Koko elektroniikkakomponentit voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan, joista toinen on aktiiviset komponentit ja toinen passiivikomponentit. Passiivikomponentteihin kuuluvat vastus (R), kondensaattori (C) ja induktori (L). Nämä ovat kolme eniten käytettyä komponenttia elektroniikkapiirissä, ja löydät ne melkein jokaisesta sovelluspiiristä. Nämä kolme komponenttia yhdessä eri yhdistelminä muodostavat RC-, RL- ja RLC-piirit, ja niillä on monia sovelluksia, kuten suodatuspiireistä, Tube-valokuristimista, multivibraattoreista jne. Joten tässä opetusohjelmassa opimme näiden piirien perustiedot, takana olevan teorian ja miten niitä käytetään piireissämme.
Ennen kuin siirrymme pääaiheisiin, voimme ymmärtää, mitä R, L ja C tekevät piirissä.
Vastus: Vastukset on merkitty kirjaimella “R”. Vastus on elementti, joka kuluttaa energiaa lähinnä lämmön muodossa. Sen yli tulee jännitehäviö, joka pysyy kiinteänä sen läpi kulkevalle kiinteälle arvolle.
Kondensaattori: Kondensaattoreita merkitään kirjaimella “C”. Kondensaattori on elementti, joka varastoi energiaa (väliaikaisesti) sähkökentän muodossa. Kondensaattori vastustaa jännitteen muutoksia. Kondensaattoreita on monenlaisia, joista enimmäkseen käytetään keraamisia kondensaattoreita ja elektrolyyttikondensaattoreita. Ne latautuvat yhteen suuntaan ja purkautuvat vastakkaiseen suuntaan
Induktori: Induktorit on merkitty L-kirjaimella. Induktori on myös samanlainen kuin kondensaattori, se myös varastoi energiaa, mutta varastoidaan magneettikentän muodossa. Induktorit vastustavat vaihtovirtaa. Induktorit ovat yleensä kela kääritty lanka ja niitä käytetään harvoin verrattuna kahteen edelliseen komponenttiin.
Kun nämä vastukset, kondensaattorit ja induktorit yhdistetään, voimme muodostaa piirejä, kuten RC-, RL- ja RLC-piirit, joilla on aika- ja taajuusriippuvia vasteita, jotka ovat hyödyllisiä monissa AC-sovelluksissa, kuten jo mainittiin. RC / RL / RLC piiri voidaan käyttää suodatinta, oskillaattori ja paljon muuta ei ole mahdollista kattaa kaikki osa tässä opetusohjelmassa, joten emme oppii käyttäytymistä niitä tässä opetusohjelmassa.
RC / RL- ja RLC-piirien perusperiaate:
Ennen kuin aloitamme jokaisen aiheen, anna meidän ymmärtää, miten vastus, kondensaattori ja induktori käyttäytyvät elektronisessa piirissä. Harkitsemme ymmärtämisen kannalta yksinkertaista piiriä, joka koostuu kondensaattorista ja vastuksesta sarjaan virtalähteen (5 V) kanssa. Tässä tapauksessa, kun virtalähde on kytketty RC-pariin, vastuksen (Vr) yli oleva jännite nousee maksimiarvoonsa, kun taas kondensaattorin (Vc) yli oleva jännite pysyy nollaan, sitten hitaasti kondensaattori alkaa rakentaa varausta ja siten vastuksen poikki oleva jännite pienenee ja kondensaattorin yli nousee, kunnes vastuksen jännite (Vr) on saavuttanut nollan ja kondensaattorin jännite (Vc) on saavuttanut maksimiarvonsa. Piiri ja aaltomuoto voidaan nähdä alla olevassa GIF: ssä
Analysoimme edellisen kuvan aaltomuotoa ymmärtääkseen, mitä piirissä tapahtuu. Hyvin havainnollistettu aaltomuoto näkyy alla olevassa kuvassa.
