Este es el circuito de un diferenciador RC básico, con las formas de onda de voltaje de entrada / salida.
Sé que es una pregunta simple, pero ayúdeme a comprender este circuito básico, gracias.
En pocas palabras: para una transición de baja a alta de su señal de entrada, su condensador no se descarga, se carga y permanece cargado hasta la transición de alta a baja Ocurre.
Sin embargo, aquí está la larga historia:
Nos tomamos la libertad de comenzar con las posiciones cambiadas de R y C; tenga en cuenta que I in = I C = I R , por lo que realmente podemos hacer esto (KCL). Esta es la imagen que normalmente se ve para un condensador que se carga a través de una resistencia, por lo que puede valer la pena el esfuerzo:
PodemosvercómosecargaCdeacuerdoconlaconstantedetiempoRCydeacuerdoconlamagnituddelpasodevoltajedeentradade0VaVin.Además,podemosvercómoelvoltajerestanteatravésdelresistorenlapartesuperiordelcapacitorsevuelvemásbajocuantomáscargamoselcapacitor:VR=Vin-VC.Estocasirespondeasuprimerapreguntaacercadeladisminuciónenelvoltajedesalidaya;solotenemosquecambiarestaconfiguracióndenuevoalrevés.
Aquíestánuevamentesucircuitooriginal,conalgunossímbolosquenecesitaremosparalaexplicación,elsupuestodequenotenemoscargaylasecuacionesquemuestranVoutparaCenlapartesuperioryRenlaparteinferior.
Podemos imaginar cómo la placa superior de C permanece en V in , la placa inferior se carga hacia 0 V y, finalmente, no queda voltaje a través de la resistencia, entre la placa inferior y 0 V.
Esto finalmente responde a la primera parte de su pregunta (¿Por qué se descarga C?) - No se descarga, realmente está cargada; simplemente no estamos mirando a la placa superior, sino a la placa inferior conectada a la resistencia, gradualmente bajando a través de R.
Ahora, recordemos que el voltaje de salida es igual al voltaje a través de la resistencia. V out = V R = R × I R , y nuevamente, asumiendo que I out = 0 (despreciable cargar), V fuera = R × I C . En otras palabras, la tensión de salida es proporcional a la corriente de carga del condensador, escalada por el valor de la resistencia R.
Un paso de bajo a alto de la señal de entrada creará un pico positivo en R, como ya hemos calculado. Cuando revertimos todo, vemos cómo un paso alto a bajo creará un pico negativo porque la corriente a través de C fluye en la dirección opuesta a la flecha que hemos utilizado para I C , que responde la segunda parte de su pregunta ("¿Por qué obtenemos un pico negativo en la salida?").
Si te gusta (¡y creo que es divertido!), puedes dibujar más imágenes y calcular el evento de mayor a menor por ti mismo.
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El voltaje negativo es un poco inesperado si sabes que no hay un suministro negativo. Pero tiene sentido cuando miramos el voltaje a través del capacitor. Cuando se aplica energía por primera vez, el voltaje en ambos lados del capacitor es cero. Comenzamos la onda cuadrada, y la entrada va a 5 V. Los condensadores son reacios a tener cambios rápidos de voltaje a través de ellos. Tendrás que suministrar mucha corriente para cargarlos rápido. Pero la resistencia no permite esto, entonces lo que sucede inicialmente es que el lado derecho del capacitor simplemente sigue la entrada; también salta a +5 V, y luego se carga lentamente a través de la resistencia. (Tenga en cuenta que cargar aquí significa disminuir el voltaje, ya que el voltaje en la entrada es positivo).
Cuando la entrada va a cero, sucede algo similar. De nuevo, la salida seguirá a la entrada porque el voltaje no cambiará tan rápido. Pero la entrada estaba a 5 V y la salida a 0 V. Entonces, cuando la entrada se sumerge a cero, y el capacitor mantendrá los 5 V a través de ella, la salida debe ir a - 5 V.
Heagregadounaterceracurvaatudibujo.Elsuperioreslaentrada,elmediolasalida,yelinferioresladiferenciaentreellos,esdecir,latensiónatravésdelcondensador.Puedeverquesigueelpatrónfamiliardecargaydescarga,sincambiosrápidosdevoltaje.
endofedit
Latensióndescendente(*)sedebealaresistencia.ExtraeráexponencialmenteelvoltajedesalidaaunatasadeterminadaporlaconstantedetiempoRC.Despuésdeuntiempode1RC,elvoltajesehabráreducidoal37%(1/e),despuésdeaproximadamente5vecesdeRCal1%(regladeoro).
Aquíhayotraformadeverlo:
Losbordesnegativossoncausadosporlaaltafrecuenciadelosbordes.Unbordetieneunamplioespectro,cuantomásinclinadoeselborde,másamplioeselespectro.Adiferenciadelasfrecuenciasmásbajas,esasaltasfrecuenciaspasaránatravésdelcondensadorcasisinatenuar.Entonces,silaentradamuestraunbordenegativoquevade5Va0V,tendráunbordenegativode5Venlasalida.Sielnivelescercanoaceroenesemomento,elvoltajepasaráa-5V.SilaconstantedetiempoRCseríamayor,elvoltajenosehabráreducidotanto,yelpulsonegativopuedeir,porejemplo,de+2Va-3V.
(*)Heutilizadomallapalabra"descarga" aquí, que, como zebonaut ha señalado correctamente, es incorrecta. Lo que estás haciendo es cargar el condensador. La entrada estará a +5 V y también lo hará la salida por un momento, ya que no hay cambios en el condensador. A medida que la tensión de salida disminuye, la tensión en el condensador aumenta , lo que significa que se carga , no se descarga.
El primer paso para entender esto, es entender la naturaleza del "voltaje". Para hacer esto, debes entender ("asimilar") la ley de Ohm.
La ley de Ohm nos dice que el voltaje de salida, que aparece en la resistencia, está determinado por la corriente a través de de la resistencia. Cuando la tensión de entrada aumenta por primera vez, la corriente fluye a través del condensador y a través de la resistencia.
Entonces el condensador se carga. Cuando está cargada, la corriente deja de fluir a través de ella. También deja de fluir a través de la resistencia. Ahora el voltaje a través de la resistencia es cero.
Comprende esto y es posible que puedas resolver el resto.
El resistor y el condensador están conectados en serie. Para comprender, debes entender cómo fluye la corriente a través de él. Es obvio que para una entrada de CC constante, la corriente debe ser cero después de algún tiempo, ya que el condensador es como un circuito abierto para la excitación de CC. La corriente es mayor en el momento en que el voltaje de entrada se aplica en el circuito RC, y luego cae exponencialmente. Dado que la salida es producto de una resistencia constante y una caída de corriente exponencial, esta es la razón por la que el voltaje de salida disminuye mientras el voltaje de entrada todavía está allí.
En segundo lugar, cuando realiza un cambio repentino en la entrada, este cambio afecta de inmediato a otra placa del capacitor, ya que no puede cambiar repentinamente el voltaje a través de las placas del capacitor (para eso necesitaría una corriente infinita). Cuanto más pequeño es el resistor, el circuito RC está más cerca del diferenciador perfecto. Puedes simular esto en
inicialmente, ambos tamaños del capacitor tienen el mismo voltaje (vdiff = 0), no importa si vin (lado A de la tapa) es 0 o 5v o algo, vout (lado B de la tapa) será el mismo. Entonces, cuando la onda cuadrada se dispara a 5v en el momento 0 vout también se dispara a 5v. a medida que el tiempo pasa, la tapa se está cargando, así que el lado b de la tapa (o vout) se convierte en 0v. Ahora vdiff a través de la tapa es 5v. cuando la onda cuadrada cae a 0v, ya que vdiff a través de la tapa debe mantener 5v, ESTO causa que vout (o el lado b de la tapa lea -5v. Así que la clave es vdiff a través de la tapa, ¿entendido?
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