1、本 科 毕 业 设 计论文题目： RC 电路的应用研究 姓 名： 学 号： 2010341242院（系、部）：物理与电子工程学院专 业： 自动化班 级： 2010 级 2 班邢台学院 2014 届本科毕业设计指导教师： 完成时间： 2014 年 4 月邢台学院 2014 届本科毕业设计I摘 要电阻和电容的不同组合方式构成了不同的 RC 电路，从而表现出了复杂的动力学行为，被很多电路应用，例如脉冲数字电路、模拟电路中。由于电路可以选择不同的形式、信号源和电容电阻原件参数，因此可以实现多种功能。本文分析了积分电路、微分电路、滤波电路、耦合电路、RC 相移电路及脉冲分压电路的原理及工作方式。从中可以
2、看出由于电容电阻的输出输入关系的变化、取值不同以及处理波形的差异，其伏安特性也将不同。RC 电路主要作为信号传输的一种电路，在不同的情况下能够实现电路的滤波、相移 、耦合等功能，而且当阶跃电压发挥功能时还能实现波形的产生、转换等。另外本文在时域和频域分析方面进行理论对比，找出区别与联系，建立统一认识。关键词：RC 电路；脉冲数字电路；模拟电路；信号传输邢台学院 2014 届本科毕业设计IIAbstractThe different combinations of resistance and capacitance constitute the different RC circuit. So
3、 it has a complex dynamical behavior and is widely used in all kinds of circuit, for example the pulse digital circuit and analog circuit. Due to the different of circuits form and signal source and the parameter of the capacitance or resistance make up the various application forms of the RC circui
4、t. This paper analyzes the Integral circuit and differential circuit, filter circuit, coupling circuit and RC phase-shift circuit and pulse pressure circuits principle and way of working . And we can find that because the change of the relationship between the capacitance and resistances output or i
5、nput relationship and dealing with the waveform, Its volt-ampere characteristics will be different. RC circuit mainly as a kind of signal transmission circuit, It can achieve filtering, phase shift, coupling, and other functions in different situations. And it will realize the waveforms production a
6、nd conversion, etc when the step voltage working. And this paper will proceed comparison of theory in time domain and frequency domain, finding out the differences and relations, establish a unified understanding. Keywords: RC circuit; Pulse digital circuit; Analog circuit; The signal transmission邢台
7、学院 2014 届本科毕业设计III目 录前 言 .11 RC 微分电路 .11.1 RC 微分电路的定义 .11.2 RC 微分电路的工作过程 .21.3 RC 微分电路的应用 .32 RC 耦合电路 .32.1 耦合及其 RC 耦合电路的概念 .32.2 RC 耦合电路的运行变化分析 .42.3 RC 耦合两极放大电路 .53 RC 积分电路 .63.1 基本 RC 积分电路及其原理 .63.2 RC 积分电路的特性 .73.3 RC 积分电路的应用研究 .84 RC 滤波电路（无源） .84.1 RC 无源滤波电路及其工作原理 .84.2 RC 无源滤波电路的工作特征 .94.3 RC
8、低通滤波电路的应用 .94.4 RC 高通滤波电路的应用 .9邢台学院 2014 届本科毕业设计IV5 RC 脉冲分压器 .95.1 RC 脉冲分压器的构成 .95.2 RC 脉冲分压器的运行 .105.3 RC 脉冲分压器的应用 .11结 论 .12参 考 文 献 .13谢 辞 .14邢台学院 2014 届本科毕业设计1前 言二十一世纪随着电子科学技术的发展，电路学在实际生活当中的应用越来越广泛，而 RC 电路作为其中的一个重要分支，对它的应用研究也极为重要。电容 C 和电阻 R 的不同组合构成了不同的 RC 电路起到了不同的作用。并且在模拟及脉冲数字电路中得到了广泛的应用，因为电路的信号源
