Talpinis įtampos daliklis

Šiame įraše mes sužinosime, kaip talpinės įtampos daliklio grandinės veikia elektroninėse grandinėse, naudodamos formules ir išspręstus pavyzdžius.

Autorius: Dhrubajyoti Biswas

Kas yra įtampos daliklio tinklas

Kalbant apie įtampos skirstytuvo grandinę, svarbu pažymėti, kad įtampa skirstytuvo grandinėje pasiskirsto vienodai tarp visų esamų komponentų, susijusių su tinklu, nors pajėgumas gali skirtis priklausomai nuo komponentų sudėties.

Įtampos skirstytuvo grandinė gali būti pastatyta iš reaktyviųjų komponentų arba net iš fiksuotų rezistorių.

Tačiau, lyginant su talpiniais įtampos dalikliais, rezistiniai dalikliai neturi įtakos maitinimo dažnio pokyčiams.

Šio straipsnio tikslas yra pateikti išsamų talpinių įtampos daliklių supratimą. Tačiau norint gauti daugiau įžvalgos, būtina išsamiai aprašyti talpinį reaktyvumą ir jo poveikį kondensatoriams įvairiais dažniais.

Kondensatorius pagamintas iš dviejų laidžių plokščių, išdėstytų lygiagrečiai viena kitai, kurios papildomai atskiriamos izoliatoriumi. Šios dvi plokštės turi vieną teigiamą (+) ir kitą neigiamą (-) krūvį.

Kai kondensatorius visiškai įkraunamas nuolatine srove, dielektrikas [paprastai vadinamas izoliatoriumi] užstringa srovės srautą per plokštes.

Kita svarbi kondensatoriaus charakteristika, palyginti su rezistoriumi, yra tokia: kondensatorius įkrovimo metu kaupia energiją ant laidžių plokščių, o rezistorius to nedaro, nes visada linkęs išskirti energijos perteklių kaip šilumą.

Tačiau kondensatoriaus sukaupta energija perduodama grandinėms, kurios su juo yra sujungtos jo iškrovimo proceso metu.

Ši kondensatoriaus savybė kaupti krūvį vadinama reaktyvumu ir toliau vadinama talpos reaktyvumu [Xc], kurio Ohmas yra standartinis reaktyvumo matavimo vienetas.

Išsikrovęs kondensatorius, prijungtas prie nuolatinės srovės maitinimo šaltinio, reaktyvumas išlieka mažas pradiniame etape.

Didelė srovės dalis per kondensatorių teka trumpą laiką, o tai priverčia laidžiąsias plokštes greitai įkrauti, ir tai ilgainiui slopina tolesnį srovės praeinamumą.

Kaip kondensatorius blokuoja nuolatinę srovę?

Rezistoriaus, kondensatoriaus serijos tinkle, kai laikotarpis pasiekia 5RC dydį, laidžios kondensatoriaus plokštės visiškai įkraunamos, o tai reiškia, kad kondensatoriaus gaunamas krūvis yra lygus įtampos tiekimui, kuris sustabdo bet kokį tolesnį srovės srautą.

Be to, kondensatoriaus reaktyvumas šioje situacijoje esant nuolatinės įtampos poveikiui pasiekia maks. Būseną [mega-omas].

Kintamosios srovės maitinimo kondensatorius

Kalbant apie kintamosios srovės [AC] naudojimą kondensatoriui įkrauti, kai kintamosios srovės srautas visada yra pakaitomis poliarizuotas, srautą priimantis kondensatorius yra nuolat įkraunamas ir iškraunamas per visas jo plokštes.

Dabar, jei turime nuolatinį srovės srautą, taip pat turime nustatyti reaktyvumo vertę, kad apribotume srautą.

Veiksniai talpinės varžos vertei nustatyti

Pažvelgus atgal į talpą, pamatysime, kad kondensatoriaus laidžiųjų plokščių įkrovos dydis yra proporcingas talpos ir įtampos vertei.

Dabar, kai kondensatorius gauna srovės srautą iš kintamosios srovės įėjimo, įtampos maitinimas nuolat keičiasi jo vertė, kuri visada proporcingai keičia plokščių vertę.

Dabar apsvarstykime situaciją, kai kondensatoriuje yra didesnė talpos vertė.

Šioje situacijoje varžai R reikia daugiau laiko kondensatoriui įkrauti τ = RC. Tai reiškia, kad jei įkrovimo srovė teka ilgesnį laiką, reaktyvumas užfiksuoja mažesnę Xc reikšmę, priklausomai nuo nurodyto dažnio.

Jei kondensatoriaus talpos vertė yra mažesnė, tada norint įkrauti kondensatorių, reikia trumpesnio RC laiko.

Šis trumpesnis laikas sukelia srovės srautą trumpesnį laiko tarpą, dėl kurio gaunama palyginti mažesnė reaktyvumo vertė Xc.

Todėl akivaizdu, kad esant didesnėms srovėms reaktyvos vertė išlieka maža ir atvirkščiai.

Taigi talpinis reaktyvumas visada yra atvirkščiai proporcingas kondensatoriaus talpos vertei.

XC ∝ -1 C.

Būtina pažymėti, kad talpa nėra vienintelis veiksnys analizuojant talpinį reaktyvumą.

Esant žemam kintamosios įtampos dažniui, reaktyvumas gauna daugiau laiko, atsižvelgiant į paskirtą RC laiko konstantą. Be to, jis taip pat blokuoja srovę, nurodydamas didesnę reaktyvumo vertę.

Panašiai, jei naudojamas dažnis, reaktyvumas leidžia atlikti mažesnį įkrovimo ir iškrovimo proceso ciklą.

Be to, proceso metu jis taip pat gauna didesnį srovės srautą, o tai lemia mažesnį reaktyvumą.

Taigi tai įrodo, kad kondensatoriaus varža (kintamosios srovės reaktyvumas) ir jo dydis priklauso nuo dažnio. Todėl didesnis dažnis lemia mažesnį reaktyvumą ir atvirkščiai, todėl galima daryti išvadą, kad talpinė reakcija Xc yra atvirkščiai proporcinga dažniui ir talpai.

Minėtą talpiosios reaktyvumo teoriją galima apibendrinti tokia lygtimi:

Xc = 1 / 2πfC

Kur:

· Xc = talpos reaktyvumas omais, (Ω)


· Π (pi) = 3,142 (arba 22 ÷ 7) skaitinė konstanta


· Ƒ = dažnis hercais, (Hz)


· C = talpa Faraduose, (F)

Talpinis įtampos daliklis

Šiame skyriuje bus siekiama pateikti išsamų paaiškinimą, kaip maitinimo dažnis veikia du kondensatorius, sujungtus atgal arba nuosekliai, geriau vadinamus talpinės įtampos skirstytuvo grandine.

Talpinės įtampos daliklio grandinė

Norėdami iliustruoti talpinio įtampos daliklio veikimą, remkitės aukščiau esančia grandine. Čia C1 ir C2 yra nuosekliai ir prijungti prie 10 voltų kintamosios srovės maitinimo šaltinio. Eidami nuosekliai, abu kondensatoriai gauna tą patį įkrovimą, Q.

Tačiau įtampa išliks kitokia, ji taip pat priklauso nuo talpos vertės V = Q / C.

Atsižvelgiant į 1.0 paveikslą, kondensatoriaus įtampos apskaičiavimą galima nustatyti įvairiais būdais.

Viena iš galimybių yra išsiaiškinti bendrą grandinės varžą ir grandinės srovę, t. Y. Atsekti kiekvieno kondensatoriaus talpiosios reaktyvos vertę ir tada apskaičiuoti įtampos kritimą. Pavyzdžiui:

1 PAVYZDYS

Kaip parodyta 1.0 paveiksle, kai C1 ir C2 yra atitinkamai 10uF ir 20uF, apskaičiuokite efektinės įtampos kritimus, atsirandančius per kondensatorių, kai sinusinė įtampa yra 10 voltų kvadratinė 80 Hz.

C1 10uF kondensatorius
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 omų
C2 = 20uF kondensatorius
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
Ohm

Bendra talpinė reakcija

Xc (iš viso) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6.88uF = 290Ω

Srovė grandinėje

I = E / Xc = 10 V / 290Ω

Kondensatoriaus įtampa nuosekliai krinta. Čia talpinės įtampos daliklis apskaičiuojamas taip:

Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V

Jei kondensatorių vertės skiriasi, mažesnės vertės kondensatorius gali įkrauti didesnę įtampą, palyginti su dideliu.

1 pavyzdyje užfiksuotas C1 ir C2 įtampos krūvis yra atitinkamai 6,9 ir 3,1. Kadangi skaičiavimas yra pagrįstas Kirchoffo įtampos teorija, todėl bendras įtampos kritimas atskiram kondensatoriui yra lygus maitinimo įtampos vertei.

PASTABA:

Dviejų kondensatorių, prijungtų prie nuosekliosios talpinės įtampos skirstytuvo grandinės, įtampos kritimo santykis visada išlieka tas pats, net jei maitinimo šaltinis yra dažnis.

Todėl, kaip nurodyta 1 pavyzdyje, 6,9 ir 3,1 voltai yra vienodi, net jei maitinimo dažnis yra maksimalus nuo 80 iki 800 Hz.

2 PAVYZDYS

Kaip rasti kondensatoriaus įtampos kritimą naudojant tuos pačius kondensatorius, naudojamus 1 pavyzdyje?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 omai

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0,9 omai

I = V / Xc (iš viso) = 10 / 2,9 = 3,45 ampero

Todėl Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V

Ir Vc2 = I x Xc2 = 3.45A x 0.9 Ω = 3.1V

Kadangi abiejų kondensatorių įtampos santykis išlieka toks pats, didėjant maitinimo dažniui, jo poveikis matomas sumažėjus kombinuotai talpinei reaktyvai, taip pat ir bendrajai grandinės varžai.

Sumažėjusi varža sukelia didesnį srovės srautą, pavyzdžiui, grandinės srovė 80Hz dažniu yra apie 34,5mA, tuo tarpu esant 8kHz gali padidėti srovės tiekimas 10 kartų, tai yra apie 3,45A.

Taigi galima daryti išvadą, kad srovės srautas per talpinį įtampos daliklį yra proporcingas dažniui I ∝ f.

Kaip aptarta pirmiau, talpiniai dalikliai, kuriuose yra prijungtos kelios kondensatoriai, jie visi sumažina kintamą įtampą.

Norėdami sužinoti teisingą įtampos kritimą, talpiniai dalikliai ima kondensatoriaus talpinio reaktyvumo vertę.

Todėl jis neveikia kaip nuolatinės įtampos dalikliai, nes nuolatinės srovės kondensatoriai sulaiko ir blokuoja srovę, o tai sukelia nulinę srovės srovę.

Skirstytuvai gali būti naudojami tais atvejais, kai tiekimą lemia dažnis.

Elektroninis talpiosios įtampos daliklio naudojimas yra platus - nuo pirštų nuskaitymo įrenginio iki „Colpitts“ osciliatorių. Tai taip pat yra plačiau pageidaujama, kaip tinklo transformatoriaus pigi alternatyva, kai talpinis įtampos daliklis naudojamas didelei tinklo srovei nutraukti.