Kai mokaisi elektronikos fizikos ir gerai supranti pagrindus, pvz., Tokių pagrindinių terminų kaipĮtampa, srovėirpasipriešinimas, kartu su svarbiomis lygtimis, tokiomis kaip Ohmo dėsnis - sužinoti, kaip veikia skirtingi grandinės komponentai, yra kitas žingsnis įvaldant dalyką.
Akondensatoriusyra vienas iš svarbiausių suprantamų komponentų, nes jie plačiai naudojami visose elektronikos srityse. Nuo kondensatorių sujungimo ir atjungimo iki kondensatorių, kurie priverčia fotoaparato blykstę veikti arba vaidina pagrindinį vaidmenį lygintuvus, reikalingus kintamosios ir nuolatinės srovės konversijoms, didžiulį kondensatorių taikymo spektrą sunku pervertinti. Štai kodėl svarbu žinoti, kaip apskaičiuoti skirtingų kondensatorių išdėstymo talpą ir bendrą talpą.
Kas yra kondensatorius?
Kondensatorius yra paprastas elektrinis komponentas, sudarytas iš dviejų ar daugiau laidžių plokščių, laikomų lygiagrečiai vienas kitam ir arba atskirtas oru, arba izoliaciniu sluoksniu. Dvi plokštės turi galimybę laikyti elektros krūvį, kai jos yra prijungtos prie maitinimo šaltinio, o viena plokštė sukuria teigiamą, o kita - neigiamą.
Iš esmės kondensatorius yra tarsi maža baterija, sukurianti potencialo skirtumą (t. Y. Įtampą) tarp dviejų plokščių, atskirtų izoliaciniu dalikliu, vadinamudielektrikas(tai gali būti daugybė medžiagų, tačiau dažnai tai yra keramika, stiklas, vaškinis popierius ar žėrutis), kuris neleidžia srovei tekėti iš vienos plokštės į kitą, taip išlaikant sukauptą krūvį.
Tam tikram kondensatoriui, jei jis prijungtas prie baterijos (ar kito įtampos šaltinio) su įtampaV, jis kaups elektros krūvįKlausimas. Šį gebėjimą aiškiau apibrėžia kondensatoriaus „talpa“.
Kas yra talpa?
Atsižvelgiant į tai, talpos vertė yra kondensatoriaus gebėjimo kaupti energiją įkrovos forma matas. Fizikoje ir elektronikoje talpai suteikiamas simbolisC, ir apibrėžiamas kaip:
C = \ frac {Q} {V}
KurKlausimasyra plokštelėse saugomas krūvis irVyra prie jų prijungto įtampos šaltinio potencialų skirtumas. Trumpai tariant, talpa yra įkrovos ir įtampos santykio matas, taigi talpos vienetai yra potencialo skirtumo įkrovos / voltų kulonos. Didesnės talpos kondensatorius kaupia didesnį krūvį tam tikram įtampos dydžiui.
Talpos samprata yra tokia svarbi, kad fizikai jai suteikė unikalų vienetą, pavadintąfaradas(po britų fiziko Michaelo Faraday), kur 1 F = 1 C / V. Šiek tiek panašus į įkraunamą kuloną, faradas yra gana didelis talpos kiekis, o dauguma kondensatoriaus reikšmių yra picofarado diapazone (pF = 10−12 F) į mikrofaradą (μF = 10−6 F).
Lygiavertis serijos kondensatorių talpa
Nuoseklioje grandinėje visi komponentai yra išdėstyti tuo pačiu keliu aplink kilpą, ir tuo pačiu būdu nuoseklūs kondensatoriai yra prijungti vienas po kito viename kelyje aplink grandinę. Bendra eilės kondensatorių talpa gali būti išreikšta talpa iš vieno ekvivalentinio kondensatoriaus.
To formulę galima gauti iš pagrindinės talpos išraiškos iš ankstesnio skyriaus, pertvarkyto taip:
V = \ frac {Q} {C}
Kadangi Kirchhoffo įtampos įstatyme teigiama, kad įtampos kritimų aplink visą grandinės kilpą suma turi būti lygi įtampai iš maitinimo šaltinio, daugeliui kondensatoriųn, įtampa turi būti tokia:
V_ {tot} = V_1 + V_2 + V_3 +… V_n
KurVtot yra bendra maitinimo šaltinio įtampa irV1, V2, V3 ir taip yra įtampos kritimai per pirmąjį kondensatorių, antrąjį kondensatorių, trečiąjį kondensatorių ir pan. Kartu su ankstesne lygtimi tai lemia:
\ frac {Q_ {tot}} {C_ {tot}} = \ frac {Q_1} {C_1} + \ frac {Q_2} {C_2} + \ frac {Q_3} {C_3} +… \ frac {Q_n} {C_n }
Kur prenumeratos turi tą pačią prasmę kaip ir anksčiau. Tačiau kiekvienos kondensatoriaus plokštės (t. YKlausimasvertės) gaunamos iš gretimos plokštės (t. y. teigiamas krūvis vienoje 1 plokštės pusėje turi atitikti neigiamą krūvį artimiausioje 2 plokštelės pusėje ir pan.), todėl galite parašyti:
Q_ {tot} = Q_1 = Q_2 = Q_3 = Q_n
Todėl mokesčiai anuliuojami, paliekant:
\ frac {1} {C_ {tot}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +… \ frac {1} {C_n}
Kadangi derinio talpa yra lygi ekvivalentinei vieno kondensatoriaus talpai, tai galima parašyti:
\ frac {1} {C_ {eq}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +… \ frac {1} {C_n}
bet kokiam kondensatorių skaičiuin.
