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淺談RC電路

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發(fā)表于 2023-3-28 16:17:04 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |正序?yàn)g覽 |閱讀模式
一博高速先生成員--孫宜文
本文示例的是較為常見(jiàn)的一階RC積分電路,從時(shí)域角度來(lái)說(shuō),大家可能都聽(tīng)過(guò)RC時(shí)間常數(shù),那么其充放電過(guò)程是怎樣的?頻域特性如何?有何規(guī)律,筆者借此篇文章和大家一起簡(jiǎn)單了解下,本文使用Sigrity Topology Explorer 17.4仿真軟件。

1 ^' \, y) i$ o: _/ R

' e7 q# S- Y" g( _
6 O" d0 q2 D) G, H/ ~5 i3 a" W
7 f& R$ V7 T. Z. |- P3 f" Z7 l9 [
/ p5 U7 z6 H  b7 b% a
  w% R3 N, F4 _# d! r
先搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路模型,觀察時(shí)域波形,1V恒壓源,路徑上使用RC串聯(lián)電路,R值為1Kohm,C值為1nf。探測(cè)電容端的充電電壓及電流,仿真結(jié)果如下:

, D. F1 a5 H% f* W$ i8 s

. q% ~4 ~% Q) D1 T4 _. q: `1 g! O: b- i9 k- [
0 \+ v2 @: Z9 u
通過(guò)時(shí)域結(jié)果可以看到電容兩端的電壓和電流的變化,第二張圖是標(biāo)記了不同時(shí)間常數(shù)下的電容電壓值。
電源V通過(guò)電阻給電容C充電,V0為電容上的初始電壓,Vc為電容充滿電后的電壓,Vt為t時(shí)刻的電容電壓,便可以得到以下計(jì)算公式:
Vt=V0+(Vc-V0)*[1-e^(-t/RC)],其中時(shí)間常數(shù)T=RC
在此鏈路中T=1*10^(-9) F * 1*10^3 ohm =1us,所以1T=1us。
每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間常數(shù),電容兩端的電壓上升(1-1/e)大約是電源電壓和電容兩端電壓之差的63.2%。從電路接通電源開(kāi)始:
1us時(shí),Vt=0+(1-0)*(1-1/e)≈0.632V,
2us時(shí),Vt=0.632+(1-0.632)*(1-1/e)≈0.865V,
3us時(shí),Vt=……
4us時(shí),Vt=……
5us時(shí),Vt=……
……
理論上5個(gè)時(shí)間常數(shù)后,電容基本上接近充滿的狀態(tài)了,不過(guò)是不可能完全充滿的,因?yàn)楣嚼锩娴闹笖?shù)函數(shù)的值不可能會(huì)等于0,隨著時(shí)間的無(wú)限延長(zhǎng),電容兩端的電壓也會(huì)無(wú)限趨近于1v,和前面仿真看到的時(shí)域響應(yīng)的波形吻合。
了解時(shí)域的響應(yīng)后接著看下頻域響應(yīng),畫出對(duì)應(yīng)的電路圖,

  m3 |. q4 F5 |  S

* @* s2 T4 w& `! E% v" x
由頻域模型圖得知電阻的比值,即可計(jì)算出電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)表達(dá)式:H(ω)=Uout/Uin=1/(1+jωRC)
幅頻特性大致如下圖:

3 Y! e9 H/ M+ }. ^. Y4 M0 i" K( e

; k# S. b  a) s& d
可以看到,低頻輸出幅度大,高頻輸出幅度小。選擇適當(dāng)?shù)慕刂诡l率可以讓信號(hào)
的有效成分通過(guò)且使其夾帶的毛刺得到合理抑制,這里的放大倍數(shù)0.707實(shí)際上也是我們常提到的增益為-3db的點(diǎn),表示輸出占輸入幅度的1/√2,ωc=1/RC也作為截止頻率衡量濾波性能的定性指標(biāo)。由于具備這種頻域特性,這種RC積分
電路常被用作于濾除高頻的一些毛刺噪聲。
好了,這期關(guān)于RC電路的分享就到這里,還有更多內(nèi)容讀者們敬請(qǐng)期待。

! ]/ c$ b/ M! l
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發(fā)表于 2023-4-2 15:10:25 | 只看該作者
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