În toate dispozitivele de inginerie radio și electronice, pe lângă tranzistoare și microcircuite, sunt utilizați condensatori. Unele circuite au mai multe, altele au mai puține, dar practic nu există circuit electronic fără condensatori.
În același timp, condensatoarele pot îndeplini o varietate de sarcini în dispozitive. În primul rând, acestea sunt capacități în filtrele redresoarelor și stabilizatorilor. Folosind condensatoare, un semnal este transmis între treptele amplificatorului, sunt construite filtre de trecere joasă și înaltă, intervalele de timp sunt stabilite în întârzieri de timp și este selectată frecvența de oscilație în diverse generatoare.
Condensatorii își au originea în , care a fost folosit de omul de știință olandez Pieter van Musschenbroeck în experimentele sale de la mijlocul secolului al XVIII-lea. A locuit în orașul Leiden, așa că nu este greu de ghicit de ce acest borcan a fost numit așa.
De fapt, era ceva obișnuit borcan de sticlă, tapetata in interior si exterior cu folie de tabla - staniol. A fost folosit în aceleași scopuri ca aluminiul modern, dar aluminiul nu fusese încă descoperit.
Singura sursă de electricitate în acele vremuri era un electrofor, capabil să dezvolte tensiuni de până la câteva sute de kilovolți. Aici a fost încărcat borcanul din Leyden. Manualele de fizică descriu un caz în care Muschenbroek și-a descărcat cutia printr-un lanț de zece paznici care se țineau de mână.
La acea vreme, nimeni nu știa că consecințele ar putea fi tragice. Lovitura a fost destul de sensibilă, dar nu fatală. Nu s-a ajuns la asta, deoarece capacitatea borcanului Leyden era nesemnificativă, pulsul a fost foarte scurt, astfel încât puterea de descărcare a fost scăzută.
Cum funcționează un condensator?
Designul unui condensator nu este practic diferit de un borcan Leyden: aceleași două plăci separate de un dielectric. Exact așa este pe modern scheme electrice condensatoarele sunt prezentate. Figura 1 prezintă un proiect schematic al unui condensator plat și formula pentru calculul acestuia.
Figura 1. Proiectarea unui condensator cu plăci paralele
Aici S este aria plăcilor în metri patrati, d este distanța dintre plăci în metri, C este capacitatea în faradi, ε este constanta dielectrică a mediului. Toate cantitățile incluse în formulă sunt indicate în sistemul SI. Această formulă este valabilă pentru cel mai simplu condensator plat: pur și simplu puteți așeza două plăci metalice una lângă alta, din care se trag concluzii. Aerul poate servi ca dielectric.
Din această formulă se poate înțelege că, cu cât aria plăcilor este mai mare și distanța dintre ele este mai mică, cu atât capacitatea condensatorului este mai mare. Pentru condensatoarele cu o geometrie diferită, formula poate fi diferită, de exemplu, pentru capacitatea unui singur conductor sau. Dar dependența capacității de aria plăcilor și distanța dintre ele este aceeași cu cea a unui condensator plat: cu cât aria este mai mare și distanța mai mică, cu atât capacitatea este mai mare.
De fapt, plăcile nu sunt întotdeauna făcute plate. Pentru mulți condensatori, de exemplu condensatori metal-hârtie, plăcile sunt folii de aluminiu laminate împreună cu un dielectric de hârtie într-o bilă strânsă, în formă de carcasă metalică.
Pentru a crește rezistența electrică, hârtia subțire de condensator este impregnată cu compuși izolatori, cel mai adesea ulei de transformator. Acest design face posibilă realizarea de condensatoare cu o capacitate de până la câteva sute de microfarad. Condensatorii funcționează în același mod cu alți dielectrici.
Formula nu conține nicio restricție privind aria plăcilor S și distanța dintre plăci d. Dacă presupunem că plăcile pot fi distanțate foarte departe și, în același timp, aria plăcilor poate fi făcută foarte mică, atunci va rămâne un fel de capacitate, deși mică. Un astfel de raționament sugerează că chiar și doar doi conductori situati unul lângă altul au capacitate electrică.
Această împrejurare este utilizată pe scară largă în tehnologia de înaltă frecvență: în unele cazuri, condensatorii sunt fabricați pur și simplu sub formă de piste de circuit imprimat sau chiar doar două fire răsucite împreună în izolație din polietilenă. Un fir de tăiței obișnuit sau un cablu are și o capacitate și crește odată cu creșterea lungimii.
Pe lângă capacitatea C, orice cablu are și o rezistență R. Ambele proprietăți fizice sunt distribuite pe lungimea cablului, iar atunci când transmit semnale de impuls, ele funcționează ca un lanț RC integrator, prezentat în Figura 2.
Figura 2.
În figură, totul este simplu: aici este circuitul, aici este semnalul de intrare și aici este semnalul de ieșire. Impulsul este distorsionat dincolo de recunoaștere, dar acest lucru se face intenționat, motiv pentru care circuitul a fost asamblat. Între timp, vorbim despre efectul capacității cablului asupra semnalului de impuls. În loc de puls, un „clopot” ca acesta va apărea la celălalt capăt al cablului, iar dacă pulsul este scurt, atunci este posibil să nu ajungă deloc la celălalt capăt al cablului, poate dispărea complet.
Fapt istoric
Aici este destul de potrivit să ne amintim povestea modului în care a fost așezat cablul transatlantic. Prima încercare din 1857 a eșuat: punctele și liniuțele telegrafice (impulsuri dreptunghiulare) au fost distorsionate, astfel încât să nu se poată desluși nimic la celălalt capăt al unei linii lungi de 4.000 km.
