Cum blochează un condensator DC?

Cred că ar ajuta să înțelegem cum un condensator blochează curent continuu (curent continuu) în timp ce permite curent alternativ (curent alternativ).

Să începem cu cea mai simplă sursă de curent continuu, o baterie:

Când această baterie este utilizată pentru a alimenta ceva, electroni sunt atrași în + partea bateriei și a împins afară – side.

Să atașăm niște fire la baterie:

Nu există încă un circuit complet aici (firele nu merg nicăieri), deci nu există curent.

Dar asta nu înseamnă că nu a existat niciun flux curent. Vedeți, atomii din metalul de sârmă de cupru sunt compuși dintr-un nucleu al atomilor de cupru, înconjurați de electronii lor. Poate fi util să ne gândim la firul de cupru ca la ioni de cupru pozitivi, cu electroni care plutesc în jur:

Notă: Folosesc simbolul e ^– pentru a reprezenta un electron

Într-un metal este foarte ușor să împingeți electronii în jur. În cazul nostru avem o baterie atașată. Este capabil să aspire de fapt câțiva electroni din sârmă:

Sârmă atașată la partea pozitivă a bateriei are electroni aspirați afară din ea . Acești electroni sunt apoi împinși partea negativă a bateriei în firul atașat la partea negativă.

Este important să rețineți că bateria nu poate elimina toți electronii. Electronii sunt în general atrași de ionii pozitivi pe care îi lasă în urmă; deci este greu să îndepărtați toți electronii.

În cele din urmă firul nostru roșu va avea o ușoară încărcare pozitivă (cauza că lipsesc electronii), iar firul negru va avea o încărcare ușoară negativă (deoarece are electroni în plus).

Deci, atunci când conectați bateria la aceste fire, doar un puțin va curge puțin. Bateria nu poate muta foarte mulți electroni, deci curentul curge foarte scurt, apoi se oprește.

Dacă ați deconectat bateria, ați răsucit-o și ați reconectat-o: electronii din firul negru ar fi aspirați în baterie și împușiți în firul roșu. Din nou, ar curge doar o cantitate mică de curent și apoi s-ar opri / p>

Problema doar cu utilizarea a două fire este că nu avem foarte mulți electroni pentru a împinge. Avem nevoie de un depozit mare de electroni cu care să ne jucăm – o bucată mare de metal. Acesta este ceea ce este un condensator: o bucată mare de metal atașată la capetele fiecărui fir.

Cu această bucată mare de metal, există mult mai mulți electroni pe care îi putem împinge cu ușurință. Acum partea „pozitivă” poate avea mult mai mulți electroni scoși din ea, iar partea „negativă” poate avea mult mai mulți electroni împinși în ea:

Deci, dacă aplicați o sursă de curent alternativ unui condensator, o parte din curent va fi permis să curgă, dar după un timp va rula Din electroni pentru a împinge și fluxul se va opri. Acest lucru este norocos pentru sursa de curent alternativ, deoarece apoi inversează, iar curentul este lăsat să curgă încă o dată.

Dar de ce este un condensator evaluat în DC volți

Un condensator nu este doar două bucăți de metal. O altă caracteristică de proiectare a condensatorului este că folosește două bucăți de metal foarte aproape unul de celălalt (imaginați-vă un strat de hârtie de ceară între două foi de folie de tablă).

Motivul pentru care folosesc „folie de tablă” separată de „hârtie cerată” este pentru că vor ca electronii negativi să fie foarte aproape de „găurile” pozitive pe care le-au lăsat în urmă. Acest lucru face ca electronii să fie atrași de „găurile” pozitive:

Deoarece electronii sunt negativi , iar „găurile” sunt pozitive, electronii sunt atrași de găuri. Acest lucru face ca electronii să rămână acolo. Acum puteți scoate bateria și condensatorul va reține acea încărcare.

Acesta este motivul pentru care un condensator poate stoca o încărcare; electronii fiind atrași de găurile pe care le-au lăsat în urmă.

Dar acea hârtie cerată nu este un izolator perfect; va permite unele scurgeri. Dar adevărata problemă vine dacă aveți prea mulți electroni îngrămădiți. Câmpul electric dintre cele două „ plăci ” ale condensatorului poate deveni atât de intens încât provoacă defectarea hârtiei ceruite, deteriorând permanent condensatorul:

În realitate, un condensator nu mai este din folie de staniu și hârtie cerată (mai); folosesc materiale mai bune. Dar există încă un punct, un ” tensiune „, unde izolatorul dintre cele două plăci paralele se defectează, distrugând dispozitivul. Acesta este maximul nominal al condensatorului DC tensiune.

Comentarii

• +1 O explicație excelentă, imagini și construirea pe exemple.
• +1. Una dintre cele mai bune explicații pe care am citit-o vreodată pe condensatori.
• O explicație bună, dar nu ‘ t răspundeți la întrebarea OP ‘ direct: cu AC, aveți o variație instantanee a tensiunii. În fiecare punct al undei de curent alternativ, tensiunea variază și atunci când aveți un condensator în ckt, această modificare / variație a tensiunii poate fi transmisă peste dielectric către cealaltă parte / plat printr-un câmp electric de intensitate variabilă. Prin urmare, curentul curge în circuit, chiar dacă dielectricul este un izolator al fluxului de electroni.
• trebuie să vă gândiți la acest lucru în termeni de unde cu electroni / polarizare moleculară care acționează ca un mijloc / mediu pentru unde.
• Condensatoarele @Fennekin nu permit curentul continuu să curgă, fie singur, fie conectat în serie, fie conectat în paralel. Dar, din nou, acele ‘ sunt în starea de echilibru. Va exista totuși o grabă inițială de ceva curent; indiferent dacă sunt conectate în serie, paralele sau singure.

Permiteți-mi să văd dacă pot adăuga încă o perspectivă pentru celelalte 3 răspunsuri.

Condensatoarele acționează ca un scurtcircuit la frecvențe înalte și un deschis la frecvențe joase.

Deci, iată două cazuri:

Condensator în serie cu semnal

În această situație, AC poate trece, dar DC este blocat. Acesta este denumit în mod obișnuit condensator de cuplare.

Condensator în paralel cu semnalul

În această situație, DC poate trece, dar AC este scurtcircuitat la masă, provocând blocarea acestuia. Acesta este denumit în mod obișnuit un condensator de decuplare.

Ce este AC?

Am folosit termenii „Frecvență ridicată” și „Frecvență redusă” întrucât nu au niciun număr asociat cu ei. Am făcut acest lucru deoarece ceea ce este considerat scăzut și ridicat depinde de ceea ce se întâmplă în restul Dacă doriți să aflați mai multe despre acest lucru, puteți citi despre filtrele low-pass de pe Wikipedia sau unele dintre filtru RC întrebări.

Evaluare tensiune

Tensiunea pe care o vedeți cu condensatorii este tensiunea maximă pe care o puteți aplica în condiții de siguranță condensatorului înainte de a începe să riscați deteriorarea fizică a condensatorului. Uneori acest lucru se întâmplă ca o explozie, uneori incendiu sau, uneori, doar se încălzește.

Comentarii

• Kellen, apreciez utilizarea ta de imagini, dar eu îmi lipsește un răspuns la întrebarea cum capacul blochează DC. Spuneți că da.
• @Stevenvh Am simțit confuzia pe care a avut-o OP-ul nu se referă la fizica modului în care blochează DC, ci mai degrabă de ce este folosit dacă blochează DC. În plus, m-am gândit că răspunsul dvs. a făcut destul de bine să-l explicați la un nivel mai fizic și nu ‘ nu credeam că aș putea explica acea parte mai bine decât dvs.

Explicația constă în faptul că sarcinile opuse se atrag reciproc. Un condensator este o construcție compactă de 2 plăci conductoare separate de un izolator foarte subțire. Dacă puneți DC pe ea, o parte va fi încărcată pozitiv, iar cealaltă parte negativ. Ambele încărcături se atrag una pe cealaltă, dar nu pot trece de bariera izolatoare. Nu există curent de curent. Deci, acesta este sfârșitul poveștii pentru DC.
Pentru AC este diferit. O parte va fi încărcată pozitiv și negativ succesiv și va atrage sarcini negative și pozitive resp. Deci, modificările pe o parte a barierei provoacă modificări pe cealaltă parte, astfel încât să apară încât sarcinile să traverseze bariera, și că curentul curge efectiv prin condensator.

