Az elektronika és az elektronika egyik fő eszköze egy kondenzátor. Miután az elektromos áramkör le van zárva, a töltés megkezdődik, amely után azonnal áram- és feszültségforrássá válik, az elektromotoros erő jön létre - EMF. A kondenzátor egyik fő tulajdonsága a kapacitási képlet nagyon pontos tükrözése. Ez a jelenség az EMF-nek a töltéshez használt jelenlegi forrás ellen irányított ellensúlyozása következtében következik be. Az áramforrás csak a saját energiájának jelentős kiadásai révén képes leküzdeni a kapacitív ellenállást, ami a kondenzátor villamos energiájává válik.
Amikor a készülék lemerült, az összes energiát visszakerül az áramkörbe, és villamos áram energiává válik. Ezért a kapacitív ellenállás a reaktívnak tulajdonítható, és nem okozhat helyrehozhatatlan energiaveszteséget. A kondenzátort az áramforráshoz adott feszültségszintre terhelik.
A kondenzátorok a különböző elektronikus áramkörökben használt leggyakoribb elemek közé tartoznak. Ezek olyan típusokra vannak felosztva, amelyek jellemzői, paraméterei és egyedi tulajdonságai vannak. A legegyszerűbb kondenzátor két fémlemezből áll - az elektródák elválasztása dielektromos réteggel. Mindegyiknek saját kimenete van, amelyen keresztül csatlakozik az elektromos áramkörhöz.
Csak a kondenzátorokra jellemző tulajdonságok vannak. Például, egyáltalán nem haladnak át egy egyenáramot magukon, bár ők maguk is terhelik. Miután a tartály teljesen feltöltődött, az áram teljesen leáll, és a készülék belső ellenállása végtelenül magas értéket vesz fel.
Teljesen más hatással van a kondenzátorra, és szabadon áramlik a tartályon. Ezt az állapotot a sejt állandó töltési-kisülési folyamatai magyarázzák. Ebben az esetben nemcsak a vezetők aktív ellenállása, hanem maga a kondenzátor kapacitása is, amely éppen a folyamatos töltés és kisütés következtében következik be.
A kondenzátorok elektromos paraméterei és tulajdonságai különböző tényezőktől függően változhatnak. Először is a termék méretétől és alakjától, valamint a dielektrikum típusától függenek. A papír, a levegő, a műanyag, az üveg, a csillám, a kerámia és más anyagok különböző típusú eszközökben szolgálhatnak. Az elektrolit kondenzátorokban alumínium elektrolitot és tantálelektrolitot használnak, ami nagyobb kapacitást biztosít számukra.
A többi elem nevét a szokásos dielektrikumok anyagai határozzák meg. Ezért a papír, kerámia, üveg stb. Mindegyikük, a jellemzőknek és jellemzőknek megfelelően, speciális elektronikus áramkörökben használatos, különböző elektromos áram paraméterekkel.
Ebben a tekintetben a kerámia kondenzátorok használata szükséges azokban az áramkörökben, ahol nagyfrekvenciás interferencia szűrés szükséges. Az elektrolitikus eszközök éppen ellenkezőleg, alacsony frekvenciákon zavarják a szűrőt. Ha párhuzamosan mindkét típusú kondenzátort csatlakoztatja, akkor egy univerzális szűrőt kap, amelyet széles körben használnak minden áramkörben. Annak ellenére, hogy kapacitásuk fix érték, léteznek változó kapacitású eszközök, amelyeket a lemezek kölcsönös átfedésének változása miatt érünk el. Jellemző példa az elektronikus berendezések beállításához használt kondenzátorok.
Amikor a kondenzátort bekapcsolják az egyenáramú áramkörben, rövid ideig egy töltésáram áramköre megy végbe. A töltés végén, amikor a kondenzátor feszültsége megfelel az áramforrás feszültségének, az áramkörben lévő rövid távú áram megáll. Így egy állandó áramnál teljesen nyitott áramkör vagy ellenállás lesz, amely végtelenül nagy értékű. AC-n a kondenzátor teljesen másképp viselkedik. A töltés ilyen áramkörben váltakozva történik különböző irányokban. Ekkor az áramkörben lévő váltakozó áram nem szakad meg.
E folyamat részletesebb vizsgálata a kondenzátor feszültségének nulla értékét jelzi a felvétel idején. Miután megkapta a hálózati feszültséget, a töltés megkezdődik. Ekkor a hálózati feszültség az időszak első negyedévében növekszik. Ahogy a lemezek felhalmozódnak, a kondenzátor feszültsége növekszik. Miután a hálózati feszültség az időszak első negyedévének végén megtelik, a töltés leáll, és az áram áramértéke nulla lesz.
A kondenzátor áramkör áramának meghatározására szolgáló képlet: I = ∆q / ∆t, ahol q az áramkörön átáramló áram mennyisége egy t időszakra. Az elektrosztatikus törvények szerint a készülékben a villamos energia mennyisége: q = C x Uc = C x U. Ebben a képletben a C a kondenzátor kapacitása lesz, U a vonalfeszültség, Uc az elem lemezeken lévő feszültség. A végső formában az áramkör jelenlegi képlete így néz ki: i = C x (∆Uc / ∆t) = C x (∆U / ∆t).
Amikor az időszak második negyedévében bekövetkezik, a hálózati feszültség csökken, és a kondenzátor elindul. Az áram az áramkörben megváltoztatja irányát, és az ellenkező irányba áramlik. A periódus következő felében a hálózati feszültség iránya megváltozik, az elem feltöltődik, majd újra elkezd kiürülni. A kondenzátor kapacitással rendelkező áramkörben jelen lévő áram 90 fokkal a lemezek feszültségének fázisában lesz.
Megállapítást nyert, hogy a kondenzátoráram változásai az ω szögfrekvenciával arányos sebességgel fordulnak elő. Ezért az i = C x (∆U / ∆t) áramkörben már ismert, aktuális képlettel összhangban úgy tűnik, hogy az effektív aktuális érték a feszültségváltozás és az ω szögfrekvencia közötti arányt is mutatja: I = 2π xfx C x U .
Ezután egyáltalán nem állítható be a kapacitás vagy a kapacitás-reaktancia értéke: xc = 1 / 2π x f x C = 1 / ω x C. Ezt a paramétert akkor számítják ki, ha a kondenzátor kapacitása csatlakozik az AC áramkörhöz. Ezért az Ohm törvényének megfelelően egy váltakozó áramkörben, ahol a kondenzátor be van kapcsolva, az áramerősség értéke a következő: I = U / xc, és a lemezeken lévő feszültség: Uc = Ic x xc.
A kondenzátornak tulajdonítható hálózati feszültség egy része, amit kapacitív feszültségesésnek neveznek. Az Uc szimbólummal jelölt reaktív feszültség kifejezés is ismert. Az xc kapacitás értéke, valamint az xi induktív ellenállás értéke közvetlenül kapcsolódik a váltakozó áram frekvenciájához.
1 Valódi és ideális e-mail források. energiát. Helyettesítési minták. A villamos energia bármely forrása más típusú energiát (mechanikai, könnyű, vegyi stb.) Elektromos energiává alakít. Az áram az áramforrásban irányul negatívról pozitívra külső források miatt, ami a forrásnak a villamos energiává alakul át. Az elektromos áramkörök elemzésében a valódi villamos energiaforrást feszültségforrásként vagy áramforrásként lehet ábrázolni. Az alábbiakban egy hagyományos akkumulátor példáján látható.
Az igazi elektromos energiaforrás bemutatásának módja egyenértékű áramkörökkel (számított áramkörökkel) különbözik egymástól. Az 1. ábrán 15 a valós forrást a feszültségforrás áramkör képviseli (helyettesíti) és a 2. ábrán. A 16. ábrán a valós forrást az aktuális forrás áramkör képviseli (helyettesíti).
|
|
|
||
|
|
|||
|
| |||
időszak (T) az az idő (ek), amely alatt a változó teljes rezgést eredményez. frekvencia - a periódusok száma másodpercenként. A frekvenciaegység Hertz (rövidített Hz), 1 Hz egy másodpercenkénti oszcillációval. Az időszak és a gyakoriság függ T = 1 / f. Az idő múlásával a szinuszos érték (feszültség, áram, emf) különböző értékeket vesz fel. Az érték egy adott időpontban azonnali. amplitúdó - a szinuszos nagyság legnagyobb értéke. Az áram, a feszültség és az emf amplitúdóit nagybetűvel jelölik az index: I m, U m, E m, és pillanatnyi értékük kisbetűkkel én, u, e. A szinuszos nagyságú pillanatnyi értéket, például az áramot, az i = I m sin (ωt + ψ) képlet határozza meg, ahol ωt + ψ a szinuszos nagyság értékét meghatározó fázisszög; ψ a kezdeti fázis, azaz a szög, amely meghatározza a nagyság értékét az idő kezdeti pillanatában. Az azonos frekvenciájú, de különböző kezdeti fázisokat tartalmazó szinuszos mennyiségeket fázistolásnak nevezzük.
3 Az 1. ábrán A 2. ábra a szinuszos mennyiségek (áram, feszültség) grafikonjait mutatja, amelyek a fázisban eltolódtak. Ha a két mennyiség kezdeti fázisai ψ i = u, akkor az i különbség ψ u = 0, és ezért nincs fáziseltolás φ = 0 (3. ábra). Az AC áram mechanikai és termikus hatásainak hatékonyságát a jelenlegi érték alapján becsüljük meg. A váltakozó áram effektív értéke egyenlő az egyenáram értékével, amely egy váltakozó árammal egy időben megegyező idő alatt ugyanazt a hőt termeli, mint a váltakozó áram. Az effektív értéket nagybetűkkel jelzi index nélkül: I, U, E. Ábra. 2 Szinuszos áram és feszültségű telkek a fázison kívül. Ábra. 3 Fázis sinusoid áram- és feszültséggrafikonok
Szinuszos mennyiségek esetén az effektív és az amplitúdó értékei a következők:
I = I M / √2; U = U M / √2; E = E M √2. Az áramerősség és a feszültség effektív értékeit mérőműszerek és váltakozó áram feszültségmérője határozza meg, és az átlagos teljesítményt wattmérőkkel mérik.
4 (Hatékony) értékaz erőváltakozó áram az egyenáram értékét hívják, akinek akciója ugyanolyan munkát (termikus vagy elektrodinamikai hatást) eredményez, mint a szóban forgó váltakozó áram egy időszak alatt. A modern irodalomban gyakran használják ennek a mennyiségnek a matematikai meghatározását - a váltakozó áram rms értékét. Más szóval az áram aktuális értéke meghatározható a következő képlettel:
.
A harmonikus áramütéshez
ahol L az induktivitás.
Kapacitív képlet:
ahol C a kapacitás.
Azt javasoljuk, hogy fontolja meg a váltakozó áramkört, amely egy ellenállást tartalmaz, és felhívja a notebookokra. A kép ellenőrzése után elmondom, hogy az elektromos áramkörben (1. ábra a) egy váltakozó feszültség hatására váltakozó áram folyik, amelynek változása a feszültség változásától függ. Ha a feszültség megnő, az áram az áramkörben növekszik, és a nullával egyenlő feszültségen nincs áram az áramkörben. Irányának megváltoztatása egybeesik a feszültség irányának megváltoztatásával is.
(1. ábra, c).
1. ábra: Aktív ellenállású váltakozó áramkör: a - séma; b - vektor diagram; c - hullámdiagram
Grafikusan ábrázolom az áram- és feszültségszinusz hullámokat a táblán, amely egybeesik a fázisban, és elmagyarázza, hogy bár az oszcillációk időtartama és gyakorisága, valamint a maximális és hatékony értékek szinuszhullámmal meghatározhatók, azonban nehéz szinuszhullám kialakítása. Az áram- és feszültségértékek egyszerűbb megjelenítése a vektor. Ehhez a feszültségváltót a véletlenszerűen kiválasztott ponttól jobbra kell halasztani. Az oktató azt javasolja, hogy a diákok önmagukban elhalasztják az aktuális vektort, emlékeztetve arra, hogy a feszültség és az áram fázisban van. A vektor diagram létrehozása után (1. ábra, b) be kell mutatni, hogy a feszültség és az áramvektorok közötti szög nulla, vagyis? = 0. Az áramkör erősségét egy ilyen áramkörben az Ohm törvényei szerint határozzuk meg: 2. kérdés. Induktív ellenállású váltakozó áramkör Figyeljen egy váltakozó áramkörre (2. ábra, a), amely tartalmaz egy induktív ellenállást. Az ilyen ellenállás egy tekercs, amely kis keresztmetszetű, nagy keresztmetszetű vezetékekkel rendelkezik, amelyben az aktív ellenállás 0-nak felel meg.
Ábra. 2. Induktív impedanciájú váltakozó áramú áramkör
A tekercsek körül áramlik az áram és egy váltakozó mágneses mező, amely önindukciót indukál a tekercsekben. Lenz szabálya szerint az ed indukció mindig ellensúlyozza annak okát. És mivel az önindukció élét a váltakozó áram változása okozza, ez megakadályozza annak áthaladását is. Az önindukálódás okozta ellenállást induktívnak nevezik, és az x L. betűvel van jelölve. Az induktív tekercs-ellenállás függ a tekercsben az áram változásának sebességétől és az L induktivitásától: ahol X L - induktív ellenállás, Ohm; - váltakozó áram szögfrekvenciája, rad / s; L - hasított test induktivitása, G.
Szögfrekvencia ==,
ezért.
Kapacitív ellenállás az AC áramkörben. A magyarázat megkezdése előtt emlékeztetni kell arra, hogy számos olyan eset áll fenn, amikor az elektromos áramkörök az aktív és induktív ellenállások mellett kapacitással is rendelkeznek. Az elektromos töltések felhalmozására szolgáló eszközt kondenzátornak nevezzük. A legegyszerűbb kondenzátor két szigeteléssel elválasztott vezeték. Ezért a többszörös vezetékek, kábelek, motortekercsek stb. Kapacitív ellenállással rendelkeznek. A magyarázatot egy különféle típusú és kapacitású kondenzátorok megjelenése kíséri, amelyek kapcsolódnak egy elektromos áramkörhöz. Azt javaslom, hogy fontolja meg azt az esetet, amikor az elektromos áramkörben egy kapacitív ellenállás érvényesül, és az aktív és az induktív kis értékek miatt elhanyagolható (6. ábra, a). Ha a kondenzátor a DC áramkörben van, az áramkörön átáramló áram nem megy át, mert a kondenzátor lemezei között dielektromos. Ha a kapacitás a váltakozó áramú áramkörhöz csatlakozik, akkor az áramkörön keresztül áramló áram / áramlás a kondenzátor újratöltése miatt áramlik át az áramkörön. Az újratöltés azért következik be, mert a váltakozó feszültség megváltoztatja az irányát, és ezért ha az ammetert ehhez az áramkörhöz csatlakoztatjuk, akkor a kondenzátor töltési és kisülési áramát mutatja. Az áram nem jut át a kondenzátoron sem. A kapacitású áramkörben áramló áram erőssége az XC kondenzátor kapacitásától függ, és Ohm törvénye határozza meg. 
ahol U az emf forrás V feszültsége; HC - kapacitás, Ohm; / - Áramerősség, A.
Ábra. 3. Kapacitív impedanciájú váltakozó áramkör
A kapacitív ellenállást viszont a képlet határozza meg 
ahol C a kondenzátor kapacitása, F. Azt javaslom, hogy a diákok építsenek egy vektor diagramot az áramról és a feszültségről egy kapacitású áramkörben. Emlékeztetem, hogy a kapacitív ellenállással rendelkező elektromos áramkörök folyamatainak tanulmányozása során megállapították, hogy az áram f = 90 ° -os szöget zár be. Ezt az áram és feszültség fáziseltolódását a hullámdiagramon kell feltüntetni. Grafikusan ábrázolok egy feszültségszinusz hullámot a táblára (3. ábra, b), és megadom a feladatot a diákoknak, hogy önállóan alkalmazzák az aktuális szinuszhullámot a rajzra, ami a feszültséget 90 ° -os szögben vezeti
MEGHATÁROZÁSA
kondenzátorA legegyszerűbb esetben két fémvezetőből (lemezből) áll, amelyek dielektromos réteggel vannak elválasztva. Mindegyik kondenzátorlemeznek saját csapja van, és csatlakoztatható egy elektromos áramkörhöz.
A kondenzátort számos paraméter jellemzi (kapacitás, üzemi feszültség, stb.), Az egyik ilyen tulajdonság az ellenállás. A kondenzátor gyakorlatilag nem halad át egy állandó áramot. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátor ellenállás végtelenül nagy az egyenáramhoz, de ez az ideális eset. Egy nagyon kis áram áramlik át egy valódi dielektrikumon. Ezt az áramot szivárgási áramnak nevezik. A szivárgási áram a dielektromos minőség mutatója, amelyet a kondenzátor gyártásához használnak. A modern kondenzátorokban a szivárgási áram egy mikro-amper töredéke. Ebben az esetben a kondenzátor ellenállása az áramkör egy részének Ohm törvénye alapján számítható ki, tudva a feszültség nagyságát, amelyre a kondenzátort töltik, és a szivárgási áramot. De általában az oktatási problémák megoldása során a kondenzátor egy egyenáramú ellenállása végtelenül nagy.
Amikor a kondenzátort a váltakozó áramú áramkörben bekapcsolják, az áram szabadon áramlik a kondenzátoron. Ez nagyon egyszerűen megmagyarázható: folyamat van a kondenzátor állandó feltöltésére és kisütésére. Azt mondják, hogy a kondenzátor kapacitása az áramkörben az aktív ellenállás mellett van.
És így, az AC áramkörhöz csatlakoztatott kondenzátor úgy viselkedik, mint egy ellenállás, azaz befolyásolja az áramkörben áramló áram erősségét. A kapacitás értékét úgy jelöljük, hogy annak értéke az áram frekvenciájához kapcsolódik, és a következő képlet határozza meg:
hol van a váltakozó áram frekvenciája; - szögfrekvenciaáram; C - kondenzátor kapacitás.
Ha a kondenzátor csatlakozik az AC áramkörhöz, akkor nem fogyaszt energiát, mert az áram fázisa a feszültséghez képest. Ha figyelembe vesszük az áram áramkörének egy oszcillációs periódusát (T), akkor az alábbiak fordulnak elő: ha a kondenzátor töltés (ez) a kondenzátor mezőjében lévő energia tárolódik; a következő időintervallumban () a kondenzátor kisül és energiát szállít az áramkörre. Ezért a kapacitást reaktívnak nevezik (watt nélkül).
Meg kell jegyezni, hogy minden valós kondenzátorban a valós teljesítmény (teljesítményveszteség) még mindig eltűnik, amikor a váltakozó áram folyik rajta. Ez azért van, mert a kondenzátor dielektromos állapotában bekövetkező változások következnek be. Ezen túlmenően a kondenzátor lemezek szigetelésében van néhány szivárgás, ezért van egy kis ellenállás, amely párhuzamosan van csatlakoztatva a kondenzátorral.
1. példa
| feladat | Az oszcilláló áramkörnek van egy ellenállása (R), egy induktor (L) és egy kondenzátor kapacitás C (1. ábra). Külső feszültség csatlakozik hozzá, amelynek amplitúdója egyenlő, és a frekvencia. Mi az áram áram amplitúdója? |
| döntés | Az 1. ábrán látható áramkör ellenállása az R aktív ellenállást, a kondenzátor kapacitív ellenállását és az induktor ellenállását tartalmazza. A (Z) áramkör impedanciája, amely a fent említett elemeket tartalmazza: Az Ohm törvénye a lánc részünkre: Adja meg az áram kívánt amplitúdóját (1.2), helyettesítse a Z helyett a jobb oldali (1.1) oldalt, van:
|
| A válasz |  |
Zárja be a láncot. Az áramkör tölteni fogja az aktuális kondenzátort. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátor bal oldalán néhány elektron megy a huzalba, és ugyanazt az elektronszámot a vezetékről a jobb oldalra fordítja. Mindkét lemezt ugyanolyan méretű ellentétes töltések terhelik.
A dielektromos lemezek között elektromos mező lesz.
Most szakítsa meg az áramkört. A kondenzátor töltve marad. Rövidítse az arcát. A kondenzátor azonnal kiürül. Ez azt jelenti, hogy a jobb lemezből az elektronok feleslege a huzalba kerül, és az elektronok hiánya belép a vezetékből balra. Az elektronok mindkét lemezén ugyanaz lesz, a kondenzátor lemerül.
Ez egy olyan feszültségre terhelhető, amely az áramforrásból van csatlakoztatva.
Zárja be a láncot. A kondenzátor elkezdte tölteni a töltést, és azonnal áramforrásnak, feszültségnek, E.D. S.-nek lett. Az ábra azt mutatja, hogy az E. D.S.
A feltöltött kondenzátor elektromotoros erőjének a kondenzátor töltéséhez való ellenállását kapacitásnak nevezzük.
Az áramforrás által fogyasztott összes energia a kapacitív leküzdésére
az ellenállást a kondenzátor elektromos térenergiájává alakítjuk.
Amikor a kondenzátor az elektromos mező összes energiáját kiüríti
vissza fog térni az áramkörhöz elektromos áram formájában. ezért
a kapacitív impedancia reaktív, azaz nem okoz visszafordíthatatlan energiaveszteséget.
 |
 |
 |
Kapcsolja be a DC áramkört. A lámpa villog és kialszik, miért? Mivel az áramkör áthaladt a kondenzátor töltőáramán. Amint a kondenzátor fel van töltve az akkumulátor feszültségére, az áram az áramkörben leáll.
Most zárjuk be az AC áramkört. Az időszak első negyedévében a generátor feszültsége 0-ról a maximálisra emelkedik. Az áramkörben töltőáram-kondenzátor van. Az időszak második negyedévében a generátor feszültsége nullára csökken. A kondenzátor a generátoron keresztül ürül. Ezt követően a kondenzátort ismét feltöltjük és kisütjük. Így az áramkörben a kondenzátor töltési és kisülési áramai vannak. A fény folyamatosan világít.
A kondenzátorral ellátott áramkörben az áram áthalad a teljes zárt áramkörön, beleértve a kondenzátor dielektrikáját is. Egy töltő kondenzátorban egy elektromos mező képződik, amely polarizálja a dielektrikumot. A polarizáció az elektronok elfordulása a hosszúkás pályák atomjaiban.
Egy hatalmas számú atom egyidejű polarizációja áramot képez, amelyet hívnak torzító áram. Így van egy áram a vezetékekben és az azonos nagyságú dielektrikumban.
a kondenzátort a képlet határozza meg
Aktív ellenállás esetén az U-feszültség és az áram fázisa egybeesik. Kapacitív ellenállás esetén az U c feszültség 90 ° -kal elmarad az I áramtól. A generátor által a kondenzátorra kifejtett feszültséget a párhuzamosság szabály határozza meg. Ez a kapott feszültség az angle áram mögött bizonyos szögben φ mindig kisebb, mint 90 0.
A kondenzátor eredő ellenállása nem található az aktív és kapacitív ellenállások értékeinek összegzésével. Ez a képlettel történik
