Kondenzátor je jednou z nejpoužívanějších elektronických součástek. Má schopnost ukládat energii uvnitř, ve formě elektrického náboje produkujícího statické napětí (potenciální rozdíl) přes jeho desky. Jednoduše, kondenzátor je podobný malé dobíjecí baterii. Kondenzátor je pouze kombinace dvou vodivých nebo kovových desek umístěných rovnoběžně a je elektricky oddělena dobrou izolační vrstvou (nazývanou také dielektrikum) vyrobenou z voskovaného papíru, slídy, keramiky, plastu atd.
V elektronice existuje mnoho aplikací kondenzátoru, některé z nich jsou uvedeny níže:
- Úschovna energie
- Úprava energie
- Korekce účiníku
- Filtrace
- Oscilátory
Jde o to, jak funguje kondenzátor ? Když připojíte napájecí zdroj ke kondenzátoru, blokuje stejnosměrný proud v důsledku izolační vrstvy a umožní, aby na deskách bylo přítomno napětí ve formě elektrického náboje. Takže víte, jak kondenzátor funguje a jaké jsou jeho použití nebo aplikace, ale musíte se naučit, jak používat kondenzátor v elektronických obvodech.
Jak připojit kondenzátor v elektronickém obvodu?
Zde vám na příkladech ukážeme připojení kondenzátoru a jeho efekt.
- Kondenzátor v sérii
- Kondenzátor paralelně
- Kondenzátor v AC obvodu
Kondenzátor v sériovém obvodu
Když v obvodu zapojíte kondenzátory do série, jak je znázorněno na obrázku výše, celková kapacita se sníží. Proud přes kondenzátory v sérii je stejný (tj. I T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Proto je náboj uložený kondenzátory také stejný (tj. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), protože náboj uložený deskou jakéhokoli kondenzátoru pochází z desky sousedního kondenzátoru v obvodu.
Aplikováním Kirchhoffova zákona o napětí (KVL) v obvodu máme
V T = V C1 + V C2 + V C3 … rovnice (1)
Jak víme, Q = CV Takže, V = Q / C
V případě, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Nyní, když uvedeme výše uvedené hodnoty do rovnice (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Pro n počet kondenzátorů v sérii bude rovnice
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Výše uvedená rovnice je tedy rovnicí Series Capacitors.
Kde, C T = celková kapacita obvodu
C 1 … n = kapacita kondenzátorů
Níže je uvedena kapacitní rovnice pro dva speciální případy:
Případ I: pokud jsou v sérii dva kondenzátory, s různou hodnotou bude kapacita vyjádřena jako:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Nebo C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… rovnice (2)
Případ II: pokud jsou v sérii dva kondenzátory, se stejnou hodnotou bude kapacita vyjádřena jako:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C nebo C T = C / 2
Příklad obvodu sériového kondenzátoru:
Nyní vám v níže uvedeném příkladu ukážeme, jak vypočítat celkovou kapacitu a individuální efektivní pokles napětí na každém kondenzátoru.
Protože podle výše uvedeného schématu zapojení jsou dva kondenzátory zapojené do série s různými hodnotami. Pokles napětí na kondenzátorech je tedy také nerovný. Pokud připojíme dva kondenzátory se stejnou hodnotou, pokles napětí je také stejný.
Nyní pro celkovou hodnotu kapacity použijeme vzorec z rovnice (2)
Takže C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Zde 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
Nyní pokles napětí na kondenzátoru C 1 je:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824uf / 4,7uf) * 12 VC 1 = 2,103V
Nyní pokles napětí na kondenzátoru C 2 je:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Kondenzátor v paralelním obvodu
Když připojíte kondenzátory paralelně, celková kapacita se bude rovnat součtu kapacity všech kondenzátorů. Protože horní deska všech kondenzátorů je spojena dohromady a spodní deska také. Takže vzájemným dotykem se také zvětší efektivní plocha desky. Proto je kapacita úměrná poměru plochy a vzdálenosti.
Použitím Kirchhoffova současného zákona (KCL) ve výše uvedeném okruhu, i T = i 1 + i 2 + i 3
Jak víme, proud procházející kondenzátorem je vyjádřen jako;
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)… rovnice (3)
Z rovnice (3) je rovnice paralelní kapacity:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Pro n počet paralelně zapojených kondenzátorů je výše uvedená rovnice vyjádřena jako:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Příklad obvodu paralelního kondenzátoru
V níže uvedeném schématu zapojení jsou tři paralelně zapojené kondenzátory. Jelikož jsou tyto kondenzátory zapojeny paralelně, bude se ekvivalentní nebo celková kapacita rovnat součtu jednotlivých kapacit.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Kde, 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 AC obvodech
Když je kondenzátor připojen ke stejnosměrnému napájení, kondenzátor se začne pomalu nabíjet. A když se nabíjecí proud napětí kondenzátoru rovná napájecímu napětí, říká se, že je plně nabitý. Tady v tomto stavu kondenzátor pracuje jako zdroj energie, pokud je připojeno napětí. Kondenzátory také neumožňují průchod proudu po úplném nabití.
Kdykoli je na kondenzátor přiváděno střídavé napětí, jak je uvedeno výše v čistě kapacitním obvodu. Poté se kondenzátor nabíjí a vybíjí nepřetržitě na každou novou úroveň napětí (nabíjí se na kladné úrovni napětí a vybíjí se na záporné úrovni napětí). Kapacita kondenzátoru ve střídavých obvodech závisí na frekvenci vstupního napětí dodávaného do obvodu. Proud je přímo úměrný rychlosti změny napětí přiváděného do obvodu.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fázorové schéma pro kondenzátor v AC obvodu
Jak vidíte fázorový diagram pro AC kondenzátor na následujícím obrázku, proud a napětí jsou v sinusové vlně. Při pozorování je při 0 ° nabíjecí proud na své špičkové hodnotě z důvodu stabilního zvyšování napětí v kladném směru.
Nyní, při 90 °, kondenzátorem neprotéká žádný proud, protože napájecí napětí dosahuje maximální hodnoty. Při 180 ° začíná napětí pomalu klesat na nulu a proud dosahuje maximální hodnoty v záporném směru. A opět nabíjení dosáhne své maximální hodnoty 360 °, protože napájecí napětí je na minimální hodnotě.
Z výše uvedeného tvaru vlny tedy můžeme pozorovat, že proud vede napětí o 90⁰. Můžeme tedy říci, že střídavé napětí v ideálním kondenzátorovém obvodu zaostává za proudem o 90⁰.
Reaktance kondenzátoru (Xc) v AC obvodu
Zvažte výše uvedené schéma zapojení, protože víme, že střídavé vstupní napětí je vyjádřeno jako, V = V m Sin hm
A kondenzátorový náboj Q = CV, Takže Q = CV m Sin hm
A proud přes kondenzátor, i = dQ / dt
Tak, 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 tedy i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Jak víme, w = 2πf
Tak, Kapacitní reaktance (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Příklad kapacitní reaktance v AC obvodu
diagram
Uvažujme hodnotu C = 2,2uf a napájecí napětí V = 230V, 50Hz
Nyní kapacitní reaktance (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Zde C = 2,2 uf a f = 50 Hz Takže Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10-6 Xc = 1446,86 ohm