Что вызывает пик 7 вольт в этой 5-вольтовой RC-цепи и почему диод смягчает его?

Первоначально на пластинах конденсатора напряжение 5 В.

Когда переключатель замыкается, конденсатор работает как источник напряжения через делитель напряжения, состоящий из двух резисторов. Vвых = +5В * 680R/(680R+1K) = 2,0238

Вот откуда берутся ваши 2 вольта. Добавляя 5 вольт источника V1 (замкнув переключатель) вы получаете свои 7 вольт.

Диод (параллельно с резистором 680R) с прямым напряжением 0,7 В или меньше уменьшит эти 2 В до 0,7 (или меньше).

Может быть, этот сюжет поможет дальше понять, что происходит (это зарядка/разрядка конденсатора выше источника питания 5В).

Когда переключатель замыкается (при 2 мкс), обе пластины заземляются, но верхняя пластина (Vout синего цвета) начинает заряжаться от источника питания 5 В через R1, который падает на 2 В между его клеммами.

Когда переключатель разомкнут (при 4,5 мкс), пластины конденсатора перестают заряжаться (верхняя пластина 5 В, а нижняя пластина 0 В).

Затем конденсатор начинает разряжаться через резисторы R1 и R3, но поскольку источник питания 5 В все еще находится между резисторами R1 и R2, падение напряжения на резисторе R1 поднимает обе пластины конденсатора на 2 В по мере его разрядки.

Посмотрите, что произойдет, если мы отключим источник питания 5 В до того, как конденсатор будет полностью заряжен. Напряжение никогда не будет поднято на 2V.

Посмотрите, что произойдет, если вы поменяете резисторы (это следует формуле делителя напряжения):

Добавление диода.

Отвечая на ваш вопрос «как ОБЕ пластины колпачка идут на землю, если только 1 из них подключена напрямую к земле, когда выключатель замкнут?»

Вы знаете, как работает конденсатор. Между его пластинами должен быть перепад потенциалов, чтобы конденсатор заряжался, и, если он заряжен, между пластинами должен быть путь для его разрядки.

Как я уже сказал, «первоначально напряжение на пластинах конденсатора равно 5 В». Но конденсатор изначально разряжен. Он просто отражает напряжение от источника питания. Текущего тока нет.

Поскольку между землей и нижней пластиной конденсатора нет сопротивления, когда переключатель замкнут, нижняя пластина напрямую соединена с землей, хотя раньше она была +5 В. Конденсатор не был заряжен, поэтому ток в нем в это время не течет. Нижняя пластина просто отражает потенциал провода, идущего от земли.

Поскольку конденсатор разряжен, и прежде чем конденсатор успевает зарядиться от тока, поступающего от источника питания 5В через резистор R1, его верхняя пластина находится под тем же потенциалом, что и нижняя пластина, то есть заземлена.

Помните, что когда конденсатор разряжен и к нему подключено напряжение, в течение очень короткого промежутка времени пластины конденсатора действовали как короткое замыкание. Это то, что вы видите на графике в момент времени 2us (см. два графика на рисунке ниже). Обе пластины конденсатора сначала притягиваются к земле, а затем конденсатор начинает заряжаться от земли до +5В.

PS: Вы лучше поймете, когда увидите, что происходит, когда конденсатор изначально заряжен. Он показывает потенциал 5 В между пластинами, когда переключатель замкнут, и до того, как конденсатор начнет заряжаться. (Помните, что 2 вольта исходят от падения потенциала резистора R1.):

Другой ответ касается большей части вашего вопроса. Этот ответ касается только следующего.

Добавление параллельного обратноходового диода после RC-цепи и перед выходом, как показано ниже, в основном смягчает эффект (смоделируйте его здесь. Почему это так, и почему он ПОЛНОСТЬЮ не смягчает его? Вы все равно получаете около 5,5 вольт). при отпускании кнопки.

Если бы диод был идеальным выпрямителем, то напряжение на выходе действительно было бы привязано к напряжению питания.

Однако настоящие диоды имеют падение напряжения на них, когда они проводят ток. Мы часто принимаем 0,6 вольта в качестве номинального напряжения на проводящем диоде. На самом деле напряжение зависит от модели диода и величины тока.

Предельное напряжение на выходе составляет 5 вольт от источника питания, используемого для зарядки конденсатора, плюс падение напряжения на диоде или около 5,6 В.

Диод не улавливает весь всплеск по нескольким причинам:

• прямое напряжение - 0,7В для обычного кремния и 0,3В для типа Шоттки
• время переключения - Шоттки быстрее, но все же не нулевое
• внутреннее сопротивление - добавляет падение ИК-излучения на диоде (которое изменяется в соответствии с предсказаниями модели Шокли)
• свинцовая индуктивность

Таким образом, с 1N4148 вы получите около 700 мВ; с BAT54 около 300 мВ. Тем не менее, чем больше кепка, тем больше всплеск из-за ограничений диода.

Кстати, ваш сим не использует известную модель, попробуйте его с 4148 или одним из типов Шоттки.