¿Por qué el circuito LC en serie no se comporta como un filtro de paso de banda?

Estoy tratando de simular un circuito LC usando una fuente externa que genera una onda cuadrada de 503Hz de amplitud 2V como se muestra a continuación:ingrese la descripción de la imagen aquí

La frecuencia natural del circuito anterior es 503 Hz. Por lo tanto, debe pasar esta frecuencia. Cuando ejecuto la simulación del circuito anterior, el capacitor se daña o se cortocircuita (no sé exactamente) y aparece en el circuito como:

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y la salida se vuelve cero en el osciloscopio.

Pero cuando paso una onda cuadrada de frecuencia 5kHz, se obtiene una salida sinusoidal (como se muestra en la imagen a continuación)

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Por favor, guíeme, ¿por qué se observan tales resultados? Si actúa como filtro de paso de banda, entonces debería pasar simplemente la frecuencia alrededor de la frecuencia natural y debería observarse la misma salida que la entrada, es decir, la onda cuadrada. A frecuencias más altas (5kHz), la salida debería ser simplemente cero, pero ¿por qué sinusoide?

PD:

  1. Leí en wikipedia que el circuito LC en serie actúa como un filtro de paso de banda que tiene cero impedancia en la frecuencia natural.
  2. Estoy usando Multisim 11.
El controlador simulado presumiblemente tiene una impedancia de salida "cero"; coloque una resistencia en serie con él, como 8 ohm o 50 ohm.
Han pasado décadas desde que miré estas cosas, pero me parece que has conectado los componentes a un filtro de paso bajo.

Respuestas (3)

Ese es el problema con la simulación con componentes "ideales": ves comportamientos que nunca verías en el mundo real.

Su circuito no tiene resistencia en ninguna parte. El generador de funciones es una fuente de voltaje ideal con resistencia de salida cero. El osciloscopio tiene una resistencia de entrada infinita (circuito abierto). Y los componentes tampoco tienen resistencia parásita en serie o en paralelo.

Por tanto, el comportamiento que te está mostrando el simulador es el correcto. La onda sinusoidal de 503 Hz es el circuito LC que continúa "sonando" desde el transitorio de arranque. Este timbre nunca se extinguirá. Y no ve ninguna onda cuadrada de 5 kHz en la salida porque su filtro tiene un "Q" (factor de calidad) infinito, lo que significa que bloquea perfectamente otras frecuencias.

Al simular un circuito que solo tiene componentes ideales, debe recordar modelar los efectos parásitos de los componentes reales. Dependiendo de la precisión que necesite, puede incluir la resistencia en serie tanto de los inductores como de los capacitores, y tal vez también alguna capacitancia en paralelo en los inductores y resistencia en paralelo en los capacitores. Por lo general, cuando se simulan circuitos más complejos, que casi siempre contienen resistencias, los efectos de estos componentes parásitos son insignificantes.

Primero, muchas gracias. Entendí que la onda cuadrada de 5 kHz se puede representar como la suma de sinusoides y solo pasa el componente de 503 Hz y bloquea el resto. El filtro simplemente debe pasar la entrada como salida. ¿No es así? Incluso explota cuando conecto una resistencia de 0.1 ohmios en serie con un inductor para hacer que el circuito sea más realista como mencionaste.
Lo siento, pero no sé a qué te refieres con "explosión" en este contexto. Supongo que quiere decir que el capacitor está dañado de alguna manera, pero ¿quiere decir en cortocircuito o abierto?
Para aclarar, mire el condensador en la segunda imagen de esta pregunta. ¿No está distorsionado de la representación normal? Por "explosión", me refiero a que el capacitor está dañado de alguna manera. Cuando esto sucede, la salida simplemente se pone a cero.
¿Está diciendo que el simulador cambió el dibujo como resultado de ejecutar la simulación? No sé qué significa eso, pero si la salida se fue a cero, debe significar que el capacitor está en cortocircuito.
Bien. ¿Puede explicar por qué el capacitor se cortocircuita cuando la onda sinusoidal o cuadrada de frecuencia alrededor de 503 Hz pasa a través de este circuito?
Ah, no entendí que estabas hablando de dos escenarios de simulación diferentes. De nuevo, componentes ideales. Al conducir el circuito a su frecuencia resonante, la energía suministrada por el generador de funciones se acumula en el circuito LC porque no hay resistencia para disiparla. Eventualmente, los niveles de voltaje (y corriente) se vuelven tan grandes que se produce un desbordamiento numérico en el software del simulador, y deben estar indicando eso al "cortar" el capacitor.

Su circuito sería mejor si agregara un tercer componente en serie: una carga (resistiva).

Un canal del osciloscopio estaría conectado a la fuente de entrada y el segundo canal conectado a través de la carga.

También tenga en cuenta: muchos simuladores de circuitos no pueden manejar inductores ideales, que tienen un voltaje infinito en respuesta a un cambio en la resistencia de corriente y cero ohmios en CC. Los inductores reales tienen un factor "Q" que puede emular agregando otra resistencia pequeña (0,1 ohmios) en serie con el inductor.

Gracias por responder. Como mencionó, conecté una resistencia de 0,1 ohmios en serie con el inductor, pero aún así el capacitor explota en todos los casos cuando paso onda cuadrada o sinusoide de frecuencia 503-510 Hz. ¿Puede explicar por qué?
Hay una diferencia entre un inductor "ideal" y un inductor "infinito".
El voltaje a través del inductor es: inductancia, multiplicada por la tasa de cambio de la corriente. Sin resistencia, la corriente es enorme, y el voltaje es aún mayor. La resistencia de 0,1 ohmios AYUDA a modelar un inductor más "realista", pero no es suficiente. Coloque otra resistencia de 1000 ohmios entre el capacitor y tierra, para que actúe como la "carga".

Realmente no sé cómo se podría "dañar" un condensador durante la simulación; sin embargo, su circuito no funciona como un paso de banda sino como un PASO BAJO porque capta la señal ENTRE ambas partes. Use además una resistencia conectada a tierra y mida el voltaje a través de esta resistencia.

ACTUALIZACIÓN: un paso de banda resonante en serie consiste en un divisor de voltaje dependiente de la frecuencia que consiste (a) en una combinación de serie LC y (b) en una resistencia R. La señal de salida está disponible a través de este resistor R. El paso de banda tiene una resonancia muy aguda respuesta (ancho de banda pequeño) para valores pequeños de R (1..10 Ohm). Debe utilizar una resistencia de al menos 50...100 ohmios.

Repito (aunque alguien no está de acuerdo): en la actualidad (midiendo la salida entre L y C) tiene un paso bajo de segundo orden con un valor Q muy alto (gran amplitud que alcanza su punto máximo en la frecuencia del polo). En la vecindad del punto resonante parece un paso de banda, pero es una salida de paso bajo.

Cuando ejecuto la simulación, la representación de los cambios en el capacitor (mire el capacitor en la segunda imagen). Según mi interpretación, el capacitor debe haberse dañado. a cero cuando esto sucede. Perdón por la confusión causada.
En resonancia, las reactancias inductiva y capacitiva del circuito LC serán iguales y desfasadas 180 grados, se cancelarán y la corriente a través de ellas solo estará limitada por la resistencia en el circuito. En resonancia, el voltaje en la unión LC también será máximo, y en cualquier otra frecuencia el circuito dejará de resonar y el voltaje en la unión LC caerá, convirtiendo al LC en un filtro de bajo de banda, como este:
@EMfields: en serio, ¿realmente negará que una conexión de la serie LCR NO proporciona una salida de paso bajo entre L y C? Observe la respuesta de fase (¡comenzando en CERO!) de su propia simulación y/o extienda la simulación de magnitud a frecuencias más bajas hasta 1 Hz. ¡Es un paso bajo de segundo orden de alto Q! ¿Alguna vez has visto un paso de banda con una fase entre 0 y -180 grados? ¿Quizás reconsidere la votación negativa?
Según su comentario, parece que está considerando el espectro de CC a la luz, que no parece ser exactamente lo que el OP tenía en mente. Y, si bien es cierto que por debajo de la resonancia, el voltaje en la unión LC se atenuará a medida que aumente la frecuencia debido al aumento de la reactancia del estrangulador con la frecuencia, ese voltaje también se atenuará a medida que aumente la frecuencia debido a la disminución de la reactancia del capacitor a medida que aumenta la frecuencia.
Eso hace que el filtro sea una especie de paso bajo débil, excepto por esa molesta resonancia que proporciona una respuesta anómala con una ganancia de voltaje sustancial sobre las respuestas por debajo y por encima de la resonancia. En cuanto a la respuesta de fase, cualquier circuito resonante exhibirá un cambio de 180 grados a medida que pasa por sus regiones reactivas en resonancia.
Tal vez soy un poco "sofista"; sin embargo, una conexión en serie de RLC proporciona un paso bajo si la salida está a través del capacitor. Por supuesto, es un paso bajo de alto Q con un pico resonante en la frecuencia del polo (ni un paso bajo "anómalo" ni "débil", ¿qué es eso?), Pero sigue siendo un paso bajo. En lo que respecta a la fase, t speak about a "180 degree change" but about a phase that STARTS at 0 deg. And thatNO era el caso de un paso de banda. ¿Acordado?
¿Por qué el circuito LC en serie no se comporta como un filtro de paso de banda?
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