Apgūstot elektronikas fiziku, jums ir labs pamats - piemēram, tādu galveno terminu nozīme kā:spriegums, strāvaunpretestība, kopā ar tādiem svarīgiem vienādojumiem kā Oma likums - dažādu ķēdes komponentu darbības mācīšanās ir nākamais solis priekšmeta apguvē.
Akondensatorsir viens no vissvarīgākajiem komponentiem, kas jāsaprot, jo tos plaši izmanto galvenokārt visās elektronikas jomās. Sākot no kondensatoru savienošanas un atvienošanas līdz kondensatoriem, kas liek kameras zibspuldzei darboties vai kam ir galvenā loma taisngrieži, kas nepieciešami maiņstrāvas līdz līdzstrāvas pārveidošanai, ir grūti izveidot milzīgu kondensatoru pielietojumu klāstu pārspīlēts. Tāpēc ir svarīgi zināt, kā aprēķināt dažādu kondensatoru izvietojumu kapacitāti un kopējo kapacitāti.
Kas ir kondensators?
Kondensators ir vienkārša elektriska sastāvdaļa, kas sastāv no divām vai vairākām vadošām plāksnēm, kas tiek turētas paralēli viena otrai un vai nu atdalītas ar gaisu, vai izolācijas slāni. Abām plāksnēm ir iespēja uzglabāt elektrisko lādiņu, kad tās ir savienotas ar strāvas avotu, un viena plāksne attīsta pozitīvu, bet otra - negatīvu.
Būtībā kondensators ir kā mazs akumulators, kas rada potenciāla starpību (t.i., spriegumu) starp abām plāksnēm, kuras atdala izolācijas dalītājs, ko sauc pardielektrisks(kas var būt daudz materiālu, bet bieži vien ir keramikas, stikla, vaska papīra vai vizlas), kas novērš strāvas plūsmu no vienas plāksnes uz otru, tādējādi saglabājot uzkrāto lādiņu.
Konkrētam kondensatoram, ja tas ir pievienots akumulatoram (vai citam sprieguma avotam) ar spriegumuV, tas uzglabās elektrisko lādiņuJ. Šo spēju skaidrāk nosaka kondensatora “kapacitāte”.
Kas ir kapacitāte?
Paturot to prātā, kapacitātes vērtība ir kondensatora spēja uzkrāt enerģiju lādiņa veidā. Fizikā un elektronikā kapacitātei tiek piešķirts simbolsC, un to definē kā:
C = \ frac {Q} {V}
KurJir plāksnēs uzkrātais lādiņš unVir ar tiem savienotā sprieguma avota potenciālā starpība. Īsāk sakot, kapacitāte ir lādiņa un sprieguma attiecības mērs, un tāpēc kapacitātes vienības ir lādiņa / potenciālo starpību volti. Kondensators ar lielāku kapacitāti uzkrāj lielāku maksu par noteiktu sprieguma daudzumu.
Kapacitātes jēdziens ir tik svarīgs, ka fiziķi tam ir piešķīruši unikālu mērvienību ar nosaukumufarads(pēc britu fiziķa Maikla Faradeja), kur 1 F = 1 C / V. Nedaudz kā uzlādes kulons, farads ir diezgan liels kapacitātes daudzums, un lielākā daļa kondensatora vērtību ir picofarada diapazonā (pF = 10−12 F) uz mikrofaradu (μF = 10−6 F).
Sērijas kondensatoru ekvivalenta kapacitāte
Sērijveida ķēdē visi komponenti ir izvietoti vienā un tajā pašā ceļā ap cilpu, un tādā pašā veidā sērijveida kondensatori ir savienoti viens pēc otra pa vienu ceļu ap ķēdi. Kopējo virknes kondensatoru kapacitāti var izteikt kā kapacitāti no viena ekvivalenta kondensatora.
To var iegūt no iepriekšējās sadaļas galvenās kapacitātes izteiksmes, kas sakārtota šādi:
V = \ frac {Q} {C}
Tā kā Kirhofa sprieguma likums nosaka, ka sprieguma kritumu summai ap visu ķēdes cilpu jābūt vienādai ar strāvas padeves spriegumu, vairākiem kondensatoriemn, spriegumiem jāpievieno šādi:
V_ {tot} = V_1 + V_2 + V_3 +… V_n
KurVtot ir kopējais spriegums no strāvas avota unV1, V2, V3 un tā tālāk ir sprieguma kritumi pirmajā kondensatorā, otrajā kondensatorā, trešajā kondensatorā utt. Kombinācijā ar iepriekšējo vienādojumu tas noved pie:
\ 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 abonementiem ir tāda pati nozīme kā iepriekš. Tomēr katras kondensatora plāksnes lādiņš (t.i.,Jvērtības) nāk no kaimiņu plāksnes (t.i., pozitīvajam lādiņam 1. plāksnes vienā pusē jāsakrīt ar negatīvo lādiņu tuvākajā 2. plāksnes pusē un tā tālāk), lai jūs varētu rakstīt:
Q_ {tot} = Q_1 = Q_2 = Q_3 = Q_n
Tādēļ maksa tiek atcelta, atstājot:
\ frac {1} {C_ {tot}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +… \ frac {1} {C_n}
Tā kā kombinācijas kapacitāte ir vienāda ar viena kondensatora ekvivalentu kapacitāti, to var rakstīt:
\ frac {1} {C_ {eq}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +… \ frac {1} {C_n}
jebkuram kondensatoru skaitamn.
Sērijas kondensatori: strādājis piemērs
Lai atrastu sērijveida kondensatoru rindas kopējo kapacitāti (vai līdzvērtīgu kapacitāti), jums vienkārši jāpiemēro iepriekš minētā formula. Trīs kondensatoriem ar vērtībām 3 μF, 8 μF un 4 μF (t.i., mikrofarādēm) formulu lietojat arn = 3:
\ begin {izlīdzināts} \ 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 {izlīdzināts}
Un tā:
\ begin {izlīdzināts} C_ {eq} & = \ frac {1} {708333.333 \ text {F} ^ {- 1}} \\ & = 1.41 × 10 ^ {- 6} \ text {F} \\ & = 1,41 \ teksts {μF} \ beigas {izlīdzināts}
Paralēlo kondensatoru ekvivalenta kapacitāte
Paralēliem kondensatoriem analogo rezultātu iegūst no Q = VC, fakta, ka sprieguma kritums visiem paralēli savienotajiem kondensatoriem (vai jebkuriem komponentiem paralēlā ķēde) ir vienāds, un fakts, ka viena ekvivalenta kondensatora maksa būs visu atsevišķo paralēlo kondensatoru kopējā maksa kombinācija. Rezultāts ir vienkāršāka kopējās kapacitātes vai līdzvērtīgas kapacitātes izteiksme:
C_ {eq} = C_1 + C_2 + C_3 +… C_n
kur atkal,nir kopējais kondensatoru skaits.
Tiem pašiem trim kondensatoriem, kā iepriekšējā piemērā, izņemot šo laiku, kas savienots paralēli, ekvivalentās kapacitātes aprēķins ir šāds:
\ begin {izlīdzināts} 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}
Kondensatoru kombinācijas: pirmā problēma
Atrodot līdzvērtīgu kapacitāti kondensatoru kombinācijām, kas sakārtotas virknē un izvietotas paralēli, vienkārši jāpiemēro šīs divas formulas pēc kārtas. Piemēram, iedomājieties kondensatoru kombināciju ar diviem kondensatoriem virknē arC1 = 3 × 10−3 F unC2 = 1 × 10−3 F un vēl viens kondensators paralēliC3 = 8 × 10−3 F.
Pirmkārt, rīkojieties pēc kārtas ar diviem kondensatoriem:
\ begin {izlīdzināts} \ frac {1} {C_ {eq}} un = \ 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}
Tātad:
\ begin {aligned} C_ {eq} & = \ frac {1} {1333.33 \ text {F} ^ {- 1}} \\ & = 7.5 × 10 ^ {- 4} \ text {F} \ end {aligned }
Tas ir vienāds sērijas porcijas ekvivalents kondensators, tāpēc jūs varat to izturēties kā pret vienu kondensators, lai atrastu ķēdes kopējo kapacitāti, izmantojot paralēlo kondensatoru formulu un vērtībaC3:
\ begin {izlīdzināts} 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}
Kondensatoru kombinācijas: otrā problēma
Citai kondensatoru kombinācijai trīs ar paralēlu savienojumu (ar vērtībuC1 = 3 μF,C2 = 8 μF unC3 = 12 μF) un viens ar virknes savienojumu (arC4 = 20 μF):
Pieeja būtībā ir tāda pati kā pēdējā piemērā, izņemot to, ka jūs vispirms apstrādājat paralēlos kondensatorus. Tātad:
\ begin {izlīdzināts} C_ {eq} & = C_1 + C_2 + C_3 \\ & = 3 \ text {μF} + 8 \ text {μF} + \ text {12 μF} \\ & = 23 \ text {μF} \ end {izlīdzināts}
Tagad tos uzskatot par vienu kondensatoru un apvienojot arC4, kopējā kapacitāte ir:
\ begin {izlīdzināts} \ frac {1} {C_ {tot}} & = \ frac {1} {C_ {eq}} + \ frac {1} {C_4} \\ & = \ frac {1} {23 \ teksts {μF}} + \ frac {1} {20 \ text {μF}} \\ & = 0.09348 \ text {μF} ^ {- 1} \ end {aligned}
Tātad:
\ begin {izlīdzināts} C_ {tot} & = \ frac {1} {0.09348 \ text {μF} ^ {- 1}} \\ & = 10.7 \ text {μF} \ end {aligned}
Ņemiet vērā, ka, tā kā visas atsevišķās kapacitātes bija mikrofarādēs, visu aprēķinu var jāaizpilda mikrofarādēs bez konvertēšanas - tik ilgi, cik atceraties, citējot savu finālu atbildes!