Divizor capacitiv de tensiune

În această postare aflăm cum funcționează circuitele de divizare a tensiunii capacitive în circuite electronice, prin formule și exemple rezolvate.

De: Dhrubajyoti Biswas

Ce este o rețea de divizare a tensiunii

Vorbind despre un circuit divizor de tensiune, este important să rețineți că tensiunea din circuitul divizor se distribuie în mod egal între toate componentele existente asociate rețelei, deși capacitatea poate varia în funcție de constituirea componentelor.

Un circuit divizor de tensiune poate fi construit din componente reactive sau chiar din rezistențe fixe.

Cu toate acestea, atunci când se compară cu divizoarele de tensiune capacitive, divizoarele rezistive rămân neafectate odată cu schimbarea frecvenței de alimentare.

Scopul acestei lucrări este de a oferi o înțelegere detaliată a divizoarelor de tensiune capacitive. Dar, pentru a obține mai multe informații, este vital să detaliați reactanța capacitivă și efectul acesteia asupra condensatoarelor la frecvențe variate.

Un condensator este format din două plăci conductoare, plasate paralel una cu alta, care sunt separate suplimentar cu un izolator. Aceste două plăci au o sarcină pozitivă (+) și alta negativă (-).

Când un condensator este încărcat complet prin curent continuu, dielectricul [popular denumit izolator] blochează fluxul de curent peste plăci.

O altă caracteristică importantă a unui condensator în comparație cu un rezistor este: Un condensator stochează energie pe plăcile conductoare în timpul încărcării, pe care rezistorul nu o face, deoarece tinde întotdeauna să elibereze excesul de energie ca căldură.

Dar energia stocată de un condensator este transmisă circuitelor care sunt conectate cu acesta în timpul procesului de descărcare.

Această caracteristică a unui condensator pentru stocarea sarcinii este denumită reactanță și denumită în continuare Reactanță capacitivă [Xc] pentru care Ohm este unitatea standard de măsură pentru reactanță.

Un condensator descărcat atunci când este conectat la o sursă de curent continuu, reactanța rămâne scăzută în etapa inițială.

O parte substanțială a curentului curge prin condensator pentru o perioadă scurtă de timp, care forțează plăcile conductoare să se încarce rapid și, în cele din urmă, inhibă orice trecere suplimentară a curentului.

Cum se blochează condensatorul DC?

Într-un rezistor, rețea în serie de condensatori, atunci când perioada de timp atinge o magnitudine de 5RC, plăcile conductoare ale condensatorului sunt încărcate complet, ceea ce înseamnă că sarcina primită de condensator este egală cu alimentarea cu tensiune, care oprește orice flux de curent suplimentar.

Mai mult, reactanța condensatorului în această situație sub influența tensiunii continue ajunge la starea maximă [megaohmi].

Condensator în sursa de curent alternativ

În ceea ce privește utilizarea curentului alternativ [AC] pentru a încărca un condensator, în care fluxul de curent alternativ este întotdeauna polarizat alternativ, condensatorul care primește fluxul este supus unei încărcări și descărcări constante pe plăcile sale.

Acum, dacă avem un flux de curent constant, trebuie să determinăm și valoarea reactanței pentru a restricționa fluxul.

Factori care determină valoarea rezistenței capacitive

Dacă aruncăm o privire înapoi asupra capacității, vom constata că cantitatea de încărcare pe plăcile conductoare ale unui condensator este proporțională cu valoarea capacității și a tensiunii.

Acum, când un condensator primește curent de la o intrare de curent alternativ, alimentarea cu tensiune trece printr-o schimbare constantă a valorii sale, care schimbă invariabil valoarea plăcilor prea proporțional.

Acum să luăm în considerare o situație în care un condensator conține o valoare mai mare a capacității.

În această situație, rezistența R consumă mai mult timp pentru a încărca condensatorul τ = RC. Aceasta implică faptul că, dacă curentul de încărcare curge pentru o perioadă mai lungă de timp, reactanța înregistrează o valoare mai mică Xc, în funcție de frecvența specificată.

În mod identic, dacă valoarea capacității este mai mică într-un condensator, atunci pentru a încărca condensatorul este nevoie de timp RC mai scurt.

Acest timp mai scurt determină fluxul de curent pentru o perioadă mai scurtă de timp, ceea ce duce la o valoare a reactanței comparativ mai mică, Xc.

Prin urmare, este evident că, cu curenți mai mari, valoarea reactanței rămâne mică și invers.

Și astfel reactanța capacitivă este întotdeauna invers proporțională cu valoarea capacității condensatorului.

XC ∝ -1 C.

Este vital să rețineți că capacitatea nu este singurul factor care analizează reactanța capacitivă.

Cu o frecvență redusă a tensiunii de curent alternativ aplicată, reactanța devine mai mare timp pe baza constantei de timp RC alocate. Mai mult, blochează și curentul, indicând o valoare mai mare a reactanței.

În mod similar, dacă frecvența aplicată este mare, reactanța permite un ciclu de timp mai mic pentru procesul de încărcare și descărcare.

Mai mult, primește și un flux de curent mai mare în timpul procesului, ceea ce duce la o reactanță mai mică.

Deci, acest lucru demonstrează că impedanța (reactanța de curent alternativ) a unui condensator și magnitudinea acestuia depind de frecvență. Prin urmare, frecvența mai mare are ca rezultat o reactanță mai mică și invers și, prin urmare, se poate concluziona că Reactanța capacitivă Xc este invers proporțională cu frecvența și capacitatea.

Teoria respectivă a reactanței capacitive poate fi rezumată cu următoarea ecuație:

Xc = 1 / 2πfC

Unde:

· Xc = Reactanța capacitivă în ohmi, (Ω)


· Π (pi) = o constantă numerică de 3,142 (sau 22 ÷ 7)


· Ƒ = Frecvența în Hz, (Hz)


· C = Capacitate în Farads, (F)

Divizor capacitiv de tensiune

Această secțiune va avea ca scop să ofere o explicație detaliată cu privire la modul în care frecvența de alimentare afectează doi condensatori conectați înapoi la spate sau în serie, mai bine denumiți ca circuit divizor de tensiune capacitiv.

Circuit divizor de tensiune capacitiv

Pentru a ilustra funcționarea unui divizor de tensiune capacitiv, să ne referim la circuitul de mai sus. Aici, C1 și C2 sunt în serie și conectate la o sursă de curent alternativ de 10 volți. Fiind în serie, ambii condensatori primesc aceeași încărcare, Q.

Cu toate acestea, tensiunea va rămâne diferită și este, de asemenea, dependentă de valoarea capacității V = Q / C.

Având în vedere Figura 1.0, calculul tensiunii pe condensator poate fi determinat prin diferite moduri.

O opțiune este să aflați impedanța totală a circuitului și curentul circuitului, adică să urmăriți valoarea reactanței capacitive pe fiecare condensator și apoi să calculați căderea de tensiune peste ele. De exemplu:

EXEMPLUL 1

Conform figurii 1.0, cu C1 și C2 de 10uF și respectiv 20uF, calculați căderile de tensiune rms care apar pe condensator într-o situație de tensiune sinusoidală de 10 volți rms @ 80Hz.

C1 10uF Condensator
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 Ohm
C2 = condensator 20uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
Ohm

Reactanța capacitivă totală

Xc (total) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6.88uF = 290Ω

Curent în circuit

I = E / Xc = 10V / 290Ω

Tensiunea scade în serie atât pentru condensator. Aici divizorul de tensiune capacitiv este calculat ca:

Vc1 = I x Xc1 = 34,5mA x 200Ω = 6,9V
Vc2 = I x Xc2 = 34,5mA x 90Ω = 3,1V

Dacă valorile condensatoarelor diferă, condensatorul cu valoare mai mică se poate încărca apoi la o tensiune mai mare în comparație cu valoarea mare.

În exemplul 1, încărcarea de tensiune înregistrată este de 6,9 ​​și 3,1 pentru C1 și respectiv C2. Acum, din moment ce calculul se bazează pe teoria tensiunii lui Kirchoff, deci scăderea totală a tensiunii pentru fiecare condensator este egală cu valoarea tensiunii de alimentare.

NOTĂ:

Raportul căderii de tensiune pentru cei doi condensatori care este conectat la circuitul divizor de tensiune capacitiv în serie rămâne întotdeauna același, chiar dacă există o frecvență de alimentare.

Prin urmare, conform Exemplului 1, 6,9 și 3,1 volți sunt aceleași, chiar dacă frecvența de alimentare este maximizată de la 80 la 800Hz.

EXEMPLUL 2

Cum se găsește căderea de tensiune a condensatorului utilizând aceiași condensatori folosiți în exemplul 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 Ohm

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0,9 Ohm

I = V / Xc (total) = 10 / 2,9 = 3,45 Amperi

Prin urmare, Vc1 = I x Xc1 = 3,45A x 2Ω = 6,9V

Și, Vc2 = I x Xc2 = 3,45A x 0,9 Ω = 3,1V

Deoarece raportul de tensiune rămâne același pentru ambele condensatoare, cu creșterea frecvenței de alimentare, impactul său este văzut sub forma unei scăderi a reactanței capacitive combinate, precum și pentru impedanța totală a circuitului.

O impedanță redusă determină un flux mai mare de curent, de exemplu, curentul de circuit la 80Hz este de aproximativ 34,5mA, în timp ce la 8kHz poate exista o creștere de 10 ori a alimentării cu curent, adică de 3,45A.

Deci, se poate concluziona că fluxul de curent prin divizorul de tensiune capacitiv este proporțional cu frecvența, I ∝ f.

După cum sa discutat mai sus, divizoarele capacitive care implică o serie de condensatoare conectate, toate cad tensiune alternativă.

Pentru a afla căderea de tensiune corectă, separatoarele capacitive iau valoarea reactanței capacitive a unui condensator.

Prin urmare, nu funcționează ca divizoare pentru tensiunea de curent continuu, deoarece în curent continuu condensatorii se opresc și blochează curentul, ceea ce provoacă un curent nul.

Separatoarele pot fi utilizate în cazurile în care alimentarea este determinată de frecvență.

Există o gamă largă de utilizare electronică a divizorului de tensiune capacitiv, de la dispozitivul de scanare a degetelor până la oscilatoarele Colpitts. Este, de asemenea, preferat pe scară largă ca alternativă ieftină pentru transformatorul de rețea în care se utilizează divizor de tensiune capacitiv pentru a scădea curent de rețea mare.