ในวงจร RC จะใช้ชุดค่าผสมหรือ R (ตัวต้านทาน) และ C (ตัวเก็บประจุ) ในการกำหนดค่าเฉพาะเพื่อควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าสำหรับการปรับใช้เงื่อนไขที่ต้องการ

หนึ่งใน การใช้งานหลักของตัวเก็บประจุ อยู่ในรูปแบบของชุดเชื่อมต่อซึ่งอนุญาตให้ AC ผ่านได้ แต่บล็อก DC ในเกือบทุกวงจรที่ใช้งานได้จริงคุณจะเห็นตัวต้านทานสองสามตัวที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุแบบอนุกรม

ความต้านทานจะ จำกัด การไหลของกระแสและทำให้เกิดความล่าช้าในบางส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับตัวเก็บประจุโดยทำให้ประจุสะสมในตัวเก็บประจุตามสัดส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ป้อน

เวลา RC คงที่

สูตรในการกำหนดเวลา RC (T) นั้นตรงไปตรงมามาก:

T = RC โดยที่ T = ค่าคงที่ของเวลาในหน่วยวินาที R = ความต้านทานเป็นเมกะเฮิร์ตซ์ C = ความจุในไมโครฟาเรด

(อาจสังเกตได้ว่ามีการระบุค่าตัวเลขที่เหมือนกันมากสำหรับ T หาก R อยู่ในหน่วยโอห์มและ C เป็นฟาราด แต่ในทางปฏิบัติ megohms และ microfarads มักจะเป็นหน่วยที่ง่ายกว่ามาก)

ในวงจร RC ค่าคงที่เวลา RC อาจกำหนดเป็นเวลาที่ใช้โดยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวเก็บประจุเพื่อให้ได้ 63% ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

(ขนาด 63% นี้เป็นที่ต้องการเพื่อความสะดวกในการคำนวณ) ในชีวิตจริงแรงดันไฟฟ้าทั่วตัวเก็บประจุอาจสะสมต่อไปได้จริง (แต่ไม่มาก) 100% ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ดังแสดงในรูปด้านล่าง

องค์ประกอบคงที่ของเวลาหมายถึงระยะเวลาในรูปแบบของปัจจัยเวลาตัวอย่างเช่นที่ตัวประกอบเวลา 1 ของเครือข่าย RC แรงดันไฟฟ้ารวม 63% จะถูกสะสมในช่วงเวลาหลังจากค่าคงที่ของเวลา 2 เท่าแรงดันไฟฟ้ารวม 80% จะถูกสร้างขึ้นภายใน ตัวเก็บประจุและอื่น ๆ

หลังจากเวลาคงที่ 5 เกือบ (แต่ไม่มาก) แรงดันไฟฟ้า 100% อาจสร้างขึ้นทั่วตัวเก็บประจุ ปัจจัยการคายประจุของตัวเก็บประจุเกิดขึ้นในลักษณะพื้นฐานเดียวกัน แต่เป็นลำดับผกผัน

ความหมายหลังจากช่วงเวลาเท่ากับค่าคงที่ของเวลา 5 แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวเก็บประจุจะลดลง 100 - 63 = 37% ของแรงดันไฟฟ้าเต็มและอื่น ๆ

ตัวเก็บประจุจะไม่ถูกชาร์จหรือคายประจุจนเต็ม

ในทางทฤษฎีอย่างน้อยที่สุดตัวเก็บประจุอาจไม่สามารถชาร์จได้ถึงระดับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เต็มหรือไม่สามารถคายประจุออกได้อย่างสมบูรณ์

“arduino mega 2560 ความเร็วนาฬิกา ”

ในความเป็นจริงการชาร์จเต็มหรือการคายประจุทั้งหมดอาจถือได้ว่าทำได้ภายในช่วงเวลาที่สอดคล้องกับค่าคงที่ 5 เวลา

ดังนั้นในวงจรดังที่แสดงด้านล่างสวิตช์เปิดเครื่อง 1 จะทำให้เกิดการชาร์จ 'เต็ม' บนตัวเก็บประจุในเวลาคงที่ 5 x วินาที

ถัดไปเมื่อเปิดสวิตช์ 1 ตัวเก็บประจุอาจอยู่ในสถานการณ์ที่จะจัดเก็บแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จริง และจะเก็บประจุนี้ไว้เป็นระยะเวลาไม่ จำกัด หากตัวเก็บประจุไม่มีการรั่วไหลภายในเป็นศูนย์

กระบวนการสูญเสียประจุนี้จะซบเซาอย่างมากเนื่องจากในโลกแห่งความเป็นจริงไม่มีตัวเก็บประจุใดที่สมบูรณ์แบบได้อย่างไรก็ตามในช่วงเวลาหนึ่งที่สำคัญประจุที่เก็บไว้นี้อาจยังคงเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า 'ประจุเต็ม' ที่มีประสิทธิภาพ

เมื่อใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแรงสูงตัวเก็บประจุสามารถอยู่ในตำแหน่งที่เกิดไฟฟ้าช็อตได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่สัมผัสแม้หลังจากปิดวงจรแล้วก็ตาม

ในการดำเนินการวงจรของประจุ / การคายประจุดังที่แสดงในแผนภาพกราฟิกที่สองด้านบนเมื่อปิดสวิตช์ 2 ตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุผ่านความต้านทานที่เชื่อมต่อและใช้เวลาระยะหนึ่งเพื่อให้กระบวนการคายประจุเสร็จสิ้น

RC Combination in Relaxation Oscillator

รูปด้านบนเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์ผ่อนคลายขั้นพื้นฐานที่ทำงานโดยใช้ทฤษฎีการปล่อยประจุพื้นฐานของตัวเก็บประจุ

ประกอบด้วยตัวต้านทาน (R) และตัวเก็บประจุ (C) ต่ออนุกรมกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อให้สามารถมองเห็นการทำงานของวงจรทางกายภาพได้ก หลอดไฟนีออน ใช้คู่ขนานกับตัวเก็บประจุ

หลอดไฟจะทำงานเหมือนวงจรเปิดจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าถึงขีด จำกัด แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดเมื่อมันเปิดสวิตช์ทันทีและนำกระแสค่อนข้างเหมือนตัวนำและเริ่มเรืองแสง แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าสำหรับกระแสไฟฟ้านี้จึงต้องสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กระตุ้นให้เกิดนีออน

มันทำงานอย่างไร

เมื่อเปิดวงจรตัวเก็บประจุจะเริ่มชาร์จอย่างช้าๆตามที่กำหนดโดยค่าคงที่ของเวลา RC หลอดไฟเริ่มรับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งพัฒนาขึ้นทั่วทั้งตัวเก็บประจุ

ในขณะที่ประจุนี้ผ่านตัวเก็บประจุมีค่าซึ่งอาจเท่ากับแรงดันไฟของนีออนหลอดนีออนจะทำหน้าที่และเริ่มส่องสว่าง

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นนีออนจะสร้างเส้นทางการปลดปล่อยสำหรับตัวเก็บประจุและตอนนี้ตัวเก็บประจุเริ่มคายประจุ สิ่งนี้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมนีออนและเมื่อระดับนี้ต่ำกว่าแรงดันไฟของนีออนหลอดไฟจะดับและดับลง

ขณะนี้กระบวนการยังคงดำเนินต่อไปทำให้ไฟนีออนกะพริบ ON OFF อัตราหรือความถี่ในการกะพริบขึ้นอยู่กับค่าคงที่ของเวลา RC ซึ่งสามารถปรับได้เพื่อเปิดใช้งานอัตราการกระพริบช้าหรืออัตราการกระพริบเร็ว

ถ้าเราพิจารณาค่าส่วนประกอบตามที่แสดงในแผนภาพค่าคงที่ของเวลาสำหรับวงจร T = 5 (megohms) x 0.1 (microfarads) = 0.5 วินาที

นี่หมายความว่าการเปลี่ยนค่า RC ทำให้อัตราการกระพริบของนีออนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามความต้องการของแต่ละบุคคล

การกำหนดค่า RC ในวงจร AC

เมื่อใช้ AC ในการกำหนดค่า RC เนื่องจากลักษณะการสลับของกระแสไฟฟ้าครึ่งรอบหนึ่งของ AC จะชาร์จตัวเก็บประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพและในทำนองเดียวกันจะถูกปล่อยออกด้วยครึ่งรอบที่เป็นลบถัดไป สิ่งนี้ทำให้ตัวเก็บประจุสลับกันชาร์จและคายประจุเพื่อตอบสนองต่อขั้วที่แตกต่างกันของรูปคลื่นวงจร AC

ด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจึงไม่ถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุ แต่ได้รับอนุญาตให้ผ่านตัวเก็บประจุ อย่างไรก็ตามกระแสนี้ถูก จำกัด โดยค่าคงที่เวลา RC ที่มีอยู่ในเส้นทางของวงจร

ส่วนประกอบ RC จะตัดสินใจโดยเปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จและคายประจุ ในขณะเดียวกันตัวเก็บประจุยังสามารถให้ความต้านทานเล็กน้อยต่อการส่งผ่านของ AC โดยวิธีรีแอคแตนซ์แม้ว่ารีแอคแตนซ์นี้จะไม่ใช้พลังงานใด ๆ ก็ตาม ผลกระทบหลักคือการตอบสนองความถี่ที่เกี่ยวข้องกับวงจร RC

RC COUPLING ในวงจร AC

การเชื่อมต่อขั้นตอนเฉพาะของวงจรเสียงไปยังอีกขั้นหนึ่งผ่านตัวเก็บประจุเป็นการนำไปใช้งานทั่วไปและแพร่หลาย แม้ว่าความจุดูเหมือนจะถูกใช้อย่างอิสระ แต่จริงๆแล้วมันอาจเกี่ยวข้องกับความต้านทานอนุกรมที่เป็นสัญลักษณ์ของคำว่า 'โหลด' ดังที่แสดงด้านล่าง

ความต้านทานนี้ได้รับความช่วยเหลือจากตัวเก็บประจุทำให้เกิดการรวมกันของ RC ที่อาจรับผิดชอบในการสร้างค่าคงที่เวลาที่แน่นอน

เป็นสิ่งสำคัญที่ค่าคงที่ในเวลานี้จะเติมเต็มข้อกำหนดของความถี่สัญญาณ AC อินพุตซึ่งจะถูกถ่ายโอนจากขั้นตอนหนึ่งไปยังอีกขั้นหนึ่ง

หากเราสมมติตัวอย่างของวงจรขยายเสียงช่วงสูงสุดที่ความถี่อินพุตอาจอยู่ที่ประมาณ 10 kHz รอบระยะเวลาของความถี่ประเภทนี้จะเป็น 1 / 10,000 = 0.1 มิลลิวินาที

ที่กล่าวว่าเพื่อให้ความถี่นี้แต่ละรอบใช้คุณสมบัติการชาร์จ / การคายประจุสองลักษณะที่เกี่ยวข้องกับฟังก์ชันตัวเก็บประจุแบบ coupling ซึ่งเป็นค่าบวกและค่าลบ

ดังนั้นระยะเวลาสำหรับฟังก์ชันการชาร์จ / การปลดปล่อยเดี่ยวจะเท่ากับ 0.05 มิลลิวินาที

ค่าคงที่ของเวลา RC ที่จำเป็นในการเปิดใช้งานการทำงานนี้จะต้องเป็นไปตามค่า 0.05 มิลลิวินาทีเพื่อให้ได้ถึง 63% ของระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ป้อนและโดยพื้นฐานแล้วค่อนข้างน้อยกว่าเพื่อให้ทางเดินที่สูงกว่า 63 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

การเพิ่มประสิทธิภาพ RC Time Constant

สถิติข้างต้นทำให้เรามีแนวคิดเกี่ยวกับค่าที่ดีที่สุดที่เป็นไปได้ของตัวเก็บประจุแบบ coupling ที่จะใช้

เพื่อเป็นตัวอย่างสมมติว่าความต้านทานอินพุตปกติของทรานซิสเตอร์กำลังต่ำอาจอยู่ที่ประมาณ 1 k ค่าคงที่เวลาของข้อต่อ RC ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดอาจเป็น 0.05 มิลลิวินาที (ดูด้านบน) ซึ่งอาจทำได้ด้วยการคำนวณต่อไปนี้:

0.05 x 10 = 1,000 x C หรือ C = 0.05 x 10^-9farads = 0.50 pF (หรืออาจต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจากจะทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 63% ผ่านตัวเก็บประจุ)

ในทางปฏิบัติโดยทั่วไปแล้วค่าความจุที่มากขึ้นสามารถนำมาใช้ซึ่งอาจมีขนาดใหญ่ถึง 1µF หรือมากกว่านั้นก็ได้ โดยทั่วไปอาจให้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น แต่ในทางตรงกันข้ามอาจทำให้ประสิทธิภาพของการนำ AC coupling ลดลง

นอกจากนี้การคำนวณยังชี้ให้เห็นว่าการเชื่อมต่อแบบ capacitive จะไม่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อความถี่ AC เพิ่มขึ้นเมื่อใช้ตัวเก็บประจุจริงในวงจรการมีเพศสัมพันธ์

การใช้เครือข่าย RC ใน FILTER CIRCUITS

การจัด RC มาตรฐานที่ใช้เป็น วงจรกรอง แสดงในรูปด้านล่าง

ถ้าเราดูที่ด้านอินพุตเราจะพบตัวต้านทานที่ต่ออยู่ในอนุกรมพร้อมกับรีแอคแตนซ์แบบคาปาซิทีฟทำให้แรงดันไฟฟ้าตกในทั้งสององค์ประกอบ

ในกรณีที่ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุ (Xc) สูงกว่า R แรงดันไฟฟ้าขาเข้าเกือบทั้งหมดจะสร้างขึ้นทั่วทั้งตัวเก็บประจุดังนั้นแรงดันขาออกจะถึงระดับเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า

เรารู้ว่ารีแอคแตนซ์ของตัวเก็บประจุเป็นสัดส่วนผกผันกับความถี่ซึ่งหมายความว่าถ้าความถี่ AC เพิ่มขึ้นจะทำให้รีแอคแตนซ์ลดลงส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าขาออกเพิ่มตามสัดส่วน (แต่ส่วนสำคัญของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะลดลงโดยตัวต้านทาน ).

ความถี่วิกฤตคืออะไร

เพื่อให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อของสัญญาณ AC มีประสิทธิภาพเราต้องพิจารณาปัจจัยที่เรียกว่าความถี่วิกฤต

ที่ความถี่นี้องค์ประกอบค่ารีแอคแตนซ์มีแนวโน้มที่จะได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจนในสภาพดังกล่าวตัวเก็บประจุแบบมีเพศสัมพันธ์เริ่มปิดกั้นสัญญาณแทนที่จะดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพ

ในสถานการณ์เช่นนี้อัตราส่วนของโวลต์ (ออก) / โวลต์ (ใน) จะเริ่มลดลงอย่างรวดเร็ว นี่แสดงให้เห็นด้านล่างในรูปแบบไดอะแกรมพื้นฐาน

จุดวิกฤตที่เรียกว่าจุดม้วนออกหรือความถี่ตัด (f) ได้รับการประเมินเป็น:

fc = 1 / 2πRC

โดยที่ R อยู่ในหน่วยโอห์ม C อยู่ในฟาเรดและ พี่ = 3.1416

แต่จากการอภิปรายก่อนหน้านี้เรารู้ว่า RC = ค่าคงที่เวลา T ดังนั้นสมการจึงกลายเป็น:

fc = 1 / 2πT

โดยที่ T คือค่าคงที่ของเวลาเป็นวินาที

ประสิทธิภาพในการทำงานของตัวกรองประเภทนี้มีลักษณะตามความถี่ตัดและตามอัตราที่อัตราส่วนโวลต์ (ใน) / โวลต์ (ออก) เริ่มลดลงเหนือเกณฑ์ความถี่ตัด

โดยทั่วไปจะแสดงเป็น (บางส่วน) dB ต่ออ็อกเทฟ (สำหรับแต่ละความถี่สองเท่า) ตามที่ระบุในรูปต่อไปนี้ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราส่วน dB และโวลต์ (ใน) / โวลต์ (ออก) และยังให้การตอบสนองความถี่ที่ถูกต้อง เส้นโค้ง

ตัวกรอง RC LOW-PASS

ตามชื่อ ตัวกรองความถี่ต่ำ ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งผ่านสัญญาณ ac ที่ต่ำกว่าความถี่ตัดโดยมีการสูญเสียหรือลดทอนความแรงของสัญญาณน้อยที่สุด สำหรับสัญญาณที่อยู่เหนือความถี่ตัดต่ำตัวกรองความถี่ต่ำจะสร้างการลดทอนที่เพิ่มขึ้น

เป็นไปได้ที่จะคำนวณค่าองค์ประกอบที่แน่นอนสำหรับตัวกรองเหล่านี้ ตัวอย่างเช่นตัวกรองรอยขีดข่วนมาตรฐานที่ใช้ในแอมพลิฟายเออร์สามารถสร้างขึ้นเพื่อลดทอนความถี่มากกว่า 10 kHz ค่าเฉพาะนี้หมายถึงความถี่ในการตัดที่ตั้งใจไว้ของตัวกรอง

ตัวกรองความถี่สูง RC

ตัวกรองความถี่สูงได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้งานในทางอื่น พวกเขาลดทอนความถี่ที่ปรากฏด้านล่างความถี่ตัด แต่อนุญาตให้ความถี่ทั้งหมดที่หรือสูงกว่าความถี่ตัดที่ตั้งไว้โดยไม่มีการลดทอน

เพื่อให้สามารถใช้ตัวกรองความถี่สูงนี้ได้สำเร็จส่วนประกอบ RC ในวงจรจะถูกสลับเข้าด้วยกันตามที่ระบุไว้ด้านล่าง

ตัวกรองความถี่สูงคล้ายกับตัวกรองความถี่ต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ในเครื่องขยายเสียงและเครื่องเสียงเพื่อกำจัดเสียงรบกวนหรือ 'เสียงดังก้อง' ที่เกิดจากความถี่ต่ำที่ไม่ต้องการโดยธรรมชาติ

ความถี่ตัดที่เลือกซึ่งจะกำจัดควรต่ำพอที่จะไม่ขัดแย้งกับการตอบสนองเสียงเบสที่ 'ดี' ดังนั้นขนาดที่ตัดสินใจโดยปกติจะอยู่ในช่วง 15 ถึง 20 เฮิรตซ์

การคำนวณความถี่ในการตัด RC

แม่นยำต้องใช้สูตรเดียวกันในการคำนวณความถี่ตัดนี้ดังนั้นโดยมี 20 Hz เป็นเกณฑ์การตัดที่เรามี:

20 = 1/2 x 3.14 x RC

RC = 125

สิ่งนี้บ่งชี้ว่าตราบใดที่เครือข่าย RC ถูกเลือกเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ของพวกเขาเป็น 125 จะทำให้สามารถตัดสัญญาณความถี่สูงต่ำกว่า 20 เฮิรตซ์ได้

ในวงจรปฏิบัติโดยทั่วไปแล้วตัวกรองดังกล่าวจะถูกนำมาใช้ที่ไฟล์ เวที preamplifier หรือในเครื่องขยายเสียงก่อนวงจรควบคุมโทนเสียงที่มีอยู่

สำหรับ อุปกรณ์ Hi-Fi วงจรตัวกรองที่ถูกตัดออกเหล่านี้มักจะซับซ้อนกว่าที่อธิบายไว้ที่นี่มากเพื่อให้จุดตัดที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและมีความแม่นยำของจุดพิน