สำหรับการวิเคราะห์วงจร กระแสสลับ(หรือในกรณีทั่วไปของวงจรที่ทำงานด้วยแรงดันและกระแสต่างกัน) สามารถใช้ลักษณะเฉพาะได้สองประเภท ประการแรก เราสามารถพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า U และกระแส I เมื่อเวลาผ่านไป และประการที่สอง การเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดเมื่อความถี่ของสัญญาณเปลี่ยนแปลง ลักษณะทั้งสองมีข้อดีและในแต่ละกรณีการปฏิบัติคุณต้องเลือกสิ่งที่เหมาะสมที่สุด เราจะเริ่มการศึกษาวงจรไฟฟ้ากระแสสลับโดยอาศัยเวลา และในนิกาย 1.18 มาดูคุณสมบัติความถี่กันดีกว่า
คุณสมบัติของวงจรที่รวมตัวเก็บประจุมีอะไรบ้าง? เพื่อตอบคำถามนี้ ให้พิจารณาวงจร RC ที่ง่ายที่สุด (รูปที่ 1.29) ลองใช้นิพจน์ที่ได้รับก่อนหน้านี้สำหรับความจุ:
C(dU/dt) = I = - U/R
สำนวนนี้แสดงถึง สมการเชิงอนุพันธ์วิธีแก้ปัญหาซึ่งมีรูปแบบ:
U = เอ๋ - t/RC
ตามมาว่าหากต่อตัวเก็บประจุที่มีประจุเข้ากับตัวต้านทาน มันจะคายประจุดังแสดงในรูป 1.30.
ข้าว. 1.30. วงจร RC สัญญาณคายประจุ
เวลาคงที่ผลิตภัณฑ์ RC เรียกว่าค่าคงที่เวลาของวงจร หากวัด R เป็นโอห์มและ C เป็นฟารัด ผลิตภัณฑ์ RC จะถูกวัดเป็นวินาที สำหรับตัวเก็บประจุ 1 µF ที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทาน 1 kOhm เวลาคงที่คือ 1 ms หากชาร์จตัวเก็บประจุล่วงหน้าแล้วและแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมคือ 1 V ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อตัวต้านทานกระแส 1 mA จะปรากฏขึ้นในวงจร
ในรูป รูปที่ 1.31 แสดงแผนภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อย ที่เวลา t = 0 วงจรจะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ สมการที่อธิบายการทำงานของวงจรดังกล่าวมีดังนี้:
I = C(dU/dt) = (อินพุต U - U)/R
และมีทางแก้ไข
U = Uin + Ae -t/RC
อย่าตกใจไปถ้าคุณไม่เข้าใจว่าการแปลงทางคณิตศาสตร์เกิดขึ้นได้อย่างไร สิ่งสำคัญคือต้องจำผลลัพธ์ที่ได้รับ ในอนาคตเราจะใช้มันหลายครั้งโดยไม่ต้องพึ่งการคำนวณทางคณิตศาสตร์ ค่าคงที่ A ถูกกำหนดจากเงื่อนไขเริ่มต้น (รูปที่ 1.32): U = 0 ที่ t = 0 โดยที่ A = -U in และ U = U in (1 - e -t/RC)
การสร้างความสมดุลภายใต้เงื่อนไข t » RC แรงดันไฟฟ้าจะถึงค่า Uin (กฎง่ายๆ ที่ต้องจำเรียกว่ากฎของ RC ห้าตัว โดยระบุว่าในเวลาเท่ากับค่าคงที่เวลาห้าค่า ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จหรือคายประจุ 99%) หากคุณเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าอินพุต Uin (ทำให้ เท่ากับศูนย์ เป็นต้น) จากนั้นแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุ U จะลดลง โดยมีแนวโน้มเป็นค่าใหม่ตามกฎเลขชี้กำลัง e -t/RC ตัวอย่างเช่น หากใช้สัญญาณ Uin เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ากับอินพุต สัญญาณเอาท์พุต U จะมีรูปร่างดังแสดงในรูปที่ 1 1.33.
ข้าว. 1.33. แรงดันไฟฟ้าที่นำมาจากตัวเก็บประจุ (สัญญาณด้านบน) โดยมีเงื่อนไขว่าสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมจะถูกจ่ายผ่านตัวต้านทาน
แบบฝึกหัดที่ 1.13พิสูจน์ว่าเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณ (เวลาที่สัญญาณเปลี่ยนจาก 10 เป็น 90% ของสัญญาณ ค่าสูงสุด) คือ 2.2 RC
คุณอาจมีคำถาม: กฎแห่งการเปลี่ยนแปลงสำหรับ Uin (t) โดยพลการคืออะไร? ในการตอบคำถามนี้ คุณต้องแก้สมการเชิงอนุพันธ์แบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน (ที่นี่ไม่พิจารณาวิธีมาตรฐานในการแก้สมการดังกล่าว) เป็นผลให้เราได้รับ
U(t) = 1/RC t ∫ - ∞ U อินพุต τe -t/RC dt
ตามนิพจน์ที่ได้ วงจร RC จะเฉลี่ยแรงดันไฟฟ้าอินพุตด้วยสัมประสิทธิ์สัดส่วน e -t/RC โดยที่ Δt = τ - t อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ คำถามนี้ไม่ค่อยเกิดขึ้น บ่อยครั้งที่มีการพิจารณาคุณลักษณะของความถี่และกำหนดว่าองค์ประกอบความถี่แต่ละส่วนของสัญญาณอินพุตจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ในไม่ช้า (ส่วนที่ 1.18) เราจะเข้าสู่ประเด็นสำคัญนี้ด้วย ในระหว่างนี้เรามาดูบางส่วนกันดีกว่า แผนการที่น่าสนใจแม้ว่าการวิเคราะห์จะเพียงพอสำหรับการพึ่งพาเวลาก็ตาม
การลดความซับซ้อนโดยใช้การแปลงเทเวนินที่เทียบเท่าจะสามารถเริ่มวิเคราะห์เพิ่มเติมได้ วงจรที่ซับซ้อนโดยใช้วิธีการแก้สมการเชิงอนุพันธ์เหมือนเมื่อก่อน อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งคุณไม่ควรใช้วิธีแก้สมการเชิงอนุพันธ์ วงจรส่วนใหญ่สามารถรีดิวซ์เป็นวงจร RC ได้ แสดงในรูป 1.34. การใช้การแปลงที่เท่ากันสำหรับตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากตัวต้านทาน R 1 และ R 2 ทำให้สามารถกำหนด U(t) สำหรับแรงดันกระโดด Uin อินพุตได้
แบบฝึกหัดที่ 1.14สำหรับวงจรดังรูป 1.34. R 1 = R 2 = 10 kOhm และ C = 0.1 µF กำหนด U(t) และพล็อตความสัมพันธ์ผลลัพธ์เป็นกราฟ
ตัวอย่าง: วงจรหน่วงเวลาเราได้กล่าวถึงระดับลอจิคัลแล้ว - แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดการทำงานของวงจรดิจิทัล ในรูป รูปที่ 1.35 แสดงให้เห็นว่าสามารถรับพัลส์ล่าช้าโดยใช้ตัวเก็บประจุได้อย่างไร แอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์ CMOS จะแสดงเป็นรูปสามเหลี่ยม พวกเขาให้ ระดับสูงที่เอาต์พุต (มากกว่าครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง) และในทางกลับกัน เครื่องขยายบัฟเฟอร์ตัวแรกจะสร้างสัญญาณอินพุตและให้อิมพีแดนซ์เอาต์พุตเล็กน้อย ดังนั้นจึงป้องกันไม่ให้วงจร RC ส่งผลกระทบต่อแหล่งสัญญาณ (เราได้กล่าวถึงปัญหาของการโหลดวงจรในหัวข้อ 1.05) ตามลักษณะของวงจร RC สัญญาณเอาท์พุตของมันจะล่าช้าสัมพันธ์กับอินพุต ดังนั้นแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์เอาต์พุตจะสลับ 10 µs หลังจากแรงดันไฟกระชากอินพุต (แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของวงจร RC ถึง 50% ของค่าสูงสุด ค่าหลัง 0.7 RC) ในทางปฏิบัติจำเป็นต้องคำนึงถึงความเบี่ยงเบนของเกณฑ์อินพุตบัฟเฟอร์จากค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากการเบี่ยงเบนนี้จะเปลี่ยนความล่าช้าและความกว้างของพัลส์เอาต์พุต บางครั้งแผนการที่คล้ายกันนี้ใช้เพื่อชะลอแรงกระตุ้นในช่วงเวลาหนึ่งซึ่งเหตุการณ์บางอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ เมื่อออกแบบวงจร จะเป็นการดีกว่าที่จะไม่หันไปใช้เทคนิคดังกล่าว แต่บางครั้งก็มีประโยชน์
ข้าว. 1.35. การใช้วงจร RC เพื่อสร้างสัญญาณดิจิทัลแบบหน่วงเวลา
พิจารณากระแสเข้า วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยตัวเก็บประจุที่มีความจุ คและตัวต้านทานที่มีความต้านทาน R ต่อแบบขนาน
ค่าของประจุตัวเก็บประจุหรือกระแสคายประจุถูกกำหนดโดยนิพจน์ ผม = C(dU/dt)และค่ากระแสในตัวต้านทานตามกฎของโอห์มจะเป็นดังนี้ คุณ/อาร์, ที่ไหน ยู- แรงดันประจุของตัวเก็บประจุ
จากรูปก็ชัดเจนว่า ไฟฟ้า ฉันในองค์ประกอบ คและ รโซ่ก็จะมี ค่าเดียวกันและทิศทางตรงกันข้ามตามกฎของเคอร์ชอฟฟ์ ดังนั้นจึงสามารถแสดงได้ดังนี้:
การแก้สมการเชิงอนุพันธ์ C(dU/dt)= -U/R
มาบูรณาการกัน: 
จากตารางอินทิกรัลตรงนี้ เราใช้การแปลง 
เราได้รับอินทิกรัลทั่วไปของสมการ: ln|U| = - t/RC + ค่าคงที่.
ให้เราแสดงความตึงเครียดจากมัน ยูศักยภาพ: ยู = อี-t /RC * อีคงที่.
วิธีแก้ปัญหาจะมีลักษณะดังนี้:
ยู = อี-t /RC * คอน
ที่นี่ คอนสตรัคชั่น- ค่าคงที่ค่าที่กำหนดโดยเงื่อนไขเริ่มต้น
ดังนั้นแรงดันไฟฟ้า ยูประจุหรือการคายประจุของตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปตามเวลาตามกฎเลขชี้กำลัง จ-t /RC .
เลขชี้กำลัง - ฟังก์ชัน ประสบการณ์(x) = อีเอ็กซ์
จ– ค่าคงที่ทางคณิตศาสตร์ประมาณเท่ากับ 2.718281828...
เวลาคงที่ τ
ถ้าตัวเก็บประจุมีความจุ คต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน รเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ ยูกระแสจะไหลในวงจรซึ่งเวลาใดก็ได้ ทีจะชาร์จตัวเก็บประจุตามค่า ยู ซีและถูกกำหนดโดยนิพจน์:
แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุระหว่างการคายประจุจะเป็นดังนี้ U C = อ-t/τ = คุณ/อีเสื้อ/τ
ในระหว่าง τ
แรงดันไฟตกคร่อมตัวเก็บประจุจะลดลงตามค่า คุณซึ่งจะเป็น 1 /e*ค่า 100% กลับไปยัง 36.8% ยู.
ในเวลา 3 τ
ตัวเก็บประจุจะคายประจุไปที่ (1 /e 3)*100% ก็คือ 5% ของมูลค่า ยู.
ในเวลา 5 τ
ถึง (1 /e 5)*100% กลับไปยังค่า 1% ยู.
พารามิเตอร์ τ ใช้กันอย่างแพร่หลายในการคำนวณ อาร์.ซี.- ตัวกรองวงจรอิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบต่างๆ
รับฟังความคิดเห็นและข้อเสนอแนะได้ที่ [ป้องกันอีเมล]
และเมื่อรวมกันแล้วจะเกิดวงจร RC นั่นคือเป็นวงจรที่ประกอบด้วยตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน มันง่าย ;-)
อย่างที่คุณจำได้ ตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นสองแผ่นที่อยู่ห่างจากกัน
คุณคงจำได้ว่าความจุของมันขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกรวมถึงสารที่อยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลก หรือสูตรสำหรับตัวเก็บประจุแบบแบน:
ที่ไหน
เอาล่ะ เรามาเข้าประเด็นกันดีกว่า ขอให้เรามีตัวเก็บประจุ เราทำอะไรกับเขาได้บ้าง? ถูกต้องชาร์จมัน ;-) ในการทำเช่นนี้ให้ใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่และจ่ายประจุให้กับตัวเก็บประจุเพื่อชาร์จ:
เป็นผลให้ตัวเก็บประจุของเราจะชาร์จ จานหนึ่งจะมีประจุบวก และอีกจานหนึ่งจะมีประจุลบ:
แม้ว่าเราจะถอดแบตเตอรี่ออก เราก็จะยังมีประจุอยู่ที่ตัวเก็บประจุอยู่ระยะหนึ่ง
การเก็บรักษาประจุขึ้นอยู่กับความต้านทานของวัสดุระหว่างแผ่น ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าไร ตัวเก็บประจุก็จะคายประจุเร็วขึ้นตามระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น กระแสรั่วไหล- ดังนั้นสิ่งที่แย่ที่สุดในแง่ของความปลอดภัยของการชาร์จคือ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าหรือที่นิยม - อิเล็กโทรไลต์:
แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเชื่อมต่อตัวต้านทานเข้ากับตัวเก็บประจุ?
ตัวเก็บประจุจะคายประจุเมื่อวงจรปิด
ใครก็ตามที่รู้แม้แต่น้อยเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็เข้าใจกระบวนการเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ นี่คือความซ้ำซากจำเจทั้งหมด แต่ความจริงก็คือเราไม่สามารถสังเกตกระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุเพียงแค่ดูที่วงจรได้ ในการดำเนินการนี้ เราจำเป็นต้องมีออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลที่มีฟังก์ชันบันทึกสัญญาณ โชคดีที่ฉันมีที่สำหรับอุปกรณ์นี้บนเดสก์ท็อปของฉันแล้ว:
ดังนั้นแผนปฏิบัติการจะเป็นดังนี้: เราจะชาร์จตัวเก็บประจุโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ จากนั้นคายประจุผ่านตัวต้านทาน และดูออสซิลโลแกรมว่าตัวเก็บประจุถูกคายประจุอย่างไร มารวบรวมกัน โครงการคลาสสิกซึ่งอยู่ในตำราอิเล็กทรอนิกส์เล่มใดก็ได้:
ในขณะนี้เราชาร์จตัวเก็บประจุ
จากนั้นเราเปลี่ยนสวิตช์สลับ S ไปที่ตำแหน่งอื่นและคลายประจุตัวเก็บประจุโดยสังเกตกระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุบนออสซิลโลสโคป
ฉันคิดว่าทั้งหมดนี้ชัดเจน เอาล่ะมาเริ่มประกอบกันดีกว่า
เราตั้งค่าความถี่เป็น 1 เฮิรตซ์และแกว่ง 5 โวลต์
ออสซิลโลแกรมสีเหลืองเป็นสัญญาณจากตัวกำเนิดฟังก์ชันซึ่งป้อนเข้ากับอินพุตของวงจรรวมที่เทอร์มินัล X1, X2 และจากเอาต์พุตเราจะลบออสซิลโลแกรมสีแดงนั่นคือจากเทอร์มินัล X3, X4:
ดังที่คุณอาจสังเกตเห็นว่าตัวเก็บประจุมีเวลาชาร์จและคายประจุเกือบทั้งหมด
แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเพิ่มความถี่? ฉันตั้งค่าความถี่ของเครื่องกำเนิดเป็น 10 เฮิรตซ์ มาดูกันว่าเราได้อะไรบ้าง:
ตัวเก็บประจุไม่มีเวลาชาร์จและคายประจุก่อนที่พัลส์สี่เหลี่ยมใหม่จะมาถึง ดังที่เราเห็น แอมพลิจูดของสัญญาณเอาท์พุตลดลงอย่างมาก อาจกล่าวได้ว่ามันหดตัวลงจนใกล้ศูนย์
และสัญญาณ 100 เฮิรตซ์ไม่เหลือสัญญาณเลย ยกเว้นคลื่นเล็กๆ
สัญญาณ 1 กิโลเฮิรตซ์ที่เอาท์พุตไม่ได้สร้างอะไรเลย...
ยังไงก็ได้! ลองชาร์จตัวเก็บประจุด้วยความถี่ดังกล่าว :-)
เช่นเดียวกับสัญญาณอื่นๆ: ไซน์ซอยด์และสามเหลี่ยม ทุกที่สัญญาณเอาท์พุตจะเกือบเป็นศูนย์ที่ความถี่ 1 กิโลเฮิรตซ์ขึ้นไป
“วงจรอินทิเกรตทั้งหมดนั่นสามารถทำได้เหรอ?” - คุณถาม. ไม่แน่นอน! นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น
ลองคิดดูสิ... เหตุใดสัญญาณของเราจึงเริ่มใกล้ศูนย์เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นแล้วหายไปเลย
ประการแรก เราได้วงจรนี้มาเป็นตัวแบ่งแรงดัน และประการที่สอง ตัวเก็บประจุเป็นองค์ประกอบวิทยุที่ขึ้นกับความถี่ ความต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่ คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับสิ่งนี้ได้ในบทความ ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ ดังนั้นหากเรายื่น กระแสตรง.ไปยังอินพุต (กระแสตรงมีความถี่ 0 เฮิรตซ์) จากนั้นที่เอาต์พุตเราจะได้รับกระแสตรงเดียวกันที่มีค่าเดียวกันกับที่ถูกขับเคลื่อนเข้าไปในอินพุต ในกรณีนี้ ตัวเก็บประจุไม่สนใจดรัม สิ่งที่เขาทำได้ในสถานการณ์นี้คือการชาร์จแบบทวีคูณอย่างโง่เขลาเท่านั้นเอง นี่คือจุดที่ชะตากรรมของมันในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงสิ้นสุดลงและกลายเป็นอิเล็กทริกสำหรับกระแสตรง
แต่ทันทีที่มีการจ่ายสัญญาณ AC ไปที่วงจร ตัวเก็บประจุก็จะเข้ามามีบทบาท ความต้านทานของมันขึ้นอยู่กับความถี่อยู่แล้ว และยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใด ความต้านทานของตัวเก็บประจุก็จะน้อยลงเท่านั้น สูตรสำหรับความต้านทานของตัวเก็บประจุเทียบกับความถี่:
ที่ไหน
เอ็กซ์ ซี - คือความต้านทานของตัวเก็บประจุ โอห์ม
ป - คงที่และเท่ากับประมาณ 3.14
เอฟ- ความถี่เฮิรตซ์
กับ -ความจุตัวเก็บประจุฟารัด
แล้วผลที่ได้คืออะไร? แต่ปรากฎว่ายิ่งความถี่สูงเท่าไร ความต้านทานน้อยลงตัวเก็บประจุ ที่ความถี่ศูนย์ ความต้านทานของตัวเก็บประจุจะเท่ากับอนันต์ตามหลักการ (ใส่ความถี่ 0 เฮิรตซ์ในสูตร) และเนื่องจากเรามีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า
ดังนั้นแรงดันตกคร่อมความต้านทานน้อยลง เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ความต้านทานของตัวเก็บประจุจะลดลงอย่างมาก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุจึงกลายเป็นเกือบ 0 โวลต์ ซึ่งเป็นสิ่งที่เราสังเกตเห็นบนออสซิลโลแกรม
แต่สิ่งดีๆไม่ได้จบเพียงแค่นั้น
จำไว้ว่าสัญญาณที่มีส่วนประกอบคงที่คืออะไร นี่ไม่มีอะไรมากไปกว่าผลรวมของสัญญาณสลับและแรงดันไฟฟ้าคงที่ เมื่อดูภาพด้านล่างทุกอย่างจะชัดเจนสำหรับคุณ
นั่นคือในกรณีของเราเราสามารถพูดได้ว่าสัญญาณนี้ (ด้านล่างในภาพ) มีส่วนประกอบคงที่หรืออีกนัยหนึ่งคือแรงดันไฟฟ้าคงที่
เพื่อแยกส่วนประกอบคงที่ออกจากสัญญาณนี้ เราเพียงแค่ต้องขับมันผ่านวงจรอินทิเกรตของเรา ลองดูทั้งหมดนี้พร้อมตัวอย่าง เมื่อใช้เครื่องกำเนิดฟังก์ชันของเรา เราจะยกไซนัสอยด์ของเราขึ้น "เหนือพื้น" นั่นคือเราจะทำเช่นนี้:
ดังนั้นทุกอย่างก็เป็นไปตามปกติ สีเหลืองคือสัญญาณอินพุตของวงจร สีแดงคือสัญญาณเอาท์พุต คลื่นไซน์ไบโพลาร์ธรรมดาทำให้เรามี 0 โวลต์ที่เอาต์พุตของวงจรรวม RC:
เพื่อทำความเข้าใจว่าระดับสัญญาณเป็นศูนย์อยู่ที่ไหน ฉันทำเครื่องหมายด้วยสี่เหลี่ยมจัตุรัส:
ทีนี้ให้ฉันเพิ่มส่วนประกอบคงที่ให้กับไซน์ซอยด์หรือแรงดันไฟฟ้าคงที่แทน เนื่องจากตัวกำเนิดฟังก์ชันอนุญาตให้ฉันทำสิ่งนี้:
อย่างที่คุณเห็น ทันทีที่ฉันยกไซน์ขึ้น "เหนือพื้น" ที่เอาต์พุตของวงจร ฉันได้รับแรงดันไฟฟ้าคงที่ 5 โวลต์ ฉันเพิ่มสัญญาณในตัวสร้างฟังก์ชันประมาณ 5 โวลต์ ;-) โซ่แยกส่วนประกอบ DC ออกจากสัญญาณไซน์ซอยด์ยกระดับโดยไม่มีปัญหา ปาฏิหาริย์!
แต่เรายังไม่เข้าใจว่าทำไมวงจรจึงเรียกว่าอินทิเกรต? ใครก็ตามที่เรียนเก่งที่โรงเรียนในระดับ 8-9 อาจจำความหมายทางเรขาคณิตของอินทิกรัลได้ - นี่ไม่มีอะไรมากไปกว่าพื้นที่ใต้เส้นโค้ง
ลองดูชามน้ำแข็งในระนาบสองมิติ:
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าน้ำแข็งทั้งหมดละลายและกลายเป็นน้ำ? ถูกต้องน้ำจะครอบคลุมแอ่งอย่างสม่ำเสมอในระนาบเดียว:
แต่ระดับน้ำนี้จะเป็นอย่างไร? ถูกต้อง - โดยเฉลี่ย นี่คือค่าเฉลี่ยของหอคอยน้ำแข็งเหล่านี้ ดังนั้น ห่วงโซ่การบูรณาการก็ทำสิ่งเดียวกัน! เฉลี่ยค่าสัญญาณอย่างโง่เขลาไปที่ระดับคงที่หนึ่งระดับ! อาจกล่าวได้ว่าให้เฉลี่ยพื้นที่เป็นระดับคงที่หนึ่งระดับ
แต่ประสบการณ์ที่ดีที่สุดจะเกิดขึ้นเมื่อเราใช้สัญญาณสี่เหลี่ยมกับอินพุต มาทำอย่างนั้นกันเถอะ ลองใช้คลื่นสี่เหลี่ยมบวกกับวงจรรวม RC
อย่างที่คุณเห็น องค์ประกอบคงที่ของคดเคี้ยวเท่ากับครึ่งหนึ่งของแอมพลิจูด ฉันคิดว่าคุณคงเดาได้เองแล้วถ้าคุณจินตนาการถึงชามที่มีก้อนน้ำแข็ง) หรือเพียงแค่คำนวณพื้นที่ของแต่ละพัลส์แล้วกระจายให้เท่ากันทั่วทั้งออสซิลโลแกรมเช่น gov... เนยสำหรับขนมปัง ;-)
ตอนนี้ส่วนที่สนุกมาถึงแล้ว ตอนนี้ฉันจะเปลี่ยนรอบการทำงานของสัญญาณสี่เหลี่ยมของเรา เนื่องจากรอบหน้าที่ไม่มีอะไรมากไปกว่าอัตราส่วนของระยะเวลาต่อระยะเวลาพัลส์ ดังนั้น เราจะเปลี่ยนระยะเวลาของพัลส์
ลดระยะเวลาการเต้นของชีพจร
ฉันเพิ่มระยะเวลาของพัลส์
หากยังไม่มีใครสังเกตเห็นสิ่งใดเลย เพียงแค่ดูที่ระดับออสซิลโลแกรมสีแดง แล้วทุกอย่างจะชัดเจน สรุป: ด้วยการควบคุมรอบการทำงาน เราสามารถเปลี่ยนระดับของส่วนประกอบ DC ได้ นี่เป็นหลักการเบื้องหลัง PWM (การปรับความกว้างพัลส์) อย่างแม่นยำ สักวันหนึ่งเราจะพูดถึงเรื่องนี้ในบทความแยกต่างหาก
ห่วงโซ่ความแตกต่าง
อื่น คำสกปรกซึ่งมาจากคณิตศาสตร์ - การสร้างความแตกต่าง ศีรษะเริ่มเจ็บทันทีจากการออกเสียง แต่จะไปไหนล่ะ? อิเล็กทรอนิกส์และคณิตศาสตร์เป็นเพื่อนที่แยกกันไม่ออก
และนี่คือเฟืองท้ายนั่นเอง
ในวงจรเราสลับเฉพาะตัวต้านทานและตัวเก็บประจุในตำแหน่งเท่านั้น
ตอนนี้เราจะทำการทดลองทั้งหมดเหมือนกับที่เราทำกับวงจรอินทิเกรต ขั้นแรกเราใช้คลื่นสี่เหลี่ยมสองขั้วความถี่ต่ำที่มีความถี่ 1.5 เฮิรตซ์และการสวิง 5 โวลต์กับอินพุตของวงจรดิฟเฟอเรนเชียล สัญญาณสีเหลืองคือสัญญาณจากเครื่องกำเนิดความถี่ สัญญาณสีแดงมาจากเอาต์พุตของห่วงโซ่ดิฟเฟอเรนเชียล:
อย่างที่คุณเห็นตัวเก็บประจุสามารถคายประจุได้เกือบหมดดังนั้นเราจึงได้ออสซิลโลแกรมที่สวยงามเช่นนี้
มาเพิ่มความถี่เป็น 10 เฮิรตซ์กันเถอะ
อย่างที่คุณเห็นตัวเก็บประจุไม่มีเวลาคายประจุก่อนที่แรงกระตุ้นใหม่จะมาถึง
สัญญาณ 100 เฮิรตซ์ทำให้เส้นโค้งการคายประจุมองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ทีนี้มาบวกความถี่เป็น 1 กิโลเฮิรตซ์กันดีกว่า
ขึ้นอยู่กับว่าค่าใดอยู่ที่อินพุต ค่าเดียวกันก็จะอยู่ที่เอาต์พุต ;-) ด้วยความถี่ดังกล่าว คอนเดนเซอร์จะไม่มีเวลาคายประจุเลย ดังนั้นส่วนปลายของพัลส์เอาท์พุตจึงราบรื่นและสม่ำเสมอ
แต่สิ่งดี ๆ ก็ไม่สิ้นสุดเพียงแค่นั้นเช่นกัน