Un condensator încărcat este întotdeauna încărcat în CC, adică o parte are sarcinile pozitive și cealaltă parte este negativă. Aceste taxe sunt un stocare pentru energie electrică , care este necesar în multe circuite.

Tensiunea maximă este determinat de bariera izolatoare. Peste o anumită tensiune se va defecta și va crea un scurtcircuit. Acest lucru se poate întâmpla sub DC, dar și sub AC.

Un mod simplu de a gândi la asta este că un condensator de serie blochează DC, în timp ce un condensator paralel ajută la menținerea unei tensiuni constante.

Aceasta este într-adevăr două aplicații cu același comportament – un condensator reacționează pentru a încerca să mențină tensiunea constantă. În cazul seriei, este destul de fericit să eliminați o diferență constantă de tensiune, dar orice schimbare bruscă dintr-o parte va fi trecută în cealaltă pentru a menține constanta diferența de tensiune. În cazul paralel, orice modificare bruscă a tensiunii va fi a reacționat la.

Comentarii

• răspuns simplu și frumos, felicitări

Acesta nu este un răspuns foarte tehnic, dar este o explicație grafică pe care o găsesc foarte amuzantă și simplă:

Comentarii

• Da, frumos, dar ‘ veți primi aveți probleme dacă încercați de fapt să explicați calea AC! 🙂
• @stevenvh da, desigur, știu că este ‘ cam cam prost, dar ‘ am întotdeauna l-am găsit inteligent 🙂
• Este un răspuns ciudat: D: D: D: D: D
• De fapt, m-a ajutat mult să înțeleg clar ce este un condensator. Mulțumesc!

Cantitatea de încărcare care se dezvoltă pe plăcile unui condensator cu o tensiune dată peste terminalele sale este guvernat de formula:

\ $ Q = C \ times V \ $ (încărcare = capacitate * tensiune)

Diferențierea ambelor părți (curentul este derivatul în timp al taxă), dă:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (curent = capacitate * rata modificării tensiunii)

Tensiune continuă este la fel ca a spune \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Deci, un condensator nu permite să curgă „prin” curent pentru tensiunea DC (adică blochează DC).

Tensiunea peste plăcile unui condensator trebuie să se schimbe, de asemenea, într-o manieră continuă, astfel încât condensatoarele au ca efect „menținerea” unei tensiuni odată ce sunt încărcate pe ea, până când tensiunea poate fi descărcată printr-o rezistență. O utilizare foarte obișnuită pentru condensatori este, prin urmare, stabilizarea tensiunilor șinelor și decuplarea șinelor de la sol.

Tensiunea nominală este câtă tensiune puteți aplica pe plăci înainte ca forțele electrostatică să descompună proprietățile materialului material dielectric între plăci, făcându-l rupt ca condensator :).

Răspunsul meu la astfel de întrebări este întotdeauna „apă” „. Apa care curge prin conducte este o analogie surprinzător de precisă pentru curentul care curge prin fire. Curentul este cât de multă apă curge printr-o conductă. Diferența de tensiune devine diferența de presiune a apei. Se presupune că țevile sunt plate, astfel încât gravitația nu joacă niciun rol.

Într-o astfel de analogie, o baterie este o pompă de apă, iar un condensator este un membrana de cauciuc care blochează complet țeava. DC este apa care curge constant într-o direcție printr-o conductă. AC este apa care curge mereu înainte și înapoi.

Având în vedere acest lucru, ar trebui să fie evident că un condensator blochează DC: deoarece membrana se poate întinde atât de departe, apa nu poate continua să curgă. în aceeași direcție. Va exista un debit în timp ce membrana se întinde (adică condensatorul se încarcă), dar la un moment dat devine suficient de întins pentru a echilibra complet presiunea apei, blocând astfel orice debit suplimentar.

devine, de asemenea, evident că un condensator nu va bloca complet AC, dar depinde de proprietățile membranei.Dacă membrana este suficient de întinsă (capacitate ridicată), nu va reprezenta o provocare pentru apa care curge înainte și înapoi rapid. Dacă membrana este într-adevăr destul de rigidă (de exemplu, o foaie subțire de plastic), aceasta corespunde unei capacități scăzute și dacă apa curge încet și încolo, un astfel de debit va fi blocat, dar oscilațiile de frecvență foarte mare o vor face totuși. / p>

Această analogie mi-a fost atât de utilă încât mă întreb de ce nu este folosită mai mult.

Comentarii

• Un prieten m-a ajutat să înțeleg de ce această analogie nu este folosită pe scară mai largă: se pare că are la fel de puțină intuiție pentru fluxul de apă din conducte ca și pentru curentul din fire!

În primul rând, un condensator blochează curentul continuu și este o impedanță mai mică la curent alternativ, în timp ce un inductor tinde să blocheze curent alternativ, dar trece DC foarte ușor. Prin „blocare”, înseamnă că oferă o impedanță ridicată semnalului despre care vorbim.

În primul rând, totuși, trebuie să definim câțiva termeni pentru a explica acest lucru. Știi ce este rezistența, nu? Rezistența este opoziția față de fluxul curent care are ca rezultat arderea puterii, măsurată în wați. Nu contează dacă curentul este de curent alternativ sau de curent continuu, puterea disipată de un rezistor perfect este aceeași cantitate pentru oricare dintre ele.

Deci rezistența este un fel de „impedanță” la fluxul de curent. Există încă 2 – „reactanță inductivă” și „reactanță capacitivă”. Ambele sunt, de asemenea, măsurate în ohmi, cum ar fi rezistența, dar ambele sunt diferite prin faptul că, pentru un lucru, acestea variază în funcție de frecvență, iar pentru altul, ele nu consumă de fapt energie, așa cum o face o rezistență. Deci, împreună, există 3 tipuri de impedanță – rezistivă, inductivă și capacitivă.

Cantitatea de blocare sau impedanță a inductorilor în ohmi poate fi determinată de:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

În cazul în care 2pi este de aproximativ 6,28, f este frecvența (AC, evident) a unui semnal, L este inductanța măsurată în henri și unde „X sub L” este reactanța inductivă în ohmi.

Reactanța inductivă este impedanța unei componente datorită inductanței; este un fel de rezistență, dar de fapt nu arde puterea în wați, așa cum o face un rezistor și, din moment ce trebuie furnizat „f” pentru frecvență, valoarea din acesta variază în funcție de frecvență pentru un anumit inductor.

Observați că, pe măsură ce frecvența crește, crește și impedanța (rezistența AC) în ohmi. Și observați că, dacă frecvența este egală cu zero, atunci la fel face și impedanța – o frecvență de zero înseamnă curent continuu, astfel încât inductoarele nu au practic nicio rezistență la curentul de curent continuu. Și pe măsură ce frecvența crește, crește și impedanța.

Condensatoarele sunt opuse – formula reactanței capacitive este

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

Aici, C este capacitatea capacului în farade, „2pi” și „f” sunt aceleași ca mai sus, iar „X-sub-C” este reactanța capacitivă în ohmi . Observați că aici, reactanța este „una împărțită la” frecvență și capacitate – rezultă valori ale impedanței care scad cu frecvența și capacitatea. Deci, dacă frecvența este mare, impedanța va fi scăzută și, dacă frecvența este aproape de zero, care este DC, impedanța va fi aproape infinită – cu alte cuvinte, condensatorii blochează DC, dar trec AC, iar cu cât este mai mare frecvența semnalul de curent alternativ, cu atât este mai puțină impedanța acestuia.

Voi merge pentru cel mai scurt răspuns calitativ Abordare departe:

Există, de fapt, un condensator peste șinele de curent continuu pentru a scurta orice semnal de curent alternativ care ar putea pătrunde pe șinele de alimentare, deci cantitatea de curent alternativ de pe DC circuitul este redus.

Tensiunea nominală pe un capac este tensiunea maximă (suma de CC și orice AC prezent!) pe care trebuie să o vadă capacul. Depășește această tensiune și limita maximă va eșua.