上QQ阅读APP看本书，新人免费读10天

设备和账号都新为新人

第2章简单电路的识读方法

2.1 RC电路的识读方法

RC电路是一种由电阻器和电容器按照一定的方式进行连接的电路。学习该类电路识读时，我们应首先认识和了解该类电路的特征，接下来再结合具体的电路单元弄清楚其电路特点和功能。最后，根据其特征在实际电子产品电路中，找到该电路单元，再进行识读，以帮助分析和理解整个电子产品电路。

2.1.1 RC电路的特征

1. RC电路的结构特点

根据不同的应用场合和功能，RC电路通常有两种结构形式，一种是RC串联电路，另一种是RC并联电路，如图2-1所示。

图2-1 RC电路的结构形式

（1）RC串联电路特点

电阻器和电容器串联连接后的组合再与交流电源连接，称为RC串联电路。图2-2所示为典型RC串联电路。电路中流动的电流引起了电容器和电阻器上的电压降，这些电压降与电路中电流及各元件的电阻值或容抗值成比例。电阻器电压UR和电容器电压UC用欧姆定律表示为（XC为容抗）

UR=I×R

UC=I×XC

图2-2 典型RC串联电路

【要点说明】

在纯电容电路中，电压和电流相互之间的相位差为90°。在纯电阻电路中，电压和电流的相位相同。在同时包含电阻器和电容器的电路中，外加电压和电流之间的相位差在0°～90°之间。

当RC串联电路连接于一个交流源时，外加电压和电流的相位差在0°～90°之间。相位差的大小取决于电阻值和电容量的比例。相位差均用角度表示。

【资料链接】

交流电是指大小（即幅度）和方向都随时间变化而周期性变化的电压和电流，通常用符号“～”或字母“AC”表示。我们用得较多的交流电是正弦交流电，它的大小和方向是随时间按正弦规律做周期性变化的交流电，广泛应用于工农业生产、科学研究及日常生活中。

图2-3所示为交流正弦信号波形，它是按照正弦规律变化的信号，正弦量的振幅值、频率（或角频率、周期）和初相位是正弦量的三要素，交流信号一个周期是360°（2π），可分为正负半周（半周为180°），两个信号的波形之间的时间差相当于相位差。

图2-3 交流正弦信号的波形图

（2）RC并联电路

电阻器和电容器并联连接后的组合再与交流电源连接，称为RC并联电路。如图2-4所示为典型RC并联电路。

图2-4 典型RC并联电路

与所有并联电路相似，在RC并联电路中，外加电压U直接加在各个支路上。因此各支路的电压相等，都等于外加电压，并且三者之间的相位相同。因为整个电路的电压相同，它为表示任意电路的相位差提供了基准。当知道任何一个电路电压时，将会知道所有电压值。

U=UR=UC

【资料链接】

RC元件构成的串并联电路常用于RC正弦波振荡电路。该电路是利用电阻器和电容器的充放电特性构成的。RC的值选定后，它们的充放电的时间（周期）就固定为一个常数，也就是说它有一个固定的谐振频率。RC正弦波振荡电路一般用来产生频率在200kHz以下的低频正弦信号。常见的RC正弦波振荡电路有桥式、移相式和双T式几种，如图2-5所示。

图2-5 RC正弦波振荡电路

2. RC电路的功能

RC电路主要功能是在电路中起到振荡和滤波的作用。

（1）RC组成的振荡电路

① RC桥式振荡电路的识读分析。

RC桥式振荡电路的结构图如图2-6所示。当R=R1=R2，C=C1=C2时，振荡频率计算公式为：f0=πRC/2。

图2-6 RC桥式振荡电路的结构图

● RC串并联电路的频率特性。

图2-7所示为RC串并联电路及频率特性。

图2-7 RC串并联电路及频率特性

图2-7（b）所示的幅频特性表明RC串并联电路具有选频能力，这是因为电容器的容抗是频率的函数。因而，当ui的幅度固定，仅改变信号频率时，uo的幅度也随频率的改变而不同。当f=0时，C1相当于开路，uo=0；f增大时，C1容抗减小，电流i增加，uo的输出增加，且随f进一步增大，uo也增大。但由于C2的容抗也随f升高而减小。因此，当f增大到某个值后，若继续增大f，这时uo反而下降；当f增加到一定程度时，uo趋近于0。显然，频率f从0到某值时，uo的幅度经历了一个从小到大，再从大到小的过程。这中间存在一个幅度最大的频率点，这个频率就是谐振频率f0，它近似为

当R1=R2=R，C1=C2=C时，上式可简化为

图（c）的相频特性说明：当ui的频率为零时，uo超前ui90°；当ui的频率趋于无穷大时，uo滞后ui90°；只有当f=f0时，uo与ui同相。综上所述，RC串并联电路在特殊频率点上具有输出与输入同相且输出幅度最大（等于输入幅度的）的特点。

● 桥式振荡电路的振荡条件。

由上面的分析可知，RC串并联电路具有与LC回路相似的频率特性，但是它却不能像LC回路那样用于单管放大器中构成正弦波振荡器，只能用于两级共射极放大电路中，如图2-6所示。这是因为一级放大电路输入、输出只有180°相移，两级共射极放大电路才可能产生360°的相移而达到同相的条件。而作为反馈电路的RC串并联电路，当f=f0时，输入、输出同相（即不产生相移）。因此为正反馈，满足相位平衡条件。

② RC移相振荡电路的识读分析。

RC移相振荡电路由一级基本放大电路和三级RC移相电路组成，如图2-8所示。

图2-8 RC移相振荡电路

在RC移相振荡电路中，C1和R1、C2和R2构成两级RC网络，第三级RC网络由C3、RB1和三极管VT放大电路的输入电阻Ri组成，而且在图中通常选取C1=C2=C3=C，R1=R2=R。因为基本放大电路在其通频带范围内φA=180°，若要求满足相位平衡条件，反馈网络还必须使通过它的某一特定频率的正弦电压再移相180°。上图中的RC电路，就有超前移相的作用。一级RC电路的最大移相不超过90°，不能满足振荡的相位条件；两级RC电路的最大相移虽然可以达到180°，但在接近180°时，超前移相RC网络的频率必然很低，此时输出电压已接近于零，也不能满足振荡的幅值条件，所以至少要用三级RC电路来移相使之达180°，才能满足相位平衡条件。

移相振荡器的振荡频率不仅与每级的R、C元件的取值有关，而且还与放大电路的负载电阻器RC和输入电阻Ri有关。通常为了设计的方便，使每级的R、C元件的取值完全一样，且令RC=R，R?Ri。当满足这些条件后，移相振荡器的振荡频率为

而为了满足启振要求，三极管的β值应大于或等于29（这个条件很容易满足）。β越大，启振越容易。

在电路中，为了减小负载对振荡电路的影响，通常在输出端加一级射极输出器，在分析振荡频率和振荡条件时，可暂不考虑它的作用。

RC 移相振荡电路具有结构简单、经济、方便等优点；缺点是选频性能较差，频率调节不方便，由于没有负反馈，因此输出幅度不够稳定，输出波形较差，一般用于振荡频率固定且稳定性要求不高的场合，其频率范围为几赫到几十千赫。

③ RC双T选频网络振荡电路的识读分析。

图2-9所示为RC双T选频网络振荡电路，当满足关系时，振荡频率计算公式为

图2-9 RC双T选频网络振荡电路

由于RC双T网络比RC串并联网络具有更好的选频特性，因此，RC双T网络振荡电路有比较广泛地应用。其缺点是频率调节比较困难，因此比较适用于产生单一频率的振荡电路。

RC振荡电路的振荡频率均与R、C乘积成反比，如果需要振荡频率高的话，势必要求R或C值较小。这在制作上将有困难，因此RC振荡器一般用来产生几赫至几百千赫的低频信号，若要产生更高频率的信号，则应采用LC正弦波振荡器。

（2）RC组成的滤波电路

在一些通信类的电子产品中，经常使用RC元件构成的滤波电路。滤波器可以过滤掉特定频率的信号或允许特定频率的信号通过。滤波电路可以将所需信号和不需要的信号分离开来，阻止干扰信号，提高所需要信号的质量。

由RC元件构成滤波器主要分为低通和高通滤波器两种。电容器在电路中的位置决定了滤波器是低通还是高通。

① 低通滤波器。

低通滤波器的特性是从零到一个特定频率的所有信号可以自由的通过并传输到负载，高频信号被阻止或削弱。

图2-10所示为RC串联组成的低通滤波器。输入电压加在串联的电阻器和电容器上，信号从电容器两端输出。电阻器与电容器组成一个分压电路，其输出的分压比例和电阻值（R）与容抗值（XC）有关。当输入信号的频率变化时，电阻值不会变化，但电容器的阻抗（XC）会随频率的升高而减小。在低频时，XC大于R，大部分输入信号可以出现在输出端，在很高的频率时，XC远小于R，输出的信号会很小。

图2-10 RC串联组成的低通滤波器

图2-11所示为低通滤波器的频率响应曲线。曲线给出了输出的电压值和频率的关系。当频率为0Hz或输入为直流时，电容器的阻碍作用最大，而且输出电压等于输入电压。随着频率增加，XC开始减小，并且输出电压也开始下降。在截止频率（f0）处，输出电压大约等于输入电压的70%。在达到截止频率后，输出电压以恒定的斜率下降。

图2-11 低通滤波器的频率响应曲线

② 高通滤波器。

高通滤波器用于阻止从零到一特定频率的所有信号，但该特定频率以上的高频信号可自由通过。

图2-12所示为简单的RC串联高通滤波器及频率响应曲线。该滤波器是由电容器C和电阻器R组成的分压电路。输出信号取自电阻器的两端。输入低频信号时，电容器的阻抗（容抗XC）很大，输出信号的幅度很小；随着频率升高，容抗变小，输出信号的幅度逐渐增加。当输入频率很高时，容抗值非常低。因此，对于更高的频率，电容器相当于短路。输出几乎等于输入。