Um capacitor é um filtro passa-alto ou um filtro passa-banda?

Isso está me incomodando há um tempo ... Um único capacitor se comporta por si só como um filtro passa-alto ou um filtro passa-banda?

Em um aparelho de rádio de cristal, você usa um único capacitor como elemento de sintonia para selecionar qual frequência de rádio o rádio receberá. Isso implica fortemente que um capacitor é um filtro passa-banda.

Mas, lendo a Wikipedia, sugere-se que um capacitor seja realmente um filtro passa-alto de 1 pólo.

Bem, obviamente, não podem ser os dois. Então qual é?

(Pontos de bônus para quem pode apontar para uma curva de resposta de frequência real.)

capacitor filter

— MathematicsOrchid
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Eu acho que nos aparelhos de rádio de cristal você sintoniza o capacitor de um tanque LC, o capacitor não é o único elemento.

— Samuel

Seria um passe baixo se você acoplasse seu sinal ao terra com o capacitor; seria um passe alto se o capacitor estivesse em série com o sinal. Então, eu acho que com uma combinação dos dois eu imagino que você seria capaz de criar um filtro passa-banda.

— Nick Williams

Um capacitor ideal com um condutor como entrada e outro como saída é um filtro passa-alto, pois sua impedância é

. Em

a impedância é

(ie circuito aberto = ganho de 0). Como

a impedância vai para 0 (ou seja, curto-circuito = ganho de 1). Mas capacitores reais não têm essa resposta de frequência ideal por causa de parasitas .

Z_{C} = 1 / (j ω C)

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

ω = 0

$\omega = 0$

\infty

$\infty$

ω \to \infty

$\omega \to \infty$

— Null

Por si só, um capacitor não faz nada. Como parte de um circuito (ou seja, com outros componentes), ele pode fazer parte de um filtro passa-baixo, um filtro passa-alto, um filtro de entalhe, um filtro passa-banda ou qualquer outra coisa, dependendo do restante do circuito.

— Pete Becker

Embora relevante apenas para questões substancialmente diferentes que possam compartilhar seu título, a indutância de um capacitor prático lhe dá uma frequência auto-ressonante.

— Chris Stratton

Respostas:

Um capacitor por si só não é um filtro, nem passa alto, passa baixo, nem nada mais.

Um capacitor pode ser usado como parte de um filtro passa-alto, passa-baixo ou passa-banda, dependendo de como está conectado a outras partes . Por exemplo, um capacitor com um resistor pode ser um filtro passa-alto:

ou um filtro passa-baixo:

Juntamente com um indutor e alguma impedância adicional (representada pelo resistor), ele pode ser um filtro passa-banda:

Ou um filtro de rejeição de banda:

Um rádio de cristal funciona como o filtro de passagem de banda esquerdo. C1 e L1 formam um tanque ressonante que possui alta impedância na frequência ressonante e baixa impedância em outras frequências. Mesmo isso por si só não é um filtro, uma vez que apenas uma impedância variável não é um filtro. É a mudança de impedância que trabalha contra alguma outra impedância que forma um divisor de tensão que faz um filtro. No exemplo acima, R1 é essa outra impedância. Em um rádio de cristal, é a impedância do sinal acoplado a L1 magneticamente pela bobina da antena. Nesse caso, a bobina da antena é o primário de um transformador e L1 é o secundário, que ressoa em uma frequência específica, dependendo do valor em que C1 está sintonizado.

Adicionado sobre o rádio de cristal:

Vejo pelos comentários que há alguma confusão sobre como o capacitor em um rádio de cristal funciona e como esse rádio é sintonizado. Existem diferentes maneiras de criar um rádio de cristal, mas continuarei com a configuração muito comum que você pode encontrar em toda a Web, e isso é implementado pela maioria dos kits de rádio de cristal:

O indutor é uma bobina única, geralmente com fio magnético enrolado em algo como um rolo de papel higiênico. A bobina é essencialmente um transformador. O primário do transformador é a seção esquerda entre a antena e a torneira. Como a torneira está aterrada, não há fluxo direto de corrente entre as duas seções da bobina. A tensão é induzida na parte direita da bobina por ação do transformador. A única maneira de o sinal passar da parte esquerda da bobina (o primário do transformador) para a parte direita (o secundário do transformador), é pelo acoplamento magnético entre as duas partes da bobina.

O transformador cria uma tensão mais alta na extremidade direita, embora com uma impedância mais alta. As antenas típicas têm impedância na faixa de 50 a 300 Ω, enquanto o rádio cristal destina-se a fones de ouvido antigos, com impedância de alguns k few. A voltagem mais alta com uma impedância mais alta corresponde melhor aos fones de ouvido e permite que a energia muito limitada da antena seja usada com mais eficiência.

A indutância da bobina, juntamente com a capacitância, formam um circuito de tanque Q alto. O rádio pega uma estação quando o capacitor é ajustado para que o tanque ressoe na frequência portadora da estação. Devido à impedância finita da antena que aciona o tanque, como pode ser visto através do transformador, e à impedância dos fones de ouvido que carregam a saída, o capacitor e a bobina formam um filtro de passagem de banda estreita.

— Olin Lathrop
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I clicou sobre este como a resposta, mas eu queria acrescentar o seguinte link, como algo que o consulente pode querer olhar para ajudar a compreender circuitos analógicos passivos: falstad.com/circuit

— Jotorious

Em resumo, então, é a combinação de um capacitor e um indutor que o faz passar em banda, em vez de apenas passar alto. Isso responde à minha pergunta literal - mas, ao mesmo tempo, parece que há algo drasticamente errado no meu entendimento dessas coisas. Vou tentar identificar onde estou indo errado, e fazer uma pergunta separada ...

— MathematicalOrchid

No exemplo que você deu, há pouco ou nenhum acoplamento indutivo mútuo entre a antena [de fio longo] e a bobina do tanque, portanto, qualquer ação do transformador entre a antena e a bobina do tanque será trivial. Na realidade, dependendo do comprimento da antena e do comprimento de onda do RF que ela intercepta, parecerá uma fonte de tensão conectada em série ao tanque por meio de uma impedância que é resistiva, capacitiva ou indutiva.

— EM Fields

@ EMFi: revirei sua edição por razões que discutimos antes. Corrigi o erro no "resistor", mas "filtro de rejeição de banda" faz mais sentido do que "filtro de rejeição de banda". Quanto ao rádio de cristal, a versão típica possui uma bobina enrolada em um tubo de papel com uma torneira próxima a uma extremidade. A antena está conectada ao final próximo à torneira e a torneira ao terra. A bobina ressonante é da torneira até a outra extremidade. A única maneira de o RF chegar à bobina ressonante é através do acoplamento do transformador entre as duas partes da bobina.

— precisa saber é o seguinte

@ Doombot: Eu deliberadamente fiquei longe de tais questões. O OP tem confusão suficiente apenas para entender como funcionam os capacitores ideais que eu senti que não é hora de introduzir as características não ideais dos componentes reais. Estou de acordo com você que esses efeitos são reais, mas que são tópicos muito avançados para esta pergunta.

— Olin Lathrop

Um capacitor sozinho não é geralmente um filtro.

Pode formar um filtro passa-alto ou passa-baixo, em conjunto com um resistor, ou pode formar um desses filtros ou um filtro passa-banda, em conjunto com um indutor.

No conjunto de cristais, se o seu esquema esquemático for antigo o suficiente, talvez não haja indutor visível e nenhuma boa explicação para o fato de o capacitor funcionar como um elemento de ajuste.

Aqui, o fato que falta é que a própria antena estava agindo como indutor, e as explicações podem não deixar isso claro, porque pode não ter sido bem compreendido pelos escritores antes de meados da década de 1920.

— Brian Drummond
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