Miksi kondensaattori ei kulje tasavirtaa, mutta sallii vaihtovirran kulkea? Kondensaattorit Mikä virta kulkee kondensaattorin läpi

Puhuttiin elektrolyyttikondensaattoreista. Niitä käytetään pääasiassa tasavirtapiireissä, tasasuuntaajien suodatinsäiliöinä. Et myöskään tule toimeen ilman niitä transistorikaskadien, stabilaattoreiden ja transistorisuodattimien virransyöttöpiirien irrotuksessa. Samanaikaisesti, kuten artikkelissa sanottiin, ne eivät kulje tasavirtaa, eivätkä ne halua työskennellä vaihtovirralla ollenkaan.

Vaihtovirtapiireihin on olemassa ei-polaarisia kondensaattoreita, ja niiden monet tyypit osoittavat, että käyttöolosuhteet ovat hyvin erilaisia. Tapauksissa, joissa vaaditaan suurta parametrien vakautta ja taajuus on riittävän korkea, käytetään ilma- ja keraamisia kondensaattoreita.

Tällaisten kondensaattoreiden parametreihin kohdistuu lisääntyneitä vaatimuksia. Ensinnäkin tämä on korkea tarkkuus (pieni toleranssi) sekä TKE-kapasitanssin merkityksetön lämpötilakerroin. Yleensä tällaiset kondensaattorit sijoitetaan vastaanottavien ja lähettävien radiolaitteiden värähteleviin piireihin.

Jos taajuus on alhainen, esimerkiksi valaistusverkon taajuus tai äänialueen taajuus, on täysin mahdollista käyttää paperi- ja metalli-paperikondensaattoreita.

Paperieristeisillä kondensaattoreilla on vuoraukset, jotka on valmistettu ohuesta metallikalvosta, useimmiten alumiinista. Levyjen paksuus vaihtelee 5...10 µm, mikä riippuu kondensaattorin rakenteesta. Levyjen välissä on kondensaattoripaperista valmistettu eriste, joka on kyllästetty eristävällä koostumuksella.

Kondensaattorin käyttöjännitteen lisäämiseksi paperi voidaan asettaa useisiin kerroksiin. Tämä koko pakkaus kääritään maton tapaan ja asetetaan pyöreään tai suorakaiteen muotoiseen runkoon. Tässä tapauksessa päätelmät tehdään tietysti levyistä, mutta tällaisen kondensaattorin runkoa ei ole kytketty mihinkään.

Paperikondensaattoreita käytetään matalataajuisissa piireissä korkeilla käyttöjännitteillä ja merkittävillä virroilla. Yksi tällainen hyvin yleinen sovellus on kolmivaihemoottorin kytkeminen yksivaiheiseen verkkoon.

Metalli-paperikondensaattoreissa levyjen roolia hoitaa ohut metallikerros, sama alumiini, joka suihkutetaan tyhjiössä kondensaattoripaperille. Kondensaattorien rakenne on sama kuin paperikondensaattoreiden, vaikka mitat ovat paljon pienempiä. Molempien tyyppien käyttöalue on suunnilleen sama: tasa-, sykkivä- ja vaihtovirtapiirit.

Paperi- ja metalli-paperikondensaattorien suunnittelu antaa kapasitanssin lisäksi näille kondensaattoreille merkittävän induktanssin. Tämä johtaa siihen, että jollain taajuudella paperikondensaattori muuttuu resonanssivärähtelypiiriksi. Siksi tällaisia ​​kondensaattoreita käytetään vain enintään 1 MHz:n taajuuksilla. Kuva 1 esittää Neuvostoliitossa valmistettuja paperi- ja metalli-paperikondensaattoreita.

Kuva 1.

Vanhoilla metalli-paperikondensaattoreilla oli ominaisuus itseparantua rikkoontumisen jälkeen. Nämä olivat MBG- ja MBGCh-tyyppisiä kondensaattoreita, mutta nyt ne on korvattu kondensaattoreilla, joissa on keraamista tai orgaanista dielektristä tyyppiä K10 tai K73.

Joissakin tapauksissa, esimerkiksi analogisissa tallennuslaitteissa tai muuten, näyte- ja pitolaitteissa (SSD), kondensaattoreille asetetaan erityisvaatimuksia, erityisesti alhainen vuotovirta. Sitten apuun tulevat kondensaattorit, joiden eristeet on valmistettu materiaaleista, joilla on suuri vastus. Ensinnäkin nämä ovat fluoroplastisia, polystyreeni- ja polypropeenikondensaattoreita. Kiille-, keraami- ja peristysvastus on hieman pienempi.

Näitä samoja kondensaattoreita käytetään pulssipiireissä, kun vaaditaan suurta vakautta. Ensisijaisesti erilaisten aikaviiveiden, tietynpituisten pulssien muodostamiseen sekä eri generaattoreiden toimintataajuuksien asettamiseen.

Jotta piirin ajoitusparametrit olisivat entistä vakaampia, joissakin tapauksissa on suositeltavaa käyttää korkeamman käyttöjännitteen kondensaattoreita: ei ole mitään väärää asentaa kondensaattori, jonka käyttöjännite on 400 tai jopa 630 V jännitteelliseen piiriin 12V. Tällainen kondensaattori vie tietysti enemmän tilaa, mutta myös koko piirin vakaus kokonaisuutena kasvaa.

Kondensaattorien sähköinen kapasitanssi mitataan Faradeissa F (F), mutta tämä arvo on erittäin suuri. Riittää, kun sanotaan, että Maan kapasiteetti ei ylitä 1F. Joka tapauksessa tämä on juuri sitä, mitä fysiikan oppikirjoissa kirjoitetaan. 1 Farad on kapasitanssi, jolla 1 coulombin varauksella q potentiaaliero (jännite) kondensaattorilevyjen poikki on 1 V.

Juuri sanotusta seuraa, että Farad on erittäin suuri arvo, joten käytännössä käytetään useammin pienempiä yksiköitä: mikrofaradeja (μF, μF), nanofaradeja (nF, nF) ja pikofaradeja (pF, pF). Nämä arvot saadaan käyttämällä osa- ja useita etuliitteitä, jotka on esitetty kuvan 2 taulukossa.

Kuva 2.

Nykyaikaiset osat pienenevät ja pienentyvät, joten niihin ei aina ole mahdollista tehdä täydellisiä merkintöjä, vaan erilaisia ​​symbolijärjestelmiä käytetään yhä enemmän. Kaikki nämä järjestelmät taulukoiden muodossa ja niiden selitykset löytyvät Internetistä. SMD-asennukseen tarkoitetuissa kondensaattoreissa ei useimmiten ole lainkaan merkintöjä. Niiden parametrit voidaan lukea pakkauksesta.

Jotta saadaan selville, kuinka kondensaattorit käyttäytyvät vaihtovirtapiireissä, ehdotetaan useiden yksinkertaisten kokeiden suorittamista. Samaan aikaan kondensaattoreille ei ole erityisiä vaatimuksia. Yleisimmät paperi- tai metalli-paperikondensaattorit ovat varsin sopivia.

Kondensaattorit johtavat vaihtovirtaa

Nähdäksesi tämän omin silmin, riittää koota yksinkertainen piiri, joka näkyy kuvassa 3.

Kuva 3.

Ensin sinun on sytytettävä lamppu rinnan kytkettyjen kondensaattorien C1 ja C2 kautta. Lamppu palaa, mutta ei kovin kirkkaasti. Jos lisäämme nyt toisen kondensaattorin C3, lampun hehku kasvaa huomattavasti, mikä osoittaa, että kondensaattorit vastustavat vaihtovirran kulkua. Lisäksi rinnakkaisliitäntä, ts. Kapasitanssin lisääminen vähentää tätä vastusta.

Tästä päätelmä: mitä suurempi kapasitanssi, sitä pienempi on kondensaattorin vastus vaihtovirran kulkua vastaan. Tätä vastusta kutsutaan kapasitiiviseksi ja se merkitään kaavoissa Xc:llä. Xc riippuu myös virran taajuudesta; mitä suurempi se on, sitä pienempi Xc. Tästä keskustellaan hieman myöhemmin.

Toinen kokeilu voidaan tehdä sähkömittarilla, kun kaikki kuluttajat on ensin irrotettu. Tätä varten sinun on kytkettävä kolme 1 µF:n kondensaattoria rinnakkain ja kytkettävä ne yksinkertaisesti pistorasiaan. Tietenkin sinun on oltava erittäin varovainen tai jopa juota tavallinen pistoke kondensaattoreihin. Kondensaattorien käyttöjännitteen tulee olla vähintään 400 V.

Tämän kytkennän jälkeen riittää yksinkertaisesti tarkkailla mittaria varmistaaksesi, että se on paikallaan, vaikka laskelmien mukaan tällainen kondensaattori vastaa resistanssiltaan noin 50 W:n hehkulamppua. Kysymys kuuluu, miksi laskuri ei käänny? Tästä myös keskustellaan seuraavassa artikkelissa.

Tämä voidaan helposti varmistaa kokein. Voit sytyttää hehkulampun kytkemällä sen vaihtovirtalähteeseen kondensaattorin kautta. Kaiutin tai luurit jatkavat toimintaansa, jos ne on kytketty vastaanottimeen ei suoraan vaan kondensaattorin kautta.

Kondensaattori koostuu kahdesta tai useammasta metallilevystä, jotka on erotettu eristeellä. Tämä eriste on useimmiten kiilleä, ilmaa tai keramiikkaa, jotka ovat parhaita eristeitä. On aivan luonnollista, että tasavirta ei pääse kulkemaan tällaisen eristimen läpi. Mutta miksi vaihtovirta kulkee sen läpi? Tämä tuntuu sitäkin oudommalta, koska sama keramiikka esimerkiksi posliinitelojen muodossa eristää täydellisesti vaihtovirtajohdot ja kiille toimii täydellisesti eristeenä sähkösilitysraudoissa ja muissa vaihtovirralla toimivissa lämmityslaitteissa.

Joidenkin kokeiden avulla pystyimme "todistamaan" vieläkin oudomman tosiasian: jos kondensaattorissa suhteellisen huonosti eristävä dielektri korvataan toisella eristeellä, joka on parempi eriste, niin kondensaattorin ominaisuudet muuttuvat niin, että vaihtovirran kulku. kondensaattorin läpivienti ei esty, vaan päinvastoin, se helpottuu. Jos esimerkiksi liität hehkulampun vaihtovirtapiiriin kondensaattorin kautta, jossa on paperidielektri, ja vaihdat sitten paperin sellaiseen erinomaiseen eristimeen; kuten lasi tai saman paksuinen posliini, lamppu alkaa palaa kirkkaammin. Tällainen koe johtaa johtopäätökseen, että vaihtovirta ei vain kulje kondensaattorin läpi, vaan että se kulkee myös sitä helpommin, mitä parempi eristeen eriste on.

Kaikesta tällaisten kokeiden ilmeisestä vakuuttavuudesta huolimatta sähkövirta - ei suora eikä vaihtovirta - ei kuitenkaan kulje kondensaattorin läpi. Kondensaattorin levyjä erottava eriste toimii luotettavana esteenä virran tielle, oli se sitten mikä tahansa - vuorotteleva tai suora. Mutta tämä ei tarkoita, että koko piirissä, johon kondensaattori on kytketty, ei ole virtaa.

Kondensaattorilla on tietty fyysinen ominaisuus, jota kutsumme kapasitanssiksi. Tämä ominaisuus koostuu kyvystä kerätä sähkövarauksia levyille. Sähkövirran lähdettä voidaan karkeasti verrata pumppuun, joka pumppaa sähkövarauksia piiriin. Jos virta on vakio, sähkövarauksia pumpataan koko ajan yhteen suuntaan.

Miten kondensaattori käyttäytyy tasavirtapiirissä?

"Sähköpumppumme" pumppaa latauksia yhdelle levylleen ja pumppaa ne pois toisesta levystään. Kondensaattorin kykyä pitää tietty ero levyillään olevien varausten lukumäärässä kutsutaan sen kapasiteetiksi. Mitä suurempi kondensaattorin kapasitanssi on, sitä enemmän sähkövarauksia voi olla yhdellä levyllä verrattuna toiseen.

Tällä hetkellä, kun virta kytketään päälle, kondensaattoria ei ole ladattu - sen levyjen latausten määrä on sama. Mutta virta on päällä. "Sähköpumppu" alkoi toimia. Hän ajoi panokset yhdelle levylle ja alkoi pumpata niitä pois toiselta. Kun varausten liike alkaa piirissä, se tarkoittaa, että virta alkaa virrata siinä. Virta kulkee, kunnes kondensaattori on latautunut täyteen. Kun tämä raja saavutetaan, virta pysähtyy.

Siksi, jos DC-piirissä on kondensaattori, sen sulkemisen jälkeen virta kulkee siinä niin kauan kuin kondensaattorin lataaminen täyteen kestää.

Jos kondensaattorin latauspiirin resistanssi on suhteellisen pieni, latausaika on hyvin lyhyt: se kestää merkityksettömän sekunnin murto-osan, jonka jälkeen virran kulku pysähtyy.

Vaihtovirtapiirissä tilanne on toinen. Tässä piirissä "pumppu" pumppaa sähkövarauksia yhteen tai toiseen suuntaan. Luotuaan tuskin ylimääräisiä varauksia kondensaattorin yhdelle levylle verrattuna toisen levyn numeroon, pumppu alkaa pumpata niitä vastakkaiseen suuntaan. Varaukset kiertävät jatkuvasti piirissä, mikä tarkoittaa, että huolimatta johtamattoman kondensaattorin läsnäolosta, siinä on virta - kondensaattorin lataus- ja purkausvirta.

Mistä tämän virran suuruus riippuu?

