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RC/RL/LC-Schaltungen

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Widerstand "R", Induktivität 'L' und Kondensator "C" sind grundlegende Schaltungselemente, mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften, die die Grundlage aller modernen elektrischen Geräte.

Ein Widerstand ist ein elektrisches Bauelement, das Energie, in der Regel in Form von Hitze zerstreut. Im Gegensatz dazu ein Kondensator speichert Energie in einem elektrischen Feld und eine Induktivität speichert Energie in einem Magnetfeld.

Bei Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten miteinander verbunden sind, die Schaltungen Anzeigezeit und abhängigen Frequenzgänge für AC Signalverarbeitung, Radios, Elektrofilter und viele andere Anwendungen.

Dieses Video wird veranschaulichen die Verhalten der einen Widerstand-Kondensator und ein Widerstand-Induktor-Schaltung, und zeigen die Schwingung in einem Induktor-Kondensator-Schaltung mit wenig resistiven Energieverlust.

Lasst uns lernen, wie Strom und Spannung in Schaltungen mit Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren Verhalten.

Zuerst sprechen wir über eine Strecke von einem Widerstand in Reihe mit einem Kondensator, eine RC-Schaltung genannt. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird der Ausgang der Spannungsquelle auf Komponenten und aktuelle beginnt, fließt angewendet. Da der Kondensator ist zunächst leer, es hat Null Spannung an den Klemmen. Daher alle die Spannungsquelle Ausgabe befindet sich des Widerstands und der Strom ist auf den maximalen Wert.

Wenn schauen wir uns die Handlung von Spannung und Strom gegen die Zeit, zunächst VR Source-Spannung entspricht die Spannung über den Kondensator "VC" ist null und der Strom ist auf seine Max. Der Strom den Kondensator auflädt, mit zunehmender "VC". Als Reaktion darauf VR verringert und somit der Strom auch untergeht, gemäß Ohmschen Gesetz. Schließlich ist die Widerstand Spannung Null und die aktuelle Haltestellen zu fließen.

Eine ähnliche Analyse ist möglich, dass ein RL-Schaltung, bestehend aus einem Widerstand in Reihe mit einer Induktivität. Zum Zeitpunkt der Schalter schließt der plötzlichen Fluss von Ladung erzeugt ein magnetisches Feld in der Induktivität, und seine Spannung "VL" entspricht der Quellenspannung. Infolgedessen die ersten VR ist null und somit der Anfangsstrom ist auch Null.

Nun, um die Änderungen zu überwachen, betrachten wir die Spannung und aktuellen Grafiken wie vor. Im Laufe der Zeit als der Induktor Spannung sinkt erhöht die Spannung über den Widerstand erhöht und somit der Strom auch. Letztlich die Induktivität Spannung ist Null, all die Ausgangsspannung Quelle ist über den Widerstand und der Strom ist auf den maximalen Wert.

Der Zerfall von Strom und Spannung Transienten im RC und RL-Schaltungen verursacht durch Energieverlust in den Widerstand. Im Gegensatz dazu eine LC-Schaltung, die einen Kondensator an einer Induktivität angeschlossen hat, im Idealfall hat keinen Widerstand oder Energieverlust und weist sehr unterschiedliches Verhalten.

Wenn der Kondensator in diesem Stromkreis Spannung V in Rechnung gestellt und dann mit dem Induktor verbunden ist, wird elektrischer Energie im Kondensator gespeichert auf der Induktor übertragen und magnetische Energie umgewandelt. Die Induktivität dann seine Energie zurück zu dem Kondensator überträgt dann der Prozess kehrt mit den Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung, dieser Vorgang wiederholt sich auf unbestimmte Zeit und die Spannung über jede Komponente schwingt sinusähnlich mit der Zeit.

Eine RLC-Schaltung wie diese fügt eines Widerstands an den LC-Stromkreis. Schwingungen in dieser Konfiguration dämpfen, weil der Widerstand bei jedem Zyklus Energie zerstreut. Schließlich die Schwingungen zu stoppen, wenn die Spannung und der aktuellen Zerfall auf Null.

Jetzt, da wir die Grundlagen des LC, RC und RL-Schaltungen beschrieben haben, werfen wir einen Blick auf ihr Verhalten im Labor.

Erhalten Sie ein Oszilloskop, eine kleine Glühbirne mit einem Widerstand von wenigen Ohm, einen Schalter und eine DC-Spannung Versorgung oder 1,5 Volt Batterie. Diese Schaltung montieren und den Schalter offen lassen.

Wählen Sie die vertikale Skala das Oszilloskop auf 1 Volt Pro Division und die Zeitskala auf 1 Sekunde pro Division. Später es kann erforderlich sein, diese Einstellungen für eine optimale Darstellung der Signale während der verschiedenen Tests anpassen.

Schließen Sie den Schalter um Kraft für die Glühbirne zu übernehmen.

Da die Glühbirne wie ein Widerstand wirkt, ist der Strom durch ihn proportional zur Spannung. Wie die Oszilloskop-Spuren zeigen, hellt die Glühbirne sofort, wenn der Schalter schließt und verdunkelt sich sofort, wenn der Schalter geöffnet wird.

Montieren Sie die Schaltung, wie abgebildet, mit einem 1 Farad Kondensator in Reihe mit der Glühbirne. Beachten Sie, dass das Oszilloskop Spannung über den Widerstand misst. Lassen Sie den Schalter geöffnet bis zum Beginn des Tests.

Schließen Sie den Schalter und beobachten Sie die Glühbirne und die Oszilloskop-Ablaufverfolgung. Die Glühbirne leuchtet kurz vor Verdunkelung, weil der Kondensator Strom geht, wenn die Spannung plötzlich ändert, wenn der Schalter geschlossen wird. Mit fortschreitender Zeit, der Strom durch die Schaltung zerfällt die Glühlampe Widerstand und die Kapazität.

Die Schalter öffnen und ändern der Schaltung durch den Anschluss einer zweiten Glühbirne parallel mit dem ersten.

Den Schalter wieder zu schließen. Glühbirnen und die Oszilloskop-Ablaufverfolgung ansehen. Die zwei parallelen Lampen aktivieren und deaktivieren mehr schneller als die einzige Glühbirne. Und zwar deshalb, weil der Parallelwiderstand von zwei Glühbirnen kleiner als der Widerstand der eine einzige Glühbirne ist. Die daraus resultierende Schaltung hat einen kürzeren Tropfen in der aktuellen und eine schnellere Reaktion.

Montieren Sie diese Schaltung mit einer 1 Milli Henry Induktivität in Reihe mit der Glühbirne. Lassen Sie den Schalter geöffnet bis zum Beginn des Tests.

Schließen Sie den Schalter und beobachten Sie die Glühbirne und die Oszilloskop-Ablaufverfolgung. Die Glühbirne nimmt eine kleine Menge der Zeit drehen auf, weil die Induktivität führt wenig Strom, wenn die Spannung ändert sich plötzlich, als wenn der Schalter geschlossen wird.

Mit fortschreitender Zeit, die Induktivität Strom- und dass durch die Glühbirne-Ansätze einer Steady-State-Ebene. Öffnen Sie die Schalter und schließen Sie eine zweite Glühbirne parallel mit dem ersten.

Den Schalter wieder zu schließen. Glühbirnen und die Oszilloskop-Ablaufverfolgung ansehen. Die zwei parallelen Lampen aktivieren und deaktivieren mehr langsamer als die einzige Glühbirne. Und zwar deshalb, weil der Parallelwiderstand von zwei Glühbirnen kleiner als der Widerstand der eine einzige Glühbirne ist.

Bauen Sie diese Schaltung mit einem 10 Micro Farad Kondensator und eine 8 Milli Henry Induktor, zusammen mit dem Oszilloskop angeschlossen über den Kondensator ein. In der Nähe Schalter 1 zum Laden des Kondensators und Schalter 2 bis zum Beginn der Prüfung offen lassen.

Öffnen Sie Schalter 1 die Spannungsquelle vom Stromkreis trennen. Schließen-Schalter 2 und das Oszilloskop zu beobachten. Die Induktivität Spannung oszilliert und kann zeigen einige Dämpfung verursacht durch den kleinen Widerstand der Drähte in der Schaltung. Schwingungsperiode ist in der Größenordnung von Millisekunden, die steht im Einklang mit der erwarteten Zeit basierend auf den Werten von Kapazität und Widerstand.

Widerstände, Kondensatoren und Spulen sind einfache Komponenten, aber die RC, RL und LC-Schaltungen, die sie verwenden haben komplexe Verhaltensweisen, die viele Anwendungen in elektronischen Signalverarbeitung, Timing-Schaltkreise und Filtern zu ermöglichen.

In diesem Beispiel implantiert Forscher subkutane Funksender bei Mäusen um Blutdruck zu studieren, da sie frei beweglich. Funk-Empfänger verwenden häufig Induktor-Kondensator Schaltungen, um eine bestimmte Frequenz wählen aus dem breiten Band der abgefangenen Radiofrequenz oder RF, Energie. Die richtige Frequenz trägt die gewünschte Informationen zur Verstärkung und Weiterverarbeitung durch zusätzliche Elektronik im Empfänger.

Electroencephalographs messen die elektrischen Aktivität im Gehirn. Elektroden auf die Kopfhaut abholen Millivolt Signale über einen breiten Frequenzbereich. LC, RC und RL-Schaltungen sind Teil der Filter, die elektrischen Störungen und Artefakte, damit Erwerb der aussagekräftige Daten zu reduzieren.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Zeit-abhängige Verhalten der Schaltungen mit Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten. Sie sollten jetzt verstehen die Grundlagen der LC, RC und RL-Schaltungen, und wie diese Schaltungen voneinander unterscheiden. Danke fürs Zuschauen!

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