Visus elektronikas komponentus var iedalīt divās lielās kategorijās, no kurām viena ir aktīvās sastāvdaļas un otra kā pasīvās sastāvdaļas. Pasīvie komponenti ietver rezistoru (R), kondensatoru (C) un induktoru (L). Šie ir trīs visbiežāk izmantotie komponenti elektronikas ķēdē, un jūs tos atradīsit gandrīz katrā lietojuma ķēdē. Šīs trīs sastāvdaļas kopā dažādās kombinācijās veidos RC, RL un RLC ķēdes, un tām ir daudz lietojumu, piemēram, no filtrēšanas ķēdēm, cauruļu gaismas droselēm, multivibratoriem utt. Tātad šajā apmācībā mēs uzzināsim šo ķēžu pamatus, teoriju tos un kā tos izmantot mūsu ķēdēs.
Pirms ķeramies pie galvenajām tēmām, mēs varam saprast, ko R, L un C dara ķēdē.
Rezistors: rezistorus apzīmē ar burtu “R”. Rezistors ir elements, kas enerģiju izkliedē galvenokārt siltuma veidā. Tam būs sprieguma kritums, kas paliek fiksēts caur to plūstošās strāvas fiksētai vērtībai.
Kondensators: Kondensatori tiek apzīmēti ar burtu “C”. Kondensators ir elements, kas enerģiju uz laiku uzglabā elektriskā lauka veidā. Kondensators pretojas sprieguma izmaiņām. Ir daudz kondensatoru veidu, no kuriem galvenokārt tiek izmantoti keramikas kondensatori un elektrolītiskie kondensatori. Viņi uzlādējas vienā virzienā un izlādējas pretējā virzienā
Induktors: Induktorus apzīmē ar burtu “L”. Induktors ir arī līdzīgs kondensatoram, tas arī uzkrāj enerģiju, bet tiek uzkrāts magnētiskā lauka formā. Induktori pretojas strāvas izmaiņām. Induktori parasti ir tinuma stieples vads, un tos reti izmanto, salīdzinot ar abiem iepriekšējiem komponentiem.
Kad šie rezistori, kondensatori un induktori ir salikti kopā, mēs varam izveidot tādas ķēdes kā RC, RL un RLC ķēdes, kurām ir no laika un frekvences atkarīgas reakcijas, kas būs noderīgas daudzās maiņstrāvas lietojumprogrammās, kā jau minēts. RC / RL / RLC ķēdes var izmantot kā filtru, oscilatoru un vēl daudz vairāk, tas nav iespējams aptvert visus aspektus šajās mācībās, tāpēc mēs mācīties pamata uzvedību tiem šo pamācību.
RC / RL un RLC shēmu pamatprincips:
Pirms sākam ar katru tēmu, ļaujiet mums saprast, kā rezistors, kondensators un induktors darbojas elektroniskajā ķēdē. Lai saprastu, ņemsim vērā vienkāršu ķēdi, kas sastāv no kondensatora un rezistora virknē ar barošanas avotu (5V). Šajā gadījumā, kad barošanas avots ir pievienots RC pārim, spriegums pret rezistoru (Vr) palielinās līdz maksimālajai vērtībai, kamēr spriegums pāri kondensatoram (Vc) paliek nulle, tad lēnām kondensators sāk veidot lādiņu un tādējādi spriegums pāri rezistoram samazināsies un spriegums pāri kondensatoram palielināsies, līdz rezistora spriegums (Vr) ir sasniedzis nulli un kondensatora spriegums (Vc) ir sasniedzis maksimālo vērtību. Kontūru un viļņu formu var redzēt zemāk redzamajā GIF
Analizēsim viļņu formu iepriekš redzamajā attēlā, lai saprastu, kas notiek ķēdē. Labi ilustrēta viļņu forma ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Kad slēdzis ir ieslēgts, spriegums visā rezistorā (sarkanais vilnis) sasniedz maksimumu un spriegums pāri kondensatoram (zils vilnis) paliek nulle. Tad kondensators uzlādējas, un Vr kļūst nulle un Vc kļūst maksimāla. Līdzīgi, kad slēdzis tiek izslēgts, kondensators izlādējas un līdz ar to negatīvais spriegums parādās visā rezistorā, un, izlādējoties kondensatoram, gan kondensatora, gan rezistora spriegums kļūst nulle, kā parādīts iepriekš.
