RC ayırıcı devre açıklaması

Bu, giriş / çıkış voltajı dalga formları ile temel bir RC farklılaştırıcının devresidir.

1. Her şeyden önce, besleme hala devam ettiği sürece çıkış voltajında ​​(kapasitörden yükün boşalması) neden bir düşüş olduğunu anlamıyorum.
2. İkincisi, direnç üzerindeki voltajın neden negatif bir seviyeye düştüğünü anlamıyorum.

Bunun basit bir soru olduğunu biliyorum ama lütfen bu temel devreyi anlamama yardım edin - teşekkürler.

Uzun lafın kısası: Giriş sinyalinizin alçaktan yükseğe geçişi için kapasitörünüz deşarj olmaz, şarj olur ve yüksekten alçağa geçiş gerçekleşene kadar şarjda kalır.

Yine de, uzun hikaye:

Değişen R ve C pozisyonları ile başlama özgürlüğünü alıyoruz; O not _içinde  I = _C  = I _R , bu yüzden gerçekten bu (KCl) yapmaya izin verilir. Bu, genellikle bir direnç yoluyla şarj edilen bir kapasitör için gördüğünüz resimdir, bu yüzden çabaya değer olabilir:

Biz C RC zaman sabiti ve V 0 V'den giriş gerilimi adım büyüklüğüne göre göre tahsil edilir nasıl görebilirsiniz _içinde . V: kondansatörün üst direnç üzerinden kalan voltajı biz kapasitörün şarj daha az olur kadar Ayrıca, görebilir _R  = V _olarak  V - _C . Bu neredeyse çıkış voltajındaki düşüşle ilgili ilk sorunuza cevap veriyor; bu yapılandırmayı tekrar baş aşağı çevirmemiz gerekiyor.

Bu bölümde, orijinal devre bazı sembollerle biz hiçbir yük olduğunu, açıklama için varsayımı gerekir ve V gösteren denklemler olacak, yine geldi _dışarı   altındaki üst ve R C.

C üst plaka V kaldığını nasıl Biz hayal _içinde alt plaka ve 0 V arasında, alt plaka, 0 V'ye doğru yüklü hale ve son olarak, Direnç üzerindeki sol voltaj yoktur

Bu nihayet sorunuzun ilk kısmına cevap veriyor (C neden taburcu ediliyor?) sadece üst plakaya bakmıyoruz, ancak dirence bağlı alt plakaya bakıyoruz, yavaş yavaş R'den aşağı doğru çekiliyor.

Şimdi, çıkış voltajının direnç üzerindeki voltaja eşit olduğunu hatırlayalım. V _üzerinden  , V = _R  = R 'x I _R tekrar, varsayarak bir _takım  = 0 (ihmal edilebilir yük), V _üzerinden  R x I = _C . Başka bir deyişle, çıkış voltajı, kapasitörün şarj akımı ile orantılıdır ve direnç R'nin değeri ile ölçeklendirilir.

Giriş sinyalinin alçak-yüksek bir adımı, daha önce hesapladığımız gibi, R boyunca pozitif bir artış yaratacaktır. Her şeyi tersine çevirdiğimizde, yüksek-alçak bir adımın nasıl negatif bir artış oluşturacağını görürüz çünkü C'den geçen akım, I _C için kullandığımız okun ters yönünde akar - bu, sorunuzun ikinci bölümünü yanıtlar ( "Çıktıda neden olumsuz bir artış oluyor?").

İsterseniz (ve bence eğlenceli!), Biraz daha resim çizebilir ve kendiniz için yüksekten alça olayı hesaplayabilirsiniz.

düzenlemek
negatif bir arz olmadığını biliyorsanız negatif gerilim biraz beklenmeyen bir durumdur. Ancak kondansatör üzerindeki voltaja baktığımızda mantıklı. Güç ilk uygulandığında kapasitörün her iki tarafındaki voltaj sıfırdır. Kare dalgayı başlatıyoruz ve giriş 5 V'a gidiyor. Kondansatörler arasında hızlı voltaj değişiklikleri yapmak konusunda isteksizler. Hızlı şarj etmek için çok fazla akım sağlamanız gerekir. Ancak direnç buna izin vermez, bu nedenle başlangıçta olan şey kapasitörün sağ tarafının girişi izlemesidir; ayrıca +5 V'a atlar ve daha sonra direnç yoluyla yavaşça şarj olur. (Burada şarj etmenin, girişteki voltaj pozitif olduğundan voltajı düşürmek anlamına geldiğini unutmayın.)

Giriş sıfıra gittiğinde benzer bir şey olur. Yine çıkış girişi takip edecektir çünkü voltaj o kadar hızlı değişmez. Ancak giriş 5 V ve çıkış 0 V idi. Bu yüzden giriş sıfıra daldığında ve kondansatör 5 V'yi koruyacaksa çıkış - 5 V'a gitmelidir.

Çiziminize üçüncü bir eğri ekledim. Üstteki giriş, ortadaki çıkış ve alttaki ise bunlar arasındaki farktır, yani kondansatör üzerindeki voltaj. Hızlı voltaj değişiklikleri olmadan tanıdık şarj-deşarj modelini izlediğini görebilirsiniz.
düzenleme sonu

İndirme voltajı (*) dirence bağlıdır. Çıkış voltajını RC zaman sabiti tarafından belirlenen bir oranda katlanarak çekecektir. 1 RC süresinden sonra voltaj, yaklaşık 5 RC süresinden sonra% 1'e (başparmak kuralı)% 37'ye (1 / e) düşecektir.

İşte bakmanın başka bir yolu:
Negatif kenarlar kenarların yüksek frekansından kaynaklanır. Bir kenar geniş bir spektruma sahiptir, kenar ne kadar dikse spektrum o kadar geniş olur. Düşük frekansların aksine, bu yüksek frekanslar neredeyse zayıflatılmamış kapasitörden geçecektir. Dolayısıyla, giriş 5 V ile 0 V arasında negatif bir kenar gösteriyorsa, çıkışta 5 V negatif gidiş kenarı olacaktır. Seviye o zaman sıfıra yakınsa, voltaj -5 V'ye gidecektir. RC zaman sabiti daha yüksek olursa voltaj o kadar fazla düşmeyecektir ve negatif darbe örneğin +2 V ila -3 arasında olabilir. V.

(*) Zebonaut'un haklı olarak işaret ettiği gibi yanlış olan "taburcu" kelimesini yanlış kullandım. Yaptığınız şey kapasitörü şarj etmek. Giriş +5 V'de olacak ve kapasitörde herhangi bir değişiklik olmadığından çıkış bir an için de olacak. Çıkış voltajı azaldıkça, kapasitör üzerindeki voltaj artar , yani şarj olur , deşarj olmaz.

Bunu anlamanın ilk adımı, "gerilim" in doğasını anlamaktır. Bunu yapmak için Ohm yasasını ("grok") anlamalısınız.

Ohm yasası bize direnç boyunca görünen çıkış voltajının akım tarafından belirlendiğini söyler. üzerinden . Giriş voltajı ilk yükseldiğinde, akım kapasitörden ve dirençten akar.

Ardından kondansatör şarj olur. Şarj olduğunda akım içinden akmayı durdurur. Direnç üzerinden akmayı da durdurur. Şimdi direnç üzerindeki voltaj sıfır.

Bunu anlayın ve gerisini halledebilirsiniz.

Direnç ve kapasitör seri olarak bağlanır. Anlamak için, akımın içinden nasıl aktığını anlamalısınız. Sabit DC girişi için, bir süre sonra akımın sıfır olması gerektiği açıktır, çünkü kondansatör DC uyarımı için açık devre gibidir. Akım, RC devresine giriş voltajı uygulandığında şu anda en büyüktür ve daha sonra katlanarak düşer. Çıkış sabit direnç ve üssel olarak düşürme akımının ürünü olduğundan, giriş voltajı hala oradayken çıkış voltajının düşmesinin nedeni budur.

İkincisi, girişte ani bir değişiklik yaptığınızda, bu değişiklik hemen kapasitörün başka bir plakasını etkiler, çünkü kapasitör plakaları arasında aniden voltajı değiştiremezsiniz (bunun için sonsuz akım gerekir). Direnç daha küçük, RC devresi mükemmel farklılaştırıcıya daha yakındır. Bunu simüle edebilirsiniz

http://www.cirvirlab.com/simulation/r-c_circuit_differentiator_online.php

başlangıçta kapasitörün her iki boyutu da aynı voltaja sahiptir (vdiff = 0), vin'in (kapağın A tarafı) 0 veya 5v veya başka bir şey olması fark etmez, vout (kapağın B tarafı) aynı olacaktır. Kare dalga 5v'ye vurduğunda0 vout da 5v'ye ateş eder. zaman geçtikçe kapak şarj edilir, böylece kapağın (veya vout) b tarafı 0v olur. Şimdi kapak boyunca vdiff 5v. kare dalga 0v'ye düştüğünde, kapaktaki vdiff 5v'yi korumak zorunda olduğundan, bu vout (veya kapının b tarafı -5v'yi okumasına neden olur. Bu yüzden anahtar kap boyunca vdiff, anladınız mı?