9、和形式以及 R，C 元件参数的不同，因此构成了 RC 电路的多种应用形式，如耦合电路、滤波电路、积分电路、微分电路及脉冲分压电路。通常情况下 RC 电路主要用于信号传输，能够实现电路的耦合、相移、滤波等功能。在今天电子电路分析可以用计算机来完成，它可以代替我们完成电路的原理图输入和分析仿真的工作，在工程技术界和教育界应用非常广泛。最后可以确信地说对 RC 电路的研究是非常有意义的。1 RC 微分电路1.1 RC 微分电路的 定义输出信号与输入信号的微分成正比的电路，称为微分电路。微分电路能够把矩形波转换成尖脉冲波，这个电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，就是说只有当输入波形发生突变的瞬间才
10、会产生输出波形。而恒定部分就没有输出。输出尖脉冲的波形宽度与 RC（=RC 即电路的时间常数）有关。RC 越小，尖脉冲波形越尖，反之越宽。这个电路的 RC 必须远远小于输入波形的宽度，否则就失去了波形变换的作用，变成一般的 RC耦合电路了，平常 RC 小于或等于输入波形宽度的 1/10 就可以了。使输出电压与输入电压的时间变化率成正比。最简单的微分电路就是由电阻器 R 和电容器 C 组成的，电路结构如图 1-1。电容 C 和电阻 R 串联后引入输入信号 V1，在电阻 R 端会产生输出信号 V0，当 RC 的数值和输入方波的宽度 tw 两者之间能够满足 RCtw，这种电路便被称作是微分电路 3。
11、邢台学院 2014 届本科毕业设计2图 1-1 RC 微分电路1.2 RC 微分电路的工作过程在电阻 R 两端(输出端)得到正、负相间的尖脉冲，并且产生在方波的下降沿和上升沿，如图 1-2 所示。微分电路的工作在时，VI 由，因为电容 C 上的电压是不能突变的(不能及时充电，VC=0，相当于短路)，输入端电压 VI 全降在了电阻 R 之上，即 。之后（tt1） ，电容 C 两端的电压按照指数规律讯速充电飙升，输出端的电压随之按指数规律下降(因为)，经过大概 3 之后， ，VO，的值越小，此过程越快，输出的正脉冲越窄。t=t2 的时候，VI 由，相当于输入端被短路了，电容 C 原来充有左正右负的
12、电压 Vm，开始按照指数规律由电阻 R 放电，刚刚开始时，电容 C 不能及时放电，它的左端(正电)接地 ，因此，随后 VO 随着电容的放电也按指数规律快速减小，同样经过大约 3 之后，放电完毕，输出了一个负脉冲。只要脉冲的宽度，在的时间之内，电容 C 已经完成放电或充电 (约需 3)，输出端也就可以输出正负尖脉冲，才可以变为微分电路，因此电路充放电的时间常数 必须满足：，这些是微分电路的必要条件。邢台学院 2014 届本科毕业设计3图 1-2 R 两端的尖脉冲总结起来微分电路的工作过程就是：如果 RC 的乘积，也就是时间常数很小，在也就是方波跳变时，电容 C 会被快速充电，它的端电压、输出电压
13、和输入电压的时间倒数成比例关系。实用微分电路的输出波形和理想微分电路的不同，即使输入的是理想方波，但在方波正跳变时，它的输出电压幅度不可能是无穷大，也不会超过输入方波电压幅度。在的时间内，也不完全等于零，而是窄脉冲波形的幅度会随着时间的增加逐渐减小到零。同理在输入方波的后沿附近输出是一个负的窄脉冲。这种 RC 微分电路的输出电压近似地反映了输入方波前后沿的时间变化率，常用来提取蕴含在脉冲前沿和后沿中的信息。1.3 RC 微分电路的应用由于输出的波形 VO 和输入的波形 VI 之间正好符合微分运算的结果，也就是输出波形是取输入波形变化的部分。假如将 VI 按照傅里叶级数展开 ，进行微分运算之后的
14、结果，也就是 VO 的表达式。它主要用在对复杂波形的分频和分离等，例如从电视信号的复合同步脉冲分离出来行同步脉冲与时钟倍频的应用。微分电路主要应用于脉冲数字电路、模拟计算机和测量仪器中。实际的微分电路也可用电阻器件 R 与电感器件 L 来组成。有时也能使用 RC 和运算放大器组成比较复杂的微分电路，但是在实际当中应用并不多。微分电路最初和最基本的应用是将方波信号变换为尖脉冲，以便当做记时标记和触发信号。(一)使用微分电路来处理模拟信号。在实际应用当中，需要使用微分电路来处邢台学院 2014 届本科毕业设计4理模拟信号。例如，测到运动物体相对于参照物的距离为,通过微分电路就能求出运动的速度,加速
15、度。又比如，在医疗电子仪器中，已测得生物电信号、阻抗图、肌电图、心电图等。这些生物电流的微分图，反映了生物电的变化速率，在临床上具有很重要的意义。上述例子就是用微分电路处理模拟信号的实例。 （二）微分电路的精度测试及其概念。和其他精度概念一样，精度都是对某一确定的条件而谈的。微分电路的精度指的是在确定频率范围里输出的信号和输入的信号微分值的逼近度。 （三）构成微分电路的方式。根据电路的工作原理，可以用不同的方式构成微分电路。有模拟工作方式、脉冲工作方式、数字工作方式等。2 RC 耦合电路 2.1 耦合及其 RC 耦合电路的概念耦合是指两个或两个以上的电路元件或者电路网络的输入和输出之间存在着紧
16、密的配合与相互影响，并且通过相互作用从一端向另一端传递能量的现象。耦合电路就是指参与耦合过程的电路。从电路角度来说，总是可以将其区分为驱动的源和被驱动着的负载。假如负载的电容相对大了些，驱动的电路要将电容充、放电，才可以完成信号跳变的过程，在上升沿相对陡峭时，电流相对很大，这样驱动着的电流就要吸收很多电源的电流，因为电路里的电阻、电感（尤其是芯片管脚上的电感，将产生反弹） ，这样的电流相比较于正常的情况来讲实际上就是一种噪声，将会影响前级的正常工作，这就是耦合。为实现能量和信号的传输，连接各个功能电路的方法即为耦合电路。一般的，耦合电路通常具有滤波、蓄能、隔离、阻抗变换等一种或几种功能。主要分为极间耦合、直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。顾名思义，RC 耦合电路就是电容 C 和电阻 R 通过互相相互串并联及其复杂的组合在一起的电路 3。2.2 RC 耦合电路的运行变化分析图 1-1 中，如果电路的时间常数，它就将变为一个 RC 耦合电路。输出的波形和输入的波形会一致。如图 2-1 所示。