ขอผมยกสัญญาณอินพุตเหนือ "ระดับน้ำทะเล" นั่นคือผมจะพามันไปที่ส่วนบวกโดยสมบูรณ์ มาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นที่เอาท์พุต (สัญญาณสีแดง)
ว้าว สัญญาณสีแดงยังคงรูปร่างและตำแหน่งเหมือนเดิม ลองดูสิ ไม่มีส่วนประกอบคงที่อยู่ในนั้น เหมือนในสัญญาณสีเหลืองที่เราส่งมาจาก Function Generator ของเรา
ฉันสามารถส่งสัญญาณสีเหลืองไปยังบริเวณลบได้ แต่ที่เอาต์พุตเราจะยังคงได้รับส่วนประกอบที่แปรผันของสัญญาณโดยไม่ต้องยุ่งยาก:
และโดยทั่วไป แม้ว่าสัญญาณจะมีส่วนประกอบคงที่เป็นลบเล็กน้อย เราก็จะยังคงได้ส่วนประกอบที่แปรผันได้ที่เอาต์พุต:
เช่นเดียวกับสัญญาณอื่นๆ:
จากการทดลอง เราพบว่าหน้าที่หลักของวงจรดิฟเฟอเรนเชียลคือการแยกส่วนประกอบที่แปรผันออกจากสัญญาณที่มีทั้งส่วนประกอบที่แปรผันและคงที่ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการแยกกระแสสลับออกจากสัญญาณที่ประกอบด้วยผลรวมของกระแสสลับและกระแสตรง
ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ลองคิดดูสิ ลองดูที่โซ่เฟืองท้ายของเรา:
ถ้าเราดูวงจรนี้อย่างใกล้ชิด เราจะเห็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเช่นเดียวกับในวงจรอินทิเกรต ตัวเก็บประจุเป็นองค์ประกอบวิทยุที่ขึ้นกับความถี่ ดังนั้นหากเราใช้สัญญาณที่มีความถี่ 0 เฮิรตซ์ (กระแสตรง) คอนเดนเซอร์ของเราจะชาร์จอย่างโง่เขลาแล้วหยุดส่งกระแสผ่านตัวมันเองโดยสมบูรณ์ โซ่จะหัก.. แต่ถ้าเราจ่ายกระแสสลับก็จะเริ่มผ่านตัวเก็บประจุด้วย ยิ่งความถี่สูง ความต้านทานของตัวเก็บประจุก็จะยิ่งต่ำลง ดังนั้นสัญญาณสลับทั้งหมดจะตกลงผ่านตัวต้านทาน ซึ่งเราเพิ่งจะถอดสัญญาณออก
แต่ถ้าเราจ่ายสัญญาณผสมนั่นคือกระแสสลับ + กระแสตรงจากนั้นที่เอาต์พุตเราก็จะได้กระแสสลับ เราได้เห็นสิ่งนี้จากประสบการณ์แล้ว ทำไมมันถึงเกิดขึ้น? ใช่เพราะตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้กระแสตรงไหลผ่านตัวมันเอง!
วงจรรวมเรียกอีกอย่างว่าตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน (LPF) และวงจรสร้างความแตกต่างเรียกอีกอย่างว่าตัวกรองความถี่สูงผ่าน (HPF) เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้น คุณจะต้องคำนวณความถี่ที่คุณต้องการ วงจร RC ถูกใช้ทุกที่ที่จำเป็นเพื่อแยกส่วนประกอบโดยตรง (PWM) ส่วนประกอบที่สลับกัน (การเชื่อมต่อระหว่างสเตจของแอมพลิฟายเออร์) แยกด้านหน้าของสัญญาณ ทำการหน่วงเวลา ฯลฯ เมื่อคุณเจาะลึกเข้าไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คุณมักจะ เผชิญหน้ากับพวกเขา
ความสนใจ การแข่งขันขนาดเล็ก!
ใครเป็นคนแรกที่เขียนความคิดเห็นว่าค่าของตัวต้านทานวงจร RC เท่ากับเท่าใดจะได้รับ 100 รูเบิลสำหรับโทรศัพท์! สิ่งที่ทราบก็คือความจุของตัวเก็บประจุคือ 1 µF ค่าตัวต้านทานควรเป็นตัวเลขกลม
หากคุณเชื่อมต่อตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ คุณอาจได้วงจรที่มีประโยชน์และอเนกประสงค์ที่สุดวงจรหนึ่ง
วันนี้ฉันตัดสินใจพูดถึงหลายวิธีในการใช้งาน แต่ก่อนอื่น เกี่ยวกับแต่ละองค์ประกอบแยกกัน:
หน้าที่ของตัวต้านทานคือการจำกัดกระแส นี่คือองค์ประกอบคงที่ซึ่งความต้านทานไม่เปลี่ยนแปลง เราไม่ได้พูดถึงข้อผิดพลาดทางความร้อนในขณะนี้ - มันไม่ใหญ่เกินไป กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานถูกกำหนดโดยกฎของโอห์ม - ผม=คุณ/รโดยที่ U คือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วตัวต้านทาน R คือความต้านทาน
ตัวเก็บประจุเป็นสิ่งที่น่าสนใจกว่า เขามี คุณสมบัติที่น่าสนใจ- เมื่อปล่อยออกมาจะมีพฤติกรรมเกือบเหมือน ไฟฟ้าลัดวงจร- กระแสน้ำไหลผ่านโดยไม่มีข้อ จำกัด พุ่งไปสู่อนันต์ และแรงดันไฟฟ้ามีแนวโน้มเป็นศูนย์ เมื่อมีการชาร์จ มันจะกลายเป็นเหมือนการแตกหักและกระแสหยุดไหลผ่าน และแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมจะเท่ากับแหล่งกำเนิดการชาร์จ ปรากฎว่ามีความสัมพันธ์ที่น่าสนใจ - มีกระแส ไม่มีแรงดัน มีแรงดัน - ไม่มีกระแส
เพื่อให้เห็นภาพกระบวนการนี้ ลองจินตนาการถึงบอลลูน... เอ่อ... บอลลูนที่เต็มไปด้วยน้ำ การไหลของน้ำเป็นกระแส แรงดันน้ำบนผนังยางยืดเทียบเท่ากับความเครียด ทีนี้ดูสิเมื่อลูกบอลว่างเปล่า - น้ำไหลอย่างอิสระมีกระแสไฟฟ้าแรงมาก แต่ยังไม่มีแรงกดดันเลย - แรงดันไฟฟ้าต่ำ จากนั้นเมื่อลูกบอลเต็มและเริ่มต้านทานแรงกดดันเนื่องจากความยืดหยุ่นของผนัง อัตราการไหลจะช้าลงจากนั้นหยุดพร้อมกัน - แรงเท่ากันตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จ มีความตึงเครียดบนกำแพงที่ทอดยาว แต่ไม่มีกระแสน้ำ!
