ความเข้าใจของฉันเกี่ยวกับวงจร RC นั้นใช้งานไม่ได้

ผมถามเป็นคำถามที่ค่อนข้างง่าย น่าเสียดายที่คำตอบนั้นกระตุ้นคำถามอีกมากมาย! :-(

ดูเหมือนว่าฉันไม่เข้าใจวงจร RC เลย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหตุใดจึงมี R อยู่ในนั้น ดูเหมือนไม่จำเป็นเลย แน่นอนว่าตัวเก็บประจุกำลังทำงานทั้งหมดอยู่ใช่ไหม คุณต้องการตัวต้านทานเพื่ออะไร

เห็นได้ชัดว่ารูปแบบจิตของฉันของการทำงานสิ่งนี้ไม่ถูกต้องอย่างใด ดังนั้นฉันจะพยายามอธิบายรูปแบบจิตของฉัน:

หากคุณพยายามที่จะส่งผ่านกระแสตรงผ่านตัวเก็บประจุคุณเพียงแค่เรียกเก็บเงินสองแผ่น กระแสจะยังคงไหลต่อไปจนกว่าตัวเก็บประจุจะถูกประจุจนเต็มซึ่งจะไม่มีกระแสใดไหลออกมา ณ จุดนี้ปลายทั้งสองของสายอาจไม่ได้เชื่อมต่อด้วยซ้ำ

จนกระทั่งนั่นคือคุณย้อนกลับทิศทางของกระแส ขณะนี้กระแสสามารถไหลได้ในขณะที่ตัวเก็บประจุปล่อยออกมาและยังคงไหลในขณะที่ตัวเก็บประจุชาร์จในขั้วตรงข้าม แต่หลังจากนั้นประจุจะกลายเป็นประจุเต็มอีกครั้งและไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้อีก

ดูเหมือนว่าถ้าคุณผ่านกระแสสลับผ่านตัวเก็บประจุหนึ่งในสองสิ่งจะเกิดขึ้น หากช่วงเวลาคลื่นยาวกว่าเวลาในการชาร์จตัวเก็บประจุอย่างเต็มที่ตัวเก็บประจุจะใช้เวลาส่วนใหญ่ในการชาร์จจนเต็มและด้วยเหตุนี้กระแสส่วนใหญ่จะถูกปิดกั้น แต่ถ้าช่วงคลื่นสั้นลงตัวเก็บประจุจะไม่ถึงสถานะประจุเต็มและกระแสส่วนใหญ่จะผ่านได้

ด้วยตรรกะนี้ตัวเก็บประจุตัวเดียวจะเป็นตัวกรอง high-pass ที่ดีอย่างสมบูรณ์แบบ

ดังนั้น ... ทำไมทุกคนยืนยันว่าคุณต้องมีตัวต้านทานและสร้างตัวกรองที่ใช้งานได้ ฉันพลาดอะไรไป

ยกตัวอย่างเช่นพิจารณาวงจรนี้จาก Wikipedia:

สิ่งที่นรกที่ต้านทานการทำมี? แน่นอนทั้งหมดที่ทำคือการลัดวงจรกำลังทั้งหมดเช่นที่ไม่มีกระแสถึงด้านอื่น ๆ เลย

พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:

นี่มันแปลกไปหน่อย ตัวเก็บประจุแบบขนาน? อืม ... ฉันคิดว่าถ้าคุณเชื่อว่าตัวเก็บประจุบล็อก DC และผ่าน AC นั่นก็หมายความว่าที่ความถี่สูงตัวเก็บประจุจะลัดวงจรออกวงจรเพื่อป้องกันไม่ให้พลังงานผ่านในขณะที่ตัวเก็บประจุที่มีความถี่ต่ำ ไม่มี. ดังนั้นนี่จะเป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำ ยังไม่อธิบายตัวต้านทานแบบสุ่มผ่านปิดกั้นพลังเกือบทั้งหมดบนรางนั้น ...

เห็นได้ชัดว่าคนที่ออกแบบสิ่งนี้รู้สิ่งที่ฉันไม่ได้จริง ๆ ! มีใครสอนฉันได้ไหม ฉันลองบทความ Wikipedia เกี่ยวกับวงจร RC แต่พูดถึงเรื่องของ Laplace มันเรียบร้อยที่คุณสามารถทำได้ฉันพยายามทำความเข้าใจฟิสิกส์พื้นฐาน และล้มเหลว!

(ข้อโต้แย้งที่คล้ายกันกับข้างต้นชี้ให้เห็นว่าตัวเหนี่ยวนำโดยตัวมันเองควรสร้างตัวกรองความถี่ต่ำที่ดี - แต่อีกครั้งวรรณกรรมทั้งหมดดูเหมือนจะไม่เห็นด้วยกับฉันฉันไม่รู้ว่ามันคุ้มค่ากับคำถามที่แยกต่างหากหรือไม่)

มาลองสไตล์บันไดของ Wittgensteinกันดีกว่า

ก่อนอื่นมาลองพิจารณาสิ่งนี้:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

เราสามารถคำนวณกระแสผ่าน R1 ด้วยกฎของโอห์ม:

เรารู้ด้วยว่าแรงดันไฟฟ้าข้าม R1 คือ 1V หากเราใช้กราวด์เป็นข้อมูลอ้างอิงแล้ว 1V ที่ด้านบนของตัวต้านทานจะกลายเป็น 0V ที่ด้านล่างของตัวต้านทานได้อย่างไร ถ้าเราติดโพรบได้ที่ไหนสักแห่งที่อยู่ตรงกลางของ R1 เราควรวัดแรงดันที่ไหนสักแห่งระหว่าง 1V ถึง 0V ใช่ไหม?

ตัวต้านทานที่มีโพรบที่เราสามารถเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ได้ ... ฟังดูเหมือนโพเทนชิออมิเตอร์ใช่ไหม

^{จำลองวงจรนี้}

ด้วยการปรับปุ่มบนโพเทนชิออมิเตอร์เราสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ระหว่าง 0V ถึง 1V

ทีนี้ถ้าเกิดอะไรขึ้นแทนที่จะเป็นหม้อเราจะใช้ตัวต้านทานแบบแยกสองตัว?

^{จำลองวงจรนี้}

นี่คือสิ่งเดียวกันโดยหลักยกเว้นว่าเราไม่สามารถขยับที่ปัดน้ำฝนบนโพเทนชิออมิเตอร์: มันติดอยู่ที่ตำแหน่งที่ 3/4 จากด้านบน ถ้าเราได้ 1V ที่ด้านบนและ 0V ที่ด้านล่างแล้ว 3 / 4th ของทางเราควรคาดว่าจะเห็น 3 / 4th ของแรงดันไฟฟ้าหรือ 0.75V

สิ่งที่เราได้ทำคือการแบ่งแรงดันทาน พฤติกรรมมันอธิบายอย่างเป็นทางการโดยสมการ:

ทีนี้จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเรามีตัวต้านทานที่มีความต้านทานเปลี่ยนไปตามความถี่? เราสามารถทำสิ่งที่เรียบร้อย นั่นคือสิ่งที่ตัวเก็บประจุ

ที่ความถี่ต่ำ (ความถี่ต่ำสุดคือ DC) ตัวเก็บประจุจะดูเหมือนตัวต้านทานขนาดใหญ่ (ไม่มีที่สิ้นสุดที่ DC) ที่ความถี่สูงตัวเก็บประจุจะมีลักษณะเป็นตัวต้านทานที่เล็กกว่า ที่ความถี่ไม่มีที่สิ้นสุดตัวเก็บประจุจะต้องมีความต้านทานเลย: ดูเหมือนลวด

ดังนั้น:

^{จำลองวงจรนี้}

สำหรับความถี่สูง (ด้านบนขวา) ตัวเก็บประจุจะมีลักษณะเป็นตัวต้านทานขนาดเล็ก R3 มีขนาดเล็กกว่า R2 มากดังนั้นเราจะวัดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมากที่นี่ เราสามารถพูดได้ว่าอินพุตได้รับการลดทอนมาก

สำหรับความถี่ต่ำ (ขวาล่าง) ตัวเก็บประจุจะมีลักษณะเป็นตัวต้านทานขนาดใหญ่ R5 นั้นใหญ่กว่า R4 มากดังนั้นที่นี่เราจะวัดแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่มาก ๆ , เกือบทั้งหมดของแรงดันไฟฟ้านั่นคือ, แรงดันไฟฟ้าเข้าได้รับการลดทอนน้อยมาก

ดังนั้นความถี่สูงจึงถูกลดทอนและความถี่ต่ำไม่ได้ ฟังดูเหมือนฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ

และถ้าเราแลกเปลี่ยนสถานที่ของตัวเก็บประจุและตัวต้านทานผลก็จะกลับด้านและเรามีตัวกรองความถี่สูง

อย่างไรก็ตามตัวเก็บประจุไม่ใช่ตัวต้านทานจริงๆ สิ่งที่พวกเขาแม้ว่าจะมีความต้านทาน ความต้านทานของตัวเก็บประจุคือ:

ที่ไหน:

• $C$
• $f$
• $j$$\sqrt{-1}$

$f$

$j$$Z$$R$

และจากนี้คุณสามารถคำนวณพฤติกรรมของวงจร RC ใด ๆ และอีกมากมาย

physics

กรองผ่านต่ำ

คุณไม่ชอบ R ใช่มั้ย ทีนี้สมมุติว่าตัวต้านทานไม่อยู่ตรงนั้น -

อุ๊ปส์เราทำไม่ได้! มีความต้านทานอยู่เสมอ คุณไม่ต้องคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าไม่มีมัน สายไฟจะมีมิลลิวินาทีหรือไมโครโอห์ม แต่ก็ยังมีความต้านทานอยู่บ้าง ยิ่งมีขนาดเล็กลงเท่าใดจุด 3-dB ของคุณก็จะยิ่งสั้นลงตามสูตร 3-dB ที่ใช้ง่ายของเรา - และ "low pass" ที่น้อยลงจะกลายเป็น การเพิ่มตัวต้านทานแบบไม่ต่อเนื่องช่วยให้คุณสามารถเลือกจุด 3-dB แทนการหาค่าความต้านทานแบบลวดหรือร่องรอยขนาดเล็กซึ่งส่วนใหญ่คุณไม่รู้ (และไม่สามารถวัดได้!)

ตัวกรองผ่านสูง

ที่นี่เราสามารถจินตนาการถึงชีวิตที่ปราศจากอาร์คืนหนึ่งคุณได้ทะเลาะกับมันและด้วยความโกรธแค้นคุณเอามันออกไป ตอนนี้สมมติว่ามันขาดไป

แต่ตอนนี้ดูสิ่งที่เรามี; ตัวเก็บประจุเป็นตัวต้านทานขนาดใหญ่ที่เป็นใบ้ซึ่งความต้านทานดังที่คุณทราบนั้นแปรผกผันกับความถี่

มันยังเป็นตัวกรองในแง่ที่ว่ามันจะลดทอนแรงดันไฟฟ้าของความถี่บางอย่าง แน่นอนมันจะบล็อก DC; ในแง่นั้นมันคือ "low pass" แต่ตอนนี้มันแย่มาก! ทำไม?

สำหรับความถี่ต่ำอย่างที่ฉันบอกตอนนี้มันเป็นแค่ตัวต้านทาน "ใหญ่" ขึ้นอยู่กับว่าคุณกำลังดึงกระแสไฟฟ้ามากน้อยแค่ไหนนั่นหมายความว่าความถี่ต่ำจะถูกลดทอนลงบ้างดังที่คุณทราบยิ่งคุณดึงกระแสอิมพีแดนซ์ได้มากเท่าไหร่

แต่เช่นในกรณีตัวกรอง low-pass เมื่อคุณลบ R ตอนนี้วงจรของคุณขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณไม่ได้ควบคุม: กระแส หากตัวกรองนี้เชื่อมต่อกับโหลดความต้านทานสูง (เช่น megaohm) กระแสไฟฟ้าน้อยมากจะถูกวาด ตัวเก็บประจุจะไม่ลดลงแรงดันไฟฟ้ามากสำหรับความถี่ส่วนใหญ่และดังนั้นจึงอาจไม่อยู่ที่นั่น คุณต้องการใส่ตัวกรองนี้ได้ทุกที่และใช้งานได้ตามที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

ลองดูการจำลองบางอย่าง สมมติว่าคุณมีฝา 1uF และโหลดของคุณคือ 1k:

(ไม่ต้องสนใจพล็อตเฟสเนื่องจากไม่เกี่ยวข้องกับโพสต์นี้) ตกลงเรามีการเริ่มต้นประมาณ 200Hz ไม่เป็นไรฉันเดาว่าถ้านั่นคือสิ่งที่คุณต้องการ แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อตัวต้านทานเปลี่ยน คืออะไรจะเกิดขึ้นเมื่อวงจรของคุณต้องการกระแสต่าง ๆ กัน?

ความดี! จุด 3dB ของเราอยู่ที่ประมาณ 1Hz ดังนั้น "ตัวกรอง" ของเราจึงเคลื่อนที่ไปทั่วทุกที่เมื่อมีบางสิ่งในวงจรของคุณต้องการให้กระแสเปลี่ยน! มันไม่อาจคาดเดาได้ทั้งหมด

ดังนั้นคุณต้องแก้ไขด้วยตัวต้านทานและนำกลับมาและแก้ไขตัวกรองของคุณ

เดี๋ยวก่อน - R จะแก้ไขตัวกรองความถี่สูงของคุณอย่างไรคุณถาม? มันและตัวเก็บประจุมันทำหน้าที่เป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า! ถ้ามันแข็งพอ - นั่นคือถ้าอิมพีแดนซ์ของเอาต์พุตต่ำกว่าอิมพีแดนซ์อินพุตมากในการขับวงจรส่วนที่เหลือของคุณ - มันจะป้องกันตัวกรองของคุณจากการเปลี่ยนแปลงในการดึงปัจจุบัน

ฉันรู้ว่าคุณมีคำตอบมากมายแล้ว ให้ฉันลองวิธีของตัวเอง

สิ่งที่ฉันต้องออกแบบคือตัวกรอง ทั้ง low-pass และ high-pass สิ่งที่ฉันมีคือตัวเก็บประจุเท่านั้น

พิจารณาการใช้งานครั้งแรกที่องค์ประกอบทั้งหมดเป็นอุดมคติ

เมื่อวัด Vout ด้วยออสซิลโลสโคปในอุดมคติสิ่งที่เราจะได้คือ Vout = Vin

ดังนั้นวงจรนี้ไม่สามารถทำงานเป็นตัวกรองใด ๆ

พิจารณาการใช้งานครั้งที่สอง

ที่นี่ไม่มีกระแสผ่าน C และด้วยเหตุนี้ Vout คือ Vin

ดังนั้นวงจรที่สองจึงไม่สามารถทำงานเป็นตัวกรองได้

ดังนั้นหนึ่งไม่สามารถใช้ตัวกรองกับตัวเก็บประจุ (อย่างน้อยในกรณีที่เหมาะ)

ทีนี้มาถึงแบบจำลองทางจิตของคุณอย่างที่คุณบอกว่า "กระแสจะยังคงไหลต่อไปจนกว่าตัวเก็บประจุจะประจุเต็ม .. "

แต่คุณเคยคิดบ้างไหมว่าจะใช้เวลานานเท่าใดในการที่ตัวเก็บประจุจะประจุเต็ม?

เวลาในการชาร์จของตัวเก็บประจุถูกกำหนดโดยค่าความจุ C และกระแสที่ไหลผ่านมัน (ซึ่งสามารถควบคุมได้โดยการวางตัวต้านทานของค่าที่เหมาะสมในอนุกรมกับ C)

กล่าวสั้น ๆ ว่าเวลาในการชาร์จนั้นขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ RC

ตอนนี้การวางความต้านทานอัน จำกัด ในอนุกรมกับ C เราสามารถควบคุมเวลาที่ตัวเก็บประจุเพื่อรับประจุเต็ม ดังนั้นด้วยความต้านทานอนุกรม R วงจรแรกสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกรองความถี่ต่ำและวงจรที่สองสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกรองสัญญาณความถี่สูงตามที่แสดงในคำถามของคุณ

ถ้า R = 0 (ลัดวงจร) ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จทันทีและทำหน้าที่เป็นวงจรเปิดสำหรับทุกความถี่ นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในวงจรแรก

ถ้า R = อินฟินิตี้ (วงจรเปิด) ตัวเก็บประจุจะไม่เริ่มชาร์จหรือไม่มีกระแสไหลผ่านตัวเก็บประจุ และนั่นเกิดขึ้นในวงจรที่สอง

ลืมความคิดของ " พลัง "ทะลุผ่าน"; พลังงานคือผลผลิตของกระแสและแรงดันและชนิดของแอปพลิเคชั่นที่คุณจะเห็นการกำหนดค่าส่วนประกอบนี้ไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงาน

ในวงจร AC ง่าย (ขอเริ่มต้นที่นี่อย่างน้อย) ตัวเก็บประจุมีลักษณะที่เรียกว่าปฏิกิริยา ปฏิกิริยาเป็นหลักความสัมพันธ์ระหว่างความจุและความถี่ของสัญญาณที่เกี่ยวข้อง มันคำนวณโดยใช้สูตรที่น่าอับอายที่ 1 / 2πfCโดยที่fคือความถี่ในเฮิรตซ์และCเป็นประจุไฟฟ้าใน Farads และวัดเป็นโอห์ม โดยพื้นฐานแล้วตัวเก็บประจุเป็นตัวต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่

สำหรับส่วนประกอบที่มีปฏิกิริยาเช่นหมวกและตัวเหนี่ยวนำมักจะมีความต้านทานตามความถี่มักเรียกว่าอิมพีแดนซ์ความต้านทานคุณมักจะพบวงจรหรืออุปกรณ์ที่มี "อิมพีแดนซ์อินพุต" มากกว่าความต้านทานหมายความว่ามันอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความถี่สัญญาณอินพุท แต่โดยทั่วไปควรจะแบน (ish) ในช่วงความถี่ที่วงจร / อุปกรณ์มีไว้สำหรับ

กลับไปที่การรวมตัวต้านทานอย่างลึกลับ คิดย้อนกลับไปที่ความคิดเห็นก่อนหน้าของฉันเกี่ยวกับฝาเป็นตัวต้านทานควบคุมความถี่ นั่นหมายความว่าสำหรับความถี่ที่กำหนดตอนนี้คุณมีตัวต้านทานสองตัวที่สร้างตัวแบ่งที่เป็นไปได้ ถ้าคุณรู้จัก R และ C คุณสามารถพล็อตกราฟของ Vout กับความถี่

สถานที่ที่พบบ่อยที่สุดที่คุณจะพบกับตัวกรองเหล่านี้อยู่ในวงจรการประมวลผลสัญญาณขั้นพื้นฐาน / แฝง หนึ่งคาดว่าจะเห็นการกำหนดค่าผ่านสูงที่อินพุตไปยังเครื่องขยายเสียงในการปฏิบัติงาน (เพื่อบันทึกการขยายความถี่ต่ำที่น่ารังเกียจ แอมป์สหกรณ์ได้รับประโยชน์จากการมีอินพุตอิมพิแดนซ์ขนาดใหญ่ - โดยทั่วไปคือเทอโรห์ - ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถพูดได้ว่าตัวต้านทานแบบขนานกำลังดูดออกจากกระแสเนื่องจากมันเป็นจุดประสงค์ที่แน่นอน: เกือบจะไม่มีกระแสไฟฟ้าใด ๆ ด้วยตัวเองจะไร้ประโยชน์

ใช่สิ่งต่าง ๆ เปลี่ยนไปเล็กน้อยเมื่อคุณย้ายไปที่แอมป์ปัจจุบัน แต่นั่นเป็นหัวข้อที่ต่างออกไป แอมป์ทรานซิสเตอร์อยู่ในลีกของพวกเขาและเหนือกว่าคำถามนี้เล็กน้อย

อย่างไรก็ตามสำหรับข้อมูลเพิ่มเติมบางอย่างมีสถานการณ์ที่พลังงานเป็นถ่ายโอนข้ามการกำหนดค่าตัวต้านทานชุด / ตัวเก็บประจุแบบขนาน ผู้ชนะในประเภทนั้นคือชื่อของสายไฟ (กำลังไฟฟ้าทั่วประเทศและอื่น ๆ ) การวิเคราะห์สายส่งนั้นกระทำโดยการสร้างแบบจำลองสายไฟเป็นตัวต้านทานแบบอนุกรมพร้อมฝาปิดแบบขนานและตัวเหนี่ยวนำซึ่งแสดงถึงความต้านทานของลวดทองแดงความจุกาฝากระหว่างตัวนำทองแดงและเปลือกนอก "กราว" และแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากภายนอก ปัจจัยตามลำดับ ในกรณีเช่นนี้ส่วนประกอบเหล่านี้แสดงถึงความไม่สมบูรณ์ในโลกแห่งความเป็นจริงดังนั้นพลังงานจึงสูญเสียไป รูปแบบการส่งสัญญาณแบบกระจาย (ชื่ออาจแตกต่างกัน) จะใช้วงจร LRC นี้บนพื้นฐาน 'ต่อหน่วยระยะทาง' เช่นวงจรจำนวนมากเหล่านี้ถูกรวมเข้าด้วยกันหลังจากนั้นอีกหนึ่งวงจรเพื่อเป็นตัวแทนของสายไฟความยาวโดยเฉพาะ

