在RC電路中，在特定配置中使用組合或R（電阻）和C（電容器），以調(diào)節(jié)電流，以實(shí)現(xiàn)所需的條件。

電容器的主要用途之一是耦合單元的形式，它允許交流通過但阻止直流電。在幾乎任何實(shí)際電路中，您都會(huì)看到一些電阻與電容器串聯(lián)。

電阻限制了電流的流動(dòng)，并通過使電容器中電荷與饋電電壓成比例，在饋入電容器的電源電壓上造成一些延遲。

RC 時(shí)間常數(shù)

確定RC時(shí)間（T）的公式非常簡(jiǎn)單：

T = RC，其中 T = 以秒為單位的時(shí)間常數(shù) R = 電阻，單位為兆歐 C = 電容（以微法拉為單位）。

（可以觀察到，如果R以歐姆為單位，C以法拉為單位，則T的數(shù)值完全相同，但在實(shí)踐中，兆歐和微法拉通常是更容易的單位。

在RC電路中，RC時(shí)間常數(shù)可以定義為電容器兩端施加的電壓達(dá)到施加電壓的63%所花費(fèi)的時(shí)間。

（這個(gè)63%的星等實(shí)際上是為了便于計(jì)算而首選的）。在現(xiàn)實(shí)生活中，電容器兩端的電壓可能會(huì)繼續(xù)累積到實(shí)際上（但永遠(yuǎn)不會(huì)完全）施加電壓的100%，如下圖所示。

時(shí)間常數(shù)元素以時(shí)間因子的形式表示時(shí)間長(zhǎng)度，例如在RC網(wǎng)絡(luò)的1個(gè)時(shí)間因子處，累積63%的總電壓，在2X時(shí)間常數(shù)之后的時(shí)間段內(nèi)，電容器內(nèi)部建立80%的總電壓;等等。

在時(shí)間常數(shù)為5之后，幾乎（但不完全）100%的電壓可能會(huì)在電容器上建立。電容器的放電因數(shù)以相同的基本方式出現(xiàn)，但順序相反。

這意味著，在等于時(shí)間常數(shù)5的時(shí)間間隔后，施加到電容器上的電壓將達(dá)到全電壓的100 - 63 = 37%的下降，依此類推。

電容器永遠(yuǎn)不會(huì)充滿電或放電

從理論上講，至少電容器絕不能充電到完全施加的電壓水平;它也不能完全排出。

實(shí)際上，完全充電或完全放電可以被視為在對(duì)應(yīng)于 5 個(gè)時(shí)間常數(shù)的時(shí)間段內(nèi)完成。

因此，在如下圖所示的電路中，為開關(guān)1供電將在5倍時(shí)間常數(shù)秒內(nèi)對(duì)電容器進(jìn)行“完全”充電。

接下來(lái)，當(dāng)開關(guān)1打開時(shí)，電容器可能處于存儲(chǔ)等于實(shí)際施加電壓的電壓的情況。如果電容器的內(nèi)部漏電流為零，它將無(wú)限期地保持這種電荷。

這種失去電荷的過程實(shí)際上非常緩慢，因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)世界中沒有電容器是完美的，但是在某些相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，這種存儲(chǔ)的電荷可能會(huì)繼續(xù)成為原始“完全充電”電壓的有效來(lái)源。

當(dāng)電容器施加高電壓時(shí)，即使在電路斷電后，它也可以迅速處于觸碰到電擊的位置。

為了執(zhí)行上圖第二張圖形所示的充電/放電周期，當(dāng)開關(guān)2閉合時(shí)，電容器通過連接的電阻開始放電，并且需要一段時(shí)間才能完成其放電過程。

松弛振蕩器中的RC組合

上圖是一個(gè)非?；镜乃沙谡袷幤麟娐罚褂秒娙萜鞯幕倦姾煞烹娎碚摴ぷ?。

它包括一個(gè)串聯(lián)到直流電壓源的電阻器 （R） 和電容器 （C）。為了能夠從物理上看到電路的工作情況，霓虹燈與電容器并聯(lián)使用。

燈的行為幾乎像開路一樣，直到電壓達(dá)到其閾值電壓限制，這時(shí)它立即打開并像導(dǎo)體一樣傳導(dǎo)電流并開始發(fā)光。因此，該電流的電源電壓源必須高于氖觸發(fā)電壓的電源電壓源。

工作原理

當(dāng)電路上電時(shí)，電容器根據(jù)RC時(shí)間常數(shù)緩慢開始充電。燈開始接收在電容器兩端產(chǎn)生的上升電壓。

當(dāng)電容器上的電荷達(dá)到可能等于氖燈的點(diǎn)火電壓的值時(shí)，霓虹燈就會(huì)傳導(dǎo)并開始點(diǎn)亮。

發(fā)生這種情況時(shí)，氖燈為電容器創(chuàng)建放電路徑，現(xiàn)在電容器開始放電。這反過來(lái)又會(huì)導(dǎo)致霓虹燈兩端的電壓下降，當(dāng)該電平低于霓虹燈的點(diǎn)火電壓時(shí)，燈會(huì)關(guān)閉并關(guān)閉。

該過程現(xiàn)在繼續(xù)導(dǎo)致霓虹燈閃爍 ON OFF。閃爍速率或頻率取決于RC時(shí)間常數(shù)值，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以啟用慢速閃爍或快速閃爍速率。

如果我們考慮如圖所示的元件值，電路的時(shí)間常數(shù) T = 5（兆歐）x 0.1（微法拉）= 0.5 秒。

這意味著通過更改RC值，可以根據(jù)個(gè)人喜好相應(yīng)地更改霓虹燈的閃爍率。

交流電路中的 RC 配置

當(dāng)交流電用于RC配置時(shí)，由于電流的交流性質(zhì)，交流電的一個(gè)半周期有效地為電容器充電，同樣，它與下一個(gè)負(fù)半周期放電。這導(dǎo)致電容器根據(jù)交流周期波形的不同極替充電和放電。

因此，實(shí)際上，交流電壓不會(huì)存儲(chǔ)在電容器中，而是允許通過電容器。然而，這種電流的通過受到電路路徑中現(xiàn)有RC時(shí)間常數(shù)的限制。

RC元件決定電容器充電和放電的施加電壓的百分比。同時(shí)，電容器還可以通過電抗的方式為交流電的通過提供輕微的電阻，即使這種電抗基本上不消耗任何功率。它的主要影響是RC電路中涉及的頻率響應(yīng)。

交流電路中的RC耦合

通過電容器將音頻電路的特定級(jí)耦合到另一級(jí)是一種常見且廣泛的實(shí)現(xiàn)方式。雖然電容似乎是獨(dú)立使用的，但實(shí)際上它可能涉及由術(shù)語(yǔ)“負(fù)載”表示的積分串聯(lián)電阻，如下所示。

該電阻在電容器的幫助下，產(chǎn)生了RC組合，該組合可能負(fù)責(zé)產(chǎn)生一定的時(shí)間常數(shù)。

至關(guān)重要的是，該時(shí)間常數(shù)補(bǔ)充了從一個(gè)級(jí)傳輸?shù)搅硪患?jí)的輸入交流信號(hào)頻率的規(guī)格。

如果我們假設(shè)以音頻放大器電路為例，輸入頻率的最高范圍可能約為10 kHz。這種頻率的時(shí)間段周期將為 1/10，000 = 0.1 毫秒。

也就是說(shuō)，為了允許該頻率，每個(gè)周期在耦合電容功能方面實(shí)現(xiàn)兩個(gè)充電/放電特性，一個(gè)是正極，一個(gè)是負(fù)極。

因此，單獨(dú)充電/放電功能的時(shí)間段將為 0.05 毫秒。

啟用此功能所需的RC時(shí)間常數(shù)必須滿足0.05毫秒值才能達(dá)到饋電交流電壓電平的63%，并且基本上略低于允許高于63%的施加電壓的通過。

優(yōu)化 RC 時(shí)間常數(shù)

上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為我們提供了有關(guān)要使用的耦合電容器的最佳可能值的想法。

為了說(shuō)明這一點(diǎn)，假設(shè)低功耗晶體管的正常輸入電阻約為1 k。最有效的RC耦合的時(shí)間常數(shù)可能是0.05毫秒（見上文），這可以通過以下計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)：

0.05 x 10 = 1，000 x C 或 C = 0.05 x 10-9法拉 = 0.50 pF（或可能略低，因?yàn)檫@將允許高于 63%

的電壓通過電容器）。

實(shí)際上，通?？梢詫?shí)現(xiàn)更大的電容值;可以大到1μF甚至更多。這通?？梢蕴峁└倪M(jìn)的結(jié)果，但相反，可能導(dǎo)致交流耦合傳導(dǎo)效率降低。

