Kondensators ir viens no visbiežāk izmantotajiem elektroniskajiem komponentiem. Tam ir spēja tajā uzglabāt enerģiju elektriskā lādiņa veidā, kas rada statisku spriegumu (potenciālu starpību) pāri tā plāksnēm. Vienkārši kondensators ir līdzīgs mazai uzlādējamai baterijai. Kondensators ir tikai divu vadošu vai metāla plākšņu kombinācija, kas atrodas paralēli, un tos elektriski atdala labs izolācijas slānis (saukts arī par dielektrisko), kas sastāv no vaksēta papīra, vizlas, keramikas, plastmasas utt.
Elektronikā ir daudz kondensatora lietojumu, daži no tiem ir uzskaitīti zemāk:
- Enerģijas uzglabāšana
- Jaudas kondicionēšana
- Jaudas koeficienta korekcija
- Filtrēšana
- Oscilatori
Tagad jautājums ir par kondensatora darbību ? Pievienojot kondensatoram strāvas padevi, tas izolācijas slāņa dēļ bloķē līdzstrāvu un ļauj plātnēm elektriskā lādiņa veidā būt spriegumam. Tātad, jūs zināt, kā darbojas kondensators un kādi ir tā izmantošanas vai pielietojuma veidi, taču jums tas jāiemācās, kā izmantot kondensatoru elektroniskajās ķēdēs.
Kā pieslēgt kondensatoru elektroniskajā ķēdē?
Šeit mēs ar piemēriem parādīsim kondensatora savienojumus un tā radīto efektu.
- Kondensators sērijā
- Kondensators paralēli
- Kondensators maiņstrāvas ķēdē
Kondensators sērijas ķēdē
Ķēdē, savienojot kondensatorus virknē, kā parādīts iepriekšējā attēlā, kopējā kapacitāte tiek samazināta. Strāva caur kondensatoriem virknē ir vienāda (ti, i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Tādējādi kondensatoru uzkrātais lādiņš ir vienāds (ti, Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), jo jebkura kondensatora plāksnes uzkrātais lādiņš nāk no ķēdē blakus esošā kondensatora plāksnes.
Izmantojot ķēdē Kirhofa sprieguma likumu (KVL), mums tas ir
V T = V C1 + V C2 + V C3 … (1) vienādojums
Kā mēs zinām, Q = CV Tātad, V = Q / C
Kur, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Tagad, ievietojot iepriekš minētās vērtības vienādojumā (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
N sērijas kondensatora skaitlim vienādojums būs
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Tādējādi iepriekšējais vienādojums ir sērijas kondensatoru vienādojums.
Kur, C T = ķēdes kopējā kapacitāte
C 1 … n = kondensatoru kapacitāte
Kapacitātes vienādojums diviem īpašiem gadījumiem ir noteikts zemāk:
I gadījums: ja sērijā ir divi kondensatori, ar atšķirīgu vērtību kapacitāte tiks izteikta kā:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Vai arī C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… (2) vienādojums
II gadījums: ja sērijā ir divi kondensatori, ar tādu pašu vērtību kapacitāte tiks izteikta kā:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Vai, C T = C / 2
Sērijas kondensatora ķēdes piemērs:
Tagad zemāk sniegtajā piemērā mēs parādīsim, kā aprēķināt kopējo kapacitāti un individuālo faktiskās sprieguma kritumu katram kondensatoram.
Kā norādīts iepriekš minētajā shēmā, divi kondensatori ir savienoti virknē ar dažādām vērtībām. Tātad arī sprieguma kritums kondensatoros nav vienāds. Ja mēs savienojam divus kondensatorus ar tādu pašu vērtību, sprieguma kritums ir vienāds.
Tagad par kopējo kapacitātes vērtību mēs izmantosim formulu no (2) vienādojuma
Tātad, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Šeit C 1 = 4,7uf un C 2 = 1uf C T = (4,7uf * 1uf) / (4,7uf + 1uf) C T = 4,7uf / 5,7uf C T = 0,824uf
Tagad sprieguma kritums kondensatorā C 1 ir:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Tagad sprieguma kritums kondensatorā C 2 ir:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
Kondensators paralēlajā ķēdē
Savienojot kondensatorus paralēli, kopējā kapacitāte būs vienāda ar visu kondensatoru kapacitātes summu. Tā kā visu kondensatoru augšējā plāksne ir savienota kopā un apakšējā plāksne arī. Tātad, pieskaroties viens otram, tiek palielināts arī efektīvais plāksnes laukums. Tāpēc kapacitāte ir proporcionāla laukuma un attāluma attiecībai.
