Ontdek de cruciale rol van condensatoren in elektronische circuits: leer over hun varianten, toepassingen en betekenis in energiebeheer.
Condensator - Definities en overzicht
Condensator is een van de belangrijkste passieve apparatuur die elektrische energie kan opslaan. Het is een apparaat met twee aansluitingen. Capaciteit staat bekend als het effect van de condensator.
Oude vormen van condensator werden geïnnoveerd in het jaar 1704. Een Europees experiment ontdekte toen dat elektrische lading kon worden gereserveerd in een met water gevuld glas. Later in 1745 ontdekte Ewald Georg uit Duitsland dat in serie geschakelde elektrostatische hoogspanningsgeneratoren de hoeveelheid kunnen opslaan. Vroeger stonden condensatoren bekend als condensatoren of condensatoren. Alessandro Volta bedacht de term in 1782. De term condensator ontstond in 1926.
Er zijn veel soorten condensatoren. De condensatoren hebben ten minste twee geleiders in de vorm van een metalen plat oppervlak gescheiden door diëlektrische materialen. De geleider kan een elektrolyt, folie, dunne film, enz. Zijn. De niet-geleider is de diëlektrische stof, waardoor de laadcapaciteit van de condensator toeneemt. Materialen zoals - lucht, plastic film, papier, mica, keramiek worden gebruikt als een diëlektricum voor de condensator.
Wanneer een externe spanning wordt aangelegd op de aansluitingen van een condensator, wordt een elektrisch veld geproduceerd over het diëlektrische materiaal. Er wordt dus een positieve lading verzameld op de ene plaat en een negatieve hoeveelheid wordt op een andere schaal verzameld. Condensatoren worden in bijna elk elektrisch en elektronisch circuit gebruikt. Het verschil tussen een weerstand en een condensator is dat een weerstand energie dissipeert, terwijl een ideale condensator dat niet doet.
Theorie van de werking
Zoals eerder vermeld, heeft een condensator twee geleiders die gescheiden zijn door een diëlektrisch medium. Een condensator werkt volgens het principe van de wet van Coulomb. De wet van Coulomb stelt dat -
Aldus zal een lading op de ene geleider de kracht genereren op de drager van de andere geleider, die verder ladingen met tegengestelde polariteit aantrekt en hetzelfde type ladingen doet rimpelen. Dat is hoe een lading met tegengestelde polariteit wordt geïnduceerd op het oppervlak van de andere geleider.
Beide geleiders bevatten een gelijk aantal ladingen en het diëlektrische materiaal ontwikkelt het elektrische veld.
Capaciteit en capaciteitseenheden:
De capaciteit van een standaardcondensator wordt gedefinieerd als de verhouding van de lading tot de geleider tot de spanning van de geleiders.
C = Q / V
C is de capaciteit, Q is de lading op het oppervlak van elke geleider en V is de spanning tussen twee geleiders.
De SI-eenheid van capaciteit wordt gegeven door - Farad (F).
Eén Farad-capaciteit wordt gedefinieerd als de hoeveelheid capaciteit die een condensator kan genereren als één coulomb van lading wordt toegepast op elke geleider met één volt spanning.
In praktische apparaten wordt de capaciteit gegeven door –
C = dQ / dV
* De meeste condensatoren die op de markt verkrijgbaar zijn, hebben een capaciteit van micro-farad.
Een condensator kan zich op verschillende tijdstippen anders gedragen als deze in een actief elektrisch circuit is geplaatst. Zijn gedrag kan worden gekenmerkt door een lange tijdslimiet en een korte tijdslimiet.
De gelijkwaardigheid van een condensator op lange termijn werkt als een configuratie met een open circuit (er gaat geen stroom door).
Het korte-tijdsequivalent van condensatoren werkt als een kortsluitingsconfiguratie.
V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t Ik (τ) dτ] + V (t0)
Als we de derivaten nemen, krijgen we -
Ik (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]
Symbool van condensator
Er zijn verschillende soorten condensatoren verkrijgbaar. Er zijn ook verschillende soorten symbolen om ze te vertegenwoordigen. Sommigen van hen worden hieronder weergegeven met behulp van de diagrammen. Ze zijn erg handig om het circuit te beschrijven.
Een condensator in een DC-circuit
Laten we een DC-circuit bespreken waarbij een condensator en een weerstand in serie worden gehouden met een constante spanningsbron - V0.
Laten we aannemen dat de condensator eerder niet was opgeladen en dat de geopende schakelaar op tijdstip t0 is gesloten.
Uit de spanningswet van Kirchhoff kunnen we schrijven -
Vo = VR (t) + VC (T)
VR (t) is de spanning over weerstand 'R' op tijdstip 't' en VC (t) is de gemeten spanning over de condensator van het circuit op tijdstip t.
Vo = ik (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t Ik (τ) dτ]
Door aan beide kanten een afgeleide te nemen, krijgen we
RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0
Op tijdstip t, laten we zeggen dat het nul is. De spanning van de weerstand is Vo en van de condensator is nul.
Op dat moment zou stroom zijn - Io = Vo / R.Nu de differentiaalvergelijkingen oplossen -
Ik (t) = (Vo / R) * e (-t / τ0)
V (t) = Vo (1 - e (-t / τ0))
τ0 = RK.
Het verwijst naar de "tijdconstante" van het circuit.
Een condensator in een wisselstroomcircuit
In een wisselstroomcircuit produceert de condensator impedantie, de vectorsom van weerstand en reactantie. De impedanties en reactantie van de condensator worden gegeven door de volgende uitdrukkingen.
Reactantie = X = - 1 / ωC = - 1 / 2πfC
Impedantie = Z = 1 / jωC = - j / ωC = -j / 2πfC
Hier is ω de hoekfrequentie; j is de denkbeeldige eenheid.
De impedantie hangt omgekeerd af van de capaciteit. Het verhogen van de capaciteit en frequentie veroorzaakt een afname van de impedantie en vice versa.
Q-factor:
Q-factor of kwaliteitsfactor van een condensator wordt gedefinieerd als de verhouding van reactantie tot zijn weerstand. De q-factor is een maatstaf voor efficiëntie. De formule kan worden geschreven als -
Q = Xc / R = 1 / CR
ω is de hoekfrequentie, C is de capaciteit van de condensator, Xc is de reactantie en R is de equivalente weerstand.
Condensator in serie
Het diagram geeft de condensatoren in de serieschakeling weer. Het laat zien dat de separatieafstand wordt opgeteld in plaats van het plaatoppervlak. De reeks van de capaciteit fungeert als een condensator die minder is dan al zijn componenten.
De equivalente capaciteit van de gegeven verbinding is -
1 / Ceq = ∑ 1 / Ci = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn
Condensatoren parallel
Het diagram geeft de condensatoren in parallelschakeling weer. Op elke condensator wordt een gelijke hoeveelheid spanning toegepast. Hier worden de capaciteiten van de condensatoren opgeteld. De aansluiting van de capaciteit werkt als een opteller.
De equivalente capaciteit is -
Ceq = ∑Ci = C1 + C2 +… + Cn
Condensatortypes
Er is een enorm aantal typen condensatoren op de markt verkrijgbaar op basis van talrijke classificatieparameters. Het type diëlektrisch materiaal, de verpakking van het apparaat en de structuur van de platen zijn enkele van de bepalende factoren om condensatortypes te classificeren.
Diëlektrisch materiaal
Bijna elk type condensator heeft een diëlektrische substantie. Diëlektrische stoffen worden tussen twee geleiders geplaatst, de laadcapaciteit kan worden vergroot. Het is het beste om een materiaal met een hoge permittiviteit of een hoge doorslagspanning als diëlektrische substantie te hebben.
Er zijn verschillende diëlektrische materialen beschikbaar zoals - papier, plastic, mica, keramiek, glas, lucht, enz.
Op basis van diëlektrische materialen zijn sommige typen condensatoren -
Er zijn ook andere typen, sommige typen condensatoren zijn –
- Spanningsafhankelijke condensator
- Frequentieafhankelijke condensator
- Parallelle plaatcondensator
- Ontkoppelingscondensator
Toepassingen van condensatoren
Condensatoren zijn een van de essentiële apparaten die nodig zijn voor bijna elk elektrisch circuit. Het heeft tal van toepassingen op verschillende gebieden. Enkele van de belangrijkste zijn -
Energy Storage
Een condensator heeft de eigenschap van laden en ontladen. Hij kan energie opslaan wanneer hij is losgekoppeld van de oplaadbron. Met behulp van deze eigenschap kunnen condensatoren worden gebruikt als batterij of als oplaadbare batterij.
Supercondensatoren kunnen ladingen sneller opnemen en leveren dan gewone batterijen en tolereren een groter aantal laad- en ontlaadcycli dan een standaard oplaadbare batterij. Maar het is uitgebreider.
De hoeveelheid lading die is opgeslagen in de diëlektrische laag is gelijk aan of groter dan de lading die is opgeslagen in een condensatorplaat.
Gepulseerd vermogen
Condensatoren worden gebruikt in gepulseerde stroomtoepassingen. Hier worden voornamelijk groepen grote, voornamelijk geconstrueerde, hoogspannings- en lage inductantiecondensatoren gebruikt.
Banken met condensatoren worden ook gebruikt in voedingen om soepele uitgangen te produceren in een halfgolf- of dubbelfasige gelijkrichter. Reservoircondensatoren kunnen worden gebruikt voor het opladen van pompcircuits.
industrieel gebruik
Dit helpt om stroomfluctuaties van de primaire bron weg te leiden en te verbergen om een schone stroomtoevoer voor de regelcircuits te garanderen. Audiocircuits gebruiken ook verschillende condensatoren.
Signaalkoppeling en ontkoppeling
Condensatoren geven het AC-signaal door, maar blokkeren de DC-signalen. Daarom worden condensatoren gebruikt bij het scheiden van wisselstroomcircuits. Het proces wordt herkend als - AC-koppeling of 'capacitieve koppeling'.
Een ontkoppelingscondensator beschermt het ene gebied van de schakeling van het andere. Ze worden gebruikt in voedingsbodems. Deze staan ook wel bekend als een bypass-condensator. Ontkoppelingscondensatoren worden toegepast bij de voorspanning van transistors.
Geheugen
Dynamische digitale geheugens voor binaire computers kunnen worden gemaakt met behulp van condensatoren.
50 MCQ's met antwoordcondensatoren. Klik hier!
Hallo, ik ben Sudipta Roy. Ik heb B. Tech in elektronica gedaan. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Ik heb een grote interesse in het verkennen van moderne technologieën zoals AI en Machine Learning. Mijn geschriften zijn gewijd aan het verstrekken van nauwkeurige en bijgewerkte gegevens aan alle leerlingen. Iemand helpen bij het opdoen van kennis geeft mij enorm veel plezier.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –