En kondensator er en av de mest brukte elektroniske komponentene. Den har evnen til å lagre energi i den, i form av en elektrisk ladning som produserer en statisk spenning (potensiell forskjell) over platene. Rett og slett ligner en kondensator på et lite oppladbart batteri. En kondensator er bare en kombinasjon av to ledende eller metallplater som er parallelle, og er elektrisk adskilt av godt isolerende lag (også kalt Dielektrisk) som består av vokspapir, glimmer, keramikk, plast og etc.
Det er mange anvendelser av kondensator i elektronikk, noen av dem er oppført nedenfor:
- Energilagring
- Strømkondisjonering
- Kraftfaktorkorrigering
- Filtrering
- Oscillatorer
Nå er poenget hvordan en kondensator fungerer ? Når du kobler strømforsyningen til kondensatoren, blokkerer den likestrømmen på grunn av isolerende lag, og lar en spenning være tilstede over platene i form av elektrisk ladning. Så du vet hvordan en kondensator fungerer og hva er bruken eller bruken av den, men du må lære deg hvordan du bruker en kondensator i elektroniske kretser.
Hvordan koble en kondensator i elektronisk krets?
Her skal vi demonstrere tilkoblingene til en kondensator og effekten på grunn av den med eksempler.
- Kondensator i serie
- Kondensator i parallell
- Kondensator i AC-krets
Kondensator i seriekrets
I en krets, når du kobler kondensatorer i serie som vist på bildet ovenfor, reduseres den totale kapasitansen. Strømmen gjennom kondensatorer i serie er lik (dvs. i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Derfor er ladningen lagret av kondensatorene også den samme (dvs. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), fordi ladning lagret av en plate av en hvilken som helst kondensator kommer fra platen til tilstøtende kondensator i kretsen.
Ved å anvende Kirchhoffs Voltage Law (KVL) i kretsen, har vi det
V T = V C1 + V C2 + V C3… ligning (1)
Som vi vet, Q = CV Så, V = Q / C
Hvor, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C, 2; V C3 = Q / C 3
Nå, når du setter ovennevnte verdier i ligningen (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
For n antall kondensatorer i serie vil ligningen være
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Derfor er ovenstående ligning Series Capacitors Equation.
Hvor, C T = Total kapasitans for kretsen
C 1 … n = Kondensatorens kapasitans
Kapasitansligning for to spesielle tilfeller bestemmes nedenfor:
Tilfelle I: Hvis det er to kondensatorer i serie, med forskjellig verdi, vil kapasitansen uttrykkes 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)
Tilfelle II: hvis det er to kondensatorer i serie, med samme verdi vil kapasitansen uttrykkes som:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Eller, C T = C / 2
Eksempel på serie kondensatorkrets:
Nå, i eksemplet nedenfor, viser vi deg hvordan du beregner total kapasitans og individuell rms-spenningsfall over hver kondensator.
Som, i henhold til kretsdiagrammet ovenfor, er det to kondensatorer koblet i serie med forskjellige verdier. Så spenningsfallet over kondensatorene er også ulikt. Hvis vi kobler til to kondensatorer med samme verdi, er også spenningsfallet det samme.
Nå, for den totale verdien av kapasitans, bruker vi formelen fra ligning (2)
Så, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Her, C 1 = 4.7uf og C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
Nå er spenningsfall over kondensatoren C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Nå er spenningsfall over kondensatoren C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88V
Kondensator i parallell krets
Når du kobler kondensatorer parallelt, vil den totale kapasitansen være lik summen av kondensatorens kapasitans. Fordi topplaten på alle kondensatorene er koblet sammen og bunnplaten også. Så ved å berøre hverandre økes også det effektive plateområdet. Derfor er kapasitansen proporsjonal med forholdet mellom Areal og avstand.
Ved å anvende Kirchhoffs gjeldende lov (KCL) i kretsen ovenfor, i T = i 1 + i 2 + i 3
Som vi vet er strøm gjennom en kondensator uttrykt 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 for parallell kapasitans:
C T = C 1 + C 2 + C 3
For n antall kondensatorer som er koblet parallelt, er ligningen ovenfor uttrykt som:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Eksempel på parallell kondensatorkrets
I kretsdiagrammet nedenfor er det tre kondensatorer koblet parallelt. Da disse kondensatorene er koblet parallelt, vil ekvivalent eller total kapasitans være lik summen av den individuelle kapasitansen.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Hvor, C 1 = 4,7 u; C 2 = 1uF og C 3 = 0.1uF Så, C T = (4,7 + 1 + 0,1) uf C T = 5.8uf
Kondensator i vekselstrømskretser
Når en kondensator er koblet til DC-forsyning, begynner kondensatoren å lade sakte. Og når ladestrømspenningen til en kondensator er lik forsyningsspenningen, sies det å være fulladet. Her fungerer kondensatoren i denne tilstanden som en energikilde så lenge spenning påføres. Kondensatorer tillater heller ikke at strømmen går gjennom den etter at den er fulladet.
Hver gang strømforsyning tilføres kondensatoren som vist i den rene kapasitive kretsen ovenfor. Deretter lades og tømmes kondensatoren kontinuerlig til hvert nye spenningsnivå (ladning på positivt spenningsnivå og utladning på negativt spenningsnivå). Kondensatorens kapasitans i vekselstrømskretser avhenger av frekvensen til inngangsspenningen som tilføres kretsen. Strømmen er direkte proporsjonal med endringshastigheten for spenningen som påføres kretsen.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Fasordiagram for kondensator i AC-krets
Som du ser fasediagrammet for vekselstrømskondensator i bildet nedenfor, er strøm og spenning representert i sinusbølge. Ved observasjon er ladestrømmen ved 0⁰ på toppverdi på grunn av at spenningen øker jevnlig i positiv retning.
Nå, ved 90⁰, strømmer det ikke gjennom kondensatoren fordi forsyningsspenningen når den maksimale verdien. Ved 180⁰ begynner spenningen å senke sakte til null og nå nå maksimal verdi i negativ retning. Og igjen når ladingen maksimumsverdien ved 360 °, på grunn av at forsyningsspenningen er på minimumverdien.
Derfor kan vi fra den ovennevnte bølgeformen observere at strømmen leder spenningen med 90⁰. Så vi kan si at vekselstrømsspenningen halter strømmen med 90⁰ i en ideell kondensatorkrets.
Kondensatorreaktans (Xc) i vekselstrømskrets
Vurder kretsskjemaet ovenfor, som vi vet at AC inngangsspenning uttrykkes som, V = V m Sin wt
Og kondensatorladning Q = CV, Så, Q = CV m Sin wt
Og strøm gjennom 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 derav, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Som vi vet er w = 2πf
Så, Kapasitiv reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Eksempel på kapasitiv reaktans i vekselstrømskrets
diagram
La oss vurdere verdien av C = 2.2uf og forsyningsspenningen V = 230V, 50Hz
Nå er kapasitiv 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