Objevte zásadní roli kondenzátorů v elektronických obvodech: seznamte se s jejich variantami, aplikacemi a významem v řízení energie.
Kondenzátor - definice a přehled
Kondenzátor je jedno z nejdůležitějších pasivních zařízení, které je schopné akumulovat elektrickou energii. Jedná se o zařízení se dvěma terminály. kapacitní je známý jako účinek kondenzátoru.
Starověké formy kondenzátoru byly inovovány v roce 1704. Evropský experiment tehdy zjistil, že elektrický náboj lze rezervovat ve sklenici naplněné vodou. Později v roce 1745 Ewald Georg z Německa zjistil, že sériově zapojené vysokonapěťové elektrostatické generátory mohou toto množství ukládat. Dříve byly kondenzátory známé jako kondenzátory nebo kondenzátor. Alessandro Volta vytvořil tento termín v roce 1782. Termín kondenzátor vznikl v roce 1926.
Existuje spousta typů kondenzátorů. Kondenzátory mají alespoň dva vodiče ve formě kovového plochého povrchu odděleného dielektrickými materiály. Vodič může být elektrolyt, fólie, tenký film atd. Nevodič je dielektrická látka, což zvyšuje kapacitu kondenzátoru. Jako dielektrikum kondenzátoru se používají materiály jako vzduch, plastová fólie, papír, slída, keramika.
Když je na svorky kondenzátoru přivedeno vnější napětí, vytváří se přes dielektrický materiál elektrické pole. Kladný náboj se tedy shromažďuje na jedné destičce a záporné množství se shromažďuje na jiné stupnici. Kondenzátory se používají téměř v každém elektrickém a elektronickém obvodu. Rozdíl mezi odporem a kondenzátorem spočívá v tom, že odpor rozptyluje energii, zatímco ideální kondenzátor ne.
Teorie fungování
Jak již bylo zmíněno dříve, kondenzátor má dva vodiče oddělené dielektrickým médiem. Kondenzátor pracuje na principu Coulombova zákona. Coulombův zákon stanoví, že -
Náboj na jednom vodiči tedy bude generovat sílu na nosiči druhého vodiče, což dále přitahuje náboje s opačnou polaritou a vlní stejný typ nábojů. Takto je indukován náboj opačné polarity na povrchu druhého vodiče.
Oba vodiče drží stejné množství nábojů a dielektrický materiál rozvíjí elektrické pole.
Kapacita a kapacitní jednotky:
Kapacita standardního kondenzátoru je definována jako poměr náboje k vodiči k napětí vodičů.
C = Q/V
C je kapacita, Q je náboj na povrchu každého vodiče a V je napětí mezi dvěma vodiči.
Jednotka kapacity SI je dána - Farad (F).
Jedna Faradova kapacita je definována jako velikost kapacity, kterou může kondenzátor generovat, pokud je na každý vodič, který má jeden volt napětí, aplikován jeden coulomb náboje.
V praktických zařízeních je kapacita dána -
C = dQ/dV
* Většina kondenzátorů dostupných na trhu má kapacitu zazvoněnou v micro farad.
Kondenzátor se může chovat odlišně v různých dobách, pokud je umístěn v aktivním elektrickém obvodu. Jeho chování lze charakterizovat dlouhým a krátkým časovým limitem.
Dlouhodobá ekvivalence kondenzátoru funguje jako konfigurace otevřeného obvodu (neprochází žádný proud).
Krátkodobý ekvivalent kondenzátorů funguje jako zkratová konfigurace.
V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t I (τ) dτ] + V (t0)
Vezmeme-li deriváty, dostaneme -
I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]
Symbol kondenzátoru
K dispozici jsou různé druhy kondenzátorů. Jsou zde také různé typy symbolů, které je představují. Některé z nich jsou níže znázorněny pomocí diagramů. Jsou velmi užitečné k popisu obvodu.
Kondenzátor v DC obvodu
Pojďme diskutovat o DC obvodu, kde jsou kondenzátor a rezistor udržovány v sérii se zdrojem konstantního napětí - V0.
Předpokládejme, že kondenzátor byl dříve nenabitý a otevřený spínač je sepnut v čase t0.
Z Kirchhoffova zákona o napětí můžeme napsat -
Vo = VR (t) + VC (t)
VR (t) je napětí na rezistoru „R“ v čase „t“ a VC (t) je naměřené napětí na kondenzátoru obvodu v čase t.
Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t I (τ) dτ]
Vezmeme-li derivaci na obou stranách, dostaneme -
RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0
V čase t, řekněme tis nula. Napětí rezistoru je Vo a kondenzátoru je nula.
V té době by proud byl - Io = Vo / R. Nyní řešíme diferenciální rovnice -
I (t) = (Vo / R) * e (-t / τ0)
V (t) = Vo (1 - e (-t / τ0))
τ0 = RC.
Označuje se jako „Časová konstanta“ obvodů.
Kondenzátor v AC obvodu
V obvodu střídavého proudu kondenzátor produkuje impedanci, což je vektorový součet odporu a reaktance. Impedance a reaktance kondenzátoru jsou dány následujícími výrazy.
Reaktance = X = - 1 / ωC = - 1 / 2πfC
Impedance = Z = 1 / jωC = - j / ωC = -j / 2πfC
Zde je ω úhlová frekvence; j je imaginární jednotka.
Impedance nepřímo závisí na kapacitě. Zvýšení kapacity a frekvence způsobí snížení impedance a naopak.
Q faktor:
Faktor Q nebo faktor kvality kondenzátoru je definován jako poměr reaktance k jeho odporu. Faktor q je měřítkem účinnosti. Vzorec lze zapsat jako -
Q = Xc / R = 1 / coCR
ω je úhlová frekvence, C je kapacita kondenzátoru, Xc je reaktance a R je ekvivalentní odpor.
Kondenzátor v sérii
Schéma představuje kondenzátory v sériovém zapojení. Ukazuje, že se oddělovací vzdálenost sečte místo plochy desky. Série kapacity funguje jako kondenzátor méně než kterákoli z jejích složek.
Ekvivalentní kapacita daného připojení je -
1 / Ceq = ∑ 1 / C.i = 1/C1 + 1 / C.2 +… + 1 / C.n
Kondenzátory paralelně
Schéma představuje kondenzátory v paralelním zapojení. Na každý kondenzátor je přivedeno stejné množství napětí. Zde se sčítají kapacity kondenzátorů. Připojení kapacity funguje jako sčítač.
Ekvivalentní kapacita je -
Ceq = ∑ C.i = C1 + C2 +… + C.n
Typy kondenzátorů
Na trhu je k dispozici enormní množství typů kondenzátorů na základě mnoha klasifikačních parametrů. Typ dielektrického materiálu, obal zařízení a struktura desek jsou některé z určujících faktorů pro klasifikaci typů kondenzátorů.
Dielektrický materiál
Téměř všechny typy kondenzátorů mají dielektrickou látku. Dielektrické látky jsou umístěny mezi dvěma vodiči, kapacita nabíjení může být zvýšena. Nejlepší je mít materiál s vysokou permitivitou nebo vysoké průrazné napětí jako dielektrickou látku.
K dispozici jsou různé dielektrické materiály jako - papír, plast, slída, keramika, sklo, vzduch atd.
Na základě dielektrických materiálů jsou některé typy kondenzátorů -
Existují také jiné typy, některé typy kondenzátorů jsou -
- Kondenzátor závislý na napětí
- Frekvenčně závislý kondenzátor
- Paralelní deskový kondenzátor
- Oddělovací kondenzátor
Aplikace kondenzátorů
Kondenzátory jsou jedním ze základních zařízení, která jsou vyžadována téměř pro každý elektrický obvod. Má četné aplikace v různých oblastech. Mezi nejdůležitější patří -
Zásobárna energie
Kondenzátor má vlastnost nabíjení a vybíjení. Dokáže ukládat energii, když je odpojen od zdroje nabíjení. Pomocí této vlastnosti lze kondenzátory použít jako baterii nebo dobíjecí baterii.
Superkondenzátory mohou přijímat a dodávat poplatky rychleji než běžné baterie a tolerovat významnější počet cyklů nabíjení a vybíjení než standardní dobíjecí baterie. Ale je to obsáhlejší.
Množství náboje uloženého v dielektrické vrstvě je stejné nebo větší než náboj nahromaděný na desce kondenzátoru.
Pulzní síla
Kondenzátory se používají v aplikacích s pulzním napájením. Používají se zde hlavně skupiny velkých, primárně konstruovaných vysokonapěťových a nízkoindukčních kondenzátorů.
Banky kondenzátorů se také používají v napájecích zdrojích k produkci hladkých výstupů v půlvlnném nebo plnovlnném usměrňovači. K nabíjení obvodů čerpadel lze použít rezervoárové kondenzátory.
průmyslové použití
To pomáhá odvrátit a skrýt výkyvy proudu z primárního zdroje, aby bylo zajištěno čisté napájení pro řídicí obvody. Zvukové obvody také používají několik kondenzátorů.
Spojení a oddělení signálu
Kondenzátory procházejí střídavým signálem, ale blokují stejnosměrné signály. Proto se při oddělování střídavých obvodů používají kondenzátory. Proces je rozpoznán jako - AC vazba nebo „kapacitní vazba“.
Oddělovací kondenzátor chrání jednu oblast obvodů před druhou. Používají se v napájecích zdrojích. Ty jsou také známé jako bypassový kondenzátor. Oddělovací kondenzátory mají aplikace v předpětí tranzistorů.
Memory
Dynamické digitální paměti pro binární počítače lze vytvářet pomocí kondenzátorů.
50 MCQ s kondenzátory odpovědí. Klikněte zde!
Ahoj, jsem Sudipta Roy. Udělal jsem B. Tech v elektronice. Jsem nadšenec do elektroniky a v současnosti se věnuji oboru Elektronika a komunikace. Mám velký zájem o objevování moderních technologií, jako je AI a strojové učení. Moje práce se věnují poskytování přesných a aktualizovaných údajů všem studentům. Pomáhat někomu při získávání znalostí mi přináší nesmírnou radost.
Spojme se přes LinkedIn –