Meu entendimento dos circuitos RC está quebrado

Eu fiz uma pergunta relativamente simples . Infelizmente, as respostas provocam muito mais perguntas! :-(

Parece que eu realmente não entendo os circuitos de RC. Em particular, por que há um R lá. Parece completamente desnecessário. Certamente o capacitor está fazendo todo o trabalho? Para que diabos você precisa de um resistor?

Claramente, meu modelo mental de como essas coisas funcionam está incorreto de alguma forma. Então, deixe-me tentar explicar meu modelo mental:

Se você tentar passar uma corrente direta através de um capacitor, estará apenas carregando as duas placas. A corrente continuará a fluir até que o capacitor esteja totalmente carregado, momento em que nenhuma corrente adicional poderá fluir. Nesse ponto, as duas extremidades do fio podem nem estar conectadas.

Até que você inverta a direção da corrente. Agora, a corrente pode fluir enquanto o capacitor descarrega e continua a fluir enquanto o capacitor recarrega na polaridade oposta. Mas depois disso, mais uma vez o capacitor fica totalmente carregado e nenhuma corrente adicional pode fluir.

Parece-me que se você passar uma corrente alternada através de um capacitor, uma das duas coisas acontecerá. Se o período de onda for maior que o tempo para carregar completamente o capacitor, o capacitor passará a maior parte do tempo totalmente carregado e, portanto, a maior parte da corrente será bloqueada. Mas se o período de onda for mais curto, o capacitor nunca alcançará um estado de carga total e a maior parte da corrente passará.

Por essa lógica, um único capacitor por si só é um filtro passa-alto perfeitamente bom.

Então ... por que todo mundo insiste que você precisa ter um resistor para criar um filtro que funcione? o que estou perdendo?

Considere, por exemplo, este circuito da Wikipedia:

Que diabos esse resistor está fazendo lá? Certamente, tudo o que faz é curto-circuito de toda a potência, de modo que nenhuma corrente chegue ao outro lado.

Em seguida, considere isso:

Isso é um pouco estranho. Um capacitor em paralelo? Bem ... suponho que se você acredita que um capacitor bloqueia CC e passa CA, isso significaria que, em altas frequências, o capacitor faz um curto-circuito no circuito, impedindo a entrada de energia, enquanto em baixas frequências o capacitor se comporta como se fosse não está lá. Portanto, esse seria um filtro passa-baixo. Ainda não explica completamente o resistor aleatório, bloqueando inutilmente quase toda a potência desse trilho ...

Obviamente, as pessoas que realmente projetam essas coisas sabem algo que eu não! Alguém pode me esclarecer? Eu tentei o artigo da Wikipedia sobre circuitos RC, mas ele fala sobre várias coisas de transformação de Laplace. É legal que você possa fazer isso, estou tentando entender a física subjacente. E falhando!

(Argumentos semelhantes ao acima sugerem que um indutor por si só deve criar um bom filtro passa-baixo - mas, novamente, toda a literatura parece discordar de mim. Não sei se isso é digno de uma pergunta separada ou não.)

Vamos tentar o estilo de escada deste Wittgenstein .

Primeiro, vamos considerar o seguinte:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Podemos calcular a corrente através de R1 com a lei de Ohm:

Também sabemos que a tensão no R1 é de 1V. Se usarmos o terra como referência, então como 1V na parte superior do resistor se torna 0V na parte inferior do resistor? Se pudéssemos colocar uma sonda em algum lugar no meio de R1, deveríamos medir uma tensão entre 1V e 0V, certo?

Um resistor com uma sonda, podemos movê-lo ... parece um potenciômetro, certo?

^{simule este circuito}

Ajustando o botão no potenciômetro, podemos medir qualquer tensão entre 0V e 1V.

Agora, e se, em vez de um pote, usarmos dois resistores discretos?

^{simule este circuito}

É essencialmente a mesma coisa, exceto que não podemos mover o limpador no potenciômetro: ele está preso na posição 3/4 do topo. Se obtivermos 1V no topo e 0V no fundo, então 3/4 da quarta parte do caminho esperamos ver 3/4 da voltagem, ou 0,75V.

O que fizemos é um divisor de tensão resistivo . Seu comportamento é formalmente descrito pela equação:

Agora, e se tivéssemos um resistor com uma resistência que mudasse com a frequência? Nós poderíamos fazer algumas coisas legais. É isso que os capacitores são.

Em uma frequência baixa (a frequência mais baixa sendo CC), um capacitor se parece com um resistor grande (infinito em CC). Em frequências mais altas, o capacitor parece um resistor menor. Em uma frequência infinita, um capacitor precisa resistir: parece um fio.

Assim:

^{simule este circuito}

Para altas frequências (canto superior direito), o capacitor parece um pequeno resistor. R3 é muito menor que R2, então mediremos uma voltagem muito pequena aqui. Poderíamos dizer que a entrada foi atenuada muito.

Para frequências baixas (canto inferior direito), o capacitor parece um grande resistor. R5 é muito maior que R4, então aqui vamos medir uma voltagem muito grande, quase toda a voltagem de entrada, ou seja, a voltagem de entrada foi atenuada muito pouco.

Então, as altas frequências são atenuadas e as baixas, não. Soa como um filtro passa-baixo.

E se trocarmos os locais do capacitor e do resistor, o efeito será revertido e teremos um filtro passa-alto.

No entanto, capacitores não são realmente resistores. O que são, no entanto, são impedâncias . A impedância de um capacitor é:

Onde:

• $C$ é a capacitância, em farads
• $f$ é a frequência, em hertz
• $j$ é a unidade imaginária ,$\sqrt{-1}$

Observe que, como está no denominador, a impedância diminui à medida que a frequência aumenta.$f$

As impedâncias são números complexos , porque contêm . Se você sabe como as operações aritméticas funcionam em números complexos, ainda pode usar a equação do divisor de tensão, exceto que usaremos vez de para sugerir que estamos usando impedâncias em vez de resistências simples:Z $j$$Z$$R$

E a partir disso, você pode calcular o comportamento de qualquer circuito RC, e muito mais.

Eu acho que algumas das respostas são coisas que complicam demais. O único que physicsvocê realmente precisa saber é que a "resistência" de um capacitor varia inversamente com a frequência e a famosa fórmula de 3 dB: Então, presumindo que você estiver familiarizado com isso, vamos olhar assim.

Filtro passa-baixo

Então você não gosta de R, né? Bem, digamos que o resistor não esteja lá--

Opa, não podemos! Há sempre alguma resistência. Você não consegue imaginar o que acontece sem ele. O fio terá miliohms ou micro-ohms, mas ainda há alguma resistência. Quanto menor, mais longe fica o seu ponto de 3 dB, de acordo com a nossa prática fórmula de 3 dB - e menos passa-baixo fica. Adicionando um resistor discreto permite que você escolha o ponto de 3 dB, em vez de ser determinado por você, pequeno arame ou traçar resistência, o que na maioria das vezes você não sabe (e não pode sequer medir!).

Filtro passa-alto

Aqui, nós pode imaginar a vida sem R. Uma noite, você entrou em uma discussão com ele, e em um acesso de raiva, você assumiu o fora. Então agora vamos dizer que está ausente.

Mas agora veja o que temos; o capacitor é apenas um grande resistor estúpido cuja resistência, como você sabe, varia inversamente com a frequência.

Ainda é um filtro no sentido de atenuar tensões de determinadas frequências. Certamente ele irá bloquear a DC; nesse sentido, é "passe baixo". Mas agora é terrível! Por quê?

Para frequências baixas, como eu disse, agora é apenas um resistor "grande"; dependendo da quantidade de corrente que você está puxando, isso significa que as frequências baixas serão atenuadas um pouco: como você sabe, quanto mais corrente você puxa uma impedância, mais a tensão cai através dela.

Mas, como no caso do filtro passa-baixo quando você removeu o R, seu circuito agora depende de algo que você normalmente não controla: corrente. Se este filtro estiver se conectando a uma carga de alta impedância (por exemplo, megaohm), será consumida muito pouca corrente; o capacitor não baixa muita voltagem na maioria das frequências e, portanto, pode não estar lá. Você deseja colocar esse filtro em qualquer lugar e fazê-lo funcionar de alguma maneira pré-determinada.

Vejamos algumas simulações. Digamos que você tenha um limite de 1uF e sua carga seja de 1k:

(Ignore o gráfico de fase, pois é irrelevante para este post). OK, temos um rolloff começando em 200Hz. Tudo bem, eu acho, se é isso que você quer. Mas o que acontece quando o resistor muda? Ou seja, o que acontece quando o seu circuito deseja uma quantidade diferente de corrente?

Bondade! Nosso ponto 3dB agora está em torno de 1Hz. Portanto, nosso "filtro" está se movendo por todo o lugar sempre que algo em seu circuito deseja que a corrente mude! É totalmente imprevisível.

Então você faz as pazes com o resistor e o coloca de volta, e ele corrige seu filtro para você.

Espere-- como R corrige seu filtro passa-alto, você pergunta? Bem, com ele e o capacitor, ele atua como um divisor de tensão! Se for suficientemente rígido - ou seja, se a impedância de saída for muito menor do que a impedância de entrada que conduz o restante do seu circuito - ele isola o filtro de alterações no consumo atual.

Eu sei que você já tem muitas respostas. Deixe-me tentar do meu jeito.

O que eu tenho que projetar é filtro. Passa-baixo e passa-alto. O que eu tenho é apenas um capacitor.

Considere a primeira implementação, onde todos os componentes são ideais.

Quando Vout é medido usando um osciloscópio ideal, o que obteríamos é Vout = Vin.

Portanto, este circuito não pode funcionar como qualquer filtro.

Considerando a segunda implementação,

Aqui, não há corrente através de C e, portanto, aqui também Vout é Vin.

Portanto, o segundo circuito também não pode funcionar como um filtro.

Portanto, não se pode implementar um filtro apenas com capacitor (pelo menos no caso ideal).

Agora, voltando ao seu modelo mental, como você disse: "A corrente continuará a fluir até que o capacitor esteja totalmente carregado .."

Mas você já pensou em quanto tempo levará para um capacitor ficar totalmente carregado?

O tempo de carregamento de um capacitor é determinado pelo valor de capacitância C e pela corrente que passa através dele (que pode ser controlada colocando um resistor de valor apropriado em série com C).

⇒t=V×

Em suma, o tempo de carregamento é decidido pelo produto RC.

Agora, colocando uma resistência finita em série com C, podemos controlar o tempo gasto pelo capacitor para ficar totalmente carregado. Portanto, com uma resistência em série R, o primeiro circuito pode atuar como um filtro passa-baixo e o segundo circuito pode atuar como um filtro passa-alto, como mostrado na sua pergunta.

Se R = 0 (curto-circuito), o capacitor é carregado instantaneamente e atua como circuito aberto para todas as frequências. Foi o que aconteceu no primeiro circuito.

Se R = infinito (circuito aberto), o capacitor nunca começa a carregar ou nenhuma corrente flui através do capacitor. E isso acontece no segundo circuito.

Esqueça a idéia de " poder passar"; power é o produto de corrente e tensão, e o tipo de aplicação em que você verá essa configuração de componentes não tem nada a ver com a transferência de energia.

Em um circuito CA simples (comecemos pelo menos aqui), um capacitor possui uma característica chamada reatância . A reatância é essencialmente a relação entre a capacitância e a frequência do sinal envolvido. É calculado usando a fórmula infame de 1 / 2πfC, onde f é a frequência em Hertz e C é a capacitância em Farads e é medido em Ohms. Essencialmente, um capacitor é um resistor dependente da frequência.

Para componentes reativos, como tampões e indutores, a resistência baseada em frequência é freqüentemente chamada de impedância . Você encontrará frequentemente circuitos ou dispositivos com "impedância de entrada" em vez de resistência, o que implica que ela pode variar dependendo da frequência do sinal de entrada, mas geralmente deve ser plana (ish) na faixa de frequências para a qual o circuito / dispositivo é destinado.

