Elektromos kondenzátor. A kondenzátorok típusai. Kondenzátorok: rendeltetés, eszköz, működési elv A kondenzátor árama váltakozó vagy állandó
A kondenzátor (sapka) egy kis "akkumulátor", amely gyorsan töltődik, ha feszültség van körülötte, és gyorsan lemerül, ha nincs elég feszültség a töltés megtartásához.
A kondenzátor fő jellemzője a kapacitása. Ezt a szimbólum jelzi C, mértékegysége Farad. Minél nagyobb a kapacitás, annál nagyobb töltést tud a kondenzátor egy adott feszültség mellett tartani. Szintén mint több kapacitás, a kevesebb töltési és kisütési sebesség.
A mikroelektronikában használt tipikus értékek: több tíz pikofaradtól (pF, pF = 0,000000000001 F) a több tíz mikrofaradig (μF, μF = 0,000001). A leggyakoribb típusú kondenzátorok kerámia és elektrolit. A kerámiák kisebb méretűek, és általában legfeljebb 1 µF kapacitásúak; nem érdekli őket, hogy az érintkezők közül melyik kapcsolódik a pluszhoz és melyik a mínuszhoz. Az elektrolit kondenzátorok kapacitása 100 pF-tól kezdődik, és polárisak: egy adott érintkezőt kell csatlakoztatni a pozitívhoz. A plusznak megfelelő láb hosszabbításra kerül.
A kondenzátor két dielektromos réteggel elválasztott lemezből áll. A lemezek töltést halmoznak fel: az egyik pozitív, a másik negatív; ezáltal feszültséget kelt belül. A szigetelő dielektrikum megakadályozza, hogy a belső feszültség belső árammá alakuljon, ami kiegyenlítené a lemezeket.
Töltés és kisütés
Tekintsük ezt a diagramot:
Amíg a kapcsoló az 1-es helyzetben van, a kondenzátoron feszültség keletkezik - töltődik. Díj K a lemezen egy adott időpontban a következő képlettel számítják ki:
C- kapacitás, e- kitevő (konstans ≈ 2,71828), t- a töltés kezdetétől számított idő. A második lemez töltése mindig pontosan azonos értékű, de ellentétes előjellel. Ha az ellenállás R távolítsa el, csak egy kis ellenállás marad a vezetékekből (ez lesz az érték R), és a töltés nagyon gyorsan megtörténik.
A függvényt grafikonon ábrázolva a következő képet kapjuk:
Mint látható, a töltés nem egyenletesen, hanem fordítottan exponenciálisan növekszik. Ez annak köszönhető, hogy a töltés felhalmozódásával egyre több fordított feszültséget hoz létre V c, ami „ellenáll” V be.
Ezzel minden véget ér V c egyenlő értékűvé válik V beés az áram teljesen leáll. Ezen a ponton azt mondják, hogy a kondenzátor elérte a telítési pontját (egyensúlyi állapotát). A töltés eléri a maximumot.
Emlékezve Ohm törvényére, le tudjuk ábrázolni az áramkörünkben lévő áram függőségét egy kondenzátor töltésekor.
Most, hogy a rendszer egyensúlyban van, állítsa a kapcsolót 2-es állásba.
A kondenzátorlemezek ellentétes előjelű töltésekkel rendelkeznek, feszültséget hoznak létre - a terhelésen keresztül áram jelenik meg (Load). Az áram az áramforrás irányával ellentétes irányban fog folyni. A kisülés fordítva is megtörténik: eleinte a töltés gyorsan, majd az általa létrehozott feszültség csökkenésével egyre lassabban veszít. Ha azért Q 0 jelölje ki a töltést, amely kezdetben a kondenzátoron volt, majd:
Ezek az értékek a grafikonon így néznek ki:
Ismét egy idő után a rendszer nyugalmi állapotba kerül: minden töltés elveszik, a feszültség eltűnik, és az áram áramlása leáll.
Ha újra használod a kapcsolót, minden körben indul. Tehát a kondenzátor nem tesz mást, mint megszakítja az áramkört, ha a feszültség állandó; és „működik”, amikor a feszültség hirtelen megváltozik. Ez a tulajdonság határozza meg, hogy mikor és hogyan használják a gyakorlatban.
Alkalmazás a gyakorlatban
A mikroelektronikában a leggyakoribb minták közé tartoznak a következő minták:
Tartalék kondenzátor (bypass sapka) - a tápfeszültség hullámzásának csökkentésére
Szűrőkondenzátor - az állandó és a változó feszültségű összetevők elkülönítésére, a jel leválasztására
Tartalék kondenzátor
Sok áramkört úgy terveztek, hogy állandó, stabil teljesítményt biztosítsanak. Például 5 V. A tápegység látja el őket. Ideális rendszerek azonban nem léteznek, és az eszköz áramfelvételének hirtelen megváltozása esetén, például amikor egy alkatrészt bekapcsolnak, az áramforrásnak nincs ideje azonnali és rövid távú „reagálni”. feszültségesés lép fel. Ezenkívül azokban az esetekben, amikor az áramforrás és az áramkör közötti vezeték elég hosszú, antennaként kezd működni, és nem kívánt zajt is bevezet a feszültségszintbe.
Az ideális feszültségtől való eltérés jellemzően nem haladja meg a volt ezredrészét, és ez a jelenség teljesen jelentéktelen, ha például LED-ek vagy elektromos motor táplálásáról van szó. De a logikai áramkörökben, ahol a logikai nulla és a logikai egyes kapcsolása kis feszültségek változása alapján történik, a tápegység zaja összetéveszthető egy jellel, ami hibás kapcsoláshoz vezet, ami dominóeffektushoz hasonlóan a rendszert tönkreteszi. előre nem látható állapotban.
Az ilyen hibák elkerülése érdekében egy tartalék kondenzátort kell elhelyezni közvetlenül az áramkör előtt
Amikor a feszültség megtelt, a kondenzátor telítettségig töltődik, és tartalék töltés lesz. Amint a vezeték feszültségszintje lecsökken, a tartalék kondenzátor gyors akkumulátorként működik, felszabadítva a korábban felhalmozott töltést, hogy kitöltse a rést, amíg a helyzet normalizálódik. A fő áramforrásnak nyújtott ilyen segítség másodpercenként nagyon sok alkalommal történik.
Ha más szemszögből gondolkodunk: a kondenzátor kivonja a váltakozó komponenst az egyenfeszültségből, és azt önmagán átvezetve a tápvezetékről a földre viszi. Ezért a tartalék kondenzátort "bypass kondenzátornak" is nevezik.
Ennek eredményeként a simított feszültség így néz ki:
Az erre a célra használt tipikus kondenzátorok a 10 vagy 100 nF névleges értékű kerámia kondenzátorok. A nagy elektrolitikus cellák nem alkalmasak erre a feladatra, mert lassabbak és nem tudják gyorsan leadni a töltésüket ilyen körülmények között, ahol a zaj magas.
Egy készülékben sok helyen lehetnek tartalék kondenzátorok: az egyes áramkörök előtt, amelyek egy önálló egység. Például az Arduino már rendelkezik tartalék kondenzátorokkal, amelyek biztosítják a processzor stabil működését, de a hozzá csatlakoztatott LCD-képernyő tápellátása előtt telepítenie kell a sajátját.
Szűrő kondenzátor
Szűrőkondenzátorral távolítják el a jelet az érzékelőtől, amely azt változó feszültség formájában továbbítja. Ilyen érzékelők például a mikrofon vagy az aktív Wi-Fi antenna.
Nézzük meg az elektret mikrofon csatlakozási rajzát. Az elektret mikrofon a legelterjedtebb és mindenütt megtalálható: pontosan ezt használják mobiltelefonok, számítógépes kiegészítőkben, hangosbemondó rendszerekben.
A mikrofon működéséhez áramra van szükség. Csendes állapotban az ellenállása nagy és több tíz kiloohm. Hanghatásnak kitéve a belsejébe épített térhatású tranzisztor kapuja kinyílik, és a mikrofon elveszti belső ellenállását. Az ellenállás elvesztése és helyreállítása másodpercenként sokszor történik, és megfelel a hanghullám fázisának.
A kimeneten csak azokban a pillanatokban érdekel a feszültség, amikor van hang. Ha nem lenne kondenzátor C, a kimenet mindig további hatással lesz állandó feszültség táplálás. C blokkolja ezt az állandó komponenst, és csak a hangnak megfelelő eltéréseket engedélyezi.
A hallható hang, amely számunkra érdekes, az alacsony frekvenciájú tartományban van: 20 Hz - 20 kHz. Annak érdekében, hogy a hangjelet a feszültségtől, és nem a nagyfrekvenciás teljesítményzajtól izoláljuk, pl. C 10 µF névleges értékű lassú elektrolit kondenzátort használnak. Ha egy gyors, mondjuk 10 nF-os kondenzátort használnánk, nem hangjelek jutnának át a kimenetre.
Ne feledje, hogy a kimeneti jel negatív feszültségként érkezik. Ez azt jelenti, hogy amikor a kimenetet a földre csatlakoztatják, az áram a földről a kimenetre folyik. A csúcsfeszültség értéke egy mikrofon esetében több tíz millivolt. A feszültség megfordításához és értékének növeléséhez a kimenet Voutáltalában műveleti erősítőhöz csatlakozik.
Kondenzátorok csatlakoztatása
Az ellenállások csatlakoztatásával összehasonlítva a kondenzátorok végső értékének kiszámítása fordítva néz ki.
Párhuzamos csatlakoztatás esetén a teljes kapacitás összege:
Sorba kapcsolva a végső kapacitást a következő képlet alapján számítják ki:
Ha csak két kondenzátor van, akkor soros csatlakozással:
Két azonos kondenzátor speciális esetben a teljes kapacitás soros csatlakozás mindegyik kapacitásának felével egyenlő.
Határjellemzők
Az egyes kondenzátorok dokumentációja tartalmazza a maximálisan megengedett feszültséget. Ennek túllépése a dielektrikum tönkremeneteléhez és a kondenzátor robbanásához vezethet. Az elektrolitkondenzátorok esetében ügyelni kell a polaritásra. Ellenkező esetben vagy az elektrolit kifolyik, vagy ismét robbanás következik be.
Állandó feszültség, és állítsa be a feszültséget a krokodiljain 12 Voltra. 12 V-os izzót is veszünk. Most behelyezünk egy kondenzátort a tápegység egyik szondája és az izzó közé:
Nem, nem ég.
De ha közvetlenül csinálja, akkor világít:
Ebből következik a következtetés: D.C. Nincs áramlás a kondenzátoron!
Őszintén szólva, a feszültség rákapcsolásának kezdeti pillanatában az áram egy másodperc töredékéig még folyik. Minden a kondenzátor kapacitásától függ.
Kondenzátor az AC áramkörben
Tehát, hogy megtudja, szivárog-e AC kondenzátoron keresztül generátorra van szükségünk. Szerintem ez a frekvenciagenerátor jól működik:
Mivel a kínai generátorom nagyon gyenge, ezért izzóterhelés helyett egy egyszerű 100 ohmosat fogunk használni. Vegyünk egy 1 mikrofarad kapacitású kondenzátort is:
Valami ilyesmit forrasztunk, és jelet küldünk a frekvenciagenerátortól:
Aztán nekilát a dolognak. Mi az oszcilloszkóp és mire használják, olvassa el itt. Két csatornát fogunk használni egyszerre. Egyszerre két jel jelenik meg egy képernyőn. Itt a képernyőn már látható a 220 voltos hálózatból származó interferencia. Mindegy.
Váltakozó feszültséget fogunk alkalmazni, és figyeljük a jeleket, ahogy a professzionális elektronikai mérnökök mondják, a bemeneten és a kimeneten. Egyidejűleg.
Valahogy így fog kinézni az egész:
Tehát, ha a frekvenciánk nulla, akkor ez állandó áramot jelent. Mint már láttuk, a kondenzátor nem engedi át az egyenáramot. Úgy tűnik, ez megoldódott. De mi történik, ha 100 Hertz frekvenciájú szinuszoidot alkalmaz?
Az oszcilloszkóp kijelzőjén olyan paramétereket jelenítettem meg, mint a jelfrekvencia és az amplitúdó: F a frekvencia Ma – amplitúdó (ezek a paraméterek fehér nyíllal vannak jelölve). Az első csatorna pirossal, a második csatorna sárgával van jelölve a könnyebb érzékelés érdekében.
A vörös szinuszhullám azt a jelet mutatja, amelyet a kínai frekvenciagenerátor ad nekünk. A sárga szinusz az, amit már a terhelésnél kapunk. Esetünkben a terhelés egy ellenállás. Nos, tulajdonképpen ennyi.
Ahogy a fenti oszcillogramon látható, a generátorból szinuszos jelet adok 100 Hertz frekvenciával és 2 Volt amplitúdóval. Az ellenálláson már egy azonos frekvenciájú jelet látunk (sárga jel), de az amplitúdója körülbelül 136 millivolt. Ráadásul a jel kissé „bozontosnak” bizonyult. Ez annak köszönhető, hogy az ún. A zaj kis amplitúdójú és véletlenszerű feszültségváltozásokkal rendelkező jel. Ezt maguk a rádióelemek okozhatják, vagy a környező térből felfogott interferencia is. Például egy ellenállás nagyon jól „zajt”. Ez azt jelenti, hogy a jel „bozontossága” egy szinusz és a zaj összege.
A sárga jel amplitúdója kisebb lett, sőt a sárga jel grafikonja is balra tolódik, vagyis megelőzi a pirosat, vagy tudományos nyelven úgy tűnik, fáziseltolódás. A fázis van előtte, nem maga a jel. Ha maga a jel előrébb lenne, akkor az ellenálláson lévő jel időben hamarabb jelenne meg, mint a kondenzátoron keresztül érkező jel. Az eredmény valamiféle időutazás lenne :-), ami persze lehetetlen.
Fázisváltás- Ezt két mért mennyiség kezdeti fázisa közötti különbség. IN ebben az esetben feszültség. A fáziseltolódás méréséhez feltételnek kell lennie, hogy ezek a jelek ugyanaz a frekvencia. Az amplitúdó bármilyen lehet. Az alábbi ábra éppen ezt a fáziseltolódást mutatja, vagy ahogy más néven, fáziskülönbség:
Növeljük a frekvenciát a generátoron 500 Hertz-re
Az ellenállás már 560 millivoltot kapott. A fáziseltolódás csökken.
Növeljük a frekvenciát 1 KiloHertzre
A kimeneten már van 1 Volt.
Állítsa a frekvenciát 5 kilohertzre
Az amplitúdó 1,84 Volt, a fáziseltolódás pedig egyértelműen kisebb
Növelje 10 kilohertzre
Az amplitúdó majdnem ugyanaz, mint a bemeneten. A fáziseltolódás kevésbé észrevehető.
100 kilohertzet állítunk be:
Szinte nincs fáziseltolódás. Az amplitúdó majdnem ugyanaz, mint a bemeneten, azaz 2 volt.
Ebből mélyreható következtetéseket vonunk le:
Minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb ellenállása van a kondenzátornak a váltakozó árammal szemben. A fáziseltolódás a frekvencia növekedésével majdnem nullára csökken. Végtelenül alacsony frekvenciákon a magnitúdója 90 fok illπ/2 .
Ha a grafikon egy szeletét ábrázolja, valami ilyesmit kap:
A feszültséget függőlegesen és a frekvenciát vízszintesen ábrázoltam.
Tehát megtanultuk, hogy a kondenzátor ellenállása a frekvenciától függ. De ez csak a gyakoriságtól függ? Vegyünk egy 0,1 mikrofarad kapacitású, azaz az előzőnél 10-szer kisebb névleges értékű kondenzátort, és futtassuk újra ugyanazon a frekvencián.
Nézzük és elemezzük az értékeket:
Óvatosan hasonlítsa össze a sárga jel amplitúdóértékeit ugyanazon a frekvencián, de különböző kondenzátorértékekkel. Például 100 Hertz frekvencián és 1 μF kondenzátorértéknél a sárga jel amplitúdója 136 millivolt volt, és ugyanezen a frekvencián a sárga jel amplitúdója, de 0,1 μF kondenzátorral már. 101 millivolt (a valóságban az interferencia miatt még kevesebb). 500 Hertz - 560 millivolt és 106 millivolt frekvencián, 1 kilohertz - 1 volt és 136 millivolt frekvencián stb.
Innen a következtetés önmagát sugallja: A kondenzátor értékének csökkenésével az ellenállása nő.
Fizikusok és matematikusok fizikai és matematikai transzformációk segítségével képletet vezettek le a kondenzátor ellenállásának kiszámítására. Kérlek benneteket, hogy szeressétek és szívessétek:
Ahol, X C a kondenzátor ellenállása, Ohm
P –állandó és körülbelül 3,14
F– frekvencia, Hertzben mérve
VEL– kapacitás, Faradban mérve
Tehát állítsa a frekvenciát ebben a képletben nulla Hertzre. A nulla hertzes frekvencia egyenáram. Mi fog történni? 1/0 = végtelen vagy nagyon nagy ellenállás. Röviden, megszakadt áramkör.
Következtetés
Előretekintve elmondhatom, hogy ebben a kísérletben megkaptuk (áteresztő szűrő). Egy egyszerű kondenzátort és ellenállást használva, és egy ilyen szűrőt felhelyezve a hangszóróra valahol az audioberendezésben, csak csikorgó magas hangokat fogunk hallani a hangszóróban. De a basszus frekvenciát egy ilyen szűrő tompítja. A kondenzátor ellenállásának a frekvenciától való függőségét nagyon széles körben alkalmazzák a rádióelektronikában, különösen a különféle szűrőkben, ahol szükség van az egyik frekvencia elnyomására és a másik átengedésére.
Amelyben egy generátor szinuszos feszültséget állít elő. Nézzük meg, mi történik az áramkörben, amikor bezárjuk a kulcsot. Azt a kezdeti pillanatot vesszük figyelembe, amikor a generátor feszültsége nulla.
Az időszak első negyedében a generátor kivezetésein a feszültség nulláról indulva növekszik, és a kondenzátor töltődni kezd. Az áramkörben megjelenik egy áram, de a kondenzátor töltésének első pillanatában, annak ellenére, hogy a feszültség a lemezeken csak most jelent meg, és még mindig nagyon kicsi, az áramkörben lévő áram (töltőáram) lesz a legnagyobb. Ahogy a kondenzátor töltése nő, az áramkörben lévő áram csökken, és eléri a nullát abban a pillanatban, amikor a kondenzátor teljesen fel van töltve. Ebben az esetben a kondenzátorlapokon a feszültség, szigorúan követve a generátor feszültségét, ebben a pillanatban maximális lesz, de ellenkező előjelű, azaz a generátor feszültsége felé irányul.
Rizs. 1. Áram és feszültség változása kapacitású áramkörben
Így az áram a legnagyobb erővel a töltésmentes kondenzátorba rohan, de azonnal csökkenni kezd, ahogy a kondenzátorlapok megtelnek töltésekkel, és nullára csökken, teljesen feltöltve azt.
Hasonlítsuk össze ezt a jelenséget azzal, hogy mi történik a víz áramlásával egy csőben, amely összeköti a két egymással érintkező edényt (2. ábra), amelyek közül az egyik tele van, a másik üres. Amint kihúzza a víz útját elzáró szelepet, a víz a bal oldali edényből azonnal nagy nyomás alatt a csövön keresztül az üres jobb oldali edénybe áramlik. A csőben lévő víznyomás azonban azonnal fokozatosan gyengülni kezd az edények szintjének kiegyenlítése miatt, és nullára csökken. A víz áramlása leáll.
Rizs. 2. Az összekötő edényeket összekötő csőben a víznyomás változása hasonló az áramkörben a kondenzátor töltése során bekövetkező áramváltozáshoz
Hasonlóképpen, az áram először egy töltetlen kondenzátorba áramlik, majd töltés közben fokozatosan gyengül.
A periódus második negyedévének kezdetével, amikor a generátor feszültsége először lassan kezdődik, majd egyre gyorsabban csökken, a feltöltött kondenzátor kisüti a generátort, ami kisülési áramot okoz az áramkörben. A generátor feszültségének csökkenésével a kondenzátor egyre jobban lemerül, és a kisülési áram az áramkörben nő. A kisülési áram iránya ebben a negyedévben ellentétes a periódus első negyedévének töltőáramának irányával. Ennek megfelelően az áramgörbe, miután áthaladt a nulla értéken, most az időtengely alatt helyezkedik el.
Az első félciklus végére a generátoron, valamint a kondenzátoron lévő feszültség gyorsan megközelíti a nullát, és az áramkörben lévő áram lassan eléri a maximális értéket. Emlékezve arra, hogy az áramkörben nagyobb az áramerősség, minél nagyobb az áramkör mentén átvitt töltés mennyisége, világossá válik, hogy az áram miért éri el a maximumot, amikor a kondenzátorlapokon a feszültség, és így a kondenzátor töltése, gyorsan csökken.
A periódus harmadik negyedének kezdetével a kondenzátor újra töltődni kezd, de a lemezeinek polaritása, valamint a generátor polaritása az ellenkezőjére változik, és az áram ugyanabba az irányba folyik. , csökkenni kezd, ahogy a kondenzátor feltöltődik. A periódus harmadik negyedének végén, amikor a generátoron és a kondenzátoron a feszültségek elérik a maximumot, az áram nullává válik.
A periódus utolsó negyedében a feszültség csökkenve nullára esik, és az áramkörben irányt változtatva eléri a maximális értékét. Ezzel véget ér az időszak, utána kezdődik a következő, pontosan megismételve az előzőt, stb.
Így, befolyása alatt AC feszültség generátor, a kondenzátort periódusonként kétszer töltik fel (az időszak első és harmadik negyedében), és kétszer kisütik (az időszak második és negyedik negyedévében). De mivel az egymás utáni váltakozást minden alkalommal töltő- és kisütési áramok áthaladása kíséri az áramkörön keresztül, arra a következtetésre juthatunk, hogy .
Ezt a következő egyszerű kísérlettel ellenőrizheti. Csatlakoztassa a váltakozó áramú áramforráshoz az izzón keresztül elektromos világítás 25 W-os kondenzátor 4-6 mikrofarad kapacitással. A lámpa világít, és nem alszik ki, amíg az áramkör meg nem szakad. Ez azt jelzi, hogy a váltakozó áram áthaladt az áramkörön a kapacitással. Ez azonban természetesen nem a kondenzátor dielektrikumán haladt át, hanem minden időpillanatban vagy a töltőáramot, vagy a kondenzátor kisülési áramát képviselte.
A dielektrikum, mint tudjuk, a hatás hatására polarizálódik elektromos mező, amely a kondenzátor feltöltésekor megjelenik benne, a polarizációja pedig a kondenzátor kisütésekor eltűnik.
Ebben az esetben a dielektrikum a benne fellépő előfeszítő árammal a váltakozó áramkör egyfajta folytatásaként szolgál, és megszakítja az egyenáramú áramkört. Az eltolási áram azonban csak a kondenzátor dielektrikumán belül jön létre, ezért az áramkör mentén nem történik töltésátvitel.
A kondenzátor által a váltakozó árammal szembeni ellenállás a kondenzátor kapacitásának értékétől és az áram frekvenciájától függ.
Minél nagyobb a kondenzátor kapacitása, annál nagyobb a töltés az áramkörön keresztül a kondenzátor töltése és kisütése során, és ezért annál nagyobb az áramkörben lévő áram. Az áramerősség növekedése az áramkörben azt jelzi, hogy az ellenállása csökkent.
