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刘坚强电子学《看懂电子电路图》3-8 RC串联电路基础

2019-11-18  刘坚强教程

我们前面分别介绍了电阻电路和电容电路,它们既可以是串联电路,也可以是并联电路。但是在很多场合,并不全都是纯电阻电路或纯电容电路,也有两者混合组成的电路,我们把由电阻R和电容C构成的电路称为阻容电路。注意是电阻在前,电容在后,而不能叫容阻电路。因为电阻是R,电容是C,所以也可以简称为RC电路(如图3-8-1所示)。
 
图3-8-1 RC电路实物

鉴于RC电路在电子电路中应用很广,我们也有必要认真学习、深入掌握。

RC电路的种类和变化很多,常见的有RC串联电路、RC并联电路、RC串并联电路、RC移相电路、积分电路、微分电路,要全部掌握还真不简单,我们这部基础教程尽量不讲太复杂,选前面两个容易的讲,RC串联电路和RC并联电路。

这节课先学习RC串联电路基础,大家看这个比较直观的实物图(如图3-8-2所示)。
 
图3-8-2 RC串联电路实物图

RC串联电路由一个电阻R1和一个电容C1串联而成。在串联电路中,电容C1在电阻R1后面,或在电阻R1前面是一样的。因为我们在前面说过,串联电路中流过各元器件的电流相同。RC串联电路可以接在直流电路中,也可以接在交流电路中。

在两种电路中,RC串联电路工作原理不一样,我们分开来讲,先说直流电路(如图3-8-3所示)。
 
图3-8-3 直流电路中的RC串联电路

没基础的同学,一定要亲自动手,不然印象不深。电阻R1,电容C1,串起来,上面是电源正极,直流电压+V,也就是说可以是+3.3V,也可以+5V等。下面是电源负极,接地(如图3-8-4所示)。
 
图3-8-4 RC串联电路简图

这是简单画一下,还有开关没画。当开关闭合,也就是直流电源刚接通的一瞬间,由于C1两端的电压为0V,它相当于短路,可以把它看作一条直线。那这一RC串联电路中只有电阻R1,大家动手画一下。

电源接通瞬间,去掉相当于短路的C1。作一下说明,C1相当于短路,在直流电源接通以后,直流工作电压+V通过电阻R1,对电容C1充电,很快C1就充满了电荷,上正下负,大小为+V,这时电容C1相当于开路,由于是串联电路,C1开路,R1也就开路了,此时没有直流电流流过这一RC串联电路,大家也画下来(如图3-8-5所示)。
 
图3-8-5 电源接通瞬间C1相当于短路

电源接通之后,C1相当于开路(如图3-8-6所示),从这里断开,这是直流电路中的RC串联电路。

 
图3-8-6 电源接通以后C1相当于开路

再看交流电路,还是画一个形象一点的比较好理解。交流电源、R1、C1(如图3-8-7所示)。
 
图3-8-7 交流电路中的RC串联电路

在RC串联电路中的电流,会引起电容和电阻上的电压降。这些电压降与电路电流及各自的电阻值或容抗值成比例,电阻电压表示为UR,它是电流I乘以电阻R,电容电压表示为UC,它是电流I乘以容抗XC。

因为RC串联电路是电阻和电容的串联,所以它具有纯电阻串联和纯电容串联电路综合起来的特性。在交流电流通过这一电路时,电阻和电容对电流都存在着阻碍作用,其总的阻抗是电阻和容抗之和。

其中,电阻对交流电的阻值不变,但要注意电容的容抗,它是随交流电的频率变化而变化的。所以这一RC串联电路,总的阻抗就是随频率变化而改变。

大家知道,交流电是用发电机发出来的(如图3-8-8所示)。


图3-8-8 交流电是用发电机发出来的

有频率的变化,一般是50Hz,即每秒变化50次。当然也有其它频率,如电子线路中的方波、锯齿波等(如图3-8-9所示)。


图3-8-9 电子线路中波形

它们是通过电容充放电,开关晶体管工作时产生的。所以在交流电里面,还要把频率的变化考虑进来,电阻R1的阻值不受频率影响,不管它。电容C1的容抗是随频率变化的,我们分成三种情况来看:

一是输入信号频率很高,电容C1的容抗很小,几乎为零,可以忽略不计。C1相当于短路,电路中只有电阻R1,因R1的阻值不随频率变化而变化,所以总的阻抗不变,大小为R1(如图3-8-10所示)。


图3-8-10 输入信号频率很高时

二是当交流信号频率降低又不是很低时,电容C1的容抗增大,这时候就不能忽略它了。RC串联电路的阻抗是R1和C1容抗之和(如图3-8-11所示)。
 
图3-8-11 输入信号频率不是很低时

三是当交流信号频率很低时,C1的容抗很大而相当于呈开路状态,此时R1也相当于开路。这时RC串联电路中,就没有频率很低的信号电流流过。换句话说,就是这一RC串联电路对频率很低的信号呈开路特征(如图3-8-12所示)。
 
图3-8-12 输入信号频率很低时

大家发现没有,这个图跟这个图是不是一样?都断开了,这就是电容所谓的通交流隔直流,通高频阻低频。没基础的同学,这节课的内容学起来,应该还是会觉得有点吃力,大家花点时间好好消化一下。

大家可以从刘坚强官网>>网络课堂 观看本节配套视频教程。

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