De volta à misteriosa inclusão do resistor; pense no meu comentário anterior sobre a tampa ser um resistor controlado por frequência. Isso significa que, para uma determinada frequência, agora você tem dois resistores formando um divisor de potencial. Se você conhece R e C, pode traçar um gráfico de Vout vs frequência.

O local mais comum em que você encontrará esses filtros é em circuitos de processamento de sinal básico / passivo. Seria de esperar ver a configuração de passa-alta na entrada de um amplificador operacional (para economizar amplificar as baixas frequências desagradáveis). Os amplificadores operacionais se beneficiam de ter impedâncias de entrada MASSIVAS - normalmente terraohms -, então você não pode dizer que o resistor paralelo está sugando a corrente porque esse é seu objetivo exato: quase nenhuma corrente acaba no amplificador operacional, portanto, um limite em série por si só será inútil.

Sim, as coisas mudam um pouco quando você muda para os amplificadores atuais, mas esse é realmente um tópico bem diferente. Os amplificadores de transistor estão em sua própria liga, e um pouco além dessa questão.

No entanto, para obter mais informações, há situações em que a energia étransferido através de uma configuração de resistor em série / capacitor paralelo. O vencedor dessa categoria é, como o nome sugere, linhas de energia (transportando eletricidade por todo o país etc.). A análise da linha de transmissão é feita modelando uma linha de energia como uma resistência em série, mais uma tampa e um indutor paralelos, representando a resistência do fio de cobre, a capacitância parasitária entre o condutor de cobre e sua bainha "terra" externa e a tensão induzida de fontes externas. fatores, respectivamente. Nesse caso, esses componentes representam as imperfeições do mundo real; portanto, o poder é realmente perdido. O Modelo de transmissão ampliada (o nome pode variar) usará este circuito LRC 'por unidade de distância', de modo que vários desses circuitos sejam agrupados, um após o outro, para representar uma linha de comprimento específica.

O resistor é feito para controlar a corrente. Você parece esquecer que a tensão em um capacitor não pode mudar instantaneamente, é o resultado de cargas negativas se acumulando em uma placa e saindo da outra, resultando finalmente na criação de um campo elétrico equivalente à sua tensão. Se essa tensão não puder mudar instantaneamente e você aplicar uma tensão diferente, os fios precisam diminuir essa diferença de tensão e sua resistência é pequena, o que causará um fluxo de corrente maciço (U = RI). Basicamente, não há nada diminuindo a velocidade dos elétrons, exceto os fios. A corrente incontrolável muito alta carregará o capacitor em pouco tempo se não o danificar, o que torna o filtro inútil, pois ele absorve e fornece corrente conforme necessário.

Às vezes, é desejada alta reatividade , para desacoplar capacitores, por exemplo, que não possuem resistores limitadores, mas não em filtros.

Observe que, se você estiver fornecendo corrente , não precisará de um resistor limitador de corrente; no entanto, precisará de um limitador de tensão, porque a tensão do capacitor aumentará linearmente e, eventualmente, ultrapassará a tensão de ruptura. Mas não é um filtro de qualquer maneira; você usaria um indutor para filtrar a corrente.

No filtro passa-alto / detector de borda (primeiro circuito), o resistor existe para formar um divisor de tensão com o capacitor. Os capacitores ditos grosseiramente agem como resistores dependentes da frequência (eles também mudam de fase os sinais, mas vamos deixar isso passar). O resistor existe para criar uma tensão que depende da frequência sem consumir corrente: em altas frequências, a impedância do capacitor diminui e você obtém mais da entrada (e vice-versa). Portanto, sem esse resistor, se nenhuma corrente for consumida, a entrada será espelhada na saída (sem queda de tensão).

No filtro passa-baixo, o resistor também está lá para formar um divisor de tensão, exceto que, desta vez, a tensão de interesse é aquela através do capacitor ("fica mais forte com o tempo" => passa-baixo) e não a imagem da corrente (" fica mais fraco com o tempo "=> passe alto). Se você fizer um curto-circuito no resistor, o capacitor reagirá muito rapidamente e será inútil como filtro, como mencionei no início deste post.

Ótima pergunta.

Parece-me que se você passar uma corrente alternada através de um capacitor, uma das duas coisas acontecerá. Se o tempo para carregar completamente o capacitor for maior que o período de onda, o capacitor passará a maior parte do tempo totalmente carregado e, portanto, a maior parte da corrente será bloqueada. Mas se o período de onda for mais curto, o capacitor nunca alcançará um estado de carga total e a maior parte da corrente passará.

Eu concordo com parte desta análise. Se você colocar uma corrente em um capacitor, poderá descobrir facilmente a tensão através dele usando

$V = \frac{1}{C}\int i(t)dt$

No entanto, você começa a falar sobre um capacitor "totalmente carregado". Em que voltagem um capacitor está totalmente carregado? Há uma voltagem em que o capacitor pode desmoronar, mas acho que não é nisso que você está pensando.

Isso realmente não faz sentido de qualquer maneira. De onde vem essa corrente? Normalmente, é mais fácil trabalhar com tensões - eu tenho muito mais facilidade em aplicar uma tensão senoidal a um capacitor do que uma corrente senoidal.

Então, aqui está a minha intuição:

• A corrente que passa através de um resistor é .$I = \frac{V}{R}$
• A corrente que passa através de um capacitor é .$I = C\frac{dV}{dt}$
• Em frequências baixas, é pequeno, portanto não há muita corrente no capacitor; como a corrente é baixa, há pouca tensão no resistor e a maior parte da tensão está no capacitor.$\frac{dV}{dt}$
• Em altas frequências, é grande, então o capacitor pode passar a corrente que desejar; o resistor é o fator limitante da corrente no circuito; portanto, a maior parte da queda de tensão ocorre através dele.$\frac{dV}{dt}$
• Em frequências médias, há uma transição do caso de baixa frequência para o caso de alta frequência. Isso acontece em torno de .$f = \frac{1}{2\pi RC}$
• Sem um resistor, você não pode dizer onde as baixas e as altas frequências se cruzam.

PS: você está certo sobre "bloquear a energia" - se você deseja transferir a corrente que flui através deste filtro para algo mais adiante, ele se comportará de maneira diferente.

Para caixa de filtro passa-baixo: o resistor existe para limitar a corrente da fonte de tensão de entrada. Em teoria, são utilizados componentes ideais, para que essa fonte de tensão possa fornecer corrente infinita. Se removermos o resistor, não haverá filtragem, o capacitor será cobrado na tensão de entrada instantaneamente (como qualquer corrente necessária para corresponder à taxa de variação da tensão pode ser fornecida), independentemente do sinal de frequência. É aí que a resistência entra em jogo. Com qualquer tensão de capacitor de valor diferente de zero, comece a ficar para trás da entrada e, assim, crie um efeito de filtragem. E se a fonte de corrente ideal conectada ao filtro RC de passa-baixo, R realmente pode ser retirado, pois não tem influência na entrada de corrente.

Se você tentar passar uma corrente direta através de um capacitor, estará apenas carregando as duas placas. A corrente continuará a fluir até que o capacitor esteja totalmente carregado, momento em que nenhuma corrente adicional poderá fluir.

O resistor responde à pergunta "quanta corrente?" E, consequentemente, à pergunta por quanto tempo a corrente continuará a fluir.

De qualquer forma, "a corrente continuará a fluir até que o capacitor esteja totalmente carregado" é enganosa. Se estamos falando de "corrente contínua", a corrente continuará a fluir até que o capacitor entregue sua demissão. Para um capacitor eletrolítico, isso pode ser surpreendentemente mal cheiroso.

Agora geralmente não temos uma fonte de corrente ideal no comando. É mais comum ter uma fonte de tensão e um resistor (dica), e a corrente através do resistor diminuirá enquanto a tensão no capacitor se aproxima da tensão do outro lado do resistor. A relação entre essa diferença de tensão e a corrente de carga é determinada pelo resistor.

Se você aplicar uma CORRENTE, o resistor não fará nada e a tensão na tampa aumentará linearmente até o infinito. No entanto, se você aplicar uma tensão, o resistor 'resistirá' ao fluxo de corrente e gerará uma queda de tensão oposta. O capacitor verá apenas uma parte da tensão e da corrente que o resistor deixar passar. À medida que a tampa é carregada, a tensão na tampa aumenta e o resistor deixa passar cada vez menos corrente. A tensão no resistor se aproxima assintoticamente de zero.

Um capacitor sem carga realmente passará arbitrariamente com baixas frequências, pois não haverá caminho atual para carregar ou descarregar.

Se o tempo para carregar completamente o capacitor for maior que o período de onda,

$R \cdot C$

Se você retirar o resistor do primeiro circuito e não tiver nada em Vout, não terá um circuito - não há um circuito redondo em que a corrente possa fluir. Na realidade, se você colocar um medidor ou uma entrada de áudio lá, ele parecerá um resistor de alguns megaohms. A corrente flui através do capacitor, através do medidor e de volta ao trilho negativo. A colocação de um resistor específico fornece uma resistência previsível do tamanho sensato para calcular. Ele não desvia a energia - de fato, pela lei de ohm, ele desenvolve uma tensão sobre ela proporcionalmente ao fluxo de corrente alternada.

No outro exemplo, o resistor em série está lá, caso contrário, Vout sempre seria igual a Vin; atrasa o carregamento do capacitor para uma constante de tempo específica.

Um indutor por si só é chamado de "afogador" e é realmente um filtro passa-baixo eficaz. Nunca é totalmente por si só, sempre existem algumas picofarads de capacitância do fio.

(Sua pergunta confunde tensão, corrente e potência descuidadamente, o que pode confundir você)

Se não houver resistor real ou implícito em seu circuito, você está dirigindo o capacitor com uma fonte de tensão ideal ou uma fonte de corrente ideal. Colocar um resistor em série com uma fonte de corrente ideal não faz sentido, então o único caso interessante é aquele com uma fonte de tensão ideal.

$d/dt U * C$

O objetivo usual de um elemento RC, no entanto, não é um diferenciador, mas um elemento de atraso. Colocar um resistor em série limitará a corrente e impedirá o capacitor de rastrear a tensão imediatamente.

@ MathematicsOrchid, obrigado pela pergunta maravilhosa e pela maneira intuitiva de raciocinar. Eu o admiro porque sempre tentei responder a essas perguntas dessa maneira. Vou compartilhar apenas alguns pensamentos que adicionariam algo novo ao que já foi dito.

De fato, no caso do circuito diferencial CR abaixo, o resistor pode ser omitido se você o substituir pela própria carga ... mas a carga deve ser suficientemente baixa resistiva. Aqui é possível, pois a carga é conectada em série ao capacitor.

No caso do circuito RC de integração abaixo, ele não pode ser omitido, pois a carga está conectada em paralelo ao capacitor. Então qual é o papel do resistor nesse arranjo?

O capacitor é uma espécie de "recipiente" que deve ser "cheio" de "fluido"; portanto, sua quantidade de entrada é do tipo fluxo (corrente) ... e sua quantidade de saída é do tipo pressão (tensão) ... é um dispositivo com entrada de corrente e saída de tensão ... um integrador ideal (linear através do tempo). .. um integrador de corrente em voltagem . Você precisa acioná-lo ("preenchê-lo") por uma fonte de corrente ... mas você tem uma fonte de tensão. Então você tem que converter a tensão em corrente ... e esse é o papel do resistor ... ele atua como um conversor de tensão em corrente ...

Se você combinar a fonte de tensão de entrada e o resistor, poderá pensar nessa combinação como uma fonte de corrente simples (imperfeita) que aciona um integrador de corrente.

Eu criei muitas histórias sobre esses circuitos (alguns deles - animados). Aqui estão alguns deles; talvez eles possam ajudar sua compreensão intuitiva:

Como fazer um integrador RC perfeito - Wikibooks

Exercício em classe - meus alunos, 2004

Integrador Op-amp RC - circuit-fantasia.com (Histórias de circuitos no quadro branco)

Gerador de rampa - histórias de circuito no quadro branco

Por que há uma mudança de fase entre a corrente e a tensão em um capacitor - Wikipedia talk page

Construindo um integrador inversor de amplificador operacional - história animada em Flash

Vamos fazer uma abordagem mais simples, mais eficaz ...

Mas primeiro:

Que diabos esse resistor está fazendo lá? Certamente, tudo o que faz é curto-circuito de toda a potência, de modo que nenhuma corrente chegue ao outro lado.

Isso está incorreto em dois pontos principais:

• O curto-circuito significa fazer dois pontos a mesma tensão (em referência ao solo), que não é claramente o caso aqui: Assumindo o valor do resistor não é zero, a tensão através do resistor não é zero .. a menos que a corrente através do resistor é. Como a tensão no resistor é V = R * i. Se um dos dois for zero, a tensão será zero.

• Mesmo se fosse um curto-circuito, ainda haveria uma corrente (mas nenhuma tensão, uma vez que a tensão através de um "curto / fio" é zero. Então V = R * i. Supondo que seja um curto (R = 0), existe pode haver uma corrente fluindo e a tensão ainda seria zero ...

Agora...

Deixe-me fazer uma pergunta. No primeiro circuito (assumindo que R não é zero), o que tornaria a tensão zero? Bem, sem corrente.

E supondo que você esteja aplicando uma tensão na entrada (à esquerda), por que não haveria corrente?

Porque o capacitor está impedindo o fluxo de corrente.

E nesse caso o capacitor faria isso? Nesse caso, algum componente impediria o fluxo de corrente?

Resposta: Quando um componente tem uma impedância do infinito.

Veja: V = Z * I .. Então eu = V / Z, certo?

Portanto, se Z = Infinito, você tem uma corrente nula ... Em outras palavras, seu componente se torna equivalente a um comutador aberto.

Agora: quando um capacitor se comporta dessa maneira? Em outras palavras, quando é a impedância de um infinito capcitor? Poço Zc = 1 / (jwC) ..

Supondo que C não seja zero .. Isso deixa ômega = 0 ... Em outras palavras, o que você chama de "DC". Frequência zero.

Então, vamos chamar de "ganho" a relação entre a tensão na sua saída e entrada.

G = Voutput / Vinput ..

Quando ômega = 0, o capacitor se comporta como um circuito aberto, o que significa que a sua corrente nem sequer "chega" ao seu resistor, o que significa que a tensão no R (que é Voutput) é 0.

O que significa G = 0 / Vinput = 0.

Ok .. Vimos o caso de ômega = 0 ..

E o ômega = infinito?

Bem, o capacitor se comporta como um interruptor fechado. O que significa: Vinput = R * I = Voutput.

O que significa G = 1.

Então .. O ganho do nosso circuito é 0 nas frequências baixas e 1 nas altas frequências ... Em outras palavras, permite que as altas frequências passem e bloqueia as baixas frequências. Em outras palavras: Um filtro passa-alto.

Podemos fazer o nosso segundo circuito?

Omega -> 0 ===> O capacitor é um circuito aberto (remova-o do seu esquema). Tudo o que resta é Vout = Vin .. Então, ganhe G = 1.

Omega -> Infinito ==> Capacitor é um curto-circuito, e Vout = 0, então G = 0.

Em outras palavras, esse circuito permite a passagem de sinais de baixas frequências e bloqueia os sinais de alta frequência.

É um filtro passa-baixo.

Algumas observações:

Eu sugiro que você tenha uma sólida compreensão do básico, primeiro. Realmente entenda como cada um desses componentes funciona individualmente.

O capítulo 1 (Fundamentos) de A arte da eletrônica explicaria isso. Há também os livros gratuitos de Tony Kuphaldt, "Lições em circuitos elétricos".

Não posso enfatizar o suficiente a importância do básico: se você pular, obterá um conhecimento que é como queijo suíço, com buracos e você lutará mais tarde. Você se baseará em fundações instáveis ​​e inevitavelmente deixará de entender coisas relativamente mais complexas.