Ezért, A kapacitás növekedésével az áramkör váltóárammal szembeni ellenállása csökken.
A növekedés növeli az áramkörön keresztül átvitt töltés mennyiségét, mivel a kondenzátor töltésének (valamint kisülésének) gyorsabban kell bekövetkeznie, mint alacsony frekvencián. Ugyanakkor az egységnyi idő alatt átvitt töltés mennyiségének növekedése megegyezik az áramkörben lévő áram növekedésével, és ennek következtében az ellenállás csökkenésével.
Ha valahogy fokozatosan csökkentjük a váltakozó áram frekvenciáját, és az áramerősséget állandóra csökkentjük, akkor az áramkörbe kapcsolt kondenzátor ellenállása fokozatosan nő és végtelenül nagy lesz (nyitott áramkör), mire megjelenik.
Ezért, A frekvencia növekedésével a kondenzátor váltakozó árammal szembeni ellenállása csökken.
Ahogy a tekercs váltóárammal szembeni ellenállását induktívnak nevezzük, a kondenzátor ellenállását általában kapacitívnak nevezik.
Így, Minél nagyobb a kapacitás, annál kisebb az áramkör kapacitása és az azt tápláló áram frekvenciája.
A kapacitást Xc-vel jelöljük, és ohmban mérjük.
A kapacitás függését az áramfrekvenciától és az áramkör kapacitásától a következő képlet határozza meg: Xc = 1/ωС, ahol ω - körfrekvencia egyenlő 2 szorzatávalπ f, Az áramkör C-kapacitása faradokban.
A kapacitív reaktancia, mint az induktív reaktancia, reaktív jellegű, mivel a kondenzátor nem fogyasztja az áramforrás energiáját.
A kapacitással rendelkező áramkör képlete I = U/Xc, ahol I és U az áram és a feszültség effektív értékei; Xc az áramkör kapacitása.
A kondenzátorok azon tulajdonságát, hogy nagy ellenállást biztosítanak az alacsony frekvenciájú áramokkal szemben, és könnyen átengedik a nagyfrekvenciás áramokat, széles körben használják a kommunikációs berendezések áramköreiben.
A kondenzátorok segítségével például az egyenáramok és a kisfrekvenciás áramok szétválasztása a nagyfrekvenciás áramoktól, amelyek az áramkörök működéséhez szükségesek.
Ha le kell zárni az alacsony frekvenciájú áram útját az áramkör nagyfrekvenciás részébe, egy kis kondenzátort sorba kell kötni. Nagy ellenállást biztosít az alacsony frekvenciájú árammal szemben, ugyanakkor könnyen átengedi a nagyfrekvenciás áramot.
Ha meg kell akadályozni, hogy például a nagyfrekvenciás áram bejusson egy rádióállomás áramkörébe, akkor nagy kondenzátort használnak, amely párhuzamosan van csatlakoztatva az áramforrással. Ebben az esetben a nagyfrekvenciás áram áthalad a kondenzátoron, megkerülve a rádióállomás tápegységét.
Aktív ellenállás és kondenzátor váltakozó áramú áramkörben
A gyakorlatban gyakran előfordul, hogy egy áramkör sorba van kapcsolva egy kapacitással Az áramkör teljes ellenállását ebben az esetben a képlet határozza meg
Ezért, a váltakozó árammal szembeni aktív és kapacitív ellenállásból álló áramkör teljes ellenállása megegyezik az áramkör aktív és kapacitív ellenállása négyzetösszegének négyzetgyökével.
Ohm törvénye érvényes marad erre az I = U/Z áramkörre.
ábrán. A 3. ábra kapacitív és aktív ellenállást tartalmazó áramkörben az áram és a feszültség közötti fázisviszonyokat jellemző görbéket mutatja.
Rizs. 3. Áram, feszültség és teljesítmény kondenzátoros és aktív ellenállású áramkörben
Amint az ábrán látható, az áram ebben az esetben nem negyed periódussal, hanem kevesebbel vezeti a feszültséget, mivel az aktív ellenállás megsértette az áramkör tisztán kapacitív (reaktív) jellegét, amit a csökkent fázis bizonyít. váltás. Most az áramköri kapcsokon lévő feszültséget két komponens összegeként határozzuk meg: az u c feszültség reaktív összetevője, amely az áramkör kapacitását legyőzi, és a feszültség aktív összetevője, amely legyőzi az aktív ellenállást.
Minél nagyobb az áramkör aktív ellenállása, annál kisebb lesz a fáziseltolódás az áram és a feszültség között.
A teljesítménygörbe kétszer változik az áramkörben (lásd a 3. ábrát) a felvett periódus alatt negatív előjel, ami, mint már tudjuk, az áramkör reaktív természetének következménye. Minél kevésbé reaktív az áramkör, annál kisebb az áram és a feszültség közötti fáziseltolódás, és annál több energiát fogyaszt az áramforrás.
Arra a kérdésre, hogy a kondenzátor miért nem egyenáramot, de váltóáramot átenged? a szerző adta Sodd15 sodd a legjobb válasz az Az áram csak addig folyik, amíg a kondenzátor töltődik.
Egyenáramú áramkörben a kondenzátor viszonylag gyorsan töltődik, ami után az áram csökken és gyakorlatilag leáll.
Váltóáramú áramkörben a kondenzátor feltöltődik, majd a feszültség polaritást vált, kisütni kezd, majd ellenkező irányban töltődik stb. - az áram folyamatosan folyik.
Hát képzelj el egy tégelyt, amibe csak addig lehet vizet önteni, amíg meg nem telik. Ha a feszültség állandó, a bank megtelik, majd az áram leáll. És ha változó a feszültség, akkor az üvegbe vizet öntenek - kiöntik - megtöltik stb.
Válasz tőle Dugja be a fejét[újonc]
Köszi srácok a szuper információkat!!!
Válasz tőle Avotara[guru]
A kondenzátor nem engedi át az áramot, csak tölteni és kisütni tud
Egyenáramnál a kondenzátor egyszer feltöltődik, majd használhatatlanná válik az áramkörben.
