En kondensator er en af de mest anvendte elektroniske komponenter. Den har evnen til at lagre energi inde i den i form af en elektrisk ladning, der producerer en statisk spænding (potentialforskel) på tværs af dens plader. Simpelthen ligner en kondensator et lille genopladeligt batteri. En kondensator er kun en kombination af to ledende eller metalplader, der er placeret parallelle, og er elektrisk adskilt af godt isolerende lag (også kaldet dielektrisk), der består af vokspapir, glimmer, keramik, plast osv
Der er mange anvendelser af en kondensator i elektronik, nogle af dem er anført nedenfor:
- Energilagring
- Strømkonditionering
- Effektfaktorkorrektion
- Filtrering
- Oscillatorer
Nu er pointen, hvordan en kondensator fungerer ? Når du slutter strømforsyningen til kondensatoren, blokerer den jævnstrømmen på grund af isolerende lag og tillader, at der er en spænding på tværs af pladerne i form af elektrisk ladning. Så du ved, hvordan en kondensator fungerer, og hvad er dens anvendelser eller anvendelse, men du er nødt til at lære, hvordan man bruger en kondensator i elektroniske kredsløb.
Sådan tilsluttes en kondensator i elektronisk kredsløb?
Her vil vi demonstrere forbindelserne til en kondensator og effekt på grund af det med eksempler.
- Kondensator i serie
- Kondensator i parallel
- Kondensator i vekselstrømskreds
Kondensator i seriekredsløb
I et kredsløb, når du tilslutter kondensatorer i serie som vist i ovenstående billede, reduceres den samlede kapacitans. Strømmen gennem kondensatorer i serie er lig (dvs. i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Derfor er den lagrede ladning af kondensatorerne er også den samme (dvs. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), fordi lagrede ladning af en plade af enhver kondensator kommer fra pladen af tilstødende kondensator i kredsløbet.
Ved at anvende Kirchhoffs spændingslov (KVL) i kredsløbet har vi det
V T = V C1 + V C2 + V C3… ligning (1)
Som vi ved, Q = CV Så, V = Q / C.
Hvor V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Nu ved at sætte ovenstående værdier i ligningen (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
For n antal kondensatorer i serie vil ligningen være
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Derfor er ovenstående ligning seriekondensatorligningen.
Hvor, C T = kredsløbets samlede kapacitans
C 1 … n = Kondensatorkapacitans
Kapacitansligning for to specielle tilfælde bestemmes nedenfor:
Tilfælde I: hvis der er to kondensatorer i serie, med forskellig værdi udtrykkes kapacitansen som:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Eller, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… ligning (2)
Tilfælde II: hvis der er to kondensatorer i serie, med samme værdi udtrykkes kapacitansen som:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Eller C T = C / 2
Eksempel på seriekondensatorkredsløb:
Nu, i nedenstående eksempel, viser vi dig, hvordan du beregner den samlede kapacitans og individuelle rms spændingsfald over hver kondensator.
Som i ovenstående kredsløbsdiagram er der to kondensatorer forbundet i serie med forskellige værdier. Så spændingsfaldet over kondensatorerne er også ulige. Hvis vi forbinder to kondensatorer med samme værdi, er spændingsfaldet også det samme.
Nu, for den samlede værdi af kapacitans, bruger vi formlen fra ligning (2)
Så, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Her er C 1 = 4,7 u og C 2 = 1 u C T = (4,7 u * 1 u) / (4,7 u + 1 u) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Nu er spændingsfald over kondensatoren C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Nu er spændingsfald over kondensatoren C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Kondensator i parallel kredsløb
Når du tilslutter kondensatorer parallelt, vil den samlede kapacitans være lig med summen af al kondensatorkapacitansen. Fordi den øverste plade på alle kondensatorerne er forbundet sammen, og bundpladen også. Så ved at røre ved hinanden øges det effektive pladeareal også. Derfor er kapacitansen proportional med forholdet mellem Areal og afstand.
Ved at anvende Kirchhoffs nuværende lov (KCL) i ovenstående kredsløb, i T = i 1 + i 2 + i 3
Som vi kender strøm gennem en kondensator, udtrykkes det som;
i = C (dV / dt) Så, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Og, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… ligning (3)
Fra ligning (3) er ligningen med parallel kapacitans:
C T = C 1 + C 2 + C 3
For n antal kondensatorer, der er forbundet parallelt, udtrykkes ovenstående ligning som:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Eksempel på parallel kondensatorkredsløb
I nedenstående kredsløbsdiagram er der tre kondensatorer forbundet parallelt. Da disse kondensatorer er forbundet parallelt, vil den ækvivalente eller totale kapacitans være lig med summen af den individuelle kapacitans.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Når C 1 = 4.7uF; C 2 = 1uF og C 3 = 0.1UF Så C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5.8uf
Kondensator i vekselstrømskredse
Når en kondensator er tilsluttet jævnstrømsforsyning, begynder kondensatoren at oplades langsomt. Og når en kondensatorens ladestrømsspænding er lig med forsyningsspændingen, siges det at den er fuldt opladet. I denne tilstand fungerer kondensatoren som en energikilde, så længe der tilføres spænding. Kondensatorer tillader heller ikke strømmen at passere gennem den, efter at den er fuldt opladet.
Når der tilføres vekselspænding til kondensatoren som vist i ovenstående rent kapacitive kredsløb. Derefter oplades og aflades kondensatoren kontinuerligt til hvert nyt spændingsniveau (afgifter på positivt spændingsniveau og afladning på negativt spændingsniveau). Kondensatorens kapacitans i vekselstrømskredse afhænger af frekvensen af den indgangsspænding, der tilføres kredsløbet. Strømmen er direkte proportional med ændringshastigheden for spænding, der påføres kredsløbet.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fasordiagram for kondensator i AC-kredsløb
Som du ser fasediagrammet for vekselstrømskondensator i nedenstående billede, er strøm og spænding repræsenteret i sinusbølge. Når man observerer, er ladestrømmen ved 0⁰ på sit højeste niveau på grund af, at spændingen støt stiger i positiv retning.
Nu, ved 90⁰, er der ingen strøm gennem kondensatoren, fordi forsyningsspændingen når den maksimale værdi. Ved 180⁰ falder spændingen langsomt til nul, og strømmen når til maksimumværdien i negativ retning. Og igen når opladningen op til sin maksimale værdi ved 360 ° på grund af forsyningsspændingen er ved sin minimumsværdi.
Derfor kan vi fra ovenstående bølgeform observere, at strømmen fører spændingen med 90⁰. Så vi kan sige, at vekselstrømsspændingen halter strømmen med 90 ° i et ideelt kondensatorkredsløb.
Kondensatorreaktans (Xc) i vekselstrømskredsløb
Overvej ovenstående kredsløbsdiagram, da vi ved, at AC-indgangsspænding udtrykkes som, V = V m Sin wt
Og kondensatoropladning Q = CV, Så Q = CV m Sin wt
Og strøm gennem en kondensator, i = dQ / dt
Så, 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) ved, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1, derfor er i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Som vi ved er w = 2πf
Så, Kapacitiv reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Eksempel på kapacitiv reaktans i AC-kredsløb
diagram
Lad os overveje værdien af C = 2.2uf og forsyningsspændingen V = 230V, 50Hz
Nu er den kapacitive reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Her, C = 2.2uf og f = 50Hz Så, Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10-6 Xc = 1446.86 ohm