Текст книги "Введение в электронику"

Автор книги: Эрл Гейтс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 26 страниц)

Электронные частотомеры когда-то были исключительно лабораторным оборудованием, но в настоящее время они используются в мастерских по ремонту бытовой аппаратуры, конструкторами, радиолюбителями и в промышленности. Широкое использование частотомеров связано с применением микросхем, которые уменьшили размеры и цену частотомеров и увеличили их точность, стабильность, надежность и диапазон измеряемых частот. (Интегральные микросхемы рассматриваются в разделе 3).

13-3. Вопросы

1. Какова функция электронного частотомера?

2. Из каких основных частей состоит частотомер?

3. Нарисуйте блок-схему электронного частотомера.

4. Какова функция формирователя сигнала в частотомере?

5. Почему увеличивается популярность частотомеров?

РЕЗЮМЕ

• Для измерения переменного тока или напряжения с помощью приборов магнитоэлектрической системы ток или напряжение сначала надо преобразовать в постоянное.

• Приборы электромагнитной системы не требуют преобразования в постоянный ток.

• Работа измерительных клещей основана на том, что ток, текущий по проводу, создает магнитное поле.

• Осциллограф позволяет получить следующую информацию о сигнале в цепи:

– частоту сигнала;

– длительность сигнала;

– фазовые соотношения между сигналами;

– форму сигнала;

– амплитуду сигнала.

• Основными частями осциллографа являются:

– электронно-лучевая трубка;

– генератор развертки;

– усилитель горизонтального отклонения;

– усилитель вертикального отклонения;

– блок питания.

• Частотомер измеряет частоту путем сравнения колебания неизвестной частоты с колебанием известной частоты.

• Основными частями частотомера являются:

– генератор меток времени;

– формирователь входного сигнала;

– цепь генерации стробирующих импульсов;

– электронный коммутатор;

– десятичный счетчик;

– дисплей.

Глава 13. САМОПРОВЕРКА

• Опишите, как прибор предназначенный для измерения постоянного тока, может быть применен для измерения переменного тока?

• Объясните, как измерительные клещи используются для измерения тока.

• Какие параметры сигнала можно измерить при помощи осциллографа?

• Опишите процесс проверки осциллографа для определения правильности его работы.

• Перечислите основные блоки частотомера и опишите функции каждого из них.

• Какова главная причина того, что частотомеры появились на рабочих местах ремонтных мастерских?

Прерывание – это сигнал от внешнего устройства, которое сообщает компьютеру, что оно хочет принять или послать данные.

Микропроцессор – это часть микрокомпьютера. Он состоит из блока управления и арифметико-логического устройства.

Микропроцессор выполняет функции управления и выполняет операции, связанные с математической логикой и принятием решений.

Глава 14. Резистивные цепи переменного тока

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать фазовые соотношения между током и напряжением в резистивной цепи.

• Применять закон Ома к резистивным цепям переменного тока.

• Вычислять неизвестные величины в последовательных резистивных цепях переменного тока.

• Вычислять неизвестные величины в параллельных резистивных цепях переменного тока.

• Вычислять мощность в резистивных цепях переменного тока.

Соотношения между током, напряжением и сопротивлением одинаковы в цепях переменного и постоянного токов. Прежде чем перейти к сложным цепям переменного тока, содержащим индуктивность и емкость, необходимо разобраться с простыми цепями переменного тока.

14-1. ОСНОВНЫЕ РЕЗИСТИВНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Основная цепь переменного тока (рис. 14-1) состоит из источника переменного тока, проводников и резистивной нагрузки. Источником переменного тока может быть генератор или цепь, генерирующая напряжение переменного тока. Резистивной нагрузкой может быть резистор, нагреватель, лампа или любое подобное устройство.

Рис. 14-1. Основная цепь переменного тока состоит из источника переменного тока, проводников и резистивной нагрузки.

