Bir kondansatör DC'yi nasıl bloke eder?

Bununla kafam karıştı! Bir kondansatör DC'yi nasıl bloke eder?

• DC beslemeli güç kapasitörlerini kullanan birçok devre gördüm. Öyleyse, eğer kondansatör DC'yi bloke ederse, neden bu devrelerde kullanılmalı?
• Ayrıca, voltaj değeri kapasitörde bir DC değeri olarak belirtilir. Bu ne anlama geliyor?

Bir kapasitörün AC (alternatif akım) sağlarken DC'yi (doğru akım) nasıl engellediğini anlamaya yardımcı olacağını düşünüyorum .

En basit DC olan batarya ile başlayalım:

Bu batarya bir şeylere güç sağlamak için kullanıldığında, elektronlar bataryanın + tarafına çekilir ve - tarafa doğru itilir .

Aküye bazı teller bağlayalım:

Burada hala tam bir devre yok (teller hiçbir yere gitmiyor), bu nedenle akım akışı yok.

Ancak bu, herhangi bir akımın olmadığı anlamına gelmez . Bakır tel metalindeki atomlar, elektronlarıyla çevrili bakır atomlarının bir çekirdeğinden oluşur. Bakır teli, etrafta kayan elektronlarla pozitif bakır iyonları olarak düşünmek faydalı olabilir:

Not: Bir elektronu temsil etmek için e ^- sembolünü kullanırım.

Bir metalde elektronların etrafından itilmesi çok kolaydır. Bizim durumumuzda bir batarya takılı. Aslında bazı elektronları telden çekebilir:

Akünün artı tarafına takılı telde elektronlar çıkmış . Bu Elektronlar daha sonra itilir olumsuz negatif tarafına bağlı tel haline pilin tarafı.

Akünün tüm elektronları çıkaramadığını not etmek önemlidir. Elektronlar genellikle geride bıraktıkları pozitif iyonlara çekilir; bu yüzden tüm elektronları çıkarmak zor.

Sonunda kırmızı telimizin hafif bir pozitif yükü olacak (elektronların eksik olması nedeniyle) ve siyah telin hafif bir negatif yükü olacak (ekstra elektronları olduğu için) olacaktır.

İlk olarak bu tellere pili bağladığınızda Yani, sadece bir küçük akımın biraz akacaktır. Batarya çok fazla elektron hareket edemiyor, bu yüzden akım çok kısa bir süre akıyor ve sonra duruyor.

Bataryayı çıkardıysanız, ters çevirdiniz ve yeniden bağladıysanız: siyah kablodaki elektronlar bataryaya emilecek ve kırmızı kabloya itilecektir. Bir kez daha, sadece çok az miktarda akım akışı olur ve sonra dururdu.

Sadece iki kablo kullanmanın sorunu, etrafta dolaşacak çok fazla elektronun olmamasıdır. İhtiyacımız olan büyük bir metal yığını - oynayacağımız büyük bir elektron deposu. Bir kondansatör budur: her bir telin uçlarına bağlı büyük bir metal yığını.

Bu büyük metal yığınında, kolayca itebileceğimiz çok daha fazla elektron var. Şimdi "pozitif" taraf daha çok elektronu emebilir ve "negatif" taraf daha fazla elektronu itebilir:

Dolayısıyla , bir kapasitöre alternatif bir akım kaynağı uygularsanız , bu akımın bir kısmının akmasına izin verilir, ancak bir süre sonra etrafta itmek için elektronların bitmesi ve akış durur. AC kaynağı için bu çok şanslı, çünkü o zaman tersine döndü ve akımın bir kez daha akmasına izin verildi.

Ancak neden DC voltta bir kapasitör var

Bir kondansatör sadece iki metal parça değildir. Kapasitörün bir başka tasarım özelliği, birbirine çok yakın iki topak metalini kullanmasıdır (iki kalay folyo tabakası arasına sıkıştırılmış bir balmumu kağıdı tabakası düşünün).

“Mumlu kağıt” ile ayrılmış “kalay folyo” kullanmasının nedeni, negatif elektronların geride bıraktıkları pozitif "deliklere" çok yakın olmasını istemeleridir. Bu, elektronların pozitif "deliklere" çekilmesine neden olur:

Elektronlar negatif ve "delikler" pozitif olduğundan, elektronlar deliklere çekilir. Bu elektronların gerçekten orada kalmasına neden olur. Artık pili çıkarabilirsiniz ve kapasitör bu şarjı gerçekten tutacaktır .

Bu yüzden kapasitör bir yük depolayabilir; elektronlar geride bıraktıkları deliklere çekilir.

Ancak bu mumlu kağıt mükemmel bir yalıtkan değildir; bazı sızıntılara izin verecek . Ancak asıl sorun, çok fazla elektron yığılmışsa ortaya çıkar. Kapasitörün iki " plakası " arasındaki elektrik alanı gerçekte o kadar yoğun olabilir ki, mumlu kağıdın bozulmasına neden olarak kapasitöre kalıcı olarak zarar verir:

Gerçekte, bir kondansatör kalay folyo ve mumlu kağıttan yapılmadı (artık); daha iyi malzemeler kullanıyorlar. Fakat yine de, iki paralel plaka arasındaki yalıtkanın parçaladığı ve cihazı tahrip ettiği bir nokta, bir "voltaj" vardır. Bu kondansatörün anma maksimum DC gerilimidir.

Diğer 3 cevaba bir bakış açısı daha ekleyebiliyor muyum bakalım.

Kondansatörler yüksek frekanslarda kısa ve düşük frekanslarda açık gibi davranır.

Yani burada iki durum var:

Sinyalli seri kapasitör

Bu durumda, AC geçebilir, ancak DC engellenir. Buna genel olarak bir bağlantı kapasitörü denir.

Sinyal ile paralel kapasitör

Bu durumda, DC geçebilir, ancak AC bloke olmasına neden olacak şekilde toprağa kısa devre yapar. Buna genel olarak dekuplaj kapasitörü denir.

Ac nedir?

"High Freq" ve "Low Freq" terimlerini oldukça gevşek kullandım çünkü kendileriyle ilişkili sayıları gerçekten yoktu. Bunu yaptım çünkü düşük ve yüksek olarak kabul edilenler devrenin geri kalanında ne olduğuna bağlı. Bu konuda daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız Wikipedia'daki düşük geçişli filtrelerden veya RC filtre sorularımızdan bazılarını okuyabilirsiniz .

Voltaj ölçümü

Kondansatörlerle gördüğünüz voltaj, kondansatörün fiziksel olarak parçalanma riskini çalıştırmaya başlamadan önce, kondansatöre güvenle uygulayabileceğiniz maksimum voltajdır. Bazen bu bir patlama, bazen ateş veya bazen sadece ısınırsa olur.

Bu açıklama, karşıt suçlamaların birbirlerini cezbettiği gerçeğindedir. Bir kondansatör, çok ince bir yalıtkanla ayrılmış 2 iletken plakanın kompakt bir konstrüksiyonudur. Üzerine DC koyarsanız, bir taraf pozitif, diğer taraf negatif olarak yüklenir. Her iki şarj da birbirlerini çeker ancak yalıtım bariyerini geçemez. Akım yok. Demek DC'nin hikayesi bu.
Ac için farklı. Bir taraf art arda pozitif ve negatif olarak yüklenecek ve buna göre olumsuz ve pozitif ücretler alacaktır. Böylece, bariyerin bir tarafındaki değişiklikler diğer taraftaki değişiklikleri tetikler, böylece yüklerin bariyeri geçtiği ve bu akımın kapasitörden etkili bir şekilde aktığı görülür .

Dolu bir kapasitör her zaman DC yüklüdür, yani bir tarafta pozitif yükler, diğer tarafta negatif. Bu yükler, birçok devrede gerekli olan elektrik enerjisi için depodır.

Maksimum voltaj, yalıtım bariyeri tarafından belirlenir. Belli bir voltajın üstünde kırılır ve kısa devre oluşturur. Bu DC altında da olabilir ancak AC altında da olabilir.

Bunu düşünmenin basit bir yolu, bir seri kapasitörün DC'yi bloke etmesidir, buna karşın paralel bir kapasitör sabit bir voltajın korunmasına yardımcı olur.

Bu gerçekten aynı davranışın iki uygulamasıdır - kapasitör voltajı sabit tutmaya çalışmak için tepki verir. Seri durumda, sabit bir voltaj farkını ortadan kaldırmak oldukça mutludur, ancak voltaj farkını sabit tutmak için bir taraftaki ani değişiklikler diğer tarafa geçer. Paralel durumda, voltajdaki ani değişikliklere tepki verilir.

Terminalleri boyunca belirli bir gerilime sahip bir kapasitör plakaları boyunca gelişen şarj miktarı aşağıdaki formüle tabidir:

$Q = C \times V$

Her iki tarafın farklılaştırılması (akımın zamanın türevi olduğu durumdur):

$I = C \times \dfrac {dV}{dt}$

DC gerilimi aynıdır$\dfrac{dV}{dt} = 0$

Böylece bir kondansatör, hiçbir akımın DC gerilimi için "içinden" akmasına izin vermez (yani DC'yi bloke eder).

Bir kapasitörün plakaları boyunca voltaj da sürekli bir şekilde değişmelidir, bu nedenle kapasitörler, bir voltajı bir voltajla boşaltılana kadar bir voltajı "tutma" etkisine sahiptir. Bu nedenle, kondansatörler için çok yaygın bir kullanım, ray voltajlarını ve dekolte raylarını yerden dengelemektir.

Voltaj değeri, elektro-statik kuvvetler dielektrik malzemenin malzeme özelliklerini, kapasitör olarak kırılmış hale getiren plakalar arasında parçalamadan önce plakalara ne kadar voltaj uygulayabildiğinizdir :).

Bu çok teknik bir cevap değil, ama çok komik ve basit bulduğum grafiksel bir açıklama:

Bu tür sorulara cevabım daima "sudur". Borulardan akan su, tellerden geçen akım için şaşırtıcı derecede kesin bir analojidir. Akım, bir borudan ne kadar su aktığını gösterir. Voltaj farkı, su basıncındaki fark haline gelir. Borular düz durmalıdır, böylece yerçekimi rol oynamaz.

Bu tür bir benzer bir şekilde, bir batarya, bir su pompası ve bir kapasitör olduğu lastik membran olan tamamen bloke boru. DC, bir borudan sürekli olarak tek yönde akan sudur. AC her zaman ileri geri akan sudur.

Bunu akılda tutarak, bir kondansatörün DC'yi bloke ettiği açık olmalıdır: membran ancak şimdiye kadar uzayabildiğinden, su aynı yönde akmaya devam edemez. Membran gerildiğinde (yani kapasitör şarj olurken) bir miktar akış olacaktır, ancak bir noktada su basıncını tamamen dengeleyecek kadar gerilir, böylece daha fazla akışı bloke eder.

Ayrıca, bir kapasitörün AC'yi tamamen engellemeyeceği açıktır, ancak membran özelliklerine bağlıdır. Membran yeterince esnekse (yüksek kapasitans), hızlı bir şekilde ileri geri akan su için zorluk teşkil etmez. Membran gerçekten sert ise (örneğin ince bir plastik tabaka), bu düşük kapasitansa karşılık gelir ve su yavaşça ileri geri akarsa, bu akış bloke olur, ancak çok yüksek frekanslı salınımlar yine de bunu gerçekleştirir.

Bu benzetme benim için o kadar faydalı oldu ki, neden daha yaygın kullanılmadığını merak ediyorum.

Birincisi, bir kondansatör DC'yi bloke eder ve AC'ye daha düşük bir empedanstır, bir endüktör AC'yi bloke etmeye meyillidir ancak DC'yi çok kolay bir şekilde geçer. "Engelleme" derken, bahsettiğimiz sinyale karşı yüksek bir empedans sunar.

İlk önce, bunu açıklamak için birkaç terim tanımlamamız gerekir. Ne direnç olduğunu biliyorsun, değil mi? Direnç, watt olarak ölçülen gücün yanmasıyla sonuçlanan akım akışına karşı olandır. Akım AC veya DC ise farketmez, mükemmel bir direnç tarafından verilen güç her ikisi için de aynı miktardadır.

Bu yüzden direnç, mevcut akıma karşı bir tür "empedans" dir. 2 tane daha var - "endüktif reaktans" ve "kapasitif reaktans". Her ikisi de, direnç gibi ohm olarak ölçülür, ancak her ikisi de farklıdır, bir şey için, frekansla değişirler ve diğeri için aslında bir direnç gibi güç tüketmezler. Yani hep birlikte, 3 çeşit empedans vardır - dirençli, endüktif ve kapasitif.

Ohmlarda indüktörlerin bloke olma veya empedansı miktarı aşağıdakilerle belirlenebilir:

2pi yaklaşık 6.28 olduğunda, f bir sinyalin frekansıdır (AC, açıkça), L tavuklarda ölçülen endüktanstır ve "X sub L" ohmdaki endüktif reaktanstır.

Endüktif reaktans, endüktanstan dolayı bir bileşenin empedansıdır; bir tür dirençtir, ancak bir rezistör gibi watt cinsinden gücü gerçekten yakmaz ve frekansın "f" olması gerektiğinden, bunun değeri belirli bir indüktör için frekansa göre değişir.

Frekans arttıkça empedansın (AC direnci) ohmda olduğuna dikkat edin. Ve eğer frekans sıfıra eşitse, empedans da aynıdır - sıfır frekansı DC anlamına gelir, bu yüzden indüktörler DC akım akışına karşı neredeyse hiç dirence sahip değildir. Frekans arttıkça empedans da artar.

Kapasitörler tam tersidir - kapasitif reaktans için formül

Burada C, başlığın boşluklardaki kapasitansıdır, "2pi" ve "f" yukarıdakiyle aynıdır ve "X-sub-C" ohmdaki kapasitif reaktanstır. Burada, reaktansın frekans ve kapasitansın "birle bölündüğü" olduğuna dikkat edin - bu, frekans ve kapasitans ile aşağı giden empedans değerleri ile sonuçlanır. Bu nedenle, eğer frekans yüksekse, empedans düşük olacaktır ve frekans sıfıra yakınsa, ki bu DC'dir, empedans neredeyse sonsuz olacaktır - bir başka deyişle, kapasitörler DC'yi bloke eder, ancak AC'yi geçer ve frekansı daha yüksektir. AC sinyali, empedansı o kadar az olur.

En kısa cevaplı nitel teslim alma yaklaşımı için gidiyorum:

Aslında, DC rayları boyunca bir kapasitör var, aksi takdirde besleme raylarına ulaşabilecek herhangi bir AC sinyalini kısa devre yapmak için, DC devrenizdeki AC miktarı azalır.

Bir başlıktaki voltaj değeri, kapağın görmesi gereken maksimum voltajdır (DC'nin toplamı ve mevcut tüm AC'ler!). Bu voltajı aşın, kapak arızalanır.