Kondenzator je ena najpogosteje uporabljenih elektronskih komponent. V sebi lahko shranjuje energijo v obliki električnega naboja, ki ustvarja statično napetost (potencialno razliko) na svojih ploščah. Preprosto, kondenzator je podoben majhni bateriji za ponovno polnjenje. Kondenzator je le kombinacija dveh prevodnih ali kovinskih plošč, postavljenih vzporedno, in sta električno ločena z dobro izolacijsko plastjo (imenovano tudi dielektrična), ki je sestavljena iz voščenega papirja, sljude, keramike, plastike itd.
Obstaja veliko aplikacij kondenzatorja v elektroniki, nekateri med njimi so navedeni spodaj:
- Shranjevanje energije
- Kondicioniranje moči
- Popravek faktorja moči
- Filtracija
- Oscilatorji
Bistvo je, kako deluje kondenzator ? Ko na kondenzator priključite napajalnik, blokira enosmerni tok zaradi izolacijske plasti in omogoči prisotnost napetosti na ploščah v obliki električnega naboja. Torej veste, kako deluje kondenzator in kakšna je njegova uporaba ali uporaba, vendar se morate tega naučiti, kako uporabljati kondenzator v elektronskih vezjih.
Kako povezati kondenzator v elektronsko vezje?
Tukaj vam bomo s primeri prikazali povezave kondenzatorja in učinek zaradi tega.
- Kondenzator v seriji
- Kondenzator v vzporednem
- Kondenzator v izmeničnem krogu
Kondenzator v serijskem vezju
V vezju, ko zaporedno priključite kondenzatorje, kot je prikazano na zgornji sliki, se skupna kapacitivnost zmanjša. Tok skozi kondenzatorje v seriji je enak (tj. I T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Zato je naboj, ki ga shranjujejo kondenzatorji, tudi enak (tj. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), ker naboj, ki ga hrani plošča katerega koli kondenzatorja, prihaja s plošče sosednjega kondenzatorja v vezju.
Z uporabo Kirchhoffovega napetostnega zakona (KVL) v vezju imamo
V T = V C1 + V C2 + V C3 … enačba (1)
Kot vemo, Q = CV Torej, V = Q / C
Kje je V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Zdaj, ko zgornje vrednosti damo v enačbo (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Za n števila kondenzatorjev v seriji bo enačba enaka
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Zato je zgornja enačba enačba serijskih kondenzatorjev.
Kje, C T = skupna kapacitivnost vezja
C 1 … n = kapacitivnost kondenzatorjev
Enačba kapacitivnosti za dva posebna primera je določena spodaj:
Primer I: če sta dva kondenzatorja zaporedoma, bo kapacitivnost z različno vrednostjo izražena kot:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Ali, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… enačba (2)
Primer II: če sta dva kondenzatorja zaporedno, bo z enako vrednostjo kapacitivnost izražena kot:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Ali, C T = C / 2
Primer za serijsko vezje kondenzatorja:
V spodnjem primeru vam bomo pokazali, kako izračunati skupno kapacitivnost in posamezen efektivni padec napetosti na vsakem kondenzatorju.
Glede na zgornji diagram vezja sta dva kondenzatorja povezana zaporedno z različnimi vrednostmi. Torej je tudi padec napetosti na kondenzatorjih neenakomeren. Če priključimo dva kondenzatorja z enako vrednostjo, je tudi padec napetosti enak.
Zdaj bomo za skupno vrednost kapacitivnosti uporabili formulo iz enačbe (2)
Torej, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Tu je C 1 = 4,7uf in C 2 = 1uf C T = (4,7uf * 1uf) / (4,7uf + 1uf) C T = 4,7uf / 5,7uf C T = 0,824uf
Zdaj je padec napetosti na kondenzatorju C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824uf / 4,7uf) * 12 VC 1 = 2,103V
Zdaj je padec napetosti na kondenzatorju C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Kondenzator v vzporednem vezju
Ko vzporedno priključite kondenzatorje, bo skupna kapacitivnost enaka vsoti vseh kapacitivnosti kondenzatorjev. Ker je zgornja plošča vseh kondenzatorjev povezana skupaj, spodnja pa tudi. Tako se z dotikanjem poveča tudi efektivna površina plošče. Zato je kapacitivnost sorazmerna razmerju med površino in razdaljo.
Z uporabo Kirchhoffovega sedanjega zakona (KCL) v zgornjem krogu, i T = i 1 + i 2 + i 3
Kot vemo, se tok skozi kondenzator izraža kot;
i = C (dV / dt) Torej, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) In, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… enačba (3)
Iz enačbe (3) je enačba vzporedne kapacitivnosti:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Za n števila vzporedno priključenih kondenzatorjev je zgornja enačba izražena kot:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Primer vzporednega vezja kondenzatorja
V spodnjem vezju so trije vzporedno priključeni kondenzatorji. Ker so ti kondenzatorji povezani vzporedno, bo enakovredna ali skupna kapacitivnost enaka vsoti posamezne kapacitivnosti.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Kadar C 1 = 4.7uf; C 2 = 1 uf in C 3 = 0,1 uf Torej, C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5,8 uf
Kondenzator v izmeničnih tokokrogih
Ko je kondenzator priključen na enosmerni tok, se kondenzator začne počasi polniti. In če je polnilna trenutna napetost kondenzatorja enaka napajalni napetosti, je rečeno, da je popolnoma napolnjena. V tem stanju kondenzator deluje kot vir energije, dokler deluje napetost. Kondenzatorji tudi ne dovolijo, da tok skozi njega preide, ko se popolnoma napolni.
Kadar koli se kondenzatorju napaja izmenična napetost, kot je prikazano zgoraj zgolj kapacitivni tokokrog. Nato se kondenzator neprekinjeno polni in prazni na vsako novo napetostno stopnjo (polni se na pozitivni napetosti in prazni na negativni napetosti). Kapaciteta kondenzatorja v izmeničnih tokokrogih je odvisna od frekvence vhodne napetosti, dovedene v vezje. Tok je neposredno sorazmeren s hitrostjo spremembe napetosti, ki se nanaša na vezje.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fazorski diagram kondenzatorja v izmeničnem krogu
Kot vidite fazorski diagram za izmenični kondenzator na spodnji sliki, sta tok in napetost predstavljena v sinusnem valovanju. Pri opazovanju je pri 0⁰ polnilni tok največji, ker napetost enakomerno narašča v pozitivno smer.
Zdaj pri 90⁰ skozi kondenzator ne teče toka, ker napajalna napetost doseže največjo vrednost. Pri 180⁰ napetost začne počasi padati na nič, tok pa doseže največjo vrednost v negativni smeri. In ponovno polnjenje doseže najvišjo vrednost pri 360⁰, ker je napajalna napetost na najnižji vrednosti.
Iz zgornje valovne oblike torej lahko opazimo, da tok vodi napetost za 90⁰. Torej lahko rečemo, da izmenična napetost zaostaja za 90itor v idealnem kondenzatorskem vezju.
Reaktanca kondenzatorja (Xc) v izmeničnem krogu
Upoštevajte zgornji diagram vezja, saj vemo, da je vhodna napetost AC izražena kot, V = V m Sin mas
In polnjenje kondenzatorja Q = CV, Torej, Q = CV m Sin wt
In tok skozi kondenzator, i = dQ / dt
Torej, 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) pri, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 torej, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Kot vemo, je w = 2πf
Torej, Kapacitivni reaktanc (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Primer kapacitivnega odziva v izmeničnem krogu
diagram
Upoštevajmo vrednost C = 2,2uf in napajalno napetost V = 230V, 50Hz
Zdaj je kapacitivni reaktanc (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Tukaj je C = 2,2 uf in f = 50 Hz Torej, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm