RC 미분기 회로 설명
답변:
간단히 말해 : 입력 신호의 로우에서 하이로 전환하는 경우 커패시터가 방전되지 않고 충전되며 하이에서 로우로 전환 될 때까지 충전 된 상태로 유지됩니다.
그럼에도 불구하고 여기 긴 이야기가 있습니다.
우리는 R과 C의 변화된 위치에서 자유롭게 시작할 수 있습니다. 내가주의 에서 I = C = I R , 그래서 우리는 정말이 (KCL)를 할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 저항기를 통해 충전되는 커패시터에 대한 그림이므로 노력할 가치가 있습니다.
RC 시정 수와 0V에서 V in 까지의 입력 전압 스텝의 크기에 따라 C가 어떻게 충전되는지 볼 수 있습니다 . 또한 커패시터 상단에있는 저항기 양단에 남아있는 전압이 커패시터를 충전할수록 VR = V in -V C 가 어떻게 줄어드는 지 알 수 있습니다 . 이것은 이미 출력 전압의 감소에 관한 첫 번째 질문에 대한 답입니다. 이 구성을 다시 뒤집어 야합니다.
여기에 원래 회로가 있습니다. 설명에 필요한 몇 가지 기호, 부하가 없다는 가정 및 맨 위에 C, 맨 아래에 R에 대한 V 를 나타내는 방정식 이 있습니다.
C의 상판이 V in로 유지되고 하판이 0V를 향하여 충전되고 마지막으로 하판과 0V 사이에 저항 양단에 전압이 남아 있지 않은 것을 상상할 수 있습니다 .
이것은 마침내 질문의 첫 부분에 답합니다 (C는 왜 방전됩니까?)-그것은 방전되지 않고 실제로 청구됩니다. 우리는 단지 상부 플레이트를 보지 않고 하부 플레이트는 저항에 연결되어 점차 R을 통해 로우로 당겨집니다.
이제 출력 전압은 저항 양단의 전압과 같습니다. V out = V R = R × I R 이고, 다시 I out = 0 (무시할 수있는 부하) 이라고 가정하면 V out = R × I C 입니다. 즉, 출력 전압은 커패시터의 충전 전류에 비례하며 저항 R의 값으로 스케일됩니다.
입력 신호의 로우에서 하이 스텝은 이미 계산했듯이 R에 걸쳐 양의 스파이크를 생성합니다. C를 통해 전류가 반대 방향으로 흐르고 있기 때문에 우리는 반대 다, 우리는 내림차순 단계는 부정적인 스파이크를 만드는 방법을 볼 때 우리가 I에 사용한 화살표 C 질문의 두 번째 부분을 (응답 - "왜 출력에서 음의 스파이크가 발생합니까?").
당신이 좋아하면 (재미 있다고 생각합니다!), 당신은 더 많은 그림을 그리고 자신을 위해 높고 낮은 이벤트를 계산할 수 있습니다.
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음의 공급이 없다는 것을 알면 음의 전압이 예상치 못한 것입니다. 그러나 커패시터 양단의 전압을 볼 때 의미가 있습니다. 전원이 처음 공급 될 때 커패시터 양쪽의 전압은 0입니다. 우리는 구형파를 시작하고 입력은 5V로 간다. 커패시터는 그 사이에서 빠른 전압 변화를 갖기를 꺼려한다. 빠르게 충전하려면 많은 전류를 공급해야합니다. 그러나 저항은 이것을 허용하지 않기 때문에 초기에 발생하는 것은 커패시터의 오른쪽이 입력을 따르기 때문입니다. 또한 + 5V로 점프 한 다음 저항을 통해 천천히 충전됩니다. (여기서 충전하는 것은 입력 전압이 양이므로 전압을 낮추는 것을 의미합니다.)
입력이 0이되면 비슷한 일이 발생합니다. 전압은 그렇게 빨리 변하지 않기 때문에 다시 출력이 입력을 따릅니다. 그러나 입력은 5V이고 출력은 0V입니다. 따라서 입력이 0으로 떨어지고 커패시터가 5V를 유지하면 출력은 -5V가되어야합니다.
