利用两个电阻串联可以组成普通的电阻分压电路,如图5-12所示。
然而在实际电路中经常存在由各种引线并行排列形成的分布电容C0(见图5-12中虚线部分),分布电容C0的存在会使输出波形发生改变,引起失真,如图5-13所示。
图5-12 电阻分压电路
图5-13 考虑分布电容影响的波形
为了消除C0的影响,可以采用图5-14所示的RC分压电路。
图5-14 RC分压电路
与普通电阻分压电路的区别在于,输入电阻R1上并联了一个电容C1,从电路结构上可以看出,C1和C0串联,输出从它们的连接点取出。对于交流信号,电容串联也有分压作用,分压值的计算方法同电阻分压的计算一样。
电容的特性是隔直流、通交流,遇到直流电时,电容相当于断路;电容对于交流信号有与电阻类似的阻碍作用,称为容抗,其大小与交流信号的频率成反比、与电容的容量成反比。若不考虑相位的变化,电容C的容抗ZC可写为
对于交流信号,电容串联也有分压作用,分压值的计算方法同电阻分压的计算一样。当输入信号发生从0到E跳变时,由频谱分析理论可知,该瞬间相当于把一个频率很高的信号加到电路的输入端。电容对高频率交流信号的容抗远小于电阻的阻抗,电阻的作用可以忽略不计。也就是说在t=0时刻,输入发生从0到E的正跳变瞬间,输出uo(0)的大小近似由两个电容的分压比决定:
C1和C0的交流阻抗经过(3~5)τ的时间后,电容的充电过程基本结束,Z1→∞,Z0→∞,uo基本稳定在由R1和R2分压得到的输出值ER上:
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式中 τ——图5-14所示RC分压电路的时间常数:
电容分压比和电阻分压比不同时,输出波形会有不同的变化,令
分3种情况讨论:
1)NC<NR:t=0时,输出uo跳变到EC<ER,未达到稳定值,尚需经过3~5个τ的时间,按指数规律变化的信号电压才达到稳定值uo=ER,如图5-15a所示。
2)NC>NR:t=0时,输出uo跳变到EC>ER,超过稳定值,经过一段时间按指数规律衰减到稳定值,如图5-15b所示。
3)NC=NR:t=0时,输出uo跳变到EC=ER,开始就达到稳定值,是最理想的情况,如图5-15c所示,分压波形可用示波器检测显示。
综上所述,只要适当选取C1,使得NC=NR,可以使uo开始就跳变到稳定值而不发生失真。C1的接入使得输出波形前沿加速上升,故有时将C1称为加速电容。
实际应用中,由于分布电容C0的不确定性,使得C1选取困难。这时可以在输出端(R2两端)并联一个电容C2,当C2>>C0时,不确定因素引起的C0变化的影响可以忽略。由C2、R1、R2可以求得C1、C2,一般在几十皮法到几百皮法中选取:
图5-15 RC分压电路输出波形图
为了补偿电路对信号的衰减,也可把各类RC脉冲变换电路与运算放大器组合,构成有源类脉冲变换器。
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