'ตัวเก็บประจุกระโดดขึ้นและลง' หมายถึงอะไรและทำงานอย่างไร

ในขณะที่ศึกษาเกี่ยวกับตัวเก็บประจุฉันเจอคำอธิบายเกี่ยวกับ "กระโดดขึ้นและลงเมื่อตัวเก็บประจุแยกสองขั้นตอน" ฉันเข้าใจจากหลาย ๆ บทความที่นี่ว่าตัวเก็บประจุบล็อก DC เมื่อประจุเต็มและแนวคิดของ 'การชาร์จและการปลดปล่อย' ของตัวเก็บประจุ

' หน้านี้ ' อธิบาย
1. ถ้าตัวเก็บประจุมีขั้วลบติดกับราง 0v มันจะประจุและคายประจุ
2 หากตัวเก็บประจุไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับราง 0v มันจะกระโดดขึ้นและลง

และด้วยรูปต่อไปนี้พูดว่า

ตัวเก็บประจุจะ 'ตก' และแรงดันไฟฟ้าที่ตะกั่วเชิงลบจริง ๆ สามารถไปด้านล่างราง 0V

ที่ฉันสูญเสียความเข้าใจของฉันโดยสิ้นเชิง

jump cap http://www.talkingelectronics.com/projects/Capacitor%20-%20How%20A%20Capacitor%20Works/images/Cap-TwoStages-Anim.gif

(โปรดดูที่ '4. ตัวเก็บประจุแยกสองขั้นตอน' บน ' หน้าที่เชื่อมโยง ')

หน้าอธิบายว่า

ด้วยการรู้ว่าตัวเก็บประจุกระโดดขึ้นและลงคุณสามารถ "ดู" วงจรทำงานได้ และคำถามของฉันมาที่นี่

1. ฉันไม่เข้าใจความแตกต่างระหว่าง 'การชาร์จ / การคายประจุ' และ 'กระโดดขึ้น / ลง' ฉันคิดว่าถึงแม้ว่ามันจะไม่ได้เชื่อมต่อโดยตรงกับราง 0V แต่ก็ยังขึ้นอยู่กับแรงดันอ้างอิงของมัน แต่ก็สามารถชาร์จและคายประจุได้ ความแตกต่างในการแสดงออกทั้งสองที่จะเข้าใจความหมายของพวกเขาคืออะไร?
2. จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุกระโดดขึ้นและลง?
3. ฉันจะคำนวณจำนวนของ 'การข้าม' ได้อย่างไร

สิ่งที่ผู้เขียนอธิบายไว้ในวงจรนั้นคือถ้าแรงดันทางด้านซ้ายของตัวเก็บประจุเปลี่ยนระดับอย่างกระทันหันแรงดันทางด้านขวาจะเปลี่ยนตามจำนวนเดียวกัน

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

รูปที่ 1 คลื่นสี่เหลี่ยมผ่านตัวเก็บประจุ (โปรดแก้ตัวลูกศรในลักษณะโค้งปล่อย RC)

ด้วยวงจรวงจรที่แสดงด้านบน:

• เริ่มแรก 'A' สูงและ 'B' อยู่ที่ 0 V.
• เมื่อ Q1 สวิตช์ 'A' ถูกดึง ("กระโดด" ในสำนวนของผู้เขียน) ถึง 0 V.
• ในทันทีที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าข้าม C1 คือ V + ดังนั้นเมื่อ 'A' ถูกดึงต่ำ 'B' ก็จะถูกดึงเช่นกัน คือทั้งสองฝ่าย "กระโดด" เข้าด้วยกันโดยที่ทั้งสองฝั่งไม่ได้ต่อสายดิน

ในกรณีของตัวเก็บประจุตัวกรองด้านหนึ่งมักจะต่อสายดินดังนั้นจึงไม่เห็นผลกระทบนี้

ฉันคิดว่ามันมีประโยชน์ในการวิเคราะห์วงจรเพื่อคิดถึงการทำงานของตัวเก็บประจุในแบบนี้ ฉันคิดออกว่าแรงดันไฟฟ้าคงที่อยู่ตรงข้ามตัวเก็บประจุและอะไรจะเกิดขึ้นทางด้านขวาเมื่อด้านซ้ายเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าทันที

รูปคลื่นจำลอง

^{จำลองวงจรนี้}

รูปที่ 2 แผนผังทดสอบ

รูปที่ 3 500 Hz, 1 µF, 100 kΩ

รูปที่ 3 แสดงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุกำลังป้อนโหลดความต้านทานสูง

• บนขอบเพิ่มขึ้นแรกของอินพุตเอาต์พุต "กระโดด" ขึ้นพร้อมกับอินพุต อย่างไรก็ตาม R1 เริ่มปล่อยด้านขวาอย่างไรก็ตามเมื่อสิ้นสุดรอบครึ่งแรงดันไฟฟ้าจะลดลงเล็กน้อย
• บนขอบที่ตกลงมาแรกอินพุตจะลดลง 1 V และเอาต์พุตก็เช่นกัน เนื่องจากจุดเริ่มต้นอยู่ที่ประมาณ +0.9 V เอาต์พุตจึงลดลงเหลือ -0.1 V
• กระบวนการนี้จะดำเนินต่อไปและหลังจากนั้นครู่หนึ่งรูปแบบของคลื่นจะตกลงไปที่กึ่งกลางของเส้นศูนย์ - โวลต์

รูปที่ 4 500 Hz, 1 µF, 1 kΩ

• การลด R1 ถึง 1 kΩทำให้เอฟเฟกต์เด่นชัดยิ่งขึ้นเมื่อตัวเก็บประจุคลายประจุและประจุเร็วขึ้น สังเกตว่ารูปคลื่นได้ตกลงกันอย่างไรหลังจากผ่านไปสองสามรอบ

รูปที่ 5 500 Hz, 1 µF, 100 Ω

• ในรูปที่ 5 R1 ได้ลดลงถึง 100 Ωและเราจะเห็นว่ารูปคลื่นของเอาต์พุตได้กลายเป็นแหลม เราสามารถเห็นได้ว่ามันไม่ถึงระดับ +1 V อีกต่อไปเพราะตัวต้านทานโหลดต่ำมาก

คำอธิบายนี้ไม่ใช่เจตนาทางคณิตศาสตร์และมีจุดประสงค์เพื่อให้คุณเห็นภาพของสิ่งที่เกิดขึ้นจริง หากคุณศึกษาคณิตศาสตร์เพิ่มเติมและหาว่ากระแสไหลไปทางไหนคุณควรเข้าใจวิธีการทำงานของมันได้ดี

การจำลอง

Linear Technology (ผู้ผลิตชิป) มีเครื่องจำลองLT Spiceให้ดาวน์โหลดฟรี ฉันแนะนำให้คุณลองทำเช่นนี้เพื่อช่วยในการเรียนรู้และความเข้าใจของคุณ

ลืมมันซะ. เดินหน้า. ผู้เขียนของเว็บไซต์นั้นดูเหมือนจะดิ้นรนกับสิ่งที่ตัวเก็บประจุเป็นของตัวเอง เขาได้ก่อตัวเป็นปมจิตเล็ก ๆ น้อย ๆ ในความพยายามที่จะ demystify สิ่งที่ตัวเก็บประจุเหล่านี้เพื่อตัวเองเหมือนคนในยุคแรกสร้างตำนานต่าง ๆ เพื่ออธิบายสิ่งที่พวกเขาไม่เข้าใจเช่นกัน จากนั้นเขาก็พยายามอธิบายสัตว์ร้ายลึกลับให้คุณโดยใช้ตำนานส่วนตัวของเขา มันใช้งานไม่ได้ อย่างที่ฉันบอกลืมไปแล้วไปต่อ

ฉันคิดว่าวิสัยทัศน์ของเขาในการ "กระโดดไปรอบ ๆ " นั้นหมายถึงแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปเช่นเมื่อใช้เพื่อส่งสัญญาณซึ่งแตกต่างจากเขามากกว่าเมื่อใช้สำหรับการปรับให้เรียบของแหล่งจ่ายไฟ อย่าเพิ่งถูกแขวนคอกับตำนานส่วนตัวของหมอนี่

ฉันคิดว่าสิ่งที่ผู้เขียนต้องการเห็นภาพคือการเชื่อมต่อของสองโหนดในวงจรโดยตัวเก็บประจุ

ในการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุจำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุ หากตัวเก็บประจุมีขนาดใหญ่หรือขนาดเล็กในปัจจุบันการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าจะช้า

ในกรณีนี้หากแรงดันไฟฟ้าของโหนดใดโหนดหนึ่งเปลี่ยนแปลงตัวเก็บประจุจะทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและจะเห็นการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกันบนโหนดที่สอง

สถานการณ์ที่ผู้เขียนนึกภาพอาจเกิดจากแรงดันตกที่ขั้วหนึ่งของตัวเก็บประจุที่สามารถดันอีกด้านหนึ่งต่ำกว่า 0V

ฉันยังคงพยายามพันรอบตัวเก็บประจุ แต่ถ้าความเข้าใจครึ่งหนึ่งของฉันใกล้เข้ามาฉันอาจช่วยคนที่อยู่ในเรือลำเดียวกันได้

ข้อตกลงพื้นฐานกับตัวเก็บประจุดูเหมือนจะเป็นพวกเขาแลกเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าสำหรับแรงดัน: กระแสสามารถไหล "ผ่าน" ตัวเก็บประจุเริ่มแรก (จริงๆแล้วมันเป็นเรื่องของการเก็บประจุบนจานหนึ่งและผลักประจุออกจากแผ่นอื่น) แต่กระแสไฟฟ้าลดลง เมื่อประจุสะสมบนเพลตและในที่สุดคุณก็เหลือค่าความต่างศักย์ แต่ไม่มีกระแสไฟฟ้า นั่นคือเมื่อตัวเก็บประจุชาร์จเต็มแล้ว ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณมีตัวเก็บประจุเชื่อมต่อสองวงจรหนึ่งที่จุด 5V และอื่น ๆ ที่ 2V จุด นั่นหมายความว่าเมื่อตัวเก็บประจุถูกประจุเต็มแล้วประจุบนตัวเก็บประจุจะมีจำนวนลดลง 3V ทั่วตัวเก็บประจุ

ฉันคิดว่า - ฉันคิดว่า - การกระโดดเป็นเรื่องเกี่ยวกับเรื่องนี้ สมมติว่าวงจรแรกเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจาก 5V ถึง 10V แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุยังคงเป็น -3V ดังนั้นด้านอื่น ๆ ของตัวเก็บประจุก็เพิ่มขึ้นจาก 2V เป็น 7V อย่างน้อยก็ในตอนแรก พารามิเตอร์ของวงจรของคุณอาจทำให้ประจุบนจานไหลเข้าหรือออกและเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุดังนั้น 5V "กระโดด" อาจจะชั่วคราวมาก บางทีมันอาจจะเป็นไปได้ว่าวงจรที่สองจะค่อยๆดึงด้านข้างของตัวเก็บประจุกลับไปที่ระดับ 2V ดังนั้นเมื่อสิ่งต่าง ๆ เสร็จสมบูรณ์เราจะมีแรงดันไฟฟ้าตกที่ 8V จากนั้นฉันก็สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าในวงจรแรกอาจตกกลับลงสู่ 5V ได้ทันทีและส่งแรงดันทางขวาไปที่ -3V จนกระทั่งสิ่งต่างๆ

ฟังดูเหมือนเป็นเรื่องบ้าบอ แต่คุณรู้ว่ามันอธิบายอะไรได้ดีที่สุด มัลติไวเบรเตอร์ที่ใช้งานง่าย หนึ่งในคุณสมบัติของมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable คือเมื่อทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งดำเนินการในที่สุดมันจะส่งแรงดันลบขนาดใหญ่ที่ฐานของทรานซิสเตอร์ตัวอื่นและวิธีเดียวที่ฉันสามารถเข้าใจได้คือสิ่งที่ฉันอธิบายไว้ข้างต้น มันยังคงใช้งานง่ายเหมือนเดิมทุกอย่างมาให้ฉัน แต่ฉันพยายามทำใจกับมัน

ฉันคิดว่ามันมีประโยชน์ที่จะคิดเกี่ยวกับตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งเพื่อแยกเฟสเพื่อให้อคติ (DC) ของสเตจหนึ่งไม่ส่งผลกระทบต่ออคติ (DC) ของอีกสเตจและเป็นสัญญาณ"สั้น"สำหรับสัญญาณ (AC)
หากตัวเก็บประจุสั้นจริง ๆ ก็ควรจะเห็นได้ชัดว่าเมื่อ "ด้าน" หนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสั้น ๆ "ด้าน" อีกด้านหนึ่งก็จะเปลี่ยนตามจำนวนเดียวกัน สิ่งนี้หมายความว่าถ้าด้านซ้ายของตัวเก็บประจุ "กระโดด" โดย + 1v ด้านขวาจะ "กระโดด" ด้วยจำนวนเดียวกัน (+ 1v) หากด้านซ้าย "ลดลง" -1v ด้านขวาจะลดลง "-1v