ตัวต้านทานทำขึ้นเพื่อควบคุมกระแส ดูเหมือนว่าคุณจะลืมแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุไม่สามารถเปลี่ยนได้ทันทีมันเป็นผลมาจากประจุลบที่สะสมอยู่บนแผ่นหนึ่งและจากที่อื่นไปในที่สุดก็ส่งผลให้เกิดสนามไฟฟ้าเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้า หากแรงดันไฟฟ้านี้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันทีและคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสายไฟจะต้องลดความต่างของแรงดันไฟฟ้านั้นและความต้านทานจะมีขนาดเล็กซึ่งจะทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ (U = RI) โดยทั่วไปจะไม่มีอะไรทำให้อิเล็กตรอนช้าลงยกเว้นสายไฟ กระแสไฟฟ้าที่ไม่สามารถควบคุมได้สูงมากจะทำการประจุตัวเก็บประจุในเวลาไม่นานหากไม่เกิดความเสียหายซึ่งจะทำให้ตัวกรองไร้ประโยชน์ตามที่ควรจะดูดซับและส่งมอบกระแสไฟฟ้าตามที่ต้องการ

บางครั้งต้องการปฏิกิริยาสูงสำหรับตัวเก็บประจุแยกตัวเก็บประจุที่ไม่มีตัวต้านทาน จำกัด แต่ไม่ได้อยู่ในตัวกรอง

โปรดทราบว่าหากคุณจ่ายกระแสไฟฟ้าคุณไม่จำเป็นต้องมีตัวต้านทาน จำกัด กระแส แต่คุณต้องใช้ตัว จำกัด แรงดันไฟฟ้าเนื่องจากแรงดันตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงและในที่สุดก็จะผ่านแรงดันพัง แต่มันไม่ใช่ตัวกรอง คุณจะใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อกรองกระแส

ในเครื่องตรวจจับรอบสูง / เครื่องตรวจจับขอบ (วงจรแรก) ตัวต้านทานจะอยู่ในรูปของตัวแบ่งแรงดันพร้อมตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุบอกว่าทำหน้าที่เหมือนตัวต้านทานขึ้นอยู่กับความถี่ (พวกมันยังเปลี่ยนเฟสสัญญาณ แต่ปล่อยให้สไลด์นั้น) ตัวต้านทานจะอยู่ที่นั่นเพื่อสร้างแรงดันที่ขึ้นอยู่กับความถี่โดยไม่ต้องวาดกระแสใด ๆ : ที่ความถี่สูงความต้านทานของตัวเก็บประจุจะลดลงและคุณจะได้รับอินพุตมากขึ้น (และกลับกัน) ดังนั้นหากไม่มีตัวต้านทานนั้นถ้าไม่มีกระแสถูกดึงอินพุตจะถูกมิเรอร์ในเอาต์พุต (ไม่มีแรงดันตก)

ในตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำตัวต้านทานจะอยู่ที่นั่นเพื่อสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้ายกเว้นว่าในเวลานี้แรงดันไฟฟ้าที่น่าสนใจคือข้ามตัวเก็บประจุ ("แข็งแกร่งขึ้นด้วยเวลา" => low pass) ไม่ใช่ภาพปัจจุบัน ทำให้อ่อนแอลงตามเวลา "=> บัตรผ่านสูง) หากคุณลัดวงจรตัวต้านทานตัวเก็บประจุจะตอบสนองเร็วเกินไปและจะไร้ประโยชน์ในฐานะตัวกรองเหมือนกับที่ฉันได้กล่าวไว้ในตอนต้นของโพสต์นี้

เป็นคำถามที่ดีมาก

ดูเหมือนว่าถ้าคุณผ่านกระแสสลับผ่านตัวเก็บประจุหนึ่งในสองสิ่งจะเกิดขึ้น หากเวลาในการชาร์จตัวเก็บประจุอย่างเต็มที่นั้นยาวกว่าช่วงเวลาของคลื่นตัวเก็บประจุจะใช้เวลาส่วนใหญ่ในการชาร์จจนเต็มและด้วยเหตุนี้กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่จึงถูกปิดกั้น แต่ถ้าช่วงคลื่นสั้นลงตัวเก็บประจุจะไม่ถึงสถานะประจุเต็มและกระแสส่วนใหญ่จะผ่านได้

ฉันเห็นด้วยกับส่วนหนึ่งของการวิเคราะห์นี้ หากคุณใส่กระแสลงในตัวเก็บประจุคุณสามารถหาแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นได้ง่ายๆโดยใช้

$V = \frac{1}{C}\int i(t)dt$

อย่างไรก็ตามคุณจะเริ่มพูดคุยเกี่ยวกับตัวเก็บประจุที่ "ชาร์จเต็ม" ตัวเก็บประจุมีประจุอะไรเต็มแรงดัน? มีแรงดันไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุอาจแตกสลาย แต่ฉันไม่คิดว่านั่นคือสิ่งที่คุณคิด

มันไม่สมเหตุสมผลเลย กระแสนี้มาจากไหน โดยปกติแล้วจะทำงานกับแรงดันไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น - ฉันมีเวลาง่ายกว่ามากในการใช้แรงดันไฟฟ้าแบบไซน์กับตัวเก็บประจุมากกว่ากระแสไฟฟ้าแบบไซน์

ดังนั้นนี่คือสัญชาติญาณของฉัน:

• $I = \frac{V}{R}$ .
• $I = C\frac{dV}{dt}$ T
• $\frac{dV}{dt}$มีขนาดเล็กดังนั้นจึงไม่มีกระแสผ่านตัวเก็บประจุมากนัก เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าน้อยจึงมีแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยข้ามตัวต้านทานและแรงดันไฟฟ้าส่วนใหญ่อยู่ในตัวเก็บประจุ
• $\frac{dV}{dt}$
• $f = \frac{1}{2\pi RC}$
• หากไม่มีตัวต้านทานคุณจะไม่สามารถบอกได้ว่าความถี่ต่ำและความถี่สูงข้ามกันที่ไหน

PS: คุณถูกต้องเกี่ยวกับ "การปิดกั้นพลังงาน" - หากคุณต้องการถ่ายโอนกระแสที่ไหลผ่านตัวกรองนี้ไปยังสิ่งอื่นที่อยู่ด้านล่างของบรรทัดมันจะทำงานแตกต่างกัน

สำหรับตัวกรอง low-pass: ตัวต้านทานจะมีการ จำกัด กระแสจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า ในทางทฤษฎีได้ใช้ส่วนประกอบในอุดมคติดังนั้นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้านี้จึงสามารถส่งมอบกระแสไม่สิ้นสุด หากเรานำตัวต้านทานออกมาจะไม่มีการกรองเลยตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จเข้ากับแรงดันไฟฟ้าอินพุตทันที นั่นคือสิ่งที่ความต้านทานเข้ามาเล่น เมื่อแรงดันตัวเก็บประจุที่ไม่ใช่ศูนย์เริ่มล้าหลังอินพุตและดังนั้นจึงสร้างเอฟเฟ็กต์การกรอง และถ้าแหล่งจ่ายกระแสอุดมคติที่เชื่อมต่อกับตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน RC สามารถนำ R ออกมาได้จริงเนื่องจากไม่มีผลต่อกระแสไหล

หากคุณพยายามที่จะส่งผ่านกระแสตรงผ่านตัวเก็บประจุคุณเพียงแค่เรียกเก็บเงินสองแผ่น กระแสจะยังคงไหลต่อไปจนกว่าตัวเก็บประจุจะถูกประจุจนเต็มซึ่งจะไม่มีกระแสใดไหลออกมา

ตัวต้านทานจะตอบคำถามว่า "มีกระแสมากเท่าไหร่" และด้วยเหตุนี้คำถามที่ว่ากระแสจะไหลต่อไปนานเท่าใด

"กระแสไฟฟ้าจะไหลต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่าตัวเก็บประจุจะประจุเต็ม" ทำให้เข้าใจผิด หากเรากำลังพูดถึง "กระแสตรง" กระแสไฟฟ้าจะไหลต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่าตัวเก็บประจุจะส่งสัญญาณลาออก สำหรับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้านั้นสามารถส่งกลิ่นได้อย่างน่าประหลาดใจ

ตอนนี้โดยปกติแล้วเราไม่มีแหล่งจ่ายกระแสในอุดมคติ เป็นเรื่องปกติที่จะมีแหล่งจ่ายแรงดันและตัวต้านทาน (คำใบ้คำแนะนำ) และกระแสผ่านตัวต้านทานจะลดลงในขณะที่แรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุใกล้กับแรงดันในอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทาน อัตราส่วนระหว่างความต่างศักย์ไฟฟ้านี้กับกระแสไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยตัวต้านทาน

หากคุณใช้ CURRENT ตัวต้านทานจะไม่ทำอะไรเลยและแรงดันไฟฟ้าบนฝาปิดจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงเป็นระยะอนันต์ อย่างไรก็ตามหากคุณใช้ VOLTAGE แล้วตัวต้านทานจะ 'ต้านทาน' การไหลของกระแสไฟฟ้าและสร้างแรงดันตกคร่อมของฝ่ายตรงข้าม ตัวเก็บประจุจะเห็นเพียงส่วนหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าและสิ่งที่ตัวต้านทานกระแสให้ ในขณะที่ฝาปิดชาร์จประจุแรงดันไฟฟ้าบนฝาครอบจะเพิ่มขึ้นและตัวต้านทานจะช่วยให้กระแสไหลผ่านได้น้อยลง แรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานจะเข้าหาศูนย์โดยไม่บอกทาง

ตัวเก็บประจุจะไม่โหลดจริง ๆ จะผ่านความถี่ต่ำโดยพลการเนื่องจากไม่มีเส้นทางปัจจุบันเพื่อชาร์จหรือคายประจุ

หากเวลาในการชาร์จประจุเต็มที่ตัวเก็บประจุจะนานกว่าช่วงคลื่น

$R \cdot C$

หากคุณนำตัวต้านทานออกจากวงจรแรกและไม่มีอะไรที่ Vout คุณก็จะไม่มีวงจร - ไม่มีวงรอบที่กระแสสามารถไหลได้ ในความเป็นจริงถ้าคุณพูดหนึ่งเมตรหรือสัญญาณเสียงที่นั่นก็จะมีลักษณะเป็นตัวต้านทานของเมกะเฮิรตซ์ กระแสไหลผ่านตัวเก็บประจุผ่านมิเตอร์และกลับไปที่รางลบ การใส่ตัวต้านทานที่เฉพาะเจาะจงจะช่วยให้คุณสามารถคำนวณความต้านทานได้อย่างสมเหตุสมผล มันไม่เบี่ยงเบนพลังงาน - ตามความเป็นจริงตามกฎของโอห์มมันจะพัฒนาแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ

ในตัวอย่างอื่น ๆ ตัวต้านทานแบบอนุกรมมีมิฉะนั้น Vout จะเท่ากับ Vin เสมอ มันล่าช้าการชาร์จของตัวเก็บประจุเพื่อค่าคงที่เวลาที่เฉพาะเจาะจง

ตัวเหนี่ยวนำในตัวของมันเองเรียกว่า "โช้ก" และเป็นตัวกรอง lowpass ที่มีประสิทธิภาพ มันไม่เคยมีทั้งหมดด้วยตัวเองมี picofarads ความจุลวดอยู่เสมอ ..

(คำถามของคุณพูดถึงแรงดันไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าและพลังงานอย่างไม่ระมัดระวังซึ่งอาจทำให้คุณสับสน)

หากไม่มีตัวต้านทานที่เกิดขึ้นจริงหรือโดยนัยในวงจรของคุณคุณกำลังขับตัวเก็บประจุที่มีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในอุดมคติหรือแหล่งจ่ายกระแสอุดมคติ การใส่ตัวต้านทานแบบอนุกรมกับแหล่งกระแสในอุดมคตินั้นไม่มีจุดหมายดังนั้นกรณีที่น่าสนใจเพียงอย่างเดียวก็คือตัวต้านทานกระแสไฟฟ้าในอุดมคติ

$d/dt U * C$

อย่างไรก็ตามจุดประสงค์ปกติขององค์ประกอบ RC นั้นไม่ได้เป็นตัวแยกความแตกต่าง แต่เป็นองค์ประกอบล่าช้า การใส่ตัวต้านทานเป็นอนุกรมจะ จำกัด กระแสและทำให้ตัวเก็บประจุหยุดการติดตามแรงดันไฟฟ้าทันที

@ คณิตศาสตร์หรือขอบคุณสำหรับคำถามที่ยอดเยี่ยมและวิธีการใช้เหตุผลที่ใช้งานง่าย ฉันชื่นชมคุณเพราะฉันเองก็พยายามตอบคำถามเหล่านี้ด้วยวิธีนี้เสมอ ฉันจะแบ่งปันความคิดเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่จะเพิ่มสิ่งใหม่ ๆ ให้กับสิ่งที่พูดไปแล้ว

แน่นอนในกรณีของวงจร CR ที่แตกต่างกันด้านล่างตัวต้านทานสามารถถูกละเว้นได้ถ้าคุณแทนที่มันด้วยโหลดตัวเอง ... แต่โหลดควรมีความต้านทานต่ำพอ เป็นไปได้ที่นี่เนื่องจากโหลดถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวเก็บประจุ

ในกรณีของวงจรรวม RC ด้านล่างจะไม่สามารถมองข้ามได้เนื่องจากโหลดเชื่อมต่อแบบขนานกับตัวเก็บประจุ แล้วตัวต้านทานในการจัดเรียงนี้คืออะไร?

ตัวเก็บประจุเป็นชนิดของ "ภาชนะ" ที่ควรจะ "เติม" ของ "ของเหลว"; ดังนั้นปริมาณอินพุทจึงเป็นเหมือนกระแส (กระแส) ... และปริมาณเอาต์พุตคือแรงดันเหมือน (แรงดันไฟฟ้า) ... มันเป็นอุปกรณ์ที่มีอินพุทกระแสและแรงดันเอาท์พุท ... .. กIntegrator ปัจจุบันต่อแรงดันไฟฟ้า คุณต้องขับรถ ("เติม") โดยใช้แหล่งจ่ายกระแส ... แต่คุณมีแหล่งจ่ายแรงดัน ดังนั้นคุณต้องแปลงแรงดันเป็นกระแส ... และนี่คือบทบาทของตัวต้านทาน ... มันทำหน้าที่เป็นตัวแปลงแรงดันเป็นกระแส ...

หากคุณรวมแหล่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเข้าและตัวต้านทานคุณสามารถนึกถึงชุดค่าผสมนี้ว่าเป็นแหล่งกระแสที่เรียบง่าย (ไม่สมบูรณ์) ขับตัวรวมกระแส

ฉันได้สร้างเรื่องราวมากมายเกี่ยวกับวงจรเหล่านี้ (บางส่วน - เคลื่อนไหว) นี่คือบางส่วนของพวกเขา; บางทีพวกเขาสามารถช่วยให้คุณเข้าใจง่าย:

วิธีสร้าง RC integrator ที่สมบูรณ์แบบ - Wikibooks

การออกกำลังกายในชั้นเรียน - นักเรียนของฉัน 2004

ตัวรวม RC Op-amp - circuit-fantasia.com (เรื่องราวบนแผงวงจรบนไวท์บอร์ด)

เครื่องกำเนิดทางลาด - เรื่องราวบนแผงวงจรบนไวท์บอร์ด

ทำไมมีการเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสและแรงดันในตัวเก็บประจุ - หน้าพูดคุยของ Wikipedia

การสร้างตัวรวมการแปลง op-amp - เรื่องราวที่เคลื่อนไหวด้วย Flash

ลองทำวิธีที่ง่ายขึ้นมีประสิทธิภาพมากกว่า ...

แต่แรก:

ตัวต้านทานนั้นทำอะไรที่นั่น? แน่นอนทั้งหมดที่ทำคือการลัดวงจรกำลังทั้งหมดเช่นที่ไม่มีกระแสถึงด้านอื่น ๆ เลย

สิ่งนี้ไม่ถูกต้องในสองประเด็นหลัก:

• การลัดวงจรหมายถึงการทำให้แรงดันไฟฟ้าสองจุดเหมือนกัน (อ้างอิงจากพื้นดิน) ซึ่งไม่ชัดเจนในกรณีนี้: สมมติว่าค่าของตัวต้านทานไม่เป็นศูนย์แรงดันข้ามตัวต้านทานจะไม่เป็นศูนย์เว้นแต่กระแสจะผ่านตัวต้านทาน เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานคือ V = R * i หากหนึ่งในสองนั้นเป็นศูนย์แรงดันไฟฟ้าจะเป็นศูนย์

• แม้ว่าจะเป็นไฟฟ้าลัดวงจรก็จะยังคงมีกระแสไฟฟ้า (แต่ไม่มีแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าข้าม "short / wire" เป็นศูนย์ดังนั้น V = R * i สมมติว่ามันสั้น (R = 0) สามารถไหลในปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าจะยังคงเป็นศูนย์ ...

ตอนนี้ ...

ให้ฉันถามคุณ .. ในวงจรแรก (สมมติว่า R ไม่เป็นศูนย์) อะไรจะทำให้แรงดันเป็นศูนย์? ไม่มีกระแสไฟฟ้า

และสมมติว่าคุณใช้แรงดันไฟฟ้ากับอินพุตของคุณ (ทางซ้าย) ทำไมจะไม่มีกระแสไฟฟ้า

เนื่องจากตัวเก็บประจุป้องกันการไหลของกระแส

และในกรณีใดตัวเก็บประจุจะทำเช่นนั้น? ในกรณีใดองค์ประกอบใดจะป้องกันกระแสไหล

คำตอบ: เมื่อส่วนประกอบมีอิมพีแดนซ์ของอินฟินิตี้ ..

ดู: V = Z * ฉัน .. ดังนั้นฉัน = V / Z ใช่ไหม

ดังนั้นถ้า Z = อินฟินิตี้แล้วคุณมีกระแสเป็นโมฆะ ... อีกนัยหนึ่งองค์ประกอบของคุณจะเทียบเท่ากับสวิตช์เปิด ..

ตอนนี้: ตัวเก็บประจุทำงานเมื่อไหร่? กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าอิมพีแดนซ์ของ capcitor infinity เมื่อไร Well Zc = 1 / (jwC) ..

สมมติว่า C ไม่ใช่ศูนย์ .. นั่นจะทำให้โอเมก้า = 0 ... กล่าวอีกอย่างคือสิ่งที่คุณเรียกว่า "DC" ความถี่ศูนย์

ลองเรียก "รับ" อัตราส่วนระหว่างแรงดันที่เอาต์พุตและอินพุตของคุณ ..

G = Voutput / Vinput ..

เมื่อ omega = 0 ตัวเก็บประจุทำงานเป็นวงจรเปิดหมายความว่ากระแสไฟฟ้าของคุณไม่ได้ "ทำให้" เป็นตัวต้านทานของคุณซึ่งหมายถึงแรงดันข้าม R (ซึ่งเป็น Voutput) คือ 0

ซึ่งหมายถึง G = 0 / Vinput = 0

โอเค .. เราเห็นกรณีของโอเมก้า = 0 ..

แล้วโอเมก้า = อินฟินิตี้ล่ะ?

ตัวเก็บประจุจะทำงานเป็นสวิตช์ปิด .. ซึ่งหมายความว่า: Vinput = R * I = Voutput

ซึ่งหมายถึง G = 1

ดังนั้น .. อัตราขยายของวงจรของเราคือ 0 ในความถี่ต่ำและ 1 ในความถี่สูง ... กล่าวอีกอย่างคือมันให้ความถี่สูงผ่านและบล็อกความถี่ต่ำ .. กล่าวอีกอย่าง: ตัวกรองสัญญาณความถี่สูง

เราสามารถทำวงจรที่สองของเราได้ไหม?

Omega -> 0 ===> ตัวเก็บประจุเป็นวงจรเปิด (ลบออกจากวงจรของคุณ) สิ่งที่คุณเหลือไว้คือ Vout = Vin .. รับ G = 1

Omega -> Infinity ==> ตัวเก็บประจุเป็นไฟฟ้าลัดวงจรและ Vout = 0 ดังนั้น G = 0

กล่าวอีกนัยหนึ่งวงจรที่ให้สัญญาณความถี่ต่ำผ่านและบล็อกสัญญาณความถี่สูง

มันเป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำ ..

ข้อสังเกตบางส่วน:

ฉันขอแนะนำให้คุณเข้าใจพื้นฐานอย่างถ่องแท้ก่อน เข้าใจจริงๆว่าแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้ทำงานอย่างไร

บทที่ 1 (พื้นฐาน) ของ The Art of Electronics จะอธิบายสิ่งนี้ นอกจากนี้ยังมีหนังสือ "บทเรียนในวงจรไฟฟ้า" ของ Tony Kuphaldt

ฉันไม่สามารถเครียดพอกับความสำคัญของพื้นฐาน: ถ้าคุณข้ามคุณจะได้รับความรู้ที่เหมือนสวิสชีสกับรูโหว่และคุณจะต่อสู้ในภายหลัง คุณจะสร้างรากฐานที่สั่นคลอนและหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะล้อมรอบสิ่งที่ซับซ้อนมากขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ..