Sự hiểu biết của tôi về các mạch RC bị hỏng

Tôi hỏi một câu hỏi tương đối đơn giản . Thật không may, các câu trả lời gây ra nhiều câu hỏi hơn nhiều! :-(

Có vẻ như tôi hoàn toàn không hiểu mạch RC. Đặc biệt, tại sao lại có chữ R trong đó. Có vẻ như hoàn toàn không cần thiết. Chắc chắn các tụ điện đang làm tất cả các công việc? Cái quái gì bạn cần một điện trở để làm gì?

Rõ ràng mô hình tinh thần của tôi về cách thức hoạt động của công cụ này là không chính xác. Vì vậy, hãy để tôi cố gắng giải thích mô hình tinh thần của tôi:

Nếu bạn cố gắng truyền một dòng điện trực tiếp qua một tụ điện, bạn chỉ cần sạc hai tấm. Dòng điện sẽ tiếp tục chảy cho đến khi tụ được sạc đầy, tại thời điểm đó không có dòng điện nào nữa có thể chảy. Tại thời điểm này, hai đầu của dây thậm chí có thể không được kết nối.

Cho đến khi, đó là, bạn đảo ngược hướng của hiện tại. Bây giờ dòng điện có thể chảy trong khi tụ phóng điện, và tiếp tục chảy trong khi tụ nạp lại ở cực ngược lại. Nhưng sau đó, một lần nữa tụ điện được sạc đầy, và không có dòng điện nào nữa có thể chảy.

Dường như với tôi rằng nếu bạn truyền một dòng điện xoay chiều qua một tụ điện, một trong hai điều sẽ xảy ra. Nếu chu kỳ sóng dài hơn thời gian để sạc đầy tụ điện, tụ điện sẽ dành phần lớn thời gian để sạc đầy, và do đó phần lớn dòng điện sẽ bị chặn. Nhưng nếu chu kỳ sóng ngắn hơn, tụ điện sẽ không bao giờ đạt đến trạng thái được sạc đầy, và hầu hết dòng điện sẽ đi qua.

Theo logic này, một tụ điện duy nhất là một bộ lọc thông cao hoàn toàn tốt.

Vậy ... tại sao mọi người cứ khăng khăng rằng bạn phải có điện trở để tạo bộ lọc hoạt động? Tôi đang thiếu gì?

Hãy xem xét, ví dụ, mạch này từ Wikipedia:

Cái điện trở đó làm cái quái gì thế? Chắc chắn tất cả những gì làm là ngắn mạch toàn bộ sức mạnh, sao cho không có dòng điện nào đến được phía bên kia.

Tiếp theo hãy xem xét điều này:

Điều này hơi lạ. Một tụ điện song song? Chà ... tôi cho rằng nếu bạn tin rằng một tụ điện chặn DC và vượt qua AC, điều đó có nghĩa là ở tần số cao, tụ điện rút ngắn mạch, ngăn chặn mọi năng lượng đi qua, trong khi ở tần số thấp, tụ điện hoạt động như thể nó không có Vì vậy, đây sẽ là một bộ lọc thông thấp. Vẫn không giải thích được điện trở ngẫu nhiên xuyên qua, vô dụng chặn gần như toàn bộ sức mạnh trên đường ray đó ...

Rõ ràng những người thực sự thiết kế công cụ này biết điều mà tôi không biết! Bất cứ ai có thể khai sáng cho tôi? Tôi đã thử bài viết Wikipedia về các mạch RC, nhưng nó chỉ nói về một loạt các công cụ biến đổi Laplace. Thật gọn gàng khi bạn có thể làm điều đó, tôi đang cố gắng hiểu vật lý cơ bản. Và thất bại!

.

Hãy thử kiểu thang này của Wittgenstein .

Trước tiên hãy xem xét điều này:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Chúng ta có thể tính toán dòng điện qua R1 với định luật Ohm:

Chúng tôi cũng biết rằng điện áp trên R1 là 1V. Nếu chúng ta sử dụng mặt đất làm tài liệu tham khảo, thì làm thế nào 1V ở đầu điện trở trở thành 0V ở dưới cùng của điện trở? Nếu chúng ta có thể dính một đầu dò ở đâu đó ở giữa R1, chúng ta nên đo điện áp ở đâu đó trong khoảng từ 1V đến 0V, phải không?

Một điện trở với đầu dò chúng ta có thể di chuyển xung quanh nó ... nghe có vẻ như một chiết áp, phải không?

^{mô phỏng mạch này}

Bằng cách điều chỉnh núm trên chiết áp, chúng ta có thể đo bất kỳ điện áp nào trong khoảng từ 0V đến 1V.

Bây giờ nếu thay vì một cái nồi, chúng ta sử dụng hai điện trở rời rạc thì sao?

^{mô phỏng mạch này}

Điều này về cơ bản là giống nhau, ngoại trừ chúng ta không thể di chuyển cần gạt trên chiết áp: nó bị kẹt ở vị trí 3/4 từ trên xuống. Nếu chúng ta nhận được 1V ở phía trên và 0V ở phía dưới, thì 3/4 chiều lên, chúng ta sẽ thấy 3/4 điện áp, hoặc 0,75V.

Những gì chúng tôi đã làm là một bộ chia điện áp . Hành vi của nó được mô tả chính thức bởi phương trình:

Bây giờ, nếu chúng ta có một điện trở có điện trở thay đổi theo tần số thì sao? Chúng tôi có thể làm một số thứ gọn gàng. Đó là những gì các tụ điện.

Ở tần số thấp (tần số thấp nhất là DC), một tụ điện trông giống như một điện trở lớn (vô hạn tại DC). Ở tần số cao hơn, tụ điện trông giống như một điện trở nhỏ hơn. Ở tần số vô hạn, một tụ điện có điện trở ở tất cả: nó trông giống như một sợi dây.

Vì thế:

^{mô phỏng mạch này}

Đối với tần số cao (trên cùng bên phải), tụ điện trông giống như một điện trở nhỏ. R3 nhỏ hơn rất nhiều so với R2, vì vậy chúng tôi sẽ đo điện áp rất nhỏ ở đây. Chúng ta có thể nói rằng đầu vào đã bị suy giảm rất nhiều.

Đối với tần số thấp (phía dưới bên phải), tụ điện trông giống như một điện trở lớn. R5 lớn hơn rất nhiều so với R4, vì vậy ở đây chúng tôi sẽ đo một điện áp rất lớn, gần như tất cả các điện áp đầu vào, nghĩa là, điện áp đầu vào đã bị suy giảm rất ít.

Vì vậy, tần số cao bị suy giảm, và tần số thấp thì không. Âm thanh như một bộ lọc thông thấp.

Và nếu chúng ta trao đổi vị trí của tụ điện và điện trở, hiệu ứng sẽ bị đảo ngược và chúng ta có bộ lọc thông cao.

Tuy nhiên, tụ điện không thực sự là điện trở. Những gì họ là mặc dù, là trở kháng . Trở kháng của tụ điện là:

Ở đâu:

• $C$ là điện dung, trong farads
• $f$ là tần số, tính bằng hertz
• $j$ là đơn vị tưởng tượng ,$\sqrt{-1}$

Lưu ý rằng, vì nằm trong mẫu số, nên trở kháng giảm khi tần số tăng.$f$

Trở kháng là số phức , vì chúng chứa . Nếu bạn biết các phép toán số học hoạt động như thế nào trên các số phức, thì bạn vẫn có thể sử dụng phương trình chia điện áp, ngoại trừ chúng ta sẽ sử dụng thay vì để đề nghị chúng ta sử dụng trở kháng thay vì điện trở đơn giản:$j$$Z$$R$

Và từ điều này, bạn có thể tính toán hành vi của bất kỳ mạch RC nào, và nhiều hơn nữa.

Tôi nghĩ rằng một số câu trả lời là những điều quá phức tạp. Điều duy nhất physicsbạn thực sự cần biết là "điện trở" của tụ điện đi ngược chiều với tần số và công thức 3 dB nổi tiếng: Vì vậy, giả sử bạn Chúng ta đã quen thuộc với những thứ đó, hãy nhìn nó như thế này.

Bộ lọc thông thấp

Vì vậy, bạn không thích R, eh? Chà, giả sử điện trở không có ở đó--

Rất tiếc, chúng tôi không thể! Luôn luôn có một số kháng cự. Bạn không thể tưởng tượng những gì xảy ra mà không có nó. Dây sẽ có milliohms hoặc micro-ohms, nhưng vẫn có một số điện trở. Nó càng nhỏ, điểm 3 dB của bạn càng đi xa, theo công thức 3 dB tiện dụng của chúng tôi - và càng ít "vượt qua". Thêm một điện trở riêng biệt cho phép bạn chọn điểm 3 dB, thay vì nó được xác định cho bạn bằng điện trở dây nhỏ hoặc theo dõi, mà hầu hết thời gian bạn không biết (và thậm chí không thể đo được!).

Bộ lọc High Pass

Ở đây, chúng ta có thể tưởng tượng cuộc sống không có R. Một đêm nọ, bạn cãi nhau với nó, và trong cơn thịnh nộ, bạn đã lấy nó ra. Vì vậy, bây giờ hãy nói rằng nó vắng mặt.

Nhưng bây giờ hãy nhìn những gì chúng ta có; tụ điện chỉ là một điện trở lớn, câm có điện trở, như bạn biết, thay đổi ngược chiều với tần số.

