Kondenzátor je jednou z najpoužívanejších elektronických súčiastok. Má schopnosť ukladať energiu dovnútra vo forme elektrického náboja, ktorý vytvára statické napätie (rozdiel potenciálov) na jeho doskách. Jednoducho, kondenzátor je podobný malej nabíjateľnej batérii. Kondenzátor je len kombinácia dvoch vodivých alebo kovových dosiek umiestnených rovnobežne a sú elektricky oddelené dobrou izolačnou vrstvou (nazývanou tiež dielektrikum) vyrobenou z voskovaného papiera, sľudy, keramiky, plastu atď.
V elektronike existuje veľa aplikácií kondenzátora, niektoré z nich sú uvedené nižšie:
- Skladovanie energie
- Kondicionovanie napájania
- Korekcia účinníka
- Filtrácia
- Oscilátory
Teraz ide o to, ako funguje kondenzátor ? Po pripojení napájacieho zdroja ku kondenzátoru blokuje jednosmerný prúd v dôsledku izolačnej vrstvy a umožňuje, aby na doskách bolo prítomné napätie vo forme elektrického náboja. Takže viete, ako kondenzátor funguje a aké sú jeho použitia alebo použitia, ale musíte sa naučiť, ako používať kondenzátor v elektronických obvodoch.
Ako pripojiť kondenzátor v elektronickom obvode?
Tu vám na príkladoch ukážeme zapojenie kondenzátora a jeho efekt.
- Kondenzátor v sérii
- Kondenzátor paralelne
- Kondenzátor v obvode striedavého prúdu
Kondenzátor v sériovom obvode
Keď v obvode zapojíte kondenzátory do série, ako je to znázornené na obrázku vyššie, celková kapacita sa zníži. Prúd cez kondenzátory v sérii je rovnaký (tj. I T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Preto je náboj uložený kondenzátormi tiež rovnaký (tj. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), pretože náboj uložený na doske ľubovoľného kondenzátora pochádza z dosky susedného kondenzátora v obvode.
Aplikáciou Kirchhoffovho zákona o napätí (KVL) v obvode máme
V T = V C1 + V C2 + V C3… rovnica (1)
Ako vieme, Q = CV Takže, V = Q / C
V prípade, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Teraz, keď uvedieme vyššie uvedené hodnoty do rovnice (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Pre n počet kondenzátorov v sérii bude rovnica
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Vyššie uvedená rovnica je teda rovnica sériových kondenzátorov.
Kde, C T = celková kapacita obvodu
C 1… n = kapacita kondenzátorov
Kapacitná rovnica pre dva špeciálne prípady je určená nižšie:
Prípad I: ak sú v sérii dva kondenzátory, s rôznou hodnotou bude kapacita vyjadrená ako:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Alebo, CT = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… rovnica (2)
Prípad II: ak sú v sérii dva kondenzátory, s rovnakou hodnotou bude kapacita vyjadrená ako:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C alebo C T = C / 2
Príklad pre sériový kondenzátorový obvod:
Teraz si v nasledujúcom príklade ukážeme, ako vypočítať celkovú kapacitu a pokles efektívneho napätia jednotlivého efektívneho napätia na každom kondenzátore.
Pretože podľa vyššie uvedenej schémy zapojenia sú do série zapojené dva kondenzátory s rôznymi hodnotami. Pokles napätia na kondenzátoroch je teda tiež nerovnaký. Ak pripojíme dva kondenzátory s rovnakou hodnotou, pokles napätia je tiež rovnaký.
Teraz pre celkovú hodnotu kapacity použijeme vzorec z rovnice (2)
Takže, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Tu, C 1 = 4.7uf a C 2 = 1uF C T = (4.7uf * 1uF) / (+ 4.7uf 1uF) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Teraz je pokles napätia na kondenzátore C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824uf / 4,7uf) * 12 VC 1 = 2,103V
Teraz je pokles napätia na kondenzátore C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Kondenzátor v paralelnom obvode
Ak paralelne pripojíte kondenzátory, celková kapacita sa bude rovnať súčtu kapacity všetkých kondenzátorov. Pretože horná doska všetkých kondenzátorov je prepojená dohromady a spodná doska tiež. Takže vzájomným dotykom sa tiež zvyšuje efektívna plocha platne. Preto je kapacita úmerná pomeru plochy a vzdialenosti.
