Un condensatore è uno dei componenti elettronici più utilizzati. Ha la capacità di immagazzinare energia al suo interno, sotto forma di una carica elettrica che produce una tensione statica (differenza di potenziale) attraverso le sue piastre. Semplicemente, un condensatore è simile a una piccola batteria ricaricabile. Un condensatore è solo una combinazione di due piastre conduttive o metalliche poste parallele e sono separate elettricamente da un buon strato isolante (chiamato anche dielettrico) costituito da carta cerata, mica, ceramica, plastica e così via.
Ci sono molte applicazioni di un condensatore in elettronica, alcune di esse sono elencate di seguito:
- Stoccaggio di energia
- Condizionamento di potenza
- Correzione del fattore di potenza
- Filtrazione
- Oscillatori
Ora, il punto è come funziona un condensatore ? Quando si collega l'alimentazione al condensatore, si blocca la corrente CC a causa dello strato isolante e consente la presenza di una tensione attraverso le piastre sotto forma di carica elettrica. Quindi, sai come funziona un condensatore e quali sono i suoi usi o applicazioni, ma devi imparare come usare un condensatore nei circuiti elettronici.
Come collegare un condensatore in un circuito elettronico?
Qui, ti mostreremo le connessioni di un condensatore e l'effetto dovuto ad esso con esempi.
- Condensatore in serie
- Condensatore in parallelo
- Condensatore nel circuito CA.
Condensatore in circuito in serie
In un circuito, quando si collegano i condensatori in serie come mostrato nell'immagine sopra, la capacità totale viene ridotta. La corrente che attraversa i condensatori in serie è uguale (cioè i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Quindi, anche la carica immagazzinata dai condensatori è la stessa (cioè Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), perché la carica immagazzinata da una piastra di qualsiasi condensatore proviene dalla piastra del condensatore adiacente nel circuito.
Applicando la legge di tensione di Kirchhoff (KVL) nel circuito, abbiamo
V T = V C1 + V C2 + V C3 … equazione (1)
Come sappiamo, Q = CV Quindi, V = Q / C
Dove, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Ora, mettendo i valori sopra nell'equazione (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Per n numero di condensatori in serie l'equazione sarà
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Quindi, l'equazione di cui sopra è l' equazione dei condensatori in serie.
Dove, C T = Capacità totale del circuito
C 1 … n = capacità dei condensatori
L'equazione di capacità per due casi speciali è determinata di seguito:
Caso I: se ci sono due condensatori in serie, con valore diverso la capacità sarà espressa come:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Oppure, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… equazione (2)
Caso II: se ci sono due condensatori in serie, con lo stesso valore la capacità sarà espressa come:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Oppure, C T = C / 2
Esempio per circuito condensatore in serie:
Ora, nell'esempio seguente, ti mostreremo come calcolare la capacità totale e la caduta di tensione rms individuale su ciascun condensatore.
Come, per lo schema elettrico sopra, ci sono due condensatori collegati in serie con valori diversi. Quindi, anche la caduta di tensione sui condensatori è disuguale. Se colleghiamo due condensatori con lo stesso valore, anche la caduta di tensione è la stessa.
Ora, per il valore totale della capacità useremo la formula dell'equazione (2)
Quindi, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Qui, C 1 = 4.7uf e C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4,7 uf / 5,7 uf C T = 0,824 uf
Ora, la caduta di tensione attraverso il condensatore C 1 è:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824 uf / 4,7 uf) * 12 VC 1 = 2,103 V
Ora, la caduta di tensione attraverso il condensatore C 2 è:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824 uf / 1 uf) * 12 VC 2 = 9,88 V
Condensatore in circuito parallelo
Quando si collegano i condensatori in parallelo, la capacità totale sarà uguale alla somma di tutta la capacità dei condensatori. Perché la piastra superiore di tutti i condensatori è collegata insieme e anche la piastra inferiore. Quindi, toccandosi l'un l'altro, aumenta anche l'area effettiva della piastra. Pertanto, la capacità è proporzionale al rapporto tra Area e distanza.
Applicando la legge attuale di Kirchhoff (KCL) nel circuito sopra, io T = io 1 + io 2 + io 3
Come sappiamo la corrente attraverso un condensatore è espressa come;
i = C (dV / dt) Quindi, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) E, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… equazione (3)
Dall'equazione (3), l'equazione della capacità parallela è:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Per n numero di condensatori collegati in parallelo l'equazione sopra è espressa come:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Esempio per circuito condensatore parallelo
Nello schema del circuito sottostante, ci sono tre condensatori collegati in parallelo. Poiché questi condensatori sono collegati in parallelo, la capacità equivalente o totale sarà uguale alla somma della capacità individuale.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Dove, C 1 = 4.7 uf; C 2 = 1 uf e C 3 = 0,1 uf Quindi, C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5,8 uf
Condensatore in circuiti AC
Quando un condensatore è collegato all'alimentazione CC, il condensatore inizia a caricarsi lentamente. E, quando la tensione della corrente di carica di un condensatore è uguale alla tensione di alimentazione, si dice che sia completamente carico. Qui, in questa condizione, il condensatore funziona come una fonte di energia finché viene applicata la tensione. Inoltre, i condensatori non consentono alla corrente di attraversarlo dopo che è stato completamente caricato.
Ogni volta che viene fornita tensione CA al condensatore come mostrato nel circuito puramente capacitivo sopra. Quindi il condensatore si carica e si scarica continuamente ad ogni nuovo livello di tensione (carica a livello di tensione positiva e scarica a livello di tensione negativa). La capacità del condensatore nei circuiti CA dipende dalla frequenza della tensione di ingresso fornita al circuito. La corrente è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della tensione applicata al circuito.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Diagramma di fase per condensatore nel circuito CA.
Come vedi il diagramma dei fasori per il condensatore CA nell'immagine sottostante, la corrente e la tensione sono rappresentate in onda sinusoidale. All'osservazione, a 0⁰ la corrente di carica è al suo valore di picco a causa della tensione che aumenta costantemente in direzione positiva.
Ora, a 90 ° non c'è flusso di corrente attraverso il condensatore perché la tensione di alimentazione raggiunge il valore massimo. A 180⁰ la tensione inizia a diminuire lentamente fino a zero e la corrente raggiunge il valore massimo in direzione negativa. E, ancora una volta, la carica raggiunge il suo valore di picco a 360 °, poiché la tensione di alimentazione è al suo valore minimo.
Pertanto, dalla forma d'onda di cui sopra possiamo osservare che la corrente sta anticipando la tensione di 90⁰. Quindi, possiamo dire che la tensione CA è in ritardo di 90 ° rispetto alla corrente in un circuito di condensatori ideale.
Reattanza del condensatore (Xc) nel circuito CA.
Considera lo schema del circuito sopra, poiché sappiamo che la tensione di ingresso CA è espressa come, V = V m Sin wt
E, carica del condensatore Q = CV, Quindi, Q = CV m Sin wt
E, corrente attraverso un condensatore, i = dQ / dt
Così, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 quindi, io m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Come sappiamo, w = 2πf
Così, Reattanza capacitiva (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Esempio di reattanza capacitiva nel circuito CA.
diagramma
Consideriamo il valore di C = 2.2uf e la tensione di alimentazione V = 230V, 50Hz
Ora, la reattanza capacitiva (Xc) = V m / I m = 1 / 2πfC Qui, C = 2.2uF, e f = 50 Hz Quindi, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm