Dan bersama-sama mereka membentuk rangkaian RC, yaitu rangkaian yang terdiri dari kapasitor dan resistor. Semuanya sederhana ;-)

Seperti yang Anda ingat, kapasitor terdiri dari dua pelat pada jarak tertentu satu sama lain.

Anda mungkin ingat bahwa kapasitasnya tergantung pada luas pelat, pada jarak di antara mereka, dan juga pada zat yang ada di antara pelat. Atau rumus untuk kapasitor datar:

di mana

Oke, lebih ke intinya. Katakanlah kita memiliki kapasitor. apa yang bisa kita lakukan dengan dia? Itu benar, muatan ;-) Untuk melakukan ini, kami mengambil sumber tegangan konstan dan menerapkan muatan ke kapasitor, sehingga mengisinya:

Akibatnya, kapasitor kita akan terisi. Satu pelat akan bermuatan positif, dan pelat lainnya akan bermuatan negatif:

Bahkan jika kita melepas baterai, kita masih memiliki muatan pada kapasitor untuk beberapa waktu.

Retensi muatan tergantung pada ketahanan material di antara pelat. Semakin kecil, semakin cepat kapasitor akan keluar dari waktu ke waktu, menciptakan kebocoran arus. Oleh karena itu, yang terburuk, dalam hal keamanan muatan, adalah kapasitor elektrolitik, atau pada manusia - elektrolit:

Tetapi apa yang terjadi jika kita menghubungkan resistor ke kapasitor?

Kapasitor akan terlepas saat rangkaian menjadi tertutup.

Konstanta waktu sirkuit RC

Yang bahkan sedikit meraba-raba dalam elektronik, sangat memahami proses ini. Itu semua dangkal. Tetapi kenyataannya kita tidak dapat mengamati proses pengosongan kapasitor hanya dengan melihat rangkaiannya. Untuk melakukan ini, kita memerlukan fungsi perekaman sinyal. Untungnya, sudah ada tempat untuk perangkat ini di desktop saya:

Jadi, rencana aksinya adalah sebagai berikut: kita akan mengisi kapasitor menggunakan catu daya, dan kemudian melepaskannya pada resistor dan melihat bentuk gelombang saat kapasitor dilepaskan. Mari kita merakit sirkuit klasik yang ada di buku teks elektronik apa pun:

pada titik ini kita sedang mengisi kapasitor

kemudian kita alihkan sakelar sakelar S ke posisi lain dan melepaskan kapasitor, mengamati proses pengosongan kapasitor pada osiloskop

Saya pikir ini semua jelas. Nah, mari kita mulai merakit.

Kami mengambil papan tempat memotong roti dan merakit shemka. Saya mengambil kapasitor dengan kapasitas 100 mikrofarad, dan resistor 1 KiloOhm.

Alih-alih sakelar sakelar S, saya akan membalik posting kuning secara manual.

Nah, semuanya, kami berpegang teguh pada resistor dengan probe osiloskop

dan lihat osilogram, bagaimana kapasitor dikosongkan.

Mereka yang membaca tentang sirkuit RC untuk pertama kalinya, saya pikir, sedikit terkejut. Logikanya, debit harus melewati garis lurus, tetapi di sini kita melihat tikungan. Pelepasan terjadi sesuai dengan apa yang disebut eksponen . Karena saya tidak suka aljabar dan analisis matematis, saya tidak akan memberikan berbagai perhitungan matematis. Omong-omong, apa itu peserta pameran? Nah, eksponennya adalah grafik fungsi "e pangkat x". Singkatnya, semua orang pergi ke sekolah, Anda tahu lebih baik ;-)

Karena ketika kita menutup sakelar sakelar, kita mendapatkan rangkaian RC, maka ia memiliki parameter seperti: Konstanta waktu sirkuit RC. Konstanta waktu suatu rangkaian RC dilambangkan dengan huruf t, dalam literatur lain dilambangkan dengan huruf kapital T. Agar lebih mudah dipahami, mari kita juga menyatakan konstanta waktu suatu rangkaian RC dengan huruf kapital T.

Jadi, saya pikir perlu diingat bahwa konstanta waktu dari rangkaian RC sama dengan produk dari peringkat resistansi dan kapasitansi dan dinyatakan dalam detik, atau dengan rumus:

T=RC

di mana T– konstanta waktu, detik

R– resistensi, Ohm

DARI– kapasitansi, farad

Mari kita hitung berapa konstanta waktu dari rangkaian kita. Karena saya memiliki kapasitor 100 uF dan resistor 1 kΩ, konstanta waktu adalah T=100 x 10 -6 x 1 x 10 3 =100 x 10 -3 = 100 milidetik.

Bagi mereka yang suka menghitung dengan mata mereka, Anda dapat membangun level 37% dari amplitudo sinyal dan kemudian memperkirakannya ke sumbu waktu. Ini akan menjadi konstanta waktu dari rangkaian RC. Seperti yang Anda lihat, perhitungan aljabar kami hampir sepenuhnya sesuai dengan perhitungan geometris, karena harga membagi sisi satu persegi dalam waktu adalah 50 milidetik.

Idealnya, kapasitor langsung mengisi daya ketika tegangan diberikan padanya. Tetapi dalam kehidupan nyata, masih ada beberapa hambatan pada kaki, tetapi Anda masih dapat berasumsi bahwa muatan terjadi hampir seketika. Tetapi apa yang terjadi jika Anda mengisi kapasitor melalui resistor? Kami membongkar skema sebelumnya dan memasak yang baru:

posisi awal

segera setelah kami menutup kunci S, kapasitor kami mulai mengisi daya dari nol hingga 10 volt, yaitu, ke nilai yang kami tetapkan pada catu daya

Kami mengamati osilogram yang diambil dari kapasitor

Apakah mereka melihat kesamaan dengan bentuk gelombang sebelumnya, di mana kami melepaskan kapasitor ke resistor? Ya itu betul. Muatan juga berjalan secara eksponensial ;-). Karena kita memiliki komponen radio yang sama, konstanta waktu juga sama. Secara grafis, ini dihitung sebagai 63% dari amplitudo sinyal

Seperti yang Anda lihat, kami mendapatkan 100 milidetik yang sama.

Menurut rumus untuk konstanta waktu dari rangkaian RC, mudah ditebak bahwa mengubah nilai resistansi dan kapasitor akan memerlukan perubahan konstanta waktu. Oleh karena itu, semakin kecil kapasitansi dan resistansi, semakin pendek konstanta waktu. Oleh karena itu, pengisian atau pengosongan akan lebih cepat.

Sebagai contoh, mari kita ubah nilai kapasitansi kapasitor ke sisi yang lebih kecil. Jadi, kami memiliki kapasitor dengan nilai nominal 100 mikrofarad, dan kami akan menempatkan 10 mikrofarad, kami meninggalkan resistor dengan peringkat yang sama 1 kOhm. Mari kita lihat kembali grafik pengisian dan pengosongan.

Ini adalah bagaimana kapasitor kita dengan nilai nominal 10 mikrofarad diisi

Dan beginilah cara rusaknya

Seperti yang Anda lihat, konstanta waktu sirkuit telah berkurang beberapa kali. Dilihat dari perhitungan saya, menjadi T=10 x 10 -6 x 1000 = 10 x 10 -3 = 10 milidetik. Mari kita periksa dengan cara analisis grafik, benarkah?

Kami membangun garis lurus pada grafik pengisian atau pengosongan pada tingkat yang sesuai dan memperkirakannya dengan sumbu waktu. Akan lebih mudah pada grafik debit ;-)

Kami memiliki 10 milidetik di satu sisi bujur sangkar sepanjang sumbu waktu (M: 10 ms ditulis tepat di bawah bidang kerja), sehingga mudah untuk menghitung bahwa kami memiliki konstanta waktu 10 milidetik ;-). Semuanya dasar dan sederhana.

Hal yang sama dapat dikatakan tentang resistensi. Saya membiarkan kapasitansinya sama, yaitu 10 mikrofarad, saya mengubah resistor dari 1 kOhm menjadi 10 kOhm. Mari kita lihat apa yang terjadi:

Menurut perhitungan, konstanta waktu seharusnya T=10 x 10 -6 x 10 x 10 3 = 10 x 10 -2 = 0,1 detik atau 100 milidetik. Kami melihat dengan cara analisis grafik:

100 milidetik ;-)

Kesimpulan: semakin besar nilai kapasitor dan resistor, semakin besar konstanta waktu, dan sebaliknya, semakin kecil nilai elemen radio ini, semakin kecil konstanta waktu. Semuanya sederhana ;-)

Oke, saya pikir ini sudah jelas. Tetapi di mana prinsip pengisian dan pengosongan kapasitor ini dapat diterapkan? Ternyata ada gunanya...

Mengintegrasikan sirkuit

Skema itu sendiri:

Dan apa yang akan terjadi jika kita menerapkan sinyal persegi panjang dengan frekuensi yang berbeda? Generator fungsi Cina ikut bermain:

Kami mengaturnya ke frekuensi 1 Hertz dan rentang 5 Volt

Bentuk gelombang kuning adalah sinyal dari generator fungsi, yang diumpankan ke input sirkuit integrasi ke terminal X1, X2, dan dari output kami mengambil bentuk gelombang merah, yaitu dari terminal X3, X4:

Seperti yang Anda lihat, kapasitor hampir sepenuhnya memiliki waktu untuk mengisi dan mengosongkan.

Tetapi apa yang terjadi jika kita menambahkan frekuensi? Saya mengatur frekuensi pada generator ke 10 Hertz. Mari kita lihat apa yang kita dapatkan:

Kapasitor tidak punya waktu untuk mengisi dan mengosongkan karena pulsa persegi panjang baru sudah tiba. Seperti yang dapat kita lihat, amplitudo sinyal keluaran telah turun banyak, kita dapat mengatakan bahwa ia telah menyusut mendekati nol.

Dan sinyal 100 Hertz tidak meninggalkan apa pun dari sinyal, kecuali gelombang halus

Sinyal 1 kilohertz pada output tidak memberikan apa-apa ...

Masih akan! Coba isi ulang kapasitor dengan frekuensi seperti itu :-)

Semua hal yang sama berlaku untuk sinyal lain: sinusoidal dan segitiga. di mana-mana sinyal keluaran hampir nol pada frekuensi 1 kilohertz ke atas.

"Apakah hanya itu yang mampu dilakukan oleh sirkuit integrasi?" - Anda bertanya. Tentu saja tidak! Ini hanya awal.

Mari kita lihat... Mengapa sinyal kita mulai menempel ke nol dengan frekuensi yang meningkat dan kemudian menghilang sama sekali?

Jadi, pertama, kita mendapatkan rangkaian ini sebagai pembagi tegangan, dan kedua, kapasitor adalah elemen radio yang bergantung pada frekuensi. Resistansinya tergantung pada frekuensi. Anda dapat membaca tentang ini di artikel kapasitor di rangkaian DC dan AC. Oleh karena itu, jika kita menerapkan arus searah ke input (dc memiliki frekuensi 0 Hertz), maka output juga akan menerima arus searah yang sama dengan nilai yang sama yang dialirkan ke input. Dalam hal ini, kapasitor ada di drum. Yang bisa dia lakukan dalam situasi ini adalah dengan bodohnya menagih secara eksponensial dan hanya itu. Di sinilah nasibnya di rangkaian DC berakhir dan ia menjadi dielektrik untuk arus searah.

Tapi begitu sinyal AC diterapkan ke sirkuit, kapasitor ikut bermain. Di sini resistansinya sudah tergantung pada frekuensi. Dan semakin besar, semakin kecil hambatan yang dimiliki kapasitor. Rumus untuk resistansi kapasitor versus frekuensi:

di mana

X C adalah hambatan kapasitor, Ohm

P- konstan dan sama dengan sekitar 3,14

F– frekuensi, Hertz

DARI- kapasitansi kapasitor, Farad

Jadi apa hasilnya? Dan ternyata semakin tinggi frekuensinya, semakin rendah resistansi kapasitor. Pada frekuensi nol, resistansi kapasitor kita idealnya menjadi sama dengan tak terhingga (masukkan frekuensi ke dalam rumus 0 Hertz). Dan karena kami mendapat pembagi tegangan

oleh karena itu, lebih sedikit tegangan yang turun pada resistansi yang lebih kecil. Ketika frekuensi meningkat, resistansi kapasitor berkurang sangat banyak dan oleh karena itu penurunan tegangan menjadi hampir 0 Volt, yang kami amati pada osilogram.

Tapi barangnya tidak berakhir di situ.

Mari kita ingat apa itu sinyal dengan komponen konstan. Ini tidak lebih dari jumlah sinyal AC dan tegangan DC. Melihat gambar di bawah ini, semuanya akan menjadi jelas bagi Anda.

Artinya, dalam kasus kami, kami dapat mengatakan bahwa sinyal ini (di bawah gambar) memiliki komponen konstan dalam komposisinya, dengan kata lain, tegangan konstan.

Untuk mengekstrak komponen DC dari sinyal ini, kita hanya perlu mengarahkannya melalui sirkuit integrasi kita. Mari kita lihat semua ini dengan sebuah contoh. Dengan bantuan generator fungsi kami, kami akan menaikkan sinusoid kami "di atas lantai", yaitu, kami akan melakukannya seperti ini:

Jadi, semuanya seperti biasa, kuning adalah sinyal input dari rangkaian, merah adalah outputnya. Gelombang sinus bipolar sederhana memberi kita 0 volt pada output RC dari rangkaian integrasi:

Untuk memahami di mana level sinyal nol, saya menandainya dengan kotak:

Sekarang izinkan saya menambahkan komponen konstan ke sinusoid, atau lebih tepatnya, tegangan konstan, karena generator fungsi memungkinkan saya melakukan ini:

Seperti yang Anda lihat, segera setelah saya menaikkan sinus "di atas lantai", saya mendapat tegangan konstan 5 volt pada output rangkaian. Pada 5 Volt saya menaikkan sinyal di generator fungsi ;-). Rantai mengekstrak komponen DC dari gelombang sinus yang dibangkitkan tanpa masalah. Keajaiban!

Tapi kami masih belum menemukan mengapa rantai itu disebut terintegrasi? Siapa yang belajar dengan baik di sekolah, di kelas iklan 8-9, maka pasti ingat arti geometris integral - ini tidak lain adalah area di bawah kurva.

Mari kita lihat semangkuk es batu di bidang 2D:

Apa yang terjadi jika semua es mencair dan berubah menjadi air? Itu benar, air akan menutupi baskom secara merata dengan satu bidang:

Tapi apa yang akan menjadi tingkat air ini? Itu saja - rata-rata. Ini adalah rata-rata menara es batu ini. Nah, rantai integrasi melakukan hal yang sama! Bodohnya rata-rata nilai sinyal ke satu tingkat konstan! Dapat dikatakan rata-rata area ke satu tingkat konstan.

Tapi yang paling menyenangkan diperoleh saat kita menerapkan sinyal persegi panjang ke input. Mari kita lakukan itu. Mari kita terapkan liku-liku positif ke sirkuit integrasi RC.

Seperti yang Anda lihat, komponen konstan berliku sama dengan setengah dari amplitudonya. Saya pikir Anda sudah menebaknya sendiri jika Anda membayangkan semangkuk es batu). Atau hitung saja luas masing-masing pulsa dan olesi merata di atas bentuk gelombang seperti gov... like butter on bread ;-)

Nah, sekarang bagian yang menyenangkan. Sekarang saya akan mengubah siklus kerja sinyal persegi panjang kami, karena siklus tugas tidak lebih dari rasio periode dengan durasi pulsa, oleh karena itu, kami akan mengubah durasi pulsa.

Kurangi durasi impuls

Saya meningkatkan durasi impuls

Jika tidak ada yang memperhatikan sejauh ini, lihat saja level bentuk gelombang merah dan semuanya akan menjadi jelas. Kesimpulan: dengan mengontrol duty cycle, kita dapat mengubah level komponen konstan. Prinsip inilah yang tertuang dalam PWM (Pulse Width Modulation). Kami akan membicarakannya entah bagaimana di artikel terpisah.

Membedakan Sirkuit

Kata umpatan lain yang berasal dari matematika adalah membedakan. Kepala mulai sakit segera dari pengucapan mereka saja. Tapi ke mana harus pergi? Elektronik dan matematika adalah teman yang tidak dapat dipisahkan.

Dan inilah rangkaian diferensial itu sendiri

Di sirkuit, kami hanya mengatur ulang resistor dan kapasitor di tempat

Nah, sekarang kita juga akan melakukan semua percobaan, seperti yang kita lakukan dengan rangkaian integrasi. Untuk mulai dengan, kami memberi makan liku-liku bipolar frekuensi rendah dengan frekuensi 1,5 Hertz dan ayunan 5 Volt ke input dari rangkaian diferensial. Sinyal kuning adalah sinyal dari generator frekuensi, yang merah dari output rangkaian diferensial:

Seperti yang Anda lihat, kapasitor memiliki waktu untuk hampir habis, jadi kami mendapatkan bentuk gelombang yang begitu indah.

Mari kita tingkatkan frekuensinya menjadi 10 Hertz

Seperti yang Anda lihat, kapasitor tidak punya waktu untuk melepaskan, karena impuls baru sudah tiba.

Sinyal 100 Hertz membuat kurva pelepasan semakin tidak terlihat.

Nah, tambahkan frekuensinya menjadi 1 kilohertz

Yang mana di input, sama di output ;-) Dengan frekuensi seperti itu, kapasitor tidak punya waktu untuk mengosongkan sama sekali, sehingga puncak-puncak pulsa output halus dan rata.

Tapi barangnya juga tidak berakhir di situ.

Biarkan saya menaikkan sinyal input di atas "permukaan laut", yaitu, membawanya ke bagian positif sepenuhnya. Kami melihat output (sinyal merah)

Wow, sinyal merah tetap sama dalam bentuk dan posisi, lihat - tidak memiliki komponen konstan, seperti pada sinyal kuning yang kami makan dari generator fungsi kami.

Saya bahkan dapat membawa sinyal kuning ke wilayah negatif, tetapi pada output kami masih akan mendapatkan komponen variabel dari sinyal tanpa kerumitan:

Dan secara umum, biarkan sinyal dengan komponen konstan negatif kecil, bagaimanapun, pada output kita akan mendapatkan komponen variabel:

Hal yang sama berlaku untuk sinyal lainnya:

Sebagai hasil dari percobaan, kita melihat bahwa fungsi utama dari rangkaian diferensial adalah pemilihan komponen variabel dari sinyal yang mengandung komponen variabel dan konstan. Dengan kata lain, pemisahan arus bolak-balik dari sinyal, yang terdiri dari jumlah arus bolak-balik dan arus searah.

Mengapa ini terjadi? Mari kita cari tahu. Pertimbangkan rangkaian diferensial kami:

Jika kita mempertimbangkan dengan cermat rangkaian ini, kita dapat melihat pembagi tegangan yang sama seperti pada rangkaian integrasi. Kapasitor adalah elemen radio yang bergantung pada frekuensi. Jadi, jika Anda menerapkan sinyal dengan frekuensi 0 Hertz (arus searah), maka kapasitor kita akan diisi dengan bodoh dan kemudian umumnya akan berhenti mengalirkan arus melalui dirinya sendiri. Rantai akan putus. Tetapi jika kita mensuplai arus bolak-balik, maka ia juga akan mulai melewati kapasitor. Semakin tinggi frekuensi, semakin rendah resistansi kapasitor. Akibatnya, seluruh sinyal variabel akan jatuh pada resistor, dari mana kita hanya menghapus sinyal.

Tetapi jika kita menerapkan sinyal campuran, yaitu arus bolak-balik + arus searah, maka pada output kita hanya akan mendapatkan arus bolak-balik. Kami telah mengalami ini dengan Anda. Kenapa ini terjadi? Ya, karena kapasitor tidak mengalirkan arus searah melalui dirinya sendiri!

Kesimpulan

Rangkaian pengintegrasi juga disebut filter lolos rendah (LPF), dan rangkaian pembeda juga disebut filter lolos tinggi (HPF). Pelajari lebih lanjut tentang filter. Untuk membuatnya lebih akurat, Anda perlu menghitung frekuensi yang Anda butuhkan. Sirkuit RC digunakan di mana-mana di mana perlu untuk mengisolasi komponen konstan (PWM), komponen variabel (sambungan antar-tahap amplifier), mengisolasi tepi sinyal, membuat penundaan, dll. Saat Anda mempelajari lebih dalam tentang elektronik, Anda akan sering bertemu mereka.

SIRKUIT DIFERENSIASI- perangkat yang dirancang untuk diferensiasi dalam waktu listrik. sinyal. Reaksi keluaran D. c. kamu keluar ( t) terkait dengan tindakan input kamu di ( t) rasio , di mana - pos. besaran yang memiliki dimensi waktu. Ada pasif dan aktif D. c. pasif D. c. digunakan dalam pulsa dan perangkat digital untuk mempersingkat pulsa. Aktif D. c. digunakan sebagai pembeda dalam komputasi analog. perangkat. Pasif paling sederhana D. c. ditunjukkan pada gambar. satu, sebuah. Arus melalui kapasitansi sebanding dengan turunan dari tegangan yang diterapkan padanya. Jika parameter D. c. dipilih demikian,

Apa u c = u vh, lalu , sebuah . Kondisi u c = u input dilakukan jika pada frekuensi tertinggi dari spektrum sinyal input Option pasif D. c. ditunjukkan pada gambar. satu, b. Di bawah kondisi yang kita miliki dan

Beras. 1. Skema rangkaian pembeda pasif: sebuah- kapasitif RC; b- induktif RL.

Oleh karena itu, pada parameter yang diberikan D. dari c. diferensiasi semakin akurat, semakin rendah frekuensi di mana energi sinyal input terkonsentrasi. Namun, semakin akurat diferensiasinya, semakin rendah koefisiennya. sirkuit transfer dan karenanya tingkat output. Kontradiksi ini dihilangkan dalam D. c. aktif, di mana proses diferensiasi digabungkan dengan proses amplifikasi. Dalam aktif D. c. menggunakan penguat operasional(OS) ditutupi oleh umpan balik negatif (Gbr. 2). Tegangan masukan kamu di ( t) dibedakan oleh rantai yang dibentuk oleh suksesi. koneksi kontainer DARI dan R eq - resistansi ekivalen dari rangkaian antara terminal 2-2 ", dan kemudian op-amp diperkuat. Jika Anda menerapkan tegangan ke input pembalik op-amp, maka, asalkan penguatannya, , kita dapatkan

Beras. 2. Skema rangkaian pembeda aktif.

Beras. 3. Lintasan impuls melalui rangkaian pembeda RC: sebuah- impuls masukan, kamu di = E pada ; b- tegangan pada kapasitansi u c (t); di- tegangan keluaran.

Untuk membandingkan. penilaian aktif dan pasif D. c. ceteris paribus, Anda dapat menggunakan rasio . Saat melewati D. c. sinyal pulsa ada penurunan durasinya, maka konsep D. c. seperti tentang memperpendek. Diagram waktu yang mengilustrasikan perjalanan pulsa persegi panjang melalui D.c pasif ditunjukkan pada gambar. 3. Diasumsikan bahwa sumber tegangan input dicirikan oleh nol ext. resistensi, dan D. c. - tidak adanya kapasitansi parasit. Kehadiran internal resistensi menyebabkan penurunan amplitudo tegangan pada terminal input dan, akibatnya, penurunan amplitudo pulsa output; kehadiran kapasitansi parasit - untuk menunda proses naik turunnya pulsa keluaran. D. of c yang aktif juga memiliki efek pemendekan yang serupa.

Dalam perangkat pulsa, osilator master sering menghasilkan pulsa persegi panjang dengan durasi dan amplitudo tertentu, yang dimaksudkan untuk mewakili angka dan elemen kontrol perangkat komputasi, perangkat pemrosesan informasi, dll. Namun, untuk fungsi yang benar dari berbagai elemen, secara umum, pulsa dari bentuk yang terdefinisi dengan baik selain persegi panjang diperlukan dengan durasi dan amplitudo yang diberikan. Akibatnya, menjadi perlu untuk melakukan pra-konversi pulsa osilator master. Sifat transformasi mungkin berbeda. Jadi, mungkin perlu untuk mengubah amplitudo atau polaritas, durasi pulsa penggerak, untuk menundanya tepat waktu.

Transformasi terutama dilakukan dengan bantuan sirkuit linier - quadripole, yang bisa pasif dan aktif. Di sirkuit yang dipertimbangkan, quadripole pasif tidak mengandung sumber daya, yang aktif menggunakan energi dari sumber daya internal atau eksternal. Dengan bantuan sirkuit linier, transformasi seperti diferensiasi, integrasi, pemendekan pulsa, perubahan amplitudo dan polaritas, dan penundaan pulsa dalam waktu dilakukan. Operasi diferensiasi, integrasi dan pemendekan pulsa dilakukan masing-masing dengan membedakan, mengintegrasikan dan memperpendek sirkuit. Mengubah amplitudo dan polaritas pulsa dapat dilakukan dengan menggunakan transformator pulsa, dan tunda waktunya - dengan garis tunda.

Mengintegrasikan sirkuit. pada gambar. 19.5 menunjukkan diagram sirkuit paling sederhana (jaringan empat terminal pasif), yang dengannya Anda dapat melakukan operasi integrasi sinyal listrik input yang diterapkan ke terminal 1-1 | , jika sinyal keluaran dihilangkan dari terminal 2-2".

Mari kita buat persamaan rangkaian untuk nilai arus dan tegangan sesaat menurut hukum Kirchhoff kedua:

Oleh karena itu arus rangkaian akan berubah sesuai dengan hukum

Jika kita memilih konstanta waktu yang cukup besar, maka suku kedua dalam persamaan terakhir dapat diabaikan, maka i(t) = u dalam (t)/R.

Tegangan melintasi kapasitor (pada terminal 2-2") akan sama dengan

(19.1)

Dari (19.1) dapat dilihat bahwa rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar. 19.5, melakukan operasi pengintegrasian tegangan input dan mengalikannya dengan faktor proporsionalitas yang sama dengan kebalikan dari konstanta waktu rangkaian:

Diagram waktu dari tegangan keluaran dari rangkaian integrasi ketika urutan pulsa persegi panjang diterapkan ke input ditunjukkan pada gambar. 19.6.

Membedakan Sirkuit. Dengan bantuan sirkuit, skema yang ditunjukkan pada gambar. 19.7 (quadripole pasif), Anda dapat melakukan operasi membedakan sinyal listrik input yang diterapkan ke terminal 1-1 "jika sinyal output dihapus dari terminal 2-2". Mari kita buat persamaan rangkaian untuk nilai arus dan tegangan sesaat menurut hukum Kirchhoff kedua:

Jika hambatan R kecil dan suku i(t)R dapat diabaikan, maka arus dalam rangkaian dan tegangan keluaran rangkaian, diambil dari R,

(19.2)

Menganalisis (19.2), dapat dilihat bahwa dengan bantuan rangkaian yang dipertimbangkan, operasi membedakan tegangan input dan mengalikannya dengan faktor proporsionalitas yang sama dengan konstanta waktu = RC dilakukan. Bentuk tegangan output dari rangkaian pembeda ketika serangkaian pulsa persegi panjang diterapkan pada input ditunjukkan pada gambar. 19.8. Dalam hal ini, secara teoritis, tegangan output harus berupa pulsa bolak-balik dengan amplitudo yang sangat besar dan durasi pendek (mendekati nol).

Namun, karena perbedaan dalam sifat-sifat rangkaian pembeda nyata dan ideal, serta kecuraman yang terbatas dari bagian depan pulsa, pulsa diperoleh pada output, yang amplitudonya kurang dari amplitudo sinyal input, dan mereka durasi ditentukan sebagai t dan = (3 4) = (3 4)RC.

Secara umum, bentuk tegangan keluaran bergantung pada rasio durasi pulsa sinyal masukan t dan konstanta waktu dari rangkaian diferensiasi . Pada saat t 1, tegangan input diterapkan ke resistor R, karena tegangan melintasi kapasitor tidak dapat berubah secara tiba-tiba. Kemudian tegangan pada kapasitor meningkat secara eksponensial, dan tegangan pada resistor R, yaitu tegangan keluaran, berkurang secara eksponensial dan menjadi sama dengan nol pada waktu t 2 ketika kapasitor selesai diisi. Untuk nilai yang kecil, durasi tegangan keluarannya pendek. Ketika tegangan u BX (t) menjadi nol, kapasitor mulai mengalir melalui resistor R. Dengan demikian, pulsa polaritas terbalik terbentuk.

P
rangkaian pengintegrasian dan pembeda pasif memiliki kelemahan sebagai berikut: kedua operasi matematika diimplementasikan secara kira-kira, dengan kesalahan yang diketahui. Hal ini diperlukan untuk memperkenalkan tautan korektif, yang, pada gilirannya, sangat mengurangi amplitudo pulsa keluaran, yaitu, tanpa amplifikasi sinyal menengah, diferensiasi dan integrasi n-lipatan praktis tidak mungkin.

Kekurangan ini bukan merupakan karakteristik dari perangkat pembeda dan pengintegrasian yang aktif. Salah satu cara yang mungkin untuk mengimplementasikan perangkat ini adalah dengan menggunakan penguat operasional (lihat Bab 18).

Diferensiator Aktif. Diagram perangkat semacam itu pada penguat operasional ditunjukkan pada Gambar. 19.9. Kapasitor C terhubung ke input 1, dan resistor R oc termasuk dalam rangkaian umpan balik. Karena resistansi input sangat tinggi (R in -> ), arus input mengalir di sekitar rangkaian sepanjang jalur yang ditunjukkan oleh garis putus-putus. Di sisi lain, tegangan dan input op amp dalam inklusi ini sangat kecil, karena K u -> , sehingga potensi titik B dalam rangkaian praktis nol. Oleh karena itu, arus masukan

(19.3)

Arus keluaran i(t) secara simultan adalah arus pengisian kapasitor C: dq= Cdu BX (t), dari mana

(19.4)

Menyamakan bagian kiri persamaan (19.3) dan (19.4), kita dapat menulis - dan keluar (t) / R oc = C du in (t) / dt, dari mana

(19.5)

Dengan demikian, tegangan keluaran penguat operasional adalah produk turunan waktu dari tegangan masukan, dikalikan dengan konstanta waktu = R OC C.

TETAPI
integrator aktif. Skema perangkat pengintegrasian pada penguat operasional ditunjukkan pada gambar. 19.10, berbeda dari perangkat pembeda pada gambar. 19.9 hanya dengan fakta bahwa kapasitor C dan resistor R oc (pada Gambar 19.10 -R 1) telah berubah tempat. Masih R di -> dan gain tegangan K u -> . Oleh karena itu, dalam perangkat, kapasitor C diisi dengan arus i(t) =u BX (t)/R 1 . Karena tegangan pada kapasitor hampir sama dengan tegangan keluaran (φ B = 0), dan penguat operasional mengubah fase sinyal masukan pada keluaran dengan sudut , kita peroleh

(19.6)

Dengan demikian, tegangan keluaran dari integrator aktif adalah produk dari integral tertentu dari tegangan masukan dari waktu ke waktu dan koefisien 1/τ.

Konstanta waktu sirkuit RC

sirkuit listrik RC

Pertimbangkan arus dalam rangkaian listrik yang terdiri dari kapasitor dengan kapasitas C dan sebuah resistor R dirangkai secara paralel.
Nilai arus pengisian atau pengosongan kapasitor ditentukan oleh ekspresi I = C(dU/dt), dan nilai arus dalam resistor, menurut hukum Ohm, adalah U/R, di mana kamu adalah tegangan muatan kapasitor.

Dapat dilihat dari gambar bahwa arus listrik Saya dalam elemen C dan R rantai akan memiliki nilai yang sama dan arah yang berlawanan, menurut hukum Kirchhoff. Oleh karena itu, dapat diungkapkan sebagai berikut:

Selesaikan persamaan diferensial C(dU/dt)= -U/R

Kami mengintegrasikan:

Dari tabel integral di sini kita menggunakan transformasi

Kami mendapatkan integral umum dari persamaan: log|U| = - t/RC + Konst.
Ayo ungkapkan ketegangannya kamu potensiasi: U=e-t/RC * e Konst.
Solusinya akan berbentuk:

U=e-t/RC * Konst.

Di Sini konstanta- konstanta, nilai yang ditentukan oleh kondisi awal.

Oleh karena itu, tegangan kamu muatan atau pengosongan kapasitor akan berubah dalam waktu sesuai dengan hukum eksponensial e-t/RC .

Eksponen - fungsi exp(x) = e x
e– Konstanta matematika kira-kira sama dengan 2,718281828...

Konstanta waktu τ

Jika kapasitor memiliki kapasitas C secara seri dengan resistor R terhubung ke sumber tegangan konstan kamu, arus akan mengalir dalam rangkaian, yang setiap saat t isi kapasitor hingga U C dan didefinisikan oleh ekspresi:

Maka tegangan U C di terminal kapasitor akan meningkat dari nol ke nilai kamu dengan eksponen:

U C = U( 1 - e-t/RC )

Pada t=RC, tegangan kapasitor adalah U C = U( 1 - e -1 ) = U( 1 - 1/e).
Waktu secara numerik sama dengan produk RC, disebut konstanta waktu rangkaian RC dan dilambangkan dengan huruf Yunani τ .

Konstanta waktu =RC

Selama τ kapasitor akan mengisi hingga (1 - 1 /e)*100% 63,2% dari nilai kamu.
Untuk waktu 3 τ tegangan akan menjadi (1 - 1 /e 3)*100% 95% nilai kamu.
Seiring waktu 5 τ tegangan akan naik menjadi (1 - 1 /e 5)*100% 99% nilai kamu.

Jika untuk kapasitor dengan kapasitas C, dibebankan ke tegangan kamu, hubungkan resistor secara paralel dengan resistansi R, maka arus pelepasan kapasitor akan mengalir pada rangkaian.

Tegangan melintasi kapasitor selama pengosongan akan menjadi UC = Ue-t/τ = U/e t/τ .

Selama τ tegangan melintasi kapasitor akan berkurang ke nilai U/e, yang akan menjadi 1 /e*100% 36,8% dari nilai kamu.
Untuk waktu 3 τ kapasitor akan melepaskan ke (1 /e 3)*100% 5% dari nilai kamu.
Seiring waktu 5 τ sebelumnya (1 /e 5)*100% nilai 1% kamu.

Parameter τ banyak digunakan dalam perhitungan RC- filter untuk berbagai sirkuit dan rakitan elektronik.

Koneksi nilai tegangan dan arus sesaat pada elemen

sirkuit listrik

Untuk rangkaian seri yang mengandung resistor linier R, induktor L dan kapasitor C, ketika dihubungkan ke sumber dengan tegangan u (lihat Gambar 1), kita dapat menulis

di mana x adalah fungsi waktu yang diinginkan (tegangan, arus, hubungan fluks, dll.); - efek gangguan yang diketahui (tegangan dan (atau) arus dari sumber energi listrik); - koefisien konstanta k-th ditentukan oleh parameter rangkaian.

Urutan persamaan ini sama dengan jumlah perangkat penyimpanan energi independen dalam rangkaian, yang merupakan induktor dan kapasitor dalam rangkaian sederhana yang diperoleh dari rangkaian asli dengan menggabungkan induktansi dan, dengan demikian, kapasitansi elemen, hubungan antara yang serial atau paralel.

Dalam kasus umum, orde persamaan diferensial ditentukan oleh relasi

,

(3)

di mana dan - masing-masing, jumlah induktor dan kapasitor setelah penyederhanaan yang ditentukan dari rangkaian asli; - jumlah simpul di mana hanya cabang yang mengandung induktor yang bertemu (sesuai dengan hukum pertama Kirchhoff, arus melalui induktor apa pun dalam hal ini ditentukan oleh arus yang melalui kumparan yang tersisa); - jumlah sirkuit sirkuit, yang cabang-cabangnya hanya berisi kapasitor (sesuai dengan hukum Kirchhoff kedua, tegangan pada salah satu kapasitor dalam hal ini ditentukan oleh tegangan pada yang lain).

Adanya hubungan induktif tidak mempengaruhi orde persamaan diferensial.

Seperti diketahui dari matematika, solusi umum persamaan (2) adalah jumlah dari solusi khusus dari persamaan non-homogen asli dan solusi umum persamaan homogen yang diperoleh dari yang asli dengan menyamakan sisi kirinya dengan nol. Karena tidak ada batasan pada pilihan solusi tertentu (2) dari sisi matematika, dalam kaitannya dengan teknik elektro, akan lebih mudah untuk mengambil solusi yang sesuai dengan variabel yang diinginkan x dalam mode pasca-switching tunak ( secara teoritis untuk ).

Solusi tertentu dari persamaan (2) ditentukan oleh bentuk fungsi di sisi kanannya, dan oleh karena itu disebut komponen paksa. Untuk sirkit dengan sumber tegangan (arus) konstan atau periodik tertentu, komponen paksa ditentukan dengan menghitung mode operasi stasioner dari sirkit setelah beralih dengan salah satu metode yang dipertimbangkan sebelumnya untuk menghitung sirkit listrik linier.

Komponen kedua dari solusi umum x dari persamaan (2) - solusi (2) dengan sisi kanan nol - sesuai dengan rezim ketika gaya (pemaksaan) eksternal (sumber energi) tidak secara langsung mempengaruhi rangkaian. Pengaruh sumber dimanifestasikan di sini melalui energi yang tersimpan di bidang induktor dan kapasitor. Modus operasi rangkaian ini disebut bebas, dan variabelnya disebut komponen bebas.

Sesuai dengan di atas, . solusi umum persamaan (2) memiliki bentuk

(4)

Relasi (4) menunjukkan bahwa, dalam metode perhitungan klasik, proses pasca-switching dianggap sebagai superposisi dari dua mode satu sama lain - dipaksa, seolah-olah, terjadi segera setelah switching, dan bebas, terjadi hanya selama transien proses.

Harus ditekankan bahwa, karena prinsip superposisi hanya berlaku untuk sistem linier, metode penyelesaian berdasarkan dekomposisi yang ditentukan dari variabel x yang diperlukan hanya berlaku untuk rangkaian linier.

Kondisi awal. Beralih hukum

Sesuai dengan definisi komponen bebas dalam ekspresinya, terjadi konstanta integrasi, yang jumlahnya sama dengan orde persamaan diferensial. Konstanta integrasi ditemukan dari kondisi awal, yang biasanya dibagi menjadi independen dan dependen. Kondisi awal independen meliputi hubungan fluks (arus) untuk induktor dan muatan (tegangan) pada kapasitor pada momen waktu (momen switching). Kondisi awal independen ditentukan berdasarkan hukum komutasi (lihat Tabel 2).

Meja 2. Beralih hukum

Lihat lebih banyak di: http://www.toehelp.ru/theory/toe/lecture24/lecture24.html#sthash.jqyFZ18C.dpuf

Mengintegrasikan sirkuit RC

Pertimbangkan rangkaian listrik resistor dengan resistansi R dan kapasitor C ditunjukkan pada gambar.

Elemen R dan C dihubungkan secara seri, yang berarti bahwa arus dalam rangkaiannya dapat dinyatakan berdasarkan turunan dari tegangan muatan kapasitor dQ/dt = C(dU/dt) dan hukum Ohm U/R. Mari kita tunjukkan tegangan pada terminal resistor U R.
Maka persamaan akan terjadi:

Kami mengintegrasikan ekspresi terakhir . Integral ruas kiri persamaan akan sama dengan Uout + Const. Mari kita pindahkan komponen konstan konstanta ke sisi kanan dengan tanda yang sama.
Di sisi kanan konstanta waktu RC keluarkan dari tanda integral:

Akibatnya, ternyata tegangan output kamu keluar berbanding lurus dengan integral tegangan pada terminal resistor, dan oleh karena itu dengan arus input saya in.
DC konstanta tidak tergantung pada peringkat elemen rangkaian.

Untuk memberikan ketergantungan proporsional langsung dari tegangan output kamu keluar dari integral masukan kamu masuk, tegangan input harus sebanding dengan arus input.

hubungan nonlinier Uin/Iin di sirkuit input disebabkan oleh fakta bahwa pengisian dan pengosongan kapasitor terjadi secara eksponensial e-t/τ , yang paling non-linear di t/τ 1, yaitu ketika nilai t sama atau lebih τ .
Di Sini t- waktu pengisian atau pengosongan kapasitor dalam periode tersebut.
τ = RC- konstanta waktu - produk kuantitas R dan C.
Jika kita mengambil denominasi RC rantai ketika τ akan lebih banyak lagi t, maka bagian awal eksponen untuk waktu yang singkat (relatif terhadap τ ) dapat cukup linier untuk memberikan proporsionalitas yang diperlukan antara tegangan input dan arus.

Untuk rantai sederhana RC konstanta waktu biasanya diambil 1-2 kali lipat lebih besar dari periode sinyal input bolak-balik, maka bagian utama dan signifikan dari tegangan input akan turun di terminal resistor, memberikan ketergantungan linier yang cukup U di / saya di R.
Dalam hal ini, tegangan keluaran kamu keluar akan dengan kesalahan yang dapat diterima sebanding dengan integral input kamu masuk.
Semakin besar denominasi RC, semakin kecil komponen variabel pada output, semakin akurat kurva fungsinya.

Dalam kebanyakan kasus, komponen variabel integral tidak diperlukan saat menggunakan sirkuit seperti itu, hanya konstanta yang diperlukan. konstanta, maka denominasinya RC Anda dapat memilih sebesar mungkin, tetapi dengan mempertimbangkan resistansi input tahap selanjutnya.

Sebagai contoh, sinyal dari generator - liku positif 1V dengan periode 2 mS, akan diumpankan ke input rangkaian integrasi sederhana RC dengan denominasi:
R= 10 kOhm, DARI= 1uF. Kemudian τ = RC= 10 mS.

Dalam hal ini, konstanta waktu hanya lima kali waktu periode, tetapi secara visual integrasi dapat ditelusuri dengan cukup akurat.
Grafik menunjukkan bahwa tegangan keluaran pada tingkat komponen konstan 0,5V akan berbentuk segitiga, karena bagian yang tidak berubah dalam waktu akan menjadi konstanta untuk integral (kami menyatakannya sebuah), dan integral dari konstanta akan menjadi fungsi linier. adx = kapak + Konst. Nilai konstan sebuah menentukan tangen kemiringan fungsi linier.

Kami mengintegrasikan sinusoid, kami mendapatkan kosinus dengan tanda yang berlawanan sinxdx = -cosx + Konst.
Dalam hal ini, komponen konstan konstanta = 0.

Jika Anda menerapkan bentuk gelombang segitiga ke input, output akan menjadi tegangan sinusoidal.
Integral bagian linier dari fungsi tersebut adalah parabola. Dalam versi paling sederhana xdx = x 2 /2 + Konst.
Tanda pengali akan menentukan arah parabola.

Kerugian dari rangkaian paling sederhana adalah bahwa komponen variabel pada output sangat kecil relatif terhadap tegangan input.

Pertimbangkan Penguat Operasional (OA) sebagai integrator sesuai dengan rangkaian yang ditunjukkan pada gambar.

Dengan mempertimbangkan resistansi op-amp dan aturan Kirchhoff yang sangat besar, persamaan akan berlaku di sini:

Saya di \u003d I R \u003d U di / R \u003d - I C.

Tegangan pada input op-amp yang ideal adalah nol di sini, kemudian pada terminal kapasitor U C = U keluar = - U masuk .
Akibatnya, kamu keluar ditentukan berdasarkan arus rangkaian umum.

Dengan nilai elemen RC, Kapan τ = 1 Detik, tegangan AC keluaran akan sama nilainya dengan integral masukan. Tapi berlawanan dalam tanda. Integrator-inverter ideal dengan elemen rangkaian ideal.

Sirkuit Diferensial RC

Pertimbangkan pembeda menggunakan Penguat Operasional.

Op-amp yang ideal di sini akan memberikan persamaan arus I R = - I C menurut aturan Kirchhoff.
Tegangan pada input op-amp adalah nol, oleh karena itu, tegangan output U keluar = U R = - U masuk = - U C .
Berdasarkan turunan muatan kapasitor, hukum Ohm dan persamaan arus dalam kapasitor dan resistor, kita tuliskan ekspresi:

U keluar = RI R = - RI C = - RC(dU C /dt) = - RC(dU masuk /dt)

Dari sini kita melihat bahwa tegangan keluaran kamu keluar sebanding dengan turunan dari muatan kapasitor dU di /dt, sebagai laju perubahan tegangan input.

Dengan nilai konstanta waktu RC sama dengan satu, tegangan keluaran akan sama nilainya dengan turunan tegangan masukan, tetapi berlawanan tanda. Oleh karena itu, rangkaian yang dipertimbangkan membedakan dan membalikkan sinyal input.

Turunan dari suatu konstanta adalah nol, sehingga tidak akan ada konstanta pada keluarannya saat mendiferensiasikan.

Sebagai contoh, mari kita terapkan sinyal segitiga ke input diferensiator. Outputnya adalah sinyal persegi panjang.
Turunan dari bagian linier dari fungsi akan menjadi konstanta, yang tanda dan nilainya akan ditentukan oleh kemiringan fungsi linier.

Untuk rangkaian pembeda RC dua elemen yang paling sederhana, kami menggunakan ketergantungan proporsional dari tegangan keluaran pada turunan tegangan pada terminal kapasitor.

U keluar = RI R = RI C = RC(dU C /dt)

Jika kita mengambil nilai elemen RC sehingga konstanta waktu adalah 1-2 kali lipat lebih kecil dari panjang periode, maka rasio kenaikan tegangan input dengan kenaikan waktu dalam periode dapat menentukan laju perubahan tegangan input sampai batas tertentu secara akurat. Idealnya, kenaikan ini harus cenderung nol. Dalam hal ini, bagian utama dari tegangan input akan turun di terminal kapasitor, dan output akan menjadi bagian input yang tidak signifikan, sehingga sirkuit seperti itu praktis tidak digunakan untuk menghitung turunan.

