Как работает конденсатор в схеме устранения помех?

По следующей схеме (неисправная кнопка, которая включает светодиод):

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Я пытаюсь понять, почему светодиод не загорается, поскольку конденсатор выглядит так, как будто он минует выключатель. Когда конденсатор полон, он не передает / проводит электричество?

Вы заметите, что я очень новичок, но после 20 часов чтения различных уроков я все еще не могу понять что-то очень простое; как полный конденсатор действует иначе, чем простой провод? Если бы я заменил конденсатор проводом, вместо конденсатора был бы установлен провод, свет всегда был бы включен.

Изменить: Некоторые люди отметили, что схема устранения помех не имеет смысла (плохое напряжение и т. Д.) Вот моя вторая попытка сделать больше смысла. R5 и R6 могут быть одинаковыми, но я думал, что разделение их поможет сохранить 1 работу для каждого компонента.

Это не хорошая схема отказов.

Одна проблема заключается в том, что (по крайней мере, в идеале) переключатель и его соединительные провода имеют нулевое сопротивление. Это означает, что конденсатор мгновенно разряжается, когда переключатель замкнут. (В практическом плане этот быстрый разряд также может быть вреден для контактов переключателя или проводки, если на конденсаторе достаточно высокое напряжение и достаточно высокая емкость.)

Отключение емкостного переключателя должно медленно заряжать конденсатор, когда переключатель находится в одном состоянии, и медленно разряжать его, когда он находится в другом состоянии. Константа RC не обязательно должна быть одинаковой, но она должна быть чем-то отличным от нуля. Схема имеет резисторы, которые контролируют зарядку конденсатора; ему просто нужен резистор в контуре выключателя, чтобы изящно разряжать его.

Другая проблема, связанная с этой схемой, состоит в том, что светодиод выключается только в том случае, если цепь была включена в течение некоторого времени, например, если схема существовала с начала времени с тем же источником напряжения. Но что, если в момент времени источник напряжения будет равен 0 В и внезапно скачет к своему напряжению? В это время конденсатор, который должен быть пустым, начинает заряжаться. Во время зарядки ток течет, и светодиод на короткое время загорается, а затем гаснет. (Ну, может, нет, потому что ваш источник имеет только 1 В, но это другая история).$t = 0$

В CircuitLab вы можете различить эти две ситуации в симуляции «Time Domain». Вы можете либо «Пропустить начальный», либо нет. Решатель может либо сделать вид, что схема существовала в данном состоянии всю вечность до момента времени , и начать решать ее оттуда. Или это может решить эту проблему с точки зрения того, что схема только что возникла при и источники напряжения оживают, конденсаторы разряжены и так далее.t = $t = 0$$t = 0$

Последнее замечание здесь заключается в том, что схема зажигает только светодиод, поэтому отскок переключателя в основном спорный, если только светодиод не светится на каком-то оптическом детекторе, где отскок переключателя превращается в сбой в сигнале. Если работа светодиода состоит в том, чтобы просто обеспечить приятный свет, то ваш глаз даже не будет достаточно быстр, чтобы увидеть отскок переключателя.

Вот симуляция схемы во временной области (после изменения V1 на 3V). На графике изображен ток светодиода. Важно: для параметра Skip Initial установлено значение Yes, поэтому мы можем видеть, что происходит, когда конденсатор изначально разряжен, а источник напряжения подает напряжение 3 В. Это все с выключателем в открытом состоянии.

Как вы можете видеть, ток падает через светодиод, а затем гаснет. Если ваше намерение заключалось в том, что светодиод строго контролируется оператором с помощью кнопки, то ваш дизайн не реализует ваше намерение на сто процентов.

Что касается комментария ниже, предположим, что цель состоит в том, чтобы фактически управлять выводом микроконтроллера (все работает на 5В). Во-первых, мы можем сделать это без какой-либо емкости и справиться с устранением неполадок в программном обеспечении, сэмплируя вывод с достаточно низкой скоростью.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Когда переключатель разомкнут, выходной ток подтягивается до 0 В с помощью понижающего резистора. Когда мы закрываем переключатель, напряжение в верхней части резистора поднимается до 5 В. Этот выход можно рассматривать как сигнал. Нас интересует низкочастотная составляющая сигнала: относительно медленные переключатели. Мы хотим отказаться от высоких частот, например, отказов переключателей. Для этой цели мы можем добавить пассивный однополюсный RC фильтр нижних частот:

^{смоделировать эту схему}

Теперь, когда переключатель замыкается, напряжение постепенно увеличивается по мере зарядки конденсатора. Вы можете увидеть это в моделировании временной области:

Когда переключатель разомкнут, конденсатор разряжается через R1 и R1, постепенно снижая напряжение до нуля. Конденсатор в основном следует напряжению R1, но с запаздыванием из-за необходимости заряжать через R1 и разряжать через R1 и R2. (Обратите внимание, что разряд в два раза медленнее, чем заряд!)

Вход микропроцессора измеряет напряжение с высоким импедансом, поэтому мы можем игнорировать его эффект нагрузки и даже не отображать его на диаграмме. Мы не можем сделать это в случае светодиода, потому что он требует тока, который должна подавать наша схема. Этот ток протекает через наши резисторы и создает напряжения, которые мы должны учитывать: иными словами, он имеет «эффекты нагрузки».

Этот тип схемы работает даже лучше, если мы подадим вывод на триггер Шмидта. Триггер Шмидта является своего рода буфером для цифровых сигналов, который показывает гистерезис, подобный термометру. Его выходной сигнал становится высоким при превышении некоторого высокого входного порогового значения и понижается при превышении другого нижнего порогового значения. Например, он может быть высоким, когда входное напряжение превышает 3,5 вольт, и понижаться только тогда, когда входное напряжение падает ниже 1,5.

Таким образом, даже если конденсатор пропускает некоторый шум, который все еще может вызывать небольшое переворачивание назад и вперед около пересечения порога входа, триггер Шмидта отклонит это.

Предположим, мы хотим отменить светодиод с помощью конденсатора? Проблема заключается в том, что сопротивление оказывается слишком низким из-за необходимости подавать ток на светодиод. Если мы просто используем одну и ту же схему и делаем резисторы меньшими (а конденсатор больше на тот же коэффициент), мы получаем что-то, что расходует энергию впустую. Способ сделать это - использовать небольшую сигнальную петлю для управления переключателем и отладки его, а затем использовать напряжение для управления транзистором, который подает ток на светодиод.

Хотя отключение светодиода может быть бесполезным, если мы сделаем резисторы и / или конденсаторы достаточно большими, мы можем получить хорошее поведение: светодиод медленно гаснет при нажатии и удержании кнопки и гаснет при отпускании.

^{смоделировать эту схему}

Это та же схема, что и раньше: узел «out to microcontroller» теперь подключается к базе n-канального MOSFET, который подает ток на светодиод. МОП-транзистор "буферизирует" логику отказов от управления светодиодами. Цепь ослабления не нарушается низким импедансом светодиода, а светодиод не испытывает недостатка тока из-за высоких сопротивлений в цепочке ослабления.

Этот эффект происходит потому, что в стационарном состоянии конденсатор эффективно блокирует любой ток от напряжений постоянного тока. Это можно увидеть, поняв уравнение

я = C * (Dv / дт)

При постоянном токе дифференциальный член равен 0, поэтому ток равен 0. Следовательно, ток через конденсатор будет нулевым в установившемся режиме.

Если вы принимаете это как должное, должно быть довольно очевидно, почему эта схема работает. Если вы хотите получить еще больше подробностей, чем это, то это видео , вероятно, лучше продемонстрирует, как физика конденсатора работает, чтобы получить результат выше, чем моё описание.

Конденсатор для многих целей можно рассматривать как очень маленькую перезаряжаемую батарею. Он будет пропускать ток только во время зарядки или разрядки.

Большинству светодиодов для освещения требуется минимум 2 вольт - чтобы ваша схема работала вообще, источник напряжения должен быть не менее 3 вольт. Затем вы можете увидеть, что светодиод продолжает светиться в течение доли секунды после того, как вы открываете переключатель, когда конденсатор заряжается.

"When the capacitor is full, it doesn't transmit/conduct electricity"

Да. Это не провод, это (как и символ) две параллельные пластины близко друг к другу.