Pulzáló áramon, amikor a feszültség emelkedik, feltöltődik (magában felhalmozódik elektromos energia), és amikor a feszültség csökkenni kezd a maximális szintről, energiát juttat vissza a hálózatba, miközben stabilizálja a feszültséget.
Váltakozó áramon, amikor a feszültség 0-ról maximumra nő, a kondenzátor feltöltődik, maximumról 0-ra csökkenve kisül, visszaadva energiát a hálózatba, a polaritás változásakor minden pontosan ugyanúgy történik, de más polaritással .
Válasz tőle Öblítés[guru]
A kondenzátor valójában nem engedi át az áramot magán. A kondenzátor először töltéseket halmoz fel a lemezein - az egyik lemezen elektronfelesleg van, a másikon elektronhiány -, majd felszabadítja azokat, ami külső áramkör az elektronok ide-oda futnak – elfutnak az egyik lemezről, futnak a másodikra, majd vissza. Azaz az elektronok oda-vissza mozgása a külső áramkörben biztosított - de a kondenzátoron belül nem;
Azt, hogy egy kondenzátorlemez hány elektront képes befogadni egy voltos feszültség mellett, a kondenzátor kapacitásának nevezzük, de általában nem elektron billióiban mérik, hanem hagyományos kapacitásegységekben - faradokban (mikrofaradokban, pikofaradokban).
Amikor azt mondják, hogy áram folyik át egy kondenzátoron, ez egyszerűen leegyszerűsítés. Minden úgy történik, mintha áram folyik át a kondenzátoron, bár valójában az áram csak a kondenzátoron kívülről folyik.
Ha mélyebben belemegyünk a fizikába, akkor a kondenzátor lemezei közötti térben az energia újraeloszlását eltolási áramnak nevezzük, ellentétben a vezetési árammal, ami a töltések mozgása, de az elmozdulóáram a Maxwell-egyenletekhez kapcsolódó elektrodinamikából származó fogalom. , az absztrakció teljesen más szintje.
Válasz tőle papilla[guru]
tisztán fizikai értelemben: a kondenzátor az áramkör szakadása, mivel a tömítései nem érintkeznek egymással, dielektrikum van közöttük. és mint tudjuk, a dielektrikumok nem vezetik az elektromosságot. ezért egyenáram nem folyik át rajta.
Bár...
Az egyenáramú áramkörben lévő kondenzátor áramot vezethet az áramkörhöz való csatlakoztatás pillanatában (a kondenzátor töltése vagy újratöltése a tranziens folyamat végén történik, nem folyik át áram a kondenzátoron, mivel a lemezeit egy dielektromos. A váltakozó áramú áramkörben a kondenzátor ciklikus újratöltése révén váltakozó áramú rezgéseket vezet.
váltakozó áram esetén pedig a kondenzátor az oszcilláló áramkör része. az elektromos energia tárolására szolgáló eszköz szerepét tölti be, és egy tekercssel kombinálva tökéletesen együtt léteznek, az elektromos energiát mágneses energiává alakítják át, majd vissza a saját omega = 1/sqrt(C*L) sebességgel/frekvenciával
példa: olyan jelenség, mint a villámlás. Azt hiszem, hallottam. bár ez rossz példa, ott a töltés villamosítással történik, a légköri levegő súrlódása miatt a föld felszínén. de a leállás mindig, mint a kondenzátornál, csak akkor következik be, ha elérjük az úgynevezett áttörési feszültséget.
Nem tudom, ez segített-e neked :)
Válasz tőle Legenda@[újonc]
a kondenzátor váltóáramban és egyenáramban is működik, mert egyenárammal töltődik és ezt az energiát nem tudja sehova átvinni, egy kapcsolón keresztül egy fordított ágat kapcsolnak az áramkörbe a polaritás megváltoztatására, hogy kisütjük és adjunk helyet egy új adagnak, nem váltakozva fordulatonként, a kannát a polaritás felcserélése miatt tölti és kisül....
Sokat írtak a kondenzátorokról, érdemes még pár ezer szót hozzátenni a már meglévő milliókhoz? Hozzáteszem! Úgy gondolom, hogy az előadásom hasznos lesz. Végül is figyelembe véve fog megtörténni.
Mi az elektromos kondenzátor
Oroszul beszélve a kondenzátort „tárolóeszköznek” nevezhetjük. Így még világosabb. Sőt, ezt a nevet pontosan így fordítják nyelvünkre. Az üveget kondenzátornak is nevezhetjük. Csak az halmoz fel folyadékot magában. Vagy egy táskát. Igen, egy táska. Kiderült, hogy ez is tárolóeszköz. Felhalmoz mindent, amit oda teszünk. Mi köze ehhez az elektromos kondenzátornak? Ugyanolyan, mint egy pohár vagy egy zacskó, de csak halmozódik elektromos töltés.
Képzeld el a képet: elhalad egy lánc elektromos áram, úton vannak ellenállások, vezetők és, bam, megjelent egy kondenzátor (üveg). Mi fog történni? Mint tudják, az áram elektronok áramlása, és minden elektronnak van elektromos töltése. Így, ha valaki azt mondja, hogy áram halad át egy áramkörön, akkor azt képzeli, hogy elektronok milliói áramlanak át az áramkörön. Ugyanezek az elektronok halmozódnak fel, amikor egy kondenzátor megjelenik az útjukban. Minél több elektront helyezünk a kondenzátorba, annál nagyobb lesz a töltése.
Felmerül a kérdés: hány elektron halmozható fel így, mennyi fér bele a kondenzátorba és mikor lesz „elég”? Találjuk ki. Nagyon gyakran az egyszerű elektromos folyamatok egyszerűsített magyarázatához a vízzel és a csövekkel való összehasonlítást használják. Használjuk ezt a megközelítést is.
Képzelj el egy csövet, amelyen keresztül víz folyik. A cső egyik végén van egy szivattyú, amely erőteljesen pumpálja a vizet ebbe a csőbe. Ezután gondolatban helyezzen el egy gumimembránt a csövön. Mi fog történni? A membrán nyúlni és feszülni kezd a csőben lévő víznyomás hatására (a szivattyú által létrehozott nyomás). Megnyúlik, nyúlik, nyúlik, és végül a membrán rugalmas ereje vagy kiegyenlíti a szivattyú erejét, és a víz áramlása leáll, vagy a membrán eltörik (Ha ez nem tiszta, képzeljen el egy léggömböt, amely felrobban, ha túl sokat pumpál)! Ugyanez történik benne elektromos kondenzátorok. Csak ott használják membrán helyett elektromos mező, amely a kondenzátor töltésével nő, és fokozatosan kiegyenlíti az áramforrás feszültségét.
Így a kondenzátornak van egy bizonyos korlátozó töltése, amelyet fel tud halmozni, és amelynek túllépése után fellép dielektromos törés egy kondenzátorban elromlik és megszűnik kondenzátor lenni. Valószínűleg itt az ideje, hogy elmondjuk, hogyan működik a kondenzátor.
Hogyan működik az elektromos kondenzátor?
Az iskolában azt mondták neked, hogy a kondenzátor egy olyan dolog, amely két lemezből és közöttük lévő űrből áll. Ezeket a lemezeket kondenzátorlapoknak nevezték, és vezetékeket csatlakoztattak hozzájuk, hogy feszültséget adnak a kondenzátornak. Tehát a modern kondenzátorok nem sokban különböznek egymástól. Mindegyikben van lemez is, és a lemezek között van egy dielektrikum. A dielektrikum jelenlétének köszönhetően a kondenzátor jellemzői javulnak. Például a kapacitása.
A modern kondenzátorok különböző típusú dielektrikumokat használnak (erről bővebben lentebb), amelyeket a legkifinomultabb módon töltenek be a kondenzátorlapok közé bizonyos jellemzők elérése érdekében.
Működési elv
Az általános működési elv meglehetősen egyszerű: feszültséget alkalmaznak, és a töltés felhalmozódik. A most zajló fizikai folyamatok nem nagyon érdekelhetik, de ha akarod, bármelyik fizikáról szóló könyvben olvashatsz az elektrosztatika rovatban.
Kondenzátor az egyenáramú áramkörben
Ha behelyezzük a kondenzátorunkat elektromos áramkör(ábra lent), kössünk vele sorba egy ampermérőt és adjunk egyenáramot az áramkörre, ekkor az ampermérő tűje röviden megrándul, majd lefagy és 0A-t mutat – nincs áram az áramkörben. Mi történt?
Feltételezzük, hogy mielőtt áramot vezettek az áramkörbe, a kondenzátor üres volt (kisütött), és amikor áramot adtak, nagyon gyorsan töltődni kezdett, és amikor feltöltődött (a kondenzátorlapok közötti elektromos mező kiegyenlítette az áramforrást ), akkor az áram leállt (itt a kondenzátor töltésének grafikonja látható).
Ezért mondják, hogy a kondenzátor nem engedi át az egyenáramot. Valójában átmegy, de nagyon rövid ideig, ami a t = 3*R*C képlettel számolható (A kondenzátor névleges térfogatának 95%-ára való feltöltésének ideje. R az áramkör ellenállása, C a a kondenzátor kapacitása) Így viselkedik a kondenzátor egy egyenáramú áramkörben Teljesen másképp viselkedik változó áramkörben!
Kondenzátor az AC áramkörben
Mi az a váltakozó áram? Ilyenkor az elektronok „futnak” először oda, majd vissza. Azok. mozgásuk iránya folyamatosan változik. Ezután, ha váltakozó áram megy keresztül a kondenzátoros áramkörön, akkor vagy egy „+” vagy „-” töltés halmozódik fel minden lemezén. Azok. Az AC áram ténylegesen fog folyni. Ez azt jelenti, hogy a váltóáram „akadálytalanul” folyik át a kondenzátoron.
Ez az egész folyamat a hidraulikus analógiák módszerével modellezhető. Az alábbi kép egy AC áramkör analógját mutatja. A dugattyú előre és hátra tolja a folyadékot. Emiatt a járókerék előre-hátra forog. Kiderül, hogy ez egy váltakozó folyadékáramlás (váltakozó áramot olvasunk).
Most helyezzünk el egy kondenzátor-medelt membrán formájában az erőforrás (dugattyú) és a járókerék közé, és elemezzük, mi fog változni.
Úgy tűnik, semmi sem fog változni. Ahogy a folyadék oszcilláló mozgásokat végzett, úgy folytatja, ahogy a járókerék emiatt rezeg, úgy tovább fog rezegni. Ez azt jelenti, hogy a membránunk nem akadálya a változó áramlásnak. Ugyanez igaz az elektronikus kondenzátorra is.
A helyzet az, hogy bár a láncban futó elektronok nem keresztezik a kondenzátor lemezei közötti dielektrikumot (membránt), a kondenzátoron kívül mozgásuk oszcilláló (oda-vissza), azaz. váltakozó áram folyik. Eh!
Így a kondenzátor váltakozó áramot enged át, és blokkolja az egyenáramot. Ez nagyon kényelmes, ha el kell távolítania a DC komponenst a jelből, például egy audioerősítő kimenetén/bemenetén, vagy ha csak a jel változó részét kell megnéznie (egyenáramú kimeneten hullámzás feszültségforrás).
A kondenzátor reaktanciája
A kondenzátornak van ellenállása! Ezt elvileg abból lehetne feltételezni, hogy egyenáram nem megy át rajta, mintha egy nagyon nagy ellenállású ellenállásról lenne szó.
A váltakozó áram egy másik kérdés - átmegy, de ellenállást tapasztal a kondenzátorból:
f - frekvencia, C - a kondenzátor kapacitása. Ha figyelmesen megnézi a képletet, látni fogja, hogy ha az áram állandó, akkor f = 0, majd (a harcos matematikusok megbocsátanak!) X c = végtelenség.És nincs egyenáram a kondenzátoron keresztül.
De a váltakozó árammal szembeni ellenállás a frekvenciától és a kondenzátor kapacitásától függően változik. Minél nagyobb az áram frekvenciája és a kondenzátor kapacitása, annál kevésbé ellenáll ennek az áramnak és fordítva. Minél gyorsabban változik a feszültség
feszültség, minél nagyobb az áram a kondenzátoron keresztül, ez magyarázza az Xc csökkenését a frekvencia növekedésével.
Egyébként a kondenzátor másik tulajdonsága, hogy nem ad le áramot és nem melegszik fel! Ezért néha a feszültség csillapítására használják ott, ahol az ellenállás füstölne. Például a hálózati feszültség csökkentése 220 V-ról 127 V-ra. És még valami:
A kondenzátor áramerőssége arányos a kapcsaira adott feszültség sebességével
Hol használják a kondenzátorokat?
Igen, ahol a tulajdonságaikra szükség van (egyenáram át nem engedése, elektromos energia felhalmozásának képessége és ellenállásuk frekvencia függvényében), szűrőkben, oszcillációs áramkörökben, feszültségszorzókban stb.
Milyen típusú kondenzátorok léteznek?
Az ipar sokat termel különböző típusok kondenzátorok. Mindegyiknek vannak bizonyos előnyei és hátrányai. Némelyiknek alacsony a szivárgó árama, másoknak nagy a kapacitásuk, másoknak pedig valami más. Ezektől a mutatóktól függően a kondenzátorokat kiválasztják.
A rádióamatőrök, különösen a hozzánk hasonló kezdők, nem vesződnek túl sokat, és arra fogadnak, hogy mit találnak. Ennek ellenére tudnia kell, hogy a természetben milyen főbb típusú kondenzátorok léteznek.
A képen a kondenzátorok nagyon hagyományos szétválasztása látható. Ízlésem szerint állítottam össze, és tetszik, mert azonnal kiderül, hogy vannak-e változó kondenzátorok, milyen típusú állandó kondenzátorok vannak, és milyen dielektrikumokat használnak a közös kondenzátorokban. Általában minden, amire egy rádióamatőrnek szüksége van.
Alacsony szivárgási árammal, kis méretekkel, alacsony induktivitással rendelkeznek, és képesek nagy frekvencián, valamint egyenáramú, pulzáló és váltóáramú áramkörökben működni.
Sokféle üzemi feszültségben és kapacitásban gyártják: 2-től 20 000 pF-ig, és a kiviteltől függően akár 30 kV feszültséget is kibírnak. De leggyakrabban kerámia kondenzátorokat talál 50 V-ig terjedő üzemi feszültséggel.
Őszintén szólva nem tudom, hogy most kiengedik-e őket. De korábban csillámot használtak dielektrikumként az ilyen kondenzátorokban. Maga a kondenzátor pedig egy csomag csillámlemezből állt, amelyekre mindkét oldalra lemezt tettek fel, majd az ilyen lemezeket „csomagba” gyűjtötték és tokba csomagolták.
Jellemzően több ezer és több tízezer pikoforad kapacitásúak voltak, és 200 V és 1500 V közötti feszültségtartományban működtek.
Papír kondenzátorok
Az ilyen kondenzátorok dielektrikumként kondenzátorpapírt, lemezként alumíniumcsíkokat tartalmaznak. Hosszú alufóliacsíkokat, amelyek közé egy papírcsíkot helyeznek, feltekerjük és egy házba csomagoljuk. Ez a trükk.
Az ilyen kondenzátorok kapacitása több ezer pikoforadtól 30 mikroforadig terjed, és 160 és 1500 V közötti feszültségnek ellenállnak.
A pletykák szerint ma már az audiofilek nagyra értékelik őket. Nem vagyok meglepve - egyoldalas vezetékeik is vannak...
Elvileg közönséges kondenzátorok poliészterrel, mint dielektrikummal. A kapacitások tartománya 1 nF és 15 mF között van 50 V és 1500 V közötti üzemi feszültség mellett.
Az ilyen típusú kondenzátoroknak két tagadhatatlan előnye van. Először is nagyon kis, mindössze 1%-os tűréshatárral készíthetők. Tehát, ha azt írja ki, hogy 100 pF, akkor a kapacitása 100 pF +/- 1%. A második pedig az, hogy üzemi feszültségük elérheti a 3 kV-ot (és a kapacitásuk 100 pF-től 10 mF-ig)
Elektrolit kondenzátorok
Ezek a kondenzátorok abban különböznek az összes többitől, hogy csak egyenáramú vagy pulzáló áramkörhöz csatlakoztathatók. Polárisak. Van egy plusz és egy mínusz. Ez a kialakításuknak köszönhető. És ha egy ilyen kondenzátort fordítva kapcsolnak be, akkor nagy valószínűséggel megduzzad. És előtte szintén vidáman, de nem biztonságosan robbantak fel. Vannak alumíniumból és tantálból készült elektrolit kondenzátorok.
Az alumínium elektrolitkondenzátorokat szinte papírkondenzátorokhoz hasonlítják, azzal a különbséggel, hogy az ilyen kondenzátor lemezei papír és alumínium szalagok. A papírt elektrolittal impregnálják, és vékony oxidréteget visznek fel az alumíniumszalagra, amely dielektrikumként működik. Ha egy ilyen kondenzátorra váltakozó áramot vezet, vagy visszafordítja a kimeneti polaritásokra, az elektrolit felforr, és a kondenzátor meghibásodik.
Az elektrolit kondenzátorok meglehetősen nagy kapacitással rendelkeznek, ezért gyakran használják őket például egyenirányító áramkörökben.
Valószínűleg ennyi. A színfalak mögött polikarbonátból, polisztirolból és valószínűleg sok más típusú dielektrikummal ellátott kondenzátorok maradtak. De szerintem ez felesleges lesz.
Folytatás következik...
A második részben a kondenzátorok tipikus felhasználási területeire kívánok példákat mutatni.