Когда к резистивной нагрузке приложено переменное напряжение, амплитуда и направление переменного тока изменяются так же, как и у приложенного напряжения. Когда приложенное напряжение изменяет полярность, ток также изменяет полярность, т. е. эти величины находятся в фазе. На рис. 14-2 показано совпадение по фазе, которое имеет место между током и приложенным напряжением в чисто резистивной цепи. Синусоиды тока и напряжения проходят через нуль и принимают максимальные значения в одни и те же моменты времени. Однако эти две синусоиды имеют разные амплитуды, поскольку представляют различные величины, измеряемые в различных единицах.

Рис. 14-2. В чисто резистивной цели напряжение и ток находятся в фазе.

Переменный ток, текущий через резистор, изменяется при изменении напряжения или сопротивления цепи. Ток в цепи в любой момент может быть определен с помощью закона Ома.

При большинстве измерений используются эффективные или действующие значения. Как установлено ранее, эффективное значение переменного тока – это такое значение постоянного тока, при котором выделяется такое же количество тепла. Эффективное значение может рассматриваться как эквивалентное значение постоянного тока. В чисто резистивной цепи закон Ома применяется к эффективным значениям переменного тока так же, как и к значениям постоянного тока.

_{ПРИМЕР: Чему равно эффективное значение тока в цепи, если она содержит источник переменного тока 120 вольт и сопротивление 1000 ом? (Помните, что значения переменного тока и напряжения считаются эффективными, если не оговорено другое).}

_Дано: 

_{Е = 120 В; R = 1000 Ом.}

_I =? 

_{Решение:} 

_{I = Е/R = 120/1000} 

_{I = 0,12 A} 

_{ПРИМЕР: Чему равно эффективное значение приложенного напряжения, если через резистор 68 ом течет ток с эффективным значением 1,7 ампера?}

_Дано: 

_{I = 1,7 A; R = 68 Ом.}

_E =? 

_{Решение:} 

_I = Е/R 

_{1,7 = E/68} 

_{Е = 115,60 В.}

14-1. Вопросы

1. Каково фазовое соотношение между током и напряжением в чисто резистивной цепи?

2. Какое значение переменного тока используется в большинстве измерений?

3. Чему равно эффективное значение тока в цепи с сопротивлением 10000 Ом при приложенном напряжении 12 вольт?

4. Какова величина эффективного напряжения приложенного к цепи с сопротивлением 100 Ом, по которой течет ток 250 миллиампер?

5. Каково сопротивление цепи, по которой течет ток 250 миллиампер при приложенном переменном напряжении 12 вольт?

14-2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Ток в резистивной цепи зависит от приложенного напряжения. Ток всегда находится в фазе с напряжением, независимо от числа резисторов в цепи. Ток имеет одно и то же значение в любой точке последовательно соединенной цепи.

На рис. 14-3 показана простая последовательная цепь.

Рис. 14-3. Простая последовательная цепь переменного тока.

Через оба резистора течет одинаковый ток. Падение напряжения на каждом резисторе можно определить с помощью закона Ома. Сумма падений напряжения равна приложенному напряжению. На рис. 14-4 показаны фазовые соотношения падений напряжения, приложенного напряжения и тока в цепи. В чисто резистивной цепи все напряжения и ток находятся в фазе друг с другом.

Рис. 14-4. В последовательной цепи переменного тока падения напряжений, приложенное напряжение и ток находятся в фазе.

_{ПРИМЕР: Если переменное напряжение с эффективным значением 120 вольт приложено к двум резисторам (R1 = 470 Ом и R2 = 1000 Ом), то чему равно падение напряжения на каждом резисторе?}

_Дано:

_{R1 = 470 Ом}

_{R2 = 1000 Ом}

_{ET = 120 B}

_{ER1 =?; ER2 =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем полное сопротивление (RT)}

_{RT = R1 + R2}

_{RT = 470 + 1000}

_{RT = 1470 Ом.}

_{Зная RT, найдем общий ток (IT)}

_{IT = ET/RT = 120/1470}

_{IT = 0,082 А.}

_{В последовательной цепи IT = IR1 = IR2 = 0,082 А.}

_{Используя I1, найдем падение напряжения на резисторе R1}

_{IR1 = ER1/R1} 

_{0,082 = ER1/470}

_{ER1 = 38,54 B} 

_{Используя I2, найдем падение напряжения на резисторе R2}

_{IR2 = ER2/R2} 

_{0,082 = ER2/1000}

_{ER2 = 82 B} 

_{Вычисленные падения напряжения на каждом резисторе являются эффективными значениями.}

14-2. Вопросы

1. Чему равно падение напряжения на двух резисторах 22 кОм и 47 кОм, соединенных последовательно и подключенных к источнику с напряжением 24 вольта?