Serijos kondensatoriai: dirbtas pavyzdys
Norėdami sužinoti bendrą eilės kondensatorių eilės talpą (arba lygiavertę talpą), paprasčiausiai pritaikykite aukščiau pateiktą formulę. Trijų kondensatorių, kurių vertės yra 3 μF, 8 μF ir 4 μF (t. Y., Mikrofaradai), formulę taikote sun = 3:
\ begin {aligned} \ frac {1} {C_ {eq}} & = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} \\ & = \ frac {1} {3 × 10 ^ {- 6} \ text {F}} + \ frac {1} {8 × 10 ^ {- 6} \ text {F}} + \ frac {1} {4 × 10−6 \ text {F}} \\ & = 708333.333 \ text {F} ^ {- 1} \ end {aligned}
Ir taip:
\ begin {aligned} C_ {eq} & = \ frac {1} {708333.333 \ text {F} ^ {- 1}} \\ & = 1,41 × 10 ^ {- 6} \ text {F} \\ & = 1,41 \ tekstas {μF} \ pabaiga {lygiuota}
Lygiagrečių kondensatorių ekvivalentinė talpa
Lygiagrečių kondensatorių atveju analogiškas rezultatas gaunamas iš Q = VC, tai yra tai, kad įtampa krinta visuose lygiagrečiai sujungtuose kondensatoriuose (arba bet kokiuose komponentuose). lygiagretės grandinės) yra tas pats ir tai, kad vieno ekvivalentinio kondensatoriaus krūvis bus bendras visų atskirų lygiagrečių kondensatorių krūvis derinys. Rezultatas yra paprastesnė bendros talpos ar lygiavertės talpos išraiška:
C_ {eq} = C_1 + C_2 + C_3 +… C_n
kur vėl,nyra bendras kondensatorių skaičius.
Tiems patiems trims kondensatoriams, kaip ir ankstesniame pavyzdyje, išskyrus šį kartą lygiagrečiai sujungtą, ekvivalentinės talpos apskaičiavimas yra:
\ begin {aligned} C_ {eq} & = C_1 + C_2 + C_3 +… C_n \\ & = 3 × 10 ^ {- 6} \ text {F} + 8 × 10 ^ {- 6} \ text {F} + 4 × 10 ^ {- 6} \ text {F} \\ & = 1,5 × 10 ^ {- 5} \ text {F} \\ & = 15 \ text {μF} \ end {aligned}
Kondensatorių deriniai: pirmoji problema
Rasti lygiavertę talpą kondensatorių deriniams, išdėstytiems nuosekliai ir išdėstyti lygiagrečiai, paprasčiausiai reikia paeiliui taikyti šias dvi formules. Pvz., Įsivaizduokite kondensatorių derinį su dviem kondensatoriais nuosekliai suC1 = 3 × 10−3 F irC2 = 1 × 10−3 F ir kitas kondensatorius lygiagrečiai suC3 = 8 × 10−3 F.
Pirma, išspręskite du serijinius kondensatorius:
\ begin {aligned} \ frac {1} {C_ {eq}} & = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} \\ & = \ frac {1} {3 × 10 ^ { −3} \ text {F}} + \ frac {1} {1 × 10 ^ {- 3} \ text {F}} \\ & = 1333.33 \ text {F} ^ {- 1} \ end {aligned}
Taigi:
\ begin {aligned} C_ {eq} & = \ frac {1} {1333.33 \ text {F} ^ {- 1}} \\ & = 7.5 × 10 ^ {- 4} \ text {F} \ end {aligned }
Tai yra vienas lygiavertis serijinės dalies kondensatorius, todėl galite tai laikyti vienu kondensatorius, norėdamas rasti bendrą grandinės talpą, naudodamas lygiagrečių kondensatorių formulę ir vertėC3:
\ begin {aligned} C_ {tot} & = C_ {eq} + C_3 \\ & = 7.5 × 10 ^ {- 4} \ text {F} + 8 × 10 ^ {- 3} \ text {F} \\ & = 8,75 × 10 ^ {- 3} \ text {F} \ end {aligned}
Kondensatorių deriniai: antra problema
Kitam kondensatorių deriniui - trys su lygiagrečia jungtimi (kurių reikšmės -C1 = 3 μF,C2 = 8 μF irC3 = 12 μF) ir vienas su nuosekliu ryšiu (suC4 = 20 μF):
Metodas iš esmės toks pat, kaip ir paskutiniame pavyzdyje, išskyrus tai, kad pirmiausia tvarkote lygiagrečius kondensatorius. Taigi:
\ begin {aligned} C_ {eq} & = C_1 + C_2 + C_3 \\ & = 3 \ text {μF} + 8 \ text {μF} + \ text {12 μF} \\ & = 23 \ text {μF} \ end {aligned}
Dabar laikykite juos vienu kondensatoriumi ir derinkite suC4, bendra talpa yra:
\ begin {aligned} \ frac {1} {C_ {tot}} & = \ frac {1} {C_ {eq}} + \ frac {1} {C_4} \\ & = \ frac {1} {23 \ tekstas {μF}} + \ frac {1} {20 \ text {μF}} \\ & = 0.09348 \ text {μF} ^ {- 1} \ end {aligned}
Taigi:
\ begin {aligned} C_ {tot} & = \ frac {1} {0.09348 \ text {μF} ^ {- 1}} \\ & = 10.7 \ text {μF} \ end {aligned}
Atkreipkite dėmesį, kad kadangi visos atskiros talpos buvo mikrofaraduose, visas skaičiavimas gali užpildykite mikrofaradais be konversijų - jei tik atsimenate cituodami savo finalą atsakymai!