O a doua încercare a fost făcută în 1865. Până atunci, fizicianul englez W. Thompson a dezvoltat o teorie a transmiterii datelor pe linii lungi. În lumina acestei teorii, așezarea cablurilor s-a dovedit a fi mai reușită;
Pentru această ispravă științifică, regina Victoria i-a acordat omului de știință titlul de cavaler și titlul de Lord Kelvin. Acesta a fost numele unui orășel de pe coasta Irlandei, unde a început instalarea cablurilor. Dar acesta este doar un cuvânt și acum să revenim la ultima literă din formulă, și anume, constanta dielectrică a mediului ε.
Un pic despre dielectrici
Acest ε se află în numitorul formulei, prin urmare, creșterea sa va atrage după sine o creștere a capacității. Pentru majoritatea dielectricilor utilizați, cum ar fi aer, lavsan, polietilenă, fluoroplastic, această constantă este aproape aceeași cu cea a vidului. Dar, în același timp, există multe substanțe a căror constantă dielectrică este mult mai mare. Dacă un condensator de aer este umplut cu acetonă sau alcool, capacitatea acestuia va crește de 15...20 de ori.
Dar astfel de substanțe, pe lângă ε ridicat, au și o conductivitate destul de ridicată, astfel încât un astfel de condensator nu va menține bine o încărcare, se va descărca rapid prin el însuși. Acest fenomen dăunător se numește curent de scurgere. Prin urmare, pentru dielectrice sunt dezvoltate materiale speciale, care fac posibilă furnizarea de curenți de scurgere acceptabili cu o capacitate specifică ridicată a condensatoarelor. Acesta este exact ceea ce explică o astfel de varietate de tipuri și tipuri de condensatoare, fiecare dintre acestea fiind proiectat pentru condiții specifice.
Au cea mai mare capacitate specifică (raport capacitate/volum). Capacitatea „electroliților” ajunge până la 100.000 uF, tensiune de operare pana la 600V. Astfel de condensatoare funcționează bine numai la frecvențe joase, cel mai adesea în filtrele de alimentare. Condensatoarele electrolitice sunt conectate cu polaritatea corectă.
Electrozii din astfel de condensatoare sunt o peliculă subțire de oxid de metal, motiv pentru care acești condensatori sunt adesea numiți condensatori de oxid. Un strat subțire de aer între astfel de electrozi nu este un izolator foarte fiabil, așa că se introduce un strat de electrolit între plăcile de oxid. Cel mai adesea acestea sunt soluții concentrate de acizi sau alcaline.
Figura 3 prezintă un astfel de condensator.
Figura 3. Condensator electrolitic
Pentru a estima dimensiunea condensatorului, lângă el a fost fotografiată o simplă cutie de chibrituri. Pe lângă capacitatea destul de mare, în figură se poate vedea și toleranța ca procent: nu mai puțin de 70% din nominal.
În acele vremuri când computerele erau mari și erau numite computere, astfel de condensatori se aflau în unități de disc (în HDD-ul modern). Capacitatea de informare a unor astfel de unități nu poate provoca decât un zâmbet: 5 megaocteți de informații au fost stocați pe două discuri cu un diametru de 350 mm, iar dispozitivul în sine cântărea 54 kg.
Scopul principal al supercondensatoarelor prezentate în figură a fost de a îndepărta capete magnetice din zona de lucru disc în timpul unei întreruperi bruște de curent. Astfel de condensatoare ar putea stoca o încărcare timp de câțiva ani, ceea ce a fost testat în practică.
Mai jos, vă vom sugera să faceți câteva experimente simple cu condensatoare electrolitice pentru a înțelege ce poate face un condensator.
Condensatoarele electrolitice nepolare sunt produse pentru funcționarea în circuite de curent alternativ, dar din anumite motive sunt foarte greu de obținut. Pentru a rezolva cumva această problemă, „electroliții” polari convenționali sunt porniți contra-secvențial: plus-minus-minus-plus.
Dacă un condensator electrolitic polar este conectat la un circuit de curent alternativ, mai întâi se va încălzi și apoi va avea loc o explozie. Condensatoarele vechi domestice împrăștiate în toate direcțiile, în timp ce cele importate au un dispozitiv special care le permite să evite loviturile puternice. De regulă, aceasta este fie o crestătură încrucișată pe partea de jos a condensatorului, fie o gaură cu un dop de cauciuc situat acolo.
Chiar nu le plac condensatoarele electrolitice de înaltă tensiune, chiar dacă polaritatea este corectă. Prin urmare, nu ar trebui să puneți niciodată „electroliți” într-un circuit în care este de așteptat o tensiune apropiată de maximul pentru un anumit condensator.
Uneori, în unele forumuri, chiar de renume, începătorii pun întrebarea: „Diagrama arată un condensator de 470µF * 16V, dar am 470µF * 50V, îl pot instala?” Da, desigur că puteți, dar înlocuirea inversă este inacceptabilă.
Condensatorul poate stoca energie
Vă va ajuta să înțelegeți această afirmație circuit simplu, prezentat în Figura 4.
Figura 4. Circuit cu condensator
Caracterul principal al acestui circuit este un condensator electrolitic C cu o capacitate suficient de mare, astfel încât procesele de încărcare și descărcare să decurgă lent și chiar foarte clar. Acest lucru face posibilă observarea vizuală a funcționării circuitului folosind un bec obișnuit pentru lanternă. Aceste lanterne au făcut loc de mult timp celor moderne cu LED-uri, dar becurile pentru ele sunt încă vândute. Prin urmare, este foarte simplu să asamblați un circuit și să efectuați experimente simple.
Poate cineva va spune: „De ce? La urma urmei, totul este evident, dar dacă citești și descrierea...” Se pare că nu există nimic de obiectat aici, dar oricare, chiar și cel mai mult lucru simplu rămâne în cap multă vreme dacă înțelegerea sa a venit prin mâini.
Deci, circuitul este asamblat. Cum funcționează?
În poziția comutatorului SA prezentată în diagramă, condensatorul C este încărcat de la sursa de alimentare GB prin rezistorul R din circuit: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Curentul de încărcare din diagramă este indicat de o săgeată cu indicele iз. Procesul de încărcare a condensatorului este prezentat în Figura 5.
Figura 5. Procesul de încărcare a condensatorului
Figura arată că tensiunea pe condensator crește de-a lungul unei linii curbe, numită exponențial în matematică. Curentul de încărcare reflectă direct tensiunea de încărcare. Pe măsură ce tensiunea pe condensator crește, curentul de încărcare devine mai mic. Și numai în momentul inițial corespunde formulei prezentate în figură.
După ceva timp, condensatorul se va încărca de la 0V la tensiunea sursei de alimentare, în circuitul nostru până la 4,5V. Întrebarea este cum să determinăm acest timp, cât să așteptați, când se va încărca condensatorul?
Constanta de timp „tau” τ = R*C
Această formulă înmulțește pur și simplu rezistența și capacitatea unui rezistor și condensator conectate în serie. Dacă, fără a neglija sistemul SI, înlocuim rezistența în Ohmi și capacitatea în Farads, atunci rezultatul se va obține în secunde. Acesta este timpul necesar pentru ca condensatorul să se încarce la 36,8% din tensiunea sursei de alimentare. În consecință, încărcarea la aproape 100% va necesita un timp de 5* τ.
Adesea, neglijând sistemul SI, ei înlocuiesc rezistența în ohmi și capacitatea în microfarad în formulă, apoi timpul va fi în microsecunde. În cazul nostru, este mai convenabil să obțineți rezultatul în secunde, pentru care pur și simplu trebuie să înmulțiți microsecundele cu un milion sau, mai simplu, să mutați virgula zecimală șase locuri la stânga.
Pentru circuitul prezentat în figura 4, cu o capacitate a condensatorului de 2000 μF și o rezistență a rezistenței de 500 Ω, constanta de timp va fi τ = R*C = 500 * 2000 = 1.000.000 de microsecunde sau exact o secundă. Astfel, va trebui să așteptați aproximativ 5 secunde până când condensatorul este complet încărcat.
Dacă, după timpul specificat, comutatorul SA este mutat în poziția corectă, condensatorul C se va descărca prin becul EL. În acest moment va fi o clipire scurtă, condensatorul se va descărca și lumina se va stinge. Direcția de descărcare a condensatorului este indicată de o săgeată cu indicele ip. Timpul de descărcare este determinat și de constanta de timp τ. Graficul de descărcare este prezentat în Figura 6.
Figura 6. Graficul de descărcare a condensatorului
Condensatorul nu trece curent continuu
O diagramă și mai simplă prezentată în Figura 7 vă va ajuta să verificați această afirmație.
Figura 7. Circuit cu un condensator într-un circuit DC
Dacă închideți comutatorul SA, becul va clipi scurt, indicând că condensatorul C s-a încărcat prin bec. Graficul de încărcare este prezentat și aici: în momentul în care comutatorul este închis, curentul este maxim, pe măsură ce condensatorul este încărcat, acesta scade, iar după un timp se oprește complet.
Dacă condensatorul este de bună calitate, de ex. cu un curent de scurgere scăzut (autodescărcare), închiderea repetată a comutatorului nu va duce la un fulger. Pentru a obține un alt blitz, condensatorul va trebui să fie descărcat.
Condensator în filtrele de putere
Condensatorul este de obicei plasat după redresor. Cel mai adesea, redresoarele sunt realizate cu undă completă. Cele mai comune circuite redresoare sunt prezentate în Figura 8.
Figura 8. Circuite redresoare
Redresoarele cu jumătate de undă sunt, de asemenea, folosite destul de des, de regulă, în cazurile în care puterea de sarcină este nesemnificativă. Cea mai valoroasă calitate a unor astfel de redresoare este simplitatea lor: o singură diodă și o înfășurare a transformatorului.
Pentru un redresor cu undă completă, capacitatea condensatorului filtrului poate fi calculată folosind formula
C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, unde C este capacitatea condensatorului μF, Po este puterea de sarcină W, U este tensiunea la ieșirea redresorului V, f este frecvența alternantei tensiunea Hz, dU este amplitudinea ondulației V.
Numărul mare din numărătorul 1.000.000 convertește capacitatea condensatorului din Farad de sistem în microfarad. Cele două din numitor reprezintă numărul de semicicluri ale redresorului: pentru un redresor cu jumătate de undă, va apărea unul în locul său
C = 1000000 * Po / U*f*dU,
iar pentru un redresor trifazat formula va lua forma C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.
Supercondensator - ionistor
Recent, a apărut o nouă clasă de condensatoare electrolitice, așa-numita. În proprietățile sale este similar cu o baterie, deși cu mai multe limitări.
Ionistorul este încărcat la tensiunea nominală într-un timp scurt, literalmente în câteva minute, așa că este recomandabil să îl utilizați ca sursă de alimentare de rezervă. De fapt, ionistorul este un dispozitiv nepolar, singurul lucru care îi determină polaritatea este încărcarea de la producător. Pentru a preveni confundarea acestei polarități în viitor, este indicată cu semnul +.
Condițiile de funcționare ale ionistorilor joacă un rol important. La o temperatură de 70˚C la o tensiune de 0,8 din tensiunea nominală, durabilitatea garantată nu este mai mare de 500 de ore. Dacă dispozitivul funcționează la o tensiune de 0,6 din tensiunea nominală, iar temperatura nu depășește 40 de grade, atunci funcționarea corectă este posibilă timp de 40.000 de ore sau mai mult.
Cea mai comună aplicație a unui ionistor este în sursele de alimentare de rezervă. Acestea sunt în principal cipuri de memorie sau ceasuri electronice. În acest caz, parametrul principal al ionistorului este curentul de scurgere scăzut, autodescărcarea acestuia.
Utilizarea ionistorilor împreună cu panouri solare. Acest lucru se datorează și lipsei de criticitate a condițiilor de încărcare și numărului practic nelimitat de cicluri de încărcare-descărcare. O altă proprietate valoroasă este că ionistorul nu necesită întreținere.
Până acum am reușit să vă spun cum și unde funcționează condensatorii electrolitici, în principal în circuitele DC. Funcționarea condensatoarelor în circuitele de curent alternativ va fi discutată într-un alt articol -.
La întrebarea De ce un condensator nu trece curent continuu, ci trece curent alternativ? dat de autor Sodd15 sodd cel mai bun răspuns este Curentul curge doar atâta timp cât condensatorul se încarcă.
Într-un circuit de curent continuu, condensatorul se încarcă relativ repede, după care curentul scade și practic se oprește.
Într-un circuit de curent alternativ, condensatorul este încărcat, apoi tensiunea își schimbă polaritatea, începe să se descarce și apoi se încarcă în direcția opusă etc. - curentul curge constant.
Ei bine, imaginați-vă un borcan în care puteți turna apă doar până se umple. Dacă tensiunea este constantă, banca se va umple și apoi curentul se va opri. Și dacă tensiunea este variabilă, în borcan se toarnă apă - se toarnă - se umple etc.
Răspuns de la Bagă-ți capul înăuntru[incepator]
Multumesc baieti pentru informatiile minunate!!!
Răspuns de la Avotara[guru]
Un condensator nu trece curent, se poate încărca și descărca
La curent continuu, condensatorul se încarcă o dată și apoi devine inutil în circuit.
Pe un curent pulsatoriu, atunci când tensiunea crește, se încarcă (acumulează energie electrică), iar când tensiunea de la nivelul maxim începe să scadă, returnează energie în rețea, stabilizând în același timp tensiunea.
Pe curent alternativ, când tensiunea crește de la 0 la maxim, condensatorul se încarcă, când scade de la maxim la 0, se descarcă, returnând energia înapoi în rețea, când se schimbă polaritatea, totul se întâmplă exact la fel dar cu o polaritate diferită. .
Răspuns de la Culoare[guru]
Un condensator nu permite curentului să treacă prin el însuși. Condensatorul acumulează mai întâi sarcini pe plăcile sale - pe o placă există un exces de electroni, pe cealaltă există o lipsă - și apoi le cedează, ca urmare, în circuitul extern, electronii merg înainte și înapoi - funcționează departe de o farfurie, alergați la a doua, apoi înapoi. Adică, mișcarea electronilor înainte și înapoi în circuitul extern este asigurată de curent - dar nu în interiorul condensatorului.
Câți electroni poate accepta o placă de condensator la o tensiune de un volt se numește capacitatea condensatorului, dar de obicei se măsoară nu în trilioane de electroni, ci în unități convenționale de capacitate - farazi (microfarads, picofarads).
Când se spune că curentul trece printr-un condensator, aceasta este pur și simplu o simplificare. Totul se întâmplă ca și cum curentul ar curge prin condensator, deși, de fapt, curentul curge doar din exteriorul condensatorului.
Dacă ne aprofundăm în fizică, redistribuirea energiei în câmp între plăcile unui condensator se numește curent de deplasare, spre deosebire de curentul de conducție, care este mișcarea sarcinilor, dar curentul de deplasare este un concept din electrodinamică asociat cu ecuațiile lui Maxwell. , un cu totul alt nivel de abstractizare.
Răspuns de la papila[guru]
în termeni pur fizici: un condensator este o întrerupere a circuitului, deoarece garniturile sale nu se ating între ele, există un dielectric între ele. și după cum știm, dielectricii nu conduc electricitatea. prin urmare, curentul continuu nu trece prin el.
Deşi...
Un condensator dintr-un circuit de curent continuu poate conduce curentul în momentul în care este conectat la circuit (încărcarea sau reîncărcarea condensatorului are loc la sfârșitul procesului tranzitoriu, nici un curent nu trece prin condensator, deoarece plăcile sale sunt separate de a). dielectric. Într-un circuit de curent alternativ, acesta conduce oscilații de curent alternativ prin reîncărcarea ciclică a condensatorului.
iar pentru curent alternativ, condensatorul face parte din circuitul oscilant. joacă rolul unui dispozitiv de stocare energie electricași în combinație cu bobina, coexistă perfect, transformând energia electrică în energie magnetică și înapoi la o viteză/frecvență egală cu propria lor omega = 1/sqrt(C*L)
exemplu: un astfel de fenomen precum fulgerul. Cred că am auzit. deși acesta este un exemplu prost, încărcarea are loc acolo prin electrificare, din cauza frecării aerului atmosferic pe suprafața pământului. dar defectarea întotdeauna, ca într-un condensator, are loc numai atunci când este atinsă așa-numita tensiune de avarie.
Nu stiu daca te-a ajutat asta :)
Răspuns de la Legendă@[incepator]
condensatorul funcționează atât în curent alternativ, cât și în curent continuu, deoarece este încărcat în curent continuu și nu poate transfera acea energie nicăieri, pentru aceasta, o ramură inversă este conectată la circuit printr-un comutator pentru a schimba polaritatea pentru a o descărca; face loc pentru una noua portiuni, fara alternanta pe rotatie, canderul este incarcat si descarcat datorita inversarii polaritatilor....
Tensiune constantă și setați tensiunea pe crocodilii lui la 12 volți. Luăm și un bec de 12 volți. Acum introducem un condensator între o sondă a sursei de alimentare și bec:
Nu, nu arde.
Dar dacă o faci direct, se aprinde:
Aceasta duce la concluzia: Curentul DC nu trece prin condensator!
Sincer să fiu, chiar în momentul inițial al aplicării tensiunii, curentul încă curge pentru o fracțiune de secundă. Totul depinde de capacitatea condensatorului.
Condensator în circuitul de curent alternativ
Deci, pentru a afla dacă curentul AC trece prin condensator, avem nevoie de un alternator. Cred că acest generator de frecvență se va descurca bine:
Deoarece generatorul meu chinezesc este foarte slab, în loc de încărcarea unui bec, vom folosi unul simplu de 100 ohmi. Să luăm și un condensator cu o capacitate de 1 microfarad:
Lipim așa ceva și trimitem un semnal de la generatorul de frecvență:
Apoi se apucă de treabă. Ce este un osciloscop și ce se folosește cu el, citiți aici. Vom folosi două canale deodată. Două semnale vor fi afișate simultan pe un ecran. Aici pe ecran puteți vedea deja interferențe de la rețeaua de 220 de volți. Nu face nimic.
Vom aplica tensiune alternativă și vom urmări semnalele, așa cum spun inginerii electronici profesioniști, la intrare și la ieșire. Simultan.
Totul va arăta cam așa:
Deci, dacă frecvența noastră este zero, atunci aceasta înseamnă curent constant. După cum am văzut deja, condensatorul nu permite trecerea curentului continuu. Acest lucru pare să fi fost rezolvat. Dar ce se întâmplă dacă aplicați o sinusoidă cu o frecvență de 100 Herți?
Pe afișajul osciloscopului am afișat parametri precum frecvența și amplitudinea semnalului: F este frecventa Ma – amplitudine (acești parametri sunt marcați cu o săgeată albă). Primul canal este marcat cu roșu, iar al doilea canal cu galben, pentru ușurință de percepție.
Unda sinusoidală roșie arată semnalul pe care ni-l dă generatorul de frecvență chinezesc. Unda sinusoidală galbenă este ceea ce primim deja la sarcină. În cazul nostru, sarcina este un rezistor. Ei bine, asta e tot, de fapt.
După cum puteți vedea în oscilograma de mai sus, furnizez un semnal sinusoidal de la generator cu o frecvență de 100 Herți și o amplitudine de 2 Volți. Pe rezistor vedem deja un semnal cu aceeași frecvență (semnal galben), dar amplitudinea lui este de aproximativ 136 milivolți. Mai mult decât atât, semnalul s-a dovedit a fi oarecum „șurubat”. Acest lucru se datorează așa-numitului „“. Zgomotul este un semnal cu amplitudine mică și modificări aleatorii ale tensiunii. Poate fi cauzată de elementele radio în sine sau poate fi, de asemenea, interferențe care sunt captate din spațiul înconjurător. De exemplu, un rezistor „face zgomot” foarte bine. Aceasta înseamnă că „așezarea” semnalului este suma unei sinusoide și a zgomotului.
Amplitudinea semnalului galben a devenit mai mică și chiar și graficul semnalului galben se deplasează spre stânga, adică este înaintea semnalului roșu, sau în limbaj științific, se pare schimbare de fază. Este faza care este înainte, nu semnalul în sine. Dacă semnalul în sine ar fi fost înainte, atunci am avea semnalul de pe rezistor să apară în timp mai devreme decât semnalul aplicat acestuia prin condensator. Rezultatul ar fi un fel de călătorie în timp :-), ceea ce, desigur, este imposibil.
Schimbarea de fază- Asta diferența dintre fazele inițiale a două mărimi măsurate. În acest caz, tensiune. Pentru a măsura schimbarea de fază, trebuie să existe o condiție ca aceste semnale aceeasi frecventa. Amplitudinea poate fi orice. Figura de mai jos arată chiar această schimbare de fază sau, așa cum se mai numește, diferenta de faza:
Să creștem frecvența generatorului la 500 Herți
Rezistorul a primit deja 560 de milivolți. Defazatul scade.
Creștem frecvența la 1 KiloHertz
La ieșire avem deja 1 Volt.
Setați frecvența la 5 Kiloherți
Amplitudinea este de 1,84 volți, iar defazarea este clar mai mică
Creșteți la 10 Kiloherți
Amplitudinea este aproape aceeași ca la intrare. Schimbarea de fază este mai puțin vizibilă.
Am stabilit 100 Kilohertzi:
Nu există aproape nicio schimbare de fază. Amplitudinea este aproape aceeași ca la intrare, adică 2 volți.
De aici tragem concluzii profunde:
Cu cât frecvența este mai mare, cu atât condensatorul are mai puțină rezistență la curentul alternativ. Defazatul scade odată cu creșterea frecvenței până la aproape zero. La frecvențe infinit de joase magnitudinea sa este de 90 de grade sauπ/2 .
Dacă trasați o porțiune a graficului, veți obține ceva de genul acesta:
Am trasat tensiunea pe verticală și frecvența pe orizontală.
Deci, am învățat că rezistența unui condensator depinde de frecvență. Dar depinde doar de frecvență? Să luăm un condensator cu o capacitate de 0,1 microfarad, adică o valoare nominală de 10 ori mai mică decât precedentul, și să-l rulăm din nou la aceleași frecvențe.
Să ne uităm și să analizăm valorile:
Comparați cu atenție valorile de amplitudine ale semnalului galben la aceeași frecvență, dar cu valori diferite ale condensatorului. De exemplu, la o frecvență de 100 Herți și un condensator de 1 μF, amplitudinea semnalului galben a fost de 136 milivolți, iar la aceeași frecvență, amplitudinea semnalului galben, dar cu un condensator de 0,1 μF, era deja 101 milivolți (în realitate, chiar mai puțin din cauza interferențelor). La o frecvență de 500 Hertz - 560 milivolți și, respectiv, 106 milivolți, la o frecvență de 1 Kiloherți - 1 Volt și 136 milivolți și așa mai departe.
De aici concluzia sugerează de la sine: Pe măsură ce valoarea unui condensator scade, rezistența acestuia crește.
Folosind transformări fizice și matematice, fizicienii și matematicienii au derivat o formulă pentru calcularea rezistenței unui condensator. Vă rog să iubiți și să favorizați:
Unde, X C este rezistența condensatorului, Ohm
P – constantă și este egală cu aproximativ 3,14
F– frecvența, măsurată în Herți
CU– capacitatea, măsurată în Farads
Deci, puneți frecvența în această formulă la zero Herți. O frecvență de zero Hertz este curent continuu. Ce se va întâmpla? 1/0=rezistență infinită sau foarte mare. Pe scurt, un circuit rupt.
Concluzie
Privind în viitor, pot spune că în acest experiment am obținut (filtru trece-înalt). Folosind un simplu condensator și un rezistor și aplicând un astfel de filtru difuzorului undeva în echipamentul audio, vom auzi doar tonuri înalte scârțâitoare în difuzor. Dar frecvența basului va fi atenuată de un astfel de filtru. Dependența rezistenței condensatorului de frecvență este utilizată pe scară largă în electronica radio, în special în diverse filtre unde este necesar să se suprima o frecvență și să treacă pe alta.
În care un alternator produce o tensiune sinusoidală. Să ne uităm la ce se întâmplă în circuit când închidem cheia. Vom lua în considerare momentul inițial când tensiunea generatorului este zero.
În primul trimestru al perioadei, tensiunea la bornele generatorului va crește, începând de la zero, iar condensatorul va începe să se încarce. Un curent va apărea în circuit, dar în primul moment de încărcare a condensatorului, în ciuda faptului că tensiunea de pe plăcile sale tocmai a apărut și este încă foarte mică, curentul din circuit (curent de încărcare) va fi cel mai mare. Pe măsură ce sarcina condensatorului crește, curentul din circuit scade și ajunge la zero în momentul în care condensatorul este încărcat complet. În acest caz, tensiunea de pe plăcile condensatorului, urmând strict tensiunea generatorului, devine în acest moment maximă, dar de semn opus, adică îndreptată spre tensiunea generatorului.
Orez. 1. Modificarea curentului și tensiunii într-un circuit cu capacitate
Astfel, curentul se grăbește cu cea mai mare forță în condensatorul fără încărcare, dar începe imediat să scadă pe măsură ce plăcile condensatorului sunt umplute cu încărcături și coboară la zero, încărcându-l complet.
Să comparăm acest fenomen cu ceea ce se întâmplă cu curgerea apei într-o conductă care leagă două vase comunicante (Fig. 2), dintre care unul este umplut, iar celălalt gol. De îndată ce scoateți supapa care blochează calea apei, apa va curge imediat din vasul din stânga sub presiune mare prin țeavă în vasul din dreapta gol. Cu toate acestea, imediat presiunea apei din conductă va începe să slăbească treptat, din cauza nivelării nivelurilor din vase, și va scădea la zero. Curgerea apei se va opri.
Orez. 2. Modificarea presiunii apei în conducta care conectează vasele comunicante este similară cu schimbarea curentului în circuit în timpul încărcării condensatorului
În mod similar, curentul curge mai întâi într-un condensator neîncărcat și apoi slăbește treptat pe măsură ce se încarcă.
Odată cu începutul celui de-al doilea trimestru al perioadei, când tensiunea generatorului începe lent la început, apoi scade din ce în ce mai repede, condensatorul încărcat va fi descărcat la generator, ceea ce va provoca un curent de descărcare în circuit. Pe măsură ce tensiunea generatorului scade, condensatorul se descarcă din ce în ce mai mult, iar curentul de descărcare în circuit crește. Direcția curentului de descărcare în acest trimestru al perioadei este opusă direcției curentului de încărcare în primul trimestru al perioadei. În consecință, curba curentă, după ce a depășit valoarea zero, este acum situată sub axa timpului.
Până la sfârșitul primului semiciclu, tensiunea de pe generator, precum și de pe condensator, se apropie rapid de zero, iar curentul din circuit atinge încet valoarea maximă. Reținând că mărimea curentului din circuit este mai mare, cu cât este mai mare cantitatea de sarcină transferată de-a lungul circuitului, va deveni clar de ce curentul atinge maximul atunci când tensiunea de pe plăcile condensatorului și, prin urmare, sarcina condensatorului, scade rapid.
Odată cu începutul celui de-al treilea trimestru al perioadei, condensatorul începe să se încarce din nou, dar polaritatea plăcilor sale, precum și polaritatea generatorului, se schimbă în sens opus, iar curentul continuă să curgă în aceeași direcție. , începe să scadă pe măsură ce condensatorul este încărcat La sfârșitul celui de-al treilea trimestru al perioadei, când tensiunile între generator și condensator ating maximul, curentul devine zero.
În ultimul sfert al perioadei, tensiunea, în scădere, scade la zero, iar curentul, schimbându-și direcția în circuit, atinge valoarea maximă. Se încheie astfel perioada, după care începe următoarea, repetându-se exact pe cea precedentă etc.
Aşa, sub influența tensiunii alternative de la generator, condensatorul este încărcat de două ori pe perioadă (primul și al treilea trimestru al perioadei) și descărcat de două ori (al doilea și al patrulea trimestru al perioadei). Dar, deoarece alternarea una după alta este însoțită de fiecare dată de trecerea curenților de încărcare și de descărcare prin circuit, putem concluziona că .
Puteți verifica acest lucru folosind următorul experiment simplu. Conectați un condensator cu o capacitate de 4-6 microfarad la rețeaua de curent alternativ printr-un bec electric de 25 W. Lumina se va aprinde și nu se va stinge până când circuitul nu este întrerupt. Aceasta indică faptul că curentul alternativ a trecut prin circuit cu capacitatea. Cu toate acestea, a trecut, desigur, nu prin dielectricul condensatorului, dar în fiecare moment de timp a reprezentat fie curentul de încărcare, fie curentul de descărcare al condensatorului.
Dielectricul, după cum știm, este polarizat sub influență câmp electric, care apare în el când condensatorul este încărcat, iar polarizarea lui dispare când condensatorul este descărcat.
În acest caz, dielectricul cu curentul de polarizare care apare în el servește ca un fel de continuare a circuitului pentru curent alternativ și întrerupe circuitul pentru curent continuu. Dar curentul de deplasare este generat numai în dielectricul condensatorului și, prin urmare, prin transferul de sarcină de-a lungul circuitului nu are loc.
Rezistența furnizată de un condensator la curentul alternativ depinde de valoarea capacității condensatorului și de frecvența curentului.
Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât este mai mare sarcina transferată prin circuit în timpul încărcării și descărcării condensatorului și, prin urmare, cu atât curentul în circuit este mai mare. O creștere a curentului în circuit indică faptul că rezistența acestuia a scăzut.
Prin urmare, Pe măsură ce capacitatea crește, rezistența circuitului la curentul alternativ scade.
O creștere crește cantitatea de sarcină transferată prin circuit, deoarece încărcarea (precum și descărcarea) condensatorului trebuie să apară mai repede decât la o frecvență joasă. În același timp, o creștere a cantității de sarcină transferată pe unitatea de timp este echivalentă cu o creștere a curentului din circuit și, în consecință, cu o scădere a rezistenței acestuia.
Dacă reducem cumva treptat frecvența curentului alternativ și reducem curentul la constant, atunci rezistența condensatorului conectat la circuit va crește treptat și va deveni infinit de mare (circuit deschis) până la apariția acesteia.
Prin urmare, Pe măsură ce frecvența crește, rezistența condensatorului la curentul alternativ scade.
Așa cum rezistența unei bobine la curentul alternativ este numită inductivă, rezistența unui condensator este de obicei numită capacitivă.
Astfel, Capacitatea este mai mare, cu atât capacitatea circuitului și frecvența curentului care îl furnizează sunt mai mici.
Capacitatea este notată cu Xc și măsurată în ohmi.
Dependența capacității de frecvența curentului și capacitatea circuitului este determinată de formula Xc = 1/ωС, unde ω - frecvența circulară egală cu produsul lui 2π f, C-capacitatea circuitului în faradi.
Reactanța capacitivă, ca și reactanța inductivă, este de natură reactivă, deoarece condensatorul nu consumă energia sursei de curent.
Formula pentru un circuit cu capacitate este I = U/Xc, unde I și U sunt valorile efective ale curentului și tensiunii; Xc este capacitatea circuitului.
Proprietatea condensatoarelor de a oferi rezistență ridicată la curenții de joasă frecvență și de a trece cu ușurință curenții de înaltă frecvență este utilizată pe scară largă în circuitele echipamentelor de comunicație.
Cu ajutorul condensatoarelor, de exemplu, se realizează separarea curenților continui și curenții de joasă frecvență de curenții de înaltă frecvență necesari funcționării circuitelor.
Dacă este necesar să blocați calea curentului de joasă frecvență în partea de înaltă frecvență a circuitului, un mic condensator este conectat în serie. Oferă o rezistență mare la curentul de joasă frecvență și, în același timp, trece cu ușurință curentul de înaltă frecvență.
Dacă este necesar să se prevină intrarea curentului de înaltă frecvență, de exemplu, în circuitul de alimentare al unei stații radio, atunci se folosește un condensator mare, conectat în paralel cu sursa de curent. În acest caz, curentul de înaltă frecvență trece prin condensator, ocolind circuitul de alimentare al stației de radio.
Rezistență activă și condensator într-un circuit de curent alternativ
În practică, există adesea cazuri când un circuit este în serie cu o capacitate Rezistența totală a circuitului în acest caz este determinată de formulă
Prin urmare, rezistența totală a unui circuit format din rezistență activă și capacitivă la curent alternativ este egală cu rădăcina pătrată a sumei pătratelor rezistenței active și capacitive ale acestui circuit.
Legea lui Ohm rămâne valabilă pentru acest circuit I = U/Z.
În fig. Figura 3 prezintă curbele care caracterizează relațiile de fază dintre curent și tensiune într-un circuit care conține rezistență capacitivă și activă.
Orez. 3. Curent, tensiune și putere într-un circuit cu un condensator și rezistență activă
După cum se poate vedea din figură, curentul în acest caz conduce tensiunea nu cu un sfert de perioadă, ci mai puțin, deoarece rezistența activă a încălcat natura pur capacitivă (reactivă) a circuitului, așa cum demonstrează faza redusă. schimbare. Acum, tensiunea la bornele circuitului va fi determinată ca suma a două componente: componenta reactivă a tensiunii u c, care merge pentru a depăși capacitatea circuitului, și componenta activă a tensiunii, care își depășește rezistența activă.
Cu cât rezistența activă a circuitului este mai mare, cu atât defazajul între curent și tensiune va fi mai mic.
Curba de schimbare a puterii în circuit (vezi Fig. 3) de două ori în timpul perioadei a dobândit un semn negativ, care este, după cum știm deja, o consecință a naturii reactive a circuitului. Cu cât circuitul este mai puțin reactiv, cu atât defazajul dintre curent și tensiune este mai mic și cu atât sursa de curent consumă mai multă putere.
Acest lucru poate fi ușor confirmat prin experimente. Puteți aprinde un bec conectându-l la o sursă de curent alternativ printr-un condensator. Difuzorul sau receptoarele vor continua să funcționeze dacă sunt conectate la receptor nu direct, ci printr-un condensator.
Un condensator este format din două sau mai multe plăci metalice separate printr-un dielectric. Acest dielectric este cel mai adesea mica, aer sau ceramica, care sunt cei mai buni izolatori. Este destul de firesc ca curentul continuu să nu poată trece printr-un astfel de izolator. Dar de ce trece curentul alternativ prin el? Acest lucru pare cu atât mai ciudat cu cât aceeași ceramică sub formă, de exemplu, de role de porțelan izolează perfect firele de curent alternativ, iar mica funcționează perfect ca izolator în fiarele electrice și alte dispozitive de încălzire care funcționează corect pe curent alternativ.
Prin unele experimente am putut „demonstra” și mai mult fapt ciudat: dacă un dielectric cu proprietăți izolatoare relativ slabe este înlocuit într-un condensator cu un alt dielectric, care este un izolator mai bun, atunci proprietățile condensatorului se vor schimba astfel încât trecerea curentului alternativ prin condensator nu va fi dificilă, dar, pe dimpotrivă, facilitată. De exemplu, dacă conectați un bec la un circuit de curent alternativ printr-un condensator cu un dielectric de hârtie și apoi înlocuiți hârtia cu un izolator atât de excelent; precum sticla sau portelanul de aceeasi grosime, becul va incepe sa arda mai puternic. Un astfel de experiment va duce la concluzia că curentul alternativ nu numai că trece prin condensator, ci și că trece mai ușor, cu atât este mai bun izolatorul său dielectric.
Cu toate acestea, în ciuda întregii convingeri aparente ale unor astfel de experimente, curentul electric - nici direct, nici alternativ - nu trece prin condensator. Dielectricul care separă plăcile condensatorului servește ca o barieră de încredere în calea curentului, oricare ar fi acesta - alternativ sau direct. Dar asta nu înseamnă că nu va exista curent în întregul circuit în care este conectat condensatorul.
Un condensator are o anumită proprietate fizică pe care o numim capacitate. Această proprietate constă în capacitatea de a acumula sarcini electrice pe plăci. O sursă de curent electric poate fi asemănată aproximativ cu o pompă care pompează sarcini electrice într-un circuit. Dacă curentul este constant, atunci sarcinile electrice sunt pompate tot timpul într-o singură direcție.
Cum se va comporta un condensator într-un circuit DC?
„Pompa noastră electrică” va pompa încărcături pe una dintre plăcile sale și le va pompa afară de pe cealaltă placă. Capacitatea unui condensator de a menține o anumită diferență în numărul de încărcări de pe plăcile sale se numește capacitatea sa. Cu cât capacitatea este mai mare, cu atât mai multe sarcini electrice pot fi pe o placă în comparație cu cealaltă.
În momentul în care curentul este pornit, condensatorul nu este încărcat - numărul de încărcări de pe plăcile sale este același. Dar curentul este pornit. „Pompa electrică” a început să funcționeze. A condus încărcăturile pe o farfurie și a început să le pompeze de pe cealaltă. Odată ce mișcarea sarcinilor începe în circuit, înseamnă că curentul începe să curgă în el. Curentul va curge până când condensatorul este complet încărcat. Odată atinsă această limită, curentul se va opri.
Prin urmare, dacă există un condensator într-un circuit de curent continuu, atunci după ce acesta este închis, curentul va curge în el atât timp cât este nevoie pentru a încărca complet condensatorul.
Dacă rezistența circuitului prin care se încarcă condensatorul este relativ mică, atunci timpul de încărcare este foarte scurt: durează o fracțiune nesemnificativă de secundă, după care fluxul de curent se oprește.
Situația este diferită în circuitul de curent alternativ. În acest circuit, „pompa” pompează sarcini electrice într-o direcție sau în alta. După ce abia a creat un exces de sarcini pe o placă a condensatorului în comparație cu numărul de pe cealaltă placă, pompa începe să le pompeze în direcția opusă. Încărcările vor circula continuu în circuit, ceea ce înseamnă că, în ciuda prezenței unui condensator neconductor, va exista un curent în el - curentul de încărcare și de descărcare al condensatorului.
De ce va depinde magnitudinea acestui curent?
Prin mărimea curentului înțelegem numărul de sarcini electrice care curg pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a unui conductor. Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât vor fi necesare mai multe încărcări pentru a-l „umple”, ceea ce înseamnă cu atât curentul din circuit va fi mai puternic. Capacitatea unui condensator depinde de dimensiunea plăcilor, distanța dintre ele și tipul de dielectric care le separă, constanta sa dielectrică. Porțelanul are o constantă dielectrică mai mare decât hârtia, așa că la înlocuirea hârtiei cu porțelan într-un condensator, curentul din circuit crește, deși porțelanul este un izolator mai bun decât hârtia.
Mărimea curentului depinde și de frecvența acestuia. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât curentul va fi mai mare. Este ușor de înțeles de ce se întâmplă acest lucru imaginându-ne că umplem un recipient cu o capacitate de, de exemplu, 1 litru cu apă printr-un tub și apoi îl pompăm de acolo. Dacă acest proces se repetă o dată pe secundă, atunci prin tub vor curge 2 litri de apă pe secundă: 1 litru într-o direcție și 1 litru în cealaltă. Dar dacă dublăm frecvența procesului: umplem și golim vasul de 2 ori pe secundă, atunci 4 litri de apă vor curge prin tub pe secundă - creșterea frecvenței procesului cu aceeași capacitate a vasului a dus la o creșterea corespunzătoare a cantității de apă care curge prin tub.
Din tot ce s-a spus, se pot trage următoarele concluzii: curentul electric - nici direct, nici alternativ - nu trece prin condensator. Dar în circuitul care conectează sursa de curent alternativ la condensator, curge curentul de încărcare și descărcare al acestui condensator. Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare și cu cât frecvența curentului este mai mare, cu atât acest curent va fi mai puternic.
Această caracteristică a curentului alternativ este extrem de utilizată în ingineria radio. Emisia undelor radio se bazează și pe aceasta. Pentru a face acest lucru, excităm un curent alternativ de înaltă frecvență în antena de transmisie. Dar de ce curge curentul în antenă, deoarece nu este un circuit închis? Curge deoarece există o capacitate între antenă și firele de contragreutate sau masă. Curentul din antenă reprezintă curentul de încărcare și de descărcare al acestui condensator, al acestui condensator.
