Hele elektronikkomponentene kan deles inn i to brede kategorier, den ene er den aktive komponenten og den andre som passive komponenter. De passive komponentene inkluderer motstanden (R), kondensatoren (C) og induktoren (L). Dette er de tre mest brukte komponentene i elektronikkretsen, og du finner dem i nesten alle applikasjonskretser. Disse tre komponentene sammen i forskjellige kombinasjoner vil danne RC-, RL- og RLC-kretsene, og de har mange bruksområder som fra filtreringskretser, lysdrosselrør, multivibratorer osv. dem og hvordan du bruker dem i kretsene våre.
Før vi hopper inn i hovedtemaene kan vi forstå hva en R, L og C gjør i en krets.
Motstand: Motstander er betegnet med bokstaven "R". En motstand er et element som spres energi hovedsakelig i form av varme. Den vil ha et spenningsfall over den som forblir fast for en fast strømverdi som strømmer gjennom den.
Kondensator: Kondensatorer er betegnet med bokstaven "C". En kondensator er et element som lagrer energi (midlertidig) i form av elektrisk felt. Kondensator motstår endringer i spenning. Det er mange typer kondensatorer, hvorav den keramiske kondensatoren og de elektrolytiske kondensatorene mest brukes. De lader i en retning og slipper ut i motsatt retning
Induktor: Induktorer er betegnet med bokstaven "L". En induktor ligner også kondensator, den lagrer også energi, men lagres i form av magnetfelt. Induktorer motstår endringsstrøm. Induktorer er vanligvis en spiralviklet ledning og brukes sjelden sammenlignet med de to tidligere komponentene.
Når disse motstandene, kondensatorene og induktorene settes sammen, kan vi danne kretser som RC-, RL- og RLC-kretser som viser tids- og frekvensavhengige responser som vil være nyttige i mange AC-applikasjoner som allerede nevnt. En RC / RL / RLC-krets kan brukes som filter, oscillator og mye mer. Det er ikke mulig å dekke alle aspekter i denne opplæringen, så vi vil lære den grunnleggende oppførselen til dem i denne opplæringen.
Grunnleggende prinsipp for RC / RL og RLC kretser:
Før vi begynner med hvert emne, la oss forstå hvordan en motstand, kondensator og en induktor oppfører seg i en elektronisk krets. For å forstå det, la oss vurdere en enkel krets som består av en kondensator og motstand i serie med en strømforsyning (5V). I dette tilfellet når strømforsyningen er koblet til RC-paret, øker spenningen over motstanden (Vr) til sin maksimale verdi mens spenningen over kondensatoren (Vc) holder seg på null, så begynner kondensatoren sakte å bygge ladning og dermed spenningen over motstanden vil avta og spenningen over kondensatoren vil øke til motstandsspenningen (Vr) har nådd null og kondensatorspenningen (Vc) har nådd sin maksimale verdi. Kretsen og bølgeformen kan sees i GIF nedenfor
La oss analysere bølgeformen i bildet ovenfor for å forstå hva som faktisk skjer i kretsen. En godt illustrert bølgeform vises i bildet nedenfor.
Når bryteren slås på, når spenningen over motstanden (rød bølge) sitt maksimum og spenningen over kondensatoren (blå bølge) forblir på null. Så lades kondensatoren opp og Vr blir null og Vc blir maksimum. På samme måte når bryteren er slått av, utlades kondensatoren og dermed vises den negative spenningen over motstanden, og når kondensatoren utlades, blir både kondensatoren og motstandsspenningen null som vist ovenfor.
Det samme kan også visualiseres for induktorer. Bytt kondensatoren med en induktor, og bølgeformen vil bare bli speilet, det vil si at spenningen over motstanden (Vr) vil være null når bryteren er slått på siden hele spenningen vil vises over induktoren (Vl). Når induktoren lader opp spenningen over (Vl), vil den nå null og spenningen over motstanden (Vr) når maksimal spenning.
RC krets:
Den RC-krets (Resistor kondensatorkrets) vil bestå av en kondensator og en motstand koblet enten i serie eller parallelt med en spennings- eller strømkilden. Disse typer kretser kalles også som RC-filtre eller RC-nettverk, siden de ofte brukes i filtreringsapplikasjoner. En RC-krets kan brukes til å lage noen råfiltre som lavpass-, high-pass- og Band-Pass-filtre. En første ordens RC-krets vil bestå av bare en motstand og en kondensator, og vi vil analysere det samme i denne opplæringen
For å forstå RC-kretsen, la oss lage en grunnleggende krets på proteus og koble belastningen over hele omfanget for å analysere hvordan den oppfører seg. Kretsen sammen med bølgeformen er gitt nedenfor
Vi har koblet en last (lyspære) med kjent motstand 1k ohm i serie med en kondensator på 470uF for å danne en RC-krets. Kretsen drives av et 12V batteri, og en bryter brukes til å lukke og åpne kretsen. Bølgeformen måles over lastpæren og vises i gul farge på bildet over.
Opprinnelig når bryteren er åpen, vises maksimal spenning (12V) over den resistive lyspærebelastningen (Vr) og spenningen over kondensatoren vil være null. Når bryteren er lukket, vil spenningen over motstanden synke til null, og når kondensatoren lades, vil spenningen nå tilbake til maksimum som vist i grafen.
Tiden det tar for kondensatoren å lade er gitt av formlene T = 5Ƭ, der “Ƭ” representerer tou (tidskonstant).
La oss beregne tiden det tar for kondensatoren vår å lade seg opp i kretsen.
Ƭ = RC = (1000 * (470 * 10 ^ -6)) = 0,47 sekunder T = 5Ƭ = (5 * 0,47) T = 2,35 sekunder.
Vi har beregnet at tiden det tar for kondensatoren å lade seg opp, vil være 2,35 sekunder, det samme kan også verifiseres fra grafen ovenfor. Tiden det tar for Vr å nå fra 0V til 12V er lik tiden det tar for kondensatoren å lade fra 0V til maksimal spenning. Grafen er illustrert ved hjelp av markørene i bildet nedenfor.
På samme måte kan vi også beregne spenningen over kondensatoren til enhver tid og strømmen gjennom kondensatoren til enhver tid ved hjelp av formlene nedenfor
V (t) = V B (1 - e -t / RC) I (t) = I o (1 - e -t / RC)
Hvor, V B er batterispenningen og I o er utgangsstrømmen til kretsen. Verdien av t er tiden (i sekunder) som kondensatorens spenning eller strømverdi må beregnes på.
RL-krets:
Den RL krets (Resistor Induktor krets) vil bestå av en spole og en motstand på nytt koplet enten i serie eller parallell. En serie RL-krets vil bli drevet av spenningskilde og en parallell RL-krets vil bli drevet av en strømkilde. RL-krets brukes ofte som passive filtre, en første ordens RL-krets med bare en induktor og en kondensator er vist nedenfor
På samme måte i en RL-krets må vi erstatte kondensatoren med en induktor. Lyspæren antas å fungere som en ren motstandsbelastning, og motstanden til pæren er satt til en kjent verdi på 100 ohm.
Når kretsen er åpen, vil spenningen over den resistive belastningen være maksimal, og når bryteren er lukket, deles spenningen fra batteriet mellom induktoren og den resistive belastningen. Induktoren lades raskt opp, og et plutselig spenningsfall vil derfor oppleves av den resistive belastningen R.
Tiden det tar for spolen å lade seg opp, kan beregnes ved hjelp av formelen T = 5Ƭ, der “Ƭ” representerer tou (tidskonstant).
La oss beregne tiden det tar for induktoren vår å lade seg opp i kretsen. Her har vi brukt en induktor med verdi 1mH og motstanden med verdi 100 Ohm
Ƭ = L / R = (1 * 10 ^ -3) / (100) = 10 ^ -5 sekunder T = 5Ƭ = (5 * 10 ^ -5) = 50 * 10 ^ -6 T = 50 u sekunder.
På samme måte kan vi også beregne spenningen over induktoren til enhver tid og strømmen gjennom induktoren til enhver tid ved hjelp av formlene nedenfor
V (t) = V B (1 - e -tR / L) I (t) = I o (1 - e- tR / L)
Hvor, V B er batterispenningen og I o er utgangsstrømmen til kretsen. Verdien av t er tiden (i sekunder) der spenningen eller strømverdien til induktoren må beregnes.
RLC-krets:
En RLC-krets som navnet antyder vil bestå av en motstand, kondensator og induktor koblet i serie eller parallell. Kretsen danner en oscillatorkrets som ofte brukes i radiomottakere og fjernsyn. Det brukes også veldig ofte som spjeldkretser i analoge applikasjoner. Resonansegenskapene til en første ordens RLC-krets er diskutert nedenfor
Den RLC-krets kalles også som serieresonanskretsen, svingekrets eller en avstemt krets. Disse kretsene har evnen til å gi et resonansfrekvenssignal som vist på bildet nedenfor
Her har vi en kondensator C1 på 100u og en induktor L1 på 10mH koblet tinnserie gjennom en bryter. Siden ledningen som kobler C og L vil ha en viss indre motstand, antas det at det er en liten mengde motstand på grunn av ledningen.
I utgangspunktet holder vi bryteren 2 åpen og lukker bryteren 1 for å lade kondensatoren fra batterikilden (9V). Så når kondensatoren er ladet, åpnes bryteren 1 og deretter bryteren 2.
Så snart bryteren er lukket, vil ladingen som er lagret i kondensatoren bevege seg mot induktoren og lade den opp. Når kondensatoren er fulladet, vil induktoren begynne å tømmes tilbake i kondensatoren, slik at ladninger vil strømme frem og tilbake mellom induktoren og kondensatoren. Men siden det vil være noe tap av ladninger under denne prosessen, vil den totale ladningen gradvis reduseres til den når null som vist i grafen ovenfor.
Applikasjoner:
Motstandene, induktorene og kondensatorene kan være normale og enkle komponenter, men når de kombineres for å samles for å danne kretser som RC / RL og RLC-krets, utviser de en kompleks oppførsel som gjør den egnet for et bredt spekter av applikasjoner. Få av dem er oppført nedenfor
- Kommunikasjonssystemer
- Signal Prosessering
- Spenning / strømforstørrelse
- Radiobølgesendere
- RF-forsterkere
- Resonans LC-krets
- Variable melodier
- Oscillatorkretser
- Filtreringskretser