RC串聯電路的特點:由于有電容存在不能流過直流電流,電阻和電容都對電流存在阻礙作用,其總阻抗由電阻和容抗確定,總阻抗隨頻率變化而變化。RC 串聯有一個轉折頻率:f0=1/2πR1C1當輸入信號頻率大于f0 時,整個 RC 串聯電路總的阻抗基本不變了,其大小等于 R1。
RC串聯電路的暫態過程基本原理
RC電路的特點是充放點過程按指數函數規律進行的。
1. 充電過程
在圖1的電路中,當K扳向“1”的瞬間,電容器尚未積累電荷,此時電動勢E全部 降落在R上最大的充電電流為IO=E/R;隨著電容器電荷的積累,VO增大,R兩端的電壓VR減小,充電電流i跟著減小,著又反過來使VO的增長率變的緩慢;直至VO等于E時,充電過程才終止,電路達到穩定狀態。
在這過程中,電路方程為:
從(3)式可見,Q和VO是隨時間t按指數函數的規律增長的,函數的曲線如圖2(a)所示。
相應可得:
式(4)表明,充電電流i和電阻電壓VR是隨著時間t按指數規律衰減的;起函數曲線
如圖2(b)所示。
2. 放電過程
在圖1的電路中,當電容器C充電后(VO=EK),把開關由“1”扳向“2”,此時電容上C上的電荷就逐漸通過R放電。當開關剛扳向“2”一瞬間,全部電壓VO=E作用在R上,最大的放電電流為IO=E/R,隨后VO逐漸減小,放電電流i也隨著減小,這反過來又使VO的減小變的緩慢。在這過程中,電路的方程為:
式中VR出現了負號,表示放電電流與充電電流方向相反。
從(6)、(7)兩式可知,Q、VO和|VR|是隨時間t按指數函數規律減小的。其函數曲線如圖3所示。
乘積RC稱為電路的時間常數?。從(6)式可知,當t=?=RC時,電容器上的電荷下降到初始值QO的36.8%。因此,?可作為反映RC電路充放電速度快慢的特征值。
與時間常數?有關的另一個在實驗中比較容易測定的特征量是Q下將(或上升)到QO一半是所需要的時間T1/2,這個時間稱為半衰期,由(3)、(4)式可得:
當然,在理論上,t為無窮大時,才有VO=E,i=0。但實際上t=4?~5?時,可近似的認為已充電或放電完畢。從圖2、3中可明顯看到這一點。
若圖1中的開關K在“1”、“2”端迅速來回接通電路時,電容器家體地進行著充電與放電。這個開關的作用可用一個方波來代替,如圖4所示。在上半個周期內,方波電壓+E,
對電容器充電;在下半個周期內,方波電壓為零,電容器放電,顯然方波的作用代替了開關。
若電路的時間常數?《《TK (TK為方波的寬度),在t1時刻,方波從0跳變到E,電容器被充電,在TK的時間內,VO能逐漸增長到E而進入穩態。到了t2時刻,方波從E跳變到0,輸入的兩端相當于短路,于是電容器開始方電,VO從E開始按指數函數規律下降到0而進入另一穩態。
再來看VR,它的波形與充放電電流的波形是一致的。在t1時刻,輸入的方波從0跳變到E,此瞬間方波的跳變全部降落在R上,使VR產生一個同樣大小的跳變,而后隨著VO的生高,VR很快降至零,這樣在R上就形成了一個正的尖脈沖,到了t2時刻,由于電容器放電電流方向相反,所以VR從零跳至一E;同時隨著電容的方電,VR有很快回到零,這樣又形成了一個負的尖脈沖。VR隨t的變化曲線如圖4所示。
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