Mengapa menggunakan resistor di sirkuit filter

13

Karena kapasitor dan induktor dapat menyaring sendiri. Mengapa resistor terpisah diperlukan? Sebagai contoh di sirkuit RC, hanya menggunakan kapasitor akan berbeda dengan cara apa?

resistors filter 1p2r3k4t
sumber

1

Apa konstanta RC jika R adalah nol? Jika R tidak terbatas?

Kaz

13

Karena kapasitor dan induktor dapat menyaring sendiri.

Pertimbangkan "filter" berikut yang terdiri atas kapasitor sendiri :

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Perhatikan bahwa, dengan inspeksi, terlepas dari kehadiran kapasitor; tidak ada penyaringan yang terjadi. $V_{out} = V_{in}$

Ini karena port keluaran identik dengan port input.

Sekarang, tambahkan resistor:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Perhatikan bahwa kami sekarang memiliki port input dan output yang berbeda dan sekarang kami memiliki filter urutan pertama. Kita bisa menambahkan induktor daripada resistor dan membuat filter urutan ke-2.

V_{o u t} = V_{i n} \frac{1}{1 + j ω C_{1} R_{1}}

$V_{out}= V_{in}\frac{1}{1+j\omega C_1 R_1}$

Alfred Centauri
sumber

Meskipun, jika sumber sinyal (Vin) tidak ideal, itu mungkin tidak dapat mempertahankan tegangan yang diinginkan dengan adanya kapasitor ke ground karena impedansi output / resistansi internal. Misalnya, pertimbangkan halaman 4 lembar data ini untuk lm4549b . Lihatlah Zout untuk bagian output analog. Katakanlah kita mengendarai sinyal audio 1Vpp 16KHz dari output. Jika saya menancapkan kapasitor pada keluaran ke ground, apakah masuk akal untuk mengatakan bahwa saya telah membentuk filter RC dengan impedansi keluaran 220 Ohms out dari "Vin" ini?

jjmilburn

2

@ jjmilburn, Anda tidak berpikir jernih. Tegangan

adalah tegangan melintasi periode port input . Jika sumber

V_{i n}

$V_{in}$

ideal, maka

. Jika sumber tidak ideal, yaitu, jika sumber memiliki beberapa impedansi internal, maka

NAMUN, fungsi transfer

V_{s}

$V_s$

V_{i n} = V_{s}

$V_{in} = V_s$

V_{i n} \neq V_{s}

$V_{in} \ne V_s$

, tidak berubah. Sebaliknya, itu adalah

\frac{V_{o u t}}{V_{i n}}

$\frac{V_{out}}{V_{in}}$

yang diubah.

\frac{V_{o u t}}{V_{s}}

$\frac{V_{out}}{V_s}$

Alfred Centauri

Ah ya, tangkapan bagus dan klarifikasi.

jjmilburn

6

Pada mereka sendiri, kapasitor atau induktor hanyalah komponen port tunggal sederhana. Filter, di sisi lain memiliki input dan output yang berarti mereka adalah perangkat dua port.

Untuk mendapatkan dua filter port sederhana, Anda dapat menggunakan kombinasi resistor, kapasitor dan induktor untuk membuat berbagai jenis filter seperti high pass dan low-pass. Menggunakan lebih dari satu dari masing-masing dapat membuat Anda band-pass dan takik filter (band reject filter).

Menggunakan resistor dan kapasitor / induktor Anda bisa mendapatkan filter urutan pertama. Menggunakan kapasitor dan induktor dapat memberikan Anda filter pesanan kedua. Filter urutan kedua memiliki karakteristik penyaringan yang lebih jelas.

Jika Anda memiliki resistor tunggal, Anda tidak dapat menyebutnya sebagai attenuator - dua resistor diperlukan secara seri untuk membuat attenuator; komponen dua kawat yang sederhana berubah menjadi perangkat tiga-kawat yang lebih kompleks dengan input, output dan koneksi yang umum yaitu jaringan dua-port.

Andy alias
sumber

5

Tidak, induktor dan kapasitor tidak memfilter "sendiri".

Misalnya, kapasitor dalam rangkaian dengan sinyal tidak melakukan penyaringan jika impedansi di ujung yang lain tidak terbatas. Demikian juga, kapasitor yang melintasi tegangan sinyal tidak melakukan penyaringan jika impedans tegangan itu nol.

Tunjukkan sirkuit di mana Anda pikir kapasitor melakukan penyaringan sendiri. Setelah melihat dengan hati-hati, kita akan menemukan beberapa impedansi di suatu tempat yang sedang dikerjakannya untuk membuat filter high pass atau low pass.

Menggunakan resistor eksplisit dengan kapasitor atau induktor, daripada membiarkannya bekerja melawan penyimpangan, tersirat, atau impedansi internal, membantu membuat hal-hal dapat diprediksi.

Olin Lathrop
sumber

Saya tidak yakin apakah saya harus meninggalkannya secara teoretis, atau menyebutkan bahwa Anda akan selalu memiliki efek seperti filter karena akan selalu ada beberapa R di dunia nyata. Kata baik.

Bob

@Olin Lanthrop Bisakah Anda menjelaskan bagian impedansi sedikit lagi? Bisakah saya menganggapnya sebagai perlawanan secara seri atau paralel?

1p2r3k4t

@ 1p2r: Resistansi dapat paralel atau seri dengan induktor atau kapasitor, tergantung pada bagaimana filter terhubung di sirkuit dan apakah itu seharusnya high pass atau low pass. Namun, melambaikan tangan ini hanya memberi makan kebingungan. Perlihatkan skema sehingga kita memiliki sesuatu yang konkret untuk dibicarakan.

Olin Lathrop

@ Olin saya merujuk ke paragraf kedua, di mana Anda menyebutkan impedansi di ujung lain dan impedansi tegangan.

1p2r3k4t

Saya pikir cara sederhana untuk memahami mengapa filter kapasitor-satunya tidak dapat bekerja adalah pertama-tama berpikir mengapa filter hanya-resistor tidak akan bekerja: tegangan pada setiap node non-driven dalam jaringan resistor akan menjadi fungsi linear dari tegangan pada setiap node yang digerakkan. Seperti yang terjadi, jaringan apa pun yang hanya terdiri dari tutup ideal atau hanya induktor ideal akan bekerja dengan cara yang sama. Impedansi efektif dari topi atau induktor akan sangat dengan frekuensi, tetapi setiap tutup akan bervariasi dengan cara yang sama, seperti setiap induktor. Dalam jaringan yang hanya terdiri atas penutup dan induktor ...

supercat

1

$R*C$ $R = 0$

$R$ menetapkan konstanta waktu dan frekuensi sudut / -3dB pada filter.

Catatan: diedit sesuai saran / saran Andy alias.

Bob
sumber

Semakin besar frekuensi semakin sedikit redaman untuk kapasitor, kan? Tetapi bukankah nilai batas juga memengaruhi pelemahan? Tidakkah mungkin untuk mengatur parameter hanya dengan nilai kapasitas?

1p2r3k4t

Lihatlah matematika: dalam kapasitor dan induktor "sempurna" (yang tidak ada, tapi saya berbicara teori di sini) R = 0, sehingga matematika berubah menjadi tak terhingga atau 0. Tidak ada pengaturan apa pun, karena Anda sudah atur satu parameter ke 0, sehingga bahkan C yang sangat sangat besar, ketika dikalikan dengan 0, masih 0, dan L yang sangat kecil, bila dibagi 0, akan menjadi tak terhingga.

Bob

3

@Bob induktor (dengan atau tanpa resistor) tidak akan memblokir semua sinyal ac kecuali induktansinya tidak terbatas. Demikian pula, kapasitor tidak akan menjadi kekurangan untuk semua sinyal ac kecuali itu tak terbatas.

Andy alias

@Andy alias, saya mencoba untuk memikirkan itu, dan saya tidak yakin Anda benar. Jika Anda memodelkan misalnya sirkuit RL, dan mengasumsikan semua R = 0 (termasuk resistansi internal induktor dunia nyata = 0), bahkan induktansi kecil akan menjadi satu-satunya hal di sirkuit selain sumber sinyal. Ini sangat teoretis dan semacam sudut yang belum saya pikirkan sejak kuliah, tetapi Anda harus memberi saya persamaan respons frekuensi yang memiliki sesuatu selain f = 0 atau infinity dengan R = 0 untuk meyakinkan saya, saya salah ...

Bob

| w L |

$|wL|$

\frac{1}{| w c |}

$\frac{1}{|wc|}$

1

$\ I = \ C \frac {dv}{dt}$
$\ V = A \sin \omega t$
$\ I$ $\ I = \ C \frac {d {A \sin \omega t}}{dt}$
$\ I$ $\ I = \omega\ C \ * \ A \cos \omega t$

$\omega\ C \ * \ A$ yang berubah seiring dengan perubahan frekuensi tegangan input, tetapi amplitudo output tegangan akan selalu sama dengan tegangan input terlepas dari perubahan apa pun yang terjadi pada frekuensi tegangan input.

Idmond
sumber

Ini jawaban untuk pertanyaan yang mana?

1p2r3k4t

1

Karena, tanpa resistor, energi yang dihasilkan oleh rangkaian ini akan tidak terbatas dan sama sekali tidak bergantung pada kapasitor.

Pikirkan seperti ini:

$Vin$ $Vout$ $Vin$ $Vout$ $Vin$ $Vout$ $Vin$

$Vin$ $Vout$ $Vin$ $Vout$

$Vout$

$Vin$

$Vin$ membalikkan (ini terjadi jika frekuensi "lebih lambat" dari kapasitor "besar"), maka tidak ada lagi arus yang mengalir ke dalamnya dan semua arus yang tersisa mengalir ke arah $Vout$ .

Jika potensi berbalik pada $Vin$ sebelum kapasitor penuh ("frekuensi" lebih cepat dari kapasitor "besar") maka semua arus mengalir kembali ke $Vin$ sebagai $Vin$ sekarang dalam potensi yang lebih rendah daripada tanah. Dalam hal ini energi di ujung "bawah" kapasitor bergerak kembali ke tanah karena tidak ada lagi muatan di ujung "atas" untuk menyimpannya di dalam kapasitor. Ini berarti bahwa energi yang ditransfer dari ujung "atas" ke ujung "bawah" sekarang ditransfer ke bumi (dan untuk semua tujuan praktis, hilang).

ravingraven
sumber

Mengapa menggunakan resistor di sirkuit filter

Jawaban: