Капацитивни делилац напона

У овом посту кроз формуле и решене примере сазнајемо како кола с капацитивним дјелитељима напона дјелују у електронским колима.

Аутор: Дхрубајиоти Бисвас

Шта је мрежа делитеља напона

Говорећи о кругу дјелитеља напона, важно је напоменути да се напон у дјелитељском кругу равномјерно распоређује међу свим постојећим компонентама повезаним с мрежом, иако капацитет може варирати у зависности од грађе компонената.

Коло за поделу напона може се направити од реактивних компонената или чак од фиксних отпорника.

Међутим, у поређењу са капацитивним делиоцима напона, отпорни деливачи остају непромењени променом фреквенције напајања.

Сврха овог рада је да пружи детаљно разумевање капацитивних делилаца напона. Али да бисмо стекли бољи увид, од виталне је важности детаљно објаснити капацитивну реактанцију и њен утицај на кондензаторе на различитим фреквенцијама.

Кондензатор је направљен од две проводне плоче, постављене паралелно једна уз другу које су додатно одвојене изолатором. Ове две плоче имају један позитиван (+) и други негативни (-) набој.

Када се кондензатор у потпуности напуни једносмерном струјом, диелектрик [популарно назван изолатор] зауставља проток струје преко плоча.

Друга важна карактеристика кондензатора у поређењу са отпорником је: Кондензатор складишти енергију на проводним плочама током пуњења, а отпор не, јер увек тежи да ослобађа вишак енергије као топлоту.

Али енергија коју складишти кондензатор преноси се на кругове који су повезани са њим током његовог процеса пражњења.

Ова карактеристика кондензатора за чување наелектрисања назива се реактанција, а даље назива се Капацитивна реактанца [Ксц] за коју је Охм стандардна јединица мере реактанције.

Испразњени кондензатор када је повезан на једносмерно напајање, реактанција остаје ниска у почетној фази.

Значајан део струје тече кроз кондензатор у кратком распону, због чега се проводне плоче брзо пуне, а то на крају спречава сваки даљи пролаз струје.

Како кондензатор блокира једносмерну струју?

У отпорнику, серијској мрежи кондензатора када временски период достигне величину од 5РЦ, проводне плоче кондензатора се потпуно напуне, што значи да је наелектрисање примљено у кондензатор једнако напону напајања, што зауставља сваки даљи ток струје.

Даље, реактанса кондензатора у овој ситуацији под утицајем једносмерног напона достиже максимално стање [мега-ома].

Кондензатор у напајању наизменичном струјом

Што се тиче употребе наизменичне струје [АЦ] за пуњење кондензатора, при чему је проток једносмерне струје увек наизменично поларизован, кондензатор који прима проток подвргнут је сталном пуњењу и пражњењу преко његових плоча.

Сада, ако имамо константан проток струје, тада такође треба да одредимо вредност реактанције да бисмо ограничили проток.

Фактори за одређивање вредности капацитивног отпора

Ако се осврнемо на капацитивност, утврдићемо да је количина наелектрисања на проводним плочама кондензатора пропорционална вредности капацитивности и напону.

Сада када кондензатор добије проток струје са улаза наизменичне струје, напајање напоном пролази кроз сталну промену његове вредности, што увек мења вредност плоча превише пропорционално.

Сада размотримо ситуацију када кондензатор садржи већу вредност капацитивности.

У овој ситуацији отпор Р троши више времена за пуњење кондензатора τ = РЦ. То подразумева да ако струја пуњења тече дужи временски период, реактанција бележи мању вредност Ксц, у зависности од наведене фреквенције.

Идентично ако је вредност кондензатора мања у кондензатору, тада је за пуњење кондензатора потребно краће РЦ време.

Ово краће време узрокује проток струје у краћем временском распону, што резултира сразмерно мањом вредношћу реактанције, Ксц.

Стога је евидентно да код већих струја вредност реактанције остаје мала и обрнуто.

И тако је капацитивна реактанција увек обрнуто пропорционална вредности капацитивности кондензатора.

КСЦ ∝ -1 Ц.

Витално је напоменути да капацитивност није једини фактор за анализу капацитивне реактанције.

Са примењеном ниском фреквенцијом наизменичног напона, реактанција се развија више времена на основу додељене РЦ временске константе. Даље, такође блокира струју, што указује на већу вредност реактанције.

Слично томе, ако је примењена фреквенција велика, реактанса омогућава мањи временски циклус за процес пуњења и пражњења.

Штавише, он такође прима већи проток струје током процеса, што доводи до мање реактанције.

Дакле, ово доказује да импеданција (реактанција наизменичне струје) кондензатора и његова величина зависе од фреквенције. Према томе, већа фреквенција резултира нижом реактанцијом и обрнуто, па се стога може закључити да је капацитивна реактанција Ксц обрнуто пропорционална фреквенцији и капацитивности.

Поменута теорија капацитивне реактанције може се сажети следећом једначином:

Ксц = 1 / 2πфЦ

Где:

· Ксц = Капацитивни реактанс у охима, (Ω)


· Π (пи) = нумеричка константа од 3.142 (или 22 ÷ 7)


· Ƒ = Фреквенција у херцима, (Хз)


· Ц = капацитет у фарадима, (Ф)

Капацитивни делилац напона

Овај одељак има за циљ да пружи детаљно објашњење о томе како фреквенција напајања утиче на два кондензатора спојена позади или у серију, боље названа као кондензаторски круг делитеља напона.

Капацитивни круг делитеља напона

Да бисмо илустровали функционисање капацитивног делитеља напона, позовимо се на горњи круг. Овде су Ц1 и Ц2 у серији и повезани на напајање наизменичном струјом од 10 волти. Будући да су у серији оба кондензатора примају исто пуњење, К.

Међутим, напон ће остати различит и такође зависи од вредности капацитивности В = К / Ц.

Узимајући у обзир слику 1.0, прорачун напона на кондензатору може се одредити на различите начине.

Једна од могућности је да се сазна укупна импеданса кола и струја кола, тј. Да се ​​прати вредност капацитивне реактанције на сваком кондензатору, а затим израчунава пад напона на њима. На пример:

ПРИМЕР 1

Према слици 1.0, са Ц1 и Ц2 од 10уФ односно 20уФ, израчунајте ефективни пад напона који се јавља на кондензатору у ситуацији синусног напона од 10 волти ефективног ефекта на 80Хз.

Кондензатор Ц1 10уФ
Ксц1 = 1 / 2πфЦ = 1 / 2π к 80 к 10уФ к 10-6 = 200 Охм
Ц2 = 20уФ кондензатор
Ксц1 = 1 / 2πфЦ = 1 / 2π к 8000 к 22уФ к 10-6 = 90
Охм

Укупни капацитивни реактанс

Ксц (укупно) = Ксц1 + Ксц2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Цт = (Ц1 к Ц2) / (Ц1 + Ц2) = 10уФ к 22уФ / 10уФ + 22уФ = 6.88уФ
Ксц = 1 / 2πфЦт = 1/1 / 2π к 80 к 6.88уФ = 290Ω

Струја у колу

И = Е / Ксц = 10В / 290Ω

Напон серијски опада за оба кондензатора. Овде се капацитивни делилац напона израчунава као:

Вц1 = И к Ксц1 = 34,5мА к 200Ω = 6,9В
Вц2 = И к Ксц2 = 34,5мА к 90Ω = 3,1В

Ако се вредности кондензатора разликују, кондензатор мање вредности тада може да се напуни на већи напон у поређењу са оним велике вредности.

У примеру 1, забележени напонски набој је 6,9 односно 3,1 за Ц1 и Ц2. Пошто се прорачун заснива на Кирцхоффовој теорији напона, укупни пад напона за појединачни кондензатор једнак је вредности напона напајања.

БЕЛЕШКА:

Однос пада напона за два кондензатора која су повезана на серијски кондензаторски круг деливача напона увек остаје исти, чак и ако постоји напајање фреквенције.

Према томе, према примеру 1, 6,9 и 3,1 волти су исти, чак и ако је учесталост напајања максимизирана са 80 на 800Хз.

ПРИМЕР 2

Како пронаћи пад напона кондензатора користећи исте кондензаторе који се користе у примеру 1?

Ксц1 = 1 / 2πфЦ = 1 / 2π к 8000 к 10уФ = 2 Охм

Ксц1 = 1 / 2πфЦ = 1 / 2π к 8000 к 22уФ = 0.9 Охм

И = В / Ксц (укупно) = 10 / 2,9 = 3,45 ампера

Према томе, Вц1 = И к Ксц1 = 3,45А к 2Ω = 6,9В

И, Вц2 = И к Ксц2 = 3,45А к 0,9 Ω = 3,1В

Како однос напона остаје исти за оба кондензатора, са порастом фреквенције напајања, његов утицај се види у виду смањења комбиноване капацитивне реактанције, као и укупне импедансе кола.

Смањена импеданса узрокује већи проток струје, на пример, струја кола на 80Хз је око 34,5мА, док на 8кХз може доћи до 10 пута повећања напајања струјом, односно око 3,45А.

Дакле, може се закључити да је проток струје кроз капацитивни делилац напона пропорционалан фреквенцији, И ∝ ф.

Као што је горе речено, капацитивни преграде које укључују низ кондензатора повезаних, сви падају наизменични напон.

Да би се утврдио тачан пад напона, капацитивни разделници узимају вредност капацитивне реактанције кондензатора.

Због тога не ради као разделник за једносмерни напон, јер у једносмерној струји кондензатори заустављају и блокирају струју, што доводи до нултог струјања.

Преграде се могу користити у случајевима када се напајање напаја фреквенцијом.

Постоји широк спектар електронске употребе капацитивног деливача напона, од уређаја за скенирање прстију до Цолпиттс осцилатора. Такође се преферира као јефтина алтернатива за мрежни трансформатор где се користи капацитивни делилац напона за испуштање велике мрежне струје.