Een condensator is een van de meest gebruikte elektronische componenten. Het heeft de mogelijkheid om energie erin op te slaan, in de vorm van een elektrische lading die een statische spanning (potentiaalverschil) over zijn platen produceert. Simpel gezegd, een condensator is vergelijkbaar met een kleine oplaadbare batterij. Een condensator is slechts een combinatie van twee geleidende of metalen platen die parallel zijn geplaatst en elektrisch gescheiden zijn door een goede isolatielaag (ook wel diëlektrisch genoemd) die bestaat uit waspapier, mica, keramiek, plastic en enz.
Er zijn veel toepassingen van een condensator in elektronica, waarvan er enkele hieronder worden vermeld:
- Energie opslag
- Krachtconditionering
- Kracht coëfficiënt aanpassing
- Filtratie
- Oscillatoren
Het punt is nu hoe een condensator werkt ? Wanneer u de voeding op de condensator aansluit, blokkeert deze de gelijkstroom als gevolg van de isolatielaag en staat er een spanning over de platen in de vorm van elektrische lading. U weet dus hoe een condensator werkt en wat zijn toepassingen of toepassingen zijn, maar u moet leren hoe u een condensator in elektronische schakelingen moet gebruiken.
Hoe een condensator in een elektronisch circuit aansluiten?
Hier gaan we u de aansluitingen van een condensator en het effect ervan demonstreren met voorbeelden.
- Condensator in serie
- Condensator parallel
- Condensator in wisselstroomcircuit
Condensator in serieschakeling
Als u in een circuit condensatoren in serie aansluit, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding, wordt de totale capaciteit verlaagd. De stroom door condensatoren in serie is gelijk (dwz i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Daarom is de lading die wordt opgeslagen door de condensatoren ook hetzelfde (dwz Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), omdat de lading die wordt opgeslagen door een plaat van een willekeurige condensator afkomstig is van de plaat van de aangrenzende condensator in het circuit.
Door de Voltage Law (KVL) van Kirchhoff in het circuit toe te passen, hebben we dat gedaan
V T = V C1 + V C2 + V C3 … vergelijking (1)
Zoals we weten, Q = CV Dus, V = Q / C
Waar, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Nu, bij het plaatsen van de bovenstaande waarden in de vergelijking (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Voor n aantal condensatoren in serie is de vergelijking
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Daarom is de bovenstaande vergelijking de vergelijking van de seriecondensatoren.
Waar, CT = Totale capaciteit van het circuit
C 1 … n = capaciteit van de condensatoren
Capaciteitsvergelijking voor twee speciale gevallen wordt hieronder bepaald:
Geval I: als er twee condensatoren in serie zijn, met verschillende waarden, wordt de capaciteit uitgedrukt als:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Of, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… vergelijking (2)
Geval II: als er twee condensatoren in serie zijn, met dezelfde waarde, wordt de capaciteit uitgedrukt als:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Of, C T = C / 2
Voorbeeld voor seriecondensatorcircuit:
Nu laten we u in het onderstaande voorbeeld zien hoe u de totale capaciteit en de individuele rms-spanningsval over elke condensator kunt berekenen.
Volgens het bovenstaande schakelschema zijn er twee condensatoren die in serie zijn geschakeld met verschillende waarden. De spanningsval over de condensatoren is dus ook ongelijk. Als we twee condensatoren met dezelfde waarde aansluiten, is de spanningsval ook hetzelfde.
Nu gebruiken we voor de totale waarde van capaciteit de formule uit vergelijking (2)
Dus C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Hier, C 1 = 4.7 uf en 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
Nu is de spanningsval over de condensator C 1:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824 uf / 4,7 uf) * 12 VC 1 = 2,103 V
Nu is de spanningsval over de condensator C 2:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824 uf / 1 uf) * 12 VC 2 = 9,88 V
Condensator in parallel circuit
Als u condensatoren parallel aansluit, is de totale capaciteit gelijk aan de som van alle condensatoren. Omdat de bovenplaat van alle condensatoren met elkaar zijn verbonden en ook de onderplaat. Dus door elkaar aan te raken wordt ook het effectieve plaatoppervlak vergroot. Daarom is de capaciteit evenredig met de verhouding tussen oppervlakte en afstand.
Door de huidige wet (KCL) van Kirchhoff toe te passen in het bovenstaande circuit, ik T = ik 1 + ik 2 + ik 3
Zoals we weten, wordt stroom door een condensator uitgedrukt als;
ik = C (dV / dt) Dus, ik T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) En, ik T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… vergelijking (3)
Uit vergelijking (3) is de vergelijking van de parallelle capaciteit:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Voor n aantal parallel geschakelde condensatoren wordt de bovenstaande vergelijking uitgedrukt als:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Voorbeeld voor parallel condensatorcircuit
In het onderstaande schakelschema zijn er drie condensatoren parallel geschakeld. Omdat deze condensatoren parallel zijn geschakeld, is de equivalente of totale capaciteit gelijk aan de som van de individuele capaciteit.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Waar, C 1 = 4,7 uf; C 2 = 1 uf en C 3 = 0,1 uf Dus, C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5,8 uf
Condensator in wisselstroomcircuits
Wanneer een condensator is aangesloten op DC-voeding, begint de condensator langzaam op te laden. En wanneer de laadstroomspanning van een condensator gelijk is aan de voedingsspanning, wordt gezegd dat deze volledig is opgeladen. Hier werkt de condensator in deze toestand als een energiebron zolang er spanning op staat. Ook laten condensatoren de stroom er niet doorheen nadat deze volledig is opgeladen.
Telkens wanneer er wisselspanning aan de condensator wordt geleverd, zoals weergegeven in het bovenstaande zuiver capacitieve circuit. Vervolgens laadt en ontlaadt de condensator continu tot elk nieuw spanningsniveau (opladen op positief spanningsniveau en ontladen op negatief spanningsniveau). De capaciteit van de condensator in wisselstroomcircuits hangt af van de frequentie van de ingangsspanning die aan het circuit wordt geleverd. De stroom is rechtevenredig met de snelheid waarmee de spanning op het circuit verandert.
ik = dQ / dt = C (dV / dt)
Phasordiagram voor condensator in wisselstroomcircuit
Zoals u het fasordiagram voor AC-condensator in de onderstaande afbeelding ziet, worden stroom en spanning weergegeven in een sinusgolf. Bij het observeren is bij 0⁰ de laadstroom zijn piekwaarde doordat de spanning gestaag in positieve richting toeneemt.
Nu loopt er bij 90⁰ geen stroom door de condensator omdat de voedingsspanning de maximale waarde bereikt. Bij 180⁰ begint de spanning langzaam af te nemen tot nul en het stroombereik naar de maximale waarde in negatieve richting. En opnieuw bereikt het opladen zijn piekwaarde bij 360⁰, omdat de voedingsspanning zijn minimumwaarde heeft.
Daarom kunnen we aan de hand van de bovenstaande golfvorm zien dat de stroom de spanning 90⁰ voorloopt. We kunnen dus zeggen dat de wisselspanning 90⁰ achterblijft bij de stroom in een ideaal condensatorcircuit.
Condensatorreactantie (Xc) in wisselstroomcircuit
Beschouw het bovenstaande schakelschema, zoals we weten, wordt AC-ingangsspanning uitgedrukt als, V = V m Sin gew
En, condensatorlading Q = CV, Dus Q = CV m Sin wt
En stroom door een condensator, i = dQ / dt
Zo, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w ik = w * C * V m Sin (wt + π / 2) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 dus, ik m = wCV m V m / ik m = 1 / wC
Zoals we weten, w = 2πf
Zo, Capacitieve reactantie (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Voorbeeld voor capacitieve reactantie in wisselstroomcircuit
diagram
Laten we eens kijken naar de waarde van C = 2.2uf en de voedingsspanning V = 230V, 50Hz
Nu, de capacitieve reactantie (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Hier, C = 2,2 uf, en f = 50 Hz Dus, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10-6 Xc = 1446,86 ohm