Kondensaattori on yksi käytetyimmistä elektronisista komponenteista. Sillä on kyky varastoida energiaa sisälle sähkövarauksena, joka tuottaa staattisen jännitteen (potentiaaliero) levyjen yli. Kondensaattori on yksinkertaisesti samanlainen kuin pieni ladattava akku. Kondensaattori on vain kahden johtavan tai metallilevyn yhdistelmä, jotka on sijoitettu yhdensuuntaisesti, ja ne on sähköisesti erotettu hyvällä eristekerroksella (jota kutsutaan myös dielektriseksi), joka koostuu vahatusta paperista, kiilestä, keraamisesta, muovista jne.
Elektroniikassa on monia kondensaattorin sovelluksia, joista osa on lueteltu alla:
- Energia varasto
- Tehon säätö
- Tehokerroin Korjaus
- Suodatus
- Oskillaattorit
Nyt on kysymys siitä, kuinka kondensaattori toimii ? Kun liität virtalähteen kondensaattoriin, se estää tasavirran eristekerroksen takia ja sallii jännitteen esiintymisen levyjen yli sähkövarauksena. Joten tiedät kuinka kondensaattori toimii ja mitkä ovat sen käyttötarkoitukset tai sovellus, mutta sinun on opittava kondensaattorin käyttö elektronisissa piireissä.
Kuinka kytkeä kondensaattori elektroniseen piiriin?
Tässä aiomme osoittaa sinulle kondensaattorin liitännät ja sen aiheuttamat vaikutukset esimerkeillä.
- Kondensaattori sarjassa
- Kondensaattori rinnakkain
- Kondensaattori vaihtovirtapiirissä
Kondensaattori sarjapiirissä
Piirissä, kun kytket kondensaattorit sarjaan yllä olevan kuvan mukaisesti, kokonaiskapasitanssi pienenee. Kondensaattoreiden läpi kulkeva virta sarjassa on sama (ts. I T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Näin ollen kondensaattoreiden varaama varaus on myös sama (ts. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), koska minkä tahansa kondensaattorin levyn tallentama varaus tulee piirin viereisen kondensaattorin levystä.
Soveltamalla piirissä Kirchhoffin jännitelakia (KVL) meillä on
V T = V C1 + V C2 + V C3 … yhtälö (1)
Kuten tiedämme, Q = CV Joten, V = Q / C
Jossa V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Kun laitat yllä olevat arvot yhtälöön (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
N: n sarjassa olevan kondensaattorin lukumäärän yhtälö on
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Siksi yllä oleva yhtälö on sarjan kondensaattoreiden yhtälö.
Missä, C T = piirin kokonaiskapasitanssi
C 1 … n = kondensaattoreiden kapasitanssi
Kapasitanssikaava kahdelle erikoistapaukselle määritetään alla:
Tapaus I: Jos sarjassa on kaksi kondensaattoria, eri arvolla kapasitanssi ilmaistaan seuraavasti:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Tai, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… yhtälö (2)
Tapaus II: Jos sarjassa on kaksi kondensaattoria, kapasitanssi ilmaistaan samalla arvolla:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C tai, C T = C / 2
Esimerkki sarjan kondensaattoripiiristä:
Seuraavassa esimerkissä näytetään, kuinka lasketaan kokonaiskapasitanssi ja yksittäinen efektiivinen jännitehäviö kunkin kondensaattorin yli.
Kuten yllä olevan piirikaavion mukaan on kaksi kondensaattoria, jotka on kytketty sarjaan eri arvoilla. Joten kondensaattoreiden jännitehäviö on myös epätasainen. Jos liitämme kaksi samanarvoista kondensaattoria, myös jännitteen pudotus on sama.
Kapasitanssin kokonaisarvoksi käytämme nyt yhtälön (2) kaavaa
Joten C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Tässä C 1 = 4,7uf ja C 2 = 1uf C T = (4,7uf * 1uf) / (4,7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Nyt, jännitteen lasku kondensaattorin C 1 on:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824uf / 4,7uf) * 12 VC 1 = 2,103V
Jännitteen pudotus kondensaattorin C 2 yli on nyt:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
Kondensaattori rinnakkaispiirissä
Kun kytket kondensaattorit rinnakkain, kokonaiskapasitanssi on yhtä suuri kuin kaikkien kondensaattoreiden kapasitanssin summa. Koska kaikkien kondensaattoreiden ylälevy on kytketty yhteen ja myös pohjalevy. Joten koskettamalla toisiaan myös tehollinen levypinta-ala kasvaa. Siksi kapasitanssi on verrannollinen pinta-alan ja etäisyyden suhteeseen.
Soveltamalla Kirchhoffin nykyistä lakia (KCL) yllä olevaan piiriin, i T = i 1 + i 2 + i 3
Kuten tiedämme kondensaattorin kautta kulkevan virran ilmaistaan;
i = C (dV / dt) niin, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Ja i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… yhtälö (3)
Yhtälöstä (3) rinnakkaiskapasitanssin yhtälö on:
C T = C 1 + C 2 + C 3
N rinnakkain kytkettyjen kondensaattoreiden lukumäärälle yllä oleva yhtälö ilmaistaan seuraavasti:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Esimerkki rinnakkaiskondensaattoripiiristä
Alla olevassa piirikaaviossa on kolme kondensaattoria, jotka on kytketty rinnakkain. Koska nämä kondensaattorit on kytketty rinnakkain, ekvivalentti tai kokonaiskapasitanssi on yhtä suuri kuin yksittäisen kapasitanssin summa.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Jos C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uF ja C 3 = 0.1UF Joten, C T = (4.7 + 1 + 0,1) uf C T = 5.8uf
Kondensaattori vaihtovirtapiireissä
Kun kondensaattori on kytketty tasavirtalähteeseen, kondensaattori alkaa latautua hitaasti. Ja kun kondensaattorin latausvirtajännite on yhtä suuri kuin syöttöjännite, sen sanotaan olevan täysin ladattu. Tässä kondensaattori toimii tässä tilassa energialähteenä niin kauan kuin jännitettä käytetään. Kondensaattorit eivät myöskään salli virran kulkea sen läpi täyden latautumisen jälkeen.
Aina kun jännite syötetään kondensaattoriin, kuten yllä on esitetty puhtaasti kapasitiivinen piiri. Sitten kondensaattori latautuu ja purkautuu jatkuvasti jokaiselle uudelle jännitetasolle (lataus positiivisella jännitetasolla ja purkaus negatiivisella jännitetasolla). Kondensaattorin kapasitanssi vaihtovirtapiireissä riippuu piiriin syötetyn tulojännitteen taajuudesta. Virta on suoraan verrannollinen piiriin syötetyn jännitteen muutosnopeuteen.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Vaihtokaavio kondensaattorille vaihtovirtapiirissä
Kuten näet alla olevan kuvan vaihtovirta kondensaattorin vaihekaavion, virta ja jännite ovat siniaaltoina. Tarkkailemalla 0 °: lla latausvirta on huippuarvossaan tasaisesti positiiviseen suuntaan kasvavan jännitteen takia.
Nyt 90 °: ssa ei ole virtaa kondensaattorin läpi, koska syöttöjännite saavuttaa maksimiarvon. Kun jännite alkaa 180 voltage, jännite alkaa laskea hitaasti nollaan ja virta saavuttaa maksimiarvon negatiivisessa suunnassa. Ja jälleen lataus saavuttaa huippuarvonsa 360 °: ssa, koska syöttöjännite on minimiarvollaan.
Siksi yllä olevasta aaltomuodosta voidaan havaita, että virta johtaa jännitettä 90 °. Joten voimme sanoa, että vaihtojännite viivästyttää virtaa 90 ° ihanteellisessa kondensaattoripiirissä.
Kondensaattorin reaktanssi (Xc) vaihtovirtapiirissä
Harkitse yllä olevaa piirikaaviota, koska tiedämme, että vaihtovirtajännite ilmaistaan
V = V m Sin paino
Ja kondensaattorin varaus Q = CV, Joten, Q = CV m Sin wt
Ja virta kondensaattorin läpi, i = dQ / dt
Niin, 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) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1, siis i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Kuten tiedämme, w = 2πf
Niin, Kapasitiivinen reaktanssi (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Esimerkki kapasitiivisesta reaktiosta vaihtovirtapiirissä
kaavio
Tarkastellaan C = 2,2uf: n arvoa ja syöttöjännitettä V = 230V, 50Hz
Kapasitiivinen reaktanssi (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Tässä, C = 2,2uf ja f = 50Hz Joten, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10-6 Xc = 1446,86 ohmia