Kondenzator je jedna od najčešće korištenih elektroničkih komponenata. Ima sposobnost skladištenja energije u sebi, u obliku električnog naboja koji stvara statički napon (razliku potencijala) na svojim pločama. Jednostavno, kondenzator je sličan maloj punjivoj bateriji. Kondenzator je samo kombinacija dviju vodljivih ili metalnih ploča smještenih paralelno, a električno su odvojene dobrim izolacijskim slojem (koji se naziva i dielektrikom) koji se sastoji od voštanog papira, tinjca, keramike, plastike itd.
Mnogo je primjena kondenzatora u elektronici, neki od njih su navedeni u nastavku:
- Pohrana energije
- Kondicioniranje snage
- Korekcija faktora snage
- Filtracija
- Oscilatori
Poanta je kako kondenzator radi ? Kad na kondenzator priključite napajanje, on blokira istosmjernu struju zbog izolacijskog sloja i omogućuje prisutnost napona na pločama u obliku električnog naboja. Dakle, znate kako kondenzator radi i koje su njegove primjene ili primjena, ali to morate naučiti kako koristiti kondenzator u elektroničkim sklopovima.
Kako spojiti kondenzator u elektronički krug?
Ovdje ćemo vam na primjerima prikazati veze kondenzatora i njegov učinak.
- Kondenzator u seriji
- Kondenzator u paraleli
- Kondenzator u krugu izmjenične struje
Kondenzator u serijskom krugu
U krugu, kada spajate kondenzatore u seriju, kao što je prikazano na gornjoj slici, ukupni kapacitet se smanjuje. Struja kroz kondenzatore u nizu je jednaka (tj. I T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Dakle, naboj pohranjen u kondenzatorima je također isti (tj. Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), jer naboj pohranjen pločicom bilo kondenzatora dolazi s ploče susjednog kondenzatora u krugu.
Primjenom Kirchhoff-ovog zakona napona (KVL) u krugu imamo
V T = V C1 + V C2 + V C3 … jednadžba (1)
Kao što znamo, Q = CV Dakle, V = Q / C
Gdje je, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Sada, stavljanjem gornjih vrijednosti u jednadžbu (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Za n broja kondenzatora u seriji jednadžba će biti
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Stoga je gornja jednadžba jednadžba serijskih kondenzatora.
Gdje je, C T = Ukupni kapacitet kruga
C 1 … n = kapacitet kondenzatora
Jednadžba kapaciteta za dva posebna slučaja utvrđena je u nastavku:
Slučaj I: ako postoje dva kondenzatora u seriji, s različitom vrijednošću, kapacitet će se izraziti kao:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Ili, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… jednadžba (2)
Slučaj II: ako postoje dva kondenzatora u seriji, s istom vrijednošću kapacitet će se izraziti kao:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Ili, C T = C / 2
Primjer za krug kondenzatora serije:
Sada ćemo u donjem primjeru pokazati kako izračunati ukupni kapacitet i pojedinačni efektivni pad napona na svakom kondenzatoru.
Kao što je navedeno, prema gornjoj shemi sklopa postoje dva kondenzatora spojena u seriju s različitim vrijednostima. Dakle, pad napona na kondenzatorima također je nejednak. Ako spojimo dva kondenzatora iste vrijednosti, pad napona je također jednak.
Sada ćemo za ukupnu vrijednost kapacitivnosti koristiti formulu iz jednadžbe (2)
Dakle, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Ovdje je C 1 = 4,7 uf i C 2 = 1 uf C T = (4,7 uf * 1 uf) / (4,7 uf + 1 uf) C T = 4,7uf / 5,7uf C T = 0,824uf
Sada je pad napona na kondenzatoru C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Sada je pad napona na kondenzatoru C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
Kondenzator u paralelnom krugu
Kada paralelno spajate kondenzatore, tada će ukupni kapacitet biti jednak zbroju svih kapaciteta kondenzatora. Budući da su gornja ploča svih kondenzatora spojene zajedno, a donja ploča također. Dakle, međusobnim dodirivanjem povećava se i efektivna površina ploče. Stoga je kapacitet proporcionalan omjeru površine i udaljenosti.
Primjenom Kirchhoffova trenutnog zakona (KCL) u gore navedenom krugu, i T = i 1 + i 2 + i 3
Kao što znamo struja kroz kondenzator izražava se kao;
i = C (dV / dt) Dakle, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) I, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… jednadžba (3)
Iz jednadžbe (3), jednadžba paralelnog kapaciteta je:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Za n broja paralelno spojenih kondenzatora gornja jednadžba izražava se kao:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Primjer za paralelni krug kondenzatora
Na donjoj shemi sheme nalaze se paralelno spojena tri kondenzatora. Kako su ti kondenzatori spojeni paralelno, ekvivalentni ili ukupni kapacitet bit će jednak zbroju pojedinačnog kapaciteta.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Gdje je C 1 = 4,7 uf; C 2 = 1 uf i C 3 = 0,1 uf Dakle, C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5,8 uf
Kondenzator u izmjeničnim krugovima
Kad je kondenzator spojen na istosmjernu opskrbu, tada se kondenzator počinje polako puniti. A kada je napon struje punjenja kondenzatora jednak naponu napajanja, kaže se da je potpuno napunjen. Ovdje, u ovom stanju kondenzator radi kao izvor energije sve dok je primijenjen napon. Također, kondenzatori ne dopuštaju da struja prolazi kroz njega nakon što se potpuno napuni.
Kad god se kondenzator napaja izmjeničnim naponom, kao što je prikazano u gornjem, čisto kapacitivnom krugu. Tada se kondenzator neprestano puni i prazni na svaku novu razinu napona (puni se na pozitivnoj razini i prazni na negativnoj razini). Kapacitet kondenzatora u izmjeničnim krugovima ovisi o frekvenciji ulaznog napona koji se dovodi u krug. Struja je izravno proporcionalna brzini promjene napona primijenjenog na krug.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Phasorov dijagram za kondenzator u krugu izmjenične struje
Kao što vidite fazorski dijagram za izmjenični kondenzator na donjoj slici, struja i napon su predstavljeni u sinusnom valu. Promatrajući, pri 0⁰ struja punjenja je na vrhuncu, jer napon stalno raste u pozitivnom smjeru.
Sada, na 90⁰, kroz kondenzator ne prolazi struja, jer opskrbni napon doseže maksimalnu vrijednost. Na 180⁰ napon počinje lagano opadati na nulu, a struja doseže maksimalnu vrijednost u negativnom smjeru. I, ponovno punjenje doseže najvišu vrijednost na 360⁰, jer je napon napajanja najniža vrijednost.
Prema tome, iz gornjeg valnog oblika možemo primijetiti da struja vodi napon za 90⁰. Dakle, možemo reći da izmjenični napon zaostaje za strujom za 90⁰ u idealnom krugu kondenzatora.
Reaktancija kondenzatora (Xc) u krugu izmjenične struje
Razmotrite gornji dijagram sklopa, jer znamo da je ulazni napon izmjenične struje izražen kao, V = V m Sin tež
I, punjenje kondenzatora Q = CV, Dakle, Q = CV m Sin wt
I struja kroz kondenzator, i = dQ / dt
Tako, 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) at, wt = 0 grijeh (wt + π / 2) = 1 dakle, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Kao što znamo, w = 2πf
Tako, Kapacitivni reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Primjer kapacitivnog reaktanta u krugu izmjenične struje
dijagram
Uzmimo u obzir vrijednost C = 2,2uf i opskrbni napon V = 230V, 50Hz
Sada je kapacitivni reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Ovdje, C = 2.2uf i f = 50Hz Dakle, Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446.86 ohm