Jak vypočítat požadovanou kapacitu kondenzátoru?

Kondenzátory jsou široce používány v elektrických sítích. Pokud rozeberete několik elektronických zařízení na části a spočítáte je, ukáže se, že kondenzátory se používají mnohem častěji než jiné prvky. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost konstrukci, umístění a principu fungování takových částí.

Co je to kondenzátor?

Kondenzátor se skládá ze dvou vodivých desek umístěných velmi blízko u sebe a oddělených dielektrikem. Přivedení konstantního napětí na desky způsobí tok proudu a na obou krytech se objeví náboje stejné velikosti, ale opačného znaménka: negativní na jednom a pozitivní na druhém. Deaktivace zdroje energie bude mít za následek, že náboj nezmizí okamžitě a ignoruje jev jeho postupného úniku. Pokud jsou pak kryty součástí připojeny k nějaké zátěži, například k blesku, kondenzátor se sám vybije a veškerou energii v něm nahromaděnou vrátí do blesku.

Kondenzátory jsou pasivní součástky, které akumulují elektrický náboj. Tato jednoduchá funkce se používá v různých případech:

• Se střídavým proudem.
• Při konstantním proudu.
• V analogových sítích.
• V digitálních obvodech.

Příklady použití zařízení: synchronizační systémy, tvarování signálu, komunikace, filtrování a vyhlazování signálu, nastavování televizorů a rádií.

Charakteristika kondenzátoru

Hlavní charakteristikou tohoto prvku je kapacita neboli C. Určuje schopnost zařízení sbírat elektrický náboj, závisí na geometrické konfiguraci krytů a na elektrické konstantě dielektrika mezi kryty.

Důležité! Kapacita závisí na typu použitého dielektrika a také na geometrických rozměrech prvku.

Aby bylo možné popsat princip fungování zařízení vzorcem, je nutné pochopit, že se jedná o konstantní úměrnost v rovnici, která představuje vzájemnou závislost nahromaděného náboje q na ploše desek a na potenciální rozdíl V mezi nimi.

Mohlo by vás zajímat Vzorce elektrického proudu

Síla se vyjadřuje v jednotkách nazývaných farady F. V praxi se však používají i menší jednotky, jako jsou mikrofarady a pikofarady.

Pokud je tedy na kondenzátor přivedeno napětí U, elektrický náboj se akumuluje na uzávěrech součásti. Hodnota akumulovaného náboje na každé desce je stejná, liší se pouze znaménkem. Tento proces akumulace elektrického indikátoru se nazývá nabíjení.

Dalším parametrem dílu je jmenovité napětí, a to jeho maximální hodnota, kterou lze přivést do kondenzátoru. Při připojení vyššího napětí dochází k průrazu dielektrika. To způsobí zkrat prvku. Jaká bude hodnota jmenovitého napětí závisí na typu dielektrika a jeho tloušťce.

Důležité! Čím silnější je dielektrikum, tím vyšší jmenovité napětí může odolat.

Dalším parametrem je svodový proud – hodnota vodivého indikátoru, ke kterému dochází při přivedení konstantního napětí na konce prvku.

K čemu se používají kondenzátory?

Elektrárny

Téměř všechna elektronická zařízení mají napájecí zdroj, který přeměňuje střídavý proud přítomný v domácnosti na stejnosměrný proud. Kondenzátory hrají důležitou roli při přeměně střídavého proudu na stejnosměrný, čímž eliminují elektrický šum. Zdroje energie využívají elektrolytické kondenzátory různých velikostí, od několika milimetrů až po několik palců (nebo centimetrů).

Zvukové kryty

Kondenzátory mají mnoho použití v audio zařízení. Blokují DC vstup do zesilovače, čímž zabraňují náhlým zvukům nebo hluku, který by mohl poškodit reproduktory a sluchátka. Tyto části se používají ve zvukových filtrech pro ovládání basů.

Počítače

Digitální obvody v počítačích přenášejí elektronické impulsy vysokou rychlostí. Tyto síťové toky mohou rušit signály z blízkého okruhu, takže návrháři špičkových zařízení používají kondenzátory k minimalizaci rušení.

Jak správně vypočítat kapacitu kondenzátoru?

Nejjednodušším příkladem kondenzátoru je plochý model. Má tvar dvou rovnoběžných krytů z vodiče, mezi kterými je dielektrická vrstva. Abyste věděli, jak vypočítat kapacitu kondenzátorů, musíte použít následující vzorec:

Mohlo by vás zajímat, jaká je jednotka měření proudu?

kde S je plocha povrchu desek a d je vzdálenost mezi nimi. To je zase relativní elektrická permitivita daného dielektrika.

Kondenzátory se zpravidla nepoužívají jednotlivě, ale připojují se k větším systémům. Mohou být zapojeny sériově, paralelně nebo smíšeně.

Důležité! V sériově zapojených prvcích je absolutní hodnota náboje na každé desce identická.

Výsledné napětí se tedy rovná součtu těchto indikátorů na jednotlivých součástech zařízení.

Celková kapacita systému bude určena vzorcem:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + …

Při paralelním zapojení je rozdíl potenciálů na každé části stejný. Celkový náboj se tedy bude rovnat součtu nábojů na součástkách kondenzátoru a výsledná kapacita se bude rovnat součtu hodnot jednotlivých jednotek:

Základní vzorce pro kapacitu

Základní výpočet kondenzátoru zahrnuje identifikaci vztahu mezi kapacitou a nábojem drženým na prvku, stejně jako napětí na deskách.

C – kapacita, neboli objem ve Faradech
Q – náboj držený na deskách v coulombech
V – potenciální rozdíl mezi deskami ve voltech

Tato rovnice se používá k výpočtu práce potřebné k nabití kondenzátoru a energie v něm uložené.

W=∫Q0qC dQW=∫0QqC dQ

Důležité! Je nutné vědět, jaký vliv bude mít kondenzátor na jakýkoli obvod, ve kterém pracuje. Zabraňuje nejen průchodu stejnosměrné složky signálového proudu, ale ovlivňuje i případný střídavý signál.

Reakce

Ve stejnosměrném obvodu může být kromě baterie odpor, který odolává proudu v obvodu. Totéž platí pro obvod střídavého proudu s prvkem akumulujícím náboj. Kondenzátor s malou plochou desky umožňuje uložit pouze malé množství náboje, a to zabrání protékání proudu. Kondenzátor má určitou reaktanci a závisí na jeho hodnotě a také na pracovní frekvenci. Čím vyšší frekvence, tím nižší reaktance.

Mohla by vás zajímat tato Definice plus a mínus v elektrotechnice

Skutečnou reaktanci lze vypočítat pomocí vzorce:

Xc = 1 / (2 pi f C)

Xc – kapacitní reaktance v Ohmech.
f – frekvence v Hertzech.
C je kapacita ve Faradech.

Aktuální výpočet

Reaktance kondenzátoru, vypočtená pomocí výše uvedeného vzorce, se měří v ohmech. Proud tekoucí obvodem pak lze vypočítat obvyklým způsobem pomocí Ohmova zákona:

Aktivní a reaktivní odpor

I když aktivní a reaktance jsou velmi podobné. Dokonce i hodnoty obou parametrů jsou měřeny v Ohmech, ale nejsou úplně stejné. V důsledku toho je nelze přímo sčítat. Místo toho je třeba je sečíst „vektorově“. Jinými slovy, musíte každou hodnotu zaokrouhlit a poté je sečíst a vzít druhou odmocninu tohoto čísla:

Tento článek podrobně popsal hlavní součásti, strukturu a princip fungování kondenzátorů a také poskytl základní vzorce určené pro výpočet užitečného objemu zařízení. Pro hlubší pochopení je nutné pečlivě zvážit typy těchto dílů a jejich praktické vlastnosti v různých obvodech a zařízeních.

Pomohl článek? Hodnotit