- Kondensator w obwodzie szeregowym
- Kondensator w obwodzie równoległym
- Kondensator w obwodach prądu przemiennego
Kondensator jest jednym z najczęściej używanych elementów elektronicznych. Ma zdolność magazynowania energii w środku w postaci ładunku elektrycznego wytwarzającego napięcie statyczne (różnicę potencjałów) na swoich płytach. Po prostu kondensator jest podobny do małego akumulatora. Kondensator to po prostu połączenie dwóch przewodzących lub metalowych płytek umieszczonych równolegle i są one elektrycznie oddzielone dobrą warstwą izolacyjną (zwaną również dielektrykiem) składającą się z woskowanego papieru, miki, ceramiki, plastiku itp.
Istnieje wiele zastosowań kondensatora w elektronice, niektóre z nich wymieniono poniżej:
- Magazynowanie energii
- Kondycjonowanie mocy
- Korekta współczynnika mocy
- Filtrowanie
- Oscylatory
Teraz chodzi o to, jak działa kondensator ? Po podłączeniu zasilania do kondensatora blokuje on prąd stały dzięki warstwie izolacyjnej i pozwala na pojawienie się napięcia na płytach w postaci ładunku elektrycznego. Więc wiesz, jak działa kondensator i jakie są jego zastosowania lub zastosowania, ale musisz się tego nauczyć, jak używać kondensatora w obwodach elektronicznych.
Jak podłączyć kondensator w obwodzie elektronicznym?
Tutaj zamierzamy zademonstrować połączenia kondensatora i wynikający z niego efekt na przykładach.
- Kondensator szeregowo
- Kondensator równolegle
- Kondensator w obwodzie prądu przemiennego
Kondensator w obwodzie szeregowym
W obwodzie, po podłączeniu kondensatorów szeregowo, jak pokazano na powyższym obrazku, całkowita pojemność zmniejsza się. Prąd przepływający szeregowo przez kondensatory jest równy (tj. I T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). W związku z tym ładunek przechowywany przez kondensatory jest również taki sam (tj. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), ponieważ ładunek gromadzony przez płytkę dowolnego kondensatora pochodzi z płytki sąsiedniego kondensatora w obwodzie.
Stosując prawo napięcia Kirchhoffa (KVL) w obwodzie, mamy
V T = V C1 + V C2 + V C3 … równanie (1)
Jak wiemy, Q = CV A więc V = Q / C
Gdzie V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Teraz, umieszczając powyższe wartości w równaniu (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Dla liczby n kondensatorów połączonych szeregowo równanie będzie
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Stąd powyższe równanie jest równaniem kondensatorów szeregowych.
Gdzie C T = Całkowita pojemność obwodu
C 1 … n = Pojemność kondensatorów
Równanie pojemności dla dwóch przypadków specjalnych jest określone poniżej:
Przypadek I: jeśli w szeregu są dwa kondensatory o różnej wartości, pojemność będzie wyrażona jako:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Lub C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… równanie (2)
Przypadek II: jeśli w szeregu są dwa kondensatory o tej samej wartości, pojemność będzie wyrażona jako:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Lub C T = C / 2
Przykład obwodu kondensatora szeregowego:
Teraz w poniższym przykładzie pokażemy, jak obliczyć całkowitą pojemność i indywidualny spadek napięcia skutecznego na każdym kondensatorze.
Jak na powyższym schemacie obwodu są połączone szeregowo dwa kondensatory o różnych wartościach. Tak więc spadek napięcia na kondensatorach jest również nierówny. Jeśli podłączymy dwa kondensatory o tej samej wartości, spadek napięcia też będzie taki sam.
Teraz dla całkowitej wartości pojemności użyjemy wzoru z równania (2)
Zatem C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Tutaj, C 1 = 4,7 uf i C 2 = 1 uf C T = (4,7 uf * 1 uf) / (4,7 uf + 1 uf) C T = 4,7 uf / 5,7 uf C T = 0,824 uf
Teraz, spadek napięcia na kondensatorze C 1 jest:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824 uf / 4,7 uf) * 12 VC 1 = 2,103 V
Teraz spadek napięcia na kondensatorze C 2 wynosi:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824 uf / 1 uf) * 12 VC 2 = 9,88 V
Kondensator w obwodzie równoległym
Po podłączeniu kondensatorów równolegle całkowita pojemność będzie równa sumie wszystkich pojemności kondensatorów. Ponieważ płyta górna wszystkich kondensatorów jest połączona ze sobą, a płyta dolna również. Tak więc, dotykając się wzajemnie, zwiększa się również efektywna powierzchnia płyty. Dlatego pojemność jest proporcjonalna do stosunku powierzchni i odległości.
