Frage:
Warum fließt gepulster Gleichstrom durch einen Kondensator?
v.m.
2015-04-09 03:17:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

OK, der durch einen Kondensator fließende Strom entspricht C * dV / dt, das ist mir bewusst. Was ich nicht verstehe, ist die Physik des Prozesses: Warum lässt ein Kondensator gepulsten Gleichstrom (z. B. 0-10 V) durch, wenn Ladungsträger ihre Richtung nicht ändern?

Selbst wenn ich den " Wasseranalogie "Es macht keinen Sinn: Die Strömung bewegt sich in eine Richtung, sodass sich die" Membran "nicht hin und her bewegen kann.

Ah, aber sie ändern die Richtung.
Kondensator 10V, führt 0V, was passiert?
Wenn die Spannung von 10 V abfällt, nimmt die Geschwindigkeit der Ladungsträger nicht ab, bis überhaupt kein Strom mehr fließt (0 V)?
Nein, die Richtung der Ladungsträger kehrt sich um, bis die beiden Potentiale gleich sind.
Entschuldigung, ich verstehe es immer noch nicht.Angenommen, ich unterbreche den Stromkreis mit einem Schalter, wenn die Spannung 10 V beträgt.Die elektrische Ladung beginnt abzunehmen, daher nimmt auch der Strom ab, bis überhaupt kein Strom mehr fließt.Danach schließe ich den Schalter und der Strom beginnt wieder zu fließen.Warum sollten sich Elektronen in umgekehrter Richtung bewegen?
Gepulster Gleichstrom ist kein Gleichstrom
Wie Majenko sagte, ändern die Anklagen die Richtung.Bei der ansteigenden Flanke des Impulses ist dV / dt positiv und bei der abfallenden negativ.
Um an der Wasser / Membran-Analogie festzuhalten: Diese Membran bewegt sich hin und her.Während einer Pause zwischen den Impulsen drückt die Membran das Wasser zurück in die Richtung, aus der es gekommen ist.Stellen Sie sich dieses Diaphragma als eine Membran derselben flexiblen Substanz vor. Ballons bestehen aus ...
@Ideogram Ich würde das leicht korrigieren: Es ist nicht so, dass die Membran das Wasser zurückschiebt (der Schalter ist offen, das Wasser kann nirgendwo hingehen), sondern dass die Membran ein winziges Loch hat und mit der Zeit nur leckt und zurückkehrtin die ungeladene Position.
@romkkyns Die Membran versucht zumindest, das Wasser zurückzudrücken. Die von ihr ausgeübte Kraft wird als Spannung übersetzt.Das Leck, das Sie in der Membran vorschlagen, würde den Innenwiderstand des Kondensators modellieren.Idealerweise ist dieses Loch so klein, dass es nicht existiert, und wir erhalten einen Kondensator mit einem unendlich hohen Widerstand.Wie wir sie mögen :)
Fünf antworten:
#1
+10
Adam Haun
2015-04-09 04:00:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Null Volt bedeutet nicht Null Strom. Angenommen, Ihre Schaltung sieht folgendermaßen aus:

schematic

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Wenn der Schalter eingeschaltet wird (Verbindung zu 10 V), fließt Strom nach rechts und lädt den Kondensator auf 10 V auf. Sobald dies geschieht, stoppt der Strom *. Wenn der Schalter ausgeschaltet wird (Verbindung mit Masse / 0 V), fließt Strom nach links und entlädt den Kondensator. (Der Kondensator wirkt wie eine Spannungsversorgung.) Der Strom stoppt, wenn der Kondensator 0 V erreicht.

Kurzversion: Gepulster Gleichstrom ist tatsächlich Wechselstrom.

* Laden und Entladen sind tatsächlich exponentiell Zerfällt, so dass der Strom mathematisch nie wirklich aufhört. Es nähert sich asymptotisch Null mit einer Rate, die durch den Widerstand und die Kapazität bestimmt wird

Das ist sinnvoll, wenn ein Pol des Schalters mit Masse verbunden ist, aber was ist, wenn er "schwebend" ist?
@v.m.Dann passiert in einem perfekten Kondensator absolut nichts - er hält die Ladung und bleibt im exakt gleichen Zustand.In der Realität gibt es jedoch keinen perfekten Kondensator, und Leckstrom bedeutet, dass sich die Platten langsam entladen und ihr Potential ausgleichen.Wenn Sie die Stromversorgung das nächste Mal anschließen, tritt eine Potentialdifferenz auf und der Strom fließt wieder, bis dieses Potential ausgeglichen ist.
In Ordnung, mein Fehler war zu denken, dass Ladungsträger ihre Richtung nur dann umkehren, wenn die Spannung die Polarität ändert.
Stellen Sie sich zwei Eimer vor, die mit einem Schlauch verbunden sind, der am Boden jedes Eimers angeschlossen ist.Füllen Sie eines mit Wasser und heben Sie es höher als das andere an - das Wasser fließt in das untere.Heben Sie den unteren höher an und er fließt zurück in den ersten.Beide sind oberirdisch, also bei positivem Potenzial - es ist jedoch der Unterschied zwischen den beiden Potenzialen, der entscheidend ist.
In diesem Fall kehrt die Spannung die Polarität um.Sehen Sie sich die Spannung am Widerstand an.Wenn der Schalter an +10 V angeschlossen ist, beträgt die Spannung am Widerstand 10 V - Vc, eine positive Zahl.Wenn der Schalter an Masse angeschlossen ist, beträgt die Spannung 0 V - Vc, eine negative Zahl.
Eine andere Sichtweise ist die Frage, was Sie mit "Pulsed DC" meinen.Vielleicht denken Sie an eine 12-V-Rechteckwelle, die von 0 VDC auf 12 VDC geht, aber die Null ist nur eine Referenz.Vielleicht geht es von -6VDC auf +6VDC.
#2
+2
Peter Bennett
2015-04-09 05:01:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Die Spannung an einem Kondensator kann sich nicht sofort ändern - es dauert einige Zeit, abhängig von der Kapazität und den Widerständen in der Schaltung.

