第1阶段 RC电路的识读训练

RC电路是一种由电阻器和电容器按照一定的方式进行连接的电路。在学习该类电路识读时，应首先认识和了解该类电路的结构形式，其次再结合具体的电路单元弄清楚其电路特点和功能，最后根据其结构特点再进行识读，以帮助分析和理解整个电子产品电路。

2.1.1 典型RC电路的识读分析

根据不同的应用场合和功能，RC电路通常有两种结构形式：一种是RC串联电路；另一种是RC并联电路，如图2-1所示。

1.RC电路的结构

（1）RC串联电路

电阻器和电容器串联连接后的组合再与交流电源连接，称为RC串联电路。图2-2为典型RC串联电路。电路中流动的电流在电容器和电阻器上产生电压降。这些电压降与电路中的电流和各元件的电阻值或容抗值成比例。电阻器电压UR和电容器电压UC用欧姆定律表示为（XC为容抗）

UR=I×R

UC=I×XC

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（2）RC并联电路

电阻器和电容器并联连接后的组合再与交流电源连接，称为RC并联电路。图2-4为典型RC并联电路。

与所有并联电路相似，在RC并联电路中，由于外加电压U直接加在各个支路上，因此各支路的电压相等，都等于外施电压，并且三者之间的相位相同。因为整个电路的电压相同，它为表示任意电路的相位差提供了基准。当知道任何一个电路电压时，将会知道所有电压值，即

U=UR=UC

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2.RC电路的功能

RC电路主要功能是在电路中起到振荡和滤波的作用。

（1）RC组成的振荡电路

①RC桥式振荡电路的识读分析。RC桥式振荡电路如图2-6所示。在RC桥式振荡电路中，RC串/并联电路起反馈和选频作用；放大部分是一个两级放大电路。R5与R9分别是两个放大晶体管的电流串联负反馈电阻，Rf是级间电压串联负反馈电阻。负反馈的作用是减小失真、稳定输出。

图中，当R=R1=R2，C=C1=C2时，振荡频率计算公式为

f0=πRC/2

●RC串/并联电路的频率特性。图2-7为RC串/并联电路及频率特性。

图2-7（a）为RC串/并联电路。其中，ui为输入电压（对RC串并联电路而言），uo为输出电压。图2-7（b）和图2-7（c）为反映uo与ui幅度相对大小与输入信号频率f之间关系的曲线（称幅频特性），以及uo与ui相位差大小与输入信号频率之间的关系曲线（称相频特性）。

幅频特性表明RC串/并联电路具有选频能力，这是因为电容的容抗是频率的函数。因而，当ui的幅度固定，仅改变信号频率时，uo的幅度也随频率的改变而不同。当f=0时，C1相当于开路，uo=0；当f增大时，C1容抗减小，电流i增加，uo的输出也随之增加，且随f进一步增大，uo也增大。但由于C2的容抗也随f升高而减小。因此，当f增大到某个值后，若继续增大f，这时uo反而下降；当f增加到一定程度时，uo会趋近于0。显然，频率f从0到某值时，uo的幅度经历了一个从小到大，再从大到小的过程。这中间存在一个幅度最大的频率点。这个频率就是谐振频率f0，近似为

当R1=R2=R，C1=C2=C时，上式可简化为

图2-27（c）的相频特性说明：当ui的频率为零时，uo超前ui90°；当ui的频率趋于无穷大时，uo滞后ui90°；只有当f=f0时，uo与ui同相。综上所述，RC串/并联电路在特殊频率点上具有输出与输入同相且输出幅度最大（等于输入幅度的）的特点。

●桥式振荡电路的振荡条件。由上面的分析可知，RC串/并电路具有与LC回路相似的频率特性，但是它却不能像LC回路那样用于单管放大器中构成正弦波振荡器，只能用于两级共射极放大电路中（见图2-6）。这是因为一级放大电路输入/输出只有180°相移，两级共射放大电路才可能产生360°的相移而达到同相的条件。而作为反馈电路的RC串/并电路，当f=f0时，输入/输出同相（即不产生相移）。因此为正反馈，满足相位平衡条件。

关于振幅平衡条件，由图2-6可知，假定两级放大器的总电压增益为Au，根据AF=1，由于当f=f0时，F=uo/ui=1/3，因此，满足振幅平衡条件的Au为

而起振条件是放大器的增益Au＞3，这是不难达到的。

为了使放大器起振后Au=3，在电路中引入较大的负反馈。Rf是负反馈电阻（见图2-6），属电压串联负反馈。它使放大器的输入阻抗提高，输出阻抗降低，从而削弱放大器对选频回路的影响。

②RC移相振荡电路的识读分析。RC移相振荡电路由一级基本放大电路和三节RC移相电路组成，如图2-8所示。

在RC移相振荡电路中，C1和R1、C2和R2构成两节RC网络，第三节RC网络由C3、RB1和三极管VT放大电路的输入电阻Ri组成，图中通常选取C1=C2=C3=C，R1=R2=R。因为基本放大电路在其通频带范围内φA=180°，若要求满足相位平衡条件，反馈网络还必须使通过它的某一特定频率的正弦电压再移相180°。在RC电路中（见图2-8），就有超前移相的作用。一节RC电路的最大移相不超过90°，不能满足振荡的相位条件；两节RC电路的最大相移虽然可以达到180°，但在接近180°时，超前移相RC网络的频率必然很低，此时输出电压已接近于零，也不能满足振荡的幅值条件，所以实际上至少要用三节RC电路来移相使之达到180°，才能满足相位平衡条件。

移相振荡器的振荡频率不仅与每节的R、C元件的取值有关，而且还与放大电路的负载电阻RC和输入电阻Ri有关。通常为了设计的方便，使每节的R、C元件的取值完全一样，且令RC=R，RRi。当满足这些条件后，移相振荡器的振荡频率为

为了满足起振要求，三极管的β值应大于或等于29（这个条件很容易满足）。β越大，起振越容易。

在电路中，为了减小负载对振荡电路的影响，通常在输出端加一级射极输出器，在分析振荡频率和振荡条件时，可暂不考虑它的作用。

RC移相振荡电路具有结构简单、经济、方便等优点。其缺点是选频性能较差，频率调节不方便，由于没有负反馈，因此输出幅度不够稳定，输出波形较差，一般用于振荡频率固定且稳定性要求不高的场合，其频率范围为几赫到几十千赫。

③RC双T选频网络振荡电路的识读分析。图2-9为RC双T选频网络振荡电路，当满足关系R3＜时，振荡频率计算公式为

由于RC双T网络比RC串并联网络具有更好的选频特性，因此RC双T网络振荡电路有比较广泛的应用。其缺点是频率调节比较困难，因此比较适用于产生单一频率的振荡电路。

RC振荡电路的振荡频率均与R、C乘积成反比，如果需要振荡频率高，势必要求R或C较小。这在制作上将有困难，因此RC振荡器一般用来产生几赫至几百千赫的低频信号。若要产生更高频率的信号，则应采用LC正弦波振荡器。

（2）RC组成的滤波电路

在一些通信类的电子产品中，经常使用RC元件构成的滤波电路。滤波器可以过滤掉特定频率的信号或允许特定频率的信号通过。滤波电路可以将所需信号和不需要的信号分离开来，阻止干扰信号，提高所需要信号的质量。

由RC元件构成的滤波器主要分为低通滤波器和高通滤波器两种。电容器在电路中的位置决定了滤波器是低通还是高通。

①低通滤波器。低通滤波器的特性是从零到一个特定频率的所有信号可以自由地通过并传输到负载，高频信号被阻止或削弱。

图2-10为典型RC串联组成的低通滤波器。输入电压加在串联的电阻器和电容器上，信号从电容器两端输出。电阻与电容组成一个分压电路，其输出的分压比例和电阻值（R）与容抗值（XC）有关。当输入信号的频率变化时，电阻的值不会变化，但电容的阻抗（XC）会随频率的升高而减小。在低频时，XC大于R，大部分输入信号可以出现在输出端，在很高的频率时，XC远小于R，输出的信号会很小。

图2-11为低通滤波器的频率响应曲线。曲线给出了输出的电压值和频率的关系。当频率为0Hz或输入为直流时，电容的阻碍作用最大，而且输出电压等于输入电压。随着频率增加，XC开始减小，并且输出电压也开始下降。在截止频率（f0）处，输出电压大约等于输入电压的70%。在达到截止频率后，输出电压以恒定的斜率下降。

②高通滤波器。高通滤波器用于阻止从零到一特定频率的所有信号，但该特定频率以上的高频信号可自由通过。

图2-12为简单的RC串联高通滤波器及频率响应曲线。该滤波器是由电容C和电阻R组成的分压电路。输出信号取自电阻器的两端。当输入低频信号时，电容的阻抗（容抗XC）很大，输出信号的幅度很小；随着频率升高，容抗变小，输出信号的幅度逐渐增加。当输入频率很高时，容抗值非常低。因此，对于更高的频率，电容器相当于短路。输出几乎等于输入。

2.1.2 RC电路的应用与识读案例训练

1.简单LED显示电路中的基本RC电路

LED显示电路是一种经常用来做指示灯用的电路，通过交流电源或直流电源为LED发光二极管进行供电，从而使发光二极管（LED）发光。图2-13为简单LED显示电路。

如图2-13所示中的电阻器R和电容器C1、C2可组成并联滤波电路，交流220V电压经变压器变成6V交流电压，再经整流二极管整流成直流电压，直流电压是波动较大的电压。在整流二极管的输出端接上一个电阻和两个电解电容C1、C2，就可以起到较好的滤波作用，能使直流电压的波动减小。

2.简单直流稳压电源电路中的基本RC电路

直流稳压电源电路主要用来将交流220V电压变为直流电压，为电子产品进行供电。图2-14为一种简单的直流稳压电源电路。

如图2-14所示中的电阻器R1、R2和电容器C1、C2可组成两级基本的RC滤波电路。交流220V变压器降压后输出8V交流低压，8V交流电压经桥式整流电路输出约11V直流电压，该电压经两级RC滤波后，输出较稳定的6V直流电压。

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