Ist ein Kondensator ein Hochpassfilter oder ein Bandpassfilter?

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Das nervt mich schon eine Weile ... Verhält sich ein einzelner Kondensator als Hochpassfilter oder als Bandpassfilter?

In einem Quarzfunkgerät verwenden Sie einen einzelnen Kondensator als Abstimmelement, um auszuwählen, welche Funkfrequenz das Funkgerät empfangen soll. Dies impliziert stark, dass ein Kondensator ein Bandpassfilter ist.

Wenn man jedoch Wikipedia liest, wird vorgeschlagen, dass ein Kondensator tatsächlich ein 1-poliger Hochpassfilter ist.

Natürlich kann es nicht beides sein. Also was ist es?

(Bonuspunkte für alle, die auf eine tatsächliche Frequenzgangkurve zeigen können.)

capacitor filter MathematicalOrchid
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Ich denke, in Kristall-Funkgeräten stellt man den Kondensator eines LC-Panzers ein, der Kondensator ist nicht das einzige Element.
Samuel
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Es wäre ein Tiefpass, wenn Sie Ihr Signal mit dem Kondensator auf Masse legen würden. Es wäre ein Hochpass, wenn der Kondensator mit dem Signal in Reihe geschaltet wäre. Bei einer Kombination aus beiden würde ich mir vorstellen, dass Sie einen Bandpassfilter erstellen können.
Nick Williams
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Ein idealer Kondensator mit einer Leitung als Eingang und der anderen als Ausgang ist ein Hochpassfilter, da seine Impedanz beträgt . Bei ω = 0 ist die Impedanz ∞ (dh Leerlauf = Verstärkung von 0). Bei ω → ∞ geht die Impedanz auf 0 (dh Kurzschluss = Verstärkung von 1). Reale Kondensatoren haben diesen idealen Frequenzgang jedoch aufgrund von Parasiten nicht . ZC=1/(jωC)ω=0∞ω→∞
Null
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Ein Kondensator allein macht nichts. Als Teil einer Schaltung (dh mit anderen Komponenten) kann es Teil eines Tiefpassfilters, eines Hochpassfilters, eines Sperrfilters, eines Bandpassfilters oder was auch immer sein, abhängig vom Rest der Schaltung.
Pete Becker
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Während nur für wesentlich unterschiedliche Fragen relevant, die Ihren Titel teilen könnten, gibt die Induktivität, wenn ein praktischer Kondensator es gibt, eine Eigenresonanzfrequenz.
Chris Stratton

Antworten:

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Ein Kondensator an sich ist überhaupt kein Filter, weder Hochpass, Tiefpass noch irgendetwas anderes.

Ein Kondensator kann als Teil eines Hochpass-, Tiefpass- oder Bandpassfilters verwendet werden, je nachdem, wie er an andere Teile angeschlossen ist . Ein Kondensator mit einem Widerstand kann beispielsweise ein Hochpassfilter sein:

oder ein Tiefpassfilter:

Zusammen mit einer Induktivität und einer zusätzlichen Impedanz (dargestellt durch den Widerstand) kann dies ein Bandpassfilter sein:

Oder ein Bandsperrfilter:

Ein Quarzradio funktioniert wie das linke Bandpassfilter. C1 und L1 bilden einen Resonanzbehälter, der bei der Resonanzfrequenz eine hohe Impedanz und bei anderen Frequenzen eine niedrige Impedanz aufweist. Selbst das ist kein Filter, da nur eine sich ändernde Impedanz kein Filter ist. Es ist die sich ändernde Impedanz, die gegen eine andere Impedanz wirkt, die einen Spannungsteiler bildet, der dann ein Filter bildet. Im obigen Beispiel ist R1 die andere Impedanz. In einem Quarzfunk ist es die Impedanz des Signals, das von der Antennenspule magnetisch an L1 gekoppelt wird. In diesem Fall ist die Antennenspule die Primärspule eines Transformators und L1 die Sekundärspule, die bei einer bestimmten Frequenz in Abhängigkeit von dem eingestellten Wert C1 in Resonanz ist.

Hinzugefügt über Kristallradio:

Ich sehe aus den Kommentaren, dass es einige Verwirrung darüber gibt, wie der Kondensator in einem Kristallradio funktioniert und wie ein solches Radio eingestellt ist. Es gibt verschiedene Arten, wie ein Kristallradio hergestellt werden kann, aber ich halte mich an die sehr gebräuchliche Konfiguration, die Sie im gesamten Web finden können, und die wird von den meisten Kristallradio-Kits implementiert:

Der Induktor ist eine einzelne Spule, die normalerweise mit einem Magnetdraht umwickelt ist, der so etwas wie eine Toilettenpapierrolle aus Pappe ist. Die Spule ist im Wesentlichen ein Transformator. Die Transformator-Primärwicklung ist der linke Abschnitt zwischen Antenne und Abgriff. Da der Abgriff geerdet ist, fließt kein direkter Strom zwischen den beiden Abschnitten der Spule. Die Spannung wird durch Transformatorwirkung im rechten Teil der Spule induziert. Der einzige Weg, auf dem das Signal vom linken Teil der Spule (der Primärwicklung des Transformators) zum rechten Teil (der Sekundärwicklung des Transformators) gelangt, ist die magnetische Kopplung zwischen den beiden Teilen der Spule.

