LC filtro de paso bajo: comprensión intuitiva

Imagine que tiene un volante de automóvil conectado a un volante pesado por una goma elástica flexible. Si gira el volante lentamente, el volante comienza a moverse y, si está girando a una velocidad constante, el volante se pone en marcha y toda la energía almacenada en la banda de goma se transfiere a la rotación del volante.

Un inductor es la banda elástica y un condensador es el volante. La velocidad constante en el volante es un voltaje de CC.

Ahora, si gira el volante hacia adelante y hacia atrás a la velocidad "correcta", el volante también comenzará a oscilar y, en ausencia de pérdidas por fricción (también conocidas como resistencias), la oscilación del volante aumentará su amplitud y continuará Para construir hasta que finalmente algo se cede. Esto se llamaría resonancia destructiva y también ocurre en los circuitos eléctricos.

Las matemáticas para la caja eléctrica y la caja mecánica son prácticamente las mismas.

Si hubiera conectado un motor en lugar del volante y hubiera aplicado un cambio gradual de velocidad cero a tantas rpm, entonces el volante aceleraría hasta alcanzar las rpm del motor y luego continuaría acelerando hasta que toda la energía almacenada en la banda de goma fuera extraído. Dadas las muy bajas pérdidas, el volante alcanzaría una velocidad del doble de la velocidad del motor con lo que, comienza a disminuir y devuelve la energía a la banda de goma. En algún momento posterior, el volante se desacelerará a velocidad cero y el proceso comenzará de nuevo.

Este tiempo de ciclo representa la frecuencia de resonancia del volante y la banda elástica. En términos mecánicos se relaciona con la masa y la rigidez.

Considere a su hijo en un columpio.

Cada vez que les das un empujón, los haces girar. Si agrega energía en resonancia al tiempo de oscilación natural, se moverán más y más alto.

Sucede lo mismo con este circuito, en las oscilaciones de tensión / corriente de frecuencia resonante entre el inductor y el condensador. Si aplica una señal a la misma frecuencia ... oscila más.

Tiene que ver con las matemáticas detrás del filtro. La respuesta simple es que el pico es cuando las porciones imaginarias de la impedancia / admitancia se cancelan entre sí. Esto puede causar un pico muy grande en el voltaje (es decir, las líneas punteadas y por qué no hay un máximo real). Agregar una resistencia ayuda a amortiguar esto.

Al igual que un péndulo que almacena energía en DOS modos: cinético / movimiento y potencial / altura, este circuito LC almacena energía en DOS modos: campos magnéticos (inductores) y campos eléctricos (condensador).

El péndulo tiene fricción de pivote y fricción del aire para absorber energía.

El LC puro no tiene pérdidas. Aquí está su circuito, con Q = 1,000 (0.1% de pérdida por radio)

yaquíestálarespuestadefrecuencia