第2章 电容电路 课件.pdf

iTtkfi第2章电容电路学习目标：.(D识别不同类型的固定电容器、可变电容器，熟知它们 的适用场合；(2)用色标代码和数字字母编码解读电容器的电容量，确 定其允许误差范围、耐压值；(3)熟知电容器充、放电过程中电压和电流的变化规律，理解电容器“隔直流、通交流”的含义；(4)理解时间常数的物理意义，熟知微分电容和积分电路的应用；CZCiTtkfi(5)描述电容器串、并联的特点，熟悉电容器并联使用 的场合及注意事项；(6)熟知交流电路中电容两端电压与电容电流的大小关 系、相位关系，理解电容功率的含义；(7)解释H C低通滤波器和高通滤波器是如何工作的，理 解退耦电路和耦合电路的本质，熟知退耦电路和耦合电路的适用场合；6(8)计算正弦交流电路中的容抗及H C移相电路；(9)熟知RC选频网络的特点；(10)熟练使用示波器观察波形、测量有关参数。CZC2J电容器 22矩形脉冲作用下的6c电路 2.3正弦交流电作用下的6c电路CZCiTtkfi/2.1电容器电容器由被绝缘材料隔开的两个导体组成，导体称为极 板，从导体上引出的导线称电极，绝缘材料称电介质，如 52.1(a)所小。电容器分固定电容器和KT变电容器两大 类，在电路中用于滤波、耦合、旁路、调谐、能量转换和 延时等。电容器的文字符号为大写字母C,电路图形符号 如图2.1iTtkfi.1.1电容器的结构及特点1.固定电容器固定电容器的电容量固定不变，习惯上简称为电容。在 实际应用中叙述“电容”时有两层含义：一是指物理量（即电容量）、另一指电容元件（即固定电容器），应注 意理解和区别。根据制造材料和结构的不同，常用的固定 电容器有电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜介质电容器、金属化纸介电容器和贴片电容器等。CZC“教3厂电解电容器L电解电容器用一层薄的氧化膜作为电介质，这样可以制成体积小而电容量大的电容器。电解电容器分为有极 性电解电容器和无极性电解电容器两种。有极性的电解 电容器使用时，要求电容的正极接电源的正极、电容的 负极接电源的负极，不能接反，否则会损坏电容器，严 重时会引起爆炸（实际应用中，电解电容器外壳上的刻 痕就是用于防爆的）。常用的电解电容器有铝电解电容器和锂电解电容器,图2.2电解电容器iTtkfi“铝电解电容器广泛用于家用电器和各种电子产品中，其 特点是电容量大、耐压较高，但是误差大、漏电大（绝缘 电阻小）、稳定性差。通常在电源电路或中频、低频电路 中用于电源滤波、交流旁路、移相等，要求不高时也可用 于信号耦合。铝电解电容器的容量范围为110 0 0 0|iF,耐压范围为6.3450 V,常用的有CD26等。铝电解电容器 的特点是体积小、电容量大、绝缘电阻大（漏电流小）、温度特性好、性能稳定、寿命长，但耐压较低、成本高，通常用于通信设备和各种高精密电子设备中。在家用电器 和电子产品中，锂电解电容器一般用于时间常数设定电路。笆电解电容器的容量范围为0.47lOOOjiF,耐压范围为 6.3160 V,常用的有CA30、CA40等。0次SCZCiTtkfiOT2）瓷介电容器瓷介电容器又称陶瓷电容器，以陶瓷材料作为电介质,在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧结成银质薄膜做极板 制成。瓷介电容器如图2.3所示，其特点是体积小、耐压 较高、绝缘电阻大、温度特性好、损耗低、性能稳定，但电容量较小。瓷介电容器的容量范围为：2pF 0.0 47|dF,耐压范围为16。50 0 V。图2.3瓷介电容器CZCiTtkfi瓷介电容器造价低廉，使用非常普遍。根据性能等级可 分为I类电介质瓷介电容器、II类电介质瓷介电容器、m 类电介质瓷介电容器。其中：I类电介质瓷介电容器主要 用于高频、甚高频、特高频等电路，最大容量不超过 1 OOOpF,常用的有CC1系列圆片形高频瓷介电容器、CC81A系列圆片形高频高压瓷介电容器等；II类、m类 电介质瓷介电容器又称铁电陶瓷电容器，容量相对较大，性能低于I类电介质瓷介电容器，主要用于中、低频电路 的耦合、旁路和滤波等（m类只能用于低频电路），常用 的有CT1系列圆片形低频瓷介电容器、CT2系列管形瓷介 电容器。CZCSOiTtkfi）有机薄膜介质电容器有机薄膜介质电容器又称塑料薄膜电容器，以有机塑料 薄膜为电介质，用铝箔或金属化薄膜作极板制成。根据电 介质材料不同，有机薄膜介质电容器分涤纶电容器、聚丙 烯电容器、聚苯乙烯电容器、聚四氟乙烯电容器、碳酸脂 电容器等，如图2/所示。图2.4有机薄膜介质电容器CZCiTtkfi涤纶电容器涤纶电容器的特点是体积小、电容量大、耐高压、漏电 小、耐高温、耐潮湿、稳定性较好，具有正温度系数，容量范围为lOOOpF0.5四，耐压范围为63630 V。在各种 中、低频电路中，涤纶电容器一般适宜做旁路、隔直流电 容，常用的有CL11系列、CL21系列。聚丙烯电容器聚丙烯电容器的特点是电容量大、绝缘性能好、损耗低、性能稳定，具有负温度系数。聚丙烯电容器的容量范围为 0.0 0 1-0.47|dF,耐压范围为63630 V,一般用于各种中、低频电路或作为电动机的启动电容器，常用的有CBB10、CBB11、CBB20、CBB21 等。中公CZC9QiTtkfi哆聚苯乙烯电容器聚苯乙烯电容器的特点是绝缘电阻大、损耗低、性能稳 定、有较高的精度，但体积大、耐热性差，具有负温度系 数。聚苯乙烯电容器的容量范围为3pFIjiF,耐压范围为 63250 V,可以用于音响电路和高压脉冲电路，但不能在 高频电路中使用，常用的有CB10、CB14、CB25等。160 V 250 V、40 0 V 450 V、50 0 V 630 V、1 0 0 0 1 20 0 V1 50 0 V、1 60 0 V 1 80 0 V 2 0 0 0 V等。电容器的额定工作电压界定了电容器两端所能承受的最 大电压。当电容器两端加交流电压时，交流电压的最大值 不能超过电容器的额定工作电压，否则电容器会击穿，造 成电路短路事故。CZCiTtkfik绝缘电阻O由于电容器两个极板之间的电介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无穷大，而是一个有限的数值，一般在 1 0 0 0 MQ以上。电容器两电极之间的电阻称绝缘电阻，又 称漏电电阻，其大小是额定工作电压下的直流电压与通过 电容器的漏电流的比值。绝缘电阻越小，漏电越严重。电 容器漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅会影响电容器的 寿命，而且会影响电路的工作。因此，电容器的绝缘电阻 越大越好。4.介质损耗电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电 容器的无功功率之比，即损耗角的正切值表示。损耗角越 大，电容器的损耗越大，损耗角大的电容不宜在高频情 1 下工作。CZCiTtkfi2.1.3电容器的型号和标号1.电容器的型号国产电容器的型号一般由四个部分组成，其中：第一部 分用字母表示主称；第二部分用字母表示材料；第三部分 用数字或字母表示分类特征；第四部分用数字表示序号，对主称、材料、特征相同，仅尺寸、性能指标略有差别，但基本上不影响互换的产品，则标以同一序号。常用电容 器型号的各部分符号及意义如表22所示。iTtkfi2.电容器的标号电容器的标称容量、允许误差（精度等级）可用数字、字母或色码在电容器上标明，标注方法与电阻器相同。通 常电容器的电容量小于lOOOOpF时，用pF做单位，大于 lOOOOpF时，用巧做单位。在实际应用中为简便起见，对大于lOOpF而小于IpiF的 电容器常常不标注单位，没有小数点的容量值其单位是pF,有小数点的容量值其单位是吓。CZCiTtkfi对用数码法标注的电容器，其电容量的单位是pF。例如：470表示电容量为470 pF；。.。1表示电容量为0.01好；332表示电容量为3 30 0 pF；104表示电容量为 10 0 0 0 0 pF（0.1（iF）o又如：红、红、黄、金表示电容量为0.22、允许误差为 5%；绿、蓝、黑、黑、棕表示电容量为560 pF、允许误 差为 1%。电容器的额定工作电压（耐压）上。般直接标注在电容器iTtkfi3.电容器的选择电容器有多种类型，实际应用中应根据电路的具体要求 确定选用哪种类型的电容器。所选电容器的主要参数（容 量、耐压、精度、绝缘电阻等）要满足电路的要求，电容 器的外形尺寸也要符合电路的要求。一般来说：高频、超 高频电路中选用高频瓷介电容器（I类电介质瓷介电容 器）；中、低频电路可选用低频瓷介电容器（铁电陶瓷电 容器）、有机薄膜电容器、金属化纸介电容器、电解电容 器；调谐电路中选用可变电容器。.netiTtkfi尸 2.2矩形脉冲作用下的RC电路当将一个电容器连接到电源时，电容器两个极板上会有 电荷，与电源正极连接的极板上有正电荷，与电源负极连 接的极板上有负电荷，两个极板上正、负电荷的电量相等。电容器极板上电量（Q）的大小取决于加到电容器两端的 电压（U）和电容器的电容量（C）,计算公式为Q=c u式中，C单位为法（F）；U-单位为伏（V）；Q单位为库仑（C）。CZCSQiTtkfi电容器电容量的大小与电容器两个极板之间所加的电压 大小无关。电容量是电容器本身固有的参数，与电容器两 个极板的有效面积和极板之间电介质（绝缘材料）的介电 常数成正比，与两个极板之间的距离成反比。上式的正确 理解是：电容器电容量的大小等于电容器极板上存储的电 量与两个极板之间电压的比值。当电容器极板上没有存储 电量时，电容器的电容量仍然存在。CZCiTtkfi2.2.1电容器的充电和放电1.电容器的充电将一个电容器接上电源，实际上是对该电容器进行充 电，如图2.9(a)所示。充电过程中，电路中有电流流过;充电结束时，电路中电流为0。图2.9电容器的充电iTtkfi电容器充电时，电路中的电流并没有通过电容器两极板 之间的电介质(绝缘材料)，电流是由电容器两个极板分 别积累正、负电荷形成的。充电开始时，由于电容器极板 上没有电荷，电容器两端没有电压，电路中充电电流较大,电容器极板上电荷积累较快。随着电容器极板上电荷的积 累，电容器两端电压逐渐增大，电路中充电电流逐渐减小,电容器极板上电荷积累变慢。当电容器两端电压等于电源 电压时，电路中充电电流为0,充电结束。充电过程中，电容器两端电压和电路中电流的变化如图2.9(b)所示，其中电压按指数规律上升，电流按指数规律下降。iTtkfi电容器充电结束后，移开电源，电容器仍能保持其两端 的电压。电容器中有能量存储，决不能用双手接触电容器 的两极，否则会遭电击，特别是电容量大且充电电压高时,电击可能致命。电容器存储能量的大小与其电容量成正比,与其两个极板之间的电压平方成正比。一个容量较大的电 容器充满电后可以作为电源，但当电容器存储的能量释放 掉后，电容器两端的电压也就消失了。.netiTtkfi除2.电容器的放电充电后的电容器只要没有放电通路，就将保持其两端电 压。当给充电后的电容器提供放电通路时，电容器将开始 放电,如图2.10(a)所示。(a)放电电路(b)放电电流与电容电压的变化图2.10电容器的放电iTtkfi取电过程中，电路中有电流流过；放电结束时，电路中 山流为0。放电开始时，电容器两端电压高，电路中放电电流大，放电速度较快。随着放电的延续，电容器两端电压降低，电路中放电电流减小，放电速度减慢，最终电容器两端电压为0,放电结束。放电过程中，电容器两端电 压和电路中电流的变化如图2.10(b)所示，其中电压按 指数规律下降，电流反方向按指数规律减小。综上所述，含有电容器的回路只有在充电、放电过程中 才有电流，电流的大小与单位时间内电荷的变化量成正比。换句话说，含有电容器的回路只有在电容器两个极板之间 的电压发生变化时才有电流，电流的大小与电容器极板之 间的电压变化率成正比。即.k duQ I-OdtiTtkfi时间常数电容器充、放电的快慢用时间常数工来衡量。时间常数r指：电容器充电时，电容电压从0开始到所提供电源电压 的63.2%为止所需要的时间；或电容器放电时，电容电压 降到所提供电源电压的36.8%所需要的时间。时间常数的 计算公式为式中，T-RCt=RC单位为秒（s）;电容器两端的（等效）电阻值，单位为欧（Q）；-电容器的电容量，单位为法（F）。CZCiTtkfi，时间常数不是电容器完全充电或放电所需的时间，电容 器完全充电或放电所需的时间理论上是无限长。在实际应 用中，约5个时间常数就认为充电或放电结束。电容器充电 和放电所需的时间与时间常数的关系如图2J1所示。图2.11电容器充、放电与时间常数的关系iTtkfi【例2.2 如图2.12所示,。=0列*,RI=10 MQ,7?2=10 MQo求：开关S闭合和断开时的时间常数是多少？iTtkfi分析：开关S闭合时，电容器充电，充电时间常数为电 容器两端电阻火与电容器电容量。的乘积。电阻火为电容器 两端的等效电阻，计算时将电源作短路处理（即电源电 压为0）,此时火1和火2并联，所以充电时间常数工i=RC=（&/伏2）。开关S断开时，充电后的电容器通过&放电，放电时间常数工2=火2。解：开关闭合时t1=(&RJC=(10/10)X10 6X0.1X 10-6=0.5(s)开关断开时t2=R2C=10 X 106 X 0.1 X 106=1(s)故：充电时间常数为0.5s,放电时间常数为Is。CZC，了教3微分电路5 1.微分电路的组成微分电路如图2.13(a)所示，电路中元件参数的选择 要求满足：时间常数远小于输入矩形脉冲的宽度，通常 选择工 2。矩形脉冲从1、2端输入，在3、4端就可输(a)电路图(b)波形图 U A J图2.13微分电路CZC9QiTtkfi&2.电路的工作过程(1)乙期间!输入端输入电压为0,输出端输出电压也为0。即：的=0,“0=0。.(2)t=tr当才二八时，输入电压的从0跳变到石，电路开始对电容器 C充电。由于电容器电荷的积累总是要有一个过程，在此 瞬间电容器两端的电压为0,输入端的电压全部加到电阻R 上，使R上的电压产生与输入电压同样大小的跳变。即：%=E,“c=0，uo=EoCZC9iTtkfi(3)期间在1/力2期间，输入电压保持石不变，电容器两端电 压按指数规律快速升高到E,电阻上电压同样按指数规律 快速下降到0,形成正尖脉冲输出。即：Uj=E,uc=E,uo=0o(4)t=t2当%=看2时，输入电压的从石跳回到0，电容器开始放电。由于电容器积累的电荷释放也是要有一个过程，在此瞬间 电容器两端电压保持石不变，并且通过输入端全部加到电 阻R上，使R上产生同样大小的负电压。即：%=0,uc=E,“O=-EoiTtkfi由上述分析可知，接通电路，输入电压发生跳变的瞬间，电容器两端的电压保持原有的值不变，通常把这种特性称 为电容电压不能突变。若电容器原来没有充电，则电路接 通瞬间电容器相当于“短路”；若电容器已经充电，则电 路接通瞬间电容器相当于一个“电压源”。这种特性可用 换路定理来描述，即c(0+)=wc(0-)式中，。-表示电路状态发生转换前的一瞬间，0+表示电 路状态发生转换后的一瞬间。CZCiTtkfi12.2.3积分电路匕.积分电路的组成积分电路如图2.14(a)所示，与微分电路相比，输出 电压取自电容器两端。图2.14(b)所示是其输入、输出波形。积分电路中元件参数的选择要求满足：时间常数 大于输入矩形脉冲的宽度，即工,降(a)电路图图2.14积分电路iTtkfi2.电路的工作过程(1)期间输入端输入电压为0,输出端输出电压也为0。(2)t=当才二八时，输入电压从0跳变到区 电路开始对电容器C 充电。由于电容器两端电压不能突变，输出电压仍为0。(3)期间在a%2期间，输入电压保持七不变，电容器两端电压 缓慢升高，输出电压近似按线性上升。iTtkfi(4)t=t2当%=%2时，输入电压从跳回到。，电容器开始放电。由 于电路的时间常数很大，放电开始时，电容器充电过程中 充得的电压远没有达到最大值区放电从实际充得的电压 开始。(5)期间在期间，输入电压为。，电容器两端电压缓慢下降,输出电压近似按线性下降到0,电路回到原先状态。若再 有一个矩形脉冲输入，电路将重复上述过程。CZCiTtkfi2.2.4电容器的串、并联电容器也可以串联、并联和混联。当电容器串联时，其 实增加了电介质的厚度，相当于两个极板之间的距离增大,总等效电容量减小。当电容器并联时，相当于增大了两个 极板的面积，总等效电容量增加。CZC5iTtkfiO电容器的串联每个电容器容量的倒数和等于总容量的倒数，与电阻并 联类似。