Der Transformator erzeugt an seinem rechten Ende eine höhere Spannung, allerdings mit einer höheren Impedanz. Typische Antennen haben eine Impedanz im Bereich von 50 bis 300 Ω, wohingegen das Quarzradio für die Ansteuerung von Kopfhörern alter Bauart mit einer Impedanz von wenigen kΩ vorgesehen ist. Die höhere Spannung bei einer höheren Impedanz passt besser zu den Kopfhörern und ermöglicht eine effizientere Nutzung der sehr begrenzten Leistung der Antenne.

Die Induktivität der Spule bildet zusammen mit der Kapazität einen Tankkreis mit hohem Q. Das Radio nimmt eine Station auf, wenn der Kondensator so eingestellt ist, dass der Tank mit der Trägerfrequenz der Station schwingt. Aufgrund der endlichen Impedanz der Antenne, die den Tank durch den Transformator treibt, und der Impedanz der Kopfhörer, die den Ausgang laden, bilden der Kondensator und die Spule zusammen ein Schmalbandpassfilter.

Olin Lathrop
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Ich habe darauf als Antwort geklickt, aber ich wollte den folgenden Link hinzufügen, um dem Fragesteller das Verständnis der passiven Analogschaltungen zu erleichtern
Jotorious
Zusammenfassend ist es also die Kombination eines Kondensators und einer Induktivität, die den Bandpass und nicht nur den Hochpass bewirkt. Dies beantwortet meine wörtliche Frage - und gleichzeitig scheint es, als ob etwas drastisch falsch an meinem Verständnis dieser Dinge ist. Ich werde versuchen, herauszufinden, wo ich falsch liege, und eine separate Frage stellen ...
MathematicalOrchid
In dem Beispiel, das Sie angegeben haben, gibt es keine oder nur eine geringe gegenseitige induktive Kopplung zwischen der [Langdraht-] Antenne und der Tankspule. Daher ist jede Transformatoraktion zwischen der Antenne und der Tankspule trivial. Abhängig von der Länge der Antenne und der Wellenlänge der RF, die sie abfängt, sieht sie in Wirklichkeit wie eine Spannungsquelle aus, die über eine Impedanz in Reihe mit dem Tank geschaltet ist, die entweder ohmsch, kapazitiv oder induktiv ist.
EM Fields
@EMFi: Ich habe Ihre Bearbeitung aus Gründen zurückgesetzt, die wir zuvor besprochen haben. Ich habe dann den Tippfehler in "Widerstand" behoben, aber "Bandsperrfilter" ist sinnvoller als "Bandsperrfilter". Was das Kristallradio betrifft, so hat die typische Version eine Spule, die um eine Papierröhre gewickelt ist, wobei sich in der Nähe eines Endes ein Hahn befindet. Die Antenne ist am Ende in der Nähe des Abgriffs und der Abgriff an Masse angeschlossen. Die Resonanzspule ist vom Abgriff zum anderen Ende. Die einzige Möglichkeit für HF, zur Resonanzspule zu gelangen, besteht in der Kopplung des Transformators zwischen den beiden Teilen der Spule.
Olin Lathrop
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@ Doombot: Ich habe mich bewusst von solchen Themen ferngehalten. Das OP hat genug Verwirrung, nur um zu verstehen, wie ideale Kondensatoren funktionieren, und ich war der Meinung, dass dies nicht der richtige Zeitpunkt ist, um die nicht idealen Eigenschaften realer Komponenten vorzustellen. Ich stimme Ihnen zu, dass diese Effekte real sind, aber dass sie für diese Frage ein zu fortgeschrittenes Thema sind.
Olin Lathrop
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Ein Kondensator allein ist normalerweise überhaupt kein Filter.

Es kann entweder ein Hochpass- oder ein Tiefpassfilter in Verbindung mit einem Widerstand oder eines von diesen oder ein Bandpassfilter in Verbindung mit einer Induktivität bilden.

Wenn der von Ihnen betrachtete Schaltplan im Kristallsatz alt genug ist, ist möglicherweise kein Induktor sichtbar und es gibt keine gute Erklärung dafür, warum der Kondensator als Abstimmelement fungiert.

Hier fehlt die Tatsache, dass die Antenne selbst als Induktor fungierte, und die Erklärungen machen dies möglicherweise nicht klar, da sie von den Autoren möglicherweise vor etwa Mitte der 1920er Jahre nicht gut verstanden wurden.

Brian Drummond
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