κύκλωμα σειράς RL, ενώ μια πηγή ρεύματος θα οδηγεί ένα παράλληλο κύκλωμα RL. Ένα κύκλωμα RL πρώτης τάξης με μόνο ένα επαγωγέα και έναν πυκνωτή χρησιμοποιείται συχνά σε παθητικά φίλτρα. Κύκλωμα RLC
Ένα κύκλωμα RLC περιλαμβάνει μια αντίσταση, έναν πυκνωτή και έναν επαγωγέα που συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα. Το κύκλωμα παράγει ένα κύκλωμα ταλαντωτή, το οποίο μπορεί να βρεθεί σε ραδιοφωνικούς δέκτες και τηλεοράσεις. Χρησιμοποιείται επίσης συνήθως ως κύκλωμα αποσβεστήρα σε αναλογικές εφαρμογές — μια ιδιότητα συντονισμού κυκλώματος RLC πρώτης τάξης. Συμπέρασμα
Αν και οι αντιστάσεις, οι επαγωγείς και οι πυκνωτές είναι κοινά και απλά εξαρτήματα, όταν συνδέονται για να σχηματίσουν κυκλώματα όπως τα κυκλώματα RC/RL και RLC, εμφανίζουν περίπλοκη συμπεριφορά που τα καθιστά κατάλληλα για διάφορες εφαρμογές. Η κύρια διάκριση μεταξύ κυκλωμάτων RC και RL είναι ότι ο ενισχυτής συζευγμένος με RC αποθηκεύει ενέργεια ως ηλεκτρικό πεδίο, ενώ το κύκλωμα RL αποθηκεύει ενέργεια ως μαγνητικό πεδίο.