ตอนนี้ หากคุณถอดหรือลดแรงดันภายนอก ให้ถอดแหล่งพลังงานออก น้ำจะไหลกลับภายใต้อิทธิพลของความยืดหยุ่น นอกจากนี้กระแสจากตัวเก็บประจุจะไหลย้อนกลับหากวงจรปิดอยู่และแรงดันแหล่งจ่ายต่ำกว่าแรงดันในตัวเก็บประจุ
ความจุของตัวเก็บประจุ นี่คืออะไร?
ตามทฤษฎีแล้ว ประจุที่มีขนาดไม่สิ้นสุดสามารถถูกสูบเข้าไปในตัวเก็บประจุในอุดมคติใดๆ ได้ แค่ลูกบอลของเราจะยืดออกมากขึ้น และกำแพงจะสร้างแรงกดดันมากขึ้น กดดันมากขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุด
แล้วฟารัดล่ะ สิ่งที่เขียนที่ด้านข้างของตัวเก็บประจุเพื่อเป็นตัวบ่งชี้ความจุ? และนี่เป็นเพียงการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าต่อประจุ (q = CU) สำหรับตัวเก็บประจุขนาดเล็ก แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจากการชาร์จจะสูงขึ้น
ลองนึกภาพแก้วสองใบที่มีกำแพงสูงไม่สิ้นสุด อันหนึ่งแคบเหมือนหลอดทดลอง อีกอันกว้างเหมือนแอ่ง ระดับน้ำในนั้นมีความตึงเครียด บริเวณด้านล่างเป็นภาชนะ ทั้งสองสามารถเติมน้ำได้หนึ่งลิตร - มีประจุเท่ากัน แต่ในหลอดทดลอง ระดับน้ำจะกระโดดขึ้นไปหลายเมตร และในแอ่งน้ำจะกระเซ็นที่ก้นบ่อ นอกจากนี้ในตัวเก็บประจุที่มีความจุขนาดเล็กและขนาดใหญ่
คุณสามารถเติมได้มากเท่าที่คุณต้องการแต่แรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกัน
นอกจากนี้ในชีวิตจริงตัวเก็บประจุยังมีแรงดันพังทลายหลังจากนั้นจึงเลิกเป็นตัวเก็บประจุ แต่กลายเป็นตัวนำที่ใช้งานได้ :)
ตัวเก็บประจุชาร์จได้เร็วแค่ไหน?
ใน เงื่อนไขในอุดมคติเมื่อเรามีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ทรงพลังอย่างไม่สิ้นสุดโดยมีความต้านทานภายในเป็นศูนย์ สายไฟตัวนำยิ่งยวดในอุดมคติ และตัวเก็บประจุที่สมบูรณ์แบบ - กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นทันทีโดยมีเวลาเท่ากับ 0 เช่นเดียวกับการคายประจุ
แต่ในความเป็นจริงแล้ว มักจะมีความต้านทานที่ชัดเจน - เหมือนตัวต้านทานซ้ำ ๆ หรือโดยนัย เช่น ความต้านทานของสายไฟหรือความต้านทานภายในของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า
ในกรณีนี้อัตราการชาร์จของตัวเก็บประจุจะขึ้นอยู่กับความต้านทานในวงจรและความจุของตัวเก็บประจุและประจุจะไหลตาม กฎหมายเอ็กซ์โปเนนเชียล.
 |
และกฎนี้มีปริมาณลักษณะเฉพาะอยู่สองสามประการ:
- ที - เวลาคงที่นี่คือเวลาที่มูลค่าถึง 63% ของค่าสูงสุด 63% ไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ มันเกี่ยวข้องโดยตรงกับสูตร VALUE T =max—1/e*max
- 3T - และสามเท่า ค่าคงที่จะถึง 95% ของค่าสูงสุด
เวลาคงที่สำหรับวงจร RC T=ร*ค.
ยิ่งความต้านทานต่ำและความจุไฟฟ้าลดลง ประจุของตัวเก็บประจุก็จะเร็วขึ้นตามไปด้วย หากความต้านทานเป็นศูนย์ เวลาในการชาร์จจะเป็นศูนย์
ลองคำนวณดูว่าจะต้องใช้เวลานานเท่าใดในการชาร์จตัวเก็บประจุ 1uF ถึง 95% ผ่านตัวต้านทาน 1kOhm:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0.001c
3T = 0.003s หลังจากเวลานี้ แรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุจะถึง 95% ของแรงดันไฟฟ้าต้นทาง
การคายประจุจะเป็นไปตามกฎหมายเดียวกัน แต่จะกลับหัวเท่านั้น เหล่านั้น. หลังจากเวลา T เพียง 100% - 63% = 37% ของแรงดันไฟฟ้าเดิมยังคงอยู่บนตัวเก็บประจุและหลังจาก 3T น้อยกว่านั้น - 5% เลวร้าย
ทุกอย่างชัดเจนกับการจ่ายและปล่อยแรงดันไฟฟ้า จะเกิดอะไรขึ้นหากใช้แรงดันไฟฟ้าแล้วเพิ่มขึ้นอีกเป็นขั้นตอน แล้วคายประจุเป็นขั้นตอนด้วย สถานการณ์ที่นี่จะไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติ - แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตัวเก็บประจุถูกชาร์จตามกฎเดียวกันโดยมีค่าคงที่เวลาเท่ากัน - หลังจากผ่านไป 3T แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ 95% ของค่าสูงสุดใหม่
มันลดลงเล็กน้อย - ชาร์จแล้วและหลังจาก 3T แรงดันไฟฟ้าจะสูงกว่าค่าต่ำสุดใหม่ 5%
สิ่งที่ฉันบอกคุณมันจะดีกว่าที่จะแสดงมัน ที่นี่ใน multisim ฉันสร้างเครื่องกำเนิดสัญญาณสเต็ปที่ชาญฉลาดและป้อนเข้ากับ RC chain ที่รวมเข้าด้วยกัน:
 |
ดูว่ามันจะโยกเยกอย่างไร :) โปรดทราบว่าทั้งการชาร์จและคายประจุไม่ว่าความสูงของขั้นบันไดจะสูงแค่ไหนก็ตาม จะมีระยะเวลาเท่ากันเสมอ!!!
ตัวเก็บประจุสามารถชาร์จได้กี่ค่า?
ตามทฤษฎีแล้ว ad infinitum คือลูกบอลชนิดหนึ่งซึ่งมีกำแพงที่ยืดออกอย่างไม่มีที่สิ้นสุด ในความเป็นจริงไม่ช้าก็เร็วลูกบอลจะแตกและตัวเก็บประจุจะทะลุและลัดวงจร นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมตัวเก็บประจุทั้งหมดจึงมี พารามิเตอร์ที่สำคัญ — แรงดันไฟฟ้าสูงสุด- สำหรับอิเล็กโทรไลต์มักเขียนไว้ด้านข้าง แต่สำหรับอิเล็กโทรไลต์จะต้องดูในหนังสืออ้างอิง แต่โดยปกติจะมีตั้งแต่ 50 โวลต์ โดยทั่วไปเมื่อเลือกคอนเดนเซอร์คุณต้องแน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดไม่ต่ำกว่าในวงจร ฉันจะเพิ่มว่าเมื่อคำนวณตัวเก็บประจุสำหรับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับคุณควรเลือกแรงดันไฟฟ้าสูงสุดให้สูงกว่า 1.4 เท่า เพราะ บน แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับระบุค่าที่มีประสิทธิผลและค่าทันทีที่ค่าสูงสุดจะเกิน 1.4 เท่า
อะไรต่อจากข้างต้น? และความจริงก็คือว่าหากใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับตัวเก็บประจุ มันก็จะชาร์จแค่นั้นเอง นี่คือจุดที่ความสนุกสิ้นสุดลง
จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณส่งตัวแปร? เห็นได้ชัดว่าจะชาร์จหรือคายประจุ และกระแสจะไหลกลับไปกลับมาในวงจร ความเคลื่อนไหว! มีกระแส!
ปรากฎว่าแม้จะมีการแตกหักทางกายภาพในวงจรระหว่างแผ่นเปลือกโลก แต่กระแสสลับไหลผ่านตัวเก็บประจุได้ง่าย แต่กระแสตรงไหลอ่อน
สิ่งนี้ให้อะไรเราบ้าง? และความจริงที่ว่าตัวเก็บประจุสามารถทำหน้าที่เป็นตัวแยกชนิดหนึ่งเพื่อแยกกระแสสลับและกระแสตรงออกเป็นส่วนประกอบที่เกี่ยวข้อง
สัญญาณที่แปรผันตามเวลาสามารถแสดงเป็นผลรวมของสององค์ประกอบ - ตัวแปรและค่าคงที่
 |
ตัวอย่างเช่น ไซนัสอยด์แบบคลาสสิกมีเพียงส่วนที่แปรผันได้ และค่าคงที่จะเป็นศูนย์ กระแสตรงจะตรงกันข้าม จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเรามีไซนัสอยด์เลื่อน? หรือรบกวนอย่างต่อเนื่อง?
ส่วนประกอบ AC และ DC ของสัญญาณแยกออกจากกันได้อย่างง่ายดาย!
สูงขึ้นเล็กน้อยฉันแสดงให้คุณเห็นว่าตัวเก็บประจุถูกชาร์จและคายประจุอย่างไรเมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง ดังนั้นส่วนประกอบของตัวแปรจะผ่านคอนเดอร์อย่างปัง เพราะ เพียงแต่บังคับให้ตัวเก็บประจุเปลี่ยนประจุอย่างแข็งขัน ค่าคงที่จะยังคงเหมือนเดิมและจะติดอยู่บนตัวเก็บประจุ
แต่เพื่อให้ตัวเก็บประจุสามารถแยกส่วนประกอบตัวแปรออกจากค่าคงที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความถี่ของส่วนประกอบตัวแปรจะต้องไม่ต่ำกว่า 1/T
สามารถเปิดใช้งานโซ่ RC ได้สองประเภท:
การบูรณาการและการสร้างความแตกต่าง- พวกเขายังเป็นตัวกรองความถี่ต่ำผ่านและตัวกรองความถี่สูงผ่านอีกด้วย
ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านส่วนประกอบคงที่โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง (เนื่องจากความถี่เป็นศูนย์ จึงไม่มีที่ใดที่ต่ำกว่า) และระงับทุกอย่างที่สูงกว่า 1/T ส่วนประกอบทางตรงผ่านโดยตรง และส่วนประกอบที่สลับกันจะถูกดับลงกราวด์ผ่านตัวเก็บประจุ
ตัวกรองดังกล่าวเรียกอีกอย่างว่าอินทิเกรตติ้งเชนเพราะว่าสัญญาณเอาท์พุตนั้นถูกรวมเข้าด้วยกัน คุณจำได้ไหมว่าอินทิกรัลคืออะไร? พื้นที่ใต้โค้ง! นี่คือที่ที่มันออกมา
และมันถูกเรียกว่าวงจรดิฟเฟอเรนเชียลเพราะที่เอาต์พุตเราจะได้ค่าดิฟเฟอเรนเชียลของฟังก์ชันอินพุตซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันนี้
 |
- ในส่วนที่ 1 ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จ ซึ่งหมายความว่ากระแสจะไหลผ่านและจะมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน
- ในส่วนที่ 2 ความเร็วในการชาร์จเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งหมายความว่ากระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตามด้วยแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน
- ในส่วนที่ 3 ตัวเก็บประจุเพียงแต่รักษาศักยภาพที่มีอยู่ไว้ ไม่มีกระแสไหลผ่าน ซึ่งหมายความว่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะเป็นศูนย์เช่นกัน
- ในส่วนที่ 4 ตัวเก็บประจุเริ่มคายประจุ เพราะ... สัญญาณอินพุตต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าไปในทิศทางตรงกันข้ามและมีแรงดันลบตกคร่อมตัวต้านทานอยู่แล้ว
และถ้าเราใช้พัลส์สี่เหลี่ยมกับอินพุตโดยมีขอบที่ชันมาก และทำให้ความจุของตัวเก็บประจุน้อยลง เราจะเห็นเข็มดังนี้:
