En kondensator är en av de mest använda elektroniska komponenterna. Den har förmågan att lagra energi inuti den, i form av en elektrisk laddning som producerar en statisk spänning (potentialskillnad) över dess plattor. Enkelt, liknar en kondensator ett litet uppladdningsbart batteri. En kondensator är bara en kombination av två ledande plattor eller metallplattor placerade parallellt och är elektriskt åtskilda av bra isolerande skikt (även kallat dielektrisk) som består av vaxat papper, glimmer, keramik, plast och etc.
Det finns många applikationer av en kondensator i elektronik, några av dem listas nedan:
- Energilagring
- Konditionering
- Effektfaktorkorrigering
- Filtrering
- Oscillatorer
Nu är poängen hur en kondensator fungerar ? När du ansluter strömförsörjningen till kondensatorn blockerar den likströmmen på grund av isolerande skikt och låter en spänning finnas över plattorna i form av elektrisk laddning. Så du vet hur en kondensator fungerar och vad är dess användningsområde eller applikation, men du måste lära dig hur man använder en kondensator i elektroniska kretsar.
Hur man ansluter en kondensator i elektronisk krets?
Här ska vi visa dig anslutningarna mellan en kondensator och effekt på grund av den med exempel.
- Kondensator i serie
- Kondensator parallellt
- Kondensator i AC-krets
Kondensator i seriekrets
I en krets, när du ansluter kondensatorer i serie som visas i bilden ovan, minskas den totala kapacitansen. Strömmen genom kondensatorer i serie är lika (dvs. i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Hence, är laddningen lagrad av kondensatorerna också samma (dvs Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), eftersom laddning lagrad genom en platta av varje kondensator kommer från plattan av intilliggande kondensator i kretsen.
Genom att tillämpa Kirchhoffs spänningslag (KVL) i kretsen har vi gjort det
V T = V C1 + V C2 + V C3… ekvation (1)
Som vi vet, Q = CV Så, V = Q / C.
Där, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Nu, när du placerar ovanstående värden i ekvationen (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
För n antal kondensatorer i serie kommer ekvationen att vara
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Därför är ovanstående ekvation seriekondensatorekvationen.
Där C T = kretsens totala kapacitans
C 1… n = Kondensatorns kapacitans
Kapacitansekvationen för två specialfall bestäms nedan:
Fall I: om det finns två kondensatorer i serie, med olika värde kommer kapacitansen att uttryckas som:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Eller, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… ekvation (2)
Fall II: om det finns två kondensatorer i serie, med samma värde kommer kapacitansen att uttryckas som:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Eller, C T = C / 2
Exempel på seriekondensatorkrets:
Nu, i nedanstående exempel, visar vi dig hur man beräknar total kapacitans och enskilda rms spänningsfall över varje kondensator.
Som i ovanstående kretsschema finns två kondensatorer anslutna i serie med olika värden. Så spänningsfallet över kondensatorerna är också ojämnt. Om vi ansluter två kondensatorer med samma värde är också spänningsfallet detsamma.
Nu, för det totala värdet på kapacitansen kommer vi att använda formeln från ekvation (2)
Så, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Här är C 1 = 4.7uf och C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Nu är spänningsfallet över kondensatorn C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Nu är spänningsfallet över kondensatorn C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Kondensator i parallell krets
När du ansluter kondensatorer parallellt kommer den totala kapacitansen att vara lika med summan av alla kondensatorernas kapacitans. Eftersom topplattan på alla kondensatorer är sammankopplade och bottenplattan också. Så genom att röra vid varandra ökar också den effektiva plattan. Därför är kapacitansen proportionell mot förhållandet mellan yta och avstånd.
Genom att tillämpa Kirchhoffs nuvarande lag (KCL) i ovanstående krets, i T = i 1 + i 2 + i 3
Som vi vet är ström genom en kondensator uttryckt som;
i = C (dV / dt) Så, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Och, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… ekvation (3)
Från ekvation (3) är Parallel Capacitance-ekvationen:
C T = C 1 + C 2 + C 3
För n antal kondensatorer anslutna parallellt uttrycks ovanstående ekvation som:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Exempel på parallell kondensatorkrets
I nedanstående kretsschema finns tre kondensatorer anslutna parallellt. Eftersom dessa kondensatorer är anslutna parallellt kommer ekvivalent eller total kapacitans att vara lika med summan av den enskilda kapacitansen.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Om, C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uF och C 3 = 0.1uf Så, C T = (4,7 1 + 0,1) uf C T = 5.8uf
Kondensator i växelströmskretsar
När en kondensator är ansluten till likströmsförsörjning börjar kondensatorn att ladda långsamt. Och när en kondensatorns laddningsspänning är lika med matningsspänningen sägs det vara fulladdat. Här fungerar kondensatorn i detta tillstånd som en energikälla så länge spänning tillförs. Kondensatorer tillåter inte att strömmen passerar genom den efter att den är fulladdad.
Närhelst AC-spänning matas till kondensatorn som visas i den rent kapacitiva kretsen ovan. Därefter laddar och laddar kondensatorn kontinuerligt till varje ny spänningsnivå (laddning på positiv spänningsnivå och urladdning på negativ spänningsnivå). Kondensatorns kapacitet i växelströmskretsar beror på frekvensen för ingångsspänningen som matas till kretsen. Strömmen är direkt proportionell mot hastigheten för förändring av spänningen som appliceras på kretsen.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fasordiagram för kondensator i AC-krets
Som du ser fasdiagrammet för växelströmskondensator i bilden nedan representeras ström och spänning i sinusvåg. Vid observationen är laddningsströmmen vid 0⁰ vid sitt toppvärde på grund av att spänningen ökar stadigt i positiv riktning.
Nu, vid 90⁰ finns inget strömflöde genom kondensatorn eftersom matningsspänningen når det maximala värdet. Vid 180⁰ minskar spänningen långsamt till noll och strömmen når maximalt värde i negativ riktning. Och återigen når laddningen sitt toppvärde vid 360 °, eftersom matningsspänningen är på sitt lägsta värde.
Därför kan vi från ovanstående vågform observera att strömmen leder spänningen med 90⁰. Så vi kan säga att växelspänningen fördröjer strömmen med 90 ° i en ideal kondensatorkrets.
Kondensatorreaktans (Xc) i växelströmskrets
Tänk på kretsschemat ovan, eftersom vi vet att växelströmsingången uttrycks som, V = V m Sin vikt
Och kondensatorladdning Q = CV, Så, Q = CV m Sin wt
Och ström genom 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) vid, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 följaktligen i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Som vi vet är w = 2πf
Så, Kapacitiv reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Exempel på kapacitiv reaktans i AC-krets
diagram
Låt oss betrakta värdet på C = 2.2uf och matningsspänningen V = 230V, 50Hz
Nu, den kapacitiva reaktansen (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Här, C = 2.2uf, och f = 50Hz Så, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm