Kuinka kondensaattori estää DC: n?

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

Aloitetaan yksinkertaisimmalla tasavirtalähteellä, akulla:

Kun tätä akkua käytetään virran saamiseen, elektronit vedetään + akun puoli ja työnsi – sivu.

Kiinnittäkäämme joitain johtoja akkuun:

Siellä ei ole vielä täydellistä virtapiiriä (johdot eivät mene mihinkään), joten virtaa ei ole.

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

Huomaa: Käytän symbolia e ^– edustamaan elektronia

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

Akun positiivisen puolelle kiinnitetyssä johdossa elektronit on imetty ulos . Nämä elektronit työnnetään sitten ulos akun negatiivisesta puolesta negatiiviseen puoleen kiinnitettyyn johtoon.

On tärkeää huomata, että akku ei voi poistaa kaikkia elektroneja. Elektroneja houkuttelevat yleensä positiiviset ionit, jotka ne jättävät taakseen; joten on vaikea poistaa kaikkia elektroneja.

Loppujen lopuksi punaisella johtimellamme on pieni positiivinen varaus (aiheuta sille elektroneja) ja musta johto sillä on pieni negatiivinen varaus (koska siinä on ylimääräisiä elektroneja).

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

Jos irrotit akun, käännit sen ympäri ja liität sen takaisin: mustan johdon elektronit imetään akkuun ja työnnetään punaiseen johtoon. Jälleen kerran virtaa vain pieni määrä virtaa ja sitten se pysähtyisi. / p>

Pelkän kahden johtimen käyttämisen ongelma on, että meillä ei ole kovin monta elektronia työntämään. Tarvitsemme suuren elektronivaraston, jolla voi leikkiä – suuren metalliosan. Kondensaattori on tämä: suuri metallipala, joka on kiinnitetty jokaisen langan päihin.

Tämän suuren metallipalan ansiosta on paljon enemmän elektroneja, joita voimme helposti työntää ympäriinsä. Nyt ” positiivisella ”puolella voi olla paljon enemmän elektroneja imetty siitä pois, ja” negatiivisella ”puolella voi olla paljon enemmän elektroneja työnnetty siihen:

Joten jos käytät vaihtovirta -lähdettä kondensaattoriin, osan virrasta annetaan virrata, mutta jonkin ajan kuluttua se toimii elektroneista ulos työntymään, ja virtaus pysähtyy. Tämä on onnekas vaihtovirtalähteelle, koska se sitten kääntyy ja virran annetaan jälleen virrata.

Mutta miksi kondensaattori on mitoitettu tasajännitteinä

Kondensaattori ei ole vain kaksi metallihiiltä. Toinen kondensaattorin suunnitteluominaisuus on, että se käyttää kahta metallihakua hyvin lähellä toisiaan (kuvitellaan kahden tinafoliolevyn väliin jäävää vahapaperikerrosta).

Syy siihen, että he käyttävät ”vahakalvolla” erotettua ”vahattua paperia”, johtuu siitä, että he haluavat negatiivisten elektronien olevan hyvin lähellä heidän jättämiään positiivisia ”reikiä”. Tämä saa elektronit houkuttelemaan positiivisiin ”reikiin”:

Koska elektronit ovat negatiivisia ja ”reiät” ovat positiivisia, elektronit ovat houkutelleet reikiin. Tämä saa elektronit pysymään siellä. Voit nyt poistaa akun, ja kondensaattori tosiasiallisesti pitää latauksen .

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

Mutta vahattu paperi ei ole täydellinen eristin; se sallii jonkin verran vuotoja. Todellinen ongelma tulee kuitenkin, jos 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 tinafoliosta ja vahatusta paperista (enää); ne käyttävät parempia materiaaleja. Mutta on vielä kohta, a ” jännite ”, jossa kahden rinnakkaisen levyn välinen eriste hajoaa ja tuhoaa laitteen. Tämä on kondensaattorin nimellismäärä DC jännite.

Kommentit

• +1 Erinomainen selitys, kuvia ja esimerkkien pohjalta.
• +1. Yksi parhaista selityksistä, joita olen koskaan lukenut kondensaattoreista.
• Hyvä selitys, mutta se ei ’ t vastaa OP ’ -kysymykseen suoraan: AC: n avulla sinulla on hetkellinen vaihtelu jännitteessä. Vaihtovirta-aallon jokaisessa pisteessä jännite vaihtelee ja kun kondensaattori on ckt: ssä, tämä jännitteen muutos / vaihtelu voidaan välittää dielektrisen yli toiselle puolelle / alueelle vaihtelevan voimakkuuden sähkökentän kautta. Siksi virta virtaa virtapiirissä, vaikka dielektrisyys on eristin elektronien virtaukselle.
• Sinun on ajateltava tätä aaltojen muodossa, joissa elektronit / molekyylipolarisaatio toimivat välineinä / väliaineina aalloille.
• @Fennekin kondensaattorit eivät salli tasavirtavirran kulkua yksin, sarjaan kytkettynä tai rinnakkain kytkettynä. Mutta jälleen kerran, että ’ s ovat vakaassa tilassa. jonkin verran virtaa tulee vielä alkamaan; onko ne kytketty sarjaan, rinnakkain vai yksin.

Haluan nähdä, voinko lisätä yksi näkökulma muille 3 vastaukselle.

Kondensaattorit toimivat lyhyinä korkeilla taajuuksilla ja avoimina matalilla taajuuksilla.

Tässä on siis kaksi tapausta:

Kondensaattori sarjassa signaalilla

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

Kondensaattori rinnakkain signaalin

Tässä tilanteessa DC pystyy pääsemään läpi, mutta vaihtovirta on oikosulussa ja aiheuttaa sen tukkeutumisen. Tätä kutsutaan yleisesti kytkentäkondensaattoriksi.

Mikä on vaihtovirta?

Olen käyttänyt termejä ”korkea taajuus” ja ”matala taajuus” melko löyhästi, koska niihin ei todellakaan ole liitetty mitään numeroita. Tein tämän, koska mitä pidetään matalana ja korkeana, riippuu muualla tapahtuvasta. Jos haluat lisätietoja tästä, voit lukea alipäästösuodattimista Wikipediassa tai joissakin RC-suodattimen kysymykset.

Jänniteluokitus

Kondensaattoreilla näkemäsi jännite on suurin jännite, jonka voit käyttää turvallisesti kondensaattoriin, ennen kuin kondensaattori hajoaa fyysisesti. Joskus tämä tapahtuu räjähdyksenä, joskus tulipalon tai joskus vain kuumenee.

Kommentit

• Kellen, arvostan kuvankäsittelyäsi, mutta m puuttuu vastaus kysymykseen miten korkki estää DC: n. Sanot vain, että se tekee.
• @Stevenvh Tunsin hämmennystä, jota OP: lla oli, ei koskien fysiikkaa siitä, kuinka se estää DC: n, vaan siitä, miksi sitä käytetään, jos se estää DC: n. Lisäksi ajattelin, että vastauksesi selitti melko hyvin selittämällä sen fyysisemmällä tasolla, enkä ’ uskonut voivani selittää tätä osaa paremmin kuin sinä.

Selitys on siinä, että vastakkaiset varaukset 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 varattu ja toinen puoli negatiivinen. Molemmat varaukset houkuttelevat toisiaan, mutta eivät voi kulkea eristävän esteen läpi. Virtaa ei ole. Joten DC: n tarinan loppu.
AC: lle se on erilainen. Yksi puoli latautuu peräkkäin positiivisesti ja negatiivisesti ja houkuttelee negatiivisia ja positiivisia varauksia. Joten muutokset esteen toisella puolella aiheuttavat muutoksia toisella puolella, niin että ilmestyy 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 määritetään eristävän esteen avulla. Tietyn jännitteen yläpuolella se hajoaa ja aiheuttaa oikosulun. Se voi tapahtua DC: n mutta myös vaihtovirran alla.

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

Tämä on oikeastaan kaksi saman käyttäytymisen sovellusta – kondensaattori reagoi yrittäen pitää jännitteen itsessään vakiona. Sarjatapauksessa on melko onnellista poistaa vakaa jännite-ero, mutta kaikki äkilliset muutokset toisella puolella kulkevat toiselle pitämään jännite-ero vakiona. Rinnakkaistapauksessa äkillinen jännitteen muutos tapahtuu reagoinut.

Kommentit

• mukava yksinkertainen vastaus, kiitos

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

Kommentit

• Kyllä, mukava, mutta saat ’ ll vaikeuksissa, jos todella yrität selittää sen AC-polun! 🙂
• @stevenvh joo, tietysti tiedän sen ’ sa vähän tyhmä, mutta olen ’ ve piti sitä aina fiksuna 🙂
• Se on outo vastaus: D: D: D: D: D
• Itse asiassa se auttoi minua ymmärtämään selvästi, mikä on kondensaattori. Kiitos u!

Latausmäärä, joka kehittyy kondensaattorin levyjen yli tietyllä jännitteellä sen terminaalien yli ohjaa kaava:

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

Molempien puolien erottaminen (virta on ajan johdannainen lataus), antaa:

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

DC-jännite on sama kuin sanomalla \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Joten kondensaattori ei salli virran kulkea sen läpi tasajännitteelle (eli se estää tasavirran).

Kondensaattorin levyjen jännitteen yli on myös muututtava jatkuvasti, joten kondensaattorit ”ylläpitävät” jännitettä, kun ne on ladattu siihen, kunnes jännite voidaan purkaa vastuksen kautta. Hyvin 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, mikä tekee sen rikkoutuneen 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 kokonaan putken. DC on vettä, joka virtaa jatkuvasti yhteen suuntaan putken läpi. AC on vettä, joka virtaa jatkuvasti edestakaisin.

Tämän vuoksi on oltava ilmeistä, että kondensaattori estää DC: n: koska kalvo voi venyttää vain niin pitkälle, vesi ei voi vain virrata 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.

Se tulee myös ilmeiseksi, 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 johtavat silti sen läpi. / p>

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

Kommentit

• Ystävä auttoi minua ymmärtämään, miksi tätä analogiaa ei käytetä laajemmin: ilmeisesti hänellä on yhtä vähän intuitiota veden virtaukseen putkissa kuin johtojen virtaukseen!

Ensinnäkin kondensaattori estää DC: n ja on pienempi impedanssi AC: lle, kun taas induktori pyrkii estämään AC: n, mutta kulkee DC: n läpi hyvin helposti. ”Estämällä” me tarkoittaa kuin se tarjoaa suuren impedanssin signaalille, josta puhumme.

Ensin on kuitenkin määriteltävä muutama termi tämän selittämiseksi. Tiedätkö mikä on vastarintaa, eikö? Vastus on vastus nykyiselle virtaukselle, joka johtaa tehon polttamiseen watteina mitattuna. Ei ole väliä onko virta vaihtovirta vai tasavirta, täydellisen vastuksen hukkaama 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 toisaalta taajuuden mukaan, ja toisessa ne eivät todellisuudessa kuluta tehoa kuin vastus. Joten kaikkiaan on 3 erilaista impedanssin – 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 komponentin impedanssi induktanssista johtuen; se on eräänlainen vastus, mutta ei itse asiassa polta tehoa watteina, kuten vastus, ja koska taajuuden ”f” on syötettävä, arvo se vaihtelee taajuuden mukaan tietyllä induktorilla.

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

Kondensaattorit ovat päinvastaisia – kapasitiivisen reaktanssin kaava on

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

Tässä C on kapselien kapasitanssi faradeissa, ”2pi” ja ”f” ovat samat kuin yllä ja ”X-sub-C” on kapasitiivinen reaktanssi ohmina . Huomaa, että tässä reaktanssi on ”yksi jaettuna” 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 ohittavat AC: n ja sitä korkeampi taajuus on AC-signaali, sitä vähemmän impedanssia sille.

Menen lyhyimmän vastauksen kvalitatiiviseen ottoon poissa oleva lähestymistapa:

DC-kiskojen poikki oleva kondensaattori on oikeastaan oikosuljettava kaikki AC-signaalit, jotka muuten saattavat päästä syöttökiskoihin, joten DC em -siirtojännitteen määrä > piiri pienenee.

Kannen jännite on suurin jännite (DC ja minkä tahansa vaihtovirran summa!), jonka kannen tulisi nähdä. korkki epäonnistuu.