Întreaga componentă electronică poate fi alunecată în două mari categorii, una fiind componentele active și cealaltă ca componente pasive. Componentele pasive includ rezistorul (R), condensatorul (C) și inductorul (L). Acestea sunt cele trei componente cele mai utilizate în circuitele electronice și le veți găsi în aproape fiecare circuit de aplicație. Aceste trei componente împreună, în diferite combinații, vor forma circuitele RC, RL și RLC și au multe aplicații, cum ar fi circuitele de filtrare, inductorii de lumină a tuburilor, multivibratori etc. Așadar, în acest tutorial vom învăța baza acestor circuite, teoria din spatele și cum să le folosim în circuitele noastre.
Înainte de a trece la subiectele principale, să înțelegem ce face un R, L și C într-un circuit.
Rezistor: Rezistoarele sunt notate cu litera „R”. Un rezistor este un element care disipă energia în cea mai mare parte sub formă de căldură. Va avea o cădere de tensiune peste ea, care rămâne fixă pentru o valoare fixă a curentului care curge prin ea.
Condensator: Condensatoarele sunt notate cu litera „C”. Un condensator este un element care stochează energie (temporar) sub formă de câmp electric. Condensatorul rezistă schimbărilor de tensiune. Există multe tipuri de condensatori, dintre care condensatorul ceramic și condensatorii electrolitici sunt utilizați în cea mai mare parte. Se încarcă într-o direcție și se descarcă în direcție opusă
Inductor: Inductoarele sunt notate cu litera „L”. Un inductor este, de asemenea, similar cu condensatorul, stochează și energie, dar este stocat sub formă de câmp magnetic. Inductoarele rezistă schimbărilor de curent. Inductoarele sunt în mod normal o sârmă înfășurată în bobină și sunt rareori utilizate în comparație cu primele două componente.
Când acești rezistenți, condensatori și inductori sunt uniți, putem forma circuite precum circuitele RC, RL și RLC, care prezintă răspunsuri dependente de timp și frecvență, care vor fi utile în multe aplicații de curent alternativ, așa cum am menționat deja. Un circuit RC / RL / RLC poate fi folosit ca filtru, oscilator și multe altele nu este posibil să acoperim fiecare aspect din acest tutorial, așa că vom învăța comportamentul de bază al acestora în acest tutorial.
Principiul de bază al circuitelor RC / RL și RLC:
Înainte de a începe cu fiecare subiect, să înțelegem cum se comportă un rezistor, un condensator și un inductor într-un circuit electronic. În scopul înțelegerii, să luăm în considerare un circuit simplu format dintr-un condensator și un rezistor în serie cu o sursă de alimentare (5V). În acest caz, când sursa de alimentare este conectată la perechea RC, tensiunea pe rezistor (Vr) crește la valoarea sa maximă în timp ce tensiunea pe condensator (Vc) rămâne la zero, apoi încet condensatorul începe să construiască sarcină și astfel tensiunea pe rezistor va scădea și tensiunea pe condensator va crește până când tensiunea rezistorului (Vr) a atins zero și tensiunea condensatorului (Vc) a atins valoarea maximă. Circuitul și forma de undă pot fi văzute în GIF de mai jos
Să analizăm forma de undă din imaginea de mai sus pentru a înțelege ce se întâmplă efectiv în circuit. O formă de undă bine ilustrată este prezentată în imaginea de mai jos.
Când comutatorul este pornit, tensiunea de pe rezistor (unda roșie) atinge maximul și tensiunea de pe condensator (unda albastră) rămâne la zero. Apoi condensatorul se încarcă și Vr devine zero și Vc devine maxim. În mod similar, când comutatorul este oprit, descărcările condensatorului și, prin urmare, tensiunea negativă apare pe rezistor și pe măsură ce condensatorul descarcă, atât tensiunea condensatorului, cât și rezistența devin zero, așa cum se arată mai sus.
Același lucru poate fi vizualizat și pentru inductoare. Înlocuiți condensatorul cu un inductor și forma de undă va fi doar oglindită, adică tensiunea pe rezistor (Vr) va fi zero atunci când comutatorul este pornit, întrucât întreaga tensiune va apărea pe inductor (Vl). Pe măsură ce inductorul încarcă tensiunea (Vl), aceasta va ajunge la zero, iar tensiunea din rezistor (Vr) va atinge tensiunea maximă.
Circuit RC:
Circuitul RC (Circuitul condensatorului rezistorului) va consta dintr-un condensator și un rezistor conectat fie în serie, fie paralel cu o sursă de tensiune sau curent. Aceste tipuri de circuite sunt, de asemenea, numite filtre RC sau rețele RC, deoarece sunt cele mai frecvent utilizate în aplicații de filtrare. Un circuit RC poate fi folosit pentru a produce unele filtre brute, cum ar fi filtre low-pass, high-pass și Band-Pass. Un circuit RC de prima ordine va consta dintr-un singur rezistor și un condensator și vom analiza același lucru în acest tutorial
Pentru a înțelege circuitul RC, permiteți-ne să creăm un circuit de bază pe proteus și să conectăm încărcătura în scop pentru a analiza modul în care se comportă. Circuitul împreună cu forma de undă sunt prezentate mai jos
Am conectat o sarcină (bec) cu rezistență cunoscută de 1k Ohm în serie cu un condensator de 470uF pentru a forma un circuit RC. Circuitul este alimentat de o baterie de 12V și un comutator este utilizat pentru închiderea și deschiderea circuitului. Forma de undă este măsurată pe becul de încărcare și este afișată în culoare galbenă pe imaginea de mai sus.
Inițial când comutatorul este deschis, apare tensiunea maximă (12V) pe sarcina becului rezistiv (Vr), iar tensiunea pe condensator va fi zero. Când comutatorul este închis, tensiunea de pe rezistor va scădea la zero și apoi, pe măsură ce condensatorul se încarcă, tensiunea va reveni la maxim așa cum se arată în grafic.
Timpul necesar încărcării condensatorului este dat de formulele T = 5Ƭ, unde „Ƭ” reprezintă tou (Constanta de timp).
Să calculăm timpul necesar pentru încărcarea condensatorului în circuit.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 secunde T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 secunde.
Am calculat că timpul necesar încărcării condensatorului va fi de 2,35 secunde, același lucru poate fi verificat și din graficul de mai sus. Timpul necesar pentru ca Vr să ajungă de la 0V la 12V este egal cu timpul necesar condensatorului pentru a se încărca de la 0V la tensiunea maximă. Graficul este ilustrat folosind cursorii din imaginea de mai jos.
În mod similar, putem calcula și tensiunea pe condensator la un moment dat și curentul prin condensator la un moment dat folosind formulele de mai jos.
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Unde, V B este tensiunea bateriei și I o este curentul de ieșire al circuitului. Valoarea t este timpul (în secunde) la care trebuie calculată valoarea tensiunii sau curentului condensatorului.
Circuit RL:
RL Circuit (Rezistor Inductor Circuit) va consta dintr - un Inductor și o Rezistor din nou conectate fie în serie sau în paralel. Un circuit RL din serie va fi acționat de sursa de tensiune și un circuit RL paralel va fi acționat de o sursă de curent. Circuitul RL este utilizat în mod obișnuit ca filtre pasive, un circuit RL de prim ordin cu un singur inductor și un condensator este prezentat mai jos
În mod similar, într-un circuit RL trebuie să înlocuim condensatorul cu un inductor. Se presupune că becul acționează ca o sarcină rezistivă pură, iar rezistența becului este setată la o valoare cunoscută de 100 ohmi.
Când circuitul este deschis, tensiunea peste sarcina rezistivă va fi maximă și când comutatorul este închis, tensiunea de la baterie este împărțită între inductor și sarcina rezistivă. Inductorul se încarcă rapid și, prin urmare, o scădere bruscă de tensiune va fi experimentată de sarcina rezistivă R.
Timpul necesar pentru încărcarea inductorului poate fi calculat folosind formula T = 5Ƭ, unde „Ƭ” reprezintă tou (Constanta de timp).
Să calculăm timpul necesar pentru ca inductorul nostru să se încarce în circuit. Aici am folosit un inductor de valoare 1mH și rezistența de valoare 100 Ohmi
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 secunde T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u secunde.
În mod similar, putem calcula, de asemenea, tensiunea pe inductor într-un moment dat și curentul prin inductor în orice moment, folosind formulele de mai jos
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Unde, V B este tensiunea bateriei și I o este curentul de ieșire al circuitului. Valoarea lui t este timpul (în secunde) la care trebuie calculată valoarea tensiunii sau curentului inductorului.
Circuit RLC:
Un circuit RLC, după cum sugerează și numele, va consta dintr-un rezistor, condensator și inductor conectat în serie sau paralel. Circuitul formează un circuit oscilator care este foarte frecvent utilizat la receptoare radio și televizoare. De asemenea, este foarte frecvent utilizat ca circuite de amortizare în aplicații analogice. Proprietatea de rezonanță a unui circuit RLC de prim ordin este discutată mai jos
Circuitul RLC este denumit și circuit de rezonanță în serie, circuit oscilant sau circuit acordat. Aceste circuite au capacitatea de a furniza un semnal de frecvență rezonant așa cum se arată în imaginea de mai jos
Aici avem un condensator C1 de 100u și un inductor L1 de 10mH conectat în serie de tablă printr-un comutator. Deoarece firul care conectează C și L va avea o anumită rezistență internă, se presupune că o cantitate mică de rezistență este prezentă datorită firului.
Inițial, menținem comutatorul 2 deschis și închidem comutatorul 1 pentru a încărca condensatorul de la sursa bateriei (9V). Apoi, odată ce condensatorul este încărcat, comutatorul 1 este deschis și apoi comutatorul 2 este închis.
De îndată ce comutatorul este închis, încărcarea stocată în condensator se va deplasa spre inductor și îl va încărca în sus. Odată ce condensatorul este complet descărcat, inductorul va începe să se descarce înapoi în condensator, astfel, încărcăturile vor curge înainte și înapoi între inductor și condensator. Dar, din moment ce vor exista unele pierderi de taxe în timpul acestui proces, încărcarea totală va scădea treptat până când va ajunge la zero, așa cum se arată în graficul de mai sus.
Aplicații:
Rezistoarele, inductoarele și condensatoarele pot fi componente normale și simple, dar atunci când sunt combinate pentru a se aduna pentru a forma circuite precum circuitele RC / RL și RLC, acestea prezintă un comportament complex, ceea ce îl face potrivit pentru o gamă largă de aplicații. Puțini dintre ei sunt enumerați mai jos
- Sisteme de comunicare
- Procesare semnal
- Mărire tensiune / curent
- Transmițătoare de unde radio
- Amplificatoare RF
- Circuit LC rezonant
- Circuite de melodii variabile
- Circuite oscilatoare
- Circuite de filtrare