2. Чему равно падение напряжения на следующих резисторах, соединенных последовательно:

а. Е_T = 100 В, R₁ = 680 Ом, R₂ = 1200 Ом;

б. Е_T = 24 В, R₁ = 22 кОм, R₂ = 47 кОм;

в. I_T = 250 мА, R₁ = 100 Ом, R₂ = 500 Ом;

г. R_T = 10 кОм, I_R1 = 1 мА, R₂ = 4,7 кОм;

д. Е_T = 120 В, R₁ = 720 Ом, I_R2 = 125 мА.

14-3. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В параллельной цепи (рис. 14-5) напряжение на всех ветвях одинаково. Однако общий ток делится между отдельными ветвями. В параллельной цепи переменного тока общий ток находится в фазе с приложенным напряжением (рис. 14-6). Токи отдельных ветвей также находятся в фазе с приложенным напряжением.

Все значения токов и напряжений являются эффективными. Эти значения используются точно так же, как и в случае постоянного тока.

Рис. 14-5. Простая параллельная цепь переменного тока.

Рис. 14-6. В параллельной цепи переменного тока приложенное напряжение, общий ток и токи в отдельных ветвях находятся в фазе.

_{ПРИМЕР: Если в цепи переменного тока напряжение с эффективным значением 120 вольт приложено к двум соединенным параллельно резисторам 470 ом и 1000 ом, то чему равны токи, текущие через каждый резистор?}

 _Дано:

_{ЕT = 120 В; R1 = 470 Ом; R2 = 1000 Ом.}

_{IR1 =?; IR2 =?} 

_{Решение:}

_{В параллельной цепи ЕT = ER1 = ER2 = 120 В.} 

_{Зная ER1, найдем ток через резистор R1}

_{IR1 = ER1/R1 = 120/470} 

_{IR1 = 0,26 А или 260 мА.}

_{Зная ER2, найдем ток через резистор R2}

_{IR2 = ER2/R2 = 120/1000} 

_{IR2 = 0,12 А или 120 мА.}

14-3. Вопросы

1. Чему равны токи, текущие в следующих параллельных резистивных цепях переменного тока?

а. Е_T = 100 В, R₁ = 470 Ом, R₂ = 1000 Ом;

б. E_T = 24 В, R₁ = 22 кОм, R₂ = 47 кОм;

в. Е_T = 150 В, R₁ = 100 Ом, R₂ = 500 Ом;

г. I_T = 0,0075 А, Е_R1 = 10 В, R₂ = 4,7 кОм;

д. R_T = 4700 Ом, I_R1 = 11 мА, E_R2 = 120 В.

14-4. МОЩНОСТЬ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В цепях переменного тока мощность потребляется точно так же, как и в цепях постоянного тока. Мощность измеряется в ваттах и равна произведению тока на напряжение.

Мощность, потребляемая резистором в цепи переменного тока, зависит от тока, текущего через него, и от приложенного к нему напряжения. На рис. 14-7 показано соотношение между мощностью, током и напряжением. Кривая мощности не опускается ниже нуля, так как мощность выделяется в виде тепла. Мощность остается положительной независимо от того, в каком направлении течет ток.

Рис. 14-7. Соотношение между мощностью, током и напряжением в резистивной цепи переменного тока.

Мощность изменяется от максимального значения до нуля. Средняя мощность, потребляемая цепью, имеет промежуточное значение между максимальным значением и нулем. В цепи переменного тока средняя мощность – это мощность, потребляемая цепью. Ее можно определить, умножая эффективное значение напряжения на эффективное значение тока:

Р = I∙E.

_{ПРИМЕР: Какая мощность потребляется цепью переменного тока, в которой напряжение 120 вольт приложено к сопротивлению 150 ом? (Помните, что значение напряжения считается эффективным, если не оговорено другое).}

_Дано:

_{ET = 120 В; RT = 150 Ом}

_{IT =?; PT =?} 

_{Решение:} 

_{IT = ET/ RT = 120/150}

_{IT = 0,80 А.}

_{Теперь найдем полную мощность (Рт).}

_{PT = IT∙PT = (0,80)(120)}

_{PT = 96 Вт.}

14-4. Вопросы

Чему равна полная потребляемая мощность в следующих цепях:

Последовательные:

а. E_T = 100 В, R₁ = 680 Ом, R₂ = 1200 Ом;

б. I_T = 250 мА, R₁ = 100 Ом, R₂ = 500 Ом.

Параллельные:

в. E_T = 100 В, R₁ = 470 Ом, R₂ = 1000 Ом;

г. I_T = 7,5 мА, E_R1 = 10 В, R₂ = 4,7 кОм.

2. Найдите мощность, потребляемую каждым отдельным компонентом в следующей цепи:

РЕЗЮМЕ

• Основная резистивная цепь переменного тока состоит из источника тока или напряжения, проводников и резистивной нагрузки.

• Ток в резистивной цепи находится в фазе с приложенным напряжением.

• Использование эффективных значений переменного тока и напряжения приводит к таким же результатам,

как и использование эквивалентных значений постоянного тока и напряжения.

• Эффективные значения являются наиболее широко используемыми значениями, полученными при измерениях.

• Закон Ома можно использовать и для эффективных значений.

• Значения переменного тока и напряжения предполагаются эффективными, если не оговорено другое.

Глава 14. САМОПРОВЕРКА

1. Каково фазовое соотношение между током и напряжением в чисто резистивной цепи?

2. Каково эффективное значение напряжения в цепи переменного тока, в которой течет ток 25 мА через сопротивление 4,7 кОм?

3. Каково падение напряжения на двух резисторах 4,7 кОм и 3,9 кОм, соединенных последовательно в цепи переменного тока при приложенном напряжении 12 вольт?

4. Чему равен ток через каждый из резисторов 2,2 кОм и 5,6 кОм, соединенных параллельно при приложенном к ним переменном напряжении 120 вольт?

5. Что определяет потребление мощности в цепи переменного тока?

6. Чему равна потребляемая мощность в цепи переменного тока, в которой напряжение 120 вольт приложено к нагрузке 1200 Ом?

Глава 15. Емкостные цепи переменного тока

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать фазовое соотношение между током и напряжением в емкостной цепи переменного тока.

• Дать определение емкостного сопротивления (реактивного сопротивления емкости) в емкостной цепи переменного тока.

• Описать, как резистивно-емкостные цепи могут использоваться для фильтрации, в качестве элементов согласования и фазового сдвига.

• Объяснить как работают RC фильтры верхних и нижних частот.

Конденсаторы являются ключевыми компонентами цепей переменного тока. Конденсаторы вместе с резисторами и катушками индуктивности образуют полезные электронные цепи.

15-1. КОНДЕНСАТОРЫ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Когда к конденсатору прикладывается переменное напряжение, создается впечатление, что во всей цепи есть поток электронов. Однако, электроны не проходят через диэлектрик конденсатора. При увеличении и уменьшении амплитуды переменного тока конденсатор заряжается и разряжается. Результирующее движение электронов от одной обкладки к другой представляет ток.

В емкостной цепи переменного тока фазовое соотношение между током и приложенным напряжением не такое, как в чисто резистивной цепи. В чисто резистивной цепи ток находится в фазе с приложенным напряжением. В емкостной цепи переменного тока ток и напряжение находятся не в фазе друг с другом (рис. 15-1). Когда ток максимален, напряжение равно нулю. Это соотношение обусловлено сдвигом по фазе на 90 градусов. В емкостной цепи ток опережает приложенное напряжение.

Рис. 15-1. Обратите внимание на то, что ток и напряжение в емкостной цепи переменного тока находятся не в фазе. Ток опережает приложенное напряжение.

В емкостной цепи переменного тока приложенное напряжение постоянно изменяется, вынуждая конденсатор. заряжаться и разряжаться. После того как конденсатор первоначально зарядится, напряжение на его обкладках противодействует любому изменению приложенного напряжения. Противодействие, которое конденсатор оказывает приложенному переменному напряжению, называется емкостным сопротивлением. Емкостное сопротивление обозначается и измеряется в омах.

Емкостное сопротивление может быть вычислено по формуле:

где π = 3,14, f – частота в герцах, С – емкость в фарадах.

Емкостное сопротивление является функцией частоты приложенного переменного напряжения и емкости. Увеличение частоты уменьшает емкостное сопротивление, что приводит к возрастанию тока. Уменьшение частоты увеличивает противодействие и приводит к уменьшению тока.

_{ПРИМЕР: Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью в 1 микрофараду при частоте 60 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 60 Гц; С= 1 мкф = 0,000001 Ф}

_{Хс =?} 

_{Решение:} 

_{Хс = 1/(2)(3,14)(60)(0,000001)}

_{Хс = 1/0,000377 = 2653 Ом.}

_{ПРИМЕР: Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью 1 мкФ на частоте 400 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 400 Гц; С= 1 мкф = 0,000001 Ф}

_{Хс =?} 

_{Решение:} 

_{Хс = 1/(2)(3,14)(400)(0,000001)}

_{Хс = 1/0,00251 = 398 Ом.}

_{ПРИМЕР: Чему разно емкостное сопротивление конденсатора емкостью в 0,1 микрофарад при частоте 60 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 60 Гц; С= 0,1 мкф = 0,0000001 Ф}

_{Хс =?} 

_{Решение:} 

_{Хс = 1/(2)(3,14)(60)(0,0000001)}

_{Хс = 1/0,0000377 = 26,525 Ом.}

_{ПРИМЕР: Чему разно емкостное сопротивление конденсатора емкостью в 10 микрофарад при частоте 60 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 60 Гц; С= 10 мкф = 0,00001 Ф}

_{Хс =?} 

_{Решение:} 

_{Хс = 1/(2)(3,14)(60)(0,00001)}

_{Хс = 1/0,00377 = 265 Ом.}

Емкостное сопротивление есть ни что иное, как противодействие изменениям приложенного к конденсатору переменного напряжения. Следовательно, в цепи переменного тока конденсатор является эффективным способом управления током. Согласно закону Ома ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален емкостному сопротивлению. Это можно выразить с помощью формулы:

I = E/X_C

Замечание: В законе Ома емкостное (реактивное) сопротивление X_C заменило активное сопротивление R.

Важно помнить, что емкостное сопротивление зависит от частоты приложенного напряжения и емкости цепи.

_{ПРИМЕР: К конденсатору емкостью 100 мкФ приложено напряжение 12 вольт частотой 60 герц. Какова величина текущего через него тока?}

_Дано: 

_{E = 12 В; π = 3,14; f = 60 Гц; С= 100 мкф = 0,0001 Ф}

_I =? 

_{Решение:} 

_{Сначала найдем емкостное сопротивление (Хс)}

_{Хс = 1/ 2πfC}

_{Хс = 1/(2)(3,14)(60)(0,0001)}

_{Хс = 1/0,0377 = 26,5 Ом} 

_{Теперь, зная Хс, найдем ток:}

_{I = E/Хс = 12/26,5}

_{I = 0,45 А или 450 мА.}

_{ПРИМЕР: Через конденсатор емкостью 10 мкФ течет ток 250 мА. Какое напряжение частотой 60 Гц приложено к конденсатору?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 60 Гц; С = 10 мкф = 0,00001 Ф; I = 250 мА или 0,25 А}

_{Хс =?; E =?}

_{Решение:} 

_{Сначала найдем емкостное сопротивление (Хс):}

_{Хс = 1/ 2πfC}

_{Хс = 1/(2)(3,14)(60)(0,00001)}

_{Хс = 1/0,00377 = 265 Ом} 

_{Теперь найдем падение напряжения (Е):}

_I = E/Хс 

_{0,25 = E/265} 

_{E = 66,25 В}

Когда конденсаторы соединены последовательно, общее емкостное сопротивление равно сумме емкостных сопротивлений отдельных конденсаторов:

X_CT = X_C1 + X_C2 + X_C3 +… + X_Cn

Когда конденсаторы соединены параллельно, обратная величина общего емкостного сопротивления равна сумме обратных величин емкостных сопротивлений отдельных конденсаторов.

