Es gibt keine festgelegte Antwort; Kondensatoren können in Schaltkreisen verschiedene Funktionen erfüllen. In allen Fällen wird geladen und entladen, aber wie sich dies auf den Betrieb der Schaltung auswirkt, hängt von der Schaltung ab.

Beide Schaltpläne, die Sie gepostet haben, haben Kondensatoren, die eine RC-Timer-Funktion ausführen. Ein Kondensator wird über einen Widerstand nach oben oder unten geladen, bis die Spannung am Kondensator einen bestimmten Wert überschreitet, der oft als Auslösepunkt der Schaltung bezeichnet wird. Wenn das passiert, tut die Schaltung etwas. Genau das, was in den beiden Schaltkreisen anders ist, also wählen Sie einen aus und wir können uns seine Funktion genauer ansehen.

Schaltungen verstehen

Ich habe immer Mühe zu verstehen, wie man es liest, um zu verstehen, wie die Schaltung funktioniert.

Sie haben ein sehr interessantes und wichtiges Thema in Betracht gezogen – wie man Schaltkreise versteht . Es ist etwas zu groß, um hier beantwortet zu werden ... aber versuchen wir es trotzdem.

Ich mache das mein ganzes Leben lang selbst und habe die meiste Zeit damit verbracht, die allgemeinen Ideen (Konzepte) hinter den spezifischen Schaltungsimplementierungen zu entdecken und zu erklären ... denn nur so können sie wirklich verstanden werden. Im Gegensatz dazu erklären die meisten Leute (insbesondere hier) die spezifischen Schaltungsimplementierungen, ohne die allgemeinen Ideen dahinter zu sehen ... wie das Sprichwort sagt: "Sie sehen den Wald vor lauter Bäumen nicht". Das Ergebnis sind viele Fragen zu denselben Schaltungen.

Aus diesem Grund habe ich 2002 diesem Unterfangen (Schaltkreise verstehen) meine Seite Circuit Fantasia (Schaltkreise verstehen, präsentieren und erfinden) und insbesondere den Teil Schaltkreisgeschichten auf dem Whiteboard und meine Kurse zur analogen Elektronik gewidmet . Später, im Jahr 2007, begann ich mit dem Wikibook „ Circuit Idea“ und bezog meine Studenten an der Erstellung mit ein. Schließlich begann ich 2020 mit der Erstellung meines Blogs Circuit Stories , in dem ich meine Ressourcen sammeln konnte. Außerdem habe ich alle meine Beiträge in EE-Foren dem Verständnis von Schaltungen gewidmet. Ich denke, diese Ressourcen können Ihnen helfen, Schaltungen wirklich zu verstehen.

Eine Schaltung also überhaupt erst zu verstehen heißt, die Grundidee, das Konzept hinter dieser Mischung von Komponenten zu sehen. Dazu können Sie verschiedene heuristische Mittel einsetzen – Intuition, Vorstellungskraft, Visualisierung, gesunder Menschenverstand, Analogien, Emotionen … und natürlich angesammeltes Vorwissen. Wenn Sie sich dann entscheiden, die Schaltung zu implementieren, benötigen Sie neben diesen "qualitativen Mitteln" auch "quantitative Mittel" für ihre Berechnung und viele "Details" ... aber in diesem Stadium brauchen Sie sie nicht unbedingt.

Ich weiß, dass ich die Schaltung in verschiedene Funktionsteile aufteilen sollte ...

Exakt! Wir beginnen das Verstehen mit der Suche nach etwas Bekanntem – eher elementaren Schaltungsbausteinen (Unterblöcken) und Grundideen (Konzepten). Ich habe es in meiner Antwort auf eine Frage zu einer genialen 2-Transistor-Schaltung illustriert. Lass es uns jetzt mit deiner Schaltung machen ...

Wie man Kondensatorschaltungen versteht

Zunächst müssen Sie eine funktionale Vorstellung des Kondensators erstellen. Zu diesem Zweck empfehle ich Ihnen dringend, sich mit meiner Geschichte in einer verwandten Antwort vertraut zu machen . Ich habe es eher als "Märchen" denn als "seriöse" technische Beschreibung geschrieben, um die Kondensatoreigenschaften, die in seinen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen, überzeugend zu beschreiben. Hier ist eine kurze Liste typischer Anwendungen, die daraus extrahiert wurden.

Signalanwendungen

Konstante Spannung:

• "Versetzte" Spannung (Koppelkondensatoren)
• "Feste" Spannung (Entkopplungskondensatoren).
• Speicher

Variierende Spannung:

• Integrator
• Unterscheidungsmerkmal

Spannungsopposition (RC-Filter)

Leistungsanwendungen

Spannungsverlust

Backup-Spannungsquelle

• Gleichrichterkondensator
• Bypass-Kondensatoren
• Impulsentladung
• Superkondensator

Siehe auch eine weitere Antwort von mir .

Wie man Multivibratoren versteht

Dann müssen wir die spezifische Kondensatoranwendung in diesen Schaltungen sehen.

Zeit in Spannung umwandeln

In diesen Schaltungen fungiert der Kondensator als Integrator – ein Gerät, das die unsichtbare Zeit in eine realere Spannung umwandelt. Die Spannung am Kondensator ändert sich also langsam, wenn ein relativ kleiner Strom durch ihn fließt … und wir verwenden sie als Zeitmaß.

Der als Integrator fungierende Kondensator benötigt Strom, aber es gibt nur Spannung (erzeugt von der Stromversorgung von 9 V in Ihren Schaltkreisen). Deshalb haben sie ihn in Strom umgewandelt, indem sie einen Widerstand in Reihe geschaltet haben (R2, R3 im ersten Stromkreis und R1 im zweiten). Somit wird eine integrierende RC-Schaltung durch Kaskadierung zweier Teilbausteine ​​aufgebaut – Spannungs-Strom-Wandler (Widerstand) und Strom-Spannungs-Integrator . Siehe zum Beispiel eine weitere Geschichte von mir – eine Klassenübung, die ich 2004 mit meinen Schülern durchgeführt habe.

Das Problem der bescheidenen RC-Schaltung ist, dass der Strom nicht konstant bleibt, sondern allmählich abnimmt. Infolgedessen verlangsamt sich die Spannung und der berühmte Exponent erscheint… aber das spielt bei diesen Timer-Anwendungen keine Rolle (es kann sogar nützlich sein, wie ich in [meiner Antwort] gezeigt habe ( https://electronics.stackexchange.com/a /548167/61398 )).

Bei anderen Anwendungen muss sich die Spannung linear über die Zeit ändern und wird dann kompensiert. Ich habe dieser großartigen Idee viele Materialien gewidmet; siehe zum Beispiel meine Wikibooks-Geschichte und eine andere Antwort von mir .

Vergleich der Spannung

Die beiden Schaltungen sind Beispiele für sogenannte Relaxationsoszillatoren , bei denen zur Erzeugung eines Zeitintervalls die Kondensatorspannung mit einer Referenzspannung (Schwelle) verglichen wird, indem beide Spannungen in Reihe subtrahiert und die Differenz an den Eingang des Verstärkers angelegt wird ... und der Prozess beginnt von neuem.

In der ersten Schaltung kommt eine ausgeklügelte Schaltungslösung zum Einsatz – die bescheidene Basis-Emitter-Strecke des Transistors dient als Komparator . Der clevere Trick besteht darin, dass zuerst der Kondensator C1/C2 über den in Vorwärtsrichtung vorgespannten Übergang des Transistors Q2/Q1 mit einem durch R1/R4 begrenzten Strom geladen wird; dann wird die Kondensatorspannung mit entgegengesetzter Polarität an den in Rückwärtsrichtung vorgespannten Übergang von Q2/Q1 angelegt. Dadurch wird kein Basisstrom aus dem integrierenden Netzwerk R1C1/R4C2 verbraucht und der Kondensator wird ungestört umgeladen. Weitere Vorteile sind, dass der Kondensatorspannungsbereich zweimal höher ist als die Versorgungsspannung und der Transistor in der Mitte (0 V) des Bereichs einschaltet . Ich habe diesen Prozess in einer anderen verwandten Antwort gründlich berücksichtigtüber einen solchen Timer.

In der zweiten Schaltung hat der Komparator zwei Spannungsschwellen und die Kondensatorspannung "wandert" zwischen ihnen.

In der ersten Schaltung gibt es also zwei Timer, die sequentiell nacheinander wirken ... und deren Kondensatoren in die gleiche Richtung nachgeladen werden. In der zweiten Schaltung gibt es nur einen Kondensator (Timer) ... und seine Richtung wird periodisch umgekehrt.

Rastbetrieb

Beide Schaltungen müssen ihren Zustand halten, während der Kondensator wieder aufgeladen wird. Dazu werden sie mittels selbstverstärkender (starker) positiver Rückkopplung als Latches realisiert .

Die erste Schaltung hat zwei getrennte Eingänge mit den gleichen Schwellen, wo die beiden Kondensatorspannungen angelegt werden. Die zweite Schaltung hat einen gemeinsamen Eingang mit zwei unterschiedlichen Schwellen (der sogenannten Hysterese ), an dem nur die Kondensatorspannung anliegt.

Kondensatoren in Schaltkreisen haben drei Hauptfunktionen:

• Blockieren von Gleichstrom, während Wechselstrom durchgelassen wird – In Verstärkern und Hochpassfiltern. Meist kleine Werte.
• Langsames Auffüllen für die Zeitintegration – In Zeitschaltkreisen und Tiefpassfiltern. Meistens große Werte.
• Bereitstellung einer 90°-Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom in Wechselstromkreisen — In Oszillatoren und Netzspannungskreisen.

In praktischen Schaltungen mit ICs gibt es noch eine vierte Funktion.

• Bereitstellen eines lokalen Energiespeichers für jeden IC, sodass die Versorgungsspannung zum IC nicht lokal abfällt, wenn er schaltet.