Mi comprensión de los circuitos RC está rota

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Le pregunté a a pregunta relativamente simple . Desafortunadamente, las respuestas provocan muchas más preguntas! :-(

Parece que en realidad no entiendo en absoluto los circuitos RC. En particular, ¿por qué hay una R allí? Parece completamente innecesario. ¿Seguro que el condensador está haciendo todo el trabajo? ¿Para qué diablos necesitas una resistencia?

Claramente, mi modelo mental de cómo funciona esto es incorrecto de alguna manera. Así que déjame intentar explicar mi modelo mental:

Si intenta pasar una corriente continua a través de un condensador, simplemente está cargando las dos placas. La corriente continuará fluyendo hasta que el condensador esté completamente cargado, en cuyo punto ya no puede fluir más corriente. En este punto, los dos extremos del cable podrían no estar conectados.

Hasta, es decir, invierte la dirección de la corriente. Ahora la corriente puede fluir mientras el capacitor se descarga, y continúa fluyendo mientras el capacitor se recarga en la polaridad opuesta. Pero después de eso, una vez más, el condensador se carga completamente, y no puede fluir más corriente.

Me parece que si pasa una corriente alterna a través de un condensador, sucederá una de dos cosas. Si el período de onda es más largo que el tiempo para cargar completamente el condensador, el condensador pasará la mayor parte del tiempo completamente cargado y, por lo tanto, se bloqueará la mayor parte de la corriente. Pero si el período de onda es más corto, el condensador nunca alcanzará un estado completamente cargado, y la mayor parte de la corriente pasará.

Según esta lógica, un solo condensador en sí mismo es un filtro de paso alto perfectamente bueno.

Entonces ... ¿por qué todos insisten en que debes tener un resistor también para crear un filtro que funcione? ¿Qué me estoy perdiendo?

Considere, por ejemplo, este circuito de Wikipedia:

¿Quédemoniosestáhaciendoesaresistencia?Seguramentetodoloquehaceescortocircuitartodalaalimentación,demodoqueningunacorrientelleguealotrolado.

Luegoconsideraesto:

Esto es un poco extraño. ¿Un condensador en paralelo? Bueno ... supongo que si cree que un capacitor bloquea la CC y la CA pasa, eso significaría que en las altas frecuencias, el capacitor cortocircuita el circuito, evitando que pase la energía, mientras que en las bajas frecuencias el capacitor se comporta como si fuera no ahí. Así que este sería un filtro de paso bajo. Todavía no explica la resistencia aleatoria a través, bloqueando inútilmente casi toda la potencia en ese riel ...

¡Obviamente las personas que diseñan estas cosas saben algo que yo no! ¿Alguien puede iluminarme? Probé el artículo de Wikipedia sobre circuitos RC, pero solo habla de un montón de cosas de la transformada de Laplace. Es genial que puedas hacer eso, estoy tratando de entender la física subyacente. ¡Y fallando!

(Argumentos similares a los anteriores sugieren que un inductor por sí solo debería hacer un buen filtro de paso bajo, pero nuevamente, toda la literatura parece estar en desacuerdo conmigo. No sé si es digno de una pregunta separada o no.)

    
pregunta MathematicalOrchid 21.01.2015 - 23:17

14 respuestas

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Probemos este escalera de Wittgenstein .

Primero consideremos esto:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Podemos calcular la corriente a través de R1 con la ley de Ohm:

$$ {1 \: \ mathrm V \ over 100 \: \ Omega} = 10 \: \ mathrm {mA} $$

También sabemos que el voltaje en R1 es 1V. Si usamos la tierra como nuestra referencia, entonces, ¿cómo 1V en la parte superior de la resistencia se convierte en 0V en la parte inferior de la resistencia? Si pudiéramos pegar una sonda en algún lugar en el medio de R1, deberíamos medir un voltaje en algún lugar entre 1V y 0V, ¿no?

Una resistencia con una sonda a la que podemos movernos ... suena como un potenciómetro, ¿no?

simular este circuito

Al ajustar la perilla en el potenciómetro, podemos medir cualquier voltaje entre 0V y 1V.

Ahora, ¿qué pasa si en lugar de una olla, usamos dos resistencias discretas?

simular este circuito

Esto es esencialmente lo mismo, excepto que no podemos mover el limpiaparabrisas del potenciómetro: está atascado en una posición 3/4 de la parte superior. Si obtenemos 1V en la parte superior y 0V en la parte inferior, entonces 3/4 de la subida, deberíamos esperar ver 3/4 de la tensión, o 0.75V.

Lo que hemos hecho es un divisor de voltaje resistivo . Su comportamiento se describe formalmente mediante la ecuación:

$$ V_ \ text {out} = {R_2 \ sobre R_1 + R_2} \ cdot V_ \ text {in} $$

Ahora, ¿qué pasaría si tuviéramos una resistencia con una resistencia que cambiara con la frecuencia? Podríamos hacer algunas cosas bonitas. Eso es lo que son los condensadores.

En una frecuencia baja (la frecuencia más baja es DC), un condensador parece una resistencia grande (infinito en DC). A frecuencias más altas, el condensador parece una resistencia más pequeña. A una frecuencia infinita, un condensador tiene que resistir: se parece a un cable.

Entonces:

simular este circuito

Para las frecuencias altas (arriba a la derecha), el condensador parece una pequeña resistencia. R3 es mucho más pequeño que R2, por lo que mediremos un voltaje muy pequeño aquí. Podríamos decir que la entrada se ha atenuado mucho.

Para bajas frecuencias (abajo a la derecha), el capacitor se ve como una resistencia grande. R5 es mucho más grande que R4, por lo que aquí mediremos un voltaje muy grande, casi todo el voltaje de entrada, es decir, el voltaje de entrada se ha atenuado muy poco.

Las frecuencias altas se atenúan, y las frecuencias bajas no. Suena como un filtro de paso bajo.

Y si intercambiamos los lugares del condensador y la resistencia, el efecto se invierte y tenemos un filtro de paso alto.

Sin embargo, los condensadores no son realmente resistores. Sin embargo, lo que son, son impedancias . La impedancia de un condensador es:

$$ Z_ \ text {capacitor} = -j {1 \ over 2 \ pi f C} $$

Donde:

  • \ $ C \ $ es la capacitancia, en faradios
  • \ $ f \ $ es la frecuencia, en hercios
  • \ $ j \ $ es la unidad imaginaria , \ $ \ sqrt {-1} \ $

Observe que, debido a que \ $ f \ $ está en el denominador, la impedancia disminuye a medida que aumenta la frecuencia.

Las impedancias son números complejos , porque contienen \ $ j \ $. Si sabe cómo funcionan las operaciones aritméticas en números complejos, puede seguir usando la ecuación del divisor de voltaje, excepto que usaremos \ $ Z \ $ en lugar de \ $ R \ $ para sugerir que estamos usando impedancias en lugar de resistencias simples:

$$ V_ \ text {out} = V_ {in} {Z_2 \ sobre Z_1 + Z_2} $$

Y a partir de esto, puede calcular el comportamiento de cualquier circuito RC, y mucho más.

    
respondido por el Phil Frost 22.01.2015 - 13:11
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Creo que algunas de las respuestas están complicando demasiado las cosas. El único physics que realmente necesita saber es que la "resistencia" de un condensador va a la inversa de la frecuencia, y la famosa fórmula de 3 dB: $$ f _ {- 3dB} = \ frac {1} {2 \ pi RC} $$ Entonces, suponiendo que estás familiarizado con eso, mirémoslo así.

Filtro de paso bajo

Así que no te gusta R, ¿eh? Bueno, digamos que la resistencia no está ahí ...

¡Uy, no podemos! Hay siempre alguna resistencia. No te imaginas lo que pasa sin eso. El cable tendrá miliohms o micro-ohmios, pero todavía hay algo de resistencia. Cuanto más pequeño es, más se aleja su punto de 3 dB, de acuerdo con nuestra práctica fórmula de 3 dB, y cuanto menos "baja" se convierte en. Al agregar una resistencia discreta, usted elige el punto de 3 dB, en lugar de que se determine por una resistencia de cable o traza pequeña, que la mayoría de las veces no sabe (y no puede incluso medir!).

Filtro de paso alto

Aquí, podemos imaginar la vida sin R. Una noche, entras en una discusión con ella, y en un ataque de ira, la sacaste. Así que ahora digamos que está ausente.

Pero ahora mira lo que tenemos; el condensador es solo un resistor grande y mudo cuya resistencia, como saben, varía inversamente con la frecuencia.

Todavía es un filtro en el sentido de que atenuará los voltajes de ciertas frecuencias. Ciertamente bloqueará DC; En ese sentido, se trata de "paso bajo". ¡Pero ahora es terrible! ¿Por qué?

Para las frecuencias bajas, como dije, ahora es solo una resistencia "grande"; Dependiendo de la cantidad de corriente que esté extrayendo, eso significa que las bajas frecuencias se atenuarán un poco: como sabe, cuanto más corriente retire una impedancia, más caerá la tensión a través de ella.

Pero, como en el caso del filtro de paso alto cuando eliminó R, su circuito ahora depende de algo que normalmente no controla: corriente. Si este filtro se conecta a una carga de alta impedancia (es decir, megaohmios), se extraerá muy poca corriente; El capacitor no dejará caer mucho voltaje para la mayoría de las frecuencias, por lo que puede que no esté allí. Usted desea poder poner este filtro en cualquier lugar y hacer que funcione de una manera predeterminada.

Veamos algunas simulaciones. Digamos que tienes un límite de 1uF y tu carga es 1k:

(Ignoraelgráficodefase,yaqueesirrelevanteparaestapublicación).OK,tenemosunrolloffquecomienzaalrededorde200Hz.Esoestábien,supongo,siesoesloquequieres.¿Peroquépasacuandocambialaresistencia?Esdecir,¿quésucedecuandosucircuitoquiereunacantidaddiferentedecorriente?

¡Dios mío! Nuestro punto 3dB está ahora alrededor de 1Hz. ¡Así que nuestro "filtro" se está moviendo por todas partes cuando algo en su circuito quiere que cambie la corriente! Es totalmente impredecible.

Así que te arreglas con el resistor, lo pones de nuevo y arregla el filtro por ti.

Espera, ¿cómo R arregla tu filtro de paso alto, preguntas? Bueno, con él y el condensador, ¡actúa como un divisor de voltaje! Si es lo suficientemente rígido, es decir, si su impedancia de salida es mucho más baja que la impedancia de entrada que controla el resto de su circuito, aísla el filtro de los cambios en el consumo de corriente.

    
respondido por el Paul L 22.01.2015 - 04:59
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Sé que ya tienes muchas respuestas. Déjame intentar a mi manera.

Lo que tengo que diseñar es filtrar. Tanto el paso bajo como el paso alto. Lo que tengo es solo un condensador.

Considere la primera implementación, donde todos los componentes son ideales.

CuandoVoutsemideconunosciloscopioideal,loqueobtendríamosesVout=Vin.

  

Porlotanto,estecircuitonopuedefuncionarcomoningúnfiltro.

Considerandolasegundaimplementación,

Aquí, no hay corriente a través de C y, por lo tanto, aquí también Vout es Vin.

  

Por lo tanto, el segundo circuito tampoco puede funcionar como filtro.

     

Por lo tanto, no se puede implementar un filtro solo con un condensador (al menos en el caso ideal).

Ahora, vaya a su modelo mental, como dijo: "La corriente continuará fluyendo hasta que el condensador esté completamente cargado ..."

  

Pero, ¿alguna vez has pensado cuánto tardará un condensador en cargarse por completo?

El tiempo de carga de un condensador se decide por el valor de capacitancia C y la corriente que pasa a través de él (que puede controlarse colocando una resistencia del valor apropiado en serie con C).

$$ V = \ frac {Q} {C} = \ frac {I \ times t} {C} $$ $$ \ Rightarrow t = \ frac {V \ times C} {I} \ propto RC $$

  

En resumen, el tiempo de carga lo decide el producto RC.

Ahora, al colocar una resistencia finita en serie con C, podemos controlar el tiempo que tarda el condensador en cargarse por completo. Así que con una resistencia en serie R, el primer circuito puede actuar como filtro de paso bajo y el segundo circuito puede actuar como filtro de paso alto como se muestra en su pregunta.

Si R = 0 (cortocircuito), entonces el condensador se carga instantáneamente y actúa como circuito abierto para cada frecuencia. Eso es lo que sucedió en el primer circuito.

Si R = infinito (circuito abierto), el capacitor nunca comienza a cargarse o la corriente no fluye a través del capacitor. Y eso pasa en el segundo circuito.

    
respondido por el nidhin 22.01.2015 - 17:33
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Olvídate de la idea de " poder atravesar"; la energía es el producto de la corriente y el voltaje, y el tipo de aplicaciones donde verá esta configuración de componentes no tiene nada que ver con la transferencia de energía.

En un circuito de CA simple (comencemos aquí al menos) un condensador tiene una característica llamada reactancia . La reactancia es esencialmente la relación entre la capacitancia y la frecuencia de la señal involucrada. Se calcula utilizando la fórmula infame de 1 / 2πfC, donde f es la frecuencia en Hertz y C es la capacitancia en Farads, y se mide en ohmios. Esencialmente, un capacitor es una resistencia dependiente de la frecuencia.

Para los componentes reactivos, es decir, las tapas y los inductores, la resistencia basada en la frecuencia a menudo se denomina impedancia . A menudo encontrará circuitos o dispositivos con "impedancia de entrada" en lugar de resistencia, lo que implica que puede variar dependiendo de la frecuencia de la señal de entrada, pero generalmente debe ser plano (ish) en el rango de frecuencias para el que está diseñado el circuito / dispositivo.

De vuelta a la misteriosa inclusión de la resistencia; Pienso en mi comentario anterior acerca de que la tapa es una resistencia controlada por frecuencia. Eso significa que, para una frecuencia dada, ahora tiene dos resistencias que forman un divisor potencial. Si conoces R y C, puedes trazar un gráfico de Vout vs frecuencia.

El lugar más común donde encontrará estos filtros es en los circuitos de procesamiento de señales básico / pasivo. Uno esperaría ver la configuración de paso alto en la entrada de un amplificador operacional (para guardar la amplificación de las bajas frecuencias desagradables). Los amplificadores operacionales se benefician de tener impedancias de entrada MASIVAS (generalmente terraohms), por lo que no se puede decir que la resistencia paralela está desviando la corriente porque es su propósito exacto: casi ninguna corriente terminará en el amplificador operacional, por lo que un límite en la serie por sí mismo será inútil.

Sí, las cosas cambian un poco cuando te mueves a los amplificadores actuales, pero ese es un tema realmente diferente. Los amplificadores de transistores están en su propia liga, y un poco más allá de esta pregunta.

Sin embargo, para obtener información adicional, hay situaciones en las que la energía se se transfiere a través de una resistencia en serie / configuración de condensador paralelo. El ganador de esa categoría es, como su nombre indica, líneas eléctricas (transportar electricidad a través del país, etc.). El análisis de la línea de transmisión se realiza modelando una línea de potencia como una resistencia en serie más una tapa y un inductor paralelos, que representan la resistencia del cable de cobre, la capacitancia parásita entre el conductor de cobre y su cubierta externa de "tierra", y el voltaje inducido desde el exterior. factores, respectivamente. En tal caso, estos componentes representan las imperfecciones del mundo real, por lo que el poder se pierde. El Modelo de Transmisión Lumped (el nombre puede variar) usará este circuito LRC en una base de 'por unidad', de modo que varios de estos circuitos se agrupen, uno tras otro, para representar una línea eléctrica de longitud particular.

    
respondido por el CharlieHanson 22.01.2015 - 00:36
3

La resistencia está hecha para controlar la corriente. Parece que se olvida que el voltaje a través de un capacitor no puede cambiar instantáneamente, es el resultado de que las cargas negativas se acumulan en una placa y dejan la otra, lo que finalmente crea el campo eléctrico equivalente a su voltaje. Si este voltaje no puede cambiar instantáneamente y usted aplica un voltaje diferente a través de él, los cables deben disminuir esa diferencia de voltaje y su resistencia es pequeña, lo que generará un flujo de corriente masivo (U = RI). Básicamente, no hay nada que reduzca la velocidad de los electrones, excepto los cables. La corriente muy alta e incontrolable cargará el capacitor en poco tiempo si no lo daña, lo que hace que el filtro sea inútil, ya que se supone que absorbe y entrega la corriente según sea necesario. Existe una dualidad entre el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia: al controlar la rapidez con que el capacitor reacciona a los cambios de entrada a través de un valor preciso de R, usted tiene control sobre la frecuencia de corte de su filtro.

Algunas veces se desea una alta reactividad , para desacoplar los condensadores, por ejemplo, que no tienen resistencias limitantes, pero no en filtros.

Tenga en cuenta que si está suministrando corriente , no necesita una resistencia limitadora de corriente, pero sí necesita un limitador de tensión porque la tensión del condensador aumentará linealmente y, finalmente, pasará la tensión de ruptura. Pero no es un filtro de todos modos; usaría un inductor para filtrar la corriente.

En el filtro de paso alto / detector de borde (primer circuito), la resistencia está allí para formar un divisor de voltaje con el capacitor. Los condensadores dicen que actúan como resistencias dependientes de la frecuencia (también cambian de fase las señales, pero dejemos que se deslice). La resistencia está ahí para crear un voltaje que depende de la frecuencia sin extraer ninguna corriente: a altas frecuencias, la impedancia del capacitor disminuirá y obtendrá más de la entrada (y viceversa). Por lo tanto, sin esa resistencia, si no se extrae corriente, la entrada se reflejará en la salida (sin caída de voltaje).

En el filtro de paso bajo la resistencia también está allí para formar un divisor de voltaje, excepto que esta vez, el voltaje de interés es el que atraviesa el condensador ("se hace más fuerte con el tiempo" = > bajo pase) y no la imagen de la corriente ("se debilita con el tiempo" = > pase alto). Si cortocircuitas la resistencia, el condensador reaccionará demasiado rápido y será inútil como filtro, tal como mencioné al principio de este post.

    
respondido por el Mister Mystère 22.01.2015 - 01:11
2

Gran pregunta.

  

Me parece que si pasa una corriente alterna a través de un condensador, sucederá una de dos cosas. Si el tiempo para cargar completamente el capacitor es más largo que el período de onda, el capacitor pasará la mayor parte del tiempo completamente cargado y, por lo tanto, se bloqueará la mayor parte de la corriente. Pero si el período de onda es más corto, el condensador nunca alcanzará un estado completamente cargado, y la mayor parte de la corriente pasará.

Estoy de acuerdo con parte de este análisis. Si pones una corriente en un condensador, puedes calcular el voltaje a través de él fácilmente utilizando

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

Sin embargo, luego comienza a hablar de un condensador que está "completamente cargado". ¿A qué voltaje está completamente cargado un condensador? Hay un voltaje en el que el condensador podría caerse, pero no creo que sea eso lo que estás pensando.

Esto no tiene sentido de todos modos. ¿De dónde viene esta corriente? Por lo general, es más fácil trabajar con voltajes: me es mucho más fácil aplicar un voltaje sinusoidal a un condensador que a una corriente sinusoidal.

Entonces, aquí está mi intuición:

  • La corriente que pasa a través de una resistencia es \ $ I = \ frac {V} {R} \ $.
  • La corriente que pasa a través de un condensador es \ $ I = C \ frac {dV} {dt} \ $.
  • En las frecuencias bajas, \ $ \ frac {dV} {dt} \ $ es pequeño, por lo que no hay mucha corriente a través del condensador; ya que hay poca corriente, hay poca tensión en la resistencia y la mayor parte de la tensión está en el condensador.
  • En las frecuencias altas, \ $ \ frac {dV} {dt} \ $ es grande, por lo que el condensador puede pasar la corriente que quiera; la resistencia es el factor limitante para la corriente en el circuito, por lo que la mayor parte de la caída de voltaje es a través de él.
  • En las frecuencias medias, hay una transición del caso de baja frecuencia al caso de alta frecuencia. Esto sucede alrededor de \ $ f = \ frac {1} {2 \ pi RC} \ $.
  • Sin una resistencia, no puedes saber dónde se cruzan las frecuencias bajas y altas.

PS: tienes razón sobre "bloquear el poder": si quieres transferir la corriente que fluye a través de este filtro a otra cosa más abajo en la línea, se comportará de manera diferente.

    
respondido por el Greg d'Eon 22.01.2015 - 04:51
2

Para el caso de filtro de paso bajo: la resistencia está ahí para limitar la corriente de la fuente de voltaje de entrada. En teoría, se utilizan los componentes ideales, por lo que esta fuente de voltaje puede entregar una corriente infinita. Si eliminamos la resistencia, no se filtrará en absoluto, el condensador se cargará al flujo de entrada instantáneamente (ya que se puede suministrar cualquier corriente requerida para que coincida con la tasa de cambio de voltaje), independientemente de la señal de frecuencia. Ahí es donde la resistencia entra en juego. Con cualquier voltaje de condensador de valor no cero, comience a rezagarse detrás de la entrada, y así se crea el efecto de filtrado.  Y si la fuente de corriente ideal conectada al filtro RC de paso bajo, R realmente PUEDE eliminarse, ya que no influye en la corriente que entra.

    
respondido por el user33393 22.01.2015 - 08:08
2
Si intenta pasar una corriente continua a través de un condensador, simplemente está cargando las dos placas. La corriente continuará fluyendo hasta que el condensador esté completamente cargado, en cuyo punto ya no puede fluir más corriente.

El resistor responde a la pregunta "¿cuánta corriente?" y, en consecuencia, a la pregunta de cuánto tiempo continuará fluyendo la corriente.

En cualquier caso, "la corriente continuará fluyendo hasta que el condensador esté completamente cargado" es engañoso. Si estamos hablando de "corriente continua", la corriente continuará fluyendo hasta que el capacitor entregue su renuncia. Para un condensador electrolítico, puede ser sorprendentemente maloliente.

Por lo general, no tenemos una fuente de corriente ideal a cargo. Es más común tener una fuente de voltaje y una resistencia (sugerencia de pista), y la corriente a través de la resistencia disminuirá mientras que la tensión a través del capacitor se aproxima a la tensión en el otro lado de la resistencia. La relación entre esta diferencia de voltaje y la corriente de carga está determinada por la resistencia.

    
respondido por el user65119 24.01.2015 - 19:34
1

Si aplica una CORRIENTE, entonces la resistencia no está haciendo nada y el voltaje en la tapa aumentará linealmente hasta el infinito. Sin embargo, si aplica un VOLTAJE, la resistencia "resistirá" el flujo de corriente y generará una caída de voltaje opuesta. El condensador solo verá una parte del voltaje y la corriente que la resistencia deje pasar. A medida que se carga la tapa, la tensión en la tapa aumenta y la resistencia deja pasar cada vez menos corriente. El voltaje en la resistencia se aproximará asintóticamente a cero.

Un condensador no cargará realmente pasará frecuencias arbitrariamente bajas, ya que no habrá una ruta de corriente para cargar o descargar.

    
respondido por el alex.forencich 22.01.2015 - 00:27
1
  

Si el tiempo para cargar completamente el capacitor es más largo que el período de onda,

¿Pero cuánto tiempo es ese tiempo? Resulta tomar \ $ R \ cdot C \ $ segundos para cargar hasta aproximadamente 2/3 (la carga es asintótica). Esto se llama la constante de tiempo RC .

Si saca la resistencia del primer circuito y no tiene nada en Vout, entonces no tiene un circuito , no hay ningún bucle en el que pueda circular la corriente. En realidad, si coloca un medidor o una entrada de audio allí, se verá como una resistencia de unos pocos megaohmios. La corriente fluye a través del condensador, a través del medidor, y regresa al riel negativo. Poner una resistencia específica allí te da una resistencia predecible de tamaño razonable para calcular. No desvía la energía; de hecho, según la ley de Ohm, desarrolla un voltaje en proporción a la corriente alterna.

En el otro ejemplo, la resistencia en serie está allí, de lo contrario Vout siempre sería igual a Vin; retrasa la carga del condensador a una constante de tiempo específica.

Un inductor en sí mismo se llama "estrangulamiento" y, de hecho, es un filtro de paso bajo efectivo. Nunca es completamente por sí solo, siempre hay unos pocos picofaradios de capacitancia de cable alrededor ...

(Su pregunta combina el voltaje, la corriente y la potencia de manera descuidada, lo que puede confundirlo)

    
respondido por el pjc50 22.01.2015 - 00:42
1

Si no hay una resistencia real o implícita en su circuito, está impulsando el capacitor con una fuente de voltaje ideal o una fuente de corriente ideal. Poner una resistencia en serie con una fuente de corriente ideal no tiene sentido, por lo que el único caso interesante es el que tiene una fuente de voltaje ideal.

El punto de la fuente de voltaje ideal es que el condensador seguirá el voltaje inmediatamente. Y eso significa que la corriente en el condensador será \ $ d / dt U * C \ $. Un salto en el voltaje resultará en picos de corriente infinitos.

El propósito habitual de un elemento RC, sin embargo, no es como un elemento diferenciador sino más bien como un elemento de retardo. Poner una resistencia en serie limitará la corriente y, por lo tanto, evitará que el capacitor rastree la tensión inmediatamente.

    
respondido por el user65036 23.01.2015 - 13:44
1

@MathematicalOrchid, gracias por la maravillosa pregunta y la forma intuitiva de razonar. Te admiro porque yo mismo siempre he tratado de responder estas preguntas de esta manera. Solo compartiré algunas ideas que agregarían algo nuevo a lo que ya se ha dicho.

De hecho, en el caso del circuito CR diferencial a continuación, se puede omitir la resistencia si la reemplaza con la carga en sí misma ... pero la carga debe ser lo suficientemente baja en resistencia. Es posible aquí ya que la carga está conectada en serie al condensador.

EnelcasodelcircuitoRCintegradoacontinuación,nosepuedeomitiryaquelacargaestáconectadaenparaleloalcondensador.Entonces,¿cuáleselpapeldelaresistenciaenestearreglo?

El condensador es un tipo de "contenedor" que debe "llenarse" de "fluido"; por lo tanto, su cantidad de entrada es similar al flujo (corriente) ... y su cantidad de salida es similar a la presión (voltaje) ... es un dispositivo con entrada de corriente y salida de voltaje ... un integrador ideal (lineal a través del tiempo). .. un integrador de corriente a voltaje . Tienes que conducir ("rellenar") con una fuente de corriente ... pero tienes una fuente de voltaje. Así que tienes que convertir el voltaje en una corriente ... y esta es la función de la resistencia ... actúa como un convertidor de voltaje a corriente ...

Sicombinalafuentedevoltajedeentradaylaresistencia,puedepensarenestacombinacióncomoenunafuentedecorrientesimple(imperfecta)queimpulsaunintegradordecorriente.

Hecreadomuchashistoriassobreestoscircuitos(algunosdeellos,animados).Éstossonalgunosdeellos;talvezpuedanayudarasucomprensiónintuitiva:

Cómo hacer un integrador RC perfecto - Wikibooks

Ejercicio de clase - mis alumnos, 2004

Integrador Op-amp RC - circuit-fantasia.com (Circuit historias en la pizarra)

Generador de rampas - Circuit stories en la pizarra de notas

¿Por qué hay un cambio de fase entre la corriente y el voltaje en una situación de Transacciones? / p>

Creación de un integrador inversor de amplificador operacional : historia animada en Flash

    
respondido por el Circuit fantasist 26.01.2015 - 19:17
0

Hagamos un enfoque más simple y efectivo ...

Pero primero:

  

¿Qué demonios está haciendo allí esa resistencia? Seguramente todo lo que hace es cortocircuitar toda la alimentación, de modo que ninguna corriente llegue al otro lado.

Esto es incorrecto en dos puntos principales:

  • Cortocircuito significa hacer que dos puntos tengan el mismo voltaje (en referencia a tierra), lo que claramente no es el caso aquí: asumiendo que el valor del resistor no es cero, el voltaje a través de el resistor no es cero ... a menos que el actual a través de el resistor sea. Dado que el voltaje a través de la resistencia es V = R * i. Si uno de los dos es cero, entonces el voltaje es cero.

  • Incluso si fuera un cortocircuito, todavía habría una corriente (pero no voltaje, ya que el voltaje a través de un "corto / cable" es cero. Entonces V = R * i. Suponiendo que es un corto ( R = 0), puede haber un flujo de corriente y el voltaje aún sería cero ...

Ahora ...

Déjame hacerte una pregunta ... En el primer circuito (suponiendo que R no es cero), ¿qué haría que el voltaje fuera cero? Bueno, no hay corriente.

Y suponiendo que está aplicando un voltaje en su entrada (a su izquierda), ¿por qué no habría una corriente?

Porque el condensador impide que la corriente fluya.

¿Y en qué caso el condensador haría eso? ¿En qué caso cualquier componente evitaría que la corriente fluya?

Respuesta: cuando un componente tiene una impedancia de infinito ...

Ver: V = Z * I .. Entonces I = V / Z, ¿verdad?

Entonces, si Z = Infinito, entonces tiene una corriente nula ... En otras palabras, su componente se convierte en equivalente a un interruptor abierto ...

Ahora: ¿Cuándo se comporta un condensador de esa manera? En otras palabras, ¿cuándo es la impedancia de un infinito capcitor? Bueno Zc = 1 / (jwC) ..

Suponiendo que C no es cero ... Eso deja omega = 0 ... En otras palabras, lo que llamas "DC". Frecuencia cero.

Entonces, llamemos "ganancia" a la relación entre el voltaje en su salida y entrada ...

G = Voutput / Vinput ..

Cuando es omega = 0, el condensador se comporta como un circuito abierto, lo que significa que su corriente ni siquiera "llega" a su resistencia, lo que significa que el volage en R (que es Voutput) es 0 ..

Lo que significa G = 0 / Vinput = 0.

Está bien ... Vimos el caso de omega = 0 ..

¿Qué pasa con omega = infinito?

Bueno, el condensador se comporta como un interruptor cerrado. Lo que significa: Vinput = R * I = Voutput.

Lo que significa G = 1.

Entonces ... La ganancia de nuestro circuito es 0 en las frecuencias bajas y 1 en las frecuencias altas ... En otras palabras, deja pasar las frecuencias altas y bloquea las frecuencias bajas .. En otras palabras: Un filtro de paso alto.

¿Podemos hacer nuestro segundo circuito?

Omega - > 0 === > El condensador está en circuito abierto (quítelo de su esquema). Todo lo que te queda es Vout = Vin .. Así que gana G = 1.

Omega - > Infinito == > El condensador es un cortocircuito, y Vout = 0, por lo que G = 0.

En otras palabras, ese circuito permite que las señales de bajas frecuencias pasen y bloquea las señales de alta frecuencia ..

Es un filtro de paso bajo ...

Algunas observaciones:

Le sugiero que primero obtenga una comprensión sólida de los conceptos básicos. Comprender realmente cómo funciona cada uno de estos componentes individualmente.

El Capítulo 1 (Fundamentos) de The Art of Electronics explicaría esto. También hay los libros gratuitos de Tony Kuphaldt "Lecciones en circuitos eléctricos".

No puedo enfatizar lo suficiente sobre la importancia de lo básico: si omites, obtendrás un conocimiento que es como el queso suizo, con agujeros enormes y lucharás más tarde. Construirás sobre cimientos inestables y, inevitablemente, no podrás envolver tu cabeza en torno a cosas relativamente más complejas ...

    
respondido por el Jugurtha Hadjar 23.01.2015 - 21:31
-3

En teoría, la resistencia no es necesaria. Si dibuja los circuitos HPF y LPF solo con el condensador, obtendrá el efecto de filtrado. La razón por la cual los filtros agregan la resistencia es para tener control sobre la frecuencia de corte: $$ f_ {3dB} = \ frac {1} {2 \ pi RC} $$ Como ejemplo, muchas veces al diseñar un circuito se agregan condensadores entre la fuente de alimentación y la tierra sin una resistencia para crear un LPF que descarga CA.

    
respondido por el markg 22.01.2015 - 00:18

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