RC、RL和RLC电路的基础知识

众所周知，整个电子元件可以分为两大类，一类是有源元件，另一类是无源元件。无源元件包括电阻器 (R)、电容器 (C) 和电感器 (L)。这是电子电路中最常用的三个组件，几乎可以在每个应用电路中找到它们。

将这三个组件以不同的组合在一起将形成RC、RL和RLC电路，它们有许多应用，如滤波电路、管灯扼流圈、多谐振荡器等。在本文中，小编将简单介绍下这些电路的基础知识以及电路原理差异。

在介绍这三种电路的原理之前，首先介绍下R、L和C在电路中的作用。

电阻器：电阻器用字母“R”表示。电阻器是一种主要以热量形式耗散能量的元件。它将有一个电压降，该电压降对于流过它的固定电流值保持固定。

电容器：电容器用字母“C”表示。电容器是以电场的形式(暂时)存储能量的元件。电容器抵抗电压的变化。电容器的种类很多，其中以陶瓷电容器和电解电容器居多，它们沿一个方向充电并沿相反方向放电。

电感器： 电感器用字母“L”表示。电感器也类似于电容器，它也存储能量，但以磁场的形式存储。电感器抵抗变化的电流。电感器通常是线圈绕线，与前两种元件相比很少使用。

当这些电阻器、电容器和电感器放在一起时，就可以形成像RC、RL和RLC这样的电路，它们表现出与时间和频率相关的响应，这在许多交流电路应用中是很有用的。此外，RC/RL/RLC电路可以用作滤波器、振荡器等。

基本原理

首先需要知道电阻器、电容器和电感器在电子电路中的行为。为了便于理解，这里设计一个由电容器和电阻器与电源 (5V) 串联组成的简单电路。在这种情况下，当电源连接到RC电路时，电阻器 (Vr) 两端的电压增加到其最大值，而电容器 (Vc) 两端的电压保持为零，然后电容器开始缓慢地建立电荷，因此电阻器两端的电压将降低，电容器两端的电压将增加，直到电阻器电压 (Vr) 达到零且电容器电压 (Vc) 达到其最大值。电路和波形可以在下面图中看到：

这里简单分析上图中的波形，以了解电路中实际发生的情况。下图显示了一个很好的波形。

当开关打开时，电阻两端的电压(红色波)达到最大值，电容器两端的电压(蓝色波)保持为零。然后电容器充电，Vr变为零，Vc变为最大值。同样，当开关关闭时，电容器放电，因此电阻器上出现负电压，并且随着电容器放电，电容器和电阻器电压都变为零，如上图所示。

其实，电感器也是如此。用电感器代替电容器，波形将被镜像，即当开关打开时，电阻器两端的电压 (Vr) 将为零，因为整个电压将出现在电感器 (Vl) 上。随着电感器对 (Vl) 两端的电压充电，它将达到零，电阻器两端的电压 (Vr) 将达到最大电压。

RC电路

RC电路(电阻电容电路)将由一个电容器和一个电阻器串联或并联到电压或电流源。这些类型的电路也被称为RC滤波器或RC网络，因为它们最常用于滤波应用。RC电路可用于制作一些粗滤器，如低通、高通和带通滤波器。一阶RC电路将仅由一个电阻器和一个电容器组成，下面简单来分析下。

为了了解RC电路，这里在proteus上创建一个基本电路，并在示波器上连接负载以分析其行为方式。RC电路和波形如下所示：

将一个已知电阻为1k Ohms的负载(灯泡)与一个470uF的电容器串联，形成一个RC电路。该电路由12V电池供电，开关用于闭合和断开电路。波形是在负载灯泡上测量的，在上图中以黄色显示。

最初，当开关打开时，电阻性灯泡负载 (Vr) 两端出现最大电压 (12V)，电容器两端的电压为零。当开关闭合时，电阻两端的电压将降至零，然后随着电容器充电，电压将回到最大值。

