RC及RCD電路舉例分析

RC及RCD電路舉例分析耦合電路1 直接耦合直接耦合：將前一級(jí)的輸出端直接連接到后一級(jí)的輸入端。直接耦合方式的缺點(diǎn)：采用直接耦合方式使各級(jí)之間的直流通路相連，因而靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。直接耦合方式的優(yōu)點(diǎn)：具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號(hào)；由于電路中沒有大容量電容，易于將全部電路集成在一片硅片上，構(gòu)成集成電路。2 阻容耦合阻容耦合：將放大電路的前級(jí)輸出端通過電容接到后級(jí)輸入端。直流分析：由于電容對(duì)直流量的電抗為無窮大，因而阻容耦合放大電路各級(jí)之間的直流通路不相通，各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。交流分析：只要輸入信號(hào)頻率較高，耦合電容容量較大，前級(jí)的輸出信號(hào)可幾乎沒有衰減地傳遞到后級(jí)的輸入端。因此，在分立元件電路中阻容耦合方式得到非常廣泛的應(yīng)用。阻容耦合電路的缺點(diǎn)：首先，不適合傳送緩慢變化的信號(hào)，當(dāng)緩慢變化的信號(hào)通過電容時(shí)，將嚴(yán)重被衰減，由于電容有“隔直”作用，因此直流成分的變化不能通過電容。更重要的是，由于集成電路工藝很難制造大容量的電容，因此，阻容耦合方式在集成放大電路中無法采用。3 變壓器耦合變壓器耦合：將放大電路前級(jí)的輸出端通過變壓器接到后級(jí)的輸入端或負(fù)載電阻上。電路缺點(diǎn)：它的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)，且非常笨重，不能集成化。電路優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應(yīng)用。變壓器耦合電路的前后級(jí)靠磁路耦合，它的各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。4 光電耦合光電耦合器：是實(shí)現(xiàn)光電耦合的基本器件，它將發(fā)光元件（發(fā)光二極管）與光敏元件（光電三極管）相互絕緣地組合在一起。工作原理：發(fā)光元件為輸入回路，它將電能轉(zhuǎn)換成光能；光敏元件為輸出回路，它將光能再轉(zhuǎn)換成電能，實(shí)現(xiàn)了兩部分電路的電氣隔離，從而可有效地抑制電干擾。RC電路1 RC微分電路如圖所示，電阻R和電容C串聯(lián)后接入輸入信號(hào)VI，由電阻R輸出信號(hào)VO，當(dāng)RC數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足：(RC)tW，這種電路就稱為微分電路。在R兩端(輸出端)得到正、負(fù)相間的尖脈沖，而且發(fā)生在方波的上升沿和下降沿。真正的微分電路應(yīng)該是含運(yùn)放的，電路原理圖及輸入輸出關(guān)系式如下：2 RC積分電路電阻R和電容C串聯(lián)接入輸入信號(hào)VI，由電容C輸出信號(hào)V0，當(dāng)RC()數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足：tW，這種電路稱為積分電路。在電容C兩端（輸出端）得到鋸齒波電壓，近似為三角形波，tW是本電路必要條件，因?yàn)樗窃诜讲ǖ絹砥陂g，電容只是緩慢充電，VC還未上升到Vm時(shí)，方波就消失，電容開始放電，以免電容電壓出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定電壓值，而且越大，鋸齒波越接近三角波。輸出波形是對(duì)輸入波形積分運(yùn)算的結(jié)果。3 RC耦合電路在RC微分電路中，如果電路時(shí)間常數(shù)(RC)tW，他將變成一個(gè)RC耦合電路。輸出波形與輸入波形一樣。如圖3所示。4 RC濾波電路（無源）在模擬電路，由RC組成的無源濾波電路中，根據(jù)電容的接法及大小主要可分為低通濾波電路(如圖)和高通濾波電路（電容改成串聯(lián)形式）。5 RC脈沖分壓器當(dāng)需要將脈沖信號(hào)經(jīng)電阻分壓傳到下一級(jí)時(shí)，由于電路中存在各種形式的電容，如寄生電容，他相當(dāng)于在負(fù)載側(cè)接有一負(fù)載電容，當(dāng)輸入一脈沖信號(hào)時(shí)，因電容CL的充電，電壓不能突變，使輸出波形前沿變壞，失真。為此，可在R1兩端并接一加速電容C1，這樣組成一個(gè)RC脈沖分壓器。鉗位電路鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路。鉗位電路工作原理：設(shè)二極管為理想元件，當(dāng)輸入U(xiǎn)AUB3V時(shí)，二極管V1，V2正偏導(dǎo)通，輸出被鉗制在UA和UB上，即UF3V；當(dāng)UA0V，UB3V，則V1導(dǎo)通，輸出被鉗制在UFUA0V，V2反偏截止。1 二極管鉗位器信號(hào)經(jīng)過RC耦合電路將失去直流分量，將信號(hào)波形頂部或底部鉗定在某一預(yù)定直流電平上，從而加入直流分量的電路即鉗位器。圖5.4-84A所示二極管頂部鉗位器，對(duì)應(yīng)波形為圖B。電路的R和C組成耦合電路，電壓源E為鉗位電平，當(dāng)輸入信號(hào)V1E時(shí)，VD導(dǎo)通，C迅速充電，輸出VO即為E；當(dāng)輸入信號(hào)V1下降時(shí)，VD截止，C通過R放電，電路的RC時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于信號(hào)變化周期，C的壓降變化很小，輸出再現(xiàn)輸入波形。圖5.4-85A為底部鉗位器，鉗位情況類似頂部鉗位器。2 變壓器RCD鉗位電路作用：防止漏感的沖擊，為漏感能量提供泄放回路。變壓器的漏感是不可消除的，但可以通過合理的電路設(shè)計(jì)和繞制使之減小。圖1為實(shí)際變壓器的等效電路，勵(lì)磁電感同理想變壓器并聯(lián)，漏感同勵(lì)磁電感串聯(lián)。勵(lì)磁電感能量可通過理想變壓器耦合到副邊，而漏感因?yàn)椴获詈?，能量不能傳遞到副邊，如果不采取措施，漏感將通過寄生電容釋放能量，引起電路電壓過沖和振蕩，影響電路工作性能，還會(huì)引起EMI問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀器件，為抑制其影響，可在變壓器初級(jí)并聯(lián)無源RCD鉗位電路。工作原理：引入RCD鉗位電路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主勵(lì)磁電感能量，否則會(huì)降低電路效率。要做到這點(diǎn)必須對(duì)RC參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，下面分析其工作原理：當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，漏感Lk釋能，D導(dǎo)通，C上電壓瞬間充上去，然后D截止，C通過R放電。RCD關(guān)斷吸收電路（開關(guān)管關(guān)斷保護(hù)）RCD關(guān)斷吸收電路有兩種，一種是二極管和電容串聯(lián)，電阻并聯(lián)在二極管上，這種電路作用是減緩功率管關(guān)斷時(shí)電壓的上升速度，減小關(guān)斷損耗；另一種是二極管和電容串聯(lián)，電阻并聯(lián)在電容上，這種電路的作用是限制功率管關(guān)斷時(shí)的最高電壓，防止功率管因關(guān)斷過壓而損壞。第一個(gè)圖所示的關(guān)斷吸收電路在開關(guān)管上并聯(lián)電容，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容Cv通過開關(guān)管V迅速放電，使得開通瞬間開關(guān)管V的附加電流很大，有可能損壞開關(guān)管。為了避免這種情況的發(fā)生，實(shí)用的關(guān)斷吸收電路是RCD網(wǎng)絡(luò)。由于其中包含二極管，故稱為有極性吸收電路（Polarized Snubber）。第二個(gè)圖表示有極性關(guān)斷吸收電路RCD網(wǎng)絡(luò)在Buck轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用，