RC電路

電阻-電容電路

RC電路,全稱電阻-電容電路(英語:Resistor-Capacitancecircuit),一次RC電路由一個電阻器和一個電容器組成。按電阻電容排布,可分為RC串聯電路和RC並聯電路;單純RC並聯不能諧振,因為電阻不儲能,LC並聯可以諧振。RC電路廣泛應用於模擬電路、脈衝數字電路中,RC並聯電路如果串聯在電路中有衰減低頻信號的作用,如果並聯在電路中有衰減高頻信號的作用,也就是濾波的作用。

簡介


最基本的被動線性元件為電阻器(R)、電容器(C)和電感元件(L)。這些元件可以被用來組成4種不同的電路:RC電路、RL電路、LC電路和RLC電路,這些名稱都緣於各自所使用元件的英語縮寫。它們體現了一些對於模擬電子技術來說很重要的性質。它們都可以被用作被動濾波器。本條目主要講述RC電路串聯、並聯狀態的情況。
在實際應用中通常使用電容器(以及RC電路)而非電感來構成濾波電路。這是因為電容更容易製造,且元件的尺寸普遍更小。

特性


先從數學上最簡單的情形來看RC電路的特性。假定RC電路接在一個電壓值為的直流電源上很長的時間了,電容上的電壓已與電源相等(關於充電的過程在後面講解),在某時刻突然將電阻左端S接地,電容上進入了放電狀態。理論分析時,將時刻取作時間的零點。
依據KVL定律,建立電路方程:
初值條件是
這是一階齊次微分方程,其通解為:,
代入原方程后得:
特徵方程為:
特徵根為:
根據:
得:;
故滿足初值的微分方程的解為:.
可以看出電容上電壓衰減的快慢取決於指數中的大小,其大小僅取決於電路結構與元件的參數。
當電阻的單位是Ω,電容的單位是F時,乘積RC的單位為秒(s),用表示。
則電容電壓可記為。
時間常數是電容上電壓下降到初始值的經歷的時間。
當時,電容電壓已經很小,一般認為電路進入穩態。
以上稱為RC一階電路的零輸入響應。

分類


(1)RC串聯電路
電路的特點:由於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:當輸入信號頻率大於時,整個RC串聯電路總的阻抗基本不變了,其大小等於。
(2)RC並聯電路
RC並聯電路既可通過直流又可通過交流信號。它和RC串聯電路有著同樣的轉折頻率:。當輸入信號頻率小於時,信號相對電路為直流,電路的總阻抗等於;當輸入信號頻率大於時的容抗相對很小,總阻抗為電阻阻值並上電容容抗。當頻率高到一定程度后總阻抗為0。
RC串並聯電路存在兩個轉折頻率和:,當信號頻率低於時,相當於開路,該電路總阻抗為。
當信號頻率高於時,相當於短路,此時電路總阻抗為。
當信號頻率高於低於時,該電路總阻抗在到之間變化。

暫態響應


根據電路中外加激勵的情況,將電路暫態過程中的響應分三種;
1.:零狀態響應:換路后電路中的儲能元件無初始儲能,僅由激勵電源維持的響應。
1:零輸入響應:換路后電路中無獨立電源,僅由儲能元件初始儲能維持的響應。
3:全響應:換路后,電路中既存在獨立的激勵電源,儲能元件又有初始儲能,它們共同維持的響應。