สี่เหลี่ยมผืนผ้า. แล้วไงล่ะ? ถูกต้อง - อนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงเส้นคือค่าคงที่ ความชันของฟังก์ชันนี้จะกำหนดเครื่องหมายของค่าคงที่
กล่าวโดยสรุป หากคุณกำลังเรียนหลักสูตรคณิตศาสตร์อยู่ คุณก็สามารถลืม Mathcad ที่ไร้พระเจ้าได้ เมเปิ้ลที่น่าขยะแขยง โยนเมทริกซ์นอกรีตของ Matlab ออกจากหัวของคุณ และหยิบของหลวม ๆ แบบอะนาล็อกจำนวนหนึ่งออกมาจากที่ซ่อนของคุณ ประสานตัวเอง คอมพิวเตอร์อนาล็อก TRUE อย่างแท้จริง :) ครูจะตกใจ :)
จริงอยู่ที่ผู้ประกอบและตัวสร้างความแตกต่างมักไม่ได้ใช้ตัวต้านทานเพียงอย่างเดียว คุณสามารถ google สำหรับสิ่งเหล่านี้ได้ในตอนนี้ สิ่งที่น่าสนใจ :)
และที่นี่ฉันป้อนสัญญาณสี่เหลี่ยมปกติให้กับฟิลเตอร์สูงและต่ำผ่านสองตัว และเอาต์พุตจากพวกมันไปยังออสซิลโลสโคป:
นี่เป็นส่วนที่ใหญ่กว่าเล็กน้อย:
เมื่อสตาร์ทคอนเดนเซอร์จะถูกคายประจุกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะเต็มและแรงดันไฟฟ้านั้นเล็กน้อย - มีสัญญาณรีเซ็ตที่อินพุต RESET แต่ในไม่ช้าตัวเก็บประจุจะชาร์จและหลังจากนั้น T แรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ระดับลอจิคัลแล้วและสัญญาณรีเซ็ตจะไม่ถูกส่งไปยัง RESET อีกต่อไป - MK จะเริ่มทำงาน
และสำหรับ AT89C51มีความจำเป็นต้องจัดระเบียบสิ่งที่ตรงกันข้ามกับ RESET - ก่อนอื่นให้ส่งอันหนึ่งแล้วตามด้วยศูนย์ สถานการณ์นี้ตรงกันข้าม - ในขณะที่คอนเดนเซอร์ไม่ได้ชาร์จ แต่กระแสขนาดใหญ่จะไหลผ่าน Uc - แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมคอนเดนเซอร์จะมีค่าเพียงเล็กน้อย Uc = 0 ซึ่งหมายความว่า RESET จะได้รับแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ Usupply-Uc=Upsupply เล็กน้อย
แต่เมื่อคอนเดนเซอร์ถูกชาร์จและแรงดันไฟฟ้าถึงแรงดันไฟฟ้า (Upit = Uc) จากนั้นที่พิน RESET จะมี Upit-Uc = 0 อยู่แล้ว
การวัดแบบอะนาล็อก
แต่อย่าลืมว่าโซ่รีเซ็ตจะสนุกกว่าถ้าใช้ความสามารถของวงจร RC ในการวัดค่าอะนาล็อกด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ไม่มี ADC
สิ่งนี้ใช้ความจริงที่ว่าแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นอย่างเคร่งครัดตามกฎหมายเดียวกัน - เอ็กซ์โปเนนเชียล ขึ้นอยู่กับตัวนำ ตัวต้านทาน และแรงดันไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เป็นแรงดันอ้างอิงกับพารามิเตอร์ที่รู้จักก่อนหน้านี้ได้
มันใช้งานได้ง่าย เราใช้แรงดันไฟฟ้าจากตัวเก็บประจุไปยังตัวเปรียบเทียบแบบอะนาล็อก และเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เข้ากับอินพุตที่สองของตัวเปรียบเทียบ และเมื่อเราต้องการวัดแรงดันไฟฟ้า อันดับแรกเราก็แค่ดึงพินลงเพื่อคายประจุตัวเก็บประจุ จากนั้นเราจะกลับสู่โหมด Hi-Z รีเซ็ตและเริ่มจับเวลา จากนั้นคอนเดนเซอร์จะเริ่มชาร์จผ่านตัวต้านทานและทันทีที่เครื่องเปรียบเทียบรายงานว่าแรงดันไฟฟ้าจาก RC ตรงกับที่วัดได้เราก็หยุดตัวจับเวลา
 |
เมื่อทราบตามกฎข้อใดที่แรงดันอ้างอิงของวงจร RC เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และยังรู้ว่าตัวจับเวลานั้นติ๊กไปนานแค่ไหน เราก็สามารถค้นหาได้อย่างแม่นยำว่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เท่ากับเท่าใด ณ เวลาที่ตัวเปรียบเทียบถูกกระตุ้น ยิ่งไปกว่านั้น ไม่จำเป็นต้องนับเลขยกกำลังที่นี่ บน ชั้นต้นการชาร์จคอนเดนเซอร์เราสามารถสรุปได้ว่าการพึ่งพานั้นเป็นเส้นตรง หรือถ้าคุณต้องการความแม่นยำมากขึ้น ให้ประมาณเลขชี้กำลังทีละชิ้น ฟังก์ชันเชิงเส้นและในภาษารัสเซีย - วาดรูปร่างโดยประมาณด้วยเส้นตรงหลาย ๆ เส้นหรือรวบรวมตารางการพึ่งพาค่าตรงเวลาโดยสรุปวิธีการนั้นง่าย
หากคุณต้องการมีสวิตช์แอนะล็อก แต่ไม่มี ADC คุณไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือเปรียบเทียบด้วยซ้ำ ขยับขาที่ตัวเก็บประจุค้างอยู่และปล่อยให้ชาร์จผ่านตัวต้านทานแบบปรับค่าได้
โดยการเปลี่ยน T ซึ่งฉันขอเตือนคุณว่า T = R * C และรู้ว่าเรามี C = const เราก็สามารถคำนวณค่าของ R ได้ ยิ่งไปกว่านั้น อีกครั้ง ไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่นี่ ส่วนใหญ่ ในกรณีที่การวัดค่าในนกแก้วที่มีเงื่อนไขบางชนิด เช่น เห็บตัวจับเวลา ก็เพียงพอแล้ว หรือคุณสามารถไปทางอื่นได้ ไม่เปลี่ยนตัวต้านทาน แต่เปลี่ยนความจุ เช่น โดยการเชื่อมต่อความจุของร่างกายเข้ากับมัน... จะเกิดอะไรขึ้น? ถูกต้อง - ปุ่มสัมผัส!
หากมีบางอย่างไม่ชัดเจน ไม่ต้องกังวล เร็วๆ นี้ฉันจะเขียนบทความเกี่ยวกับวิธีแนบอุปกรณ์แอนะล็อกเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์โดยไม่ต้องใช้ ADC ฉันจะอธิบายทุกอย่างโดยละเอียดที่นั่น