Mein Verständnis von RC-Schaltungen ist gebrochen

Ich habe eine relativ einfache Frage gestellt . Leider werfen die Antworten weit mehr Fragen auf! :-(

Es scheint, dass ich RC-Schaltungen überhaupt nicht verstehe. Insbesondere, warum dort ein R ist. Es scheint völlig unnötig. Sicherlich erledigt der Kondensator die ganze Arbeit? Wofür zum Teufel brauchst du einen Widerstand?

Offensichtlich ist mein mentales Modell, wie dieses Zeug funktioniert, irgendwie falsch. Lassen Sie mich also versuchen, mein mentales Modell zu erklären:

Wenn Sie versuchen, einen Gleichstrom durch einen Kondensator zu leiten, laden Sie einfach die beiden Platten auf. Der Strom fließt weiter, bis der Kondensator vollständig aufgeladen ist. Ab diesem Zeitpunkt kann kein Strom mehr fließen. An diesem Punkt könnten die beiden Enden des Drahtes genauso gut nicht einmal verbunden sein.

Bis Sie also die Richtung des Stroms umkehren. Jetzt kann Strom fließen, während sich der Kondensator entlädt, und er kann weiter fließen, während sich der Kondensator mit entgegengesetzter Polarität auflädt. Danach wird der Kondensator wieder voll aufgeladen und es kann kein Strom mehr fließen.

Es scheint mir, dass, wenn Sie einen Wechselstrom durch einen Kondensator leiten, eines von zwei Dingen passieren wird. Wenn die Wellenperiode länger als die Zeit zum vollständigen Aufladen des Kondensators ist, verbringt der Kondensator die meiste Zeit mit dem vollständigen Aufladen, und daher wird der größte Teil des Stroms blockiert. Wenn die Wellenperiode jedoch kürzer ist, erreicht der Kondensator niemals einen vollständig geladenen Zustand und der größte Teil des Stroms fließt durch.

Nach dieser Logik ist ein einzelner Kondensator für sich genommen ein perfektes Hochpassfilter.

Also ... warum bestehen alle darauf, dass Sie auch einen Widerstand haben müssen , um einen funktionierenden Filter herzustellen? Was vermisse ich?

Betrachten Sie zum Beispiel diese Schaltung aus Wikipedia:

Was zum Teufel macht dieser Widerstand dort? Sicherlich ist alles, was das bewirkt, die gesamte Leistung kurzzuschließen, so dass überhaupt kein Strom auf die andere Seite gelangt.

Als nächstes überlege folgendes:

Das ist ein bisschen seltsam. Ein Kondensator parallel? Nun ... Ich nehme an, wenn Sie glauben, dass ein Kondensator Gleichstrom sperrt und Wechselstrom durchlässt, würde dies bedeuten, dass der Kondensator bei hohen Frequenzen den Stromkreis kurzschließt und verhindert, dass Strom durchläuft, während sich der Kondensator bei niedrigen Frequenzen so verhält, als wäre er nicht dort. Das wäre also ein Tiefpassfilter. Erklärt immer noch nicht den zufälligen Widerstand durch und blockiert so gut wie den gesamten Strom auf dieser Schiene ...

Offensichtlich wissen die Leute, die dieses Zeug entwerfen, etwas, was ich nicht weiß! Kann mich jemand aufklären? Ich habe den Wikipedia-Artikel über RC-Schaltungen ausprobiert, aber er handelt nur von einem Haufen Laplace-Transformationsmaterial. Es ist gut, dass du das schaffst, ich versuche die zugrunde liegende Physik zu verstehen. Und scheitern!

(Ähnliche Argumente wie oben deuten darauf hin, dass eine Induktivität für sich genommen ein gutes Tiefpassfilter sein sollte - aber auch hier scheint die gesamte Literatur nicht mit mir übereinzustimmen. Ich weiß nicht, ob dies einer gesonderten Frage würdig ist oder nicht.)

Versuchen wir es mit Wittgensteins Leiterstil .

Betrachten wir zuerst Folgendes:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Wir können den Strom durch R1 mit dem Ohmschen Gesetz berechnen:

Wir wissen auch, dass die Spannung an R1 1 V beträgt. Wenn wir Masse als Referenz verwenden, wie wird dann 1 V am oberen Ende des Widerstands zu 0 V am unteren Ende des Widerstands? Wenn wir irgendwo in der Mitte von R1 eine Sonde anbringen könnten, müssten wir eine Spannung zwischen 1 V und 0 V messen, oder?

Ein Widerstand mit einer Sonde, auf der wir uns bewegen können ... klingt wie ein Potentiometer, oder?

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Durch Einstellen des Knopfes am Potentiometer können wir jede Spannung zwischen 0V und 1V messen.

Was ist, wenn wir anstelle eines Topfes zwei diskrete Widerstände verwenden?

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Dies ist im Wesentlichen dasselbe, außer dass wir den Wischer am Potentiometer nicht bewegen können: Er sitzt an einer Position von 3/4 von oben fest. Wenn wir oben 1 V und unten 0 V erhalten, sollten wir auf 3/4 des Anstiegs 3/4 der Spannung oder 0,75 V erwarten.

Was wir gemacht haben, ist ein ohmscher Spannungsteiler . Sein Verhalten wird formal durch die Gleichung beschrieben:

Was wäre, wenn wir einen Widerstand hätten, dessen Widerstand sich mit der Frequenz ändert? Wir könnten ein paar nette Sachen machen. Das sind Kondensatoren.

Bei einer niedrigen Frequenz (die niedrigste Frequenz ist DC) sieht ein Kondensator aus wie ein großer Widerstand (unendlich bei DC). Bei höheren Frequenzen sieht der Kondensator wie ein kleinerer Widerstand aus. Bei unendlicher Frequenz hat ein Kondensator überhaupt Widerstand: Es sieht aus wie ein Draht.

Damit:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Bei hohen Frequenzen (oben rechts) sieht der Kondensator aus wie ein kleiner Widerstand. R3 ist sehr viel kleiner als R2, daher messen wir hier eine sehr kleine Spannung. Wir können sagen, dass der Eingang stark gedämpft wurde.

Bei tiefen Frequenzen (rechts unten) sieht der Kondensator aus wie ein großer Widerstand. R5 ist sehr viel größer als R4, daher messen wir hier eine sehr große Spannung, fast die gesamte Eingangsspannung, dh die Eingangsspannung wurde sehr wenig gedämpft.

So werden hohe Frequenzen gedämpft und niedrige nicht. Klingt nach einem Tiefpassfilter.

Und wenn wir die Stellen des Kondensators und des Widerstands vertauschen, kehrt sich der Effekt um, und wir haben ein Hochpassfilter.

Kondensatoren sind jedoch keine wirklichen Widerstände. Was sie sind, sind Impedanzen . Die Impedanz eines Kondensators beträgt:

Wo:

• $C$
• $f$
• $j$$\sqrt{-1}$

$f$

$j$$Z$$R$

Und daraus können Sie das Verhalten jeder RC-Schaltung berechnen und vieles mehr.

physics

Tiefpassfilter

Also magst du R nicht, wie? Nehmen wir an, der Widerstand ist nicht da ...

Ups, wir können nicht! Es gibt immer etwas Widerstand. Man kann sich nicht vorstellen, was ohne es passiert. Der Draht wird Milliohm oder Mikroohm haben, aber es gibt immer noch einen gewissen Widerstand. Je kleiner es ist, desto weiter entfernt ist Ihr 3-dB-Punkt gemäß unserer praktischen 3-dB-Formel - und desto weniger "Tiefpass" wird es. Durch Hinzufügen eines diskreten Widerstands können Sie den 3-dB-Punkt auswählen, anstatt ihn durch einen kleinen Draht- oder Leiterbahnwiderstand zu bestimmen, den Sie die meiste Zeit nicht kennen (und nicht einmal messen können!).

Hochpassfilter

Hier wir können das Leben ohne R. Eine Nacht vorstellen, hast du in einen Streit mit ihm, und in einem Anfall von Wut, Sie nahm es heraus. Nehmen wir also an, es fehlt.

Aber jetzt schau, was wir haben; Der Kondensator ist nur ein großer, dummer Widerstand, dessen Widerstand, wie Sie wissen, umgekehrt mit der Frequenz variiert.

Es ist immer noch ein Filter in dem Sinne, dass es Spannungen bestimmter Frequenzen dämpft. Sicher wird es DC blockieren; in diesem Sinne ist es "Tiefpass". Aber jetzt ist es schrecklich! Warum?

Für tiefe Frequenzen ist es, wie gesagt, nur noch ein "großer" Widerstand. Je nachdem, wie viel Strom Sie ziehen, werden niedrige Frequenzen etwas gedämpft: Wie Sie wissen, fällt die Spannung über einer Impedanz umso mehr ab, je mehr Strom Sie ziehen.

Aber wie im Fall eines Tiefpassfilters, als Sie R entfernt haben, hängt Ihre Schaltung jetzt von etwas ab, das Sie normalerweise nicht kontrollieren: Strom. Wenn dieser Filter an eine hochohmige Last angeschlossen wird, wird nur sehr wenig Strom verbraucht. Der Kondensator lässt für die meisten Frequenzen nicht viel Spannung ab und kann daher auch nicht vorhanden sein. Sie möchten in der Lage sein, diesen Filter an einer beliebigen Stelle zu platzieren und ihn auf eine vorher festgelegte Weise arbeiten zu lassen.

Schauen wir uns einige Simulationen an. Angenommen, Sie haben eine 1uF-Kappe und Ihre Ladung beträgt 1k:

(Ignoriere den Phasenplot, da er für diesen Beitrag irrelevant ist). OK, wir haben einen Rolloff, der bei 200 Hz beginnt. Das ist in Ordnung, denke ich, wenn du das willst. Aber was passiert, wenn sich der Widerstand ändert? Was passiert also, wenn Ihre Schaltung eine andere Strommenge benötigt?

Güte! Unser 3dB-Punkt liegt jetzt bei 1Hz. Unser "Filter" bewegt sich also überall, wenn sich der Strom in Ihrem Schaltkreis ändern soll! Es ist völlig unvorhersehbar.

Also machst du es wieder gut mit dem Widerstand und setzt ihn zurück, und er repariert deinen Filter für dich.

Warten Sie - wie repariert R Ihren Hochpassfilter, fragen Sie? Nun, mit ihm und dem Kondensator wirkt er als Spannungsteiler! Wenn es steif genug ist - das heißt, wenn seine Ausgangsimpedanz viel niedriger als die Eingangsimpedanz ist, die den Rest Ihrer Schaltung antreibt - isoliert es Ihren Filter gegen Änderungen der Stromaufnahme.

Ich weiß, dass Sie bereits viele Antworten haben. Lass mich meinen eigenen Weg versuchen.

Was ich entwerfen muss, ist Filter. Sowohl Tiefpass als auch Hochpass. Was ich habe, ist nur ein Kondensator.

Betrachten Sie die erste Implementierung, bei der alle Komponenten ideal sind.

Wenn Vout mit einem idealen Oszilloskop gemessen wird, ist Vout = Vin.

Diese Schaltung kann also nicht als Filter arbeiten.

In Anbetracht der zweiten Implementierung,

Hier fließt kein Strom durch C und daher ist auch hier Vout Vin.

So kann der zweite Stromkreis auch nicht als Filter arbeiten.

So kann man einen Filter nicht nur mit Kondensator realisieren (zumindest im Idealfall).

Kommen wir nun zu Ihrem mentalen Modell, in dem Sie sagten: "Der Strom fließt weiter, bis der Kondensator vollständig aufgeladen ist."

Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, wie lange es dauern wird, bis ein Kondensator vollständig aufgeladen ist?

Die Ladezeit eines Kondensators wird durch den Kapazitätswert C und den durch ihn fließenden Strom bestimmt (der gesteuert werden kann, indem ein Widerstand von geeignetem Wert in Reihe mit C geschaltet wird).

Kurz gesagt, die Ladezeit wird vom Produkt RC bestimmt.

Wenn wir nun einen endlichen Widerstand in Reihe mit C schalten, können wir die Zeit steuern, die der Kondensator benötigt, um vollständig aufgeladen zu werden. Mit einem Serienwiderstand R kann die erste Schaltung als Tiefpassfilter und die zweite Schaltung als Hochpassfilter fungieren, wie in Ihrer Frage gezeigt.

Ist R = 0 (Kurzschluss), wird der Kondensator sofort aufgeladen und wirkt für jede Frequenz als offener Stromkreis. Das ist, was in der ersten Runde passiert ist.

Wenn R = unendlich (offener Stromkreis) ist, beginnt der Kondensator niemals zu laden, oder es fließt kein Strom durch den Kondensator. Und das passiert im zweiten Kreislauf.

Vergessen Sie die Vorstellung, dass " Macht durchkommt"; Energie ist das Produkt aus Strom und Spannung, und die Art von Anwendungen, in denen diese Komponentenkonfiguration angezeigt wird, hat nichts mit der Übertragung von Energie zu tun.

In einem einfachen Wechselstromkreis (beginnen wir hier zumindest) hat ein Kondensator eine Eigenschaft, die als Reaktanz bezeichnet wird . Die Reaktanz ist im Wesentlichen die Beziehung zwischen der Kapazität und der Frequenz des betreffenden Signals. Es wird mit der berüchtigten Formel von 1 / 2πfC berechnet, wobei f die Frequenz in Hertz und C die Kapazität in Farad ist und in Ohm gemessen wird. Ein Kondensator ist im Wesentlichen ein frequenzabhängiger Widerstand.

Für reaktive Bauelemente, dh Kappen und Induktivitäten, wird dort der frequenzbasierte Widerstand häufig als Impedanz bezeichnet . Es gibt häufig Schaltkreise oder Geräte mit einer "Eingangsimpedanz" anstelle eines Widerstands, was bedeutet, dass diese je nach Eingangssignalfrequenz variieren kann, in der Regel jedoch über den Frequenzbereich, für den der Schaltkreis / das Gerät vorgesehen ist, flach (ish) sein sollte.

Zurück zum mysteriösen Einschluss des Widerstands; Denken Sie an meinen früheren Kommentar über die Kappe als frequenzgesteuerten Widerstand zurück. Das heißt, für eine gegebene Frequenz haben Sie jetzt zwei Widerstände, die einen potentiellen Teiler bilden. Wenn Sie R und C kennen, können Sie ein Diagramm von Vout gegen die Frequenz zeichnen.

Der häufigste Ort, an dem Sie diese Filter finden, sind einfache / passive Signalverarbeitungsschaltungen. Man würde erwarten, dass die Hochpasskonfiguration am Eingang eines Operationsverstärkers zu sehen ist (um das Verstärken von störenden tiefen Frequenzen zu vermeiden). Operationsverstärker profitieren von den MASSIVEN Eingangsimpedanzen - normalerweise Terraohm -, daher kann man nicht sagen, dass der Parallelwiderstand den Strom ableitet, da dies genau der Zweck ist: Nahezu kein Strom wird in den Operationsverstärker gelangen, sodass eine Kappe in Reihe geschaltet wird an sich wird nutzlos sein.

Ja, die Dinge ändern sich ein wenig, wenn Sie zu aktuellen Verstärkern wechseln, aber das ist wirklich ein ganz anderes Thema. Transistorverstärker sind in ihrer eigenen Liga und ein bisschen jenseits dieser Frage.

Für einige zusätzliche Informationen gibt es jedoch Situationen, in denen Strom vorhanden istüber eine Reihenwiderstand / Parallelkondensator-Konfiguration übertragen. Der Gewinner dieser Kategorie sind, wie der Name schon sagt, Stromleitungen (die Strom im ganzen Land transportieren usw.). Die Übertragungsleitungsanalyse wird durchgeführt, indem eine Stromleitung als Serienwiderstand plus Parallelkappe und Induktor modelliert wird, der den Widerstand des Kupferdrahts, die parasitäre Kapazität zwischen dem Kupferleiter und seiner äußeren "Erdungs" -Hülle und die von außen induzierte Spannung darstellt Faktoren. In einem solchen Fall stellen diese Komponenten die Unvollkommenheiten der realen Welt dar, sodass in der Tat Energie verloren geht. Das "Lumped Transmission Model" (der Name kann variieren) verwendet diese LRC-Schaltung auf Basis "pro Entfernungseinheit", so dass mehrere dieser Schaltungen nacheinander zusammengefasst werden, um eine Stromleitung einer bestimmten Länge darzustellen.

Der Widerstand regelt den Strom. Sie scheinen zu vergessen, dass sich die Spannung an einem Kondensator nicht sofort ändern kann. Dies ist das Ergebnis von negativen Ladungen, die sich auf einer Platte ansammeln und die andere verlassen, was schließlich dazu führt, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, das der Spannung entspricht. Wenn sich diese Spannung nicht sofort ändern kann und Sie eine andere Spannung daran anlegen, müssen die Drähte diesen Spannungsunterschied abbauen, und ihr Widerstand ist winzig, was einen massiven Stromfluss (U = RI) zur Folge hat. Es gibt im Grunde nichts, was die Elektronen verlangsamt, außer die Drähte. Der unkontrollierbare, sehr hohe Strom lädt den Kondensator im Handumdrehen auf, wenn er nicht beschädigt wird. Dadurch wird der Filter unbrauchbar, da er den erforderlichen Strom aufnehmen und liefern soll.

Manchmal ist eine hohe Reaktivität erwünscht , zum Beispiel zum Entkoppeln von Kondensatoren, die keine Begrenzungswiderstände haben, aber nicht in Filtern.

Beachten Sie, dass Sie zur Stromversorgung keinen Strombegrenzungswiderstand benötigen, jedoch einen Spannungsbegrenzer, da die Kondensatorspannung linear ansteigt und schließlich die Durchbruchspannung überschreitet. Aber es ist sowieso kein Filter; Sie würden eine Induktivität verwenden, um den Strom zu filtern.

Im Hochpassfilter / Flankendetektor (erste Schaltung) bildet der Widerstand mit dem Kondensator einen Spannungsteiler. Kondensatoren verhalten sich grob gesagt wie frequenzabhängige Widerstände (sie verschieben auch die Signale, aber lassen wir das gleiten). Der Widerstand dient dazu, eine frequenzabhängige Spannung zu erzeugen, ohne Strom zu ziehen: Bei hohen Frequenzen nimmt die Impedanz des Kondensators ab und Sie erhalten mehr vom Eingang (und umgekehrt). Wenn also ohne diesen Widerstand kein Strom gezogen wird, wird der Eingang im Ausgang gespiegelt (kein Spannungsabfall).

In dem Tiefpassfilter ist der Widerstand auch dazu da, einen Spannungsteiler zu bilden, außer dass diesmal die Spannung von Interesse ist, die über den Kondensator ("wird mit der Zeit stärker" => Tiefpass) und nicht das Bild des Stroms (" wird mit der Zeit schwächer "=> Hochpass). Wenn Sie den Widerstand kurzschließen, reagiert der Kondensator zu schnell und wird als Filter unbrauchbar, wie ich am Anfang dieses Beitrags erwähnt habe.

Gute Frage.

Es scheint mir, dass, wenn Sie einen Wechselstrom durch einen Kondensator leiten, eines von zwei Dingen passieren wird. Wenn die Zeit zum vollständigen Laden des Kondensators länger als die Wellenperiode ist, verbringt der Kondensator die meiste Zeit mit dem vollständigen Laden, und daher wird der größte Teil des Stroms blockiert. Wenn die Wellenperiode jedoch kürzer ist, erreicht der Kondensator niemals einen vollständig geladenen Zustand und der größte Teil des Stroms fließt durch.

Ich stimme einem Teil dieser Analyse zu. Wenn Sie einen Strom in einen Kondensator einspeisen, können Sie die Spannung, die über ihm fließt, mit Leichtigkeit ermitteln

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

Dann sprechen Sie jedoch von einem Kondensator, der "voll aufgeladen" ist. Bei welcher Spannung ist ein Kondensator voll aufgeladen? Es gibt eine Spannung, bei der der Kondensator auseinanderfallen könnte, aber ich glaube nicht, dass Sie daran denken.

Das macht sowieso keinen Sinn. Woher kommt dieser Strom? Normalerweise ist es einfacher, mit Spannungen zu arbeiten - es fällt mir viel leichter, eine sinusförmige Spannung an einen Kondensator anzulegen als einen sinusförmigen Strom.

Also, hier ist meine Intuition:

• $I = \frac{V}{R}$
• $I = C\frac{dV}{dt}$
• $\frac{dV}{dt}$
• $\frac{dV}{dt}$
• $f = \frac{1}{2\pi RC}$
• Ohne Widerstand kann man nicht erkennen, wo sich tiefe und hohe Frequenzen überschneiden.

PS: Sie haben Recht, wenn Sie "die Stromversorgung blockieren" - wenn Sie den durch diesen Filter fließenden Strom in etwas anderes weiter unten auf der Leitung übertragen möchten, wird er sich anders verhalten.

Für Tiefpassfilter: Der Widerstand begrenzt den Strom von der Eingangsspannungsquelle. Theoretisch werden ideale Bauelemente verwendet, damit diese Spannungsquelle unendlich viel Strom liefern kann. Wenn wir den Widerstand herausnehmen, wird überhaupt nicht gefiltert, der Kondensator wird sofort auf die Eingangsspannung aufgeladen (da jeder Strom, der zur Anpassung an die Spannungsänderungsrate erforderlich ist, geliefert werden kann), unabhängig davon, welches Frequenzsignal vorliegt. Hier kommt der Widerstand ins Spiel. Bei jedem Kondensator mit einem Wert ungleich Null beginnt die Spannung hinter dem Eingang zurückzubleiben, wodurch ein Filtereffekt erzeugt wird. Und wenn eine ideale Stromquelle mit einem Tiefpass-RC-Filter verbunden ist, KANN R tatsächlich herausgenommen werden, da es keinen Einfluss auf den einfließenden Strom hat.

Wenn Sie versuchen, einen Gleichstrom durch einen Kondensator zu leiten, laden Sie einfach die beiden Platten auf. Der Strom fließt weiter, bis der Kondensator vollständig aufgeladen ist. Ab diesem Zeitpunkt kann kein Strom mehr fließen.

Der Widerstand beantwortet die Frage "Wie viel Strom?" Und damit die Frage, wie lange der Strom noch fließt.

In jedem Fall ist "Strom fließt weiter, bis der Kondensator voll aufgeladen ist" irreführend. Wenn es sich um "Gleichstrom" handelt, fließt der Strom weiter, bis der Kondensator seinen Rücktritt abgibt. Für einen Elektrolytkondensator kann das überraschend stinken.

Normalerweise haben wir keine ideale Stromquelle im Griff. Es ist üblicher, eine Spannungsquelle und einen Widerstand (Hinweis Hinweis) zu haben, und der Strom durch den Widerstand nimmt ab, während sich die Spannung über dem Kondensator der Spannung auf der anderen Seite des Widerstands nähert. Das Verhältnis zwischen dieser Spannungsdifferenz und dem Ladestrom wird vom Widerstand bestimmt.

Wenn Sie einen STROM anlegen, tut der Widerstand nichts und die Spannung an der Kappe steigt linear bis unendlich an. Wenn Sie jedoch eine SPANNUNG anlegen, widersteht der Widerstand dem Stromfluss und erzeugt einen entgegengesetzten Spannungsabfall. Der Kondensator sieht nur einen Teil der Spannung und des Stroms, den der Widerstand durchlässt. Wenn sich die Kappe auflädt, steigt die Spannung an der Kappe und der Widerstand lässt immer weniger Strom durch. Die Spannung am Widerstand nähert sich asymptotisch Null.

Ein Kondensator ohne Last lässt tatsächlich beliebig niedrige Frequenzen durch, da es keinen Strompfad zum Laden oder Entladen gibt.

Wenn die Zeit zum vollständigen Laden des Kondensators länger als die Wellenperiode ist,

$R \cdot C$

Wenn Sie den Widerstand aus dem ersten Stromkreis nehmen und nichts an Vout haben, dann haben Sie keinen Stromkreis - es gibt keine Schleife, um die herum Strom fließen kann. In der Realität sieht es wie ein Widerstand von ein paar Megaohm aus, wenn Sie dort ein Messgerät oder einen Audioeingang anbringen. Der Strom fließt durch den Kondensator, durch das Messgerät und zurück zur negativen Schiene. Wenn Sie dort einen bestimmten Widerstand platzieren, erhalten Sie einen vorhersagbaren Widerstand mit vernünftiger Größe, mit dem Sie rechnen können. Es lenkt keine Leistung ab - tatsächlich entwickelt es nach dem Ohmschen Gesetz eine Spannung über sich, die proportional zum Wechselstromfluss ist.

Im anderen Beispiel ist der Vorwiderstand da, sonst wäre Vout immer gleich Vin; es verzögert das Laden des Kondensators auf eine bestimmte Zeitkonstante.

Ein Induktor allein wird als "Drossel" bezeichnet und ist in der Tat ein wirksames Tiefpassfilter. Es ist nie ganz für sich allein, es gibt immer ein paar Pikofarad Drahtkapazität um ..

(Ihre Frage bringt Spannung, Strom und Leistung sorglos in Konflikt, was Sie verwirren könnte.)

Wenn in Ihrem Schaltkreis kein tatsächlicher oder impliziter Widerstand vorhanden ist, treiben Sie den Kondensator entweder mit einer idealen Spannungsquelle oder einer idealen Stromquelle an. Ein Widerstand in Reihe mit einer idealen Stromquelle zu schalten, ist sinnlos. Der einzig interessante Fall ist der mit einer idealen Spannungsquelle.

$d/dt U * C$

Der übliche Zweck eines RC-Gliedes ist jedoch nicht als Differenzierer, sondern als Verzögerungsglied. Wenn Sie einen Widerstand in Reihe schalten, wird der Strom begrenzt, und der Kondensator kann die Spannung nicht sofort nachführen.

@MathematicalOrchid, vielen Dank für die wunderbare Frage und die intuitive Art des Denkens. Ich bewundere dich, weil ich selbst immer versucht habe, diese Fragen auf diese Weise zu beantworten. Ich werde nur ein paar Gedanken teilen, die dem bereits Gesagten etwas Neues hinzufügen würden.

In der Tat kann der Widerstand im Fall des unten gezeigten Differential-CR-Schaltkreises weggelassen werden, wenn Sie ihn durch die Last selbst ersetzen ... aber die Last sollte einen ausreichenden niedrigen Widerstand aufweisen. Dies ist möglich, da die Last in Reihe mit dem Kondensator geschaltet ist.

Im Fall der nachfolgenden integrierenden RC-Schaltung kann diese nicht weggelassen werden, da die Last parallel zum Kondensator geschaltet ist. Welche Rolle spielt dann der Widerstand in dieser Anordnung?

Der Kondensator ist eine Art "Behälter", der mit "Flüssigkeit" "gefüllt" werden sollte. Daher ist seine Eingangsgröße flussartig (Strom) und seine Ausgangsgröße druckartig (Spannung). Es ist ein Gerät mit Stromeingang und Spannungsausgang. Es ist ein idealer (zeitlich linearer) Integrator. .. ein Strom-Spannungs-Integrator . Sie müssen es mit einer Stromquelle fahren ("füllen") ... aber Sie haben eine Spannungsquelle. Sie müssen also die Spannung in einen Strom umwandeln ... und das ist die Rolle des Widerstands ... er fungiert als Spannungs-Strom-Wandler ...

Wenn Sie die Eingangsspannungsquelle und den Widerstand kombinieren, können Sie sich diese Kombination als eine einfache (unvollständige) Stromquelle vorstellen, die einen Stromintegrator ansteuert.

Ich habe viele Geschichten über diese Schaltkreise erstellt (einige davon - animiert). Hier sind einige davon; Vielleicht können sie Ihrem intuitiven Verständnis helfen:

Wie man einen perfekten RC-Integrator macht - Wikibooks

Klassenübung - meine Schüler, 2004

Operationsverstärker-RC-Integrator - circuit-fantasia.com (Schaltungsgeschichten auf dem Whiteboard)

Rampengenerator - Schaltungsgeschichten auf dem Whiteboard

Warum es in einem Kondensator eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung gibt - Wikipedia-Diskussionsseite

Erstellen eines invertierenden Integrators für einen Operationsverstärker - Flash-animierte Geschichte

Machen wir einen einfacheren, effektiveren Ansatz ...

Aber zuerst:

Was zum Teufel macht dieser Widerstand dort? Sicherlich ist alles, was das bewirkt, die gesamte Leistung kurzzuschließen, so dass überhaupt kein Strom auf die andere Seite gelangt.