1/X_CT = 1/X_C1 + 1/X_C2 + 1/X_C3 +… + 1/X_Cn

15-1. Вопросы

1. Опишите, как переменное напряжение создает впечатление протекания тока через конденсатор.

2. Каково фазовое соотношение между током и напряжением в емкостной цепи?

3. Что такое емкостное сопротивление?

4. Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью 10 мкФ при частоте 400 герц?

15-2. ПРИМЕНЕНИЕ ЕМКОСТНЫХ ЦЕПЕЙ

Конденсаторы могут использоваться отдельно или в комбинации с резисторами, образуя RC (резистивно-емкостные) цепи. Одним из применений RC цепей является фильтрация.

Фильтром называется цепь, выделяющая некоторую область частот, ослабляя токи одних частот и пропуская другие. Фильтры имеют частоту (точку) среза между частотами, которые пропускаются, и частотами, которые ослабляются. Наиболее широко используются два типа фильтров: фильтры нижних частот и фильтры верхних частот. Фильтр нижних частот пропускает низкие частоты и ослабляет верхние. Фильтр верхних частот пропускает частоты, находящиеся выше частоты среза, и ослабляет частоты ниже частоты среза.

Фильтр нижних частот (рис. 15-2) состоит из конденсатора и резистора, включенных последовательно.

Рис. 15-2. RC фильтр нижних частот.

Входное напряжение приложено к последовательной цепочке из конденсатора и резистора. Выходное напряжение снимается с конденсатора. На низких частотах емкостное сопротивление больше, чем сопротивление резистора, так что большая часть напряжения падает на конденсаторе. Следовательно, большая часть напряжения появляется и на выходе. При повышении частоты входного напряжения емкостное сопротивление уменьшается, и на конденсаторе падает меньшее напряжение. Следовательно, на резисторе падает большее напряжение, и выходное напряжение уменьшается. Частота среза не является резкой границей. Чем выше частота входного сигнала, тем больше он ослабляется. На рис. 15-3 показана амплитудно-частотная характеристика RC фильтра нижних частот.

Рис. 15-3. Амплитудно-частотная характеристика RC фильтра нижних частот.

Фильтр верхних частот также состоит из резистора и конденсатора, включенных последовательно (рис. 15-4).

Рис. 15-4. RC фильтр верхних частот.

Однако выходное напряжение снимается с резистора. На высоких частотах емкостное сопротивление низкое и большая часть напряжения падает на резисторе. При уменьшении частоты емкостное сопротивление увеличивается и на конденсаторе падает большее напряжение. В результате уменьшается выходное напряжение на резисторе. И опять уменьшение выходного напряжения является постепенным. На рис. 15-5 показана амплитудно-частотная характеристика RC фильтра верхних частот.

Рис. 15-5. Амплитудно-частотная характеристика RC фильтра верхних частот.

Большинство электронных цепей используют как переменное, так и постоянное напряжения. Это приводит к тому, что сигнал переменного тока накладывается на сигнал постоянного тока. Если постоянный ток используется для питания оборудования, то желательно удалить из него сигналы переменного тока. Для этой цели можно использовать фильтр нижних частот. Развязывающая цепь (рис. 15-6) пропускает сигнал постоянного тока и ослабляет или устраняет сигнал переменного тока.

Рис. 15-6. Развязывающая RC цепочка.

Сигнал переменного тока может иметь форму колебаний, шумов или переходных импульсов. Путем подбора частоты среза большинство сигналов переменного тока может быть отфильтровано, и останется только постоянное напряжение на конденсаторе.