To pašu var vizualizēt arī induktoriem. Nomainiet kondensatoru ar induktoru, un viļņu forma tikai tiks atspoguļota, tas ir, spriegums pret rezistoru (Vr) būs nulle, kad ieslēdzat slēdzi, jo viss spriegums parādīsies pāri induktoram (Vl). Kad induktors uzlādē spriegumu pāri (Vl), tas sasniegs nulli un spriegums pāri rezistoram (Vr) sasniegs maksimālo spriegumu.
RC ķēde:
RC ķēde (rezistors kondensators Circuit), sastāv no kondensatoru un rezistoru savienots vai nu virknē vai paralēli spriegumam vai strāvas avotu. Šāda veida shēmas sauc arī par RC filtriem vai RC tīkliem, jo tos visbiežāk izmanto filtrēšanas lietojumos. RC ķēdi var izmantot, lai izveidotu dažus neapstrādātus filtrus, piemēram, zemfrekvences, augstfrekvences un joslas caurlaides filtrus. Pirmās kārtas RC ķēde sastāv tikai no viena pretestība un viens kondensators, un mēs analizējam to pašu šo pamācību
Lai saprastu RC ķēdi, izveidojiet proteus pamata ķēdi un savienojiet slodzi visā darbības sfērā, lai analizētu tā uzvedību. Ķēde kopā ar viļņu formu ir norādīta zemāk
Mēs esam savienojuši zināmas pretestības 1k omu slodzi (spuldzi) virknē ar kondensatoru 470uF, lai izveidotu RC ķēdi. Kontūru darbina 12 V akumulators, un ķēdes aizvēršanai un atvēršanai tiek izmantots slēdzis. Viļņu forma tiek mērīta visā slodzes spuldzē, un tā ir attēlota dzeltenā krāsā augšējā attēlā.
Sākotnēji, kad slēdzis ir atvērts, maksimālais spriegums (12V) parādās pretestības spuldzes slodzē (Vr), un spriegums kondensatorā būs nulle. Kad slēdzis ir aizvērts, spriegums visā rezistorā nokritīsies līdz nullei un pēc tam, kad kondensators uzlādēsies, spriegums atkal sasniegs maksimumu, kā parādīts diagrammā.
Kondensatora uzlādes laiku nosaka formulas T = 5 by, kur “Ƭ” apzīmē tou (laika konstante).
Aprēķināsim laiku, kas vajadzīgs, lai mūsu kondensators uzlādētos ķēdē.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 sekundes T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 sekundes.
Mēs esam aprēķinājuši, ka laiks, kas nepieciešams kondensatora uzlādei, būs 2,35 sekundes, to pašu var pārbaudīt arī no iepriekš redzamā grafika. Laiks, kas vajadzīgs, lai Vr sasniegtu no 0V līdz 12V, ir vienāds ar laiku, kas vajadzīgs kondensatora uzlādei no 0V līdz maksimālajam spriegumam. Diagramma ir ilustrēta, izmantojot kursorus zemāk esošajā attēlā.
Līdzīgi mēs varam aprēķināt arī kondensatora spriegumu jebkurā laikā un strāvu caur kondensatoru jebkurā laikā, izmantojot tālāk norādītās formulas
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Kur V B ir akumulatora spriegums un I o ir ķēdes izejas strāva. T vērtība ir laiks (sekundēs), kurā jāaprēķina kondensatora sprieguma vai strāvas vērtība.
RL ķēde:
RL Circuit (rezistors induktors Circuit), sastāv no induktors un Rezistoru atkal savienots vai nu virknē vai paralēli. RL virknes ķēdi darbina sprieguma avots, un paralēlo RL ķēdi darbina strāvas avots. RL ķēdi parasti izmanto kā pasīvos filtrus, zemāk parādīta pirmās kārtas RL ķēde ar tikai vienu induktoru un vienu kondensatoru
Līdzīgi RL ķēdē mums kondensators jāaizstāj ar induktoru. Tiek pieņemts, ka spuldze darbojas kā tīra pretestības slodze, un spuldzes pretestība ir iestatīta uz zināmo vērtību 100 omi.
Kad ķēde ir atvērta, spriegums pretestības slodzei būs maksimāls, un, kad slēdzis ir aizvērts, akumulatora spriegums tiek sadalīts starp induktoru un pretestības slodzi. Induktors ātri uzlādējas, tāpēc pēkšņs sprieguma kritums notiks ar rezistīvo slodzi R.
Induktora uzlādes laiku var aprēķināt, izmantojot formulu T = 5Ƭ, kur “Ƭ” apzīmē tou (laika konstante).
Aprēķināsim laiku, kas vajadzīgs, lai mūsu induktors uzlādētos ķēdē. Šeit mēs izmantojām induktoru ar vērtību 1mH un pretestību ar vērtību 100 omi
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 sekundes T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u sekundes.
Tāpat mēs varam aprēķināt spriegumu pāri induktoram jebkurā brīdī un strāvu caur induktoru jebkurā laikā, izmantojot tālāk norādītās formulas
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Kur V B ir akumulatora spriegums un I o ir ķēdes izejas strāva. T vērtība ir laiks (sekundēs), kurā jāaprēķina induktora sprieguma vai strāvas vērtība.
RLC ķēde:
RLC ķēdes, kā norāda nosaukums sastāvēs no rezistoru, kondensatoru un induktors savienots virknē vai paralēli. Kontūra veido oscilatora shēmu, ko ļoti bieži izmanto radio uztvērējos un televizoros. To arī ļoti bieži izmanto kā slāpētāja shēmas analogās lietojumprogrammās. Pirmās kārtas RLC ķēdes rezonanses īpašība ir aplūkota turpmāk
RLC ķēdes sauc arī kā sērija rezonanses kontūrā, oscilācijas ķēde vai noregulē ķēdē. Šīs shēmas spēj nodrošināt rezonanses frekvences signālu, kā parādīts zemāk esošajā attēlā
Šeit mums ir kondensators C1 no 100u un induktors L1 ar 10mH savienotu alvas sēriju caur slēdzi. Tā kā vadam, kas savieno C un L, būs zināma iekšējā pretestība, tiek pieņemts, ka stieples dēļ ir neliela pretestība.
Sākumā mēs turam slēdzi 2 kā atvērtu un aizveriet slēdzi 1, lai uzlādētu kondensatoru no akumulatora avota (9V). Pēc tam, kad kondensators ir uzlādēts, slēdzis 1 tiek atvērts un slēdzis 2 ir aizvērts.
Tiklīdz slēdzis ir aizvērts, kondensatorā saglabātā maksa virzīsies uz induktoru un uzlādēs to. Kad kondensators ir pilnībā izlādējies, induktors sāks atkal izlādēties kondensatorā, tādējādi lādiņi plūdīs turp un atpakaļ starp induktoru un kondensatoru. Bet, tā kā šajā procesā būs zināmi maksu zaudējumi, kopējā maksa pakāpeniski samazināsies, līdz tā sasniegs nulli, kā parādīts iepriekš redzamajā grafikā.
Pielietojums:
Rezistori, induktori un kondensatori var būt normāli un vienkārši komponenti, taču, ja tos apvieno, lai izveidotu tādas ķēdes kā RC / RL un RLC ķēdes, tiem piemīt sarežģīta uzvedība, kas padara to piemērotu plašam pielietojumam. Daži no tiem ir uzskaitīti zemāk
- Sakaru sistēmas
- Signālu apstrāde
- Sprieguma / strāvas palielinājums
- Radioviļņu raidītāji
- RF pastiprinātāji
- Rezonanses LC ķēde
- Mainīgas melodijas shēmas
- Oscilatoru shēmas
- Filtrēšanas shēmas