Кондензатор во еднонасочно коло со интерактивен едукативен филм
Кондензаторот во струјното коло
Кондензатор се полни со постојан DC напон преку отпорник на омичка серија. За време на процесот на полнење, струјата и напонот преку кондензаторот се мерат истовремено како функција на времето. Евалуацијата покажува дека струјата и напонот немаат линеарен тек во исти временски интервали. Покрај однесувањето на отпорноста на кондензаторот во коло со директна струја, подолу се опишани кондензатори поврзани во серија и кондензаторите поврзани паралелно. При полнење, струјата на струјата и електричните полнежи се транспортираат. Во временскиот интервал (Δt), износот на полнежот пренесен преку серискиот отпорник се пресметува како:
ΔQ = I (t) · Δt Кондензаторот се полни нешто со ΔQ, при што неговиот напон се менува за ΔU. ΔQ = C · ΔU Полнежите ΔQ се исти, така што десните страни на двете равенки се исто исти. I (t) · Δt = C · ΔU Струјата може да се замени со напон и сериски отпор. Δt · U (t)/R = C · ΔU Решен за R · C, се препознава дека овој производ има димензија на време во s. Δt U (t)/ΔU = R C R C се дефинира како временска константа и е дадена грчката буква τ (tau).
Временската константа τ = R · C
Временската константа τ е независна од струјата и напонот и кажува нешто за брзината со која се одвиваат процесите на полнење на кондензаторот во врската со серијата RC. Ако капацитетот е наведен, полнењето трае подолго, толку е поголема вредноста на отпорот. Процесот на полнење на поголем кондензатор со иста вредност на отпор, исто така, трае подолго. Процесите на полнење и придружните празнења може да се видат во следниот видео клип за три различни R-C комбинации.
Отпорот R ја ограничува струјата на полнење. Ако колото е затворено во времето t = 0, целиот напон може да се измери само преку отпорникот. На t = 0 кондензаторот нема полнење и на 0 V нема напон. Колку повеќе полнење се транспортира, толку е поголем напонот на кондензаторот. Бидејќи R и C формираат сериско коло, напонот на отпорот мора соодветно да се намали според законот на Ом и струјата мора да се намали. Ако напонот на отпорникот падна на половина од почетната вредност, струјата на полнење е само половина поголема. Во времето t = t 1, кондензаторот го презеде полнењето Q1 = C · 0,5 · U (Eq. 1).
Во дијаграмот за тековно време, областа под кривата одговара на полнењето на кондензаторот. Сивата област е трапез со површина: Q 1 = (1 + 0,5) · 0,5 · I 0 · t 1 = 0,75 · I 0 · t 1 Со I 0 = U/R и Eq .1 од горе следи t 1 = 0,667 * R * C
Овој пат се нарекува полуживот t h на елементот RC. t h = 0,7 * R * C = 0,7 * τ
Кога се полни на постојан извор на напон, кривата на струјата прикажана погоре е во голема мера линеарна само во периодот на полуживот. Строго кажано, струјата на полнење не е линеарна, но со факторот на заокружување 0,7 дава многу добро приближување на кривата на реалната струја. Следниот дијаграм го покажува точниот процес на полнење на кондензаторот.По околу седум полу-живот, кондензаторот може да се смета за полнеж. Точните крајни вредности од 0% за струјата и 100% за напонот на кондензаторот никогаш не се достигнати. Двете криви асимптоматски се приближуваат до нивните крајни вредности.
По истекот на полуживотот t h, струјата на полнење сè уште има 50% од нејзината почетна вредност. Напонот преку кондензаторот се искачи на 50% од крајната вредност. После друг полуживот, струјата на полнење се намали на 25%, а напонот на кондензаторот достигна 75% од неговата крајна вредност. Останатите 50% по првиот полуживот повторно се преполовија. Полуживотот секогаш поминува за секое понатамошно преполовување на преостанатиот процент. После седум полуживот, струјата на полнење практично падна на нула и кондензаторот го достигна последниот напон.
Кривите со подеднакво голем полуживот се нарекуваат природни функции или експоненцијални функции, скратено во е-функции. Многу природни процеси може да се опишат со е-функции. Добро познати примери се радиоактивно распаѓање или процеси на греење и ладење.
На горниот дијаграм, временската константа τ на RC елементот се внесува и на временската оска. По истекот на 1 · τ, струјата на полнење падна на 37% од нејзината почетна вредност и напонот на полнење се искачи на 63% од нејзината крајна вредност. Кога ќе поминат 5 · т временски константи или 7-т часа полуживот, се смета дека процесот на полнење завршил. Ова време се нарекува и време на вклучување на RC елементот.
При празнење, кривата на струја и напон исто така работи според е-функциите. По 5 · т кривините паднаа под 1% од нивната почетна вредност. Ова време се нарекува време на исклучување на елементот RC. При празнење, струјата тече во спротивна насока преку отпорникот.
Дијаграмот покажува дека сеуште ненаполнетиот кондензатор се однесува како краток спој или отпор со 0 Ω кога е вклучен. Максималната струја тече додека не може да се мери напон на кондензаторот. По истекот на времето на полнење од околу 5 τ, кондензаторот е практично целосно наполнет и не тече струја. Во еднонасочно коло, кондензаторот се однесува како отпорник со бесконечно голема вредност што одговара на прекин. Постои посебно поглавје за отпорноста на наизменична струја на кондензатор.
Во моментот на вклучување, неполнетите кондензатори се однесуваат како краток спој.
Во струјното коло, целосно наполнетите кондензатори се однесуваат како прекин. Нивната вредност на отпор е исклучително голема.
Кондензаторот се полни до 63% од неговата крајна вредност или се испушта до 37% од почетната вредност во временската константа 1 · τ од RC елементот.
После 5 · τ се смета дека кондензаторот е практично целосно наполнет или испразнет. Ова време се нарекува и време на вклучување или исклучување на RC елементот.
Процесот на полнење и празнење е опишан со е-функција. Полуживотот е t h = 0,7 · τ
Е-функциите на процесот на полнење и празнење
Однесување на отпор во струјното коло
Наједноставниот кондензатор е создаден од две заемно изолирани, паралелни метални површини. Инсталиран во коло, ова е еквивалентно на прекин со исклучително висока вредност на отпор. Ако вредноста на отпорноста на а испразнет Ако кондензаторот се измери, мерачот покажува исклучително голема вредност или прекин.
Тековните и напонските вредности се менуваат за време на процесот на полнење. Во кој било момент во текот на повторното полнење, законот на Ом може да се искористи за да се пресмета поврзаната вредност на отпорот од читливите вредности на струја и напон. За време на времето на полнење, отпорноста на кондензаторот е зависна од времето и не е постојана. Табелата ги прикажува факторите на отпор кои можат да се пресметаат со примена на законот Ом за првите пет полуживоти.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4-ти | 5 |
| 0 | 0,5 | 0,75 | 0,875 | 0,9375 | 0,96875 |
| 1 | 0,5 | 0,25 | 0,125 | 0,0625 | 0,03125 |
| 0 | 1 | 3 | 7-ми | 15-ти | 31 |
Во моментот на вклучување во времето t = 0, факторот на отпор R (t) = 0 Ω. Кондензаторот се однесува како краток спој. Со текот на времето, вредноста на отпорот се зголемува експоненцијално и се стреми кон многу висока вредност. Бидејќи практичната вредност на струјата I (t) = 0 по полнењето, R (t) се приближува до бесконечност. Временската функција на отпорот Eq. (1) исто така може да се изведе математички од временските функции за струја и напон. Пресметките исто така ја покажуваат точната врска помеѓу полуживотот и временската константа.
безбедносни упатства
Наполнетиот кондензатор е складирање на енергија и има својства на извор на напон. Бидејќи максималната струја тече во првиот момент на празнење, кондензаторот се однесува како идеален извор на напон во овој момент. Затоа, треба да се избегнува празнење од краток спој. Во случај на краток спој, кондензаторите со големи капацитети генерираат пулс на струја од неколку илјади ампери, што може да ја уништи компонентата. Следните безбедносни мерки на претпазливост мора да се почитуваат:
Кондензаторите со висок капацитет треба да се полнат со ограничена струја само преку отпорник.
Наполнетите кондензатори не треба да се оставаат таму каде што можат да се допрат.
Кондензаторите мора да се испразнат пред да се инсталираат или отстранат од кола.
Кондензаторите со голем капацитет треба да се испуштаат само во ограничен степен преку отпорник на оптоварување.
Сериско поврзување на кондензатори
Ако кондензатори од ист тип се поврзани во серија, може да се замисли заменски кондензатор чиј растојание на плочата или плочата е еднакво на збирот на одделните простори на плочи. Капацитетот е обратно пропорционален на растојанието помеѓу влошките. Кога кондензаторите се поврзани во серија, вкупниот капацитет е помал од најмалиот индивидуален капацитет.
Ако различни кондензатори се поврзани во серија во струјното коло, тогаш сите кондензатори добиваат иста количина на полнење. Ако кондензаторот со најмал капацитет е целосно наполнет, повеќе нема струја на полнење бидејќи овој кондензатор повеќе не може да прифаќа повеќе полнење. Процесот на полнење на сите кондензатори е завршен и следното се однесува на вкупното полнење:
Q = U 1 * C 1 Q = U 2 * C 2 Q = U 3 * C 3
Напонот U применет на сериската врска е еднаков на збирот на парцијалните напони. Вкупниот капацитет на кондензаторите поврзани во серија го полни U за полнење Q.
Q = C · U со U = U 1 + U 2 + U 3
Со вметнување и преобликување на вкупниот капацитет на сите кондензатори поврзани во серија, се добива следново:
Ако кондензаторите се поврзани во серија, збирот на реципрочни вредности на одделните капацитети е еднаков на реципроцитет на вкупниот капацитет.
Вкупниот капацитет на кондензаторите поврзани во серија е секогаш помал од најмалиот индивидуален капацитет.
Во AC технологијата, сериското поврзување на кондензаторите има поинакво однесување. Поделителот на капацитивниот напон, кој е опишан во посебно поглавје, е од особено значење.
Паралелното поврзување на кондензаторите
Ако паралелно се поврзани два кондензатори од ист тип, се собираат само областите за покривање. Просторот на плочите и диелектрикот остануваат исти. Капацитетот е директно пропорционален на површината. Вкупниот капацитет се пресметува со додавање на индивидуалните вредности на капацитетот. Скицата ја илустрира оваа изјава.
Во паралелната врска, сите кондензатори се на ист напон и зафаќаат полнења во согласност со нивната вредност на капацитетот.
Q 1 = C 1 * U Q 2 = C 2 * U Q 3 = C 3 * U
Вкупното преземено полнење одговара на збирот на индивидуалните трошоци. На напон U, ова полнење тогаш има кондензатор со вкупниот капацитет што треба да се одреди.
Q = Q 1 + Q 2 + Q 3 со Q = C * U
Со вметнување и трансформација на равенките, вкупниот капацитет се добива како збир на индивидуалните вредности на капацитетот. Оваа изјава се однесува на кој било број на кондензатори поврзани паралелно.
C = C 1 + C 2 + C 3 +. + C n
Вкупниот капацитет на паралелно поврзани кондензатори е збир на индивидуалните капацитети.
Со својствата на кондензаторите во струјното коло се работи на различни места во веб-проектот. Отпорноста на наизменична струја на идеален кондензатор е опишана во едно поглавје. Во областа на аналогната технологија, многу кола со комбинации RC и RCL се решаваат подетално за опсегот на наизменична струја.
- 2002-2020 година
© Детлеф Миетке - приватност
- отпечаток
- Контакт
- △