Кондензаторът е един от най-използваните електронни компоненти. Той има способността да съхранява енергия вътре в себе си под формата на електрически заряд, произвеждащ статично напрежение (потенциална разлика) в плочите си. Просто кондензаторът е подобен на малка акумулаторна батерия. Кондензаторът е просто комбинация от две проводящи или метални плочи, разположени успоредно, и са електрически разделени от добър изолационен слой (наричан още Dielectric), съставен от восъчна хартия, слюда, керамика, пластмаса и др
Има много приложения на кондензатор в електрониката, някои от тях са изброени по-долу:
- Енергиен запас
- Кондициониране на мощността
- Корекция на фактора на мощността
- Филтрация
- Осцилатори
Въпросът е как работи кондензаторът ? Когато свържете захранването към кондензатора, той блокира постояннотоковия ток поради изолационния слой и позволява напрежението да присъства през плочите под формата на електрически заряд. И така, вие знаете как работи кондензаторът и какви са неговите приложения или приложения, но трябва да научите това как да използвате кондензатор в електронни схеми.
Как да свържа кондензатор в електронна схема?
Тук ще ви покажем връзките на кондензатор и ефекта, дължащ се на него, с примери.
- Кондензатор в серия
- Кондензатор в паралел
- Кондензатор в AC верига
Кондензатор в серийна верига
В схема, когато свързвате кондензатори последователно, както е показано на горното изображение, общият капацитет намалява. Токът през последователни кондензатори е равен (т.е. i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Следователно зарядът, съхраняван от кондензаторите, също е един и същ (т.е. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), тъй като зарядът, съхраняван от плоча на всеки кондензатор, идва от плочата на съседния кондензатор във веригата.
Прилагайки Закона за напрежението на Kirchhoff (KVL) във веригата, имаме
V T = V C1 + V C2 + V C3 … уравнение (1)
Както знаем, Q = CV И така, V = Q / C
Където, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Сега, при поставяне на горните стойности в уравнението (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
За n брой кондензатори последователно уравнението ще бъде
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Следователно горното уравнение е уравнение на серийните кондензатори.
Къде, C T = Общ капацитет на веригата
C 1 … n = капацитет на кондензаторите
Уравнението на капацитета за два специални случая е определено по-долу:
Случай I: ако има два кондензатора последователно, с различна стойност, капацитетът ще бъде изразен като:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Или, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… уравнение (2)
Случай II: ако има два кондензатора последователно, със същата стойност капацитетът ще бъде изразен като:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Или, C T = C / 2
Пример за верига на кондензатор от серия:
Сега, в примера по-долу ще ви покажем как да изчислите общия капацитет и индивидуалното средно-ефективно средно напрежение във всеки кондензатор.
Както е посочено в горната схема, има два кондензатора, свързани последователно с различни стойности. Така че, спадът на напрежението в кондензаторите също е неравен. Ако свържем два кондензатора с еднаква стойност, спадът на напрежението също е еднакъв.
Сега, за общата стойност на капацитета ще използваме формулата от уравнение (2)
И така, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Тук, C 1 = 4.7uf и C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Сега спадът на напрежението в кондензатора C 1 е:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Сега спадът на напрежението в кондензатора C 2 е:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
Кондензатор в паралелна верига
Когато паралелно свързвате кондензатори, тогава общият капацитет ще бъде равен на сумата от капацитета на всички кондензатори. Тъй като горната плоча на всички кондензатори са свързани заедно, а долната плоча също. Така че, като се докосват един друг, ефективната площ на плочата също се увеличава. Следователно, капацитетът е пропорционален на съотношението на площ и разстояние.
Чрез прилагане на настоящия закон на Kirchhoff (KCL) в горната схема, i T = i 1 + i 2 + i 3
Както знаем, токът през кондензатор се изразява като;
i = C (dV / dt) И така, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) И, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… уравнение (3)
От уравнение (3) уравнението за паралелен капацитет е:
C T = C 1 + C 2 + C 3
За n брой паралелно свързани кондензатори горното уравнение се изразява като:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Пример за паралелна кондензаторна верига
В схемата по-долу има три кондензатора, свързани паралелно. Тъй като тези кондензатори са свързани паралелно, еквивалентният или общият капацитет ще бъде равен на сумата от индивидуалния капацитет.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Къде, C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uf и C 3 = 0.1uf Така че, C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
Кондензатор в променливотокови вериги
Когато кондензатор е свързан към DC захранване, кондензаторът започва бавно да се зарежда. И когато напрежението на зареждащия ток на кондензатор е равно на захранващото напрежение, се казва, че е напълно заредено. Тук при това състояние кондензаторът работи като източник на енергия, стига да е приложено напрежение. Също така кондензаторите не позволяват на тока да премине през него, след като се зареди напълно.
Винаги, когато към кондензатора се подава променливо напрежение, както е показано в горната чисто капацитивна верига. След това кондензаторът се зарежда и разрежда непрекъснато до всяко ново ниво на напрежение (зарежда се на положително ниво на напрежение и се разрежда на отрицателно ниво на напрежение). Капацитетът на кондензатора в променливотоковите вериги зависи от честотата на входното напрежение, подавано към веригата. Токът е право пропорционален на скоростта на промяна на напрежението, приложено към веригата.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Фазова диаграма за кондензатор в променлив ток
Както виждате фазовата диаграма за променлив кондензатор на изображението по-долу, токът и напрежението са представени в синусоида. При наблюдение, при 0⁰ токът на зареждане е на върховата си стойност, тъй като напрежението постоянно се увеличава в положителна посока.
Сега, при 90⁰ няма токов поток през кондензатора, защото захранващото напрежение достига максималната стойност. При 180⁰ напрежението започва бавно да намалява до нула и токът да достигне максимална стойност в отрицателна посока. И отново зареждането достига своята пикова стойност при 360⁰, тъй като захранващото напрежение е на минималната си стойност.
Следователно, от горната форма на вълната можем да забележим, че токът води напрежението с 90⁰. Така че, можем да кажем, че променливотоковото напрежение изостава с тока с 90⁰ в идеална кондензаторна верига.
Реактивност на кондензатора (Xc) в AC верига
Помислете за горната електрическа схема, тъй като знаем, че променливото входно напрежение се изразява като, V = V m Sin тегл
И, кондензаторен заряд Q = CV, И така, Q = CV m Sin wt
И ток през кондензатор, i = dQ / dt
Така, 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) при, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 следователно, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Както знаем, w = 2πf
Така, Капацитивен реактант (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Пример за капацитивно реактивно съпротивление в AC верига
диаграма
Нека разгледаме стойността на C = 2.2uf и захранващото напрежение V = 230V, 50Hz
Сега, Капацитивната реактивност (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Тук, C = 2.2uf и f = 50Hz И така, Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446.86 ома