Nó vẫn là một bộ lọc theo nghĩa là nó sẽ làm giảm điện áp của các tần số nhất định. Chắc chắn nó sẽ chặn DC; theo nghĩa đó, nó là "vượt qua thấp". Nhưng bây giờ thì thật kinh khủng! Tại sao?

Đối với các tần số thấp, như tôi đã nói, giờ đây nó chỉ là một điện trở "lớn"; tùy thuộc vào mức độ dòng điện bạn kéo, điều đó có nghĩa là tần số thấp sẽ bị suy giảm phần nào: như bạn biết, dòng điện bạn kéo qua trở kháng càng nhiều thì điện áp càng giảm qua nó.

Nhưng, giống như trong trường hợp bộ lọc thông thấp khi bạn loại bỏ R, mạch của bạn bây giờ phụ thuộc vào thứ bạn không thường kiểm soát: hiện tại. Nếu bộ lọc này đang kết nối với tải có trở kháng cao (tức là megaohm), rất ít dòng điện sẽ được rút ra; tụ điện sẽ không giảm nhiều điện áp cho hầu hết các tần số, và vì vậy nó cũng có thể không ở đó. Bạn muốn có thể đặt bộ lọc này ở bất cứ đâu và làm cho nó hoạt động theo cách được xác định trước.

Hãy xem xét một số mô phỏng. Giả sử bạn có giới hạn 1uF và tải của bạn là 1k:

(Bỏ qua cốt truyện pha, vì nó không liên quan đến bài đăng này). OK, chúng tôi có một rolloff bắt đầu khoảng 200Hz. Điều đó ổn thôi, tôi đoán, nếu đó là những gì bạn muốn. Nhưng điều gì xảy ra khi điện trở thay đổi? Tức là, điều gì xảy ra khi mạch của bạn muốn một dòng điện khác?

Trời đất ơi! Điểm 3dB của chúng tôi hiện khoảng 1Hz. Vì vậy, "bộ lọc" của chúng tôi đang di chuyển khắp mọi nơi bất cứ khi nào một cái gì đó trong mạch của bạn muốn dòng điện thay đổi! Nó hoàn toàn không thể đoán trước.

Vì vậy, bạn thực hiện sửa đổi với điện trở, và bạn đặt nó trở lại, và nó sửa bộ lọc cho bạn.

Đợi-- làm thế nào để R sửa bộ lọc thông cao của bạn, bạn yêu cầu? Vâng, với nó và tụ điện, nó hoạt động như một bộ chia điện áp! Nếu nó đủ cứng - nghĩa là, nếu trở kháng đầu ra của nó thấp hơn nhiều so với trở kháng đầu vào điều khiển phần còn lại của mạch của bạn - nó sẽ cách ly bộ lọc của bạn khỏi những thay đổi trong bản vẽ hiện tại.

Tôi biết rằng bạn đã có nhiều câu trả lời. Hãy để tôi thử theo cách riêng của tôi.

Những gì tôi phải thiết kế là bộ lọc. Cả đường chuyền thấp và đường chuyền cao. Những gì tôi có là một tụ điện mà thôi.

Hãy xem xét việc thực hiện đầu tiên, trong đó tất cả các thành phần là lý tưởng.

Khi Vout được đo bằng máy hiện sóng lý tưởng, cái chúng ta sẽ nhận được là Vout = Vin.

Vì vậy, mạch này không thể làm việc như bất kỳ bộ lọc.

Xem xét thực hiện thứ hai,

Ở đây, không có dòng điện qua C và do đó ở đây Vout cũng là Vin.

Vì vậy, mạch thứ hai cũng không thể hoạt động như một bộ lọc.

Vì vậy, người ta không thể thực hiện bộ lọc chỉ với tụ điện (ít nhất là trong trường hợp lý tưởng).

Bây giờ đến với mô hình tinh thần của bạn, như bạn đã nói rằng "Dòng điện sẽ tiếp tục chảy cho đến khi tụ điện được sạc đầy .."

Nhưng bạn đã bao giờ nghĩ về việc mất bao lâu để một tụ điện được sạc đầy chưa?

Thời gian sạc của tụ điện được quyết định bởi giá trị điện dung C và dòng điện đi qua nó (có thể được điều khiển bằng cách đặt một điện trở có giá trị phù hợp nối tiếp với C).

Nói tóm lại, thời gian sạc được quyết định bởi RC sản phẩm.

Bây giờ đặt một điện trở hữu hạn nối tiếp với C, chúng ta có thể kiểm soát thời gian của tụ điện để được sạc đầy. Vì vậy, với điện trở R nối tiếp, mạch thứ nhất có thể hoạt động như bộ lọc thông thấp và mạch thứ hai có thể hoạt động như bộ lọc thông cao như trong câu hỏi của bạn.

Nếu R = 0 (ngắn mạch), thì tụ điện được sạc ngay lập tức và nó hoạt động như một mạch mở cho mọi tần số. Đó là những gì đã xảy ra trong mạch đầu tiên.

Nếu R = vô cực (mạch hở), thì tụ không bao giờ bắt đầu tích điện hoặc không có dòng điện chạy qua tụ. Và điều đó xảy ra trong mạch thứ hai.

Quên ý tưởng " sức mạnh vượt qua"; năng lượng là sản phẩm của dòng điện và điện áp, và loại ứng dụng mà bạn sẽ thấy cấu hình này của các thành phần không liên quan gì đến việc chuyển giao quyền lực.

Trong một mạch điện xoay chiều đơn giản (ít nhất hãy bắt đầu ở đây) một tụ điện có một đặc tính gọi là phản ứng . Phản ứng thực chất là mối quan hệ giữa điện dung và tần số của tín hiệu liên quan. Nó được tính toán bằng công thức khét tiếng 1 / 2πfC, trong đó f là tần số tính bằng Hertz và C là điện dung trong Farads và được đo bằng Ohms. Về cơ bản, một tụ điện là một điện trở phụ thuộc tần số.

Đối với các thành phần phản ứng, tức là mũ và cuộn cảm, có điện trở dựa trên tần số thường được gọi là trở kháng . Bạn sẽ thường tìm thấy các mạch hoặc thiết bị có "trở kháng đầu vào" thay vì điện trở, ngụ ý rằng nó có thể thay đổi tùy thuộc vào tần số tín hiệu đầu vào nhưng thường phải bằng phẳng (ish) trong phạm vi tần số mà mạch / thiết bị dự định sử dụng.

Trở lại với sự bao gồm bí ẩn của điện trở; nghĩ lại nhận xét trước đây của tôi về nắp là một điện trở được điều khiển tần số. Điều đó có nghĩa là, với một tần số nhất định, bây giờ bạn có hai điện trở tạo thành một bộ chia tiềm năng. Nếu bạn biết R và C, bạn có thể vẽ đồ thị của Vout so với tần số.

Nơi phổ biến nhất bạn sẽ tìm thấy các bộ lọc này là trong các mạch xử lý tín hiệu cơ bản / thụ động. Người ta mong đợi sẽ thấy cấu hình thông cao ở đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động (để tiết kiệm tần số thấp đáng ghét). Op amps được hưởng lợi từ việc có trở kháng đầu vào MASSIVE - điển hình là terraohms - vì vậy bạn không thể nói rằng điện trở song song đang hút dòng điện vì đó là mục đích chính xác: gần như không có dòng điện nào kết thúc trong op amp, vì vậy một nắp nối tiếp tự nó sẽ vô dụng.

Vâng, mọi thứ thay đổi một chút khi bạn chuyển sang các bộ khuếch đại hiện tại, nhưng đó thực sự là một chủ đề hoàn toàn khác. Bộ khuếch đại bóng bán dẫn nằm trong liên minh riêng của họ, và hơi vượt quá câu hỏi này.

Tuy nhiên, đối với một số thông tin bổ sung, có những tình huống sức mạnh làchuyển qua một loạt điện trở / cấu hình tụ song song. Người chiến thắng của hạng mục đó, như tên cho thấy, các đường dây điện (mang điện trên toàn quốc, v.v.). Phân tích đường truyền được thực hiện bằng cách mô hình hóa một đường dây điện trở như một điện trở nối tiếp cộng với nắp và cuộn cảm song song, đại diện cho điện trở của dây đồng, điện dung ký sinh giữa dây dẫn đồng và vỏ bọc "mặt đất" bên ngoài và điện áp cảm ứng từ bên ngoài các yếu tố tương ứng. Trong trường hợp như vậy, các thành phần này đại diện cho sự không hoàn hảo trong thế giới thực, do đó sức mạnh thực sự bị mất. Mô hình truyền dẫn gộp (tên có thể thay đổi) sẽ sử dụng mạch LRC này trên cơ sở 'trên mỗi đơn vị khoảng cách', sao cho một vài trong số các mạch này được gộp lại với nhau, lần lượt nối tiếp nhau để biểu diễn một đường dây điện có chiều dài cụ thể.

Các điện trở được thực hiện để kiểm soát hiện tại. Bạn dường như quên điện áp trên một tụ điện không thể thay đổi ngay lập tức, đó là kết quả của các điện tích âm tích lũy trên một tấm và rời khỏi tấm khác, cuối cùng dẫn đến việc tạo ra điện trường tương đương với điện áp của nó. Nếu điện áp này không thể thay đổi ngay lập tức và bạn đặt một điện áp khác trên nó, các dây cần giảm sự chênh lệch điện áp đó và điện trở của chúng rất nhỏ sẽ tạo ra dòng điện lớn (U = RI). Về cơ bản không có gì làm chậm các electron ngoại trừ dây dẫn. Dòng điện rất cao không thể kiểm soát sẽ sạc tụ điện ngay lập tức nếu nó không làm hỏng nó, điều này làm cho bộ lọc trở nên vô dụng vì nó được cho là hấp thụ và cung cấp dòng điện theo yêu cầu.

Đôi khi, độ phản ứng cao là mong muốn , ví dụ như để tách các tụ điện không có điện trở giới hạn, nhưng không có trong các bộ lọc.

Lưu ý rằng nếu bạn đang cung cấp dòng điện , bạn không cần một điện trở giới hạn dòng điện, tuy nhiên bạn cần một bộ giới hạn điện áp vì điện áp tụ sẽ tăng tuyến tính và cuối cùng đi qua điện áp sự cố. Nhưng dù sao nó cũng không phải là bộ lọc; bạn sẽ sử dụng một cuộn cảm để lọc dòng điện.

Trong bộ lọc thông cao / bộ dò cạnh (mạch đầu tiên), điện trở ở đó để tạo thành một bộ chia điện áp với tụ điện. Các tụ điện nói chung hoạt động giống như các điện trở phụ thuộc tần số (chúng cũng dịch pha các tín hiệu nhưng hãy để nó trượt). Điện trở ở đó để tạo ra một điện áp phụ thuộc vào tần số mà không rút ra bất kỳ dòng điện nào: ở tần số cao, trở kháng của tụ điện sẽ giảm và bạn nhận được nhiều đầu vào hơn (và ngược lại). Vì vậy, nếu không có điện trở đó, nếu không có dòng điện nào được rút ra, đầu vào sẽ được nhân đôi trong đầu ra (không giảm điện áp).

Trong bộ lọc thông thấp , điện trở cũng ở đó để tạo thành một bộ chia điện áp ngoại trừ lần này, điện áp quan tâm là qua tụ điện ("trở nên mạnh hơn theo thời gian" => thông thấp) và không phải là hình ảnh của dòng điện (" trở nên yếu hơn với thời gian "=> vượt qua cao). Nếu bạn đoản mạch điện trở, tụ điện sẽ phản ứng quá nhanh và sẽ vô dụng như một bộ lọc, giống như tôi đã đề cập ở đầu bài này.

Câu hỏi tuyệt vời.

Dường như với tôi rằng nếu bạn truyền một dòng điện xoay chiều qua một tụ điện, một trong hai điều sẽ xảy ra. Nếu thời gian để sạc đầy tụ điện dài hơn thời gian sóng, tụ điện sẽ dành phần lớn thời gian được sạc đầy, và do đó phần lớn dòng điện sẽ bị chặn. Nhưng nếu chu kỳ sóng ngắn hơn, tụ điện sẽ không bao giờ đạt đến trạng thái được sạc đầy, và hầu hết dòng điện sẽ đi qua.

Tôi đồng ý với một phần của phân tích này. Nếu bạn đặt một dòng điện vào một tụ điện, bạn có thể tìm ra điện áp trên nó khá dễ dàng bằng cách sử dụng

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

Tuy nhiên, sau đó bạn bắt đầu nói về một tụ điện được "sạc đầy". Ở điện áp nào thì tụ điện được sạc đầy? Có một điện áp nơi tụ điện có thể sụp đổ, nhưng tôi không nghĩ đó là những gì bạn nghĩ.

Điều này không thực sự có ý nghĩa dù sao. Hiện tại nó đến từ đâu? Thông thường, làm việc với điện áp dễ dàng hơn - Tôi có thời gian dễ dàng hơn khi đặt điện áp hình sin vào tụ điện hơn so với dòng điện hình sin.

Vì vậy, đây là trực giác của tôi:

• Dòng điện đi qua một điện trở là .$I = \frac{V}{R}$
• Dòng điện đi qua một tụ điện là .$I = C\frac{dV}{dt}$
• Ở tần số thấp, là nhỏ, do đó không có nhiều dòng điện qua tụ điện; vì có dòng điện thấp, có rất ít điện áp trên điện trở và phần lớn điện áp nằm trên tụ điện.$\frac{dV}{dt}$
• Ở tần số cao, là lớn, vì vậy tụ điện có thể truyền nhiều dòng điện như nó muốn; điện trở là hệ số giới hạn cho dòng điện trong mạch, do đó phần lớn điện áp rơi trên nó.$\frac{dV}{dt}$
• Ở tần số trung bình, có sự chuyển đổi từ trường hợp tần số thấp sang trường hợp tần số cao. Điều này xảy ra xung quanh .$f = \frac{1}{2\pi RC}$
• Nếu không có điện trở, bạn không thể biết được tần số thấp và tần số cao giao nhau ở đâu.

Tái bút: bạn nói đúng về việc "chặn nguồn" - nếu bạn muốn chuyển dòng điện qua bộ lọc này sang một thứ khác ở xa hơn, nó sẽ hoạt động khác đi.

Đối với trường hợp bộ lọc thông thấp: có điện trở để giới hạn dòng điện từ nguồn điện áp đầu vào. Trong lý thuyết các thành phần lý tưởng được sử dụng, vì vậy nguồn điện áp này có thể cung cấp dòng điện vô hạn. Nếu chúng ta rút điện trở ra, sẽ không có bộ lọc nào cả, tụ điện sẽ được nạp vào điện áp đầu vào ngay lập tức (vì có thể cung cấp bất kỳ dòng điện nào phù hợp với tốc độ thay đổi điện áp), bất kể tín hiệu tần số là gì. Đó là nơi mà sự kháng cự phát huy tác dụng. Với bất kỳ điện áp tụ điện giá trị khác không bắt đầu tụt hậu so với đầu vào, và do đó hiệu ứng lọc được tạo ra. Và nếu nguồn hiện tại lý tưởng được kết nối với bộ lọc RC thông thấp, R thực sự CÓ THỂ được lấy ra, vì nó không có ảnh hưởng đến dòng điện chạy vào.

Nếu bạn cố gắng truyền một dòng điện trực tiếp qua một tụ điện, bạn chỉ cần sạc hai tấm. Dòng điện sẽ tiếp tục chảy cho đến khi tụ được sạc đầy, tại thời điểm đó không có dòng điện nào nữa có thể chảy.

Điện trở trả lời câu hỏi "dòng điện bao nhiêu?", Và do đó câu hỏi dòng điện sẽ tiếp tục chảy trong bao lâu.

Ở bất kỳ giá nào, "dòng điện sẽ tiếp tục chảy cho đến khi tụ được sạc đầy" là sai lệch. Nếu chúng ta đang nói về "dòng điện trực tiếp", dòng điện sẽ tiếp tục chảy cho đến khi tụ điện từ chức. Đối với một tụ điện điện phân, có thể có mùi đáng ngạc nhiên.

Bây giờ thông thường chúng ta không có một nguồn hiện tại lý tưởng phụ trách. Thông thường hơn là có một nguồn điện áp và một điện trở (gợi ý gợi ý), và dòng điện qua điện trở sẽ giảm trong khi điện áp trên tụ tiếp cận điện áp ở phía bên kia của điện trở. Tỷ số giữa chênh lệch điện áp này và dòng sạc được xác định bởi điện trở.

Nếu bạn áp dụng HIỆN TẠI thì điện trở không làm gì và điện áp trên nắp sẽ tăng tuyến tính đến vô cùng. Tuy nhiên, nếu bạn áp dụng một ĐIỆN ÁP thì điện trở sẽ 'chống lại' dòng điện và tạo ra sự sụt giảm điện áp đối nghịch. Các tụ điện sẽ chỉ nhìn thấy một phần của điện áp và bất cứ dòng điện nào mà điện trở cho phép đi qua. Khi nắp sạc, điện áp trên nắp tăng và điện trở cho phép dòng điện đi qua ngày càng ít đi. Điện áp trên điện trở sẽ gần như không có giá trị.

Một tụ điện sẽ không tải thực sự sẽ vượt qua tần số thấp tùy ý vì sẽ không có đường dẫn hiện tại để sạc hoặc xả qua.

Nếu thời gian để sạc đầy tụ điện dài hơn thời gian sóng,

Nhưng thời gian đó là bao lâu? Hóa ra phải mất giây để sạc khoảng 2/3 (sạc không có triệu chứng). Đây được gọi là hằng số thời gian RC .$R \cdot C$

Nếu bạn lấy điện trở ra khỏi mạch đầu tiên và không có gì ở Vout, thì bạn không có mạch - không có vòng lặp nào mà dòng điện có thể chạy qua. Trong thực tế, nếu bạn nói một mét hoặc đầu vào âm thanh ở đó thì nó sẽ trông giống như một điện trở của một vài megaohms. Dòng điện chạy qua tụ điện, qua đồng hồ đo và trở lại đường ray âm. Đặt một điện trở cụ thể ở đó cung cấp cho bạn một điện trở có kích thước hợp lý có thể dự đoán được để tính toán với. Nó không chuyển hướng năng lượng - thực tế theo định luật ohm, nó phát triển một điện áp trên nó theo tỷ lệ với dòng điện xoay chiều.

Trong ví dụ khác, điện trở sê-ri ở đó nếu không Vout sẽ luôn bằng Vin; nó trì hoãn việc sạc tụ điện đến một hằng số thời gian cụ thể.

Một cuộn cảm tự nó được gọi là "cuộn cảm" và thực sự là một bộ lọc thông thấp hiệu quả. Nó không bao giờ hoàn toàn là của riêng nó, luôn có một vài picofarad điện dung dây xung quanh ..

(Câu hỏi của bạn khiến điện áp, dòng điện và điện bất cẩn, có thể làm bạn bối rối)

Nếu không có điện trở thực tế hoặc ẩn trong mạch của bạn, bạn đang lái tụ điện với nguồn điện áp lý tưởng hoặc nguồn điện lý tưởng. Đặt một điện trở nối tiếp với một nguồn hiện tại lý tưởng là vô nghĩa, vì vậy trường hợp thú vị duy nhất là một điện trở có nguồn điện áp lý tưởng.

Điểm của nguồn điện áp lý tưởng là tụ điện sẽ theo điện áp ngay lập tức. Và điều đó có nghĩa là hiện tại vào các tụ điện sẽ là . Một bước nhảy trong điện áp sẽ dẫn đến đột biến dòng vô hạn.$d/dt U * C$

Tuy nhiên, mục đích thông thường của phần tử RC không phải là phần tử khác biệt mà là phần tử trễ. Đặt một điện trở nối tiếp sẽ hạn chế dòng điện và do đó ngăn tụ điện theo dõi điện áp ngay lập tức.

@MathologistsOrchid, cảm ơn câu hỏi tuyệt vời và cách suy luận trực quan. Tôi ngưỡng mộ bạn vì bản thân tôi đã luôn cố gắng trả lời những câu hỏi này theo cách này. Tôi sẽ chỉ chia sẻ một vài suy nghĩ sẽ thêm một cái gì đó mới vào những gì đã được nói.

Thật vậy, trong trường hợp mạch CR vi sai bên dưới, điện trở có thể bị bỏ qua nếu bạn thay thế nó bằng chính tải ... nhưng tải phải đủ điện trở thấp. Có thể ở đây vì tải được kết nối nối tiếp với tụ điện.

Trong trường hợp cho mạch RC tích hợp bên dưới, không thể bỏ qua vì tải được kết nối song song với tụ điện. Vậy thì vai trò của điện trở trong sự sắp xếp này là gì?

Tụ điện là một loại "vật chứa" cần được "đổ đầy" "chất lỏng"; vì vậy đại lượng đầu vào của nó là dòng chảy (dòng điện) ... và đại lượng đầu ra của nó là áp suất (điện áp) ... nó là một thiết bị có đầu vào hiện tại và đầu ra điện áp ... một tích hợp lý tưởng (tuyến tính theo thời gian). .. một tích hợp hiện tại-điện áp . Bạn phải lái xe ("điền") nó bằng một nguồn hiện tại ... nhưng bạn có một nguồn điện áp. Vì vậy, bạn phải chuyển đổi điện áp thành dòng điện ... và đây là vai trò của điện trở ... nó hoạt động như một bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện ...

Nếu bạn kết hợp nguồn điện áp đầu vào và điện trở, bạn có thể nghĩ về sự kết hợp này như là một nguồn hiện tại (không hoàn hảo) điều khiển một bộ tích hợp hiện tại.

Tôi đã tạo ra nhiều câu chuyện về các mạch này (một số trong số chúng - hoạt hình). Dưới đây là một vài trong số họ; có lẽ họ có thể giúp bạn hiểu trực quan:

Cách tạo bộ tích hợp RC hoàn hảo - Wikibooks

Bài tập lớp - học sinh của tôi, 2004

Công cụ tích hợp Op-amp RC - Circuit-fantasia.com (Mạch truyện trên bảng trắng)

Trình tạo đường dốc - Mạch truyện trên bảng trắng

Tại sao có sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong tụ điện - trang thảo luận Wikipedia

Xây dựng bộ tích hợp đảo ngược op-amp - Câu chuyện hoạt hình Flash

Hãy làm một cách tiếp cận đơn giản hơn, hiệu quả hơn ...

Nhưng trước tiên:

Cái điện trở đó làm cái quái gì thế? Chắc chắn tất cả những gì làm là ngắn mạch toàn bộ sức mạnh, sao cho không có dòng điện nào đến được phía bên kia.

Điều này không chính xác ở hai điểm chính:

• Việc chập mạch có nghĩa là làm cho hai điểm có cùng một điện áp (liên quan đến mặt đất), điều này rõ ràng không phải là trường hợp ở đây: Giả sử giá trị của điện trở không bằng 0, điện áp trên điện trở không bằng 0 .. trừ khi có dòng điện qua điện trở. Vì điện áp trên điện trở là V = R * i. Nếu một trong hai bằng không, thì điện áp bằng không.

• Ngay cả khi đó là ngắn mạch, vẫn sẽ có một dòng điện (nhưng không có điện áp, vì điện áp trên "ngắn / dây" bằng không. Vì vậy, V = R * i. Giả sử đó là ngắn (R = 0), ở đó có thể là một dòng điện chạy và điện áp vẫn sẽ bằng không ...

Hiện nay...

Hãy để tôi hỏi bạn một câu hỏi .. Trong mạch đầu tiên (giả sử R không bằng 0), điều gì sẽ làm cho điện áp bằng không? Vâng, không có hiện tại.

Và giả sử bạn đang áp dụng một điện áp trên đầu vào của bạn (ở bên trái của bạn), tại sao sẽ không có một dòng điện?

Bởi vì các tụ điện đang ngăn dòng chảy.

Và trong trường hợp nào các tụ điện sẽ làm điều đó? Trong trường hợp nào thành phần nào sẽ ngăn dòng điện chạy qua?

Trả lời: Khi một thành phần có trở kháng vô cực ..

Xem: V = Z * I .. Vậy tôi = V / Z, phải không?

Vì vậy, nếu Z = Infinity, thì bạn có dòng điện rỗng ... Nói cách khác, thành phần của bạn trở nên tương đương với một công tắc mở ..

Bây giờ: Khi nào một tụ điện hành xử theo cách đó? Nói cách khác, khi nào trở kháng của capcitor là vô cùng? Vâng Zc = 1 / (jwC) ..

Giả sử C không bằng 0 .. Điều đó khiến omega = 0 ... Nói cách khác, cái mà bạn gọi là "DC". Tần số bằng không.

Vì vậy, hãy gọi "đạt" tỷ lệ giữa điện áp ở đầu ra và đầu vào của bạn ..

G = Voutput / Vinput ..

Khi omega = 0, tụ điện hoạt động như một mạch mở, nghĩa là dòng điện của bạn thậm chí không "làm cho nó" trở thành điện trở của bạn, nghĩa là điện áp trên R (là Voutput) là 0 ..

Có nghĩa là G = 0 / Vinput = 0.

Được rồi .. Chúng tôi đã thấy trường hợp cho omega = 0 ..

Thế còn omega = vô cùng?

Chà, tụ điện sau đó hoạt động như một công tắc đóng .. Có nghĩa là: Vinput = R * I = Voutput.

Có nghĩa là G = 1.

Vì vậy, mức tăng của mạch của chúng tôi là 0 ở tần số thấp và 1 ở tần số cao ... Nói cách khác, nó cho phép tần số cao vượt qua và chặn tần số thấp .. Nói cách khác: Bộ lọc thông cao.

Chúng ta có thể làm mạch thứ hai không?

Omega -> 0 ===> Tụ điện là mạch hở (loại bỏ nó khỏi sơ đồ của bạn). Tất cả những gì bạn còn lại là Vout = Vin .. Vì vậy, đạt G = 1.

Omega -> Infinity ==> Tụ điện là ngắn mạch và Vout = 0, do đó G = 0.

Nói cách khác, mạch đó cho phép tín hiệu của tần số Thấp đi qua và chặn tín hiệu tần số cao ..

Đó là Bộ lọc thông thấp ..

Một số nhận xét:

Tôi đề nghị bạn nên có một sự hiểu biết vững chắc về những điều cơ bản, đầu tiên. Thực sự hiểu làm thế nào mỗi thành phần này hoạt động cá nhân.

Chương 1 (Cơ sở) của Nghệ thuật Điện tử sẽ giải thích điều này. Ngoài ra còn có cuốn sách "Những bài học trong mạch điện" của Tony Kuphaldt.

Tôi không thể nhấn mạnh đủ tầm quan trọng của những điều cơ bản: Nếu bạn bỏ qua, bạn sẽ có được một kiến ​​thức như phô mai Thụy Sĩ, với những lỗ hổng và bạn sẽ phải vật lộn sau đó. Bạn sẽ xây dựng trên nền tảng run rẩy và chắc chắn không thể quấn đầu xung quanh những thứ tương đối phức tạp hơn ..

Về mặt lý thuyết, điện trở không cần thiết. Nếu bạn vẽ cả hai mạch HPF và LPF chỉ bằng tụ điện, bạn sẽ có được hiệu ứng lọc. Các bộ lọc lý do thêm điện trở là để kiểm soát tần số cắt: Ví dụ, nhiều lần khi thiết kế tụ điện được thêm vào giữa nguồn điện và nối đất không có điện trở để tạo LPF xả AC.