आरसी विभेदक सर्किट स्पष्टीकरण

Question

यह इनपुट / आउटपुट वोल्टेज तरंगों के साथ एक बुनियादी आरसी विभेदक का सर्किट है।

1. सबसे पहले, मुझे समझ में नहीं आता कि आउटपुट वोल्टेज (कैपेसिटर से चार्ज का निर्वहन) में कमी क्यों है क्योंकि आपूर्ति अभी भी चालू है।
2. दूसरी बात, मुझे नहीं पता कि प्रतिरोधक के पार वोल्टेज नकारात्मक स्तर पर क्यों गिरता है।

मुझे पता है कि यह एक सरल प्रश्न है, लेकिन कृपया मुझे इस मूल सर्किट को समझने में मदद करें - धन्यवाद।

Comments

+1, अच्छा चित्र। इसके अलावा, आपका प्रश्न सरल लग सकता है, लेकिन यह तुच्छ नहीं है!

— ज़ेबोनौट

Answer 1

लंबी कहानी छोटी: आपके इनपुट सिग्नल के कम-से-उच्च संक्रमण के लिए, आपके संधारित्र को छुट्टी नहीं दी जाती है, इसे चार्ज किया जाता है , और जब तक उच्च-से-कम संक्रमण होता है, तब तक इसे चार्ज किया जाता है।

फिर भी, यहाँ लंबी कहानी है:

हम आर और सी के बदले हुए पदों से शुरू करने की स्वतंत्रता लेते हैं; ध्यान दें कि मैं _में  = मैं _सी  = मैं _आर , इसलिए हम वास्तव में इस (KCl) करने के लिए अनुमति दी जाती है। यह वह तस्वीर है जिसे आप आमतौर पर एक संधारित्र के माध्यम से एक संधारित्र के लिए देखा जाता है, इसलिए यह प्रयास के लायक हो सकता है:

हम देख सकते हैं कि RC समय के अनुसार C कैसे चार्ज किया जाता है और इनपुट वोल्टेज चरण की परिमाण के अनुसार 0 V से V _{में होता है} । इसके अलावा, हम देख सकते हैं कि वोल्टेज संधारित्र के शीर्ष पर बाधा पार शेष कम अधिक हम संधारित्र चार्ज हो जाता है: वी _आर  = वी _में  - वी _सी । यह लगभग पहले से ही आउटपुट वोल्टेज में कमी के बारे में आपके पहले सवाल का जवाब देता है; हमें बस इस कॉन्फ़िगरेशन को उल्टा करना है।

यहाँ अपने मूल सर्किट फिर से है, कुछ प्रतीकों के साथ हम, वी दिखा समीकरणों विवरण के लिए की आवश्यकता होगी इस धारणा है कि हम बिना किसी लोड है, और _बाहर   तल पर शीर्ष और आर सी के लिए।

हम कल्पना कर सकते हैं कि C की ऊपरी प्लेट V _में कैसे बनी रहती _है , निचली प्लेट 0 V की ओर चार्ज हो जाती है, और अंत में, कम प्लेट और 0 V के बीच, रेसिस्टर में कोई वोल्टेज नहीं बचता है।

यह अंत में आपके प्रश्न के पहले भाग का जवाब देता है (सी डिस्चार्ज क्यों होता है?) - इसे डिस्चार्ज नहीं किया जाता है, यह वास्तव में चार्ज किया जाता है; हम सिर्फ ऊपरी प्लेट को नहीं देख रहे हैं, लेकिन रोकनेवाला से जुड़ी निचली प्लेट पर, धीरे-धीरे आर के माध्यम से कम खींचा जा रहा है।

अब, याद रखें कि आउटपुट वोल्टेज प्रतिरोधक के पार वोल्टेज के बराबर है। वी _आउट  = वी _आर  = आर × आई _आर , और फिर, यह मानते हुए कि मैं _बाहर  = ० (नगण्य भार), वी _आउट  = आर × आई _सी । दूसरे शब्दों में, आउटपुट वोल्टेज संधारित्र के चार्जिंग धारा के समानुपाती होता है, जिसे रोकनेवाला R के मान से बढ़ाया जाता है।

इनपुट सिग्नल का निम्न से उच्च चरण इस प्रकार आर पार एक सकारात्मक स्पाइक बनाएगा, जैसा कि हम पहले ही गणना कर चुके हैं। जब हम सब कुछ उल्टा करते हैं, तो हम देखते हैं कि एक उच्च-से-कम कदम एक नकारात्मक स्पाइक कैसे बनाएगा क्योंकि C के माध्यम से धारा I I _{C के} लिए उपयोग किए गए तीर के विपरीत दिशा में बह रही _है - जो आपके प्रश्न के दूसरे भाग का उत्तर देता है ( "हम आउटपुट पर एक नकारात्मक स्पाइक क्यों प्राप्त करते हैं?")।

यदि आपको पसंद है (और मुझे लगता है कि यह मजेदार है!), तो आप कुछ और तस्वीरें खींच सकते हैं और अपने लिए उच्च-से-निम्न घटना की गणना कर सकते हैं।

Answer 2

संपादित करें
नकारात्मक वोल्टेज थोड़ा अप्रत्याशित है अगर आपको पता है कि नकारात्मक आपूर्ति नहीं है। लेकिन यह समझ में आता है जब हम संधारित्र में वोल्टेज को देखते हैं। जब पावर को पहली बार लगाया जाता है तो कैपेसिटर के दोनों तरफ वोल्टेज शून्य होता है। हम वर्ग तरंग शुरू करते हैं, और इनपुट 5 वी पर जाता है। कैपेसिटर उन पर तेजी से वोल्टेज परिवर्तन के लिए अनिच्छुक हैं। आपको उन्हें तेज़ी से चार्ज करने के लिए बहुत सारे करंट की आपूर्ति करनी होगी। लेकिन रोकनेवाला इसकी अनुमति नहीं देता है, इसलिए शुरू में ऐसा होता है कि संधारित्र का दाईं ओर केवल इनपुट का अनुसरण करता है; यह +5 V तक भी कूदता है, और फिर धीरे-धीरे रोकनेवाला के माध्यम से चार्ज हो जाता है। (ध्यान दें कि यहां चार्जिंग का मतलब वोल्टेज कम करना है, क्योंकि इनपुट पर वोल्टेज सकारात्मक है।)

जब इनपुट शून्य हो जाता है तो ऐसा ही कुछ होता है। फिर से आउटपुट इनपुट का पालन करेगा क्योंकि वोल्टेज उस तेजी से नहीं बदलेगा। लेकिन इनपुट 5 V पर था और आउटपुट 0 V पर था। इसलिए जब इनपुट शून्य हो जाता है, और कैपेसिटर 5 V को बनाए रखेगा, तो आउटपुट को - 5 V पर जाना होगा।

मैंने आपके ड्राइंग में तीसरा वक्र जोड़ा है। शीर्ष एक इनपुट है, मध्य एक आउटपुट है, और नीचे एक उन के बीच अंतर है, अर्थात संधारित्र के पार वोल्टेज। आप देख सकते हैं कि यह तेज वोल्टेज परिवर्तन के बिना परिचित चार्ज-डिस्चार्ज पैटर्न का अनुसरण करता है।
संपादन का अंत

कम वोल्टेज (*) रोकनेवाला के कारण है। यह समय-समय पर आरसी द्वारा निर्धारित दर पर आउटपुट वोल्टेज को नीचे खींच देगा। 1 आरसी समय के बाद वोल्टेज 37% (1 / ई) तक गिर गया होगा, लगभग 5 आरसी समय से 1% (अंगूठे का नियम) के बाद।

इसे देखने का एक और तरीका यहां है:
नकारात्मक किनारे किनारों की उच्च आवृत्ति के कारण होते हैं। एक धार में एक व्यापक स्पेक्ट्रम होता है, जिस धार को व्यापक स्पेक्ट्रम होता है। कम आवृत्तियों के विपरीत वे उच्च आवृत्तियाँ संधारित्र के माध्यम से लगभग अप्राप्त हो जाएंगी। इसलिए यदि इनपुट 5 V से 0 V तक जाने वाली एक नकारात्मक बढ़त दिखाता है, तो आपके पास आउटपुट पर 5 V नकारात्मक-बढ़त होगी। यदि उस समय स्तर शून्य के पास है, तो वोल्टेज -5 V तक जाएगा। यदि आरसी समय स्थिर होगा तो वोल्टेज उतना अधिक नहीं गिराया जाएगा, और नकारात्मक पल्स उदाहरण के लिए +2 V से -3 तक जा सकता है। वी

(*) मैंने यहाँ "डिस्चार्ज" शब्द का गलत इस्तेमाल किया है, जो कि zebonaut के रूप में सही बताया गया है, गलत है। आप जो कर रहे हैं वह कैपेसिटर को चार्ज कर रहा है । इनपुट +5 V पर होगा और इसलिए एक क्षण के लिए आउटपुट होगा, क्योंकि संधारित्र पर कोई परिवर्तन नहीं है। जैसे ही आउटपुट वोल्टेज घटता है, संधारित्र में वोल्टेज बढ़ता है , जिसका अर्थ है कि यह चार्ज हो जाता है , डिस्चार्ज नहीं होता है।

Comments

लेकिन मेरी बात यह है कि संधारित्र को तब तक डिस्चार्ज नहीं करना चाहिए जब तक कि सिग्नल 1 (5v) न हो, क्योंकि इसके द्वारा बिजली की आपूर्ति और वोल्टेज को डिस्चार्ज चार्ज से बचाया जा सकता है।

— निशु

@nishu - आपकी (सटीक) ड्राइंग से पता चलता है कि यह सच नहीं है। संधारित्र और रोकनेवाला एक वोल्टेज विभक्त बनाते हैं जहां कम आवृत्तियों का उच्च क्षीणन होता है क्योंकि टोपी का प्रतिबाधा प्रतिरोधक की तुलना में बहुत अधिक होता है। तो कम आवृत्तियों को फ़िल्टर किया जाता है, और डीसी पूरी तरह से गायब हो जाता है। इनपुट पर एक चरण वोल्टेज लागू करें, और आउटपुट कदम की उच्च आवृत्तियों को देखेगा, लेकिन थोड़े समय (5 आरसी) के बाद आउटपुट शून्य हो जाएगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि इनपुट में केवल डीसी है, जो अवरुद्ध हो जाता है, इसलिए आउटपुट पर कुछ भी नहीं है।

— स्टीवनवह

@stevenvh - मैं आपके उत्तर के दूसरे भाग से सहमत हूं, लेकिन मुझे यकीन नहीं है कि पहला भाग सही है। यदि आप एक रोकनेवाला का उपयोग कर एक संधारित्र का निर्वहन करना चाहते हैं, तो आपको संधारित्र के समानांतर में अवरोधक को कनेक्ट करना होगा। यहां, यह एक श्रृंखला कनेक्शन है, इसलिए कम से कम से उच्च में जाने के लिए, मैं एक चार्जिंग इवेंट का उपयोग करके स्पष्टीकरण का सुझाव देता हूं। जबकि इनपुट उच्च स्तर पर स्थिर रहता है, कोई डिस्चार्ज नहीं होता है।

— zebonaut

@ ज़ेबोनौत - ठीक है आप! मैं इसे ठीक कर दूंगा। प्रतिक्रिया के लिए धन्यवाद।

— स्टीवनवह

Answer 3

इसे समझने के लिए पहला कदम, "वोल्टेज" की प्रकृति को समझना है। ऐसा करने के लिए, आपको समझना चाहिए ("ग्रॉक") ओम का नियम।

ओम का नियम हमें बताता है कि आउटपुट वोल्टेज, जो रेसिस्टर के आर-पार दिखाई देता है, को रेसिस्टर के माध्यम से करंट द्वारा निर्धारित किया जाता है । जब इनपुट वोल्टेज पहले बढ़ जाता है, तो संधारित्र के माध्यम से और रोकनेवाला के माध्यम से प्रवाह होता है।

फिर संधारित्र चार्ज करता है। जब इसे चार्ज किया जाता है, तो इसके माध्यम से प्रवाह बंद हो जाता है। यह रोकनेवाला के माध्यम से बहना भी बंद कर देता है। अब प्रतिरोधक के पार वोल्टेज शून्य है।

इसे समझें, और आप बाकी काम करने में सक्षम हो सकते हैं।

Answer 4

रेसिस्टर और कैपेसिटर श्रृंखला में जुड़े हुए हैं। समझने के लिए, आपको यह समझना चाहिए कि इसके माध्यम से प्रवाह कैसे होता है। यह स्पष्ट है कि स्थिर डीसी इनपुट के लिए, वर्तमान कुछ समय बाद शून्य होना चाहिए, क्योंकि संधारित्र डीसी उत्तेजना के लिए खुले सर्किट की तरह है। वर्तमान उस समय सबसे बड़ा है जब इनपुट वोल्टेज आरसी सर्किट पर लगाया जाता है, और बाद में यह तेजी से गिरता है। चूंकि आउटपुट निरंतर प्रतिरोध का उत्पाद है और घातीय रूप से वर्तमान को छोड़ देता है, यही कारण है कि इनपुट वोल्टेज अभी भी है, जबकि आउटपुट वोल्टेज नीचे गिर रहा है।

दूसरे, जब आप इनपुट में अचानक परिवर्तन करते हैं, तो यह परिवर्तन तुरंत संधारित्र की एक और प्लेट को प्रभावित करता है, क्योंकि आप अचानक संधारित्र प्लेटों में वोल्टेज नहीं बदल सकते हैं (आपको इसके लिए अनंत वर्तमान की आवश्यकता होगी)। छोटे अवरोधक, RC सर्किट सही विभेदक के करीब है। आप इस पर अनुकरण कर सकते हैं

http://www.cirvirlab.com/simulation/r-c_circuit_differentiator_online.php

Answer 5

प्रारंभिक रूप से संधारित्र के दोनों आकारों में समान वोल्टेज (vdiff = 0) होता है, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि अगर vin (कैप का A) 0 या 5v या कुछ भी है, vout (कैप का साइड B) समान होगा। इसलिए जब वर्व वेव 5 वी पर शूट होता है तो वीवी 5 वी पर भी शूट करता है। समय बीतने के साथ-साथ कैप को चार्ज किया जा रहा है, इसलिए साइड बी की कैप (या वाउट) 0v हो जाती है। अब टोपी के पार vdiff 5v है। जब स्क्वायर वेव 0v तक गिर जाता है, क्योंकि vdiff पूरे कैप में 5v बनाए रखना चाहिए, तो THS का कारण बनता है (या -5 b पढ़ने के लिए कैप का साइड बी होता है। इसलिए की-कैप में vdiff होता है, यह अच्छा है?