RC 회로의 작동 원리

RC 회로에서는 원하는 조건을 구현하기 위해 전류 흐름을 조절하기 위해 특정 구성에서 조합 또는 R (저항)과 C (커패시터)가 사용됩니다.

중 하나 커패시터의 주요 용도 AC는 통과하지만 DC는 차단하는 결합 장치의 형태입니다. 거의 모든 실제 회로에서 커패시터와 직렬로 연결된 몇 가지 저항을 볼 수 있습니다.

저항은 전류의 흐름을 제한하고 공급 전압에 비례하여 커패시터에 전하가 축적되도록하여 커패시터에 공급되는 공급 전압에 걸쳐 약간의 지연을 유발합니다.

RC 시간 상수

RC 시간 (T)을 결정하는 공식은 매우 간단합니다.

T = RC 여기서 T = 초 단위의 시간 상수 R = 메가 옴 단위의 저항 C = 마이크로 패럿 단위의 커패시턴스.

(R이 옴에 있고 C가 패럿에 있으면 T에 대해 매우 동일한 숫자 값이 제공되지만 실제로 메가 옴과 마이크로 패럿은 종종 훨씬 더 쉬운 단위입니다.)

RC 회로에서 RC 시간 상수는 적용된 전압의 63 %에 도달하기 위해 커패시터 양단에 적용된 전압에 걸리는 시간으로 정의 될 수 있습니다.

(이 63 % 크기는 계산의 용이성을 위해 실제로 선호됩니다). 실제 생활에서 커패시터 양단의 전압은 아래 그림과 같이 실제로 적용된 전압의 100 %까지 누적 될 수 있습니다.

시정 수 요소는 시간 계수 형태로 시간의 길이를 의미합니다. 예를 들어 RC 네트워크의 1 시간 계수에서 63 % 총 전압이 누적되고 2X 시상수 후 기간 동안 80 % 총 전압이 내부에 축적됩니다. 커패시터 등.

5의 시정 수 이후 거의 (완전하지는 않음) 100 % 전압이 커패시터에 축적 될 수 있습니다. 커패시터의 방전 계수는 동일한 기본 방식으로 발생하지만 역순으로 발생합니다.

즉, 시간 상수 5와 같은 시간 간격 후에 커패시터에 적용된 전압은 100-63 = 전체 전압의 37 % 등으로 떨어집니다.

커패시터는 완전히 충전되거나 방전되지 않습니다.

이론적으로 적어도 커패시터는 완전히인가 된 전압 레벨까지 충전 할 수 없으며 완전히 방전 될 수도 없습니다.

실제로, 완전 충전 또는 완전 방전은 5 개의 시정 수에 해당하는 시간 내에 이루어진 것으로 볼 수있다.

따라서 아래 표시된 회로에서 스위치 1에 전원을 공급하면 5 x 시정 수 초 안에 커패시터에 '완전'충전이 발생합니다.

다음으로, 스위치 1이 열리면 커패시터는 실제 적용된 전압과 동일한 전압을 저장하는 상황에있을 수 있습니다. 그리고 커패시터에 내부 누설이없는 경우이 전하를 무기한 유지합니다.

이 충전 손실 프로세스는 실제로는 매우 느릴 것입니다. 실제로는 커패시터가 완벽 할 수 없기 때문입니다. 그러나이 저장된 충전은 일정 기간 동안 계속해서 원래 '완전 충전'전압의 효과적인 소스가 될 수 있습니다.

커패시터에 고전압이인가되면 회로의 전원이 꺼진 후에도 접촉시 빠르게 감전 될 수 있습니다.

위의 두 번째 그래픽 다이어그램에 표시된대로 충전 / 방전주기를 실행하려면 스위치 2가 닫히면 커패시터가 연결된 저항을 통해 방전을 시작하고 방전 프로세스를 완료하는 데 일정 시간이 걸립니다.

이완 발진기의 RC 조합

위의 그림은 커패시터의 기본 충전 방전 이론을 사용하여 작동하는 매우 기본적인 완화 발진기 회로입니다.

여기에는 DC 전압 소스에 직렬로 연결된 저항 (R) 및 커패시터 (C)가 포함됩니다. 회로의 작동을 물리적으로 볼 수 있으려면 네온 램프 커패시터와 병렬로 사용됩니다.

램프는 전압이 임계 전압 한계에 도달 할 때까지 사실상 개방 회로처럼 작동합니다. 즉, 즉시 스위치가 켜지고 도체처럼 전류가 흐르고 빛을 발합니다. 따라서이 전류의 공급 전압 소스는 네온 트리거링 전압의 소스보다 높아야합니다.

작동 원리

회로에 전원이 들어 오면 커패시터는 RC 시정 수에 따라 천천히 충전되기 시작합니다. 램프는 커패시터에서 발생하는 상승 전압을 받기 시작합니다.

커패시터를 가로 지르는이 전하가 네온의 발화 전압과 동일한 값에 도달하는 순간 네온 램프가 전도되어 조명을 시작합니다.

이런 일이 발생하면 네온이 커패시터의 방전 경로를 생성하고 이제 커패시터가 방전을 시작합니다. 이것은 차례로 네온 양단의 전압 강하를 일으켜이 수준이 네온의 점화 전압 아래로 떨어지면 램프가 꺼지고 꺼집니다.

이제 프로세스가 계속되어 네온이 ON OFF로 깜박입니다. 깜박임 속도 또는 빈도는 RC 시정 수 값에 따라 달라지며 느린 깜박임 또는 빠른 깜박임 속도를 사용하도록 조정할 수 있습니다.

다이어그램에 표시된 구성 요소 값을 고려하면 회로의 시간 상수 T = 5 (메가 옴) x 0.1 (마이크로 패럿) = 0.5 초입니다.

이는 RC 값을 변경함으로써 네온의 깜박임 속도를 개별 선호도에 따라 적절하게 변경할 수 있음을 의미합니다.

AC 회로의 RC 구성

AC가 RC 구성에서 사용되는 경우 전류의 교류 특성으로 인해 AC의 1/2 사이클이 커패시터를 효과적으로 충전하고 마찬가지로 다음 음의 하프 사이클로 방전됩니다. 이로 인해 커패시터는 AC 사이클 파형의 다양한 극성에 따라 교대로 충전 및 방전됩니다.

이로 인해 사실상 AC 전압은 커패시터에 저장되지 않고 커패시터를 통과하도록 허용됩니다. 그러나이 전류 흐름은 회로 경로에있는 기존 RC 시간 상수에 의해 제한됩니다.

RC 구성 요소는 적용된 전압 중 커패시터가 충전 및 방전되는 비율을 결정합니다. 동시에,이 리액턴스는 기본적으로 전력을 소비하지 않더라도 커패시터는 리액턴스를 통해 AC의 통과에 약간의 저항을 제공 할 수도 있습니다. 주요 영향은 RC 회로와 관련된 주파수 응답에 있습니다.

AC 회로의 RC 커플 링

커패시터를 통해 오디오 회로의 특정 단계를 다른 단계에 결합하는 것은 일반적이고 널리 퍼진 구현입니다. 커패시턴스는 독립적으로 사용되는 것처럼 보이지만 실제로는 아래와 같이 '부하'라는 용어로 상징되는 통합 직렬 저항과 관련 될 수 있습니다.

커패시터의 도움을받는이 저항은 특정 시간 상수 생성을 담당 할 수있는 RC 조합을 발생시킵니다.

이 시정 수는 한 단계에서 다른 단계로 전송되는 입력 AC 신호 주파수의 사양을 보완하는 것이 중요합니다.

오디오 증폭기 회로의 예를 가정하면 입력 주파수의 최대 범위는 약 10kHz 일 수 있습니다. 이러한 종류의 주파수주기주기는 1 / 10,000 = 0.1 밀리 초입니다.

즉,이 주파수를 허용하기 위해 각 사이클은 커플 링 커패시터 기능과 관련하여 두 가지 충전 / 방전 특성을 구현합니다. 하나는 양극이고 하나는 음극입니다.

따라서 단독 충전 / 방전 기능을위한 시간은 0.05 밀리 초입니다.

이 기능을 활성화하는 데 필요한 RC 시간 상수는 공급 된 AC 전압 레벨의 63 %에 도달하기 위해 0.05 밀리 초 값을 충족해야하며, 적용된 전압의 63 %보다 높은 통과를 허용하려면 기본적으로 다소 적어야합니다.

RC 시간 상수 최적화

위의 통계는 사용할 커플 링 커패시터의 가능한 최상의 값에 대한 아이디어를 제공합니다.

이를 설명하기 위해 저전력 트랜지스터의 정상적인 입력 저항이 약 1k가 될 수 있다고 가정 해 보겠습니다. 가장 효과적인 RC 커플 링의 시간 상수는 0.05 밀리 초 (위 참조) 일 수 있으며 다음 계산을 통해 얻을 수 있습니다.

0.05 x 10 = 1,000 x C 또는 C = 0.05 x 10^-9패럿 = 0.50pF (또는 63 %보다 높은 전압이 커패시터를 통과하도록 허용하므로 약간 더 낮음).

실질적으로 말해서 훨씬 더 큰 커패시턴스 값이 일반적으로 구현 될 수 있으며 이는 1µF 또는 그 이상일 수 있습니다. 이는 일반적으로 개선 된 결과를 제공 할 수 있지만 반대로 AC 커플 링 전도의 효율성을 감소시킬 수 있습니다.

또한 계산에 따르면 실제 커패시터가 커플 링 회로에 구현 될 때 AC 주파수가 증가함에 따라 용량 성 커플 링이 점점 더 비효율적임을 알 수 있습니다.

FILTER CIRCUITS에서 RC 네트워크 사용

표준 RC 배열은 필터 회로 아래 그림에서 설명합니다.

입력 측을 보면 용량 성 리액턴스와 직렬로 연결된 저항이 발견되어 두 요소에서 전압 강하가 발생합니다.

커패시터 리액턴스 (Xc)가 R보다 높을 경우 거의 모든 입력 전압이 커패시터에 누적되므로 출력 전압이 입력 전압과 동일한 레벨에 도달합니다.

우리는 커패시터 리액턴스가 주파수에 반비례한다는 것을 알고 있습니다. 이것은 AC 주파수가 증가하면 리액턴스가 감소하여 출력 전압이 비례 성을 증가시킵니다 (그러나 입력 전압의 상당 부분이 저항에 의해 떨어집니다). ).

임계 주파수는 무엇입니까

AC 신호의 효율적인 커플 링을 보장하려면 임계 주파수라는 요소를 고려해야합니다.

이 주파수에서 리액턴스 값 요소는 매우 심하게 영향을 받아 이러한 조건에서 커플 링 커패시터가 효율적으로 전도하는 대신 신호를 차단하기 시작합니다.

이러한 상황에서 volts (out) / volts (in)의 비율이 급격히 감소하기 시작합니다. 이것은 기본 다이어그램 형식으로 아래에 설명되어 있습니다.

롤오프 지점 또는 차단 주파수 (f)라고하는 임계 지점은 다음과 같이 평가됩니다.

fc = 1 / 2πRC

여기서 R은 옴, C는 패럿, 파이 = 3.1416

그러나 이전 논의에서 우리는 RC = 시간 상수 T라는 것을 알고 있으므로 방정식은 다음과 같습니다.

fc = 1 / 2πT

여기서 T는 초 단위의 시간 상수입니다.

이러한 유형의 필터의 작동 효율은 차단 주파수와 volts (in) / volts (out) 비율이 차단 주파수 임계 값 이상으로 떨어지기 시작하는 속도로 특징 지어집니다.

후자는 일반적으로 dB와 volts (in) / volts (out) 비율 사이의 관계를 나타내는 다음 그림과 같이 옥타브 당 (일부) dB (각 주파수가 두 배가 됨)로 표시되며 정확한 주파수 응답을 제공합니다. 곡선.

RC 저역 필터

이름에서 알 수 있듯이 저역 통과 필터 신호 강도의 손실 또는 감쇠를 최소화하면서 차단 주파수 아래의 AC 신호를 전달하도록 설계되었습니다. 차단 주파수를 초과하는 신호의 경우 저역 통과 필터는 증가 된 감쇠를 생성합니다.

이러한 필터에 대한 정확한 구성 요소 값을 계산할 수 있습니다. 예를 들어, 증폭기에 일반적으로 사용되는 표준 스크래치 필터는 예를 들어 10kHz 이상의 주파수를 감쇠하도록 구축 할 수 있습니다. 이 특정 값은 필터의 의도 된 차단 주파수를 나타냅니다.

RC 하이 패스 필터

고역 통과 필터는 반대 방향으로 작동하도록 설계되었습니다. 차단 주파수 아래에 나타나는 주파수를 감쇠하지만 감쇠없이 설정된 차단 주파수 이상인 모든 주파수를 허용합니다.

이 고역 통과 필터 구현을 수행하기 위해 회로의 RC 구성 요소는 아래 표시된대로 서로 간단히 교체됩니다.

고역 통과 필터는 저역 통과 필터와 유사합니다. 이들은 일반적으로 증폭기 및 오디오 장치에 사용되어 내재 된 원치 않는 저주파에 의해 생성되는 잡음이나 '우렁 거림'을 제거합니다.

제거 할 선택된 차단 주파수는 '좋은'저음 응답과 충돌하지 않도록 충분히 낮아야합니다. 따라서 결정된 크기는 일반적으로 15 ~ 20Hz 범위입니다.

RC 차단 주파수 계산

정확하게,이 차단 주파수를 계산하려면 동일한 공식이 필요하므로 20Hz를 차단 임계 값으로 사용합니다.

20 = 1 / 2 x 3.14 x RC

RC = 125.

이는 제품이 125가되도록 RC 네트워크를 선택하는 한 20Hz 신호 아래에서 의도 한 고역 통과 차단이 가능함을 나타냅니다.

실제 회로에서 이러한 필터는 일반적으로 프리 앰프 스테이지 , 또는 기존 톤 제어 회로 바로 앞의 앰프에서.

에 대한 Hi-Fi 기기 , 이러한 차단 필터 회로는 일반적으로 여기에 설명 된 회로보다 훨씬 더 정교하여 더 높은 효율과 핀 포인트 정확도로 차단 지점을 가능하게합니다.

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