Virran suuruudella tarkoitetaan johtimen poikkileikkauksen läpi aikayksikköä kohti virtaavien sähkövarausten määrää. Mitä suurempi kondensaattorin kapasitanssi on, sitä enemmän latausta tarvitaan sen "täyttämiseen", mikä tarkoittaa, että sitä vahvempi virtapiirissä on. Kondensaattorin kapasitanssi riippuu levyjen koosta, niiden välisestä etäisyydestä ja niitä erottavan eristeen tyypistä, sen dielektrisyysvakiosta. Posliinilla on suurempi dielektrisyysvakio kuin paperilla, joten kun paperi korvataan posliinilla kondensaattorissa, virtapiirissä kasvaa, vaikka posliini on parempi eriste kuin paperi.

Virran suuruus riippuu myös sen taajuudesta. Mitä suurempi taajuus, sitä suurempi virta on. On helppo ymmärtää, miksi näin tapahtuu, kun kuvittelemme, että täytämme esimerkiksi 1 litran astian vedellä putken läpi ja pumppaamme sen sitten ulos. Jos tämä prosessi toistetaan kerran sekunnissa, putken läpi virtaa 2 litraa vettä sekunnissa: 1 litra yhteen suuntaan ja 1 litra toiseen. Mutta jos kaksinkertaistamme prosessin taajuuden: täytämme ja tyhjennämme astian 2 kertaa sekunnissa, niin putken läpi virtaa 4 litraa vettä sekunnissa - prosessin taajuuden lisääminen astian samalla kapasiteetilla johti vastaavasti putken läpi virtaavan veden määrän lisääntyminen.

Kaikesta sanotusta voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: sähkövirta - ei suora eikä vaihtovirta - ei kulje kondensaattorin läpi. Mutta piirissä, joka yhdistää vaihtovirtalähteen kondensaattoriin, tämän kondensaattorin lataus- ja purkausvirta kulkee. Mitä suurempi kondensaattorin kapasitanssi ja korkeampi virran taajuus, sitä vahvempi tämä virta on.

Tätä vaihtovirran ominaisuutta käytetään erittäin laajasti radiotekniikassa. Myös radioaaltojen emissio perustuu siihen. Tätä varten viritetään suurtaajuinen vaihtovirta lähetysantennissa. Mutta miksi virta kulkee antennissa, koska se ei ole suljettu piiri? Se virtaa, koska antennin ja vastapainojohtojen tai maan välillä on kapasitanssia. Antennissa oleva virta edustaa tämän kondensaattorin, tämän kondensaattorin, lataus- ja purkausvirtaa.

Kaikissa radiotekniikan ja elektroniikan laitteissa käytetään transistorien ja mikropiirien lisäksi kondensaattoreita. Joissakin piireissä niitä on enemmän, toisissa vähemmän, mutta käytännössä ei ole elektronista piiriä ilman kondensaattoreita.

Samaan aikaan kondensaattorit voivat suorittaa erilaisia ​​​​tehtäviä laitteissa. Ensinnäkin nämä ovat tasasuuntaajien ja stabilaattoreiden suodattimissa olevia kapasitansseja. Kondensaattorien avulla siirretään signaalia vahvistinportaiden välillä, rakennetaan ali- ja ylipäästösuotimia, asetetaan aikavälit aikaviiveissä ja valitaan eri generaattoreiden värähtelytaajuus.

Kondensaattorit juontavat juurensa vuoteen, jota hollantilainen tiedemies Pieter van Musschenbroeck käytti kokeissaan 1700-luvun puolivälissä. Hän asui Leidenin kaupungissa, joten ei ole vaikea arvata, miksi tätä purkkia kutsuttiin sellaiseksi.

Itse asiassa se oli tavallinen lasipurkki, vuorattu sisältä ja ulkoa tinafoliolla - staniolilla. Sitä käytettiin samoihin tarkoituksiin kuin modernia alumiinia, mutta alumiinia ei ollut vielä löydetty.

Ainoa sähkönlähde tuohon aikaan oli elektroforikone, joka kykeni kehittämään useiden satojen kilovolttien jännitteitä. Tässä Leydenin purkki ladattiin. Fysiikan oppikirjat kuvaavat tapausta, jossa Muschenbroek purki tölkkinsä kymmenen kädestä pitäneen vartijan ketjun läpi.

Tuolloin kukaan ei tiennyt, että seuraukset voisivat olla traagisia. Isku oli melko herkkä, mutta ei tappava. Tähän ei päässyt, koska Leyden-purkin kapasiteetti oli mitätön, pulssi oli hyvin lyhytikäinen, joten purkausteho oli alhainen.

Miten kondensaattori toimii?

Kondensaattorin rakenne ei käytännössä eroa Leyden-purkista: samat kaksi levyä erotetaan eristeellä. Juuri tällä tavalla kondensaattorit on kuvattu nykyaikaisissa sähkökaavioissa. Kuvassa 1 on kaaviomainen piirustus litteästä kondensaattorista ja sen laskentakaava.

Kuva 1. Rinnakkaislevykondensaattorin rakenne

Tässä S on levyjen pinta-ala neliömetrinä, d on levyjen välinen etäisyys metreinä, C on kapasitanssi faradeina, ε on väliaineen dielektrisyysvakio. Kaikki kaavaan sisältyvät suureet on ilmoitettu SI-järjestelmässä. Tämä kaava pätee yksinkertaisimmalle litteälle kondensaattorille: voit yksinkertaisesti sijoittaa kaksi metallilevyä vierekkäin, joista tehdään johtopäätökset. Ilma voi toimia eristeenä.

Tästä kaavasta voidaan ymmärtää, että mitä suurempi levyjen pinta-ala ja mitä pienempi niiden välinen etäisyys on, sitä suurempi on kondensaattorin kapasitanssi. Kondensaattoreille, joilla on erilainen geometria, kaava voi olla erilainen, esimerkiksi yhden johtimen kapasitanssille tai. Mutta kapasitanssin riippuvuus levyjen pinta-alasta ja niiden välisestä etäisyydestä on sama kuin litteällä kondensaattorilla: mitä suurempi pinta-ala ja mitä pienempi etäisyys, sitä suurempi kapasitanssi.

Itse asiassa levyjä ei aina tehdä litteiksi. Monissa kondensaattoreissa, esimerkiksi metalli-paperikondensaattoreissa, levyt ovat alumiinifoliota, joka on rullattu yhdessä paperieristeen kanssa tiiviiksi, metallikotelon muotoiseksi palloksi.

Sähkölujuuden lisäämiseksi ohut kondensaattoripaperi kyllästetään eristysaineilla, useimmiten muuntajaöljyllä. Tämä rakenne mahdollistaa jopa useiden satojen mikrofaradien kapasiteetin valmistamisen. Kondensaattorit toimivat samalla tavalla muiden eristeiden kanssa.

Kaava ei sisällä rajoituksia levyjen S pinta-alalle ja levyjen väliselle etäisyydelle d. Jos oletetaan, että levyt voidaan sijoittaa hyvin kaukana toisistaan, ja samalla levyjen pinta-ala voidaan tehdä hyvin pieneksi, jonkin verran kapasiteettia, vaikkakin pientä, silti jää. Tällainen päättely viittaa siihen, että jopa kahdella vierekkäin sijaitsevalla johtimella on sähköinen kapasitanssi.

Tätä seikkaa käytetään laajalti suurtaajuustekniikassa: joissakin tapauksissa kondensaattorit valmistetaan yksinkertaisesti painettujen piiriraitojen muodossa tai jopa vain kahdeksi polyeteenieristeessä kierretyksi johdoksi. Tavallisella nuudelilangalla tai -kaapelilla on myös kapasitanssi, ja se kasvaa pituuden kasvaessa.

Kapasitanssin C lisäksi millä tahansa kaapelilla on myös resistanssi R. Molemmat fyysiset ominaisuudet jakautuvat kaapelin pituudelle, ja ne toimivat pulssisignaaleja lähetettäessä integroivana RC-ketjuna, kuten kuvassa 2.

Kuva 2.

Kuvassa kaikki on yksinkertaista: tässä on piiri, tässä on tulosignaali ja tässä on lähtösignaali. Impulssi on vääristynyt tuntemattomaksi, mutta tämä tehdään tarkoituksella, minkä vuoksi piiri koottiin. Sillä välin puhumme kaapelin kapasitanssin vaikutuksesta pulssisignaaliin. Pulssin sijaan kaapelin toiseen päähän ilmestyy tällainen ”kello”, ja jos pulssi on lyhyt, niin se ei välttämättä saavuta kaapelin toista päätä ollenkaan, se voi kadota kokonaan.

Historiallinen tosiasia

Tässä on aivan sopivaa muistaa tarina transatlanttisen kaapelin laskemisesta. Ensimmäinen yritys vuonna 1857 epäonnistui: lennätinpisteet ja viivat (suorakulmaiset pulssit) vääristyivät niin, että 4000 km pitkän linjan toisesta päästä ei voitu nähdä mitään.

Toinen yritys tehtiin vuonna 1865. Tähän mennessä englantilainen fyysikko W. Thompson oli kehittänyt teorian tiedonsiirrosta pitkiä jonoja pitkin. Tämän teorian valossa kaapelin asennus osoittautui onnistunemmaksi, signaalit vastaanotettiin.

Tästä tieteellisestä saavutuksesta kuningatar Victoria myönsi tiedemiehelle ritarin ja lordi Kelvinin arvonimen. Tämä oli Irlannin rannikolla sijaitsevan pienen kaupungin nimi, josta kaapelinlasku alkoi. Mutta tämä on vain sana, ja nyt palataan kaavan viimeiseen kirjaimeen, nimittäin väliaineen ε dielektrisyysvakioon.

Vähän dielektristä

Tämä ε on kaavan nimittäjässä, joten sen lisäys merkitsee kapasiteetin kasvua. Useimmille käytetyille eristeille, kuten ilmalle, lavsaanille, polyeteenille, fluoroplastille, tämä vakio on melkein sama kuin tyhjiöllä. Mutta samaan aikaan on monia aineita, joiden dielektrisyysvakio on paljon suurempi. Jos ilmalauhdutin täytetään asetonilla tai alkoholilla, sen kapasiteetti kasvaa 15...20-kertaiseksi.

Mutta sellaisilla aineilla on korkean ε:n lisäksi myös melko korkea johtavuus, joten tällainen kondensaattori ei pidä varausta hyvin, se purkautuu nopeasti itsensä läpi. Tätä haitallista ilmiötä kutsutaan vuotovirraksi. Siksi eristeille kehitetään erikoismateriaaleja, jotka mahdollistavat hyväksyttävien vuotovirtojen aikaansaamisen kondensaattoreiden suurella ominaiskapasitanssilla. Juuri tämä selittää niin erilaiset kondensaattorityypit ja -tyypit, joista jokainen on suunniteltu tiettyihin olosuhteisiin.

Niillä on suurin ominaiskapasiteetti (kapasiteetti/tilavuussuhde). "Elektrolyyttien" kapasiteetti saavuttaa jopa 100 000 uF, käyttöjännite jopa 600 V. Tällaiset kondensaattorit toimivat hyvin vain matalilla taajuuksilla, useimmiten virtalähteen suodattimissa. Elektrolyyttikondensaattorit on kytketty oikealla napaisuudella.

Tällaisten kondensaattorien elektrodit ovat ohut metallioksidikalvo, minkä vuoksi näitä kondensaattoreita kutsutaan usein oksidikondensaattoreiksi. Ohut ilmakerros tällaisten elektrodien välissä ei ole kovin luotettava eriste, joten oksidilevyjen väliin lisätään elektrolyyttikerros. Useimmiten nämä ovat tiivistettyjä happojen tai alkalien liuoksia.

Kuvassa 3 on yksi tällainen kondensaattori.

Kuva 3. Elektrolyyttikondensaattori

Kondensaattorin koon arvioimiseksi sen viereen kuvattiin yksinkertainen tulitikkurasia. Melko suuren kapasiteetin lisäksi kuvasta näkyy myös toleranssi prosentteina: vähintään 70 % nimellisarvosta.

Niinä päivinä, jolloin tietokoneet olivat suuria ja niitä kutsuttiin tietokoneiksi, tällaiset kondensaattorit olivat levyasemissa (nykyaikaisissa kiintolevyissä). Tällaisten asemien tietokapasiteetti voi nyt vain hymyillä: kahdelle levylle, joiden halkaisija oli 350 mm, oli tallennettu 5 megatavua tietoa ja itse laite painoi 54 kg.

Kuvassa esitettyjen superkondensaattorien päätarkoitus oli poistaa magneettipäät levyn työalueelta äkillisen sähkökatkon aikana. Tällaiset kondensaattorit pystyivät varastoimaan varauksen useita vuosia, mikä testattiin käytännössä.

Alla ehdotamme muutaman yksinkertaisen kokeen tekemistä elektrolyyttikondensaattoreiden kanssa ymmärtääksemme, mitä kondensaattori voi tehdä.

Ei-polaarisia elektrolyyttikondensaattoreita valmistetaan vaihtovirtapiireissä toimivia varten, mutta jostain syystä niitä on erittäin vaikea saada. Tämän ongelman kiertämiseksi jotenkin tavanomaiset polaariset "elektrolyytit" kytketään päälle vastajärjestyksessä: plus-miinus-miinus-plus.

Jos polaarinen elektrolyyttikondensaattori kytketään vaihtovirtapiiriin, se ensin kuumenee ja sitten tapahtuu räjähdys. Vanhat kotimaiset kondensaattorit ovat hajallaan kaikkiin suuntiin, kun taas tuontikondensaattoreissa on erityinen laite, jonka avulla ne voivat välttää kovaäänisiä laukauksia. Yleensä tämä on joko kondensaattorin pohjassa oleva ristilovi tai reikä, jossa on kumitulppa.

He eivät todellakaan pidä korkeajännitteisistä elektrolyyttikondensaattoreista, vaikka napaisuus olisi oikea. Siksi sinun ei pitäisi koskaan laittaa "elektrolyyttejä" piiriin, jossa odotetaan olevan tietyn kondensaattorin maksimi jännite.

Joskus joillakin, jopa hyvämaineisilla foorumeilla aloittelijat kysyvät: "Kaavio näyttää 470 µF * 16 V kondensaattorin, mutta minulla on 470 µF * 50 V, voinko asentaa sen?" Kyllä, tietysti voit, mutta käänteistä vaihtamista ei voida hyväksyä.

Kondensaattori voi varastoida energiaa

Kuvassa 4 esitetty yksinkertainen kaavio auttaa sinua ymmärtämään tämän väitteen.

Kuva 4. Piiri kondensaattorilla

Tämän piirin päähenkilö on elektrolyyttikondensaattori C, jonka kapasiteetti on riittävän suuri, jotta lataus- ja purkausprosessit etenevät hitaasti ja jopa erittäin selvästi. Tämä mahdollistaa piirin toiminnan havainnoinnin visuaalisesti käyttämällä tavallista taskulampun hehkulamppua. Nämä taskulamput ovat jo pitkään väistyneet nykyaikaisten LED-lamppujen rinnalla, mutta hehkulamppuja niihin myydään edelleen. Siksi piirin kokoaminen ja yksinkertaisten kokeiden tekeminen on erittäin helppoa.

Ehkä joku sanoo: "Miksi? Loppujen lopuksi kaikki on selvää, mutta jos luet myös kuvauksen...” Tässä ei näytä olevan mitään vastustettavaa, mutta mikä tahansa, jopa yksinkertaisin asia, pysyy päässä pitkään, jos sen ymmärrys tuli käsistä.

Joten piiri on koottu. Kuinka se toimii?

Kaaviossa esitetyssä kytkimen SA asennossa kondensaattori C ladataan virtalähteestä GB piirissä olevan vastuksen R kautta: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Kaavion latausvirta näkyy nuolella, jonka indeksi on iз. Kondensaattorin latausprosessi on esitetty kuvassa 5.

Kuva 5. Kondensaattorin latausprosessi

Kuva osoittaa, että jännite kondensaattorin yli kasvaa kaarevaa linjaa pitkin, jota matematiikassa kutsutaan eksponentiaaliksi. Latausvirta heijastaa suoraan latausjännitettä. Kun jännite kondensaattorin yli kasvaa, latausvirta pienenee. Ja vain alkuhetkellä se vastaa kuvassa esitettyä kaavaa.

Jonkin ajan kuluttua kondensaattori latautuu 0 V:sta virtalähteen jännitteeseen, piirissämme jopa 4,5 V:iin. Koko kysymys on, kuinka määrittää tämä aika, kuinka kauan odottaa, milloin kondensaattori latautuu?

Aikavakio "tau" τ = R*C

Tämä kaava yksinkertaisesti moninkertaistaa sarjaan kytketyn vastuksen ja kondensaattorin resistanssin ja kapasitanssin. Jos SI-järjestelmää laiminlyömättä korvaamme resistanssin ohmeilla ja kapasitanssin Faradeilla, tulos saadaan sekunneissa. Tämä on aika, joka tarvitaan kondensaattorin lataamiseen 36,8 prosenttiin virtalähteen jännitteestä. Näin ollen lataaminen lähes 100 %:iin vaatii 5* τ:n ajan.

Usein SI-järjestelmän huomiotta jättäminen korvaa kaavaan resistanssin ohmeilla ja kapasitanssin mikrofaradeilla, jolloin aika on mikrosekunteina. Meidän tapauksessamme on kätevämpää saada tulos sekunneissa, jota varten sinun on yksinkertaisesti kerrottava mikrosekunnit miljoonalla tai yksinkertaisemmin siirrettävä desimaalipilkku kuusi paikkaa vasemmalle.

Kuvassa 4 esitetylle piirille, jonka kondensaattorin kapasiteetti on 2000 μF ja vastuksen vastus 500 Ω, aikavakio on τ = R*C = 500 * 2000 = 1 000 000 mikrosekuntia tai tasan yksi sekunti. Siksi sinun on odotettava noin 5 sekuntia, kunnes kondensaattori on latautunut täyteen.

Jos säädetyn ajan kuluttua kytkin SA siirretään oikeaan asentoon, kondensaattori C purkautuu hehkulampun EL kautta. Tällä hetkellä välähtää lyhyt, kondensaattori purkautuu ja valo sammuu. Kondensaattorin purkautumissuunta on esitetty nuolella, jonka indeksi on ip. Purkausajan määrää myös aikavakio τ. Purkauskäyrä on esitetty kuvassa 6.

Kuva 6. Kondensaattorin purkauskäyrä

Kondensaattori ei läpäise tasavirtaa

Vielä yksinkertaisempi kuvassa 7 esitetty kaavio auttaa sinua vahvistamaan tämän väitteen.

Kuva 7. Piiri, jossa on kondensaattori tasavirtapiirissä

Jos suljet kytkimen SA, hehkulamppu vilkkuu lyhyesti, mikä osoittaa, että kondensaattori C on latautunut hehkulampun kautta. Tässä näkyy myös latauskaavio: kun kytkin on kiinni, virta on maksimi, kun kondensaattori latautuu, se pienenee ja hetken kuluttua pysähtyy kokonaan.

Jos kondensaattori on hyvälaatuinen, ts. alhaisella vuotovirralla (itsepurkautuminen), kytkimen toistuva sulkeminen ei johda välähdystä. Toisen salaman saamiseksi kondensaattorin on purettava.

Kondensaattori tehosuodattimissa

Kondensaattori sijoitetaan yleensä tasasuuntaajan jälkeen. Useimmiten tasasuuntaajat valmistetaan täysaaltoina. Yleisimmät tasasuuntauspiirit on esitetty kuvassa 8.

Kuva 8. Tasasuuntaajan piirit

Puoliaaltotasasuuntaajia käytetään myös yleensä melko usein tapauksissa, joissa kuormitusteho on merkityksetön. Tällaisten tasasuuntaajien arvokkain laatu on niiden yksinkertaisuus: vain yksi diodi ja muuntajan käämi.

Täysaaltotasasuuntaajalle suodatinkondensaattorin kapasitanssi voidaan laskea kaavalla

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, jossa C on kondensaattorin kapasitanssi μF, Po on kuormitusteho W, U on jännite tasasuuntaajan lähdössä V, f on vaihtovirtauksen taajuus jännite Hz, dU on aaltoilun V amplitudi.

Suuri numero osoittajassa 1 000 000 muuntaa kondensaattorin kapasitanssin järjestelmäfaradeista mikrofaradeiksi. Nimittäjän kaksi kuvaa tasasuuntaajan puolijaksojen määrää: puoliaaltotasasuuntaajan tilalle tulee yksi.

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

ja kolmivaiheiselle tasasuuntaajalle kaava on muotoa C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Superkondensaattori - ionistori

Äskettäin on ilmestynyt uusi elektrolyyttikondensaattoreiden luokka, ns. Ominaisuudeltaan se on samanlainen kuin akku, vaikkakin useilla rajoituksilla.

Ionistori latautuu nimellisjännitteeseen lyhyessä ajassa, kirjaimellisesti muutamassa minuutissa, joten on suositeltavaa käyttää sitä varavirtalähteenä. Itse asiassa ionistori on ei-napainen laite; ainoa asia, joka määrittää sen napaisuuden, on lataus valmistajan kautta. Jotta tämä napaisuus ei sekoittuisi tulevaisuudessa, se on merkitty +-merkillä.

Ionistorien toimintaolosuhteilla on suuri rooli. 70˚C:n lämpötilassa jännitteellä 0,8 nimellisjännitteestä taattu kestävyys on enintään 500 tuntia. Jos laite toimii jännitteellä 0,6 nimellisjännitteestä ja lämpötila ei ylitä 40 astetta, oikea toiminta on mahdollista 40 000 tuntia tai enemmän.

Ionistorin yleisin käyttökohde on varavirtalähteissä. Nämä ovat pääasiassa muistisiruja tai elektronisia kelloja. Tässä tapauksessa ionistorin pääparametri on pieni vuotovirta, sen itsepurkautuminen.

Ionistorien käyttö aurinkoakkujen yhteydessä on varsin lupaavaa. Tämä johtuu myös latausolosuhteiden epäkriittisyydestä ja käytännössä rajattomasta lataus-purkausjaksojen määrästä. Toinen arvokas ominaisuus on, että ionistori ei vaadi huoltoa.

Toistaiseksi olen onnistunut kertomaan sinulle, miten ja missä elektrolyyttikondensaattorit toimivat, pääasiassa DC-piireissä. Kondensaattorien toimintaa vaihtovirtapiireissä käsitellään toisessa artikkelissa -.

Kondensaattori (korkki) on pieni "akku", joka latautuu nopeasti, kun sen ympärillä on jännite, ja purkautuu nopeasti takaisin, kun jännite ei riitä latauksen pitämiseen.

Kondensaattorin pääominaisuus on sen kapasiteetti. Se osoitetaan symbolilla C, sen mittayksikkö on Farad. Mitä suurempi kapasitanssi on, sitä enemmän kondensaattori pystyy varaamaan tietyllä jännitteellä. Myös kuin lisää kapasiteetti, Vähemmän lataus- ja purkunopeus.

Tyypilliset mikroelektroniikassa käytetyt arvot: kymmenistä pikofaradeista (pF, pF = 0,000000000001 F) kymmeniin mikrofaradeihin (μF, μF = 0,000001). Yleisimmät kondensaattorityypit ovat keraamiset ja elektrolyyttiset. Keraamiset ovat kooltaan pienempiä ja niiden kapasitanssi on yleensä jopa 1 µF; he eivät välitä mitkä kontakteista yhdistetään plus- ja mitkä miinukseen. Elektrolyyttikondensaattoreiden kapasitanssit ovat alkaen 100 pF ja ne ovat polaarisia: positiiviseen on kytkettävä tietty kosketin. Plussaa vastaava jalka pidennetään.

Kondensaattori koostuu kahdesta levystä, jotka on erotettu eristekerroksella. Levyt keräävät varauksen: yksi on positiivinen, toinen on negatiivinen; mikä luo jännitystä sisällä. Eristävä dielektriikka estää sisäisen jännitteen muuttumisen sisäiseksi virraksi, joka tasoittaisi levyt.

Lataus ja purkaminen

Harkitse tätä kaaviota:

Kun kytkin on asennossa 1, kondensaattoriin syntyy jännite - se latautuu. Lataa K lautasella tietyllä hetkellä lasketaan kaavalla:

C-kapasiteetti, e- eksponentti (vakio ≈ 2,71828), t- aika latauksen alusta. Toisen levyn varaus on aina täsmälleen sama arvo, mutta päinvastainen. Jos vastus R poista vain pieni vastus johtimista (tämä tulee arvoksi R) ja lataus tapahtuu hyvin nopeasti.

Piirtämällä funktio kaavioon, saamme seuraavan kuvan:

Kuten näette, varaus ei kasva tasaisesti, vaan käänteisesti eksponentiaalisesti. Tämä johtuu siitä, että kun varaus kerääntyy, se luo yhä enemmän käänteistä jännitettä Vc, joka "vastustaa" V sisään.

Kaikki päättyy tähän Vc tulee samanarvoiseksi V sisään ja virta lakkaa kulkemasta kokonaan. Tässä vaiheessa kondensaattorin sanotaan saavuttaneen kyllästyspisteensä (tasapainon). Lataus saavuttaa maksiminsa.

Ohmin lain muistaessa voimme kuvata piirimme virran riippuvuuden kondensaattoria ladattaessa.

Nyt kun järjestelmä on tasapainossa, aseta kytkin asentoon 2.

Kondensaattorilevyissä on vastakkaiset varaukset, ne luovat jännitteen - kuorman läpi ilmestyy virta (Load). Virta kulkee vastakkaiseen suuntaan verrattuna virtalähteen suuntaan. Purkautuminen tapahtuu myös päinvastoin: aluksi lataus katoaa nopeasti, sitten sen synnyttämän jännitteen putoamisen myötä hitaammin ja hitaammin. Jos varten Q 0 määritä varaus, joka oli alun perin kondensaattorissa, ja sitten:

Nämä arvot kaaviossa näyttävät tältä:

Jälleen jonkin ajan kuluttua järjestelmä tulee lepotilaan: kaikki lataus menetetään, jännite katoaa ja virran virtaus pysähtyy.

Jos käytät kytkintä uudelleen, kaikki alkaa ympyrästä. Joten kondensaattori ei tee mitään muuta kuin katkaisee piirin, kun jännite on vakio; ja "toimii" kun jännite muuttuu äkillisesti. Tämä ominaisuus määrää, milloin ja miten sitä käytetään käytännössä.

Sovellus käytännössä

Mikroelektroniikan yleisimpiä malleja ovat seuraavat:

Varakondensaattori (ohitussuojus) - vähentää syöttöjännitteen aaltoilua

Suodatinkondensaattori - vakio- ja muuttuvajännitekomponenttien erottamiseen, signaalin eristämiseen

Varakondensaattori

Monet piirit on suunniteltu tarjoamaan jatkuvaa, vakaata tehoa. Esimerkiksi 5 V. Virtalähde syöttää sen heille. Mutta ihanteellisia järjestelmiä ei ole olemassa, ja jos laitteen virrankulutus muuttuu äkillisesti, esimerkiksi kun komponentti kytketään päälle, virtalähteellä ei ole aikaa "reagoida" välittömästi ja lyhytaikaisesti. jännitehäviö tapahtuu. Lisäksi tapauksissa, joissa johto virtalähteestä piiriin on riittävän pitkä, se alkaa toimia antennina ja tuoda myös ei-toivottua kohinaa jännitetasoon.