此外，計(jì)算表明，當(dāng)在耦合電路中實(shí)現(xiàn)實(shí)際電容器時(shí)，隨著交流頻率的增加，容性耦合的效率越來(lái)越低。

在濾波電路中使用RC網(wǎng)絡(luò)

下圖演示了作為濾波器電路實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)RC布置。

如果我們看一下輸入側(cè)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)電阻與容抗串聯(lián)，導(dǎo)致兩個(gè)元件上產(chǎn)生壓降。

如果電容器電抗（Xc）恰好高于R，則幾乎所有的輸入電壓都會(huì)在電容器上積聚，因此輸出電壓達(dá)到等于輸入電壓的水平。

我們知道電容電抗與頻率成反比，這意味著，如果交流頻率增加會(huì)導(dǎo)致電抗降低，導(dǎo)致輸出電壓的比例性增加（但輸入電壓的很大一部分會(huì)被電阻降低）。

什么是臨界頻率

為了確保交流信號(hào)的有效耦合，我們必須考慮稱為臨界頻率的因素。

在此頻率下，電抗值元件往往會(huì)受到嚴(yán)重影響，以至于在這種情況下，耦合電容開始阻塞信號(hào)，而不是有效導(dǎo)通。

在這種情況下，伏特（輸出）/伏特（輸入）的比率開始迅速下降。下面以基本的圖表形式演示了這一點(diǎn)。

臨界點(diǎn)，稱為滾降點(diǎn)或截止頻率（f），評(píng)估如下：

fc = 1 / 2πRC

其中 R 以歐姆為單位，C 以法拉為單位，π = 3.1416

但是從前面的討論中我們知道RC = 時(shí)間常數(shù)T，因此方程變?yōu)椋?/p>

fc = 1 / 2πT

其中 T 是以秒為單位的時(shí)間常數(shù)。

這種類型的濾波器的工作效率的特點(diǎn)是它們的截止頻率和伏特（輸入）/伏特（輸出）比開始下降到截止頻率閾值以上的速率。

后者通常表示為每倍頻程（每加倍一個(gè)頻率）的（一些）dB，如下圖所示，它顯示了dB與伏特（輸入）/伏特（輸出）比之間的關(guān)系，并且還提供了準(zhǔn)確的頻率響應(yīng)曲線。

RC 低通濾波器

顧名思義，低通濾波器設(shè)計(jì)用于在截止頻率以下傳輸交流信號(hào)，同時(shí)將信號(hào)強(qiáng)度的損耗或衰減降至最低。對(duì)于高于截止頻率的信號(hào)，低通濾波器會(huì)產(chǎn)生更大的衰減。

可以計(jì)算這些濾波器的確切組件值。例如，可以構(gòu)建放大器中常用的標(biāo)準(zhǔn)劃痕濾波器，以衰減超過10 kHz的頻率。此特定值表示濾波器的預(yù)期截止頻率。

RC 高通濾波器

高通濾波器設(shè)計(jì)為以相反的方式工作。它們衰減低于截止頻率的頻率，但允許所有頻率等于或高于設(shè)定截止頻率，而不會(huì)衰減。

為了實(shí)現(xiàn)這種高通濾波器實(shí)現(xiàn)，電路中的RC元件只需相互交換，如下所示。

高通濾波器類似于其低通對(duì)應(yīng)物。這些通常用于放大器和音頻設(shè)備，以消除固有的，不需要的低頻產(chǎn)生的噪聲或“隆隆聲”。

要消除的選定截止頻率應(yīng)足夠低，以免與“良好”低音響應(yīng)沖突。因此，確定的幅度通常在 15 到 20 Hz 的范圍內(nèi)。

計(jì)算RC截止頻率

確切地說(shuō)，計(jì)算此截止頻率需要相同的公式，因此，以20 Hz作為截止閾值，我們有：

20 = 1 / 2 x 3.14 x RC

RC = 125。

這表明，只要選擇RC網(wǎng)絡(luò)，使其乘積為125，就可以在20 Hz信號(hào)以下實(shí)現(xiàn)預(yù)期的高通截止。

在實(shí)際電路中，這種濾波器通常在前置放大器級(jí)引入，或者在放大器中緊接在現(xiàn)有音調(diào)控制電路之前引入。

對(duì)于Hi-Fi器件，這些截止濾波電路通常比這里解釋的要復(fù)雜得多，以使截止點(diǎn)具有更高的效率和引腳點(diǎn)精度。