1 1 1 1=-1-1-H-C G G cn每个电容器两端的电压之和等于电路的总电压，其中电 容量最小的电容器承受的电压最大。Uq-Uj+C2+,+Ucr当只有两只电容器时，有如下分压公式0C1=UcGUC2=一心C2 G+。2 CCZCiTtkfi2.电容器的并联每个电容器容量的和等于总容量，与电阻串联类似。c G+。2+.+Cn每个电容器两端的电压相等。Uc=0C1+Uc 2+-+UCn在实际应用中，电容器并联使用较方便，有时人为用两 个电容器并联来改善电路的频率特性。当两个电容器并联 时，总耐压由额定工作电压小的电容器决定。CZCiTtkfi,2.3正弦交流电作用下的RC电路电容器具有隔直流、通交流的特性。隔直流的实质是指:直流电源加到电容器上，电容器完成充电过程后，电容器 两端存在一定值的电压，只要电路的状态不发生改变，电 容器两端的电压就维持不变，电容器相当于断路，直流电 源的电压无法传送到负载上。通交流的实质是指：电容器 在交流电源作用下，不断地充电和放电，维持电路中电流 的存在，并不是真的有电流通过了电容器的电介质。.netiTtkfi3.1电容电压与电流的关系在电容性交流电路中，电流与所加电压之间的关系与纯 电阻性交流电路不同。电容性交流电路中电流与所加的电压不再同相。当电流与电压取关联参考方向时，电容性交 流电路中流过电容的电流与电容两端所加电压的波形图如图2.15所示。返 IU55(a)参考方向(b)波形图图2.15电容电压与电流的关系(c)相量图%iTtkfi1.电容的容抗电容器被第一次充电后，两个极板之间就有电压存在，该电压总是反抗(阻碍)电源电压的变化，反抗作用的大 小用容抗来衡量。电容的容抗用符号Xc表示，单位为欧姆(Q),其大小与容量成反比、与所加交流电压的频率成 反比，计算公式如下Xc=12yt fC.netiTtkfi【例2.3】10 的电容器，工作频率是50 H z,其容抗是 多少？若工作频率提高到1kH z,其容抗又是多少?1解：由公式Xc=77；得Cz工作频率为50 H z时1/、入.=2x3.14x50 x10 x10-6=318.5(Q)工作频率为1kH z时Xc 2=-=15.9(Q)2x 3.14x l 000 x l 0 x l 0-6由此可知，电容量相同时，频率越高，容抗越小。CZCiTtkfi【例2.4】0.l*的电容器，工作频率是50 H z,其容抗是 多少？若电容器的容量变为2.2(iF,其容抗又是多少？解：由公式Xc=一得2nfC容量为O.ljiF时Xc=-1-rCl 2x 3.14x 50 x 0.l x l 0-6容量为2.2pF时 x-_!_C2-2x 3.14x 50 x 2.2x l 0-6二31 847.1(Q)=1 447.6(Q)由此可知，频率一定时，容量越大,容抗越小。czcsottiTtkfi2.电压与电流的大小关系当电容对交流电的阻碍作用用容抗表示，交流电压和电 流用有效值表示时，电容两端电压与电容电流的大小关系 具有欧姆定律的形式，即uc/二XciTtkfi【例2.5】10 的电容器接入220 V、50 H z的交流电源中,电容的电流是多少？解：由例2.3知，Xc=318.5Q,由/=*得220/、1=-=0.691(A)318.5故：电容的电流为0.691A。iTtkfi3.电压与电流的相位关系由图2.15(b)可知:当电容电流达到最大值时，电容两 端电压为0；当电容两端电压达到最大值时，电容电流也 为0。电容两端电压与电容电流的相位关系可归纳为：电 容电流超前电容两端电压90。电容两端电压与电容电流 的相位关系也可用相量图来表示，如图2.15(c)所示。.netIT教修A 4厂电容的功率电容的功率定义为电容两端电压与电容电流的乘积。交 流电路中，电压和电流都随时间变化，所以电容的功率也随时间变化，其变化规律如图2J6所示。图2.16电容的功率.netiTtkfi图2.16可知：在交流电的一个周期内，电容的功率重 复两次，并且平均功率为0。这说明交流电路中电容不消 耗电能，电源提供给电容的电能只是在电容与电源之间进 行交换。