RC及RCD电路举例分析

RC及RCD电路举例分析

耦合电路

1．直接耦合

直接耦合：将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。

直接耦合方式的缺点：采用直接耦合方式使各级之间的直流通路相连，因而静态工作点相互影响。有零点漂移现象。

直接耦合方式的优点：具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；由于电路中没有大容量电容，易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成电路。2．阻容耦合

阻容耦合：将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。

直流分析：由于电容对直流量的电抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路不相通，各级的静态工作点相互独立。

交流分析：只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号可几乎没有衰减地传递到后级的输入端。因此，在分立元件电路中阻容耦合方式得到非常广泛的应用。

阻容耦合电路的缺点：首先，不适合传送缓慢变化的信号，当缓慢变化的信号通过电容时，将严重被衰减，由于电容有“隔直”作用，因此直流成分的变化不能通过电容。更重要的是，由于集成电路工艺很难制造大容量的电容，因此，阻容耦合方式在集成放大电路中无法采用。

3．变压器耦合

变压器耦合：将放大电路前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上。

电路缺点：它的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且非常笨重，不能集成化。

电路优点：可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到广泛应用。变压器耦合电路的前后级靠磁路耦合，它的各级放大电路的静态工作点相互独立。

4．光电耦合

光电耦合器：是实现光电耦合的基本器件，它将发光元件（发光二极管）与

光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起。

工作原理：发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。

RC电路

1．RC微分电路

如图所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号VI，由电阻R输出信号VO，当RC数值与输入方波宽度t W之间满足：τ(RC)《《t W，这种电路就称为微分电路。在R两端(输出端)得到正、负相间的尖脉冲，而且发生在方波的上升沿和下降沿。

真正的微分电路应该是含运放的，电路原理图及输入输出关系式如下：

2．RC积分电路

电阻R和电容C串联接入输入信号V I，由电容C输出信号V0，当RC(τ)数值与输入方波宽度t W之间满足：τ》》t W，这种电路称为积分电路。在电容C 两端（输出端）得到锯齿波电压，近似为三角形波，τ》》tW是本电路必要条件，因为他是在方波到来期间，电容只是缓慢充电，VC还未上升到Vm时，方波就消失，电容开始放电，以免电容电压出现一个稳定电压值，而且τ越大，锯齿波越接近三角波。输出波形是对输入波形积分运算的结果。

3．RC耦合电路

在RC微分电路中，如果电路时间常数τ(RC)》》tW，他将变成一个RC耦合电路。输出波形与输入波形一样。如图3所示。

4．RC滤波电路（无源）

在模拟电路，由RC组成的无源滤波电路中，根据电容的接法及大小主要可分为低通滤波电路(如图)和高通滤波电路（电容改成串联形式）。

5．RC脉冲分压器

当需要将脉冲信号经电阻分压传到下一级时，由于电路中存在各种形式的电容，如寄生电容，他相当于在负载侧接有一负载电容，当输入一脉冲信号时，因电容CL的充电，电压不能突变，使输出波形前沿变坏，失真。为此，可在R1两端并接一加速电容C1，这样组成一个RC脉冲分压器。

钳位电路

钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。

钳位电路工作原理：设二极管为理想元件，当输入UA＝UB＝3V时，二极管V1，V2正偏导通，输出被钳制在UA和UB上，即UF＝3V；当UA＝0V，UB＝3V，则V1导通，输出被钳制在UF＝UA＝0V，V2反偏截止。

1．二极管钳位器

信号经过RC耦合电路将失去直流分量，将信号波形顶部或底部钳定在某一预定直流电平上，从而加入直流分量的电路即钳位器。图5.4-84A所示二极管顶部钳位器，对应波形为图B。电路的R和C组成耦合电路，电压源E为钳位电平，当输入信号V1﹥E时，VD导通，C迅速充电，输出VO即为E；当输入信号V1下降时，VD截止，C通过R放电，电路的RC时间常数远大于信号变化周期，C的压降变化很小，输出再现输入波形。图5.4-85A为底部钳位器，钳位情况类似顶部钳位器。

2．变压器RCD钳位电路

作用：防止漏感的冲击，为漏感能量提供泄放回路。

变压器的漏感是不可消除的，但可以通过合理的电路设计和绕制使之减小。图1为实际变压器的等效电路，励磁电感同理想变压器并联，漏感同励磁电感串联。励磁电感能量可通过理想变压器耦合到副边，而漏感因为不耦合，能量不能传递到副边，如果不采取措施，漏感将通过寄生电容释放能量，引起电路电压过冲和振荡，影响电路工作性能，还会引起EMI问题，严重时会烧毁器件，为抑制其影响，可在变压器初级并联无源RCD钳位电路。

工作原理：引入RCD钳位电路，目的是消耗漏感能量，但不能消耗主励磁电感能量，否则会降低电路效率。要做到这点必须对RC参数进行优化设计，下面分析其工作原理：当S1关断时，漏感Lk释能，D导通，C上电压瞬间充上去，然后D截止，C通过R放电。

RCD关断吸收电路（开关管关断保护）

RCD关断吸收电路有两种，一种是二极管和电容串联，电阻并联在二极管上，这种电路作用是减缓功率管关断时电压的上升速度，减小关断损耗；另一种是二极管和电容串联，电阻并联在电容上，这种电路的作用是限制功率管关断时的最高电压，防止功率管因关断过压而损坏。

第一个图所示的关断吸收电路在开关管上并联电容，当开关管导通时，电容Cv通过开关管V迅速放电，使得开通瞬间开关管V的附加电流很大，有可能损坏开关管。为了避免这种情况的发生，实用的关断吸收电路是RCD网络。由于其中包含二极管，故称为有极性吸收电路（Polarized Snubber）。

第二个图表示有极性关断吸收电路——RCD网络在Buck转换器中的应用，它与开关管并联。RCD的组成是将电阻Rv和二极管Dv并联后，再与电容Dv 串联。Rv的作用是在开关管开通时，限制电容Cv的放电电流，并将电容的储能转移到电阻Rv上消耗掉。二极管Dv的作用是在开关管关断时，使Cv可以经过二极管Dv充电，而Rv则被Dv短路。