В других случаях желательно пропустить сигнал переменного тока и блокировать постоянное напряжение. Цепи этого типа называются связывающими (рис. 15-7). Для этих цепей можно использовать RC фильтр верхних частот.

Рис. 15-7. RC цепочка связи.

Сначала конденсатор заряжается до уровня постоянного напряжения. Когда конденсатор зарядится, постоянный ток уже не сможет течь по цепи. Источник переменного напряжения заставит конденсатор заряжаться и разряжаться с частотой переменного тока, создавая ток через резистор. Номинальные значения конденсатора и резистора выбираются таким образом, чтобы сигнал переменного тока проходил без затухания.

Иногда бывает необходимо сдвинуть фазу выходного сигнала переменного тока по отношению к входному сигналу. Для сдвига фазы могут также использоваться RC цепи. RC цепи фазового сдвига используются только тогда, когда желателен небольшой сдвиг фаз, порядка 60 градусов.

На рис. 15-8 показана цепь фазового сдвига, в которой входное напряжение приложено к комбинации резистор-конденсатор, а выходное напряжение снимается с резистора. Ввиду наличия конденсатора в этой цепи ток опережает напряжение. Напряжение на резисторе находится в фазе с током. Это приводит к тому, что выходное напряжение опережает по фазе входное.

Рис. 15-8. Цепь фазового сдвига, в которой выходное напряжение опережает по фазе входное.

На рис. 15-9 выходное напряжение снимается с конденсатора. Ток в цепи опережает приложенное напряжение. Однако напряжение на конденсаторе отстает от приложенного напряжения.

Рис. 15-9. Цепь фазового сдвига, в которой выходное напряжение на конденсаторе отстает от приложенного напряжения.

Для достижения большего сдвига фаз несколько фазосдвигающих RC цепочек можно включить последовательно (каскадно) (рис. 15–10). Однако каскадное включение цепочек уменьшает выходное напряжение. Для повышения выходного напряжения до необходимого уровня нужен усилитель.

Фазосдвигающие цепочки пригодны только на одной частоте, так как емкостное сопротивление изменяется с частотой. Изменение емкостного сопротивления приводит к различным фазовым сдвигам.

Рис. 15–10. Каскадные фазосдвигающие RC цепи.

15-2. Вопросы

1. Каковы три основных применения резистивно-емкостных цепочек в электронных цепях?

2. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику фильтра нижних частот и расскажите, как он работает.

3. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику фильтра верхних частот и расскажите, как он работает.

4. Для чего предназначена развязывающая цепь?

5. Где используются фазосдвигающие RC цепочки?

РЕЗЮМЕ

• Когда к конденсатору приложено переменное напряжение, появляется ток.

• Зарядка и разрядка конденсатора создает впечатление протекания тока.

• В емкостной цепи ток опережает по фазе приложенное напряжение на 90 градусов.

• Емкостное сопротивление – это противодействие заряженного конденсатора изменению приложенного напряжения.

• Емкостное сопротивление обозначается Х_с.

• Емкостное сопротивление измеряется в омах.

• Емкостное сопротивление может быть вычислено по формуле:

Хс = 1/2πfc

• RC цепочки используются для фильтрации, связи и сдвига фаз.

• Фильтр – это цепь, которая ограничивает пропускание некоторых частот.

• Фильтр нижних частот пропускает частоты ниже частоты среза. Он состоит из резистора и конденсатора, соединенных последовательно.

• Фильтр верхних частот пропускает частоты выше частоты среза. Он состоит из резистора и конденсатора, соединенных последовательно.

• Цепочки связи пропускают сигналы переменного тока и блокируют сигналы постоянного тока.

Глава 15. САМОПРОВЕРКА

1. Каково фазовое соотношение между током и приложенным напряжением в емкостной цепи?

2. Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью 1000 мкФ на частоте 60 герц?

3. Чему равен ток, текущий через конденсатор, указанный в предыдущем вопросе, при приложенном напряжении 12 вольт?

4. Перечислите три основных применения емкостных цепей.

5. Почему важны емкостные цепочки связи?