其中：第一个1/4周期和第三个1/4周期，功率为 正，表示电容从电源吸收电功率，存储电能；第二个1/4 周期和第四个1/4周期，功率为负，表示电容向电源输出 电功率，释放电能。在实际应用中，通常用无功功率来衡量电容与电源之间 电能交换的规模。无功功率定义为：电容两端电压有效值 与电容电流有效值的乘积，用QC表示，单位是乏(Var)或千乏(kVar)o计算公式如下U2Qc=Uq!-RXc=ciTtkfi【例2.6】10的电容器接入220V、50Hz的交流电源中，求：电容的无功功率是多少?分析：根据给出的条件，首先求出电容的容抗；然后求出电容的电流；最后求出无功功率。在求出容抗后，也可以直接用公式U1Qc=6求出无功功率。解：电容的容抗为Xc=-!-=318.5(Q)2x 3.14x 50 x 10 x 10-6电容的电流为TJ 2201=卫_=0691(A)Xc 318.5 电容的无功功率为2C=UCI=220 X 0.691=152(Var)“教3【例2.6】10a的电容器接入220V、50Hz的交流电源中，求：电容的无 功功率是多少？分析：根据给出的条件，首先求出电容的容抗；然后求出电容的电流；最 后求出无功功率。在求出容抗后，也可以直接用公式。c=塔求出无功功率。xc解：电容的容抗为d12x 3.14x 50 x 10 x 10 一 6=318.5(Q)电容的电流为/Uc 220=0 691(A)Xc 318.5 电容的无功功率为Qc=UQI=220 x 0.691=152(Var)CZCiTtkfi2.3.2电容性电路的应用1.RC滤波电路滤波电路是一种能鉴别频率、衰减某些频率分量的幅值 而让其他频率分量通过的电路，通常称为滤波器。滤波器 通过在需要的频率和衰减的频率之间设置频率截止点来实 现频率的选择。常用的火。滤波器有低通滤波器和高通滤 波器。今(1)彳氐通滤波器低通滤波允许低频信号几乎不受阻碍地通过，而同时衰减高频信号。一个电阻器和一个电容器串联就可以组成 一个低通滤波器，如图2.17(a)所示。输入信号(即输入 电压)加在电阻和电容串联电路的两端，输出信号(即输 出电压)从电容两端取出。CZC图2.17 RC低通滤波器返回iTtkfi当输入为低频信号时，电容的容抗比电阻的阻值大，输 入信号的大部分电压都降在电容上，这样输入信号的大部 分电压就输出了，也就是低频信号被取出。随着输入信号 频率的增高，电容的容抗逐渐减小，输入信号大部分电压 降在电阻上，电容上电压减小，也就是高频信号输出减小,相当于高频信号没有顺利通过电路，被滤波了。实际上低通滤波器截止高频信号是逐渐完成的，高于截 止频率的信号在输出电压上表现出渐进衰减的过程，如图 2.17(b)所示。图2.17(b)称为RC低通滤波器的幅频特 性曲线，反映了输出电压的幅度随输入信号频率的变化规iTtkfi通常，当频率变化引起的输出电压幅度降低到其最大值 的0.70 7倍时，所对应的频率称为截止频率，用L表示。而 称维持输出电压幅度在其最大值的0.70 7倍以上的输入信号 频率范围为通频带。RC低通滤波器的截止频率取决于电 阻器的电阻值和电容器的电容量。计算公式如下1fc=2tiRC故：AC低通滤波器的通频带为。/。二12tiRCiTtkfi高通滤波器高通滤波器允许高频信号几乎不受阻碍地通过，而同时 衰减低频信号。高通滤波器也由一个电阻器和一个电容器 串联组成，如图2.18(a)所示，但输出信号(即输出电压)从电阻两端取出。iTtkfi当输入为高频信号时，电容的容抗比电阻的阻值小，输 入信号的大部分电压都降在电阻上，这样输入信号的大部 分电压就输出了，也就是高频信号被取出。随着输入信号 频率的降低，电容的容抗逐渐增大，输入信号大部分电压 降在电容上，电阻上电压减小，也就是低频信号输出减小,相当于低频信号没有顺利通过电路，被滤波了。高通滤波器截止低频信号也是逐渐完成的，低于截止频 率的信号在输出电压上也表现出渐进衰减的过程，如图 2.18(b)所示。高通滤波器的截止频率计算公式与低通滤 波器一样。CZCiTtkfiRC退耦电路和耦合电路大多数电子电路，既有交流信号又有直流信号，交流信 号叠加在直流信号上。根据具体的应用，有时需要直流信 号而滤除交流信号，有时需要交流信号而滤除直流信号。