Kierunki prądu w filtrze RC

[jugan1]

Witam,

Pytań będzie dość sporo, więc najlepiej jakby odpowiedzi były do konkretnych punktów. Wtedy jest mniejsza szansa, że się pogubię. Dziękuję!

Weźmy filtr ze strony Forbot:

1. Załóżmy, że jakimś cudem nie będzie tu w ogóle występował prąd zmienny - mamy takie szczęście, że będzie idealnie, czyli będzie płynął tylko prąd stały. Kondensator jest rozładowany. Podłączam układ do zasilania i... co właściwie się dzieje? Prąd ma do wyboru 2 drogi: albo tą do "WY", albo poprzez kondensator do masy. Mając taki układ:

Przez chwilę płynie w nim prąd stały, dopóki kondensator nie zostanie naładowany, więc wydaje mi się, że w układzie z filtrem będzie tak, że prąd na samym początku wybierze łatwiejszą drogę i popłynie przez kondensator do masy i dopiero w momencie, gdy kondensator będzie naładowany, to wybierze tą drugą drogę. Kondensator będzie cały czas naładowany, ale czy kiedyś będzie się rozładowywał? Wydaje mi się, że nie będzie miał powodu, bo na jego okładkach będzie napięcie wejściowe, więc nie będzie różnicy potencjałów.

2. Załóżmy, że mamy standardową sytuację, więc jest głównie prąd stały i trochę zakłóceń w postaci prądu zmiennego o dużej częstotliwości i o napięciu dodatnim. Włączamy układ i co się dzieje? Jak płynie prąd stały i zmienny?

3. Załóżmy teraz, że mamy pecha i w układzie będzie tylko płynął prąd zmienny o napięciu dodatnim i o dużej częstotliwości. Co tutaj się będzie działo? 

4. Być może będzie to już wyjaśnione w poprzednich punktach, ale czy na okładkach kondensatora osiadają się zarówno ładunki z prądu stałego jak i zmiennego? Wydaje mi się, że tak, ale trochę mylące jest dla mnie stwierdzenie, że "kondensator przepuszcza prąd zmienny".

5. Kondensator w tym układzie się ciągle ładuje i rozładowuje. Ale kiedy? On przecież nie ma czasu się rozładować jak ciągle płynie jakiś prąd. Wtedy byśmy mieli prądy o przeciwnych zwrotach.

[jand]

Przyznaję, że niełatwo było mi znaleźć odpowiednie słowa by odpowiedzieć na tak postawione pytania.

Ad 1

2 godziny temu, jugan1 napisał:

dopiero w momencie, gdy kondensator będzie naładowany, to wybierze tą drugą drogę

Nieprawda.

Prąd będzie płynął do wyjścia od początku. W miarę ładowania się kondensatora będzie stopniowo rósł od zera do wartości takiej  jakby kondensatora nie było.

2 godziny temu, jugan1 napisał:

ale czy kiedyś będzie się rozładowywał?

Jeśli napięcie wejściowe spadnie poniżej napięcia naładowanego kondensatora albo zwiększymy pobór prądu na wyjściu.

Ad 2

Aby napięcie na kondensatorze uległo zmianie potrzebny jest czas na jego przeładowanie. Jeśli zmiany na wejściu będą odpowiednio szybkie, to kondensator przeładuje się tylko w małym stopniu, a więc amplituda zmian napięcie na wyjściu będzie mniejsza niż na wejściu.

Ad 3

Patrz ad 2

Ad 4

Ładunki są tylko jedne, wspólne dla prądu stałego i zmiennego. Ich zachowanie jest wypadkową dla obu tych prądów.

Ad 5

2 godziny temu, jugan1 napisał:

nie ma czasu się rozładować jak ciągle płynie jakiś prąd

Rozładowanie następuje wtedy, gdy więcej prądu pobieramy,  niż dostarczamy, co na przykład występuje jeśli napięcie na wejściu spadnie. Prąd ciągle płynie, ale jest go za mało.

 

2 godziny temu, jugan1 napisał:

Wtedy byśmy mieli prądy o przeciwnych zwrotach

Owszem, kierunek prądu płynącego przez kondensator się zmienia. Prąd wyjściowy to jest prąd wejściowy minus prąd kondensatora. To musi być spełnione w każdym momencie.

[Preskaler]

Tak na prawdę to w tym układzie nie płynie żaden prąd, pomijając prąd upływności kondensatora bo nie ma idealnego izolatora. Prąd zmienny może być co do kierunku (przemienny) i co do wartości. Tutaj mamy obwód z szeregowym kondensatorem. Ładowanie kondensatora polega na doprowadzeniu do jego jednej okładziny więcej elektronów co powoduje odepchnięcie tychże z drugiej okładziny. Sprawia to wrażenie chwilowego przepływu prądu, zmiennego co do wartości bo w chwili włączenia źródła zasilania będzie największy i stopniowo będzie się zmniejszał. Jeśli do układu włączymy jakieś źródło prądu zmiennego czy przemiennego to te elektrony na okładzinach kondensatora będą drgały (falowały) powodując wrażenie przepływu prądu zmiennego a jeśli wartość szczytowa napięcia przemiennego przekroczy wartość napięcia stałego to sprawi wrażenie płynięcia prądu częściowo przemiennego. Mówi się wtedy o tzw. składowej stałej i składowej zmiennej prądu. Określenia, że przez kondensator płynie prąd zmienny z naukowego pkt. widzenia są błędne ale pomocne są w analizowaniu działania układów elektrycznych. W nauce także stosowane są teorie, które odbiegają od tzw. prawdy absolutnej ale tłumaczą pewne mechanizmy w bardziej lub mniej wyczerpującym stopniu. Są np. teorie tłumaczące pewne zachowania (np. światła) które sprawdzają się nie we wszystkich przypadkach i trzeba je uzupełniać innymi teoriami, które też nie są uniwersalnymi.