Эрл Гейтс - Введение в электронику

На рис. 15-8 показана цепь фазового сдвига, в которой входное напряжение приложено к комбинации резистор-конденсатор, а выходное напряжение снимается с резистора. Ввиду наличия конденсатора в этой цепи ток опережает напряжение. Напряжение на резисторе находится в фазе с током. Это приводит к тому, что выходное напряжение опережает по фазе входное.

Рис. 15-8. Цепь фазового сдвига, в которой выходное напряжение опережает по фазе входное.

На рис. 15-9 выходное напряжение снимается с конденсатора. Ток в цепи опережает приложенное напряжение. Однако напряжение на конденсаторе отстает от приложенного напряжения.

Рис. 15-9. Цепь фазового сдвига, в которой выходное напряжение на конденсаторе отстает от приложенного напряжения.

Для достижения большего сдвига фаз несколько фазосдвигающих RC цепочек можно включить последовательно (каскадно) (рис. 15–10). Однако каскадное включение цепочек уменьшает выходное напряжение. Для повышения выходного напряжения до необходимого уровня нужен усилитель.

Фазосдвигающие цепочки пригодны только на одной частоте, так как емкостное сопротивление изменяется с частотой. Изменение емкостного сопротивления приводит к различным фазовым сдвигам.

Рис. 15–10. Каскадные фазосдвигающие RC цепи.

15-2. Вопросы

1. Каковы три основных применения резистивно-емкостных цепочек в электронных цепях?

2. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику фильтра нижних частот и расскажите, как он работает.

3. Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику фильтра верхних частот и расскажите, как он работает.

4. Для чего предназначена развязывающая цепь?

5. Где используются фазосдвигающие RC цепочки?

РЕЗЮМЕ

• Когда к конденсатору приложено переменное напряжение, появляется ток.

• Зарядка и разрядка конденсатора создает впечатление протекания тока.

• В емкостной цепи ток опережает по фазе приложенное напряжение на 90 градусов.

• Емкостное сопротивление — это противодействие заряженного конденсатора изменению приложенного напряжения.

• Емкостное сопротивление обозначается Х с.

• Емкостное сопротивление измеряется в омах.

• Емкостное сопротивление может быть вычислено по формуле:

Хс = 1/2π fc

• RC цепочки используются для фильтрации, связи и сдвига фаз.

• Фильтр — это цепь, которая ограничивает пропускание некоторых частот.

• Фильтр нижних частот пропускает частоты ниже частоты среза. Он состоит из резистора и конденсатора, соединенных последовательно.

• Фильтр верхних частот пропускает частоты выше частоты среза. Он состоит из резистора и конденсатора, соединенных последовательно.

• Цепочки связи пропускают сигналы переменного тока и блокируют сигналы постоянного тока.

Глава 15. САМОПРОВЕРКА

1. Каково фазовое соотношение между током и приложенным напряжением в емкостной цепи?

2. Чему равно емкостное сопротивление конденсатора емкостью 1000 мкФ на частоте 60 герц?

3. Чему равен ток, текущий через конденсатор, указанный в предыдущем вопросе, при приложенном напряжении 12 вольт?

4. Перечислите три основных применения емкостных цепей.

5. Почему важны емкостные цепочки связи?

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать фазовое соотношение между током и напряжением в индуктивной цепи переменного тока.

• Дать определение индуктивного сопротивления в цепи переменного тока.

• Дать определение импеданса и рассказать о его влиянии на индуктивные цепи.

• Описать, как индуктивно-резистивная цепь может быть использована для фильтрации и сдвига фаз.

• Объяснить, как работают фильтры верхних и нижних частот на индуктивных цепях.

Катушки индуктивности, как и конденсаторы, препятствуют прохождению тока в цепях переменного тока. Большое количество электронных цепей состоит из катушек индуктивности и резисторов.

Катушки индуктивности противодействуют протеканию тока в цепях переменного тока. Когда к катушке индуктивности приложено переменное напряжение, она создает магнитное поле. Изменение полярности приложенного напряжения приводит к расширению или сжатию магнитного поля. Магнитное поле в свою очередь индуцирует напряжение в витках катушки, которое называется электродвижущей силой (э.д.с.) самоиндукции. Чем больше индуктивность, тем больше э.д.с. самоиндукции. Э.д.с. самоиндукции сдвинута по фазе на 180 градусов относительно приложенного напряжения (рис. 16-1) и противодействует приложенному напряжению. Это противодействие так же эффективно уменьшает ток, как и резистор.

Рис. 16-1. В индуктивной цепи приложенное напряжение и индуцированное напряжение сдвинуты относительно друг друга по фазе на 180 градусов.

Величина напряжения, индуцируемого катушкой индуктивности, зависит от скорости изменения магнитного поля. Чем быстрее магнитное поле расширяется и сжимается, тем больше индуцируемое напряжение. Общее эффективное напряжение на катушке индуктивности равно разности приложенного и индуцированного напряжений.

Индуцированное напряжение всегда меньше, чем приложенное напряжение.

На рис. 16-2 показано фазовое соотношение между током и приложенным напряжением. Заметим, что в чисто индуктивной цепи ток отстает от приложенного напряжения на 90 градусов.

Рис. 16-2. В индуктивной цепи переменного тока ток отстает по фазе от приложенного напряжения.

Противодействие, которое оказывает катушка индуктивности току в цепи переменного тока, называется индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление измеряется в омах. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности и частоты приложенного напряжения. Чем больше индуктивность, тем больше создаваемое ею магнитное поле и тем больше противодействие току.

Аналогично, чем выше частота, тем больше противодействие току.

Индуктивное сопротивление обозначается символом X L.

Индуктивное сопротивление определяется формулой:

Х L= 2π fL

где π = 3,14, f — частота в герцах, L — индуктивность в генри.

ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 60 герц?

Дано:

π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,15 Гн

Х L =?

Решение:

ХL = 2π fL

ХL = (2)(3,14)(60)(0,15)

ХL = 56,52 Ом.

ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 400 герц?