Kun kytkin kytketään päälle, vastuksen (punainen aalto) jännite saavuttaa maksiminsa ja kondensaattorin (sininen aalto) yli oleva jännite pysyy nollaan. Sitten kondensaattori latautuu ja Vr: stä tulee nolla ja Vc: stä suurin. Vastaavasti kun kytkin kytketään pois päältä, kondensaattori purkautuu ja negatiivinen jännite ilmestyy siis vastuksen yli ja kun kondensaattori purkautuu, sekä kondensaattorin että vastuksen jännite tulee nollaksi, kuten yllä on esitetty.
Sama voidaan visualisoida myös induktoreille. Vaihda kondensaattori induktorilla, ja aaltomuoto vain heijastuu, ts. Jännite vastuksen yli (Vr) on nolla, kun kytkin kytketään päälle, koska koko jännite ilmestyy induktorin (Vl) yli. Kun induktori lataa jännitteen yli (Vl), se saavuttaa nollan ja vastuksen (Vr) yli oleva jännite saavuttaa maksimijännitteen.
RC-piiri:
RC-piirin (Vastus kondensaattori Circuit) koostuu kondensaattori ja vastus on kytketty joko sarjaan tai rinnakkain jännitteen tai virran lähde. Tämän tyyppisiä piirejä kutsutaan myös RC-suodattimiksi tai RC-verkoiksi, koska niitä käytetään yleisimmin suodatussovelluksissa. RC-piirillä voidaan valmistaa joitain raakansuodattimia, kuten alipäästö-, ylipäästö- ja kaistanpäästösuodattimia. Ensimmäisen kertaluvun RC-piiri koostuu vain yksi vastus ja yksi kondensaattori ja analysoi samaan tässä opetusohjelmassa
Jotta voisimme ymmärtää RC-piirin, meidän on luotava peruspiiri proteukseen ja yhdistettävä kuorma koko soveltamisalaan analysoimaan sen käyttäytymistä. Piiri yhdessä aaltomuodon kanssa on annettu alla
Olemme kytkeneet kuormituksen (hehkulampun), jonka vastus on 1 k Ohmi, sarjaan 470uF: n kondensaattorilla RC-piirin muodostamiseksi. Piiri saa virran 12 V: n paristosta ja kytkintä käytetään piirin sulkemiseen ja avaamiseen. Aaltomuoto mitataan kuormituslampun yli ja se näkyy keltaisena yllä olevassa kuvassa.
Aluksi kun kytkin on auki, maksimijännite (12 V) ilmestyy resistiivisen hehkulampun kuormituksen (Vr) yli ja kondensaattorin yli oleva jännite on nolla. Kun kytkin on suljettu, vastuksen yli oleva jännite putoaa nollaan ja sitten kondensaattorin latautuessa jännite saavuttaa takaisin maksimin, kuten kaaviossa on esitetty.
Aika, jonka kondensaattori latautuu, annetaan kaavoilla T = 5Ƭ, joissa “Ƭ” edustaa tou (aikavakio).
Lasketaan aika, jonka kondensaattorimme latautuu piiriin.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 sekuntia T = 5 = = (5 * 0,47) T = 2,35 sekuntia.
Olemme laskeneet, että kondensaattorin latautumiseen kuluva aika on 2,35 sekuntia, sama voidaan varmistaa myös yllä olevasta kaaviosta. Aika, jonka Vr saavuttaa 0 V - 12 V, on sama kuin aika, jonka kondensaattori lataa 0 V: sta maksimijännitteeseen. Kaavio on havainnollistettu alla olevan kuvan osoittimilla.
Vastaavasti voimme myös laskea jännitteen kondensaattorin yli kulloinkin ja kondensaattorin läpi kulkevan virran milloin tahansa seuraavien kaavojen avulla
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Jossa, V B on akun jännite ja I o on lähtövirta piirin. T: n arvo on aika (sekunteina), jolloin kondensaattorin jännite tai virta-arvo on laskettava.
RL-piiri:
RL Circuit (Vastus Kela Circuit) koostuu induktorista ja Vastus jälleen kytketty joko sarjaan tai rinnan. Sarja-RL-piiriä ohjataan jännitelähteellä ja rinnakkaista RL-piiriä virtalähteellä. RL-piiriä käytetään yleisesti passiivisina suodattimina, ensimmäisen asteen RL-piiri, jossa on vain yksi induktori ja yksi kondensaattori, on esitetty alla
Samoin RL-piirissä meidän on korvattava kondensaattori kelalla. Hehkulampun oletetaan toimivan puhtaana resistiivisenä kuormana ja polttimon vastus asetetaan tunnetuksi arvoksi 100 ohmia.
Kun piiri on auki, jännite resistiivisen kuorman yli on suurin ja kun kytkin on suljettu, akun jännite jaetaan kelan ja resistiivisen kuorman kesken. Induktori latautuu nopeasti, ja resistiivinen kuormitus R kokee äkillisen jännitteen pudotuksen.
Induktorin latautumisaika voidaan laskea kaavalla T = 5Ƭ, jossa ““ ”edustaa tou (aikavakio).
Lasketaan aika, jonka induktorimme latautuu piiriin. Tässä olemme käyttäneet induktoria, jonka arvo on 1 mH, ja vastusta, jonka arvo on 100 ohmia
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 sekuntia T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u sekuntia.
Vastaavasti voimme myös laskea jännitteen induktorin yli milloin tahansa ja induktorin läpi kulkevan virran milloin tahansa seuraavien kaavojen avulla
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e -tR / L)
Jossa, V B on akun jännite ja I o on lähtövirta piirin. T-arvo on aika (sekunteina), jolloin kelan jännite tai virta-arvo on laskettava.
RLC-piiri:
RLC piiri nimensä koostuu Vastuksen, kondensaattori ja Kela on kytketty sarjaan tai rinnakkain. Piiri muodostaa oskillaattoripiirin, jota käytetään hyvin yleisesti radiovastaanottimissa ja televisioissa. Sitä käytetään myös hyvin yleisesti peltipiireinä analogisissa sovelluksissa. Ensimmäisen kertaluvun RLC-piirin resonanssiominaisuutta käsitellään jäljempänä
RLC piiri kutsutaan myös sarjaresonanssipiiri, värähtelypiirin tai viritetyn piirin. Tällä piirillä on kyky tuottaa resonanssitaajuussignaali alla olevan kuvan mukaisesti
Täällä meillä on 100u kondensaattori C1 ja 10mH: n induktori L1, joka on kytketty kytkimen kautta. Koska C: tä ja L: tä yhdistävällä johtimella on jonkinlainen sisäinen vastus, oletetaan, että langasta johtuen esiintyy pieni määrä vastusta.
Aluksi pidämme kytkintä 2 auki ja sulkemme kytkimen 1 lataamaan kondensaattorin akkulähteestä (9 V). Kun kondensaattori on ladattu, kytkin 1 avataan ja kytkin 2 suljetaan.
Heti kun kytkin on suljettu, kondensaattoriin tallennettu varaus siirtyy kohti induktoria ja lataa sen. Kun kondensaattori on täysin purettu, induktori alkaa purkautua takaisin kondensaattoriin tällä tavoin lataukset virtaavat edestakaisin induktorin ja kondensaattorin välillä. Mutta koska prosessissa tapahtuu jonkin verran menetyksiä, kokonaismaksu pienenee vähitellen, kunnes se saavuttaa nollan, kuten yllä olevassa kaaviossa esitetään.
Sovellukset:
Vastukset, induktorit ja kondensaattorit voivat olla normaaleja ja yksinkertaisia komponentteja, mutta kun ne yhdistetään keräämään piirien, kuten RC / RL- ja RLC-piirien, muodostamiseksi, niillä on monimutkainen käyttäytyminen, mikä tekee siitä sopivan monenlaiseen käyttöön. Muutama niistä on lueteltu alla
- Viestintäjärjestelmät
- Signaalinkäsittely
- Jännite / virran suurennus
- Radioaaltolähettimet
- RF-vahvistimet
- Resonanssi LC-piiri
- Vaihtelevat sävelpiirit
- Oskillaattoripiirit
- Suodatuspiirit