电容器充电所需的时间由公式T = 5Ƭ 给出，其中“Ƭ”是时间常数。

现在计算一下电容器在电路中充电所需的时间：

Ƭ = RC = (1000 * (470*10^-6)) = 0.47 秒

T = 5Ƭ = (5 * 0.47) T = 2.35秒。

所以计算出电容充电所需的时间为2.35秒，从上图也可以验证。Vr从0V达到12V所需的时间等于电容器从0V充电到最大电压所需的时间，这里使用下图中的光标进行说明。

同样，还可以使用以下公式计算任何给定时间电容器两端的电压和任何给定时间通过电容器的电流：

V(t) = V B (1 – e -t/RC )

I(t) =I o (1 – e -t/RC )

其中，V B是电池电压，I o是电路的输出电流。t的值是必须计算电容器的电压或电流值的时间(以秒为单位)。

RL电路

RL电路(电阻电感电路)将由一个电感器和一个电阻器再次串联或并联组成。串联RL电路将由电压源驱动，并联RL电路将由电流源驱动。RL电路通常用作无源滤波器，只有一个电感和一个电容器的一阶RL电路如下所示：

类似地，在RL电路中，必须用电感器代替电容器。假设灯泡充当纯电阻负载，并且灯泡的电阻设置为100欧姆的已知值。

当电路开路时，电阻负载上的电压将最大，当开关闭合时，来自电池的电压在电感器和电阻负载之间共享。电感器快速充电，因此电阻负载 R 将经历突然的电压下降。

电感充电所需的时间可以使用公式T = 5Ƭ 计算，其中“Ƭ”是时间常数。

现在计算一下电感器在电路中充电所需的时间，这里使用了一个值为1mH的电感器和一个值为100欧姆的电阻器，计算值如下：

Ƭ = L/R = (1 * 10^-3) / (100) = 10^-5秒

T = 5Ƭ = (5 * 10^-5) = 50 * 10 ^-6T = 50u秒。

同样，也可以使用以下公式计算任何给定时间电感两端的电压和任何给定时间通过电感的电流：

V(t) = V B (1 – e -tR/L )

I(t) =I o (1 – e -tR/L )

其中，V B是电池电压，I o是电路的输出电流。t的值是必须计算电感器的电压或电流值的时间(以秒为单位).

RLC电路

顾名思义，RLC电路由串联或并联的电阻、电容和电感组成。该电路形成了一个振荡器电路，该电路在无线电接收器和电视中非常常用。它也非常常用作模拟应用中的阻尼电路。下面介绍一阶RLC电路的谐振特性，电路图如下所示：

RLC电路也称为串联谐振电路、振荡电路或调谐电路。这些电路能够提供谐振频率信号，如下图所示：

在这里，使用一个100u的电容器C1和一个10mH的电感器L1通过一个开关串联。由于连接C和L的导线将具有一些内部电阻，因此假设是由于导线而存在少量电阻。最初，将开关2保持打开，并关闭开关1以从电池电源 (9V) 为电容器充电。然后一旦电容器被充电，开关1打开，然后开关2闭合。

一旦开关闭合，存储在电容器中的电荷就会移向电感器并对其充电。一旦电容器完全放电，电感器将开始向电容器放电，这样电荷将在电感器和电容器之间来回流动。但是由于在此过程中会出现一些电荷损失，总电荷将逐渐减少，直到达到零，如上图所示。

主要应用

电阻器、电感器和电容器可能是普通且简单的组件，但当它们组合在一起形成RC、RL和RLC电路等电路时，它们会表现出复杂的行为，使其适用于广泛的电路应用。下面列出了其中的几个列子，具体如下：

通讯系统

信号处理

电压/电流放大倍率

无线电波发射器

射频放大器

谐振LC电路

可变曲调电路

振荡器电路

滤波电路

总结

以上就是关于RC、RL及RLC电路原理差异内容介绍，不难看出，它们实际上是由电阻器、电容器和电感器不同形式的组合而来，虽然表现形式和应用电路不一样，但本质原理都是相似的。

在如今众多典型应用电路当中，RC、RL及RLC电路可以说像神一样的存在，其重要性不言而喻。因此，掌握RC、RL及RLC电路原理差异，可以更好的帮助你分析和设计不同的电子电路。