Odkryj istotną rolę kondensatorów w obwodach elektronicznych: poznaj ich odmiany, zastosowania i znaczenie w zarządzaniu energią.
Kondensator - definicje i przegląd
Kondensator to jedno z najważniejszych urządzeń pasywnych, które jest w stanie magazynować energię elektryczną. Jest to urządzenie z dwoma terminalami. Pojemność jest znany jako efekt kondensatora.
Starożytne formy kondensatorów zostały opracowane w 1704 roku. Europejski eksperyment odkrył wtedy, że ładunek elektryczny może być przechowywany w szklance wypełnionej wodą. Później w 1745 r. Ewald Georg z Niemiec odkrył, że szeregowo połączone generatory elektrostatyczne wysokiego napięcia mogą magazynować tę ilość. Wcześniej kondensatory były znane jako kondensatory lub kondensatory. Alessandro Volta ukuł ten termin w 1782 roku. Termin kondensator powstał w 1926 roku.
Istnieje wiele rodzajów kondensatorów. Kondensatory mają co najmniej dwa przewodniki w postaci metalowej płaskiej powierzchni oddzielonej materiałem dielektrycznym. Przewodnik może być elektrolitem, folią, cienką warstwą itp., A nieprzewodzący jest substancją dielektryczną, zwiększającą pojemność ładunkową kondensatora. Materiały takie jak - powietrze, folia z tworzywa sztucznego, papier, mika, ceramika są używane jako dielektryk dla kondensatora.
Kiedy zewnętrzne napięcie jest przyłożone do końcówek kondensatora, w materiale dielektrycznym wytwarzane jest pole elektryczne. W ten sposób na jednej płytce gromadzony jest ładunek dodatni, a na innej wadze ujemny. Kondensatory są używane w prawie każdym obwodzie elektrycznym i elektronicznym. Różnica między rezystorem a kondensatorem polega na tym, że rezystor rozprasza energię, podczas gdy idealny kondensator nie.
teoria operacji
Jak wspomniano wcześniej, kondensator ma dwa przewodniki oddzielone medium dielektrycznym. Kondensator działa na zasadzie prawa Coulomba. Prawo Coulomba mówi, że -
W ten sposób ładunek na jednym przewodniku wytworzy siłę na nośniku drugiego przewodnika, który dodatkowo przyciąga ładunki o przeciwnej polaryzacji i marszczy ten sam rodzaj ładunków. W ten sposób na powierzchni drugiego przewodnika indukowany jest ładunek o przeciwnej biegunowości.
Oba przewodniki posiadają równą ilość ładunków, a materiał dielektryczny wytwarza pole elektryczne.
Pojemność i jednostki pojemności:
Pojemność standardowego kondensatora jest definiowana jako stosunek ładunku do przewodnika do napięcia przewodników.
C = Q/V
C to pojemność, Q to ładunek na powierzchni każdego przewodnika, a V to napięcie między dwoma przewodnikami.
Jednostką pojemności w układzie SI jest - Farad (F).
Jedna pojemność Farada jest definiowana jako ilość pojemności, jaką kondensator może wygenerować, jeśli jeden kulomb ładunku zostanie przyłożony do każdego przewodnika o napięciu jednego wolta.
W praktycznych urządzeniach pojemność jest wyrażana wzorem –
C = dQ / dV
* Większość kondensatorów dostępnych na rynku ma pojemność w zakresie mikro-faradu.
Kondensator może zachowywać się inaczej w różnych momentach, jeśli zostanie umieszczony w aktywnym obwodzie elektrycznym. Jego zachowanie charakteryzuje się długim i krótkim limitem czasu.
Długotrwały odpowiednik kondensatora działa jak konfiguracja z otwartym obwodem (brak przepływu prądu).
Krótkotrwały odpowiednik kondensatorów działa jak konfiguracja zwarciowa.
V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t I (τ) dτ] + V (t0)
Biorąc derywaty, otrzymujemy -
I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]
Symbol kondensatora
Dostępne są różne rodzaje kondensatorów. Istnieją również różne typy symboli, które je reprezentują. Niektóre z nich przedstawiono poniżej za pomocą diagramów. Są bardzo przydatne do opisu obwodu.
Kondensator w obwodzie prądu stałego
Omówmy obwód prądu stałego, w którym kondensator i rezystor są połączone szeregowo ze źródłem stałego napięcia - V0.
Załóżmy, że kondensator był wcześniej rozładowany, a otwarty przełącznik jest zamknięty w czasie t0.
Na podstawie prawa napięcia Kirchhoffa możemy napisać -
Vo = VR (t) + VC (T)
VR (t) jest napięciem na rezystorze „R” w chwili „t” i V.C (t) to zmierzone napięcie na kondensatorze obwodu w chwili t.
Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t I (τ) dτ]
Biorąc pochodną po obu stronach, otrzymujemy -
RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0
W chwili t, powiedzmy, że jest to zero. Napięcie rezystora wynosi Vo, a kondensatora zero.
W tym czasie prąd wynosiłby - Io = Vo / R.Teraz rozwiązując równania różniczkowe -
I (t) = (Vo / R) * e (-t / τ0)
V (t) = Vo (1 - e (-t / τ0))
τ0 = RC.
Nazywa się to „stałą czasową” obwodu.
Kondensator w obwodzie prądu przemiennego
W obwodzie prądu przemiennego kondensator wytwarza impedancję, która jest sumą wektorów rezystancji i reaktancji. Impedancje i reaktancja kondensatora są podane za pomocą następujących wyrażeń.
Reaktancja = X = - 1 / ωC = - 1 / 2πfC
Impedancja = Z = 1 / jωC = - j / ωC = -j / 2πfC
Tutaj ω jest częstotliwość kątowa; j jest jednostką urojoną.
Impedancja zależy odwrotnie od pojemności. Zwiększenie pojemności i częstotliwości powoduje spadek impedancji i odwrotnie.
Współczynnik Q:
Współczynnik Q lub współczynnik jakości kondensatora jest definiowany jako stosunek reaktancji do jego rezystancji. Współczynnik q jest miarą wydajności. Wzór można zapisać jako -
Q = Xc / R = 1 / CR
ω to częstotliwość kątowa, C to pojemność kondensatora, Xc to reaktancja, a R to równoważna rezystancja.
Kondensator szeregowo
Schemat przedstawia kondensatory w połączeniu szeregowym. Pokazuje, że odległość separacji jest sumowana zamiast powierzchni płyty. Szereg pojemności działa jak kondensator mniej niż którykolwiek z jego składników.
Równoważna pojemność danego połączenia wynosi -
1 / Ceq = ∑ 1 / doi = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn
Kondensatory równolegle
Schemat przedstawia kondensatory połączone równolegle. Do każdego kondensatora przykładane jest równe napięcie. Tutaj pojemności kondensatorów są sumowane. Połączenie pojemności działa jak sumator.
Równoważna pojemność wynosi -
Ceq = ∑ Ci = C1 + C.2 +… + Cn
Rodzaje kondensatorów
Istnieje ogromna liczba typów kondensatorów dostępnych na rynku w oparciu o liczne parametry klasyfikacyjne. Rodzaj materiału dielektrycznego, opakowanie urządzenia i konstrukcja płyt to tylko niektóre z czynników decydujących o klasyfikacji typów kondensatorów.
Materiał dielektryczny
Prawie każdy typ kondensatora zawiera substancję dielektryczną. Substancje dielektryczne są umieszczane między dwoma przewodnikami, można zwiększyć pojemność ładowania. Najlepiej jest mieć materiał o wysokiej przenikalności elektrycznej lub wysokie napięcie przebicia jako substancję dielektryczną.
Dostępne są różne materiały dielektryczne, takie jak - papier, plastik, mika, ceramika, szkło, powietrze itp.
W oparciu o materiały dielektryczne, niektóre typy kondensatorów to -
Istnieją również inne typy, niektóre typy kondensatorów to -
- Kondensator zależny od napięcia
- Kondensator zależny od częstotliwości
- Kondensator równoległy
- Kondensator odsprzęgający
Zastosowania kondensatorów
Kondensatory są jednym z podstawowych urządzeń, które są wymagane w prawie każdym obwodzie elektrycznym. Ma liczne zastosowania w różnych dziedzinach. Niektóre z najważniejszych to -
Magazynowanie energii
Kondensator ma właściwość ładowania i rozładowywania. Może magazynować energię, gdy jest odłączony od źródła ładowania. Korzystając z tej właściwości, kondensatory mogą być używane jako bateria lub akumulator.
Superkondensatory mogą przyjmować i dostarczać ładunki szybciej niż typowe akumulatory i tolerują większą liczbę cykli ładowania i rozładowania niż standardowy akumulator. Ale jest bardziej obszerny.
Ilość ładunku zgromadzonego w warstwie dielektrycznej jest równa lub większa niż ładunek zgromadzony w płycie kondensatora.
Moc pulsacyjna
Kondensatory są używane w aplikacjach zasilania impulsowego. Stosowane są tu głównie grupy dużych, zbudowanych głównie kondensatorów wysokiego napięcia i niskiej indukcyjności.
Banki kondensatorów są również używane w zasilaczach do wytwarzania gładkich wyjść w prostowniku półfalowym lub pełnookresowym. Kondensatory rezerwowe mogą służyć do ładowania obwodów pomp.
Zastosowanie przemysłowe
Pomaga to bocznikować i ukrywać fluktuacje prądu ze źródła pierwotnego, aby zapewnić czyste zasilanie obwodów sterujących. Obwody audio również wykorzystują kilka kondensatorów.
Sprzęganie i odsprzęganie sygnału
Kondensatory przepuszczają sygnał AC, ale blokują sygnały DC. Dlatego kondensatory są używane do oddzielania obwodów prądu przemiennego. Proces ten jest określany jako - sprzężenie AC lub „sprzężenie pojemnościowe”.
Kondensator odsprzęgający chroni jeden obszar obwodu od drugiego. Stosowane są w uziemieniach zasilających. Są one również znane jako kondensatory obejściowe. Kondensatory odsprzęgające znajdują zastosowanie w polaryzacji tranzystorów.
Pamięć
Dynamiczne pamięci cyfrowe dla komputerów binarnych można wykonać za pomocą kondensatorów.
50 MCQ z kondensatorami odpowiedzi. Kliknij tutaj!
Cześć, jestem Sudipta Roy. Zrobiłem B. Tech w elektronice. Jestem entuzjastą elektroniki i obecnie zajmuję się dziedziną elektroniki i komunikacji. Interesuję się nowoczesnymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe. Moje teksty skupiają się na dostarczaniu dokładnych i aktualnych danych wszystkim uczniom. Pomaganie komuś w zdobywaniu wiedzy sprawia mi ogromną przyjemność.
Połączmy się poprzez LinkedIn –
