Конденсатор и как его использовать в схеме

В большинстве книг о применении конденсаторов написано так, что конденсатор накапливает в себе электрический заряд и при необходимости разряжает его. Что нам нужно знать, так это когда конденсаторы следует заряжать, а когда разряжать и как это возможно?

Поэтому, прежде всего, мы должны знать действие, которое производят конденсаторы, подключая ток:

Предположим, мы собираемся подключить к источнику питания конденсатор с нагрузочным резистором в качестве ограничителя тока.

Перед подключением источника питания напряжение конденсатора (между его выводами) и ток равны нулю.

В начале соединения двух выводов конденсатора напряжение равно нулю, а ток имеет максимальную скорость. Другими словами, конденсатор действует как провод.

После прохождения каждой ступени/уровня (τ) напряжение конденсатора возрастает до 63,7 процента от предыдущего значения и он не пропускает 63,7 процента тока.

Через 5 шагов (5τ) конденсатор почти полностью заряжен и не пропускает ток.

После этого можно сделать вывод, что конденсаторы действуют как переключатель перед постоянным током, который через некоторое время не пропускает ток.

Это время может быть даже меньше 0,001 секунды, в зависимости от емкости конденсаторов и величины проходящего тока.

***»»Проекты по электронике, программированию и Arduino, включая исходные коды, схемы и планы печатных плат для инженеров, студентов и любителей»»***

Виды конденсаторов и их емкость

Существуют различные типы конденсаторов, такие как: линзовый конденсатор, электролитический конденсатор, керамический конденсатор, слюдяной конденсатор и т. д.

Единицей емкости является фарад (Ф/F), а конденсаторы на схематических планах обозначены буквой С.

Линзовые конденсаторы обычно используются для меньшей емкости.

Электролитические конденсаторы используются для больших емкостей, поскольку они имеют цилиндрическую форму и большее количество параллельных пластин.

конденсатор линзы:

Электролитический конденсатор (поляризованный):

При использовании поляризованных конденсаторов его положительный полюс должен быть подключен к более высокому напряжению (токовый вход), а отрицательный полюс — к более низкому напряжению (токовый выход/например, земля). В этих конденсаторах отрицательный вывод (более короткая ножка) отмечен на корпусе знаком «-» над выводом.

• В схемах, пространство которых ограничено, например, на платах внутри компьютера и мобильных устройств, используются конденсаторы SMD, диоды, резисторы и транзисторы.
• Емкость SMD-деталей указана на детали. Таким образом, последняя цифра показывает количество нулей перед первыми цифрами, а ее единица также является наименьшей возможной единицей; Например, в конденсаторе она равна 1 пикофарад (пФ/pF).

Для расчета мощности нам нужны напряжение и нагрузка.

Для получения нагрузки следует использовать специальные формулы.

Обычно у нас есть емкость и напряжение, и мы получаем заряд, запасенный в конденсаторе, по следующей формуле:

Стандарт доступных на рынках значений емкости конденсаторов такой же, как и стандарты резисторов Е12 и Е24.

Расчет энергии, запасенной в конденсаторе

Возможно, расчет энергии, запасенной в конденсаторах, не очень полезен, но, используя ее соотношения, можно получить и другие значения. Электрическая энергия обозначается U, ее единица измерения — Джоуль (Дж/j) и рассчитывается по следующим соотношениям:

В приведенных выше отношениях Δ означает разность, разность электрической энергии равна ΔU, а ΔV – это напряжение или разность электрических потенциалов между выводами или между моментами (V2-V1).

Соединение конденсаторов между собой

Как и резисторы, конденсаторы можно соединять друг с другом тремя способами:

1- Параллельно

2- серия

3- Параллельно и последовательно

• Каждый из этих методов эффективен при напряжении и заряде, хранящемся в конденсаторах помимо общей емкости.

Параллельный метод:

В этом методе заряд, запасенный во всей цепи, равен сумме зарядов, запасенных в каждом из конденсаторов, а общая емкость равна сумме емкостей конденсаторов.

V=V₁=V₂=V₃

C=C₁+C₂+C₃

q=q₁+q₂+q₃

Метод серии:

В этом методе разность потенциалов во всей цепи равна сумме V в каждом из конденсаторов, а обратная общая емкость равна сумме обратных емкостей каждого конденсатора.

q=q1=q2=q3

V=V1+V2+V3

Последовательный и параллельный метод:

В этом методе, как и в резисторах, сначала упрощаем схему, затем с помощью соотношений получаем нужные значения.

• Старайтесь избегать последовательного соединения конденсаторов и используйте только один конденсатор, но параллельное соединение конденсаторов помогает устранить шум тока.

Расчет времени короткого замыкания и зарядки конденсатора

Если два вывода конденсатора соединить проводом, происходит короткое замыкание и по проводу течет ток.

Короткое замыкание также вызывает разряд конденсаторов.

Время, необходимое для зарядки конденсатора, зависит от его емкости, входного тока (количества электрического заряда, проходящего в секунду) и напряжения.

Например, конденсатор, способный удерживать заряд 0,001 кулона, при разряде за 0,001 секунды через него проходит ток силой 1 ампер.

В зависимости от сопротивления провода короткого замыкания определяют время разряда.

Время зарядки конденсаторов может быть больше этого значения (в зависимости от источника зарядки), но приблизительно можно сказать, что это значение правильное. Точный расчет времени можно выполнить с помощью современного лабораторного оборудования.

Если использовать несколько конденсаторов параллельно из-за увеличения емкости, зарядка займет больше времени, а если последовательно из-за уменьшения емкости, то времени потребуется меньше.

Если вы хотите, чтобы ток не отключался полностью после зарядки, вам понадобится резистор, включенный параллельно конденсатору.

В этом случае после полной зарядки конденсатора ток проходит только через резистор.

Соединение конденсатор между собой

Если соединить два конденсатора вместе, их напряжение будет одинаковым и зависит от следующих факторов:

1- Емкость каждого конденсатора

2- Как соединить контакты конденсаторов

3- Напряжение, хранящееся в каждом конденсаторе

Емкость конденсаторов известна, и мы знаем напряжение, запасенное в каждом конденсаторе; Но контакты можно соединить друг с другом двумя способами:

1- Соединительные штыри одинаковых полюсов:

В этом случае для расчета напряжения разделим сумму зарядов, запасенных в двух конденсаторах, на сумму емкостей конденсаторов:

2- Соединительные штыри с разными полюсами:

В этом случае разделим абсолютную величину вычитания электрических зарядов на общую емкость конденсаторов:

• Эту функцию можно использовать для передачи заряда конденсаторам.

Преобразование полуволнового сигнала в постоянный ток с помощью конденсатора

Как упоминалось в статье о диодах, постоянный ток, генерируемый диодом в трансформаторе, постоянно меняется, от нуля до максимального напряжения. Для фиксации этого тока следует использовать конденсаторы (обычно поляризованные).

Причиной использования конденсаторов является их зарядная мощность.

Таким образом, когда напряжение достигает максимума, он сохраняет в себе часть тока, а когда ток достигает минимума, т. е. нуля, он постепенно разряжает ток в этом интервале.

На следующем рисунке показано результирующее напряжение при частоте 50 Гц и напряжение 10 В, создаваемое конденсатором емкостью 100 микрофарад.

Этот график рисуется осциллографом.

Чтобы осуществить действие продолжения тока, нам необходимо подключить конденсатор к входу параллельно.

На рисунке ниже показан этот процесс.

• Если это электролитический конденсатор, его полюса должны быть правильно соединены.

Чтобы определить номинал конденсатора, если частота составляет 50 Гц, можно использовать следующие значения в соответствии с требованиями к напряжению цепи. Эти значения также были получены с помощью осциллографа.

От 2 до 12 вольт конденсатор емкостью 100 микрофарад падает примерно на 1 вольт и ток становится практически прямым.

От 2 до 12 вольт 10 нанофарад уменьшаются менее чем на 0,5 вольт, а разница максимального и минимального тока больше.

Из этих значений можно сделать вывод, что чем выше емкость, тем более прямой ток и более высокое падение напряжения.

• Предлагается использовать как высокую, так и низкую емкость для снижения шума.

Стабилизатор тока

Для стабилизации тока необходимо использовать стабилитрон.

Как уже упоминалось, стабилитрон действует как резистор в обратном смещении.

При изменении напряжения изменяется и значение сопротивления стабилитрона.

После стабилитрона, чтобы убедиться в прямоте тока, можно параллельно выходному току поставить конденсатор.

На следующем рисунке показано, как использовать стабилитрон:

• Если потребляемый ток вашего источника питания превышает пределы стабилитрона, используйте стабилизатор напряжения.
• Стабилитрон уменьшит конечное выходное напряжение, например, входное напряжение 9 В должно быть уменьшено, например, до 8,2 В с помощью стабилитрона.

Конденсатор в цепи переменного тока и фильтра

Характеристики и характеристики конденсаторов входных цепей переменного тока отличаются от входных цепей постоянного тока.

Конденсатор может пропускать переменный ток, но только в особых условиях.

Следующие соотношения определяют соотношение между входным сопротивлением и частотой пропускания:

В приведенном выше соотношении R — сопротивление цепи, C — емкость конденсатора фильтра, 2π — число пи (2*3,1415), а F — максимальная частота (при использовании параллельного конденсатора) или минимальная частота (при последовательном соединении). используется конденсатор).

В первые моменты положительные заряды, накапливающиеся за первой обкладкой конденсатора, вызывают отрицательный ветер на противоположной обкладке, а затем, с изменением фазы входной мощности переменного тока, положительный заряд разряжается с первой обкладки. и заменен отрицательным зарядом, что приводит к тому, что положительный заряд заменяет отрицательный заряд на противоположной пластине.

Эти изменения приводят к утечке переменного тока, но с разницей фаз 90 градусов. То есть, когда синусоида поднимается на первой пластине конденсатора, она падает на второй пластине.

Но емкость конденсатора ограничивает ток утечки, что вызывает в конденсаторе своеобразное сопротивление. Этот тип сопротивления не является типом рассеивания тепла. Мощность рассчитывать не требуется, но она должна находиться под выдерживаемым напряжением, ограниченным конденсатором между двумя обкладками.

Эту функцию также можно использовать для фильтров.

Если подключить выход конденсатора к потребителю, если входная частота на конденсаторе ниже частоты среза, то при уменьшении частоты ток стока будет слабее, пока не достигнет нуля. Это называется фильтром верхних частот.

Если один вывод конденсатора подключен к входу потребителя, а другой — к отрицательному, на частоте среза ток не может попасть на потребитель (например, параллельный резистор), и если входная частота Если частота среза ниже частоты среза, то будет разряжаться меньший ток, пока сопротивление не достигнет минимального значения. Это называется фильтром нижних частот.

В следующих статьях мы также узнаем о звуковых фильтрах (эквалайзере).

На рисунке ниже показаны два типа фильтров.

Вы можете использовать это интересное свойство конденсаторов в качестве фильтра любым другим способом.

Фильтры также используются как непропускающие (два параллельных фильтра) и среднепроходные (два последовательных фильтра).

Емкостный стабилизатор

Некоторым деталям необходимо напряжение насыщения, или для полного прохождения переменного тока им нужны напряжение и ток, которые делают отрицательные полуволны положительными (особенно после прохождения через конденсатор), например транзистор, который является примером его применение при усилении звуковых частот, поэтому ток на вход компонента необходимо подавать с помощью резистора.

Общие колебания могут вызвать проблемы в работе схемы, поэтому этих дополнительных колебаний можно избежать, подключив конденсатор параллельно резистору.

Следующая схема является примером этого процесса (R3 является потребителем):

На следующей диаграмме показано, как приведенная выше схема работает против колебаний:

В сигнале A используются конденсаторы, а в сигнале B конденсатор стабилизатора отсутствует. Как видите, вначале напряжение увеличивается за счет зарядки конденсаторов, а затем напряжение A колеблется меньше, чем напряжение B.

Практическое применение конденсатор

Схема мигания одним светодиодом:

Необходимое оборудование: блок питания 12 В, переключатель, светодиод, резистор сопротивлением 180 и 470 Ом, конденсатор емкостью 1 миллифарад, реле 5 В, немного провода.

Если смонтировать приведенную выше схему по схеме, то вы увидите, что после подключения выключателя светодиод начинает загораться и гаснуть.

Анализ схемы:

Ток поступает от положительного полюса источника питания в цепь, затем попадает в провод, подключенный перед конденсатором, и достигает контакта NC реле, а ток через него достигает позади резистора сопротивлением 180 Ом.

После прохождения через резистор ток поступает на контакты катушки реле, и реле активируется, в результате чего контакт NO реле отводит ток, и свет включается.

Здесь конденсатор начинает заряжаться.

После того, как конденсатор заряжен, реле отключается и свет также выключается, и в то же время два контакта конденсатора соединяются друг с другом контактом NC реле и происходит короткое замыкание (можно использовать дополнительный резистор, например, 22 Ом для сокращения времени разряда).

После разряда конденсатора эта операция начинается снова.

Вышеуказанная схема предназначена только для использования в поездах и может привести к повреждению конденсатора и реле при длительном использовании.

Изготовление адаптера переменного тока в постоянный с использованием генератора переменного тока:

На этой картинке ВГ означает генератор переменного тока.

Вы можете добавить в эту схему батарею и зарядить ее в соответствии с тем, что вы уже узнали.