Warum bleibt die Spannung gleich, unabhängig davon, ob der Widerstand an die Quelle angeschlossen ist?

Der wahrscheinlich einfachste Weg, dies zu sehen, ist wie folgt:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Denken Sie jetzt nur an diese Sinuswelle. Es schwankt zwischen$V_\text{IN}=-12\:\text{V}$Und$V_\text{IN}=+12\:\text{V}$. Wenn$V_\text{IN}\ge +10\:\text{V}$(eine kurze Zeit) dann leitet die Diode nicht, weil sie in Sperrrichtung vorgespannt ist. Es fließt also kein Strom durch und somit auch kein Strom hinein$R_1$, entweder. Da kein Strom drin ist$R_1$es gibt keinen Spannungsabfall$R_1$. Deshalb,$V_\text{OUT}=+10\:\text{V}$für die Zeit während$V_\text{IN}\ge +10\:\text{V}$.

Wenn$V_\text{IN}\lt +10\:\text{V}$(die meiste Zeit), dann ist die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Nun stellt man sich am besten vor, dass die Kathode der Diode im Wesentlichen festgenagelt ist$V_\text{IN}$, so dass seine Anode einen Diodentropfen darüber liegt. Kurz gesagt, die Anode von$D_1$"folgt" während dieser Periode der Sinuswellenquelle, folgt ihr jedoch um einen Diodenabfall entfernt nach oben vorgespannt. Die Anode muss der Kathode folgen. Es hat keine Wahl. Also als Konsequenz,$V_\text{OUT}$Während dieser Zeit wird ein Diodenabfall oben sein$V_\text{IN}$.

Das ist es.

Ihr Oszilloskop Ch1 ist AC-gekoppelt, lassen Sie sich also nicht durch Spitzenspannungswerte verwirren, die um die durchschnittliche DC-Spannung von 0 zentriert sind.

Verwenden Sie nach Möglichkeit DC-Kopplung oder aktivieren Sie die automatische Skalierung.

Dies ist eine Webseite mit einem sehr nützlichen Javascript-Applet und vielen Komponenten und gängigen Komponentenschaltkreisen.

Dies ist mein Versuch (Link) , es für Sie zu vereinfachen. Das Bereichsfenster hat einen verdeckten Rand zum Ziehen mit der Maus. Auch Menü > Bearbeiten > Mittelkreis (anpassen)

Fortgeschrittenere Variationen desselben Themas mit umgekehrter Diode oder Batterie

Angenommen, Sie haben eine Gleichspannungsquelle von 12 V anstelle von Wechselspannung. Ihre Diode verhindert eine Sperrspannung, sodass kein Strom fließt. Kein Strom in R1, bedeutet kein Abfall. Du bekommst also 10V.

Nehmen Sie nun an, Ihre Quelle ist 0 V. Deine Diode leitet. Und der Diodenabfall ist Vf Ihrer Diode. In diesem Fall ~2V. Deine Batterie hat immer noch 10V. Der Widerstand sieht also eine Spannungsdifferenz von 8 V. Unabhängig vom Widerstandswert. Alles, was sich ändert, ist der Strom durch den Widerstand.

Wenn Ihr Wechselstrom jetzt -12 V beträgt, gilt dasselbe. Aber Widerstände sehen 10 V (-12 + 2) => 20 V Spannungsdifferenz. Alles, was sich ändert, ist der Strom durch den Widerstand.

Die Antwort auf Ihre Frage lautet Stromänderungen, nicht Spannung. (V = R * I) Dies liegt daran, dass Ihre Batterie unabhängig vom angeschlossenen Widerstand auf 10 V bleibt (ok für kleinere Widerstände, Sie würden die Stromkapazität Ihrer Quelle irgendwann begrenzen, aber für die Simulation wird sie möglicherweise nicht angezeigt). . Wenn Sie eine Spannungsänderung sehen möchten, benötigen Sie einen Spannungsteiler, damit sich die Spannung zwischen zwei Widerständen umverteilt.

Bei viel höheren Strömen hätte eine echte Diode eine größere Vf, was eine kleine Spannungsdifferenz verursacht. Allerdings ist Ihr Widerstand viel zu groß dafür. Wenn Sie einen 100-Ohm-Widerstand und ein genaues Diodenmodell verwenden, könnten Sie etwas sehen.

Bearbeiten

Um Ihren Kommentar zu beantworten: Widerstände speichern keine Energie. Sie wandeln Energie in Wärme um. Die Verlustleistung ist gegeben durch P=UxI, wobei P die Leistung, U die Spannung und I der Strom ist. Widerstände folgen dem Ohmschen Gesetz: U=RxI, wobei R der Widerstand in Ohm ist.

Wenn Sie einen Widerstand wie folgt direkt an eine Batterie anschließen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die Spannung am Widerstand beträgt immer 9V, da die Batterie eine Spannungsdifferenz von 9V hat. Da die Spannung auf 9 V gezwungen wird und der Widerstand eine "Konstante" Ihrer Komponente ist, ist die einzige Variable der Strom. Wenn Sie stattdessen Folgendes tun:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Die Spannung am Knoten ist U*R2/(R1+R2) = 9*100/(100+100) = 4,5 V. Diese Gleichung (Spannungsteiler) gilt, weil der Gesamtwiderstand über der Schaltung R1+R2 ist). Die Spannung wird durch die Batterie auf U gezwungen. Daher fließt I2=U/(R Ampere) durch die Widerstände. Die Spannung an „NODE“ ist die Spannung über R2. Da I2=U/(R1+R2) Ampere durch R2 laufen, NODE=R2*I2 = U*R1/(R1+R2).

Dies ist alles Anwendung des Ohmschen Gesetzes. Wenn Sie Verzweigungen (Parallelwiderstände) haben, müssen Sie das Kirchhoffsche Gesetz anwenden. Dieses Gesetz besagt, dass die Summe dessen, was hineingeht, gleich der Summe dessen ist, was hinausgeht. Hier sprechen wir aktuell. Wenn Ihre Batterie also I1 Ampere in zwei Zweige I2 und I3 einspeist, dann ist I = I2 + I3. Wenn zwei Zweige I2 und I3 zur Batterie zurückkehren, ist der Strom I4, der zur Batterie zurückkehrt, die Summe von I2 und I3.

Spulen und Kondensatoren sind ganz andere Bestien. Die Kirchhoff-Gesetze gelten weiterhin, aber die IV-Beziehung ist anders. Die U = R * I-Regel gilt nicht mehr für diese Komponenten (spezifisch für Widerstände). Stattdessen haben Sie diese Regeln:

Wie Sie sehen können, haben Kondensatoren und Induktivitäten eine Vorstellung von Zeit (weil sie "aufladen").