Ein Kondensator ist eine der am häufigsten verwendeten elektronischen Komponenten. Es hat die Fähigkeit, Energie in Form einer elektrischen Ladung zu speichern, die eine statische Spannung (Potentialdifferenz) über seinen Platten erzeugt. Ein Kondensator ähnelt einfach einem kleinen Akku. Ein Kondensator ist nur eine Kombination aus zwei parallelen leitenden oder Metallplatten, die durch eine gute Isolierschicht (auch als Dielektrikum bezeichnet) aus Wachspapier, Glimmer, Keramik, Kunststoff usw. elektrisch getrennt sind.
Es gibt viele Anwendungen eines Kondensators in der Elektronik, einige davon sind nachstehend aufgeführt:
- Energiespeicher
- Leistungskonditionierung
- Leistungsfaktorkorrektur
- Filtration
- Oszillatoren
Der Punkt ist nun, wie ein Kondensator funktioniert ? Wenn Sie das Netzteil an den Kondensator anschließen, blockiert es den Gleichstrom aufgrund der Isolierschicht und lässt eine Spannung in Form von elektrischer Ladung an den Platten anliegen. Sie wissen also, wie ein Kondensator funktioniert und was seine Verwendung oder Anwendung ist, aber Sie müssen lernen, wie man einen Kondensator in elektronischen Schaltungen verwendet.
Wie schließe ich einen Kondensator an eine elektronische Schaltung an?
Hier zeigen wir Ihnen anhand von Beispielen die Anschlüsse eines Kondensators und dessen Auswirkungen.
- Kondensator in Reihe
- Kondensator parallel
- Kondensator im Wechselstromkreis
Kondensator in Reihenschaltung
Wenn Sie in einer Schaltung Kondensatoren wie in der obigen Abbildung gezeigt in Reihe schalten, wird die Gesamtkapazität verringert. Der Strom durch in Reihe geschaltete Kondensatoren ist gleich (dh i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Daher ist auch die von den Kondensatoren gespeicherte Ladung dieselbe (dh Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), da die von einer Platte eines beliebigen Kondensators gespeicherte Ladung von der Platte eines benachbarten Kondensators in der Schaltung stammt.
Durch Anwendung des Kirchhoffschen Spannungsgesetzes (KVL) in der Schaltung haben wir
V T = V C1 + V C2 + V C3 … Gleichung (1)
Wie wir wissen, Q = CV Also, V = Q / C.
Wobei V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Wenn Sie nun die obigen Werte in die Gleichung (1) einfügen
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Für n Anzahl von Kondensatoren in Reihe ist die Gleichung
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Daher ist die obige Gleichung die Reihenkondensatorgleichung.
Wobei C T = Gesamtkapazität der Schaltung
C 1 … n = Kondensatorkapazität
Die Kapazitätsgleichung für zwei Sonderfälle wird nachstehend bestimmt:
Fall I: Wenn zwei Kondensatoren in Reihe mit unterschiedlichem Wert geschaltet sind, wird die Kapazität wie folgt ausgedrückt:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Oder C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… Gleichung (2)
Fall II: Wenn zwei Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, wird die Kapazität bei gleichem Wert wie folgt ausgedrückt:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Oder C T = C / 2
Beispiel für eine Serienkondensatorschaltung:
Im folgenden Beispiel zeigen wir Ihnen, wie Sie die Gesamtkapazität und den einzelnen Effektivspannungsabfall an jedem Kondensator berechnen.
Gemäß dem obigen Schaltplan sind zwei Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten in Reihe geschaltet. Somit ist auch der Spannungsabfall an den Kondensatoren ungleich. Wenn wir zwei Kondensatoren mit demselben Wert anschließen, ist auch der Spannungsabfall gleich.
Für den Gesamtwert der Kapazität verwenden wir nun die Formel aus Gleichung (2).
Also ist C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Hier ist C 1 = 4,7uf und C 2 = 1uf C T = (4,7uf * 1uf) / (4,7uf + 1uf) C T. = 4,7uf / 5,7uf C T = 0,824uf
Der Spannungsabfall am Kondensator C 1 beträgt nun:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824uf / 4,7uf) * 12 VC 1 = 2,103 V.
Der Spannungsabfall am Kondensator C 2 beträgt nun:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9,88 V.
Kondensator in Parallelschaltung
Wenn Sie Kondensatoren parallel schalten, entspricht die Gesamtkapazität der Summe aller Kondensatorkapazitäten. Denn die obere Platte aller Kondensatoren ist miteinander verbunden und die untere Platte auch. Durch gegenseitiges Berühren wird also auch die effektive Plattenfläche vergrößert. Daher ist die Kapazität proportional zum Verhältnis von Fläche und Entfernung.
Durch Anwendung des Kirchhoffschen Stromgesetzes (KCL) in der obigen Schaltung
i T = i 1 + i 2 + i 3
Wie wir wissen, wird Strom durch einen Kondensator ausgedrückt als;
i = C (dV / dt) Also ist i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) und i T.= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… Gleichung (3)
Aus Gleichung (3) ergibt sich folgende Gleichung für die parallele Kapazität:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Für n Anzahl parallel geschalteter Kondensatoren wird die obige Gleichung ausgedrückt als:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Beispiel für eine parallele Kondensatorschaltung
Im folgenden Schaltplan sind drei Kondensatoren parallel geschaltet. Da diese Kondensatoren parallel geschaltet sind, entspricht die äquivalente oder Gesamtkapazität der Summe der einzelnen Kapazitäten.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Wobei C 1 = 4,7uf; C 2 = 1uf und C 3 = 0,1uf Also ist C T = (4,7 + 1 + 0,1) uf C T = 5,8uf
Kondensator in Wechselstromkreisen
Wenn ein Kondensator an die Gleichstromversorgung angeschlossen ist, beginnt der Kondensator langsam zu laden. Und wenn die Ladestromspannung eines Kondensators gleich der Versorgungsspannung ist, spricht man von einem vollständig geladenen Zustand. In diesem Zustand arbeitet der Kondensator als Energiequelle, solange Spannung angelegt wird. Außerdem lassen Kondensatoren den Strom nicht durch, nachdem er vollständig aufgeladen wurde.
Immer wenn dem Kondensator Wechselspannung zugeführt wird, wie oben gezeigt, rein kapazitive Schaltung. Dann lädt und entlädt sich der Kondensator kontinuierlich auf jeden neuen Spannungspegel (Ladungen bei positivem Spannungspegel und Entladung bei negativem Spannungspegel). Die Kapazität des Kondensators in Wechselstromkreisen hängt von der Frequenz der Eingangsspannung ab, die dem Stromkreis zugeführt wird. Der Strom ist direkt proportional zur Änderungsrate der an die Schaltung angelegten Spannung.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Zeigerdiagramm für Kondensator im Wechselstromkreis
Wie Sie das Zeigerdiagramm für den Wechselstromkondensator im folgenden Bild sehen, werden Strom und Spannung in Sinuswellen dargestellt. Bei Beobachtung ist der Ladestrom bei 0 ° C auf seinem Spitzenwert, da die Spannung in positiver Richtung stetig ansteigt.
Bei 90 ° fließt kein Strom durch den Kondensator, da die Versorgungsspannung den Maximalwert erreicht. Bei 180 ° C beginnt die Spannung langsam auf Null abzunehmen und der Strom erreicht in negativer Richtung den Maximalwert. Und wieder erreicht die Ladung ihren Spitzenwert bei 360 °, da die Versorgungsspannung ihren Minimalwert erreicht.
Daher können wir anhand der obigen Wellenform beobachten, dass der Strom der Spannung um 90 ° vorauseilt. Wir können also sagen, dass die Wechselspannung in einer idealen Kondensatorschaltung dem Strom um 90 ° nacheilt.
Kondensatorreaktanz (Xc) im Wechselstromkreis
Betrachten Sie das obige Schaltbild, da wir wissen, dass die AC-Eingangsspannung ausgedrückt wird als:
V = V m Sin Gew
Und Kondensatorladung Q = CV, Also, Q = CV m Sin Gew
Und Strom durch einen Kondensator, i = dQ / dt
Damit, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) bei wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1, daher ist i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Wie wir wissen, ist w = 2πf
Damit, Kapazitive Reaktanz (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Beispiel für die kapazitive Reaktanz im Wechselstromkreis
Diagramm
Betrachten wir den Wert von C = 2.2uf und die Versorgungsspannung V = 230V, 50Hz
Nun ist die kapazitive Reaktanz (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC. Hier ist C = 2,2uf und f = 50 Hz. Also ist Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 Ohm