Uplatnením Kirchhoffovho súčasného zákona (KCL) vo vyššie uvedenom okruhu, i T = i 1 + i 2 + i 3
Ako vieme, prúd cez kondenzátor je vyjadrený ako;
i = C (dV / dt) Takže i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) A, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… rovnica (3)
Z rovnice (3) je rovnica paralelnej kapacity:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Pre n počet paralelne zapojených kondenzátorov je vyššie uvedená rovnica vyjadrená ako:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Príklad obvodu paralelného kondenzátora
V nasledujúcej schéme zapojenia sú paralelne zapojené tri kondenzátory. Pretože sú tieto kondenzátory zapojené paralelne, ekvivalentná alebo celková kapacita sa bude rovnať súčtu individuálnej kapacity.
C T = C 1 + C 2 + C 3 -Li, C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uF a C 3 = 0.1uF tak, C T = (4,7 1 + 0,1) uf C T = 5.8uf
Kondenzátor v striedavých obvodoch
Keď je kondenzátor pripojený k zdroju jednosmerného prúdu, kondenzátor sa začne pomaly nabíjať. A keď sa napätie nabíjacieho prúdu kondenzátora rovná napájaciemu napätiu, hovorí sa o úplne nabitom stave. Tu v tomto stave kondenzátor funguje ako zdroj energie, pokiaľ je na neho pripojené napätie. Kondenzátory tiež neumožňujú, aby cez ne prešiel prúd po úplnom nabití.
Kedykoľvek je na kondenzátor napájané striedavé napätie, ako je uvedené vyššie v čisto kapacitnom obvode. Potom sa kondenzátor nabíja a vybíja nepretržite na každú novú úroveň napätia (nabíja sa na kladnej úrovni napätia a vybíja sa na úrovni záporného napätia). Kapacita kondenzátora v AC obvodoch závisí od frekvencie vstupného napätia dodávaného do obvodu. Prúd je priamo úmerný rýchlosti zmeny napätia privádzaného do obvodu.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fázorový diagram pre kondenzátor v obvode striedavého prúdu
Ako vidíte fázorový diagram AC kondenzátora na nasledujúcom obrázku, prúd a napätie sú v sínusovej vlne. Pri pozorovaní je pri 0⁰ nabíjací prúd na svojej špičkovej hodnote z dôvodu neustáleho zvyšovania napätia v kladnom smere.
Teraz, pri 90 °, cez kondenzátor nepreteká žiadny prúd, pretože napájacie napätie dosahuje maximálnu hodnotu. Pri 180⁰ napätie pomaly klesá na nulu a prúd dosahuje maximálnu hodnotu v negatívnom smere. A opäť nabíjanie dosiahne maximálnu hodnotu 360 °, pretože napájacie napätie je na minimálnej hodnote.
Z vyššie uvedeného priebehu teda môžeme pozorovať, že prúd vedie napätie o 90⁰. Môžeme teda povedať, že striedavé napätie v ideálnom obvode kondenzátora zaostáva za prúdom o 90⁰.
Reaktancia kondenzátora (Xc) v obvode striedavého prúdu
Zvážte vyššie uvedenú schému zapojenia, pretože vieme, že vstupné napätie AC je vyjadrené ako, V = V m Sin hm
A kondenzátorový náboj Q = CV, Takže Q = CV m Sin hm
A prúd cez kondenzátor, i = dQ / dt
Takže
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 teda i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Ako vieme, w = 2πf
Takže
Kapacitná reaktancia (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Príklad kapacitnej reaktancie v obvode striedavého prúdu
diagram
Zoberme do úvahy hodnotu C = 2,2uf a napájacie napätie V = 230V, 50Hz
Teraz je kapacitné reaktancie (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Tu, C = 2.2uf, a f = 50 Hz tak, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm