Cjelokupne elektroničke komponente mogu se podijeliti u dvije široke kategorije, od kojih su jedna aktivne komponente, a druge pasivne komponente. Pasivne komponente uključuju otpornik (R), kondenzator (C) i prigušnicu (L). To su tri najčešće korištene komponente u elektroničkom krugu i naći ćete ih u gotovo svakom aplikacijskom krugu. Te će tri komponente zajedno u različitim kombinacijama činiti RC, RL i RLC krugove i imaju mnogo aplikacija poput filtrirajućih krugova, prigušnica cijevi, multivibratori itd. Tako ćemo u ovom tutorialu naučiti osnovne te krugove, teoriju koja stoji iza kako ih koristiti u našim krugovima.
Prije nego što uskočimo u glavne teme, shvatimo što R, L i C rade u krugu.
Otpornik: Otpornici su označeni slovom "R". Otpornik je element koji rasipa energiju uglavnom u obliku topline. Imat će pad napona na sebi koji ostaje fiksiran za fiksnu vrijednost struje koja prolazi kroz njega.
Kondenzator: Kondenzatori su označeni slovom "C". Kondenzator je element koji pohranjuje energiju (privremeno) u obliku električnog polja. Kondenzator se odupire promjenama napona. Postoje mnoge vrste kondenzatora, od kojih se najviše koriste keramički kondenzatori i elektrolitski kondenzatori. Pune se u jednom smjeru, a prazne u suprotnom smjeru
Induktor: Induktori su označeni slovom "L". Induktor je također sličan kondenzatoru, također pohranjuje energiju, ali je pohranjen u obliku magnetskog polja. Prigušnice se opiru promjenama struje. Prigušnice su obično namotane žice i rijetko se koriste u usporedbi s prethodne dvije komponente.
Kad se ovi otpornik, kondenzator i prigušnice spoje, možemo oblikovati krugove poput RC, RL i RLC kruga koji prikazuje odzive ovisne o vremenu i frekvenciji koji će biti korisni u mnogim primjenama izmjenične struje, kao što je već spomenuto. RC / RL / titrajni krug se može koristiti kao filter, oscilator i još mnogo toga nije moguće pokriti svaki aspekt u ovom tutorial, pa ćemo naučiti osnovnu ponašanje od njih u ovom tutorial.
Osnovni princip RC / RL i RLC krugova:
Prije nego započnemo sa svakom temom, shvatimo kako se otpornik, kondenzator i prigušnica ponašaju u elektroničkom krugu. U svrhu razumijevanja, razmotrimo jednostavan sklop koji se sastoji od kondenzatora i otpornika u seriji s napajanjem (5V). U ovom slučaju kada je napajanje spojeno na RC par, napon na otporniku (Vr) raste do svoje maksimalne vrijednosti dok napon na kondenzatoru (Vc) ostaje na nuli, a zatim kondenzator polako počinje stvarati naboj i na taj način napon na otporniku će se smanjivati, a napon na kondenzatoru će rasti dok napon otpora (Vr) ne dosegne nulu i dok napon kondenzatora (Vc) ne dosegne svoju maksimalnu vrijednost. Krug i valni oblik mogu se vidjeti u GIF-u ispod
Analizirajmo oblik vala na gornjoj slici kako bismo shvatili što se zapravo događa u krugu. Dobro ilustrirani valni oblik prikazan je na donjoj slici.
Kad je prekidač uključen, napon na otporniku (crveni val) doseže svoj maksimum, a napon na kondenzatoru (plavi val) ostaje na nuli. Tada se kondenzator puni i Vr postaje nula, a Vc postaje maksimum. Slično tome, kada je sklopka isključena, kondenzator se prazni i stoga se negativni napon pojavljuje na otporniku, a kako se kondenzator prazni, napon kondenzatora i otpornika postaje nula, kao što je gore prikazano.
Isto se može vizualizirati i za prigušnice. Zamijenite kondenzator sa prigušnicom i valni oblik će se samo zrcaliti, to jest napon na otporniku (Vr) bit će nula kad je prekidač uključen, jer će se cijeli napon pojaviti na prigušnici (Vl). Kako induktor puni napon na (Vl), doseći će nulu, a napon na otporniku (Vr) doseći će maksimalni napon.
RC krug:
RC krug (otpornik kondenzator krug) će se sastojati od kondenzator i otpornik ili spojeni u seriju ili paralelno na napon ili strujni izvor. Te se vrste krugova nazivaju i RC filtrima ili RC mrežama jer se najčešće koriste u aplikacijama za filtriranje. RC krug se može koristiti za izradu nekih sirovih filtara poput niskopropusnih, visokopropusnih i propusnih filtara. Prvi red RC krug će se sastojati od samo jedan otpornik i jedan kondenzator, a mi ćemo analizirati iste u ovom tutorial
Da bismo razumjeli RC krug, stvorimo osnovni sklop na proteusu i spojimo opterećenje preko opsega kako bismo analizirali kako se ponaša. Krug zajedno s valnim oblikom dat je u nastavku
Opterećenje (žarulju) poznatog otpora 1k Ohma povezali smo u seriju s kondenzatorom od 470uF da bismo stvorili RC krug. Krug napaja baterija od 12V, a prekidač služi za zatvaranje i otvaranje kruga. Valni oblik mjeri se preko žarulje tereta i prikazan je žutom bojom na gornjoj slici.
U početku kada je prekidač otvoren maksimalni napon (12V) pojavljuje se na opterećenju otporne žarulje (Vr) i napon na kondenzatoru bit će nula. Kada je sklopka zatvorena, napon na otporniku će pasti na nulu i tada će se kondenzator puniti, napon doseći maksimum kao što je prikazano na grafikonu.
Vrijeme potrebno za punjenje kondenzatora dano je formulama T = 5Ƭ, gdje "Ƭ" predstavlja tou (vremensku konstantu).
Izračunajmo vrijeme potrebno za punjenje našeg kondenzatora u krugu.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 sekundi T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 sekundi.
Izračunali smo da će vrijeme potrebno za punjenje kondenzatora biti 2,35 sekundi, isto se može provjeriti i iz gornjeg grafikona. Vrijeme potrebno da Vr dosegne od 0V do 12V jednako je vremenu potrebnom da se kondenzator napuni od 0V do maksimalnog napona. Grafikon je prikazan pomoću pokazivača na donjoj slici.
Slično tome, također možemo izračunati napon na kondenzatoru u bilo kojem trenutku i struju kroz kondenzator u bilo kojem trenutku koristeći donje formule
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Gdje je V B napon akumulatora, a I o izlazna struja kruga. Vrijednost t je vrijeme (u sekundama) u kojem se mora izračunati vrijednost napona ili struje kondenzatora.
RL krug:
RL krug (Otpornik Zavojnica krug) sastojat će se od prigušnice i otpornik opet bilo spojeni u seriju ili paralelno. Serijski RL krug pogonit će se izvorom napona, a paralelni RL krug strujnim izvorom. RL krug se obično koristi kao pasivni filtar, RL krug prvog reda sa samo jednom induktivnošću i jednim kondenzatorom prikazan je ispod
Slično u RL krugu moramo kondenzator zamijeniti prigušnicom. Pretpostavlja se da žarulja djeluje kao čisto otporno opterećenje, a otpor žarulje postavljen je na poznatu vrijednost od 100 ohma.
Kad je krug otvoren, napon na otpornom opterećenju bit će maksimalan, a kada je sklopka zatvorena, napon iz akumulatora dijeli se između induktiviteta i otpornog opterećenja. Prigušnica se brzo puni i rezistentno opterećenje R. osjetit će nagli pad napona
Vrijeme potrebno za punjenje induktora može se izračunati pomoću formule T = 5Ƭ, gdje "“ "predstavlja tou (vremensku konstantu).
Izračunajmo vrijeme potrebno za punjenje našeg induktora u krugu. Ovdje smo koristili induktor vrijednosti 1mH i otpor vrijednosti 100 Ohma
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 sekundi T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u sekundi.
Slično tome, također možemo izračunati napon na induktoru u bilo kojem trenutku i struju kroz induktor u bilo kojem trenutku koristeći donje formule
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Gdje je V B napon akumulatora, a I o izlazna struja kruga. Vrijednost t je vrijeme (u sekundama) u kojem se mora izračunati vrijednost napona ili struje prigušnice.
RLC krug:
Titrajni krug kao ime implicira će se sastojati od otpornika, kondenzatora i induktora spojeni u seriju ili paralelno. Krug tvori oscilatorni krug koji se vrlo često koristi u radio prijamnicima i televizorima. Također se vrlo često koristi kao prigušni krugovi u analognoj primjeni. Resonančno svojstvo RLC kruga prvog reda razmatrano je u nastavku
Titrajni krug također naziva kao niz rezonancije krug, titrajnog kruga ili usklađeni krug. Ti krugovi imaju mogućnost pružanja rezonantnog frekvencijskog signala kao što je prikazano na donjoj slici
Ovdje imamo kondenzator C1 od 100u i prigušnicu L1 od 10mH spojene kositrenom serijom preko prekidača. Budući da će žica koja spaja C i L imati određeni unutarnji otpor, pretpostavlja se da je prisutna mala količina otpora zbog žice.
U početku držimo prekidač 2 otvorenim i zatvaramo prekidač 1 kako bismo napunili kondenzator iz izvora baterije (9V). Zatim se jednom napuni kondenzator prekidač 1 otvori, a zatim se sklopka 2 zatvori.
Čim se sklopka zatvori, naboj pohranjen u kondenzatoru pomaknut će se prema induktoru i napuniti. Nakon što se kondenzator potpuno isprazni, induktor će se početi isprazniti natrag u kondenzator, na taj će način naboji strujati amo-tamo između induktora i kondenzatora. Ali budući da će tijekom ovog postupka doći do gubitka u nabojima, ukupni naboj postupno će se smanjivati dok ne dosegne nulu kao što je prikazano na gornjem grafikonu.
Prijave:
Otpornici, induktori i kondenzatori mogu biti normalne i jednostavne komponente, ali kada se kombiniraju kako bi se stvorili krugovi poput RC / RL i RLC kruga, pokazuju složeno ponašanje što ga čini prikladnim za širok spektar primjene. Malo ih je navedenih u nastavku
- Komunikacijski sustavi
- Procesiranje signala
- Povećanje napona / struje
- Odašiljači radio valova
- RF pojačala
- Rezonantni LC krug
- Sklopovi promjenjive melodije
- Oscilatorni krugovi
- Filtrirajući krugovi