Dạng sóng mạch RC

Dạng sóng mạch RC

Mạch RC có thể tạo ra các dạng sóng đầu ra hữu ích như vuông, tam giác và răng cưa, khi một dạng sóng tuần hoàn được áp dụng cho đầu vào của nó.

Trong các hướng dẫn mạch nạp xả RC trước, chúng ta đã thấy cách một tụ điện có khả năng vừa sạc vừa xả thông qua một điện trở nối tiếp. Thời gian cần thiết để tụ điện này sạc đầy hoặc xả hoàn toàn tại năm hằng số thời gian RC hoặc 5T khi đặt hoặc cắt điện áp một chiều không đổi.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta thay đổi nguồn cung cấp DC không đổi này thành dạng sóng xung hoặc sóng vuông liên tục thay đổi từ giá trị lớn nhất sang giá trị nhỏ nhất với tốc độ được xác định bởi khoảng thời gian hoặc tần số của nó. Điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến dạng sóng RC đầu ra cho một giá trị hằng số thời gian RC nhất định?

Trước đây chúng ta đã thấy rằng tụ điện tích điện đến 5T khi có điện áp được đặt vào và xả xuống 5T khi tháo nó ra. Trong mạch nạp xả RC, giá trị hằng số thời gian 5T này luôn luôn đúng vì nó được cố định bởi sự kết hợp điện trở-tụ điện (RC). Sau đó, thời gian thực tế cần thiết để sạc đầy hoặc xả cho tụ điện chỉ có thể thay đổi bằng cách thay đổi giá trị của bản thân tụ điện hoặc điện trở trong mạch và điều này được hiển thị bên dưới.

Dạng sóng RC điển hình

Tín hiệu sóng vuông

Các hình dạng sóng hữu ích có thể thu được bằng cách sử dụng mạch RC với hằng số thời gian cần thiết. Nếu chúng ta áp dụng một dạng sóng điện áp sóng vuông liên tục cho mạch RC có độ rộng xung khớp chính xác với hằng số thời gian 5RC (  5T  ) của mạch, thì dạng sóng điện áp trên tụ điện sẽ giống như sau:

Dạng sóng đầu vào 5RC

Điện áp rơi trên tụ điện xen kẽ giữa việc sạc lên đến Vc và xả xuống bằng không theo điện áp đầu vào. Ở đây trong ví dụ này, tần số (ƒ = 1 / T ) của dạng sóng điện áp sóng vuông đầu vào khớp chính xác hai lần với hằng số thời gian 5RC .

Hằng số thời gian ( 10RC ) cho phép tụ điện sạc đầy trong khoảng thời gian “BẬT” ( 0 đến 5RC ) của dạng sóng đầu vào và sau đó xả hoàn toàn trong khoảng thời gian “TẮT” ( 5 đến 10RC ) dẫn đến hoàn toàn phù hợp với dạng sóng RC.

Nếu khoảng thời gian của dạng sóng đầu vào được tạo ra lâu hơn (tần số thấp hơn, ƒ <1 / 10RC ), ví dụ: độ rộng xung nửa chu kỳ “BẬT” tương đương với “8RC” , thì tụ điện sẽ được sạc đầy lâu hơn và cũng ở xả đầy đủ còn tạo ra một dạng sóng RC như được hiển thị.

Dạng sóng đầu vào 8RC dài hơn

Tuy nhiên, nếu bây giờ chúng ta giảm tổng khoảng thời gian của dạng sóng đầu vào (tần số cao hơn, ƒ> 1 / 10RC ), để nói “4RC” , tụ điện sẽ không có đủ thời gian để sạc đầy trong khoảng thời gian “BẬT” hoặc xả hoàn toàn trong khoảng thời gian “TẮT”. Do đó, kết quả là điện áp rơi trên tụ điện, Vc sẽ nhỏ hơn điện áp đầu vào tối đa của nó tạo ra dạng sóng RC như hình dưới đây.

Dạng sóng đầu vào 4RC ngắn hơn

Sau đó, bằng cách thay đổi hằng số thời gian RC hoặc tần số của dạng sóng đầu vào, chúng ta có thể thay đổi điện áp trên tụ điện tạo ra mối quan hệ giữa Vc và thời gian t . Mối quan hệ này có thể được sử dụng để thay đổi hình dạng của các dạng sóng khác nhau sao cho dạng sóng đầu ra trên tụ điện hầu như không giống với dạng sóng của đầu vào.

Đáp ứng tần số

Mạch tích phân RC

Bộ tích phân thông thấp có thể chuyển đổi một tín hiệu đầu vào sóng vuông vào một đầu ra dạng sóng tam giác. Như đã thấy ở trên, nếu hằng số thời gian 5RC dài so với khoảng thời gian của dạng sóng RC đầu vào, đầu ra kết quả sẽ có dạng hình tam giác và tần số đầu vào càng cao thì biên độ đầu ra càng thấp so với đầu vào.

Từ đó chúng ta suy ra một đầu ra điện áp lý tưởng cho bộ tích phân là:

Mạch vi phân RC

Mạch vi phân là loại mạch lọc thông cao có thể chuyển đổi tín hiệu đầu vào sóng vuông thành các xung tần số cao ở đầu ra của nó. Nếu hằng số thời gian 5RC ngắn so với khoảng thời gian của dạng sóng đầu vào, thì tụ điện sẽ được sạc đầy nhanh hơn trước khi có sự thay đổi tiếp theo trong chu kỳ đầu vào.

Khi tụ điện được sạc đầy điện áp đầu ra trên điện trở bằng không. Sự xuất hiện của cạnh xuống của dạng sóng đầu vào làm cho tụ điện tích điện ngược tạo ra đỉnh nhọn sóng đầu ra âm, sau đó khi đầu vào sóng vuông thay đổi trong mỗi chu kỳ, đỉnh nhọn đầu ra thay đổi từ giá trị dương sang giá trị âm.

từ đó chúng ta có một đầu ra điện áp lý tưởng cho mạch vi phân như sau :

Tín hiệu đầu vào sóng hình sin xen kẽ

Nếu bây giờ chúng ta thay đổi dạng sóng RC đầu vào của các mạch RC này thành dạng sóng của tín hiệu điện áp sin hình sin thì dạng sóng RC đầu ra kết quả sẽ không thay đổi và chỉ biên độ của nó bị ảnh hưởng. Bằng cách thay đổi vị trí của Điện trở, R hoặc Tụ điện, C một bộ lọc Thấp hoặc Thông cao đơn giản có thể được tạo ra với đáp ứng tần số của hai mạch này phụ thuộc vào giá trị tần số đầu vào.

Tín hiệu tần số thấp được truyền từ đầu vào đến đầu ra ít hoặc không bị suy giảm, trong khi tín hiệu tần số cao bị suy giảm đáng kể gần như bằng không. Điều ngược lại cũng đúng đối với mạch lọc thông cao . Thông thường, điểm 3dB (tần số cắt, ƒC ) được sử dụng để xác định băng thông của bộ lọc và mất 3dB tương ứng với việc giảm điện áp đầu ra xuống 70,7 phần trăm giá trị ban đầu.(Đọc phần bộ lọc để hiểu hơn về điểm cắt 3dB)

Tần số cắt bộ lọc RC

RC là hằng số thời gian của mạch trước đây được xác định và có thể được thay thế bằng tau, T . Đây là một ví dụ khác về cách khái niệm Miền thời gianMiền tần số có liên quan.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button