RC Dalga Formları

Önceki RC Şarj ve Deşarj eğitimlerinde, bir kapasitörün seri bağlı bir direnç aracılığıyla kendini hem şarj etme hem de boşaltma yeteneğine sahip olduğunu gördük. Bu kapasitörün tamamen şarj olması veya tamamen boşalması için geçen süre, sabit bir DC voltajı uygulandığında veya kaldırıldığında beş RC zaman sabitine veya 5T’ye eşittir.

Ancak bu sabit DC beslemesini, zaman periyodu veya frekansı tarafından belirlenen bir hızda maksimum değerden minimum değere sürekli değişen darbeli veya kare dalga dalga biçimine değiştirirsek ne olur? Bu, belirli bir RC zaman sabiti değeri için çıkış RC dalga biçimini nasıl etkiler?

Daha önce, bir voltaj uygulandığında kapasitörün 5T’ye kadar şarj olduğunu ve kaldırıldığında 5T’ye kadar boşaldığını görmüştük. RC şarj ve deşarj devrelerinde bu 5T zaman sabiti değeri, direnç-kapasitör (RC) kombinasyonu ile sabitlendiğinden her zaman doğru kalır. Daha sonra kapasitörü tam olarak şarj etmek veya boşaltmak için gereken gerçek süre, yalnızca kapasitörün kendisinin veya devredeki direncin değeri değiştirilerek değiştirilebilir ve bu aşağıda gösterilmiştir.

Tipik RC Dalga Formu

rc dalga formları
Tipik RC Dalga Formu

Kare Dalga Sinyali

Gerekli zaman sabitine sahip RC devreleri kullanılarak faydalı dalga şekilleri elde edilebilir. Darbe genişliği devrenin 5RC zaman sabitiyle ( 5T ) tam olarak eşleşen RC devresine sürekli bir kare dalga gerilim dalga biçimi uygularsak, kapasitör boyunca gerilim dalga biçimi şöyle görünür:

5RC Giriş Dalga Formu

rc dalga formları
5RC Giriş Dalga Formu

Kondansatör boyunca voltaj düşüşü, giriş voltajına göre Vc’ye kadar şarj etme ve sıfıra deşarj arasında değişir. Bu örnekte, giriş kare dalga voltajı dalga formunun frekansı (ve dolayısıyla ortaya çıkan zaman periyodu, ƒ = 1/T), 5RC zaman sabitininkinin iki katı ile tam olarak eşleşir.

Bu (10RC) zaman sabiti, kapasitörün giriş dalga formunun “AÇIK” periyodu (0 ila 5RC) sırasında tamamen şarj olmasına ve ardından “KAPALI” periyodu (5 ila 10RC) boyunca tamamen boşalmasına izin verir.

Giriş dalga biçiminin zaman periyodu daha uzun yapılırsa (düşük frekans, ƒ < 1/10RC): Örneğin “8RC”ye eşdeğer bir “AÇIK” yarım periyot darbe genişliğide kapasitör daha uzun süre tam şarjlı kalır. Arından tamamen boşalır ve gösterildiği gibi bir RC dalga formu üretir.

Daha Uzun Bir 8RC Giriş Dalga Formu

rc dalga formları
Daha Uzun Bir 8RC Giriş Dalga Formu

Ancak şimdi giriş dalga formunun toplam zaman periyodunu (daha yüksek frekans, ƒ > 1/10RC) “4RC” demek için azaltmış olsaydık, kondansatörün “AÇIK” periyot sırasında tam olarak şarj olması veya tamamen boşalması için yeterli zamanı olmazdı. Bu nedenle, kapasitör boyunca ortaya çıkan voltaj düşüşü, Vc, aşağıda gösterildiği gibi bir RC dalga formu üreten maksimum giriş voltajından daha az olacaktır.

Daha Kısa 4RC Giriş Dalga Formu

rc dalga formları
Daha Kısa 4RC Giriş Dalga Formu

Ardından, RC zaman sabitini veya giriş dalga formunun frekansını değiştirerek, Vc ile zaman, t arasında bir ilişki üreterek kapasitör üzerindeki voltajı değiştirebiliriz. Bu ilişki, çeşitli dalga biçimlerinin şeklini değiştirmek için kullanılabilir, böylece kapasitör boyunca çıkış dalga biçimi, girişinkine neredeyse hiç benzemez.

Frekans tepkisi

RC Integrator

Integrator, kare dalga giriş sinyalini üçgen dalga biçimi çıkışına dönüştüren bir tür Düşük Geçişli Filtre devresidir. Yukarıda görüldüğü gibi 5RC zaman sabiti, giriş RC dalga formunun zaman periyoduna kıyasla uzunsa, elde edilen çıktı üçgen şeklinde olacaktır. Giriş frekansı ne kadar yüksek olursa, girişinkine kıyasla çıkış genliği o kadar düşük olacaktır.

rc dalga formları
RC Integrator

Entegratör için ideal voltaj çıkışını şu şekilde elde ederiz:

rc dalga formları

RC Differentiator

Ayırıcı, kare dalga giriş sinyalini çıkışında yüksek frekans artışlarına dönüştürebilen Yüksek Geçişli Filtre tipi bir devredir. 5RC zaman sabiti, giriş dalga formunun zaman periyoduna kıyasla kısaysa, giriş döngüsündeki bir sonraki değişiklikten önce kapasitör daha hızlı bir şekilde tam olarak şarj olacaktır.

Kondansatör tamamen şarj olduğunda, direnç üzerindeki çıkış voltajı sıfırdır. Giriş dalga formunun düşen kenarının gelmesi, kapasitörün negatif bir çıkış artışı vererek yükü tersine çevirmesine neden olur. Ardından kare dalga girişi her döngü sırasında değiştikçe çıkış artışı pozitif bir değerden negatif bir değere değişir.

rc dalga formları
RC Differentiator

Farklılaştırıcı için aşağıdaki gibi ideal bir voltaj çıkışına sahip olduğumuzdan:

rc dalga formları

Alternatif Sinüs Dalgası Giriş Sinyali

Şimdi bu RC devrelerinin giriş RC dalga biçimini sinüzoidal bir Sinüs Dalgası voltaj sinyalininkiyle değiştirirsek, elde edilen çıkış RC dalga biçimi değişmeden kalacak ve sadece genliği etkilenecektir. Direnç, R veya Kapasitör, C konumlarını değiştirerek, giriş frekans değerine bağlı olarak bu iki devrenin frekans yanıtı ile basit bir birinci dereceden Düşük Geçiş veya Yüksek Geçiş filtreleri yapılabilir.

Düşük frekanslı sinyaller girişten çıkışa çok az veya hiç zayıflama ile geçirilirken, yüksek frekanslı sinyaller önemli ölçüde neredeyse sıfıra zayıflatılır. Yüksek Geçişli filtre devresi için de tersi geçerlidir. Normalde, yanıtın 3dB düştüğü nokta (kesim frekansı, ƒC) filtre bant genişliğini tanımlamak için kullanılır ve 3dB’lik bir kayıp, çıkış voltajında ​​orijinal değerin yüzde 70,7’sine bir azalmaya karşılık gelir.