Stosując aktualne prawo Kirchhoffa (KCL) w powyższym obwodzie, ja T = i 1 + i 2 + i 3
Jak wiemy, prąd płynący przez kondensator jest wyrażony jako;
i = C (dV / dt) Więc, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Oraz, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… równanie (3)
Z równania (3), równanie pojemności równoległej wygląda następująco:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Dla n liczby połączonych równolegle kondensatorów powyższe równanie wyraża się wzorem:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Przykład równoległego obwodu kondensatora
Na poniższym schemacie obwodu są trzy kondensatory połączone równolegle. Ponieważ te kondensatory są połączone równolegle, równoważna lub całkowita pojemność będzie równa sumie indywidualnej pojemności.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Gdzie, C 1 = 4,7 uf; C 2 = 1 uf i C 3 = 0,1 uf Więc C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5,8 uf
Kondensator w obwodach prądu przemiennego
Gdy kondensator jest podłączony do zasilania prądem stałym, kondensator zaczyna się powoli ładować. A gdy napięcie prądu ładowania kondensatora jest równe napięciu zasilania, mówi się, że jest w pełni naładowany. Tutaj, w tym stanie, kondensator działa jako źródło energii, dopóki jest przyłożone napięcie. Ponadto kondensatory nie przepuszczają prądu po całkowitym naładowaniu.
Zawsze, gdy napięcie przemienne jest dostarczane do kondensatora, jak pokazano powyżej, czysto pojemnościowy obwód. Następnie kondensator ładuje się i rozładowuje w sposób ciągły do każdego nowego poziomu napięcia (ładuje na dodatnim poziomie napięcia i rozładowuje na ujemnym poziomie napięcia). Pojemność kondensatora w obwodach prądu przemiennego zależy od częstotliwości napięcia wejściowego dostarczanego do obwodu. Prąd jest wprost proporcjonalny do szybkości zmiany napięcia przyłożonego do obwodu.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Schemat wskazowy dla kondensatora w obwodzie prądu przemiennego
Jak widać na wykresie wskazowym dla kondensatora AC na poniższym obrazku, prąd i napięcie są reprezentowane w postaci fali sinusoidalnej. Obserwując, przy 0⁰ prąd ładowania osiąga swoją wartość szczytową, ponieważ napięcie stale rośnie w kierunku dodatnim.
Teraz przy 90⁰ nie ma przepływu prądu przez kondensator, ponieważ napięcie zasilania osiąga wartość maksymalną. Przy 180⁰ napięcie zaczyna powoli spadać do zera, a prąd osiąga maksymalną wartość w kierunku ujemnym. I znowu ładowanie osiąga swoją wartość szczytową przy 360⁰, ponieważ napięcie zasilania jest na minimalnym poziomie.
Dlatego z powyższego przebiegu widać, że prąd prowadzi do napięcia o 90⁰. Możemy więc powiedzieć, że napięcie AC opóźnia prąd o 90⁰ w idealnym obwodzie kondensatora.
Reaktancja kondensatora (Xc) w obwodzie prądu przemiennego
Rozważ powyższy schemat obwodu, ponieważ wiemy, że napięcie wejściowe AC jest wyrażone jako, V = V m Sin wt
I ładunek kondensatora Q = CV, Więc Q = CV m Sin wt
I prąd płynący przez kondensator, i = dQ / dt
Więc, 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) w, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 stąd, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Jak wiemy, w = 2πf
Więc, Reaktancja pojemnościowa (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Przykład dla reaktancji pojemnościowej w obwodzie prądu przemiennego
diagram
Rozważmy wartość C = 2,2 uf i napięcie zasilania V = 230 V, 50 Hz
Teraz pojemnościowa reaktancja (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC tutaj, C = 2,2 uf, if = 50 Hz, więc Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10-6 Xc = 1446,86 omów