Jak działa kondensator w obwodzie zapowiadającym?

W następującym obwodzie (przycisk, który włącza diodę LED):

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Próbuję zrozumieć, dlaczego dioda LED nie zapala się, ponieważ kondensator wygląda tak, jakby omijał przełącznik. Kiedy kondensator jest pełny, nie przesyła / nie przewodzi prądu?

Zauważysz, że jestem bardzo początkujący, ale po 20 godzinach czytania różnych samouczków wciąż nie mogę znaleźć czegoś bardzo prostego; w jaki sposób pełny kondensator działa inaczej niż zwykły drut? Gdybym zastąpił kondensator drutem zamiast drutu, zamiast kondensatora, światło zawsze by się świeciło.

Edycja: Niektóre osoby zauważyły, że obwód ogłaszający nie ma sensu (złe napięcie itp.) Oto moja druga próba nadania większego sensu. R5 i R6 mogą być takie same, ale pomyślałem, że oddzielenie ich pomogłoby utrzymać 1 zadanie dla każdego komponentu.

To nie jest dobry obwód odbicia.

Jednym z problemów jest to, że (przynajmniej idealnie) przełącznik i jego przewody łączące mają rezystancję zerową. Oznacza to, że kondensator rozładuje się natychmiast po zamknięciu przełącznika. (W praktyce również to szybkie rozładowanie może być niekorzystne dla styków przełącznika lub okablowania, jeśli kondensator ma wystarczająco wysokie napięcie i ma wystarczająco dużą pojemność.)

Odczepianie przełącznika pojemnościowego powinno powoli ładować kondensator, gdy przełącznik jest w jednym stanie, i powoli rozładowywać, gdy jest w innym stanie. Stała RC nie musi być taka sama, ale powinna być czymś niezerowym. Obwód ma oporniki, które kontrolują ładowanie kondensatora; potrzebuje tylko rezystora w pętli przełączającej, aby z łatwością go rozładować.

Innym problemem związanym z tym obwodem jest to, że dioda LED jest wyłączona tylko wtedy, gdy obwód był włączony przez pewien czas, na przykład jeśli obwód istniał od początku czasu z tym samym źródłem napięcia. Ale co, jeśli w czasie źródłem napięcia było 0 V i nagle skakało do swojego napięcia? W tym momencie kondensator, który musiał być pusty, zaczyna się ładować. Podczas ładowania prąd płynie, a dioda LED zaświeci się na krótko, a następnie zgaśnie. (Cóż, może nie, ponieważ twoje źródło ma tylko 1 V, ale to inna historia).$t = 0$

W CircuitLab można rozróżnić te dwie sytuacje w symulacji „Domain Time”. Możesz „Pominąć początkowe” lub nie. Solver może albo udawać, że obwód istniał w danym stanie przez całą wieczność aż do czasu , i zacząć rozwiązywać go od tego momentu. Lub może to rozwiązać z punktu widzenia tego, że obwód powstał właśnie przy a źródła napięcia wskakują do życia, kondensatory są puste i tak dalej.t = $t = 0$$t = 0$

Ostatnią kwestią do rozważenia jest to, że obwód świeci tylko diodą LED, więc odbicie przełącznika jest w zasadzie dyskusyjne, chyba że dioda LED świeci na detektorze optycznym, w którym odbicie przełącznika zamienia się w usterkę w sygnale. Jeśli zadaniem diody LED jest po prostu zapewnienie ładnego światła, twoje oko nawet nie będzie wystarczająco szybkie, aby zobaczyć, jak przełącznik się odbija.

Oto symulacja w dziedzinie czasu obwodu (po zmianie V1 na 3 V). Rysowany jest prąd LED. Ważne: parametr Skip Initial jest ustawiony na Yes, dzięki czemu możemy zobaczyć, co się stanie, gdy kondensator będzie początkowo pusty, a źródło napięcia zostanie zasilone do 3 V. To wszystko z przełącznikiem w stanie otwartym.

Jak widać prąd przepływa przez diodę LED, a następnie gaśnie. Jeśli Twoim zamiarem było, aby dioda LED była ściśle kontrolowana przez operatora za pomocą przycisku, wówczas twój projekt nie realizuje twojego zamiaru w stu procentach.

W odniesieniu do poniższego komentarza załóżmy, że celem jest rzeczywiście wyprowadzenie pinu mikrokontrolera (wszystko działa przy napięciu 5 V). Po pierwsze, możemy to zrobić bez żadnej pojemności i poradzić sobie z ogłaszaniem w oprogramowaniu, próbkując pin z dość niską częstotliwością.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Gdy przełącznik jest otwarty, wyjście jest podwyższane do 0 V przez rezystor obniżający. Po zamknięciu przełącznika napięcie na górze rezystora wzrasta do 5 V. To wyjście może być traktowane jako sygnał. Interesuje nas składowa niskiej częstotliwości sygnału: stosunkowo wolne naciśnięcia przełączników. Chcemy odrzucić wysokie częstotliwości, takie jak odbijanie przełączników. W tym celu możemy dodać pasywny, jednobiegunowy filtr dolnoprzepustowy RC:

^{zasymuluj ten obwód}

Teraz, gdy przełącznik zamyka się, napięcie rośnie stopniowo wraz z ładowaniem kondensatora. Możesz to zobaczyć w symulacji w dziedzinie czasu:

Gdy przełącznik jest otwarty, kondensator rozładuje się przez R1 i R1, stopniowo obniżając napięcie z powrotem do zera. Kondensator zasadniczo podąża za napięciem R1, ale z opóźnieniem z powodu konieczności ładowania przez R1 i rozładowywania przez R1 i R2. (Pamiętaj, że rozładowanie jest dwa razy wolniejsze niż ładowanie!)

Wejście mikroprocesora wykrywa napięcie o wysokiej impedancji, więc możemy zignorować jego efekt obciążenia, a nawet nie pokazywać go na schemacie. Nie możemy tego zrobić w przypadku diody LED, ponieważ wymaga prądu, który nasz obwód musi dostarczyć. Ten prąd przepływa przez nasze rezystory i wytwarza napięcia, które musimy uwzględnić: innymi słowy, ma „efekty obciążające”.

Ten typ obwodu działa jeszcze lepiej, jeśli zasilimy wyjście wyzwalaczem Schmidta. Wyzwalacz Schmidta jest rodzajem bufora dla sygnałów cyfrowych, który wykazuje histerezę podobną do termometru. Jego moc wyjściowa wzrasta, gdy przekroczony jest pewien wysoki próg wejściowy, i spada, gdy przekroczony jest inny niski próg. Na przykład może wzrosnąć wysoko, gdy napięcie wejściowe wzrośnie powyżej 3,5 wolta, a obniżyć tylko, gdy napięcie wejściowe spadnie poniżej 1,5.

Więc nawet jeśli kondensator przepuszcza trochę szumu, który wciąż może powodować niewielkie przesuwanie się tam iz powrotem w pobliżu przekroczenia progu wejściowego, wyzwalacz Schmidta to odrzuci.

Załóżmy, że chcemy zadebiutować diodą LED kondensatorem? Problem polega na tym, że rezystancje okazują się zbyt niskie z powodu potrzeby dostarczenia prądu do diody LED. Jeśli po prostu użyjemy tego samego obwodu i zmniejszymy rezystory (i kondensator większy o ten sam współczynnik), otrzymamy coś, co marnuje energię. Sposobem na to jest użycie małej pętli sygnałowej do obsługi przełącznika i usunięcie go, a następnie użycie napięcia do sterowania tranzystorem, który wyrzuca prąd do diody LED.

Choć debouncing diodę LED może być bezużyteczny, jeśli wykonujemy rezystory i / lub kondensator wystarczająco duże, możemy uzyskać ładne zachowanie: że dioda powoli zanika, gdy przycisk jest wciśnięty i przytrzymany, a zanikaniem, gdy jest on zwolniony.

^{zasymuluj ten obwód}

Jest to ten sam obwód jak poprzednio: węzeł „out to mikrokontrolera” łączy się teraz z podstawą M-kanałowego MOSFET-n, który napędza prąd do diody LED. MOSFET „buforuje” logikę odbicia od napędu LED. Obwód odbicia nie jest zakłócany przez niską impedancję diody LED, a dioda LED nie jest pozbawiona prądu na skutek wysokich impedancji w obwodzie odbijania.

Efekt ten występuje, ponieważ w stanie ustalonym kondensator skutecznie blokuje każdy prąd z napięć stałych. Można to zobaczyć, rozumiejąc równanie

i = C * (dV / dt)

W przypadku prądu stałego składnik różnicowy wynosi 0, więc prąd wynosi 0. Dlatego prąd płynący przez kondensator będzie zerowy w stanie ustalonym.

Jeśli weźmiesz to za pewnik, powinno być dość oczywiste, dlaczego ten obwód działa. Jeśli chcesz jeszcze więcej szczegółów, ten film prawdopodobnie lepiej poradzi sobie z zademonstrowaniem, w jaki sposób gra fizyka kondensatora, aby uzyskać wynik powyżej, niż mógłby to opisać.

Kondensator może, z wielu powodów, być uważany za bardzo mały akumulator. Przepuszcza prąd tylko podczas ładowania lub rozładowywania.

Większość diod LED wymaga do oświetlenia co najmniej 2 woltów - aby obwód w ogóle działał, źródło napięcia powinno wynosić co najmniej 3 wolty. Następnie możesz zobaczyć, że dioda LED nadal świeci przez ułamek sekundy po otwarciu przełącznika, gdy kondensator się ładuje.

"When the capacitor is full, it doesn't transmit/conduct electricity"

Tak. To nie jest drut, to (podobnie jak symbol) dwie równoległe płyty blisko siebie.