Dies ist in zwei Punkten falsch:

• Kurzschluss bedeutet, zwei Punkte auf die gleiche Spannung zu bringen (in Bezug auf Masse), was hier eindeutig nicht der Fall ist: Wenn der Widerstandswert nicht Null ist, ist die Spannung über dem Widerstand nicht Null. Es sei denn, der Strom durch den Widerstand ist. Da die Spannung am Widerstand V = R * i ist. Wenn einer der beiden Null ist, ist die Spannung Null.

• Selbst wenn es ein Kurzschluss wäre, gäbe es immer noch einen Strom (aber keine Spannung, da die Spannung über einem "Kurzschluss / Draht" Null ist. Also V = R * i. Angenommen, es ist ein Kurzschluss (R = 0) kann ein strom fließen und die spannung wäre noch null ...

Jetzt...

Lassen Sie mich Ihnen eine Frage stellen. In der ersten Schaltung (unter der Annahme, dass R nicht Null ist), was würde die Spannung Null machen? Nun, keine Strömung.

Angenommen, Sie legen eine Spannung an Ihren Eingang an (links), warum sollte dann kein Strom vorhanden sein?

Weil der Kondensator verhindert, dass Strom fließt.

Und in welchem ​​Fall würde der Kondensator das tun? In welchem ​​Fall würde eine Komponente den Stromfluss verhindern?

Antwort: Wenn eine Komponente eine Impedanz von unendlich hat.

Siehe: V = Z * I .. Also I = V / Z, richtig?

Wenn also Z = Unendlich ist, haben Sie einen Nullstrom ... Mit anderen Worten, Ihre Komponente wird zu einem offenen Schalter.

Nun: Wann verhält sich ein Kondensator so? Mit anderen Worten, wann ist die Impedanz eines Kondensators unendlich? Nun, Zc = 1 / (jwC).

Angenommen, C ist nicht Null. Damit bleibt omega = 0 ... Mit anderen Worten, was Sie "DC" nennen. Frequenz Null.

Nennen wir also "Gain" das Verhältnis zwischen der Spannung an Ihrem Ausgang und Eingang.

G = Voutput / Vinput ..

Wenn omega = 0, verhält sich der Kondensator wie ein offener Stromkreis, was bedeutet, dass Ihr Strom nicht einmal zu Ihrem Widerstand "gelangt", was bedeutet, dass die Spannung über R (was Voutput ist) 0 ist.

Was bedeutet G = 0 / Vinput = 0.

Okay .. Wir haben den Fall für omega = 0 gesehen ..

Was ist mit Omega = Unendlichkeit?

Der Kondensator verhält sich dann wie ein geschlossener Schalter. Das heißt: Vinput = R * I = Voutput.

Was bedeutet G = 1.

Also .. Die Verstärkung unserer Schaltung ist 0 bei den niedrigen Frequenzen und 1 bei den hohen Frequenzen ... Mit anderen Worten, sie lässt hohe Frequenzen passieren und blockiert niedrige Frequenzen. Mit anderen Worten: Ein Hochpassfilter.

Können wir unsere zweite Runde machen?

Omega -> 0 ===> Kondensator ist im Leerlauf (aus dem Schaltplan entfernen). Du hast nur noch Vout = Vin. Also gib G = 1.

Omega -> Infinity ==> Kondensator ist ein Kurzschluss und Vout = 0, also G = 0.

Mit anderen Worten, diese Schaltung lässt niederfrequente Signale durch und blockiert hochfrequente Signale.

Es ist ein Tiefpassfilter ..

Einige Bemerkungen:

Ich schlage vor, dass Sie zunächst ein solides Verständnis für die Grundlagen erlangen. Verstehe wirklich, wie jede dieser Komponenten individuell funktioniert.

Kapitel 1 (Grundlagen) der Kunst der Elektronik würde dies erklären. Es gibt auch Tony Kuphaldts kostenlose Bücher "Lessons in Electric Circuits".

Ich kann die Wichtigkeit der Grundlagen nicht genug betonen: Wenn du überspringst, bekommst du ein Wissen, das wie Schweizer Käse ist, mit klaffenden Löchern und du wirst später kämpfen. Sie werden auf wackeligen Fundamenten bauen und es unvermeidlich versäumen, Ihren Kopf um relativ komplexere Dinge zu wickeln.