Luulen, että se auttaisi ymmärtämään kuinka kondensaattori estää tasavirran (tasavirta) sallien samalla vaihtovirran (vaihtovirta).

Aloitetaan yksinkertaisimmasta tasavirtalähteestä, akku:

Kun tätä akkua käytetään virran saamiseen, elektronit vedetään + ja työnnä - -puoli ulos.

Liitetään joitain johtoja akkuun:

Tässä ei ole vieläkään täydellistä virtapiiriä (johdot eivät mene mihinkään) , joten virtaa ei ole.

Mutta se ei tarkoita, ettei mitään nykyistä virtaa olisi ollut. Kuparilangan metallin atomit koostuvat kupariatomien ytimistä, joita ympäröivät elektronit. Voi olla hyödyllistä ajatella kuparilangasta positiivisiksi kupari-ioneiksi elektronien kelluessa:

Huomaa: I käytä symbolia e^- elektronin edustamiseen.

Metallissa on erittäin helppo työntää elektroneja ympäriinsä. Meidän tapauksessamme meillä on akku. Se pystyy todella imemään joitain elektroneja johtimesta:

positiiviseen kiinnitetty lanka akun puolella on elektroneja imetty ulos siitä. Nämä elektronit työnnetään sitten akun negatiivinen puoli negatiiviseen puoleen kiinnitettyyn johtoon.

On tärkeää huomata, että akku ei voi poistaa kaikkia elektroneja. Elektroneja houkuttelevat yleensä niiden jättämät positiiviset ionit; joten on vaikea poistaa kaikkia elektroneja.

Loppujen lopuksi punaisella johtimellamme on pieni positiivinen varaus (koska siitä puuttuu elektroneja), ja mustalla johdolla on pieni negatiivinen varaus (koska sillä on ylimääräisiä elektroneja).

Joten kun liität akun ensimmäistä kertaa näihin johtoihin, vain pieni virta virtaa. Akku ei pysty liikuttamaan kovin monta elektronia, joten virta kulkee hyvin lyhyesti ja pysähtyy sitten.

Jos irrotit akun, käännit sen ympäri, ja liittänyt sen uudelleen: mustan johdon elektronit imetään akkuun ja työnnetään punaiseen johtoon. Jälleen kerran virtaa olisi vain pieni määrä, ja sitten se pysähtyisi.

Kahden johtimen käytön ongelmana on, että meillä ei ole kovin paljon elektroneja työnnä ympäri. Tarvitsemme suuren elektronivaraston, jolla voi leikkiä - suuren metalliosan. Juuri kondensaattori on: suuri metallipala, joka on kiinnitetty jokaisen langan päihin.

Tällä suurella metallipalalla on paljon enemmän elektroneja, joita voimme helposti työntää. Nyt "positiivisella" puolella voi olla paljon enemmän elektroneja imetty siitä, ja "negatiivisella" puolella voi olla paljon enemmän elektroneja työnnetty siihen:

Joten jos käytät vaihtovirta -lähdettä kondensaattoriin, osan siitä virrasta annetaan virrata, mutta jonkin ajan kuluttua elektronit loppuvat työntääkseen ja virtaus pysähtyy. Tämä on onnekas vaihtovirtalähteelle, koska se sitten kääntyy ja virran annetaan kulkea vielä kerran.

Mutta miksi kondensaattori on nimetty tasajännitteisiin

kondensaattori ei ole vain kaksi metallinpalaa. Toinen kondensaattorin suunnitteluominaisuus on, että se käyttää kahta metalliosaa hyvin lähellä toisiaan (kuvittele kahden tinafoliolevyn väliin jäävä vahapaperikerros).

Syy siihen, että he käyttävät "voipaperilla" erotettua "tinakalvoa", johtuu siitä, että he haluavat negatiivisten elektronien olevan hyvin lähellä heidän jättämiään positiivisia "reikiä". Tämä saa elektronit kiinnostumaan positiivisista "aukoista":

Koska elektronit ovat negatiivisia ja "reiät" ovat positiivisia, elektronit vetävät puoleensa reikiin. Tämä saa elektronit pysymään siellä. Voit nyt poistaa akun, ja kondensaattori tosiasiassa pidättää latauksen.

Siksi kondensaattori voi varata varauksen. elektroneja houkuttelevat jäljelle jääneet aukot.

Mutta vahattu paperi ei ole täydellinen eristin; se sallii jonkin verran vuotoja. Mutta todellinen ongelma tulee, jos sinulla on liian monta elektronia kasaantunut. Kondensaattorin kahden " levyn " välinen sähkökenttä voi itse asiassa tulla niin voimakkaaksi, että se aiheuttaa vahatun paperin hajoamisen vahingoittamalla kondensaattoria pysyvästi:

Todellisuudessa kondensaattoria ei ole valmistettu tinakalvosta ja vahatusta paperista (enää); he käyttävät parempia materiaaleja. Mutta on vielä kohta, "jännite", jossa eriste kahden rinnakkaisen levyn välissä hajoaa ja tuhoaa laitteen. Tämä on kondensaattorin nimellinen suurin DC -jännite.

Haluan nähdä, voinko lisätä vielä yhden perspektiivin 3 muuhun vastaukseen.

Kondensaattorit toimivat lyhyinä korkeilla taajuuksilla ja avoimina matalilla taajuuksilla.

Joten tässä ovat kaksi tapausta:

Kondensaattori sarjassa signaalin kanssa

Tässä tilanteessa AC pystyy pääsemään läpi , mutta DC on estetty. Tätä kutsutaan yleisesti kytkentäkondensaattoriksi.

Kondensaattori rinnakkain signaalin kanssa

Tässä tilanteessa tasavirta on kykenee pääsemään läpi, mutta AC on oikosulussa ja aiheuttaa sen tukkeutumisen. Tätä kutsutaan yleisesti kytkentäkondensaattoriksi.

Mikä on vaihtovirta?

Olen käyttänyt termejä "korkea taajuus" ja "matala taajuus" melko löyhästi kuin heillä ei oikeastaan ​​ole mitään numeroita. Tein tämän, koska mitä pidetään alhaisena ja korkeana, riippuu siitä, mitä tapahtuu muualla piirissä. Jos haluat lisätietoja tästä, voit lukea alipäästösuodattimista Wikipediassa tai joistakin RC-suodattimien kysymyksistä.

Jänniteluokitus

Jännite, jonka näet kondensaattoreilla, on suurin jännite, jonka voit käyttää turvallisesti kondensaattoriin ennen kuin aloitat vaaran, että kondensaattori hajoaa fyysisesti. Joskus tämä tapahtuu räjähdyksenä, joskus tulena tai joskus vain kuumenee.

Selitys on siinä, että vastakkaiset lataukset houkuttelevat toisiaan. Kondensaattori on kompakti rakenne, jossa on kaksi johtavaa levyä, jotka on erotettu hyvin ohuella eristimellä. Jos laitat tasavirran siihen, toinen puoli on positiivisesti varautunut ja toinen puoli negatiivinen. Molemmat varaukset houkuttelevat toisiaan, mutta eivät voi ohittaa eristävää estettä. Virtaa ei ole. Joten DC: n tarina on lopussa.
AC: n tapauksessa se on erilainen. Yksi puoli latautuu peräkkäin positiivisesti ja negatiivisesti ja houkuttelee negatiivisia ja positiivisia varauksia. Joten esteen toisella puolella olevat muutokset aiheuttavat muutoksia toisella puolella, niin että näyttää , että varaukset ylittävät esteen ja että virta virtaa tehokkaasti kondensaattorin läpi.

Varattu kondensaattori on aina tasavirtainen, ts. toisella puolella on positiiviset varaukset ja toisella puolella negatiivinen. Nämä varaukset ovat sähköenergian varastointi , jota tarvitaan monissa piireissä.

Suurin jännite määräytyy eristävän esteen avulla. Tietyn jännitteen yläpuolella se hajoaa ja aiheuttaa oikosulun. Se voi tapahtua DC: n mutta myös AC: n alla.

Yksinkertainen tapa ajatella sitä on, että sarjakondensaattori estää DC: n, kun taas rinnakkaiskondensaattori auttaa ylläpitämään tasaista jännitettä.

Tämä on oikeastaan ​​kaksi saman käyttäytymisen sovellusta - kondensaattori reagoi yrittäen pitää jännite itsessään vakiona. Sarjatapauksessa on melko onnellista poistaa vakaa jännite-ero, mutta äkilliset muutokset toisella puolella kulkevat toiselle pitämään jännite-ero vakiona. Rinnakkaistapauksessa kaikkiin äkillisiin jännitteen muutoksiin reagoidaan.

Tämä ei ole kovin tekninen vastaus, mutta se on mielestäni hauska ja yksinkertainen graafinen selitys:

Latauksen määrää, joka kehittyy kondensaattorin levyjen yli ja tietyn jännitteen liittimien yli, ohjaa kaava:

\ $ Q = C \ kertaa V \ $ (varaus = kapasitanssi * jännite)

Erottamalla molemmat puolet (virta on latauksen aikaderivaatti), saadaan:

\ $ I = C \ kertaa \ dfrac {dV} {dt} \ $ (nykyinen = kapasitanssi * jännitteen muutosnopeus)

Tasajännite on sama kuin sanomalla \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Joten kondensaattori sallii sen läpi ei virtaa virtaa tasajännitteelle (ts. se estää tasavirran).

Myös kondensaattorin levyjen yli jännitteen on muututtava jatkuvasti, joten kondensaattorit vaikuttaa "ylläpitämään" jännitettä, kun ne on ladattu siihen, kunnes tämä jännite voidaan purkaa vastuksen kautta. Erittäin yleinen käyttö kondensaattoreissa on kiskojännitteiden vakauttaminen ja kiskojen irrottaminen maasta.

Jänniteluokka on kuinka suuri jännite voidaan käyttää levyjen yli ennen kuin sähköstaattiset voimat hajottavat dielektrinen materiaali levyjen välillä, jolloin se rikkoutuu kondensaattorina :).

Vastaukseni tällaisiin kysymyksiin on aina "vesi". Putkien läpi virtaava vesi on yllättävän tarkka analogia johtojen läpi virtaavalle virralle. Nykyinen on kuinka paljon vettä virtaa putken läpi. Jänniteerosta tulee ero veden paineessa. Putkien oletetaan olevan tasaiset, joten painovoimalla ei ole merkitystä.

Tällaisessa analogiassa akku on vesipumppu ja kondensaattori on kumikalvo joka estää putken kokonaan. DC on vettä, joka virtaa jatkuvasti yhteen suuntaan putken läpi. AC on vettä, joka virtaa jatkuvasti edestakaisin.

Tämän vuoksi on oltava selvää, että kondensaattori estää DC: n: koska kalvo voi venyttää vain niin pitkälle, vesi ei voi vain jatkaa virtausta samaan suuntaan. Virtaus tapahtuu jonkin verran samalla kun kalvo venyy (ts. Kondensaattori latautuu), mutta yhdessä vaiheessa se venyy riittävästi tasapainottamaan veden painetta täysin ja siten estämään kaikki muut virtaukset.

On myös ilmeistä, että kondensaattori ei estä AC: tä kokonaan, mutta se riippuu kalvon ominaisuuksista. Jos kalvo on riittävän joustava (suuri kapasitanssi), se ei aiheuta haastetta nopeasti edestakaisin virtaavalle vedelle. Jos kalvo on todella jäykkä (esim. Ohut muovilevy), se vastaa matalaa kapasitanssia, ja jos vesi virtaa edestakaisin hitaasti, tällainen virtaus estetään, mutta erittäin korkean taajuuden värähtelyt saavat sen läpi. / p>

Tämä analogia on ollut minulle niin poikkeuksellisen hyödyllinen, että ihmettelen, miksi sitä ei käytetä laajemmin.

Ensinnäkin kondensaattori estää DC: n ja on pienempi impedanssi AC: lle, kun taas induktori pyrkii estämään AC: n, mutta kulkee DC: n läpi helposti. "Estolla" tarkoitamme kuin se tarjoaa suuren impedanssin puhumallemme signaalille.

Ensin on kuitenkin määriteltävä muutama termi tämän selittämiseksi. Tiedätkö mikä on vastarintaa, eikö? Vastus on vastavirta nykyiselle virtaukselle, joka johtaa tehon polttamiseen watteina mitattuna. Ei ole väliä onko virta vaihtovirta vai tasavirta, täydellisen vastuksen hajauttama teho on sama summa kummallekin.

Joten vastus on eräänlainen "impedanssi" virran virtaukselle. On olemassa 2 muuta - "induktiivinen reaktanssi" ja "kapasitiivinen reaktanssi". Molemmat mitataan myös ohmeina, kuten vastus, mutta molemmat ovat erilaisia ​​siinä mielessä, että ne vaihtelevat yhden taajuuden mukaan, ja toisessa, ne eivät todellisuudessa kuluta tehoa kuten vastus. Joten yhdessä on 3 erilaista impedanssia - resistiivinen, induktiivinen ja kapasitiivinen.

Induktoreiden eston tai impedanssin määrä ohmoina voidaan määrittää seuraavasti:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Jos 2pi on noin 6,28, f on signaalin taajuus (ilmeisesti AC), L on henrikissä mitattu induktanssi ja missä "X sub L" on induktiivinen reaktanssi ohmina.

Induktiivinen reaktanssi on induktanssista johtuvan komponentin impedanssi; se on eräänlainen vastus, mutta ei itse asiassa polta tehoa watteina, kuten vastus, ja koska taajuuden "f" on syötettävä, sen arvo vaihtelee taajuuden mukaan tietyllä kelalla.

Huomaa, että kun taajuus nousee, niin impedanssi (AC-vastus) kasvaa ohmina. Ja huomaa, että jos taajuus on yhtä suuri kuin nolla, niin toimii myös impedanssi - nollan taajuus tarkoittaa tasavirtaa, joten induktoreilla ei ole käytännössä mitään vastusta tasavirran virtaukselle. Ja kun taajuus nousee, niin nousee myös impedanssi.

Kondensaattorit ovat päinvastaiset - kapasitiivisen reaktanssin kaava on

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $$

Tässä C on faradin kannen kapasitanssi, "2pi" ja "f" ovat samat kuin yllä, ja "X-sub-C" on kapasitiivinen reaktanssi ohmina. Huomaa, että tässä reaktanssi on "jaettu" taajuudella ja kapasitanssilla - tämä johtaa impedanssin arvoihin, jotka laskevat taajuuden ja kapasitanssin kanssa. Joten jos taajuus on korkea, impedanssi on pieni ja jos taajuus on lähellä nollaa, mikä on tasavirtaa, impedanssi on lähes rajaton - toisin sanoen kondensaattorit estävät DC: n, mutta kulkevat AC: n ja sitä korkeampi taajuus on AC-signaali, sitä vähemmän sen impedanssi.

Valitsen lyhyimmän vastauksen kvalitatiivisen poistamisen lähestymistavan:

DC-kiskojen poikki oleva kondensaattori on oikeastaan ​​oikosuljettava kaikki AC-signaalit, jotka muuten saattavat päästä syöttökiskoihin , joten vaihtovirran määrä DC -piirissäsi pienenee.

Kannen jännite on suurin jännite (DC ja minkä tahansa AC läsnä!) Että korkki pitäisi nähdä. Ylitä tämä jännite ja korkki epäonnistuu.