Конденсатор - это фильтр верхних частот или полосовой фильтр?

Это меня давно беспокоило ... Один конденсатор сам по себе ведет себя как фильтр верхних частот или полосовой фильтр?

В кристаллическом радиоприемнике вы используете один конденсатор в качестве элемента настройки, чтобы выбрать, какую радиочастоту будет принимать радио. Это сильно подразумевает, что конденсатор является полосовым фильтром.

Но, читая Википедию, предполагается, что конденсатор на самом деле является 1-полюсным фильтром верхних частот.

Ну, очевидно, это не может быть и то и другое. Так что это?

(Бонусные баллы для тех, кто может указать на фактическую кривую частотной характеристики.)

capacitor filter

— MathematicalOrchid
источник

Я думаю, что в кристаллических радиоприемниках вы настраиваете конденсатор резервуара LC, конденсатор не единственный элемент.

— Самуил

Было бы низким уровнем, если бы вы связали свой сигнал с землей конденсатором; было бы высокочастотно, если бы конденсатор был последовательно с сигналом. Так что, думаю, с комбинацией этих двух я думаю, вы сможете создать полосовой фильтр.

— Ник Уильямс

Идеальный конденсатор с одним проводом на входе, а другой на выходе - это фильтр верхних частот, поскольку его полное сопротивление составляет

. При

импеданс равен

(т. Е. Разомкнутая цепь = усиление 0). При

импеданс становится равным 0 (т.е. короткое замыкание = усиление 1). Но реальные конденсаторы не имеют этого идеального частотного отклика из-за паразитов .

Z_{C} = 1 / (j ω C)

$Z_C = 1/(j\omega C)$

ω = 0

$\omega = 0$

\infty

$\infty$

ω \to \infty

$\omega \to \infty$

— Ноль

Конденсатор сам по себе ничего не делает. Как часть схемы (то есть с другими компонентами) она может быть частью фильтра нижних частот, фильтра верхних частот, режекторного фильтра, полосового фильтра или чего-либо еще, в зависимости от остальной части схемы.

— Пит Беккер

Хотя это относится только к существенно другим вопросам, которые могут разделить ваш заголовок, индуктивность, если практический конденсатор дает ему резонансную частоту.

— Крис Страттон

Конденсатор сам по себе не является ни фильтром, ни верхним, ни нижним, ни чем-либо еще.

Конденсатор может использоваться как часть фильтра верхних, нижних или полосовых фильтров, в зависимости от того, как он подключен к другим частям . Например, конденсатор с резистором может быть фильтром верхних частот:

или фильтр нижних частот:

Вместе с индуктором и некоторым дополнительным сопротивлением (представленным резистором) это может быть полосовой фильтр:

Или фильтр отклонения полосы:

Кристаллическое радио работает как левый полосовой фильтр. C1 и L1 образуют резонансный резервуар, который имеет высокий импеданс на резонансной частоте и низкий импеданс на других частотах. Даже это само по себе не является фильтром, поскольку просто изменение сопротивления не является фильтром. Именно изменяющийся импеданс, работающий против некоторого другого импеданса, формирует делитель напряжения, который затем создает фильтр. В приведенном выше примере R1 это тот другой импеданс. В кристаллическом радио это импеданс сигнала, магнитно связанного с L1 антенной катушкой. В этом случае антенная катушка является первичной обмоткой трансформатора, а L1 является вторичной обмоткой, которая резонирует на определенной частоте в зависимости от значения C1, на которое настроено.

Добавлено о хрустальном радио:

Из комментариев видно, что существует некоторая путаница в отношении того, как работает конденсатор в кристаллическом радио, и как настроено такое радио. Существуют различные способы создания кристаллического радио, но я остановлюсь на очень распространенной конфигурации, которую можно найти в Интернете, и которая реализуется большинством наборов кристаллического радио:

Индуктор представляет собой одиночную катушку, обычно магнитную проволоку, намотанную на что-то вроде рулона картонной туалетной бумаги. Катушка по сути является трансформатором. Основной трансформатор - это левая часть между антенной и отводом. Поскольку ответвление заземлено, между двумя участками катушки отсутствует прямой ток. Напряжение в правой части катушки индуцируется действием трансформатора. Только путь для сигнала , чтобы получить от левой части катушки (первичная обмотка трансформатора) к правой части (вторичная обмотка трансформатора), является магнитной связи между двумя частями катушки.

Трансформатор создает более высокое напряжение на своем правом конце, хотя и на более высоком импедансе. Типичные антенны имеют импеданс в диапазоне 50-300 Ом, в то время как кристаллическое радио предназначено для управления наушниками старого стиля с сопротивлением в несколько кОм. Более высокое напряжение при более высоком импедансе лучше подходит для наушников и позволяет более эффективно использовать очень ограниченную мощность от антенны.

Индуктивность катушки вместе с емкостью образуют цепь высокого добротности. Радио подбирает станцию, когда конденсатор настроен так, что резервуар резонирует на несущей частоте станции. Из-за конечного полного сопротивления антенны, управляющей резервуаром, если смотреть через трансформатор, и полного сопротивления наушников, нагружающих выход, конденсатор и катушка вместе образуют узкополосный фильтр.

— Олин Латроп
источник

Я нажал на это в качестве ответа, но я хотел добавить следующую ссылку, как то, что спрашивающий может захотеть посмотреть, чтобы помочь понять пассивные аналоговые схемы: falstad.com/circuit

— Jotorious

Таким образом, в итоге именно комбинация конденсатора и индуктора делает его полосовым, а не просто верхним. Это отвечает на мой буквальный вопрос - но в то же время кажется, что с моим пониманием этого материала что-то совершенно не так. Я буду стараться , чтобы точно определить , где я буду неправильно, и задать отдельный вопрос ...

— MathematicalOrchid

В приведенном вами примере между [длиннопроводной] антенной и катушкой резервуара практически отсутствует взаимная индуктивная связь, поэтому любое действие трансформатора между антенной и катушкой резервуара будет тривиальным. В действительности, в зависимости от длины антенны и длины волны РЧ, которую он перехватывает, он будет выглядеть как источник напряжения, последовательно соединенный с емкостью через резистор, который является либо резистивным, емкостным, либо индуктивным.

— EM Fields

@EMFi: я откатил ваши изменения по причинам, которые мы обсуждали ранее. Затем я исправил опечатку в «резисторе», но «фильтр отклонения полосы» имеет больше смысла, чем «фильтр отклонения полосы». Что касается кристаллического радио, типичная версия имеет катушку, обмотанную вокруг бумажной трубки с краном возле одного конца. Антенна подключается к концу возле ответвителя, а ответвление - к заземлению. Резонансная катушка от крана до другого конца. Только путь для РФ , чтобы добраться до резонансной катушки с помощью трансформатора связи между двумя частями катушки.

— Олин Латроп

@ Doombot: я сознательно держался в стороне от таких вопросов. У ОП достаточно путаницы, когда я понимаю, как работают идеальные конденсаторы, и я чувствовал, что сейчас не время представлять неидеальные характеристики реальных компонентов. Я согласен с вами, что эти эффекты реальны, но они слишком сложны для обсуждения этого вопроса.

— Олин Латроп

Один конденсатор обычно не является фильтром вообще.

Он может формировать либо фильтр верхних частот, либо фильтр нижних частот, в сочетании с резистором, или он может формировать либо те, либо полосовой фильтр, в сочетании с индуктором.

В наборе кристаллов, если ваша схема, на которую вы смотрите, достаточно старая, может не быть видимой индуктивности и нет хорошего объяснения, почему конденсатор работает как настраивающий элемент.

Здесь, пропущенный факт заключается в том, что сама антенна действовала как индуктор, и объяснения могут не прояснить это, потому что, возможно, авторы не до конца поняли это примерно в середине 1920-х годов.

— Брайан Драммонд
источник