Celotne elektronske komponente lahko razdelimo v dve široki kategoriji, med katerimi so aktivne komponente in druge pasivne komponente. Pasivne komponente vključujejo upor (R), kondenzator (C) in induktor (L). To so trije najpogosteje uporabljeni sestavni deli v elektronskem vezju in jih boste našli v skoraj vseh aplikacijskih vezjih. Te tri komponente skupaj v različnih kombinacijah tvorijo vezja RC, RL in RLC in imajo veliko aplikacij, kot so filtrirni tokokrogi, cevne svetlobne dušilke, multivibratorji itd. jih uporabiti v naših vezjih.
Preden skočimo v glavne teme, lahko razumemo, kaj delajo R, L in C v vezju.
Upor: Upori so označeni s črko "R". Upor je element, ki odvaja energijo večinoma v obliki toplote. Na njem bo padel napetost, ki ostane fiksna za določeno vrednost toka, ki teče skozi to.
Kondenzator: Kondenzatorji so označeni s črko "C". Kondenzator je element, ki shranjuje energijo (začasno) v obliki električnega polja. Kondenzator se upira spremembam napetosti. Obstaja veliko vrst kondenzatorjev, med katerimi se večinoma uporabljajo keramični kondenzator in elektrolitski kondenzatorji. Napolnijo se v eno smer in izpraznijo v nasprotno smer
Induktor: Induktorji so označeni s črko "L". Induktor je prav tako podoben kondenzatorju, prav tako shranjuje energijo, vendar je shranjen v obliki magnetnega polja. Induktorji se upirajo spremembam toka. Induktorji so običajno navita žica in se v primerjavi s prejšnjima komponentama redko uporabljajo.
Ko so ti upori, kondenzatorji in induktorji sestavljeni, lahko tvorimo tokokroge, kot so RC, RL in RLC vezje, ki prikazuje odzive, odvisne od časa in frekvence, ki bodo uporabni v mnogih aplikacijah izmeničnega toka, kot smo že omenili. RC / RL / RLC vezje se lahko uporablja kot filtrirno, oscilator in še veliko več je ni mogoče pokriti vseh vidikov v tej vadnici, tako da se bodo naučili osnovno vedenje o njih v tem tečaju.
Osnovni princip vezij RC / RL in RLC:
Preden začnemo z vsako temo, nam dovolite, da razumemo, kako se upor, kondenzator in induktor obnašajo v elektronskem vezju. Za razumevanje si oglejmo preprosto vezje, sestavljeno iz kondenzatorja in upora, zaporedno z napajalnikom (5V). V tem primeru, ko je napajalnik priključen na RC par, se napetost na uporu (Vr) poveča na največjo vrednost, medtem ko napetost na kondenzatorju (Vc) ostane nič, nato pa kondenzator počasi začne graditi naboj in tako napetost na uporu se bo zmanjšala, napetost na kondenzatorju pa se bo povečevala, dokler napetost upora (Vr) ne doseže ničle in napetost kondenzatorja (Vc) doseže največjo vrednost. Vezje in valovno obliko lahko vidite v spodnjem GIF-u
Analizirajmo valovno obliko na zgornji sliki, da bomo razumeli, kaj se dejansko dogaja v vezju. Dobro prikazana valovna oblika je prikazana na spodnji sliki.
Ko je stikalo vklopljeno, napetost na uporu (rdeči val) doseže svoj maksimum in napetost na kondenzatorju (modri val) ostane na ničli. Nato se kondenzator napolni in Vr postane nič, Vc pa največ. Podobno, ko je stikalo izklopljeno, se kondenzator izprazni in se tako na uporu pojavi negativna napetost in ko se kondenzator izprazni, napetost kondenzatorja in upora postane nič, kot je prikazano zgoraj.
Enako je mogoče vizualizirati tudi za induktorje. Kondenzator zamenjajte z induktorjem in valovna oblika se bo samo zrcalila, to pomeni, da bo napetost na uporu (Vr) ob vklopu stikala enaka nič, saj se bo celotna napetost prikazala na induktorju (Vl). Ko bo induktor polnil napetost na (Vl), bo dosegel nič, napetost na uporu (Vr) pa bo dosegla največjo napetost.
RC vezje:
RC vezje (Upor kondenzator vezja) sestoji iz kondenzator in upor bodisi zaporedno vezan ali vzporedno z napetostjo ali tokovnim virom. Te vrste vezij imenujemo tudi RC filtri ali RC omrežja, saj se najpogosteje uporabljajo v filtrirnih aplikacijah. RC vezje lahko uporabimo za izdelavo nekaterih surovih filtrov, kot so nizkoprepustni, visokoprepustni in pasovni filtri. Prvega reda RC vezje bo sestavljen samo en upor in en kondenzator in bomo analizirali enaka v tem tečaju
Da bi razumeli vezje RC, ustvarimo osnovno vezje na proteusu in povežemo obremenitev po celotnem obsegu, da analiziramo, kako se obnaša. Vezje skupaj z valovno obliko je podano spodaj
Tovor (žarnico) z znano upornostjo 1k Ohmov smo zaporedno povezali s kondenzatorjem 470uF, da smo oblikovali RC vezje. Vezje napaja 12V baterija, stikalo pa se uporablja za zapiranje in odpiranje vezja. Oblika valovanja se meri na tovorni žarnici in je na zgornji sliki prikazana v rumeni barvi.
Na začetku, ko je stikalo odprto, se na uporovni obremenitvi žarnice (Vr) prikaže največja napetost (12V) in napetost na kondenzatorju bo enaka nič. Ko je stikalo zaprto, bo napetost na uporu padla na nič, nato pa bo med polnjenjem kondenzatorja napetost dosegla največjo vrednost, kot je prikazano na grafu.
Čas, potreben za polnjenje kondenzatorja, je podan s formulo T = 5Ƭ, kjer "Ƭ" predstavlja tou (časovno konstanto).
Izračunajmo čas, ko se naš kondenzator napolni v vezju.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 sekunde T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 sekunde.
Izračunali smo, da bo čas polnjenja kondenzatorja 2,35 sekunde, enako lahko preverimo tudi iz zgornjega grafa. Čas, potreben, da Vr doseže od 0V do 12V, je enak času, ko se kondenzator napolni od 0V do največje napetosti. Graf je prikazan s kazalci na spodnji sliki.
Podobno lahko izračunamo napetost na kondenzatorju kadar koli in tok skozi kondenzator kadar koli z uporabo spodnjih formul
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Kjer je V B napetost akumulatorja in I o izhodni tok vezja. Vrednost t je čas (v sekundah), v katerem je treba izračunati napetost ali trenutno vrednost kondenzatorja.
RL vezje:
RL vezje (Upor Indukcijska vezja) sestoji iz tuljavo in upor spet bodisi vezani zaporedno ali vzporedno. Serijsko RL vezje poganja vir napetosti, vzporedno RL vezje pa trenutni vir. RL vezje se običajno uporablja kot pasivni filtri, RL vezje prvega reda s samo enim induktorjem in enim kondenzatorjem
Podobno v RL vezju moramo kondenzator zamenjati z induktorjem. Predpostavlja se, da žarnica deluje kot čisto uporovna obremenitev, upor žarnice pa je nastavljen na znano vrednost 100 ohmov.
Ko je tokokrog odprt, bo napetost na uporovni obremenitvi največja in ko je stikalo zaprto, se napetost akumulatorja deli med induktorjem in uporovno obremenitvijo. Induktor se hitro napolni, zato bo uporovna obremenitev R. povzročila nenaden padec napetosti.
Čas, potreben za polnjenje induktorja, lahko izračunamo po formuli T = 5Ƭ, kjer "Ƭ" predstavlja tou (časovno konstanto).
Izračunajmo čas, potreben za polnjenje našega induktorja v vezju. Tu smo uporabili induktor z vrednostjo 1 mH in upor z vrednostjo 100 Ohmov
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 sekund T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u sekund.
Podobno lahko tudi izračunamo napetost na induktorju kadar koli in tok skozi induktor kadar koli z uporabo spodnjih formul
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Kjer je V B napetost akumulatorja in I o izhodni tok vezja. Vrednost t je čas (v sekundah), v katerem je treba izračunati vrednost napetosti ali toka induktorja.
RLC vezje:
RLC vezje kot ime pomeni bo sestavljen iz upora, kondenzatorja in Indukcijska vezani zaporedno ali vzporedno. Vezje tvori oscilatorno vezje, ki se zelo pogosto uporablja v radijskih sprejemnikih in televizorjih. Prav tako se zelo pogosto uporablja kot dušilna vezja v analognih aplikacijah. Resonančna lastnost vezja RLC prvega reda je obravnavana spodaj
RLC vezje se imenuje tudi kot serija resonančni krog, nihajnega kroga ali nihajnega kroga. To vezje lahko oddaja resonančni frekvenčni signal, kot je prikazano na spodnji sliki
Tu imamo kondenzator C1 100u in induktor L1 10mH, povezan s kositrno serijo preko stikala. Ker bo žica, ki povezuje C in L, imela nekaj notranjega upora, se domneva, da je zaradi žice prisoten majhen upor.
Na začetku držimo stikalo 2 odprto in zapremo stikalo 1, da se kondenzator napolni iz vira baterije (9 V). Potem ko se kondenzator napolni, se stikalo 1 odpre in nato stikalo 2 zapre.
Takoj, ko je stikalo zaprto, se naboj, shranjen v kondenzatorju, premakne proti induktorju in ga napolni. Ko se kondenzator popolnoma izprazni, se bo induktor začel prazniti nazaj v kondenzator, tako da bodo naboji med induktorjem in kondenzatorjem tekli sem in tja. Ker pa bo med tem postopkom prišlo do nekaj izgub v nabojih, se bo skupni naboj postopoma zmanjševal, dokler ne bo dosegel nič, kot je prikazano na zgornjem grafu.
Aplikacije:
Upori, induktorji in kondenzatorji so lahko običajni in preprosti sestavni deli, toda ko se kombinirajo, da se tvorijo vezja, kot so vezja RC / RL in RLC, izkazujejo zapleteno vedenje, zaradi česar je primeren za širok spekter uporabe. Nekaj jih je naštetih spodaj
- Komunikacijski sistemi
- Obdelava signalov
- Povečava napetosti / toka
- Oddajniki radijskih valov
- RF ojačevalniki
- Resonančno LC vezje
- Vezja s spremenljivo melodijo
- Oscilatorna vezja
- Filtrirna vezja