Sirkuit pembeda dan integrasi RC yang paling umum digunakan untuk mengubah panjang pulsa dalam perangkat logis dan digital.
Dalam kasus seperti itu, nilai RC dihitung secara eksponensial e-t/RC berdasarkan panjang pulsa dalam periode dan perubahan yang diperlukan.
Misalnya, gambar di bawah ini menunjukkan bahwa panjang pulsa saya pada output dari rantai pengintegrasian akan meningkat seiring waktu 3 τ . Ini adalah waktu untuk kapasitor untuk melepaskan hingga 5% dari nilai amplitudo.

Pada output dari rangkaian pembeda, tegangan amplitudo muncul seketika setelah pulsa diterapkan, karena nol pada terminal kapasitor yang dikosongkan.
Ini diikuti dengan proses pengisian dan tegangan pada terminal resistor menurun. Untuk waktu 3 τ itu akan berkurang menjadi 5% dari nilai amplitudo.

Di sini 5% adalah nilai yang signifikan. Dalam perhitungan praktis, ambang batas ini akan ditentukan oleh parameter input dari elemen logika yang digunakan.

Dengan salah satu lengan dengan resistansi kapasitif terhadap arus bolak-balik.

YouTube ensiklopedis

1 / 3

Sirkuit listrik (bagian 1)

Kuliah 27

Kuliah 29

Subtitle

Kami menghabiskan banyak waktu membahas medan elektrostatik dan potensi muatan, atau energi potensial muatan stasioner. Sekarang mari kita lihat apa yang terjadi jika kita membiarkan muatan bergerak. Dan itu akan jauh lebih menarik, karena Anda akan belajar seberapa banyak dunia modern di sekitar kita bekerja. Jadi, misalkan ada sumber tegangan. Bagaimana saya menggambarnya? Jadi itu. Aku akan mengambil kuning. Ini adalah sumber tegangan, yang juga kita kenal sebagai baterai. Di sini ada kontak positif, di sini ada kontak negatif. Prinsip pengoperasian baterai adalah topik untuk video terpisah, yang pasti akan saya rekam. Yang harus saya katakan adalah bahwa tidak peduli berapa banyak biaya - saya akan menjelaskan semuanya kepada Anda dalam satu detik - baik, tidak peduli berapa banyak biaya mengalir dari satu sisi baterai ke sisi lain, entah bagaimana tegangan tetap konstan. Dan ini bukan hal yang sepenuhnya jelas, karena kita telah mempelajari kapasitor, dan kita akan belajar lebih banyak tentang mereka dalam konteks sirkuit, tetapi apa yang sudah kita ketahui tentang kapasitor adalah jika Anda menghapus sebagian muatan dari salah satu berakhir, maka tegangan total kapasitor akan berkurang. Tapi baterai adalah hal yang ajaib. Tampaknya Volta yang menciptakannya, dan karena itu kami mengukur tegangan dalam volt. Tetapi bahkan ketika satu sisi baterai ajaib kehilangan muatan, tegangan, atau potensial antara dua kutub, tetap konstan. Ini adalah sifat baterai. Jadi anggap saja ada alat ajaib ini. Anda mungkin memiliki baterai di kalkulator atau telepon. Mari kita lihat apa yang terjadi jika kita membiarkan muatan berpindah dari satu kutub ke kutub lainnya. Katakanlah saya punya konduktor. Konduktor ideal. Itu harus digambarkan dengan garis lurus, yang, sayangnya, tidak bekerja untuk saya sama sekali. Nah, itu saja. Apa yang saya lakukan? Dalam proses menghubungkan positif ke negatif, saya menunjukkan notasi standar untuk insinyur, tukang listrik, dan sebagainya. Jadi perhatikan, Anda mungkin merasa berguna suatu hari nanti. Garis-garis ini adalah kabel. Mereka tidak harus digambar pada sudut yang benar. Saya melakukan ini hanya demi kejelasan. Diasumsikan bahwa kawat ini adalah konduktor yang ideal, di mana muatan mengalir dengan bebas, tanpa menemui hambatan. Zigzag ini adalah resistor, dan itu hanya akan menjadi penghalang untuk pengisian daya. Itu tidak akan membiarkan muatan bergerak dengan kecepatan maksimum. Dan di belakangnya, tentu saja, sekali lagi panduan ideal kami. Jadi, ke arah mana muatan akan mengalir? Seperti yang saya katakan sebelumnya, elektron mengalir di sirkuit listrik. Elektron adalah partikel kecil yang berputar sangat cepat di sekitar inti atom. Dan mereka memiliki fluiditas yang memungkinkan mereka bergerak melalui konduktor. Pergerakan benda, jika elektron dapat disebut benda sama sekali - beberapa akan berpendapat bahwa elektron hanyalah seperangkat persamaan - tetapi pergerakannya adalah dari kontak negatif ke kontak positif. Orang-orang yang awalnya datang dengan diagram sirkuit elektronik, perintis teknik listrik, ahli listrik atau apa pun, memutuskan, dan saya pikir semata-mata untuk membingungkan semua orang, bahwa arus mengalir dari positif ke negatif. Tepat. Oleh karena itu, arah arus biasanya ditunjukkan dalam arah ini, dan arus dilambangkan dengan huruf Latin I. Jadi, apa arusnya? Arusnya adalah... Tunggu sebentar. Sebelum saya memberi tahu Anda apa itu arus, ingatlah bahwa sebagian besar buku teks, terutama jika Anda seorang insinyur, akan menyatakan bahwa arus mengalir dari positif ke negatif, tetapi aliran partikel sebenarnya dari negatif ke positif. Proton dan neutron yang besar dan berat tidak akan dapat bergerak ke arah ini. Bandingkan saja ukuran proton dan elektron dan Anda akan melihat betapa gilanya ini. Ini adalah elektron, partikel super cepat kecil yang bergerak melalui konduktor dari terminal negatif. Oleh karena itu, tegangan dapat direpresentasikan sebagai tidak adanya aliran elektron dalam arah ini. Saya tidak ingin membingungkan Anda. Tetapi bagaimanapun juga, ingatlah bahwa ini adalah standar yang diterima secara umum. Tetapi kenyataannya adalah, sampai batas tertentu, kebalikan dari itu. Jadi apa itu resistor? Ketika arus mengalir - dan saya ingin menggambarkan ini sedekat mungkin dengan kenyataan sehingga Anda dapat melihat dengan jelas apa yang terjadi. Ketika elektron mengalir - ada elektron kecil di sini, melewati kawat - kami pikir kawat ini sangat menakjubkan sehingga mereka tidak pernah bertabrakan dengan atomnya. Tapi ketika elektron sampai ke resistor, mereka mulai menabrak partikel. Mereka mulai bertabrakan dengan elektron lain di lingkungan itu. Ini resistornya. Mereka mulai bertabrakan dengan elektron lain dalam materi, bertabrakan dengan atom dan molekul. Dan karena itu, elektron melambat ketika bertabrakan dengan partikel. Oleh karena itu, semakin banyak partikel yang mereka miliki di jalurnya, atau semakin sedikit ruang untuk mereka, semakin banyak materi memperlambat pergerakan elektron. Dan seperti yang akan kita lihat nanti, semakin lama, semakin besar kemungkinan elektron menabrak sesuatu. Ini adalah resistor, ia menolak dan menentukan kecepatan arus. "Perlawanan" adalah kata bahasa Inggris untuk perlawanan. Jadi arus, meskipun diasumsikan mengalir dari positif ke negatif, hanyalah aliran muatan per detik. Mari kita tuliskan. Kami keluar dari topik sedikit, tapi saya pikir Anda akan mengerti. Arus adalah aliran muatan, atau perubahan muatan per detik, atau lebih tepatnya per perubahan dari waktu ke waktu. Apa itu ketegangan? Tegangan adalah berapa banyak muatan yang ditarik ke kontak. Oleh karena itu, jika ada tegangan tinggi antara dua kontak ini, maka elektron tertarik kuat ke kontak lainnya. Dan jika tegangan lebih tinggi, maka elektron tertarik lebih kuat. Oleh karena itu, sebelum menjadi jelas bahwa tegangan hanyalah beda potensial, itu disebut gaya gerak listrik. Tapi sekarang kita tahu bahwa ini bukan kekuatan. Ini adalah perbedaan potensial, kita bahkan dapat menyebutnya tekanan listrik, dan tegangan sebelumnya disebut itu - tekanan listrik. Seberapa kuat elektron tertarik ke kontak lain? Segera setelah kita membuka jalan bagi elektron melalui sirkuit, mereka akan mulai bergerak. Dan, karena kami menganggap kabel ini ideal, tidak memiliki hambatan, elektron akan dapat bergerak secepat mungkin. Tetapi ketika mereka sampai ke resistor, mereka akan mulai bertabrakan dengan partikel, dan ini akan membatasi kecepatan mereka. Karena benda ini membatasi kecepatan elektron, tidak peduli seberapa cepat mereka bergerak setelahnya, resistor adalah pembatasnya. Saya pikir Anda mengerti. Jadi, meskipun elektron di sini dapat bergerak sangat cepat, mereka harus melambat di sini, dan bahkan jika mereka mempercepat setelah itu, elektron pada awalnya tidak akan dapat bergerak lebih cepat daripada melalui resistor. Mengapa ini terjadi? Jika elektron ini lebih lambat, maka arusnya lebih kecil di sini, karena arus adalah kecepatan pergerakan muatan. Jadi jika arus lebih rendah di sini dan lebih tinggi di sini, maka muatan berlebih akan mulai terbentuk di sekitar sini sementara arus menunggu untuk melewati resistor. Dan kita tahu bahwa ini tidak terjadi, semua elektron bergerak melalui sirkuit dengan kecepatan yang sama. Dan saya menentang kebijaksanaan konvensional yang menunjukkan bahwa partikel positif entah bagaimana bergerak ke arah itu. Tapi saya ingin Anda memahami apa yang terjadi dalam rantai tersebut, karena dengan begitu tugas yang rumit tidak akan tampak begitu... Sangat mengintimidasi, atau semacamnya. Kita tahu bahwa arus, atau kekuatan arus, sebanding dengan tegangan seluruh rangkaian, dan ini disebut hukum Ohm. Hukum Ohm. Jadi, kita tahu bahwa tegangan sebanding dengan kekuatan arus di seluruh rangkaian. Tegangan sama dengan arus kali hambatan, atau sebaliknya tegangan dibagi dengan hambatan sama dengan arus. Ini adalah hukum Ohm, dan selalu bekerja jika suhu tetap konstan. Nanti kita akan mempelajari ini lebih detail, dan kita akan mengetahui bahwa ketika resistor memanas, atom dan molekul bergerak lebih cepat, energi kinetiknya meningkat. Dan kemudian elektron bertabrakan dengan mereka lebih sering, sehingga resistensi meningkat dengan suhu. Tetapi, jika kita berasumsi bahwa untuk beberapa bahan suhunya konstan, dan kemudian kita mengetahui bahwa bahan yang berbeda memiliki koefisien hambatan yang berbeda. Tetapi untuk bahan tertentu pada suhu konstan untuk bentuk tertentu, tegangan melintasi resistor dibagi dengan hambatannya sama dengan arus yang mengalir melaluinya. Hambatan suatu benda diukur dalam ohm dan dilambangkan dengan huruf Yunani Omega. Contoh sederhana: katakanlah itu adalah baterai 16 volt yang memiliki beda potensial 16 volt antara positif dan negatif. Jadi, baterai 16 volt. Mari kita asumsikan bahwa resistansi resistor adalah 8 ohm. Apa kekuatan saat ini? Saya terus mengabaikan standar yang diterima secara umum, mari kita kembali ke sana. Berapakah kuat arus pada rangkaian tersebut? Semuanya cukup jelas di sini. Anda hanya perlu menerapkan hukum Ohm. Rumusnya adalah: V = IR. Jadi tegangannya adalah 16 volt, dan itu sama dengan arus kali hambatan, 8 ohm. Artinya, kuat arus sama dengan 16 volt dibagi 8 ohm, yang sama dengan 2,2 ampere. Amp dilambangkan dengan huruf kapital A, dan mereka mengukur kekuatan arus. Tetapi, seperti yang kita ketahui, arus adalah jumlah muatan selama beberapa waktu, yaitu, dua coulomb per detik. Jadi, 2 coulomb per detik. Oke, sudah lebih dari 11 menit. Perlu berhenti. Anda mempelajari dasar-dasar hukum Ohm dan, mungkin, mulai memahami apa yang terjadi di sirkuit. Sampai jumpa di video selanjutnya. Subtitle oleh komunitas Amara.org

Mengintegrasikan rantai RC

Jika sinyal input diterapkan ke V di , dan outputnya diambil dari V c (lihat gambar), maka rangkaian seperti itu disebut rangkaian integrasi.

Respons dari sirkuit tipe terintegrasi ke satu langkah dampak dengan amplitudo V ditentukan oleh rumus berikut:

U c (t) = U 0 (1 e t / R C) . (\displaystyle \,\!U_(c)(t)=U_(0)\left(1-e^(-t/RC)\right).)

Dengan demikian, konstanta waktu dari proses aperiodik ini akan sama dengan

= R C . (\displaystyle \tau=RC.)

Sirkuit integrasi melewatkan komponen sinyal yang konstan, memotong frekuensi tinggi, yaitu filter frekuensi rendah. Selain itu, semakin tinggi konstanta waktu (\displaystyle \tau ), semakin rendah frekuensi cutoff. Hanya komponen konstan yang akan melewati batas. Properti ini digunakan dalam catu daya sekunder di mana perlu untuk menyaring komponen AC dari tegangan listrik. Kabel yang terbuat dari sepasang kabel memiliki sifat integrasi, karena setiap kabel adalah resistor, memiliki hambatannya sendiri, dan sepasang kabel yang berdampingan juga membentuk kapasitor, meskipun dengan kapasitansi kecil. Ketika sinyal melewati kabel seperti itu, komponen frekuensi tinggi mereka mungkin hilang, dan terlebih lagi, semakin panjang panjang kabel.

Membedakan rantai RC

Rangkaian RC yang membedakan diperoleh dengan menukar resistor R dan kapasitor C dalam rangkaian integrasi. Dalam hal ini, sinyal input masuk ke kapasitor, dan sinyal output diambil dari resistor. Untuk tegangan DC, kapasitor mewakili pemutusan rangkaian, yaitu komponen DC dari sinyal dalam rangkaian tipe pembeda akan terputus. Sirkuit semacam itu adalah filter lolos tinggi. Dan frekuensi cutoff di dalamnya ditentukan oleh konstanta waktu yang sama (\displaystyle \tau ). Lebih (\displaystyle \tau ), semakin rendah frekuensi yang dapat melewati rangkaian tanpa perubahan.

Membedakan sirkuit memiliki fitur lain. Pada output dari rangkaian seperti itu, satu sinyal diubah menjadi dua tegangan yang berturut-turut melompat ke atas dan ke bawah relatif terhadap basis dengan amplitudo yang sama dengan tegangan input. Basis adalah terminal sumber positif atau ground, tergantung di mana resistor terhubung. Ketika resistor dihubungkan ke sumber, amplitudo pulsa keluaran positif akan menjadi dua kali tegangan suplai. Ini digunakan untuk mengalikan tegangan, serta, dalam hal menghubungkan resistor ke "tanah", untuk membentuk tegangan bipolar dari tegangan unipolar yang ada.