나는 당신의 그림에 세 번째 곡선을 추가했습니다. 맨 위가 입력되고 가운데가 출력되고 맨 아래가 커패시터 사이의 전압, 즉 커패시터 간의 전압입니다. 빠른 전압 변화없이 익숙한 충전-방전 패턴을 따른다는 것을 알 수 있습니다.
편집 종료
하강 전압 (*)은 저항 때문입니다. 시간 상수 RC에 의해 결정된 속도로 지수 적으로 출력 전압을 낮 춥니 다. 1 RC 시간 후 전압은 약 5 RC 시간에서 1 % (엄지 규칙) 후에 37 % (1 / e)로 떨어집니다.
그것을 보는 또 다른 방법이 있습니다 :
네거티브 에지는 에지의 고주파수로 인해 발생합니다. 가장자리는 넓은 스펙트럼을 가지며 가장자리가 더 가파를수록 스펙트럼은 더 넓습니다. 저주파와 달리이 고주파수는 거의 감쇠되지 않은 커패시터를 통과합니다. 따라서 입력에 5V에서 0V로가는 네거티브 에지가 표시되면 출력에서 5V 네거티브가되는 에지가됩니다. 그 시점에서 레벨이 0에 가까우면 전압은 -5V가됩니다. RC 시정 수가 더 높으면 전압이 많이 줄지 않고 음의 펄스가 + 2V에서 -3으로 갈 수 있습니다. V.
(*) 나는 여기에서 "방전"이라는 단어를 잘못 사용했는데, 그것은 zebonaut가 지적했듯이 잘못되었다. 당신이하고있는 일은 커패시터를 충전 하는 것입니다. 커패시터에 변화가 없기 때문에 입력은 + 5V가되고 순간 출력도 유지됩니다. 출력 전압이 콘덴서를 가로 지르는 전압이 감소함에 따라 증가 가 도착 수단 충전을 , 방전하지.
저항과 커패시터는 직렬로 연결됩니다. 이해하려면 전류가 어떻게 흐르는 지 이해해야합니다. 꾸준한 DC 입력의 경우, 커패시터는 DC 여자를위한 개방 회로와 같기 때문에 일정 시간이 지나면 전류가 0이되어야합니다. RC 회로에 입력 전압이인가되는 순간 전류가 가장 커지고 나중에 기하 급수적으로 떨어진다. 출력은 일정한 저항과 지수 적으로 떨어지는 전류의 곱이므로 입력 전압이 여전히 존재하는 동안 출력 전압이 떨어지는 이유입니다.
둘째, 입력에서 갑자기 변경하면 커패시터 플레이트의 전압을 갑자기 변경할 수 없으므로이 변경 사항은 커패시터의 다른 플레이트에 즉시 영향을 미칩니다 (무한한 전류가 필요합니다). 저항이 작을수록 RC 회로는 완벽한 미분기에 더 가깝습니다. 이것을 시뮬레이션 할 수 있습니다
http://www.cirvirlab.com/simulation/r-c_circuit_differentiator_online.php
처음에는 커패시터의 두 크기가 동일한 전압 (vdiff = 0)을 가지며, vin (캡의 A면)이 0 또는 5v인지 또는 vout (캡의 B면)은 동일합니다. 따라서 구형파가 시간에 5v로 쏘면 0 vout도 5v로 쏴집니다. 시간이 지남에 따라 캡이 충전되어 캡의 측면 b (또는 vout)가 0v가됩니다. 이제 캡 전체의 vdiff는 5v입니다. 구형파가 0v로 떨어지면 캡 전체의 vdiff가 5v를 유지해야하기 때문에 이로 인해 vout이 발생합니다 (또는 캡 측면 b가 -5v를 읽습니다. 따라서 키는 캡 전체에서 vdiff입니다.