Jak kondenzátor blokuje DC?

Myslím, že by to pomohlo pochopit jak kondenzátor blokuje stejnosměrný proud (stejnosměrný proud) a zároveň umožňuje střídavý proud (střídavý proud).

Začněme nejjednodušším zdrojem stejnosměrného proudu, baterií:

Když se tato baterie používá k napájení něčeho, elektrony jsou vtaženy do + strana baterie a vysunula – strana.

Pojďme k baterii připojit několik vodičů:

Stále zde není kompletní obvod (vodiče nikam nevedou), takže neproudí žádný proud.

To ale neznamená, že nebyl žádný aktuální tok. Vidíte, atomy v kovovém měděném drátu jsou tvořeny jádry atomů mědi obklopenými jejich elektrony. Může být užitečné myslet na měděný drát jako na kladné ionty mědi, kolem kterých se pohybují elektrony:

Poznámka: Používám symbol e ^– reprezentující elektron

V kovu je velmi snadné tlačit elektrony. V našem případě máme připojenou baterii. Je schopen skutečně vysát některé elektrony z drátu:

Drát připojený k kladné straně baterie má elektrony odsávané z . Tyto elektrony jsou poté vytlačeny zápornou stranou baterie do vodiče připojeného k záporné straně.

Je důležité si uvědomit, že baterie nemůže odstranit všechny elektrony. Elektrony jsou obecně přitahovány kladnými ionty, které za sebou zanechávají; takže je těžké odstranit všechny elektrony.

Nakonec bude mít náš červený vodič mírný kladný náboj (protože mu chybí elektrony) a černý vodič bude mít mírný záporný náboj (protože má další elektrony).

Takže když k těmto vodičům připojíte baterii poprvé, stačí pouze poteče bit proudu. Baterie není schopna pohnout velmi mnoha elektrony, takže proud teče velmi krátce a poté se zastaví.

Pokud odpojili jste baterii, otočili jste ji a znovu připojili: elektrony v černém vodiči by byly nasávány do baterie a tlačeny do červeného vodiče. Znovu by proudil jen nepatrný proud a pak by se zastavil.

Problém s pouhým použitím dvou vodičů spočívá v tom, že nemáme příliš mnoho elektronů, které bychom mohli tlačit. Potřebujeme velkou zásobu elektronů na hraní – velký kus kovu. To je to, co je kondenzátor: velká část kovu připojená ke koncům každého drátu.

S tímto velkým kusem kovu existuje mnohem více elektronů, které můžeme snadno tlačit. na pozitivní straně může být vysáváno mnohem více elektronů a na „negativní“ straně může být vtlačeno mnohem více elektronů:

Takže pokud na kondenzátor použijete střídavý zdroj proudu, část tohoto proudu bude moci proudit, ale po chvíli to bude běžet z elektronů tlačit kolem a tok se zastaví. To je štěstí pro zdroj střídavého proudu, protože se pak obrátí a proud může proudit ještě jednou.

Ale proč je kondenzátor dimenzováno na stejnosměrné volty

Kondenzátor nejsou jen dva kovové kusy. Další konstrukční vlastností kondenzátoru je to, že používá dva kovové kousky velmi těsně vedle sebe (představte si vrstvu voskového papíru vloženou mezi dva listy cínové fólie).

Důvodem, proč používají „cínovou fólii“ oddělenou „voskovaným papírem“, je to, že chtějí, aby záporné elektrony byly velmi blízko pozitivních „děr“, které po sobě zanechaly. To způsobí, že elektrony budou přitahovány k pozitivním „otvorům“:

Protože elektrony jsou záporné a „díry“ jsou kladné, elektrony jsou přitahovány k děrám. To způsobí, že elektrony tam skutečně zůstanou. Nyní můžete vyjmout baterii a kondenzátor ve skutečnosti udrží toto nabití.

Proto může kondenzátor ukládat náboj; elektrony jsou přitahovány k otvorům, které po sobě zanechaly.

Ale ten voskovaný papír není dokonalým izolátorem; umožní nějaký únik. Skutečný problém však nastane, pokud máte příliš mnoho nashromážděných elektronů. Elektrické pole mezi dvěma „ deskami “ kondenzátoru může být skutečně tak intenzivní, že způsobí rozpad voskovaného papíru a trvale poškodí kondenzátor:

Ve skutečnosti kondenzátor již není vyroben z alobalu a voskovaného papíru (už); používají lepší materiály. Stále však existuje bod, a “ napětí „, kde se izolátor mezi dvěma paralelními deskami rozpadne a zničí zařízení. Toto je jmenovité maximum kondenzátoru DC napětí.

Komentáře

• +1 Skvělé vysvětlení, obrázky a návaznost na příklady.
• +1. Jedno z nejlepších vysvětlení, které jsem kdy četl na kondenzátorech.
• Dobré vysvětlení, ale ‚ t odpovězte na otázku OP ‚ přímo: S AC máte okamžitou změnu napětí. V každém bodě střídavé vlny se napětí mění a když máte v ckt kondenzátor, může být tato změna / změna napětí přenášena přes dielektrikum na druhou stranu / platinu prostřednictvím elektrického pole různé intenzity. Proto proud teče v obvodu, i když je dielektrikum izolačním prvkem pro tok elektronů.
• Musíte o tom uvažovat z hlediska vln, přičemž elektrony / molekulární polarizace fungují jako prostředek / médium pro vlny.
• @Fennekin Kondenzátory neumožňují tok stejnosměrného proudu, ať už samostatně, nebo zapojeny do série nebo zapojeny paralelně. Ale opět, že ‚ je v ustáleném stavu. Stále bude existovat počáteční nápor nějakého proudu; ať už jsou zapojeny do série, paralelně nebo samostatně.

Uvidím, jestli mohu přidat ještě jedna perspektiva k dalším 3 odpovědím.

Kondenzátory fungují jako zkrat na vysokých frekvencích a otevřený na nízkých frekvencích.

Takže zde jsou dva případy:

Kondenzátor v sérii se signálem

V této situaci se AC může dostat, ale DC je blokováno. Toto se běžně nazývá vazební kondenzátor.

Kondenzátor paralelně se signálem

V této situaci je DC schopen projít, ale AC je zkratováno na zem, což způsobí jeho zablokování. Toto se běžně nazývá oddělovací kondenzátor.

Co je AC?

Pojmy „vysoký kmitočet“ a „nízký kmitočet“ jsem používal poměrně volně, protože s nimi není spojeno žádné číslo. Udělal jsem to proto, že to, co se považuje za nízké a vysoké, závisí na tom, co se děje ve zbytku obvod. Pokud se o tom chcete dozvědět více, můžete si přečíst o dolnoprůchodových filtrech na Wikipedii nebo na některých našich RC filtr otázky.

Jmenovité napětí

Napětí, které vidíte u kondenzátorů, je maximální napětí, které můžete bezpečně přivést na kondenzátor, než začnete riskovat, že se kondenzátor fyzicky rozpadne. Někdy k tomu dojde jako výbuch, někdy oheň nebo se někdy jen zahřeje.

Komentáře

• Kellen, oceňuji vaše použití obrázků, ale já chybí odpověď na otázku jak víčko blokuje DC. Prostě říkáte, že ano.
• @Stevenvh Cítil jsem zmatek, který OP měl, nebylo o fyzice toho, jak blokuje DC, ale spíše o tom, proč se používá, pokud blokuje DC. Navíc jsem si myslel, že vaše odpověď byla docela dobrá, když jsem ji vysvětlil na fyzičtější úrovni, a nemyslel jsem si, že tuto část dokáži vysvětlit lépe než vy. “Div id =“ 8dc14f61c8 „>

Vysvětlení spočívá ve skutečnosti, že opačné poplatky se navzájem přitahují. Kondenzátor je kompaktní konstrukce ze 2 vodivých desek oddělených velmi tenkým izolátorem. Pokud na něj umístíte DC, bude jedna strana kladně nabitá a druhá strana záporně. Oba náboje se navzájem přitahují, ale nemohou „projít izolační bariérou. Není proud.“ Takže tím končí příběh pro DC.
Pro AC je to jiné. Jedna strana bude postupně kladně a záporně nabitá a přiláká záporné a kladné náboje, resp. Změny na jedné straně bariéry tedy vyvolají změny na druhé straně, takže se objeví že náboje překročí bariéru, a ten proud účinně protéká kondenzátorem.

Nabitý kondenzátor je vždy nabitý stejnosměrným proudem, tj. jedna strana má kladné náboje a druhá strana záporná. Tyto poplatky představují úložiště elektrické energie , které je v mnoha obvodech nezbytné.

Maximální napětí je určena izolační bariérou. Při překročení určitého napětí dojde k jeho rozbití a vytvoření zkratu. To se může stát pod stejnosměrným proudem, ale také pod střídavým proudem.

Jednoduchý způsob uvažování je, že sériový kondenzátor blokuje DC, zatímco paralelní kondenzátor pomáhá udržovat stálé napětí.

Toto jsou opravdu dvě aplikace stejného chování – kondenzátor reaguje a snaží se udržet napětí napříč sebou konstantní. V sériovém případě je docela radost odstranit stálý rozdíl napětí, ale jakákoli náhlá změna na jedné straně bude přenesena na druhou, aby byl rozdíl napětí konstantní. V paralelním případě bude jakákoli náhlá změna napětí reagoval na.

Komentáře

• pěkná jednoduchá odpověď, kudos

Toto není příliš technická odpověď, ale je to grafické vysvětlení, které mi připadá velmi vtipné a jednoduché:

Komentáře

• Ano, pěkné, ale ‚ získáte máte potíže, pokud se skutečně pokusíte vysvětlit tu cestu střídavého proudu! 🙂
• @stevenvh jo, samozřejmě to vím ‚ trochu hloupě, ale já ‚ jsem vždy to bylo chytré 🙂
• Je to divná odpověď: D: D: D: D: D
• Vlastně mi to hodně pomohlo jasně pochopit, co je to kondenzátor. Děkuji!

Množství náboje, které se vyvine napříč deskami kondenzátoru s daným napětím přes jeho svorky se řídí vzorcem:

\ $ Q = C \ krát V \ $ (náboj = kapacita * napětí)

Diferenciace obou stran (proud je časová derivace poplatek), dává:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (proud = kapacita * rychlost změny napětí)

DC napětí je to stejné, jako říkat \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Takže kondenzátor nedovolí, aby přes něj protékal žádný proud pro stejnosměrné napětí (tj. blokuje stejnosměrné napětí). / p>

Napětí napříč deskami kondenzátoru se také musí kontinuálně měnit, takže kondenzátory mají účinek „zadržování“ napětí, jakmile jsou na něj nabity, dokud napětí může být vybito prostřednictvím odporu. Velmi běžným použitím kondenzátorů je proto stabilizace napětí kolejnice a oddělení kolejnic od země.

Jmenovité napětí je to, kolik napětí můžete přivést přes desky, než elektrostatické síly rozloží materiálové vlastnosti materiálu. dielektrický materiál mezi deskami, který jej rozbije jako kondenzátor :).

Moje odpověď na takové otázky je vždy „voda „. Voda protékající trubkami je překvapivě přesnou analogií pro proud protékající dráty. Aktuální je to, kolik vody protéká potrubím. Rozdíl napětí se stane rozdílem v tlaku vody. Trubky mají ležet rovně, takže gravitace nehraje žádnou roli.

V takové analogii je baterie vodní čerpadlo a kondenzátor je gumová membrána která úplně blokuje potrubí. DC je voda tekoucí neustále jedním směrem potrubím. AC je voda, která neustále proudí tam a zpět.

S ohledem na tuto skutečnost by mělo být zřejmé, že kondenzátor blokuje stejnosměrný proud: protože membrána se může protáhnout pouze tak daleko, voda nemůže dále proudit ve stejném směru. Během protahování membrány (tj. nabíjení kondenzátoru) dojde k určitému průtoku, ale v jednom okamžiku se natáhne natolik, aby zcela vyrovnal tlak vody, čímž zablokoval jakýkoli další průtok.

také je zřejmé, že kondenzátor zcela nezablokuje AC, ale záleží to na vlastnostech membrány.Pokud je membrána dostatečně pružná (vysoká kapacita), nepředstavuje žádnou výzvu pro rychle tekoucí vodu tam a zpět. Pokud je membrána opravdu poměrně tuhá (např. Tenká plastová vrstva), odpovídá to nízké kapacitě a pokud voda teče pomalu tam a zpět, bude takový tok blokován, ale velmi vysokofrekvenční oscilace ji ještě projdou.

Tato analogie byla pro mě tak výjimečně užitečná, že mě opravdu zajímá, proč se nepoužívá častěji.

Komentáře

• Přítel mi pomohl pochopit, proč se tato analogie nepoužívá častěji: zjevně má tak malou intuici pro tok vody v potrubí, jako má pro tok proudu v vodičích!

Nejprve kondenzátor blokuje stejnosměrný proud a má nižší impedanci vůči střídavému proudu, zatímco induktor má tendenci blokovat střídavý proud, přesto velmi snadno prochází stejnosměrným proudem. „Blokováním“ jsme znamená, že nabízí vysokou impedanci signálu, o kterém mluvíme.

Nejprve však musíme definovat několik pojmů, abychom to vysvětlili. Víš, co je to odpor, že? Odpor je opozice vůči toku proudu, která vede ke spalování energie, měřeno ve wattech. Nezáleží na tom, zda je proud střídavý nebo stejnosměrný, výkon rozptýlený dokonalým odporem je pro obě stejné množství.

Takže odpor je jeden druh „impedance“ proudu. Existují 2 další – „indukční reaktance“ a „kapacitní reaktance“. Oba jsou také měřeny v ohmech, jako je odpor, ale oba se liší v tom, že se liší podle frekvence a za druhé ve skutečnosti nespotřebovávají energii jako odpor. Takže dohromady existují 3 druhy impedance – odporová, indukční a kapacitní.

Velikost blokování nebo impedance induktorů v ohmech lze určit podle:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Kde 2pi je přibližně 6,28, f je frekvence (samozřejmě AC) signálu, L je indukčnost měřená v Henryho a kde „X sub L“ je indukční reaktance v ohmech.

Induktivní reaktance je impedance komponenty způsobená indukčností; je to druh odporu, ale ve skutečnosti nespaluje výkon ve wattech jako odpor, a protože je třeba zadat „f“ pro frekvenci, hodnota mění se s frekvencí pro daný induktor.

Všimněte si, že s rostoucí frekvencí se zvyšuje i impedance (střídavý odpor) v ohmech. Všimněte si, že pokud se frekvence rovná nule, pak také impedance – nulová frekvence znamená DC, takže induktory nemají prakticky žádný odpor proti toku stejnosměrného proudu. A jak frekvence stoupá, zvyšuje se i impedance.

Kondenzátory jsou opačné – vzorec pro kapacitní reaktanci je

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $ . Všimněte si, že zde je reaktance „jedna dělená“ frekvencí a kapacitou – výsledkem jsou hodnoty impedance, které klesají s frekvencí a kapacitou. Pokud je tedy frekvence vysoká, bude impedance nízká a pokud bude frekvence blízká nule, což je stejnosměrný proud, bude impedance téměř nekonečná – jinými slovy, kondenzátory blokují stejnosměrný proud, ale procházejí střídavým proudem, a čím vyšší je frekvence AC signál, tím menší je jeho impedance.

Půjdu po kvalitativním záběru s nejkratší odpovědí -vzdálený přístup:

Kondenzátor napříč stejnosměrnými kolejnicemi ve skutečnosti zkratuje jakékoli střídavé signály, které by se jinak mohly dostat na napájecí kolejnice, takže množství střídavého proudu napříč vašimi DC obvod je snížen.

Jmenovité napětí na víčku je maximální napětí (součet DC a jakéhokoli přítomného střídavého proudu!), které by víčko mělo vidět. Překročte toto napětí a limit selže.