实现滤除交流信号而保留直流信号的电路通常称为退耦电 路，如图2.19所示。0i千E二 clloo图2.19 RC退耦电路iTtkfi退耦电路在电源电路中应用较普遍，它本质上是一个低 通滤波器，只是输入信号中的交流信号部分可能是噪声、瞬时尖脉冲、自激振荡或纹波干扰等。通过调整截止频率,大多数这类交流信号都能滤除掉，只剩下直流信号从电容 上输出。.netiTtkfi实现隔离直流信号而只让交流信号通过的电路通常称为耦合电路，如图2.2。所示。0/口 R图2.20 RC耦合电路iTtkfi这种电路广泛应用于放大电路中，它实际上是一个高通 滤波器，只是输入信号中的交流信号往往是待放大的信号,而直流信号则是直流电源提供的。电路工作时，一开始电 容器被充电到直流电压的电位，一旦电容被充电，电路中 就不再有直流电流。此时，交流信号引起电容以交流信号 的频率充电和放电，使电阻上有交流电流流过，也即产生 交流输出。通过合理地选择元件的参数，可以保证交流信 号以最小的衰减通过电阻，输出到下一级负载。CZC次。移相电路r(1)超前移相电路超前移相电路如图2.21(a)所示，输入信号加在电容与 电阻串联电路两端，输出信号取自电阻两端。由于电容的存在，电路中的电流超前于输入电压，而电阻上的电压相 位与电流同相，所以从电阻取出的输出电压超前于输入电 压，实现超前移相。(a)电路图图2.21超前移相电路iTtkfi由图2.21(b)所示的相量图可知，输出电压超前于输 入电压的角度，即输出信号与输入信号相比超前相移的角 度8的计算公式为arctan CretanUrIXC X-=arctan IRcRCZCiTtkfi【例2.7在图2.21(a)中，若输入电压Ui=10 V、频率/=50 0 H z,电容。=0.1w，为了使输出电压对输入电压相 移60,试选择电阻R的阻值，并求电阻R和电容C上的电 压。分析：电阻R的阻值可由相移角0的计算公式直接求得1 1-X-R=tan cp InfC tan 60 结合图2.21(b)所示的相量图，由输入电压和60 的 相移角，可求出电阻R上的电压和电容C上的电压Ur=U cos60 Uc=U sin60 iTtkfi由相移角8的计算公式得R=一1 1-X-1tan cp 2yifC tan 60 =1.84(kQ)2x3.14x500 x0.1xW6xV3由图2.21(b)所示的相量图和输入电压、60的相移角,可得0 R=UiCos6()=10 X0.5=5(V)Uc=U sin60 =10 X 0.866=8.66(V)故：当电阻R选择1.84kQ时，可实现输出与输入之间超前 60的相移，并且电阻R上的电压为5V,电容C上的电压 为8.66V。在实际应用中，电阻R可由一个固定电阻器和一 个电位器的串联来代替，这样调节电位器的阻值，即能实 现相移角的改变。CZCiTtkfiL)滞后移相电路滞后移相电路与超前移相电路没有本质区别，只是输出 信号取自电容两端，如图2.22(a)所示。由图2.22(b)所示的相量图可知，输出信号与输入信号相比，滞后相移 的角度夕的计算公式为arctan=arctan UcIR(a)电路图-二 arctan IXC XcR(b)相量图图2.22滞后移相电路iTtkfi不)多级移相电路为了获得更大的相移，可将多个RC移相电路级联组成移 相网络来实现，如图2.23所示。移相网络减小了输出电压，因此需要利用放大电路提高输出电压以获得合适的工作电 压。C1。2。3MHIHrHI-/ni n2 n3“O-O(a)超前移相网络(b)滞后移相网络图2.23级联移相网络.netiTtkfi4.RC选频网络在振荡电路中，通常需要将某一特定频率的输出信号反 馈到输入端。选出这一特定频率信号的电路称选频网络，如图2.24所示。iTtkfi在图2.24中，要求电路元件的参数满足尺。=2。2，通 常选择&=夫2=夫、Cr=C2=Co该电路的特点是：对频率为7二 的输入信号，其输出电压与输入电压同相位 2tiRC（即相移为0）,并且输出电压的幅度最大，为输入电压幅度的-o在由集成运算放大器组成的正弦波振荡器 3中，正是利用这一特点选出频率为 占 的信号，经多 2tiRC次反馈放大后，产生该频率的正弦波输出。iTtkfi2.4示波器使用实训2.4.1 示波器简介示波器是电子技术中常用的电子仪器之一，主要用于信 号波形的观察，也可用于信号幅度、频率等参数的测量。示波器有单踪示波器和双踪示波器两类，目前使用较多的 是双踪示波器。示波器的测量带宽是其主要性能参数之一,通常测量带宽越宽，价格越贵。有些高挡示波器还带有数 据存储功能。在实际应用中，以满足使用需要为选择示波 器规格的标准。本节以V-252T型双踪示波器为例练习其使 用。CZCiTtkfi产认识示波器面板V-252T型双踪示波器的面板如图2.25所示，面板各旋钮 功能简介如下。(6)(5)(1)(2)(26)(28)(27)(29)(30)(35)(34)(17)(3)(13)(15)(4)(37)(9)(I)(19)(23)(24)(32)图2.25 V-252T型示波器的面板(38)(21).netiTtkfi“2.4.2实训1.实训目的及器材(1)实训目的熟悉示波器的面板。掌握利用示波器测量波形的方法。掌握利用示波器测量信号的幅度及周期的方法。利用示波器观察积分电路和微分电路输出信号的波形。.netiTtkfi(2)实训器材双踪示波器/函数信号发生器常用安装工具(电烙铁、尖嘴钳等)510 Q、68Q、510 Q、10 Q电阻器0.1 IpF电容器、IN4148二极管安装用电路板连接导线、焊锡1台1台1套各1只各1只 2块 若干.netiTtkfiF2.实训内容(1)示波器测量信号前的准备熟悉示波器各旋钮、开关的功能和作用。显示水平线(CH 1通道)调节示波器面板上的AC-GND-DC使之处于DCl调节示 波器面板上INTTRIG(32)使之处于CH 1；调节示波器面 板上MODE(21)切换开关使之处于CH 1；调节示波器面板 MODE(35)开关，使之处于AUTQ；调节示波器面板上 SOURCE(31)使之处于INT；调节示波器面板上FOCUS(3)、INTENSITY(6)、POSITION(19)、POSITION(29),使显示的水平亮线处于屏幕中央位置。用标准信号校准将探头连接到示波器面板上CAL端子(37),调节示波 器面板上VOLTS/DIV(13)、VAR、PULLX 5GAIN(15)、TIME/DIV(26)、SWP VAR(27)、TRIG LEVEL(34),使之显示幅值为0.5V、频率为1kH z稳定的方波。CZCiTtkfi(2)利用示波器观测RC积分电路的输出波形根据图2.26(a)所示电路完成电路连接。O温OVDR 510QR 68Q(b)输入方波波形(a)实训电路图2.26积分电路实训电路CZCiTtkfi函数信号发生器输出的频率为1kH z的方波心送入图2.26 尸(a)所示电路的输入端，即：将函数信号发生器信号输出端接于按图2.26所接电路中二极管VD的正极端，将函数信 号发生器的信号地端接于按图2.26所接电路的接地端。函数信号发生器输出的方波的幅值为5V,方波的波形如图2.26(b)所示。彰用示波器观察输出端。的波形，记录下输出波形。将示波器探头接于按图2.26所接电路中电阻R和电容C的 连壁处，并将探头的接地的鳄鱼夹接于电路的接地端。调 节示波器面板上VOLTS/DIV(13)、TIME/DIV(26)、TRIG LEVEL(34)使之显示稳定的波形。将函数信号发生器输出的频率逐渐调高或调低，观察频 率改变过程中输出波形的变化情况，记录下几个典型的波 形。CZC9QiTtkfiiTtkfi将函数信号发生器输出的频率为1kH z的方波i送入图 2.27所示电路的输入端，方波的幅值仍为5V。用示波器观察输出端。的波形，记录下输出波形。彰将函数信号发生器输出的频率逐渐调高或调低，观察频 率改变过程中输出波形的变化情况，记录下几个典型的波 形。(4)实训结束实训结束后，整理好本次实训所用的器材、工具、仪器、仪表。清扫工作台，打扫实训室。CZCiTtkfi3.实训报告要求(1)画出测试电路的装配图。(2)整理观察到的波形，分析本次实训验证了哪些理论 知识。(3)总结示波器的使用方法及注意事项。(4)完成实训报告。CZC