Laden und Entladen von RC-Schaltungen

Ich habe mich mit dem Zeitverhalten von RC-Schaltungen beschäftigt. Ich habe die folgende Schaltung analysiert.Schaltkreis

Das Eingangssignal ist ein Impulssignal mit einer Breite von 1,5 s und einer Periode von 3 s. Abwechselnd zwischen 0 V und 5 V. Hier ist also das Einschwingverhalten, das ich erhalten habe.

Übergangsverhalten

Die erste Zahl ist die Spannung über dem Kondensator C1 und die zweite ist die Spannung über C0. Was ich jetzt verstanden habe, ist, wenn der Eingang von 0 V auf 5 V umschaltet, wirken die Kondensatoren als Kurzschluss und der Widerstand hat an dieser Stelle keine Wirkung. Daher werden beide Kondensatoren wie in der Abbildung sofort auf 2,5 V aufgeladen. Sobald sich die Eingangsspannung jedoch bei 5 V stabilisiert, tritt der Widerstand in Kraft.

Mein Zweifel ist also, warum entlädt sich der C1-Kondensator von 2,5 V auf 0 V, während der C0-Kondensator von 2,5 V auf 5 V lädt?

Antworten (2)

Hier ist eine andere Möglichkeit, das Problem zu betrachten:

Die Kondensatoren sind zunächst ungeladen und werden sofort auf die gleiche Spannung von 2,5 V aufgeladen (da beide die gleiche Kapazität haben), wenn der Impuls angelegt wird. Da nun 2,5 V an C1 (und damit an R) anliegen, fordert der Widerstand im Moment einen Strom von 2,5 mA.

Jetzt führt der Strom nur noch durch C0. Dadurch wird der Kondensator C0 aufgeladen. Dies bedeutet, dass sich der Kondensator C1 entlädt, da sich die Spannung zwischen C0 und C1 zu 5 V addieren muss.

Sie können auch den Satz von Thevenin verwenden, um einen besseren Einblick in die Schaltungen zu erhalten und schnellere Lösungen zu erhalten.

Es ist jedoch einfacher, die stationären Werte von Spannungen und Strömen zu erhalten, indem die Schaltung unter Verwendung einer komplexen Impedanz vereinfacht wird. Wenn die Schaltung erster Ordnung ist (was bei Problemen dieser Art normalerweise der Fall ist), wüssten Sie, dass die Sprungantwort exponentiell wäre . So machen Sie es:

Die effektive Impedanz der Parallelschaltung des Widerstands R und 1/sC1 (Impedanz des Kondensators im Laplace-Bereich) beträgt:

Z 1 = R ∗ ( 1 S C 1 ) R + 1 S C 1 = R 1 + S R C 1
Z2 = 1/sC0

Die stationäre Spannung an C1 wäre:

v C 1 = v ich N Z 1 Z 1 + Z 2
Da s = 0 für Gleichspannungen ist, ist die stationäre Impedanz Z2 unendlich und Z1 = R.

v C 1 = 0

v C 0 = v ich N Z 2 Z 1 + Z 2 = v ich N Z 1 Z 2 + 1 = 5 v
Sobald Sie den stationären Wert kennen, können Sie die erforderlichen Schaltungsparameter grafisch darstellen, wenn Sie die Anfangswerte kennen.

Anstatt vpulse zum Plotten von Schaltungstransienten zu verwenden, können Sie eine DC-Quelle (VDC) verwenden und die Anfangsspannung des Kondensators (oder den Anfangsstrom durch die Induktivität) auf Null setzen und die Simulation ausführen. Wenn Sie dies nicht tun, zeigt der Simulator nur den stationären Wert an.

Eine einfache Möglichkeit, es zu betrachten, ist wie folgt:

Daher werden beide Kondensatoren wie in der Abbildung sofort auf 2,5 V aufgeladen.

Richtig. Von diesem Punkt an wird C1 von R0 entladen, sodass seine Spannung abfällt. Da die Spannung über C1 und C0 5 V betragen muss, muss C0 aufgeladen werden.

Alternative Sichtweise:

Wenn C1 nicht da wäre, würde C0 über R0 auf 5 V aufgeladen. Da C1 da ist, gibt es einen Kick auf 5/2 V und die RC-Ladung wird von dort fortgesetzt.

Warum wird C0 nicht durch R0 entladen?
Dies geschieht, wenn die Eingangsspannung auf Null fällt. Meine Antwort bezieht sich auf den Ladezyklus (0 bis 5 V), nach dem Sie gefragt haben. Während dieser Zeit ist die Spitze von C0 über R0 mit +5 V verbunden, sodass sie aufgeladen werden muss.
Was passiert also eigentlich, wenn die Spannungsquelle durch eine Stromquelle ersetzt wird, die beispielsweise zwischen 0 A und 5 A wechselt?
Wenn Sie eine Stromquelle von 5 A haben, würde die Spannung am Kondensator C0 linear ansteigen (Rampe), da die Stromquelle eine bestimmte Menge an Ladungen durch C0 drückt. Da sich aber parallel zu C1 ein Widerstand befindet, folgt die Spannung darüber einer exponentiell abfallenden Ladekurve und erreicht schließlich einen stationären Wert von 5A * 1K = 5KV! Aber was passiert, wenn der Strom von der Quelle 0 ist? Es gibt keinen Pfad für C0, um sich zu entladen. Es behält seine Spannung. Aber C1 hat einen Entladepfad durch R. C1 entlädt sich weiter durch R, bis der nächste hohe Impuls eintrifft. :)
Laden und Entladen von RC-Schaltungen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 1v