Wenn die Impulse in Ihrem gepulsten Gleichstrom relativ zur Zeit der Schaltung ausreichend kurz sind konstant ist, hat die Spannung am Kondensator keine Zeit, sich während des Impulses signifikant zu ändern (der Kondensator lädt oder entlädt sich sehr wenig), so dass die Spannungsänderungen auf der Ausgangsseite des Kondensators den Spannungsänderungen auf der Eingangsseite genau folgen. Daher scheint es, dass die Gleichstromimpulse durch den Kondensator geleitet werden.

Dieser Effekt wird unter anderem beim "Koppeln von Kondensatoren" in analogen Schaltungen verwendet.

#3
+1
Magic Smoke
2015-04-09 15:28:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ich denke, dies wird viel klarer, wenn Sie es im Frequenzbereich betrachten.

Die Impedanz eines Kondensators beträgt $$ \ frac {1} {j \ omega C} $$

So weit so gut: Bei einer Frequenz von 0 Hz geht die Impedanz gegen unendlich ( oder sogar elf )

Aber welche Art von Signal legen Sie an? A. Rechteckimpuls:

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rectangular_function.svg

Bild von: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rectangular_function.svg

Die Fourier-Transformation des Impulses ist dies, wobei x die Frequenz \ $ \ omega \ $ ist: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sinc_function_%28normalized%29.svg

Bild von: http: //en.wikipedia.org/wiki/File:Sinc_function_%28normalized%29.svg

Ich denke, dies macht es leicht zu erkennen, dass das Signal Komponenten enthält, die andere Frequenzen als haben 0 Hz und das bedeutet, dass die Impedanz nicht unendlich ist, daher fließt ein Strom.

#4
+1
hkBattousai
2015-04-10 02:37:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Angenommen, Sie senden sich wiederholende Rechteckimpulse mit der Frequenz \ $ f \ $ an den Kondensator (siehe unten).

schematic

simulieren dies Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Sie senden kein einzelnes Sinus mit der Frequenz \ $ f \ $. Aber Sinus bei Frequenzen \ $ f \ $, \ $ 3f \ $, \ $ 5f \ $, \ $ 7f \ $, \ $ 9f \ $, ...

Wenn Sie garantieren, dass die Sinuskurve mit der Frequenz \ $ f \ $ kann der Kondensator ohne Verzerrung passieren (dh \ $ \ frac {1} {2 \ pi f C} \ \! \! << \! \! R \ $), die anderen passieren sogar einfacher. Auf diese Weise passieren Gleichstromimpulse den Kondensator in einem korrekten Schaltungsdesign.

Was passiert, wenn ich eine Diode in Reihe mit dem Kondensator schalte?Bedeutet das, dass die fallende Flanke der Rechteckwelle nicht mehr vorhanden ist (da Ladungsträger in diesem Fall die Richtung nicht umkehren können)?
@v.m.Wenn die Anfangsspannung des Kondensators \ $ V_0 \ $ ist, die Amplitude des Impulses \ $ V_s \ $ ist und die Impulsdauer \ $ T_p \ $ ist, dann ist die neue Kondensatorspannung \ $ V_1 = V_s - (V_0-V_s) e ^ {- \ frac {T_p} {RC}} \ $.Die Spannung, die Sie am Widerstand sehen, beträgt während der Impulsdauer \ $ V_s-V_1 \ $.Wenn der zweite Impuls ankommt, beträgt die Kondensatorspannung \ $ V_2 = V_s - (V_1-V_s) e ^ {- \ frac {T_p} {RC}} \ $, und die Widerstandsspannung beträgt erneut \ $ V_s-V_2 \ $.Die Kondensatorspannung bleibt während der Ausschaltzeit der Impulse konstant, die Kondensatorspannung konvergiert gegen \ $ V_s \ $.
#5
  0
Guill
2015-04-10 02:49:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ihre Aussage, dass "Ladungsträger die Richtung nicht ändern", ist nicht wahr. Um dies klarer zu sehen, verwenden Sie eine 5-V-Batterie und schließen Sie eine Gleichstromversorgung an, die + und - 5 V liefert. Wenn die Versorgung + 5 V liefert, Die Summe beträgt 10 V , und wenn die Versorgung -5 V liefert, beträgt die Summe 0 V . Aus Sicht des Kondensators ändert sich ein Signal von 10 V auf 0 V. bis 10 V ... usw., aber aus Sicht der 5-V-Batterie liefert sie eine 5-V-Vorspannung und ein Wechselstromsignal, das von +5 V auf -5 V

geht


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...