RC电路和滤波电路

1、RC电路的应用RC电路在模拟电路、脉冲数字电路中得到广泛的应用，由于电路的形式以及信号源和R, C元件参数的不同，因而组成了 RC电路的各种应用形式：微分电路、 积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。关键词：RC电路。微分、积分电路。耦合电路。在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的 RC电路，在些电路中， 电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理 的波形之间的关系，产生了 RC电路的 不同应用，下面分别谈谈微分电路、积分 电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。1. RC微分电路如图1所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号V，由电阻R输出信号V 。，当RC数值与输入

2、方波宽度tw之间满足：R«tw,这种电路就称为微分电路。 在R两端（输出端）得到正、负相间的尖脉冲，而且发生在方波的上升沿和下 降沿，如图2所示。O | Lo图1 RC嶽分电路喇阳11HI *1S 2尺鬲増的叢脉秤在t=t 1时，V由OVm,因电容上电压不能突变（来不及充电，相当于短 路, VC= 0）,输入电压V全降在电阻R上，即卩Vr= V = V m。随后（t>t 1 ），电 容C的电压按指数规律快速充电上升，输出电压随之按指数规 律下降(因VO= V I - VC= V VC),经过大约 3t (t= R X C)时，VCVmVOQ T ( RC 的值愈 小，此过程愈快

3、，输出正 脉冲愈窄。t=t 2时，V由V- 0,相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负的电压 V m 开始按指数规律经电阻R放电，刚开始，电容C来不及放电，他的左端(正电) 接地，所以VO=-V，之后Vo随电容的放电也按指数规律减小，同样经过大约3t后，放电完毕，输出一个负脉冲。只要脉冲宽度tW> (510) t，在tW寸间内，电容C已完成充电或放电(约 需3 t )，输出端就能输出正负尖脉冲，才能成为微分电路，因而电路的充放 电时间常数t必须 满足：t <( 1/5 1/10 ) tw,这是微分电路的必要条件。由于输出波形VO与输入波形V之间恰好符合微分运算的结果VO=RC(

4、dVi /dt ),即输出波形是取输入波形的变化部分。如果将V按傅里叶级展开，进行微分运算的结果，也将是 V3的表达式。他主要用于对复杂波形的分离和分 频器，如从电视信号的复合同步脉冲分离出行同步脉冲和时钟的倍频应用。2. RC耦合电路图1 中,如果电路时间常数t (RC >>tw他将变成一个RC耦合电路。输 出 波形与输入波形一样。如图3所示。ffi 3舍电路強形(1) 在t=t 1时，第一个方波到来，V由0-Vm，因电容电压不能突变(VC=0)， V=V=V=Vn。(2) t1<t<t2时，因T >>tw，电容C缓慢充电，VC缓慢上升为左正右负， V o

5、=V?=V V：，Vo缓慢下降。(3) t=t 2时，VO由Vm-0,相当于输入端被短路，此时，Vc已充有左 正右 负电压 = (V/ T)Xt呵，经电阻R非常缓慢地放电。(4) t=t 3时，因电容还来不及放完电，积累了一定电荷，第二个方波到来，电阻上的电 压就不是Vm,而是Vr=VtVc (VCM0),这样第二个输出 方波比第一 个输出方 波略微往下平移，第三个输出方波比第二个输出方波又略微往下平 移，最后，当输出波 形的正半周“面积”与负半周“面积”相等时，就达 到了稳定状态。也就是电容在一个周期内充得的电荷与放掉的电荷相等时，输出波形就稳定不再平移，电容上的平均电压等于输入 信号中电压

6、的直流分量(利 用C的隔直作用)，把输入信号往下平移这个直流分量，便得到输出波形，起到传送输入信号的交流成分，因此是一个耦合电路。以上的微分电路与耦合电路，在电路形式上是一样的，关键是tW与T的关系，下面比 较一下T与方波周期T (T>tw不同时的结果，如图4所示。在这 三种情形中，由于电 容C的隔直作用，输出波形都是一个周期内正、负“面积” 相等，即其平均值为0,不再含有 直流成份。 当t >>T时，电容C的充放电非常缓慢，其输出波形近似理想方波，是理 想耦合电路。 当t =T时，电容C有一定的充放电，其输出波形的平顶部分有一定 的下降或上升，不是理想方波。 当t <

7、<T时，电容C在极短时间内(tW已充放电完毕，因而输出波形为 上下尖脉冲，是微分电路。图4与丁的比絞图3. RC积分电路如图5所示，电阻R和电容C串联接入输入信号VI，由电容C输出信号V0, 当RC (t)数值与输入方波宽度tW之间满足：t >>tW,这种电路称为积分电 路。在S RC梆井电路电容C两端（输出端）得到锯齿波电压，如图 6所示。2鞋时勒由0因电容电压不能夷变芒=时电容开始充电，按指数规律上升.V, = V. -f由于工於切,电容充电非常製懂叫上升很小.vt«v所以Kt = V. +匕:全耳=iR = Vu工JR、囚而播出皑压（%）二 1/Cxpdr I

8、/cfv./? X diVjRCXt.可见籍岀信号VC（V.>与输人信号也g的积分成正比.（3） t=t2时，VI由Vmn0,相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负电 压 VI（VlvVm）经R缓慢放电，VO（VC按指数规律下降。这样，输出信号就是锯齿波，近似为三角形波， T >>tW是本电路必要条件， 因为他是 在方波到来期间，电容只是缓慢充电， VC还未上升到vm时，方波就 消失，电容 开始放电，以免电容电压出现一个稳定电压值，而且 T越大，锯齿波越接近三角波。输出波 形是对输入波形积分运算的结果 他是突出输入信号的直流及缓变分量，降低输入信号的变化量 4. RC滤波电

9、路（无源在模拟电路，由RC组成的无源滤波电路中，根据电容的接法及大小主要可 分为低通滤波 电路（如图7）和高通滤波电路（如图8）。re 7低通愎诜电路ffi K 縞逓滤渡电路（1）在图7的低通滤波电路中，他跟积分电路有些相似（电容C都是并在输出端），但 他们是应 用在不同的电路功能上，积分电路主要是利用电容 C充电 时的积分作用，在输入方波情形下 ，来产生周期性的锯齿波（三角波），因此 电容C及电阻R是根据方波的tw来选取，而 低通滤波电路，是将较高频率的信 号旁路掉（因XC=1/（2 n fC），f较大时，XC较小,相当于短路），因而电容 C的值是参照低频点的数值来确定，对于 电源的滤波电路

10、，理 论上C值愈大愈 好。 图8的高通滤波电路与微分电路或耦合电路形式相同。在脉冲数字电路 中，因RC与脉 宽tW的关系不同而区分为微分电路和耦合电路；在模拟电路， 选择恰当的电容C值，就可以有选择性地让较高频的信号通过，而阻断直流及 低频信号，如高音喇叭串接的电容，就是阻止中低音进入高音喇叭，以免烧坏。另一方面，在多级交流放大电路中，他也是一种耦合电路。5. RC脉冲分压器当需要将脉冲信号经电阻分压传到下一级时， 由于电路中存在各种形式的电 容，如寄生电容，他相当于在负载侧接有一负载电容（如图 9），当输入一脉 冲信号时，因电容CL的 充电，电压不能突变，使输出波形前沿变坏，失真。为 此，可

11、在R1两端并接一加速电容C1，这样组成一个RC脉冲分压器（如图10）。图9电路中確有负載电容4f1W)kTA r»岭仟)(Ci «ia)If(h)Tr心(0)1以L)(G太大)亠0(C)TF t15 11 G辱出的不同波形(1)t=0 +时，电容视为短路，电流只流经Cl, Cl, Vo由Cl和Q分压得到:= V, X Cl/<C1 + CJf丘0时电容视为开路俺腕只流经尺心此由比和出分压得到<=比 X RJg + 碍VJ0*>波形就擡输人波辩竖分压肓不失具件输I如阳H 00).即，¥. X C./tC, + CJJ -V.X RJg + 出Cj

12、= X RJ 疋.C,<CU X MS"心x%g 时，出现欠补Ch > CL X局A时出现过补燃*但是，任何信号源都有一定的内阻，以及一些电路的需要，通常采取过 补偿的办法，如电视 信号中，为突出传送图像的轮廓，采用勾边电路，就是通 过加大C1的取值。滤波电路交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小(电流强度)还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中 的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。、电容滤波电容器

13、是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器 充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去(或降低)之后，电容器将把储存的电能再放岀 来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的 电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。图5-9是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面，下面以图5-9(a)所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程。在二极管导通期间，e2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一

14、直充到最大值。e2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在e2下降期间里，电容器 C上的电压降得不多。当e2下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器 C两端(即负载电阻 Rfz :两端)便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现岀比较平滑的波形。图5-10 (a)( b)中分别示岀半波整流和全波整流时电容滤波前后的输岀波形。显然，电容量越大，滤波效果越好，输出波形越趋于平滑，输出电压也越高。但是，电容量 达到一定值以后， 再加大电容量对

15、提高滤波效果已无明显作用。通常应根据负载电用和输岀电说的大小选择最佳电容量。表5-2中所列滤波电容器容量和输岀电流的关系，可供参考。电容器的耐压值一般取的1 . 5倍。表5-3中列出带有滤波器的整流电路中各电压的关系。输出电流2A左右1A左右0.5-1A左右0.1-0.5A100-50mA50 mA以下滤波电容4000U2000U1000U500U200U-500U200U表二、输入交流电压负载开路时的带负载时的每管承受的最（有效值）输出电压输出电压大反向电压半波整流E2约0.6E2全波整流E2+E2约1.2E2桥式整流E2约1.2E2采用电容滤波的整流电路，输出电压随时出电流变化较大，这对于变化负载（如乙类推挽电路）来说是很不利的。二、电感滤波利用电感对交流阻抗大而对直流用抗小的特点，可以用带铁芯的线圈做成滤波器。电磁滤波输出电压较低，相输出电压波动小，随负载变化也很小，适用于负载电流较大的场合。三、