Piemērojot Kirhofa pašreizējo likumu (KCL) iepriekš minētajā ķēdē, i T = i 1 + i 2 + i 3
Kā mēs zinām, strāva caur kondensatoru tiek izteikta kā;
i = C (dV / dt) Tātad, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Un, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… (3) vienādojums
No (3) vienādojuma Paralēlās kapacitātes vienādojums ir:
C T = C 1 + C 2 + C 3
N paralēli savienotu kondensatoru skaitam iepriekšminēto vienādojumu izsaka šādi:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Paralēlās kondensatora ķēdes piemērs
Zemāk esošajā shēmā ir trīs kondensatori, kas savienoti paralēli. Tā kā šie kondensatori ir savienoti paralēli, ekvivalenta vai kopējā kapacitāte būs vienāda ar individuālās kapacitātes summu.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Ja, C 1 = 4.7uF; C 2 = 1uF un C 3 = 0.1uF Tātad, C T = (4,7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
Kondensators maiņstrāvas ķēdēs
Kad kondensators ir pievienots līdzstrāvas padevei, tad kondensators sāk lēni uzlādēt. Un, ja kondensatora uzlādes strāvas spriegums ir vienāds ar barošanas spriegumu, tas tiek uzskatīts par pilnībā uzlādētu. Šajā stāvoklī kondensators darbojas kā enerģijas avots, kamēr tiek piemērots spriegums. Arī kondensatori neļauj strāvai iet caur to pēc pilnīgas uzlādes.
Kad kondensatoram tiek piegādāts maiņstrāvas spriegums, kā parādīts iepriekš, tīri kapacitatīvā ķēde. Tad kondensators nepārtraukti uzlādējas un izlādējas līdz katram jaunam sprieguma līmenim (lādējas uz pozitīva sprieguma un izlādējas uz negatīva sprieguma līmeņa). Kondensatora kapacitāte maiņstrāvas ķēdēs ir atkarīga no ķēdei piegādātā ieejas sprieguma biežuma. Strāva ir tieši proporcionāla ķēdei piemērotā sprieguma maiņas ātrumam.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fasora diagramma kondensatoram maiņstrāvas ķēdē
Kā redzat maiņstrāvas kondensatora fāzes diagrammu zemāk redzamajā attēlā, strāva un spriegums ir sinusoidālā viļņa. Novērojot, pie 0⁰ uzlādes strāva ir maksimālajā vērtībā, jo spriegums vienmērīgi palielinās pozitīvā virzienā.
Tagad 90 ° temperatūrā caur kondensatoru nav strāvas plūsmas, jo barošanas spriegums sasniedz maksimālo vērtību. Pie 180⁰ sprieguma sākums lēnām samazinās līdz nullei un strāva sasniedz maksimālo vērtību negatīvā virzienā. Un atkal uzlāde sasniedz maksimālo vērtību pie 360⁰, jo barošanas spriegums ir tā minimālajā vērtībā.
Tāpēc no iepriekš minētās viļņu formas mēs varam novērot, ka strāva noved spriegumu par 90⁰. Tātad, mēs varam teikt, ka maiņstrāvas spriegums ideālā kondensatora ķēdē atpaliek no strāvas par 90 °.
Kondensatora reakcija (Xc) maiņstrāvas ķēdē
Apsveriet iepriekš minēto shēmu, jo mēs zinām, ka maiņstrāvas ieejas spriegums tiek izteikts kā
V = V m Sin wt
Kondensatora uzlāde Q = CV, Tātad, Q = CV m Sin wt
Strāva caur kondensatoru, i = dQ / dt
Tātad, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) pie, wt = 0 grēks (wt + π / 2) = 1, tātad, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Kā mēs zinām, w = 2πf
Tātad, Kapacitatīvā reakcija (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Kapacitatīvās reakcijas piemērs maiņstrāvas ķēdē
diagramma
Apskatīsim C = 2,2uf vērtību un barošanas spriegumu V = 230V, 50Hz
Tagad, kapacitatīvā pretestība (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Šeit, C = 2.2uF, un f = 50Hz Tātad, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm