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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 电气 > 《电工基础入门》 > 第7章 线性电路的瞬态过程

第5节 RC电路的应用

电路的瞬态过程虽然短暂,但在工程上的应用却相当普遍。

1.微分电路和积分电路

在电子技术中常利用RC电路实现多种不同的功能,RC微分电路和RC积分电路就是RC电路的两个重要应用。下面分别介绍这两种电路的工作原理。

(1)微分电路

 如图(7.15)所示RC电路中,输入电压ui为周期性     矩形脉冲,如图(7.16)(a)所示,矩形脉冲的幅值为Um,脉冲宽度为tw,脉冲周期为T,且电路的时间常数τ很小,    

 

图7.15  RC微分电路

首先分析uc的波形。在t=0瞬间,RC电路输入矩形波电压,由于τ很小,电容迅速被充电至Um值。当tw<t<T时,ui=0,相当于RC电路的输入端短接,电容器开始放电。同样,由于τ很小,放电过程很快结束,uC下降至零。接着在t=T瞬间,电容又被迅速充电……,如此反复循环,得到如图(7.16)(b)所示波形。

根据KVL,有  ui=uR+uC=u0+uC ,由于τ=RC很小,使得输入信号ui几乎全部降落在电容上,即ui=u0+uCuC,因而输出电压为

 (7.20)        

图7.16  微分波形

式(7.20)表明,电路的输出电压u0近似与输入电压ui的导数成正比,因而称该电路为微分电路。利用微分电路可以改变信号的波形,由于时间常数τ与脉冲宽度tw的关系变化,输出电压u0也将发生变化。

(2)积分电路

如图(7.17)所示电路,输入电压ui仍为周期性矩形脉冲,如图(7.18)(a)所示,且电路的时间常数τ>>tw。输出电压u0取自电容两端,即u0=uC,则此RC电路称为积分电路。       

图7.17  RC积分电路

                                    

t=0瞬间,RC电路输入矩形波电压。由于τ>>tw,电容充电很慢,到t=tw时,uC仅由零微升至UC1值。当tw<t<T时,ui=0,电容C开始经电阻R放电。由于τ>>tw,放电同样进行的很慢,uCUC1缓慢下降。到t=T时,uC尚未下降至零,而下一个脉冲已经到来,电容C又开始进入充电过程……,

如此反复循环,得到图(7.18)(b)所示波形。

图7.18  积分电路

在积分电路中,由于τ>>tw,由于电容的充、放电过程进展很缓慢,电容电压u0变化也很缓慢,输入信号ui几乎全部降落在电阻R两端,uR的波形如图(7.18)(c)所示,因此

                                  ui=u0+uRuR

所以                                (7.21)

式(7.21)说明,电路的输出电压u0近似与输入电压ui成积分关系,因此,这种电路叫积分电路。

2.避雷器的测试电路

(1)避雷器的作用

避雷器是与电器设备并接的一种过电压保护设备,当出现危及电器设备绝缘的过电压(一般指大气过电压)时,它就放电,将雷电流泄入大地,从而限制电器设备绝缘上的过电压,保护其绝缘免受损伤或击穿。

(2)避雷器的电路组成

避雷器使用前要进行测试,检验其各种性能指标。图(7.19)是测量避雷器电导电流的接线图,其中T为高压试验变压器;V为高压整流硅堆;        

图7.19  测量避雷器电导电流电路

R为保护电阻;C为稳压电容;VC为静电电压表;FA为避雷器;微安表串联在FA下端测量其电导电流。

(3)工作原理

避雷器本身的电容很小,对整流电压的平波作用甚微。因此,在测量电导电流时,应并联不小于0.1μF的稳压电容C。变压器T的高压侧经整流硅堆输出的电压是半波整流电压,其正半周时,经电阻R

电容C充电。负半周时电容CR放电,但由于C较大,电荷逸出很少。下一个正半周时,C又通过R充电,使两端的电压维持原来的数值,这样就保证避雷器两端的电压波动很小。如果没有稳压电容C,由于避雷器本身电容很小,加在其两端的电压将是脉动电压,这对于避雷器是绝对不允许的。

3. 晶闸管的过电压保护

(1)晶闸管的作用

晶闸管又称可控硅,是一种大功率半导体器件,主要用于大功率的交流电能与直流电能的相互转换和交、直流电路的开关控制与调压。

晶闸管承受过电流、过电压的能力较弱,因此,使用晶闸管的电路必须设置过电流、过电压的保护装置。

(2)工作原理

引起晶闸管上出现过电压的原因很多,如系统的通断。电网浪涌电压或晶闸管本身的通断,都可能导致晶闸管承受瞬时过电压而击穿。最常使用的保护措施是采用阻容吸收装置。如图(7.20)所示电路为单相桥式可控整流电路,在晶闸管及交流电源侧,整流输出的负载侧均并联一个RC串联支路。电路产生过时,由于电容电压不能突变,电容充电,使其两端电压逐渐升高。当晶闸管触发导通后,电容放电,使晶闸管避免了过电压的袭击。如电容器充电电压较高,放电时,会有很大的电流通过晶闸管,可能使该元件烧坏,为此必须与电容串联一个电阻R,以限制放电电流和增加放电时间。

图7.20晶闸管过电压吸收保护电路