Tyypillisesti poikkeama ideaalisesta jännitteestä ei ylitä voltin tuhannesosaa, ja tämä ilmiö on täysin merkityksetön esimerkiksi LEDien tai sähkömoottorin virransyötössä. Mutta logiikkapiireissä, joissa logiikka nollan ja loogisen ykkösen vaihto tapahtuu pienten jännitteiden muutosten perusteella, virtalähteen kohina voidaan sekoittaa signaaliksi, mikä johtaa virheelliseen kytkentään, joka dominoilmiön tavoin saa järjestelmän. arvaamattomassa tilassa.

Tällaisten vikojen estämiseksi varakondensaattori sijoitetaan suoraan piirin eteen

Jännitteen ollessa täynnä kondensaattori latautuu kyllästykseen ja muuttuu varavaraukseksi. Heti kun linjan jännitetaso putoaa, varakondensaattori toimii nopeana akuna, joka vapauttaa aiemmin kertyneen varauksen täyttääkseen aukon, kunnes tilanne palautuu normaaliksi. Tällaista apua päävirtalähteelle tapahtuu valtava määrä kertoja sekunnissa.

Jos ajatellaan toisesta näkökulmasta: kondensaattori poimii tasajännitteestä vaihtokomponentin ja kuljettaa sen itsensä läpi sähköjohdosta maahan. Tästä syystä varakondensaattoria kutsutaan myös "ohituskondensaattoriksi".

Tämän seurauksena tasoitettu jännite näyttää tältä:

Tyypillisiä näihin tarkoituksiin käytettyjä kondensaattoreita ovat keraamiset kondensaattorit, joiden nimellisarvo on 10 tai 100 nF. Suuret elektrolyyttikennot soveltuvat huonosti tähän tehtävään, koska ne ovat hitaampia eivätkä pysty vapauttamaan lataustaan ​​nopeasti näissä olosuhteissa, joissa melu on korkeataajuista.

Yhdessä laitteessa varakondensaattoreita voi olla monessa paikassa: jokaisen piirin edessä, joka on itsenäinen yksikkö. Esimerkiksi Arduinossa on jo varakondensaattorit, jotka varmistavat prosessorin vakaan toiminnan, mutta ennen kuin kytket siihen kytketyn LCD-näytön virran, sinun on asennettava oma.

Suodattimen kondensaattori

Suodatinkondensaattoria käytetään signaalin poistamiseen anturista, joka välittää sen vaihtelevan jännitteen muodossa. Esimerkkejä tällaisista antureista ovat mikrofoni tai aktiivinen Wi-Fi-antenni.

Katsotaanpa elektreettimikrofonin kytkentäkaaviota. Elektreettimikrofoni on yleisin ja kaikkialla: tätä tyyppiä käytetään matkapuhelimissa, tietokonetarvikkeissa ja kuulutusjärjestelmissä.

Mikrofoni tarvitsee virtaa toimiakseen. Hiljaisessa tilassa sen vastus on korkea ja kymmeniä kiloohmeja. Kun se altistuu äänelle, sisälle rakennetun kenttätransistorin portti avautuu ja mikrofoni menettää sisäisen resistanssinsa. Resistanssin häviäminen ja palautuminen tapahtuu monta kertaa sekunnissa ja vastaa ääniaallon vaihetta.

Lähdössä olemme kiinnostuneita vain jännitteestä niillä hetkillä, kun on ääntä. Jos ei olisi kondensaattoria C, lähtöön vaikuttaisi aina lisäksi jatkuva syöttöjännite. C estää tämän vakiokomponentin ja päästää läpi vain ääntä vastaavat poikkeamat.

Kuuluva ääni, joka kiinnostaa meitä, on matalataajuisella alueella: 20 Hz - 20 kHz. Äänisignaalin eristämiseksi jännitteestä, ei korkeataajuisesta tehokohinasta, kuten C Käytetään hidasta elektrolyyttikondensaattoria, jonka nimellisarvo on 10 µF. Jos käytettäisiin nopeaa kondensaattoria, esimerkiksi 10 nF, ei-äänisignaalit kulkisivat lähtöön.

Huomaa, että lähtösignaali syötetään negatiivisena jännitteenä. Eli kun lähtö on kytketty maahan, virta kulkee maasta lähtöön. Mikrofonin huippujännitteen arvot ovat kymmeniä millivoltteja. Jännitteen kääntämiseksi ja sen arvon lisäämiseksi lähtö V ulos yleensä kytketty operaatiovahvistimeen.

Kondensaattorien kytkentä

Vastusten kytkentään verrattuna kondensaattoreiden lopullisen arvon laskeminen näyttää päinvastaiselta.

Kun kytketään rinnan, kokonaiskapasitanssi lasketaan yhteen:

Sarjaan kytkettynä lopullinen kapasiteetti lasketaan kaavalla:

Jos kondensaattoreita on vain kaksi, sarjakytkennällä:

Kahden samanlaisen kondensaattorin tapauksessa sarjakytkennän kokonaiskapasitanssi on puolet kummankin kapasitanssista.

Rajoita ominaisuuksia

Jokaisen kondensaattorin dokumentaatio ilmoittaa suurimman sallitun jännitteen. Sen ylittäminen voi johtaa eristeen hajoamiseen ja kondensaattorin räjähtämiseen. Elektrolyyttikondensaattorien napaisuutta on noudatettava. Muuten joko elektrolyytti vuotaa ulos tai tapahtuu taas räjähdys.

Jatkuva jännite ja aseta krokotiilien jännite 12 volttiin. Otamme myös 12 voltin hehkulampun. Nyt asetamme kondensaattorin virtalähteen yhden anturin ja hehkulampun väliin:

Ei, se ei pala.

Mutta jos teet sen suoraan, se syttyy:

Tästä syntyy johtopäätös: Tasavirta ei kulje kondensaattorin läpi!

Ollakseni rehellinen, jännitteen kytkemisen alkuhetkellä virta kulkee edelleen sekunnin murto-osan. Kaikki riippuu kondensaattorin kapasitanssista.

Kondensaattori AC-piirissä

Joten saadaksemme selville, virtaako vaihtovirta kondensaattorin läpi, tarvitsemme vaihtovirtageneraattorin. Uskon, että tämä taajuusgeneraattori toimii hyvin:

Koska kiinalainen generaattorini on erittäin heikko, käytämme hehkulamppukuorman sijasta yksinkertaista 100 ohmia. Otetaan myös kondensaattori, jonka kapasiteetti on 1 mikrofaradi:

Juotamme jotain tällaista ja lähetämme signaalin taajuusgeneraattorilta:

Sitten hän ryhtyy hommiin. Mikä on oskilloskooppi ja mitä sen kanssa käytetään, lue täältä. Käytämme kahta kanavaa kerralla. Kaksi signaalia näytetään yhdellä näytöllä kerralla. Täällä näytöllä näkyy jo 220 voltin verkon häiriöitä. Älä kiinnitä huomiota.

Käytämme vaihtojännitettä ja katsomme signaaleja, kuten ammattielektroniikkainsinöörit sanovat, tulossa ja lähdössä. Samanaikaisesti.

Kaikki näyttää suunnilleen tältä:

Joten jos taajuutemme on nolla, tämä tarkoittaa vakiovirtaa. Kuten olemme jo nähneet, kondensaattori ei päästä tasavirtaa läpi. Tämä näyttää olevan selvitetty. Mutta mitä tapahtuu, jos käytät sinusoidia taajuudella 100 hertsiä?

Oskilloskoopin näytöllä näytin parametreja, kuten signaalin taajuuden ja amplitudin: F on taajuus Ma – amplitudi (nämä parametrit on merkitty valkoisella nuolella). Ensimmäinen kanava on merkitty punaisella ja toinen keltaisella kanavan havaitsemisen helpottamiseksi.

Punainen siniaalto näyttää signaalin, jonka kiinalainen taajuusgeneraattori antaa meille. Keltainen siniaalto on se, mitä saamme jo kuormituksella. Meidän tapauksessamme kuorma on vastus. No, siinä kaikki.

Kuten yllä olevasta oskillogrammista näet, syötän generaattorilta sinimuotoisen signaalin taajuudella 100 hertsiä ja amplitudilla 2 volttia. Vastuksessa nähdään jo samalla taajuudella oleva signaali (keltainen signaali), mutta sen amplitudi on noin 136 millivolttia. Lisäksi signaali osoittautui hieman "takkuiseksi". Tämä johtuu niin sanotusta "". Kohina on signaali, jolla on pieni amplitudi ja satunnaiset jännitteen muutokset. Se voi johtua itse radioelementeistä tai se voi olla myös ympäröivästä tilasta kiinni jäävää häiriötä. Esimerkiksi vastus "pitää melua" erittäin hyvin. Tämä tarkoittaa, että signaalin "shaggyness" on sinusoidin ja kohinan summa.

Keltaisen signaalin amplitudi on pienentynyt ja jopa keltaisen signaalin kuvaaja siirtyy vasemmalle, eli se on punaista signaalia edellä tai tieteellisellä kielellä näyttää siltä vaihesiirto. Edessä on vaihe, ei itse signaali. Jos signaali itsessään olisi edellä, niin vastuksen signaali ilmestyisi ajoissa aikaisemmin kuin siihen kondensaattorin kautta syötetty signaali. Tuloksena olisi jonkinlainen aikamatka :-), mikä on tietysti mahdotonta.

Vaiheen siirto- Tämä ero kahden mitatun suuren alkuvaiheiden välillä. Tässä tapauksessa jännitystä. Vaihesiirron mittaamiseksi täytyy olla ehto, että nämä signaalit sama taajuus. Amplitudi voi olla mikä tahansa. Alla oleva kuva esittää juuri tätä vaihesiirtoa tai, kuten sitä myös kutsutaan, vaihe-ero:

Nostetaan generaattorin taajuus 500 hertsiin

Vastus on jo saanut 560 millivolttia. Vaihesiirto pienenee.

Nostamme taajuuden 1 kilohertsiin

Lähdössä meillä on jo 1 voltti.

Aseta taajuus 5 kilohertsiin

Amplitudi on 1,84 volttia ja vaihesiirto on selvästi pienempi

Nosta 10 kilohertsiin

Amplitudi on melkein sama kuin sisääntulossa. Vaihesiirto on vähemmän havaittavissa.

Asetamme 100 kilohertsiä:

Vaihesiirtoa ei juuri ole. Amplitudi on melkein sama kuin sisääntulossa, eli 2 volttia.

Tästä teemme syvällisiä johtopäätöksiä:

Mitä suurempi taajuus, sitä pienempi vastus kondensaattorilla on vaihtovirtaa vastaan. Vaihesiirto pienenee taajuuden kasvaessa lähes nollaan. Äärettömän matalilla taajuuksilla sen suuruus on 90 astetta taiπ/2 .

Jos piirrät osan kaaviosta, saat jotain tällaista:

Piirsin jännitteen pystysuoraan ja taajuuden vaakasuoraan.

Joten olemme oppineet, että kondensaattorin vastus riippuu taajuudesta. Mutta riippuuko se vain taajuudesta? Otetaan kondensaattori, jonka kapasiteetti on 0,1 mikrofaradia, eli nimellisarvo on 10 kertaa pienempi kuin edellinen, ja käytä sitä uudelleen samoilla taajuuksilla.

Katsotaanpa ja analysoidaan arvoja:

Vertaa huolellisesti keltaisen signaalin amplitudiarvoja samalla taajuudella, mutta eri kondensaattoriarvoilla. Esimerkiksi taajuudella 100 hertsiä ja kondensaattorin arvolla 1 μF keltaisen signaalin amplitudi oli 136 millivolttia ja samalla taajuudella keltaisen signaalin amplitudi, mutta kondensaattorilla 0,1 μF, oli jo 101 millivolttia (todellisuudessa jopa vähemmän häiriön vuoksi). Taajuudella 500 hertsiä - 560 millivolttia ja 106 millivolttia, taajuudella 1 kilohertsi - 1 voltti ja 136 millivolttia ja niin edelleen.

Tästä johtopäätös antaa ymmärtää: Kun kondensaattorin arvo pienenee, sen vastus kasvaa.

Fysikaalisia ja matemaattisia muunnoksia käyttämällä fyysikot ja matemaatikot ovat johtaneet kaavan kondensaattorin resistanssin laskemiseksi. Ole hyvä ja rakasta ja kunnioita:

Missä, X C on kondensaattorin vastus Ohm

P - vakio ja on noin 3,14

F– taajuus, mitattuna hertseinä

KANSSA– kapasitanssi, mitattuna faradeina

Joten aseta tämän kaavan taajuus nollaksi hertsiksi. Nollahertsin taajuus on tasavirtaa. Mitä tapahtuu? 1/0 = ääretön tai erittäin korkea vastus. Lyhyesti sanottuna rikki piiri.

Johtopäätös

Tulevaisuudessa voin sanoa, että tässä kokeessa saimme (ylipäästösuodatin). Käyttämällä yksinkertaista kondensaattoria ja vastusta ja laittamalla tällainen suodatin kaiuttimeen jossain audiolaitteistossa, kuulemme kaiuttimesta vain vinkuvan korkeita ääniä. Mutta bassotaajuutta vaimentaa tällainen suodatin. Kondensaattorin resistanssin riippuvuutta taajuudesta käytetään erittäin laajalti radioelektroniikassa, erityisesti erilaisissa suodattimissa, joissa on tarpeen vaimentaa yksi taajuus ja ohittaa toinen.