Czy kondensator jest filtrem górnoprzepustowym czy filtrem pasmowo-przepustowym?

13

To mnie denerwuje od jakiegoś czasu ... Czy pojedynczy kondensator sam w sobie zachowuje się jak filtr górnoprzepustowy czy filtr pasmowoprzepustowy?

W krystalicznym zestawie radiowym jako element strojenia używasz pojedynczego kondensatora, aby wybrać częstotliwość radiową odbieraną przez radio. To mocno sugeruje, że kondensator jest filtrem pasmowo-przepustowym.

Ale czytając Wikipedię, sugeruje się, że kondensator jest w rzeczywistości 1-biegunowym filtrem górnoprzepustowym.

Oczywiście nie może to być jedno i drugie. Więc co to jest?

(Punkty bonusowe dla każdego, kto może wskazać rzeczywistą krzywą odpowiedzi częstotliwościowej.)

capacitor filter MathematicalOrchid
źródło
12
Myślę, że w kryształowych zestawach radiowych dostrajasz kondensator zbiornika LC, kondensator nie jest jedynym elementem.
Samuel
3
Byłoby to dolnoprzepustowe, gdybyś połączył sygnał z uziemieniem za pomocą kondensatora; byłoby wysokie przejście, gdyby kondensator był w szeregu z sygnałem. Sądzę więc, że z kombinacją tych dwóch wyobrażam sobie, że można stworzyć filtr pasmowoprzepustowy.
Nick Williams
1
Idealny kondensator z jednym przewodem jako wejściem, a drugim jako wyjściem jest filtrem górnoprzepustowym, ponieważ jego impedancja wynosi . Przy impedancja wynosi (tzn. Obwód otwarty = wzmocnienie 0). Gdy impedancja osiąga wartość 0 (tzn. Zwarcie = wzmocnienie 1). Ale prawdziwe kondensatory nie mają tej idealnej odpowiedzi częstotliwościowej z powodu pasożytów . ω = 0 ∞ ω → ∞ZC=1/(jωC)ω=0∞ω→∞
Null
2
Sam kondensator nic nie robi. Jako część obwodu (tj. Z innymi komponentami) może być częścią filtra dolnoprzepustowego, filtra górnoprzepustowego, filtra wycinającego, filtra pasmowego lub cokolwiek innego, w zależności od reszty obwodu.
Pete Becker
4
Chociaż dotyczy tylko zasadniczo różnych pytań, które mogą mieć ten sam tytuł, indukcyjność, jeśli praktyczny kondensator nadaje mu częstotliwość samorezonansową.
Chris Stratton

Odpowiedzi:

40

Kondensator sam w sobie nie jest wcale filtrem, ani górnoprzepustowym, dolnoprzepustowym, ani niczym innym.

Kondensator może być używany jako część filtra górnoprzepustowego, dolnoprzepustowego lub pasmowo-przepustowego, w zależności od sposobu połączenia z innymi częściami . Na przykład kondensator z rezystorem może być filtrem górnoprzepustowym:

lub filtr dolnoprzepustowy:

W połączeniu z cewką indukcyjną i pewną dodatkową impedancją (reprezentowaną przez rezystor) może to być filtr pasmowy:

Lub filtr odrzucania pasma:

Kryształowe radio działa jak lewy filtr pasmowy. C1 i L1 tworzą zbiornik rezonansowy, który ma wysoką impedancję na częstotliwości rezonansowej i niską impedancję na innych częstotliwościach. Nawet to przez itelf nie jest filtrem, ponieważ zmiana impedancji nie jest filtrem. To zmieniająca się impedancja działająca na jakąś inną impedancję tworzy dzielnik napięcia, który następnie tworzy filtr. W powyższym przykładzie R1 jest tą inną impedancją. W radiu krystalicznym jest to impedancja sygnału sprzężonego magnetycznie z L1 przez cewkę anteny. W takim przypadku cewka anteny jest pierwotna dla transformatora, a L1 jest wtórna, która rezonuje z określoną częstotliwością w zależności od wartości, do której jest dostrajana.

Dodano informacje o radiu kryształowym:

Widzę z komentarzy, że istnieje pewne zamieszanie dotyczące działania kondensatora w radiu krystalicznym i sposobu strojenia takiego radia. Istnieją różne sposoby tworzenia radia kryształowego, ale pozostanę przy bardzo powszechnej konfiguracji, którą można znaleźć w całej sieci, i która jest realizowana przez większość zestawów radia kryształowego:

Cewka indukcyjna jest pojedynczą cewką, zwykle uzwojoną drutem magnetycznym wokół czegoś w rodzaju papierowej rolki papieru toaletowego. Cewka jest zasadniczo transformatorem. Główny transformator to lewa sekcja między anteną a kurkiem. Ponieważ kran jest uziemiony, nie ma bezpośredniego przepływu prądu między dwiema sekcjami cewki. Napięcie jest indukowane w prawej części cewki przez działanie transformatora. Tylko sposób, aby sygnał mógł dostać się z lewej części cewki (pierwotne transformatora) do prawej strony (wtórnego transformatora) jest przez sprzężenie magnetyczne pomiędzy dwiema częściami zwoju.

Transformator wytwarza wyższe napięcie na swoim prawym końcu, chociaż przy wyższej impedancji. Typowe anteny mają impedancję w zakresie 50-300 Ω, podczas gdy radio kryształowe jest przeznaczone do zasilania słuchawek w starym stylu, które mają impedancję kilku kΩ. Wyższe napięcie przy wyższej impedancji lepiej pasuje do słuchawek i pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie bardzo ograniczonej mocy anteny.

Indukcyjność cewki wraz z pojemnością tworzą obwód zbiornika o wysokim Q. Radio wybiera stację, gdy kondensator jest wyregulowany tak, że zbiornik rezonuje z częstotliwością nośną stacji. Ze względu na skończoną impedancję anteny napędzającej zbiornik widziany przez transformator oraz impedancję słuchawek ładujących wyjście, kondensator i cewka razem tworzą wąskopasmowy filtr pasmowy.

Olin Lathrop
źródło
Kliknąłem to jako odpowiedź, ale chciałem dodać następujący link, jako coś, na co pytający może chcieć spojrzeć, aby zrozumieć pasywne obwody analogowe: falstad.com/circuit
Jotorious
Podsumowując, jest to kombinacja kondensatora i induktora, która sprawia, że ​​jest to pasmowoprzepustowy, a nie tylko górnoprzepustowy. Odpowiada to na moje dosłowne pytanie - ale jednocześnie wydaje się, że jest coś drastycznie nie tak z moim rozumieniem tego. Spróbuję wskazać, gdzie się mylę, i zadam osobne pytanie ...
MathematicalOrchid
W podanym przykładzie nie ma żadnego wzajemnego indukcyjnego sprzężenia między anteną [o długim przewodzie] a cewką zbiornika, więc każde działanie transformatora między anteną a cewką zbiornika będzie banalne. W rzeczywistości, w zależności od długości anteny i długości fali przechwytywanego RF, będzie ona wyglądać jak źródło napięcia połączone szeregowo ze zbiornikiem za pomocą impedancji rezystancyjnej, pojemnościowej lub indukcyjnej.
EM Fields
@EMFi: Wycofałem Twoją edycję z powodów, które omówiliśmy wcześniej. Naprawiłem wtedy literówkę w „oporniku”, ale „filtr odrzucania pasma” ma większy sens niż „filtr odrzucania pasma”. Jeśli chodzi o radio kryształowe, typowa wersja ma cewkę owiniętą wokół papierowej tuby z kurkiem w pobliżu jednego końca. Antena jest podłączona do końca w pobliżu kranu, a kran do ziemi. Cewka rezonansowa jest od kranu do drugiego końca. Tylko sposobem RF dostać się do cewki rezonansowej jest przez sprzęgło transformatora pomiędzy dwiema częściami cewki.
Olin Lathrop,
2
@Doombot: Celowo unikałem takich problemów. OP ma dość zamieszania, gdy tylko rozumie, jak działają idealne kondensatory, dlatego czułem, że nie jest to czas na wprowadzenie nie idealnych właściwości prawdziwych komponentów. Zgadzam się z tobą, że te efekty są prawdziwe, ale są zbyt zaawansowanym tematem na to pytanie.
Olin Lathrop,
8

Sam kondensator zwykle nie jest wcale filtrem.

Może tworzyć albo filtr górnoprzepustowy, albo filtr dolnoprzepustowy w połączeniu z rezystorem, albo może tworzyć jeden z nich lub filtr pasmowy w połączeniu z cewką indukcyjną.

W zestawie kryształów, jeśli schemat, na który patrzysz, jest wystarczająco stary, może nie być widoczny cewka indukcyjna i nie ma dobrego wyjaśnienia, dlaczego kondensator działa jako element tuningowy.

Tutaj brakującym faktem jest to, że sama antena działała jako cewka indukcyjna, a wyjaśnienia mogą nie być jasne, ponieważ pisarze mogli ją nie zrozumieć dobrze około połowy lat dwudziestych.

Brian Drummond
źródło