Понимание работы высокочастотного RC-фильтра

Я пытался визуализировать, что происходит, когда частота изменяется от 1 Гц до 1 ГГц. В случае конденсатора напряжение отстает от тока на 90 градусов, а реактивное сопротивление конденсатора зависит от его частоты.

Я попытался смоделировать RC-фильтр с помощью LTSpice. Изображение приведено ниже, но мой вопрос очень общий и для теоретического понимания.

введите описание изображения здесь

Я хочу понять phase responseфильтр. Так как напряжение отстает от тока в конденсаторе (который включен последовательно с источником напряжения). Следовательно, они будут некоторым напряжением на конденсаторе, и его интенсивность будет зависеть от частоты (уменьшается с увеличением частоты). Я попытался понять, как работает RC-фильтр. Я попытался объяснить, что происходит в RC-фильтре, когда частота изменяется от 1 Гц до 1 ГГц.

  1. Stop-Band: частота будет низкой, а реактивное сопротивление конденсатора будет очень высоким. Все напряжение будет на конденсаторе и будет задержано на 90 градусов. Выход (напряжение на сопротивлении будет близко к нулю).
  2. Transition-Band: реактивное сопротивление конденсатора начнет уменьшаться по отношению к сопротивлению. Напряжение на выходе (через сопротивление) будет вычитанием напряжения источника напряжения и версии источника напряжения с задержкой (90 градусов). Следовательно, общая фаза системы будет меньше 90 градусов.
  3. Полоса пропускания: в этой полосе реактивное сопротивление конденсатора будет почти нулевым и, следовательно, будет нулевая фазовая задержка. Хотя на конденсаторе будет некоторое напряжение, которое будет проявляться как ripplesв полосе пропускания.

Правильно ли я понимаю?

В 2 я думаю, вы написали «сопротивление», где вы имели в виду «частоту». В 3 "рябь" - не лучшее слово. На самом деле любая (идеальная) RC-пара 1-го порядка будет иметь гладкую полосу пропускания, точно такую ​​же, как та, которую вы начертили.
Подсказка: если вы переключите ось Y на линейную (вместо децибел по умолчанию), вы увидите три полосы более четко.

Ответы (2)

В переходной полосе мы можем сказать, что это типично, когда Xc = R, но это не просто числовое сложение Vc + Vr = Vinput. Мы должны использовать Пифагора: -

В я н п ты т "=" В С 2 + В р 2

Это связано с тем, что напряжение конденсатора и напряжение резистора всегда составляют 90 градусов по отношению друг к другу, когда они разделяют общий ток.

Еще один момент, который следует отметить, это то, что когда Xc = R по значению, Vc и Vr будут равны по значению (конечно, не по фазе), и, используя приведенную выше формулу и переставляя, вы можете доказать, что выходное напряжение (Vr) равно 2 ниже входного напряжения. Это, конечно, известно как точка 3 дБ фильтра, потому что 1 2 составляет -3,01 дБ.

У меня есть еще один вопрос. Выходное напряжение из-за общего тока? Тогда выходное напряжение всегда будет в фазе с входным источником. Я думаю, что это связано с векторным вычитанием входного напряжения и напряжения на конденсаторе (которое задерживается на 90 градусов и имеет меньшую интенсивность, чем входное напряжение)
Выходное напряжение будет в фазе с протекающим общим током, но этот общий ток не будет в фазе с входным напряжением, за исключением случаев, когда частота очень и очень высока. В переходной полосе (где Xc = R) ток будет опережать входное напряжение на 45 градусов.
Можете ли вы объяснить, что общий ток не будет синфазным с входным напряжением?
Это потому, что комбинированный импеданс C и R имеет как реактивные, так и резистивные элементы. Это означает, что импеданс представляет собой комплексную величину с фазовым углом -45 градусов (величина Xc = R). Если вы не привыкли к идее импеданса, имеющего фазовый угол, то, возможно, вы захотите провести некоторые предварительные исследования, прежде чем я буду двигаться дальше.
Я понимаю, что импеданс имеет величину и фазовый угол. Но я спрашивал, если ток протекает через конденсатор и резистор, а фаза тока не изменяется конденсатором и резистором, то он должен быть синфазным с приложенным источником входного сигнала.
Фаза (относительно входного напряжения) тока полностью зависит от значения Xc и значения R. Эта комбинация Xc и R образует сложный фазовый угол, который не равен ни 90 градусам, ни 0 градусам, за исключением постоянного тока и бесконечности. .

Да вы правы. Для лучшего понимания рекомендую эту ссылку:

https://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_3.html

Хотя я хотел бы добавить, что напряжение на конденсаторе всегда является вектором, перпендикулярным напряжению на резисторе. Таким образом, вы можете представить себе прямоугольный треугольник, основанием которого является V, пересекающий R, и перпендикуляром, равным V и 1/(частота, умноженная на C). Первоначально при $\omega$ = 0 или малом (в стоп-полосе) перпендикуляр бесконечно длинный, поэтому угол, который образует гипотенуза с основанием, близок к 90 градусам. Поскольку омега принимает конечное значение, не слишком большое (в полосе перехода), длина перпендикуляра уменьшается, а углы сводятся к острому углу. Наконец, когда омега становится большой (в полосе пропускания), угол становится близким к нулю. Угол — это то, что мы называем фазой, а его изменение — фазовой характеристикой.

Понимание работы высокочастотного RC-фильтра
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v