Kapasitanssin kaava. Aktiivinen, kapasitiivinen ja induktiivinen reaktanssi. Ohmin laki vaihtovirtapiireille

Lisätiedot 8.5.2017

Hyvät herrat, tämän päivän artikkelia voidaan pitää jollain tavalla jatkona edelliselle. Aluksi halusin jopa laittaa kaiken tämän materiaalin yhteen artikkeliin. Mutta siitä tuli aika paljon, uusia projekteja oli näköpiirissä, ja päädyin jakamaan sen kahtia. Joten tänään puhumme. Saamme lausekkeen, jolla voimme laskea minkä tahansa vaihtovirtapiiriin kytketyn kondensaattorin resistanssin, ja artikkelin lopussa tarkastellaan useita esimerkkejä tällaisista laskelmista.

Kuvittelemme, että meillä on kondensaattori, joka on kytketty vaihtovirtapiiriin. Piirissä ei ole enää komponentteja, vain yksi kondensaattori ja se on siinä (kuva 1).

Kuva 1 - Kondensaattori vaihtovirtapiirissä

Sen levyihin syötetään jonkin verran vaihtojännitettä U(t), ja jonkin verran virtaa kulkee sen läpi Se). Kun tiedät yhden, voit helposti löytää toisen. Tätä varten sinun tarvitsee vain muistaa edellinen artikkeli aiheesta AC kondensaattori, siellä puhuimme kaikesta tästä yksityiskohtaisesti. Oletetaan, että virta kondensaattorin läpi vaihtelee tällaisen sinimuotoisen lain mukaan

Viime artikkelissa tulimme siihen tulokseen, että jos virta muuttuu tämän lain mukaan, kondensaattorin jännitteen tulisi muuttua seuraavasti

Toistaiseksi emme ole tallentaneet mitään uutta, tämä kaikki on edellisen artikkelin laskelmien sananmukaista toistoa. Ja nyt on aika muuttaa niitä hieman, antaa niille hieman erilainen ilme. Tarkemmin sanottuna meidän on siirryttävä signaalien monimutkaiseen esitykseen! Muistatko, että tästä oli erillinen aihe? Siinä sanoin, että se on tarpeen joidenkin kohtien ymmärtämiseksi lisäartikkeleissa. On juuri tullut hetki, jolloin on aika muistaa kaikki nämä ovelat kuvitteelliset yksiköt. Tarkemmin sanottuna tarvitsemme nyt suuntaa antava kompleksiluvun kirjoittaminen. Kuten muistamme artikkelista sähkötekniikan kompleksiluvuista, jos meillä on muotoinen sinimuotoinen signaali

niin se voidaan esittää eksponentiaalisessa muodossa näin

Miksi näin on, mistä se tuli, mitä kirje tarkoittaa täällä - kaikesta on jo keskusteltu yksityiskohtaisesti. Toistaaksesi voit seurata linkkiä ja lukea kaiken uudelleen.

Sovelletaan nyt tätä monimutkaista esitystapaa kondensaattorin jännitekaavaamme. Saamme jotain tällaista

Nyt, herrat, haluaisin kertoa teille vielä yhdestä mielenkiintoisesta seikasta, joka olisi luultavasti pitänyt kuvata artikkelissa, joka käsittelee sähkötekniikan kompleksilukuja. Jotenkin unohdin sen kuitenkin silloin, joten katsotaanpa sitä nyt. Kuvitellaanpa se t = 0. Tämä johtaa ajan ja taajuuden jättämiseen pois laskelmista ja siirrytään ns monimutkaiset amplitudit signaali. Tämä ei tietenkään tarkoita, että signaali muuttuisi muuttuvasta vakioksi. Ei, se jatkaa edelleen muutosta sinisuuntaan samalla taajuudella. Mutta on aikoja, jolloin taajuus ei ole meille kovin tärkeä, ja silloin on parempi päästä eroon siitä ja työskennellä vain amplitudi signaali. Nyt on vain sellainen hetki. Siksi uskomme t = 0 ja saamme monimutkainen jänniteamplitudi

Avataan eksponenttisulut ja käytetään eksponentiaalisten funktioiden työskentelyn sääntöjä.

Meillä on siis kolme tekijää. Käsittelemme kaiken järjestyksessä. Yhdistetään kaksi ensimmäistä ja kirjoitetaan seuraava lauseke

Mitä me edes kirjoitimme? oikein, monimutkainen virran amplitudi kondensaattorin kautta. Nyt kompleksisen jännitteen amplitudin lauseke saa muodon

Tavoittelemamme tulos on jo lähellä, mutta yksi ei kovin miellyttävä eksponentiaalinen tekijä on vielä jäljellä. Mitä tehdä hänen kanssaan? Ja käy ilmi, että se on hyvin yksinkertaista. Ja taas artikkeli aiheesta kompleksiluvut sähkötekniikassa En turhaan kirjoittanut sitä. Muunnetaan tämä tekijä Eulerin kaavalla:

Kyllä, tämä koko hankala eksponentti, jonka eksponentissa on kompleksiluvut, muuttuu vain kuvitteelliseksi eksponentiksi, jota edeltää miinusmerkki. Olen samaa mieltä, tämän ymmärtäminen ei ehkä ole niin helppoa, mutta siitä huolimatta matematiikka sanoo sen olevan niin. Siksi tuloksena oleva kaavamme saa muodon

Ilmaistaan ​​virta tästä kaavasta ja tuodaan lauseke Ohmin lakia vastaavaan muotoon. Saamme

Kuten muistamme artikkeleita Ohmin laista, meidän tapauksessamme virta oli yhtä suuri kuin jännite jaettuna resistanssilla. Eli melkein sama täällä! No, paitsi että virtamme ja jännite ovat vaihtelevia ja ne esitetään monimutkaisilla amplitudeilla. Älä myöskään unohda, että virta kulkee kondensaattorin läpi. Siksi nimittäjässä esiintyvää lauseketta voidaan pitää muodossa kapasitiivinen kondensaattorin vaihtovirtavastus:

Kyllä, kondensaattorin vastuksen lauseke näyttää tältä. Se, kuten näette, kattava. Kirje osoittaa tämän j murtoluvun nimittäjässä. Mitä tämä monimutkaisuus tarkoittaa? Mihin se vaikuttaa ja mitä se näyttää? Ja hän näyttää, herrat, yksinomaan vaihesiirto 90 asteessa virran ja jännitteen välillä kondensaattorin yli. Virta on nimittäin 90 astetta jännitteen edellä. Tämä johtopäätös ei ole meille uutinen, kaikki tämä kuvattiin yksityiskohtaisesti edellisessä artikkelissa. Ymmärtääksemme tätä paremmin meidän on nyt mentävä henkisesti tuloksena olevasta kaavasta siihen hetkeen, jossa se on j nousi. Kun kiipeät, näet, että kuvitteellinen yksikkö j syntyi Eulerin kaavasta, koska siinä oli komponentti. Euler-kaavamme syntyi sinusoidin kompleksisesta esityksestä. Ja alkuperäisessä sinusoidissa oli täsmälleen 90 asteen virran vaihesiirto jännitteeseen nähden. Jotain tällaista. Näyttää siltä, ​​​​että kaikki on loogista, eikä mitään tarpeetonta ole ilmaantunut.

Nyt voi syntyä kaksi täysin loogista kysymystä: kuinka työskennellä tällaisen edustuksen kanssa ja mitä hyötyä siitä on? Ja yleensä, toistaiseksi on vain joitain villin abstrakteja kirjaimia, eikä ole ollenkaan selvää, kuinka ottaa ja arvioida tietyn kaupasta ostamamme ja piiriin kytketyn kondensaattorin resistanssi. Selvitetään se vähitellen.

Kuten jo sanoimme, kirje j nimittäjässä kertoo vain virran ja jännitteen vaihesiirrosta. Mutta se ei vaikuta virran ja jännitteen amplitudeihin. Vastaavasti jos emme ole kiinnostuneita vaiheensiirrosta, niin voimme jättää tämän kirjeen huomioimatta ja saada yksinkertaisemman ilmaisun täysin ilman monimutkaisuutta:

Mitä muuta voimme kertoa katsomalla tätä kaavaa? Esimerkiksi mitä Mitä korkeampi signaalitaajuus, sitä pienempi sen kondensaattorin vastus. Ja mitä suurempi kondensaattorin kapasitanssi on, sitä pienempi sen vastus vaihtovirralle.

Vastaavasti vastusten kanssa, kondensaattorien resistanssi mitataan edelleen ohmeina. Sinun tulee kuitenkin aina muistaa, että tämä on hieman erilainen vastus, sitä kutsutaan reaktiivinen. Ja se on erilainen ensisijaisesti siksi, että se on pahamaineinen j nimittäjässä, eli vaihesiirron vuoksi. "Tavalliset" (ns aktiivinen) Ohmia ei ole sellaista muutosta, jossa jännite on selvästi samassa vaiheessa kuin virta. Piirretään kaavio kondensaattorin resistanssista taajuuden funktiona. Otetaan varmuuden vuoksi kondensaattorin kapasitanssi kiinteäksi, vaikkapa 1 µF. Kaavio on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2 (napsautettava) - Kondensaattorin resistanssin riippuvuus taajuudesta

Kuvasta 2 nähdään, että kondensaattorin vaihtovirtavastus pienenee hyperbolalain mukaan.

klo taajuudella on tapana olla nolla(eli itse asiassa, koska vaihtovirta pyrkii ohjaamaan), kondensaattorin vastus pyrkii äärettömään. Tämä on loogista: me kaikki muistamme, että tasavirralla kondensaattori on itse asiassa avoin piiri. Käytännössä se ei tietenkään ole ääretön, vaan sitä rajoittaa kondensaattorin vuotovastus. Se on kuitenkin edelleen erittäin suuri ja sitä pidetään usein äärettömän suurena.

Haluaisin keskustella vielä yhdestä asiasta ennen kuin aloitan esimerkkien tarkastelun. Miksi ylipäätään kirjoittaa kirje? j vastustuksen nimittäjässä? Eikö riitä, että muistaa aina vaihesiirron ja käyttää tallenteessa numeroita ilman tätä kuvitteellista yksikköä? Osoittautuu, että ei. Kuvittelemme piiri, jossa vastus ja kondensaattori ovat läsnä samanaikaisesti. Oletetaan, että ne on kytketty sarjaan. Ja tässä kapasitanssin vieressä oleva kuvitteellinen yksikkö ei salli sinun yksinkertaisesti laskea yhteen aktiivisuutta ja reaktanssia yhdeksi reaaliluvuksi. Tällaisen ketjun kokonaisvastus on monimutkainen, ja se koostuu sekä todellisesta että kuvitteellisesta osasta. Todellinen osa johtuu vastuksesta (aktiivinen vastus), ja kuvitteellinen osa johtuu kapasitanssista (reaktanssi). Tämä kaikki on kuitenkin toisen artikkelin aihe, emme mene siihen nyt. Siirrytään esimerkkeihin.

Otetaanpa kondensaattori, jonka kapasiteetti on esim. C = 1 uF. Sen vastus on määritettävä taajuudella f1 = 50 Hz ja taajuudella f2 = 1 kHz. Lisäksi tulee määrittää virran amplitudi ottaen huomioon, että kondensaattoriin syötetyn jännitteen amplitudi on yhtä suuri kuin U m = 50 V. No, rakentaa kaavioita jännitteestä ja virrasta.

Itse asiassa tämä tehtävä on alkeellinen. Korvaamme luvut vastuksen kaavaan ja saamme taajuuden f1 = 50 Hz vastus yhtä suuri kuin

Ja taajuudelle f2 = 1 kHz tulee vastustusta

Ohmin lain avulla löydämme taajuuden virran amplitudin f1 = 50 Hz

Samoin toiselle taajuudelle f2 = 1 kHz

Nyt voimme helposti kirjoittaa muistiin virran ja jännitteen muutoksen lait ja myös piirtää kuvaajia näille kahdelle tapaukselle. Uskomme, että jännitemme muuttuu ensimmäisen taajuuden sinilain mukaan f1 = 50 Hz seuraavalla tavalla

Ja toiselle taajuudelle f2 = 1 kHz kuten tämä

ja taajuudelle f2 = 1 kHz

f1 = 50 Hz on esitetty kuvassa 3

Kuva 3 (napsautettava) - Kondensaattorin jännite ja kondensaattorin läpi kulkeva virta, f 1 =50 Hz

Taajuuksien virta- ja jännitekäyrät f2 = 1 kg ts on esitetty kuvassa 4

Kuva 4 (napsautettava) - Kondensaattorin jännite ja kondensaattorin läpi kulkeva virta, f 2 =1 kHz

Joten, herrat, tutustuimme tänään sellaiseen käsitteeseen kuin kondensaattorin vastus vaihtovirtaan, opimme laskemaan sen ja vahvistimme hankittua tietoa parilla esimerkillä. Siinä kaikki tältä päivältä. Kiitos kun luit, onnea kaikille ja hei!

Liity joukkoomme

Kondensaattorit, kuten vastukset, ovat radiotekniikan laitteiden lukuisimpia elementtejä. Kondensaattorien pääominaisuus on kyky kerätä sähkövarausta . Kondensaattorin pääparametri on sen kapasiteettia .

Mitä suurempi sen levyjen pinta-ala ja mitä ohuempi niiden välinen dielektrinen kerros on, sitä suurempi on kondensaattorin kapasitanssi. Sähköisen kapasitanssin perusyksikkö on farad (lyhennetty F), joka on nimetty englantilaisen fyysikon M. Faradayn mukaan. 1 F on kuitenkin erittäin suuri kapasiteetti. Esimerkiksi maapallon kapasiteetti on alle 1 F. Sähkö- ja radiotekniikassa käytetään kapasiteetin yksikköä, joka vastaa faradin miljoonasosaa, jota ns. mikrofarad (lyhennetty uF) .

Kondensaattorin kapasitanssi vaihtovirtaan riippuu sen kapasitanssista ja virran taajuudesta: mitä suurempi on kondensaattorin kapasitanssi ja virran taajuus, sitä pienempi sen kapasitanssi.

Keraamisilla kondensaattoreilla on suhteellisen pienet kapasitanssit - jopa useita tuhansia pikofaradia. Ne sijoitetaan niihin piireihin, joissa suurtaajuinen virta kulkee (antennipiiri, värähtelypiiri) niiden välistä viestintää varten.

Yksinkertaisin kondensaattori koostuu kahdesta sähkövirran johtimesta, esimerkiksi: - kahdesta metallilevystä, joita kutsutaan kondensaattorilevyiksi ja jotka on erotettu eristeellä, esimerkiksi: - ilma tai paperi. Mitä suurempi kondensaattorilevyjen pinta-ala ja mitä lähempänä toisiaan ne sijaitsevat, sitä suurempi on tämän laitteen sähköinen kapasitanssi. Jos kondensaattorilevyihin kytketään tasavirtalähde, syntyy lyhytaikaista virtaa tuloksena olevaan piiriin ja kondensaattori latautuu jännitteeseen, joka on yhtä suuri kuin virtalähteen jännite. Saatat kysyä: miksi virtaa esiintyy piirissä, jossa on eriste? Kun kytkemme virtalähteen kondensaattoriin, tuloksena olevan piirin johtimissa olevat elektronit alkavat liikkua kohti virtalähteen positiivista napaa muodostaen lyhytaikaisen elektronivirran koko piirissä. Tämän seurauksena kondensaattorin levy, joka on kytketty virtalähteen positiiviseen napaan, tyhjenee vapaista elektroneista ja varautuu positiivisesti, ja toinen levy on rikastunut vapailla elektroneilla ja siksi varautuu negatiivisesti. Kun kondensaattori on ladattu, lyhytaikainen virta piirissä, jota kutsutaan kondensaattorin latausvirraksi, pysähtyy.

Jos virtalähde irrotetaan kondensaattorista, kondensaattori latautuu. Dielektri estää ylimääräisten elektronien siirtymisen levyltä toiselle. Kondensaattorin levyjen välissä ei ole virtaa, ja sen keräämä sähköenergia keskittyy eristeen sähkökenttään. Mutta heti kun varautuneen kondensaattorin levyt on kytketty johonkin johtimeen, negatiivisesti varautuneen levyn "ylimääräiset" elektronit kulkevat tämän johtimen läpi toiselle levylle, josta ne puuttuvat, ja kondensaattori purkautuu. Tässä tapauksessa tuloksena olevaan piiriin syntyy myös lyhytaikainen virta, jota kutsutaan kondensaattorin purkausvirraksi. Jos kondensaattorin kapasitanssi on suuri ja se on ladattu merkittävään jännitteeseen, sen purkautumishetkeen liittyy merkittävä kipinä ja rätisevä ääni. Kondensaattorin ominaisuutta kerätä sähkövarauksia ja purkaa siihen kytkettyjen johtimien kautta käytetään radiovastaanottimen värähtelypiirissä.

Kondensaattori(alkaen lat. kondensaatti- "tiivis", "paksutettu" - kaksinapainen verkko, jolla on tietty kapasitanssiarvo ja alhainen johtavuus; laite sähkökentän varauksen ja energian keräämiseen. Kondensaattori on passiivinen elektroninen komponentti. Yksinkertaisimmassa muodossaan muotoilu koostuu kahdesta levynmuotoisesta elektrodista (ns vuoraukset), erotettu eristeellä, jonka paksuus on pieni verrattuna levyjen mittoihin (katso kuva). Käytännössä käytetyissä kondensaattoreissa on useita kerroksia eriste- ja monikerroksisia elektrodeja tai vuorottelevia eristeitä ja elektrodeja, jotka on rullattu sylinteriksi tai suuntaissärmiöiksi neljällä pyöristetyllä reunalla (käämityksen vuoksi). Tasavirtapiirissä oleva kondensaattori voi johtaa virtaa sillä hetkellä, kun se on kytketty piiriin (kondensaattori latautuu tai latautuu transienttiprosessin lopussa, kondensaattorin läpi ei kulje virtaa, koska sen levyt on erotettu toisistaan); dielektrinen. Vaihtovirtapiirissä se suorittaa vaihtovirtavärähtelyjä kondensaattorin syklisen latauksen kautta sulkeutuen ns. bias-virralla.

Kompleksisen amplitudimenetelmän näkökulmasta kondensaattorilla on monimutkainen impedanssi

,

Missä j - kuvitteellinen yksikkö, ω - syklinen taajuus ( rad/s) virtaava sinimuotoinen virta, f - taajuus sisään Hz, C -kondensaattorin kapasiteetti ( farad). Tästä seuraa myös, että kondensaattorin reaktanssi on yhtä suuri: . Tasavirralla taajuus on nolla, joten kondensaattorin reaktanssi on ääretön (ihannetapauksessa).

Kondensaattorin resonanssitaajuus on

klo f > f s Vaihtovirtapiirissä oleva kondensaattori käyttäytyy kuin kela. Siksi on suositeltavaa käyttää kondensaattoria vain taajuuksilla f< f s , jossa sen vastus on luonteeltaan kapasitiivinen. Tyypillisesti kondensaattorin maksimikäyttötaajuus on noin 2-3 kertaa pienempi kuin resonanssitaajuus.

Kondensaattori voi varastoida sähköenergiaa. Ladatun kondensaattorin energia:

Missä U - jännite (potentiaaliero), jolla kondensaattori on ladattu.

Tässä artikkelissa puhumme parametreista, kuten aktiivisuudesta ja reaktanssista.

Aktiivinen vastus

Ja emme aloita artikkelia reaktanssilla, kummallista kyllä, vaan yksinkertaisella ja rakastetulla radioelementillä - jolla, kuten sanotaan, on aktiivinen vastus. Sitä kutsutaan joskus myös ohminen. Kuten wikisanakirja kertoo, "aktiivinen on aktiivista, energistä, aloitteellista." Aktivisti on aina valmis repimään ja heittämään, myös yöllä. Hän on valmis antamaan TÄYSIN kaikkensa ja käyttämään kaiken energiansa yhteiskunnan hyväksi.

Sama voidaan sanoa muista kuormista, joilla on aktiivinen vastus. Nämä voivat olla erilaisia ​​​​lämmityselementtejä, kuten lämmityselementtejä, sekä hehkulamppuja.

Kuinka tarkastella virtaa piirissä oskilloskoopilla

Miten vastus eroaa kelasta ja kondensaattorista? On selvää, että toiminnot suoritettiin, mutta tämä ei rajoitu tähän. Joten katsotaanpa yksinkertaisinta piiriä koko elektroniikassa:

Kaaviossa näemme taajuusgeneraattorin ja vastuksen.

Katsotaan visuaalisesti, mitä tässä piirissä tapahtuu. Tätä varten tarvitsemme, kuten jo sanoin

Ja:

Sen avulla tarkastelemme jännitettä ja virtaa.

Mitä?

Nykyinen vahvuus?

Mutta oskilloskooppi on suunniteltu katsomaan jännitteen aaltomuotoa? Miten otamme huomioon nykyisen aaltomuodon? Ja kaikki osoittautuu yksinkertaiseksi). Muista vain shunttisääntö tehdäksesi tämän.

Niille, jotka eivät muista, muistutan. Meillä on tavallinen vastus:

Mitä tapahtuu, jos sen läpi kulkee sähkövirta?

Vastuksen päissä on jännitehäviö. Eli jos mittaat jännitteen sen päistä yleismittarilla, yleismittari näyttää jonkin arvon voltteina

Ja nyt pääkysymys: mikä määrittää jännitehäviön vastuksen yli? Ohmin laki tulee jälleen voimaan piirin osassa: I=U/R. Täältä U = IR. Näemme riippuvuuden itse vastuksen arvosta ja piirissä tällä hetkellä kulkevasta virrasta. Kuuletko sinä? VIRTAUKSEN VOIMASTA! Joten miksi emme hyödyntäisi tällaista upeaa ominaisuutta ja tarkastelemme virran voimakkuutta itse vastuksen yli olevan jännitehäviön kautta? Loppujen lopuksi vastuksemme arvo on vakio eikä melkein muutu virran voimakkuuden muutoksilla;-)

Tässä kokeessa meidän ei tarvitse tietää virran arvoa piirissä. Katsomme vain, mistä nykyinen voimakkuus riippuu ja muuttuuko se ollenkaan?

Siksi järjestelmämme on seuraavanlainen:

Tässä tapauksessa shuntti on vastus, jonka resistanssi on 0,5 ohmia. Miksi juuri 0,5 ohmia? Kyllä, koska se ei kuumene paljon, koska sillä on alhainen vastus, ja sen luokitus on aivan riittävä vapauttamaan siitä jännite.

Jännite on vielä poistettava generaattorista sekä shuntista oskilloskoopin avulla. Jos et ole unohtanut, otamme oskilogrammin piirin virranvoimakkuudesta shuntista. Punainen oskillogrammi on generaattorin jännite U geeni, ja keltainen oskillogrammi on jännite shuntista U sh, meidän tapauksessamme nykyinen vahvuus. Katsotaan mitä saamme:

Taajuus 28 hertsiä:

Taajuus 285 hertsiä:

Taajuus 30 kilohertsiä:

Kuten näet, taajuuden kasvaessa virran voimakkuus pysyy samana.

Pidetään hauskaa aaltomuodon kanssa:

Kuten näemme, virranvoimakkuus seuraa täysin jännitesignaalin muotoa.

Joten mitä johtopäätöksiä voimme tehdä?

1) Aktiivisen (ohmisen) resistanssin läpi kulkevalla virralla on sama muoto kuin jännitteen muodolla.

2) Aktiivivastuksen yli kulkeva virta ja jännite ovat samassa vaiheessa, eli minne jännite menee, niin virta kulkee. He liikkuvat vaiheessa, eli samanaikaisesti.

3) Kun taajuus kasvaa, mikään ei muutu (paitsi erittäin korkeilla taajuuksilla).

Kondensaattori AC-piirissä

No, laitetaan nyt kondensaattori vastuksen sijaan.

Katsotaanpa oskillogrammeja:

Kuten näette, kondensaattorilla on vastus, koska virtapiirissä oleva virta on vähentynyt merkittävästi. Huomaa kuitenkin, että keltaisessa oskilogrammissa, toisin sanoen nykyisessä oskillogrammissa, on tapahtunut muutos.

Muistakaamme lukion algebra. Joten kokonaisjakso T on 2P

Arvioidaan nyt, mikä vaihesiirto meillä on kaaviossa:

Jossain ympärillä P/2 tai 90 astetta.

Miksi se tapahtui? Kondensaattorin fyysinen ominaisuus on syyllinen. Sekuntien ensimmäisissä murto-osissa kondensaattori käyttäytyy kuin johdin, jolla on erittäin pieni vastus, joten virranvoimakkuus tällä hetkellä on suurin. Voit varmistaa tämän helposti, jos kytket kondensaattoriin terävästi jännitettä ja katsot ensimmäisellä hetkellä mitä tapahtuu virran voimakkuudelle

Punainen aaltomuoto on jännite, jonka syötämme kondensaattoriin, ja keltainen aaltomuoto on virta kondensaattoripiirissä. Kun kondensaattori latautuu, virta laskee ja saavuttaa nollaan, kun kondensaattori on latautunut täyteen.

Mihin taajuuden lisäys johtaa? Katsotaanpa:

50 hertsiä.

100 hertsiä

200 hertsiä

Kuten näet, taajuuden kasvaessa virtapiirissä kondensaattorin kanssa kasvaa.

Kondensaattorin reaktanssi

Kuten olemme nähneet aiemmasta kokemuksesta, taajuuden kasvaessa virta kasvaa! Muuten, vastus ei kasvanut. Eli tässä tapauksessa Ohmin laista käy ilmi, että kondensaattorin vastus riippuu taajuudesta! Kyllä, se kaikki on totta. Mutta sitä ei kutsuta vain vastustukseksi, vaan reaktanssi ja se lasketaan kaavalla:

Missä

X c - kondensaattorin reaktanssi, ohm

F - taajuus, Hz

C on kondensaattorin, Faradin, kapasitanssi

Induktori vaihtovirtapiirissä

No, nyt otetaan induktori kondensaattorin sijaan:

Suoritamme kaikki samat toiminnot kuin kondensaattorin kanssa. Katsomme oskilogrammeja piirissä induktorilla:

Jos muistat, saimme tämän oskilogrammin kondensaattorilla varustetussa piirissä:

Näetkö eron? Induktorissa virta on 90 astetta jäljessä jännitteestä, P/2, tai, kuten myös sanotaan, neljännekselle ajanjaksosta (koko meidän ajanjaksomme 2P tai 360 astetta).

Niin niin niin…. Kerätään ajatuksemme. Eli piirissä, jossa on vaihtuva sinimuotoinen virta, kondensaattorin virta johtaa jännitettä 90 astetta ja induktorissa virta on 90 astetta jäljessä jännitteestä? Kyllä se on oikein.

Miksi kelan virta on jäljessä jännitteestä?

Emme syvenny erilaisiin fysikaalisiin prosesseihin ja kaavoihin, pidämme yksinkertaisesti itsestäänselvyytenä, että virran voimakkuus ei voi kasvaa jyrkästi induktorissa. Tehdään tätä varten yksinkertainen kokeilu. Kondensaattorin tapaan syötämme jännitteen induktoriin jyrkästi ja katsomme, mitä virralle tapahtuu.

Kuten näette, kun jännite syötetään yhtäkkiä kelaan, virta ei yleensä kasva jyrkästi, vaan kasvaa vähitellen, tarkemmin sanottuna eksponentiaalisesti.

Muistetaan kuinka kävi kondensaattorin kanssa:

Kaikki on juuri päinvastoin! Voisi jopa sanoa, että käämi on kondensaattorin vastakohta ;-)

Ja lopuksi, pidetään hauskaa taajuuden kanssa:

240 kilohertsiä

34 kilohertsiä

17 kilohertsiä

10 kilohertsiä

Johtopäätös?

Taajuuden pienentyessä kelan läpi kulkeva virta kasvaa.

Induktorin reaktanssi

Yllä olevasta kokeesta voimme päätellä, että kelan vastus riippuu taajuudesta ja lasketaan kaavalla

Missä

X L - kelan vastus, ohm

P on vakio ja yhtä suuri kuin noin 3,14

F - taajuus, Hz

L - induktanssi

Missä

X L - kelan reaktanssi, ohm

P on vakio ja suunnilleen yhtä suuri kuin 3,14

F - taajuus, Hz

L - induktanssi, Henry

Miksi muuntajan ensiökäämi ei pala?

No, nyt pääkysymys, jota usein kysytään PM: ssä: "Miksi, kun mittaan muuntajan ensiökäämiä, saan 10 ohmia tai enemmän muuntajasta riippuen. Muuntajahitsauskoneissa on yleensä pari ohmia! Loppujen lopuksi muuntajan ensiökäämi tarttuu 220 volttiin! Miksi käämi ei pala, koska käämitysvastus on vain kymmeniä tai satoja ohmeja, ja se voi tapahtua!

Mutta todellakin teho on yhtä suuri kuin jännite kerrottuna virralla P=IU. Eli muutaman sekunnin kuluttua muuntajan ensiökäämistä pitäisi jäädä hiiltä.

Asia on siinä, että muuntajan parikäämit ovat kela, jolla on jonkinlainen induktanssi. Osoittautuu, että todellinen käämitysvastus ilmaistaan ​​kaavan kautta

laita tähän induktanssi, joka muuntajissa on Henryn yksiköstä ja saamme jotain 300 ohmia tai enemmän. Mutta kukkia ja marjoja on vielä tulossa ;-)

Tämän ilmiön selittämiseksi edelleen tarvitsemme oskillogrammimme induktorista:

Joten valitaan yksi piste siitä ja jaetaan se 4 osaan, eli 90 astetta kukin tai P/2.

Virta piirissä, jossa on reaktiivisia radioelementtejä

Aloitetaan vallan käsitteestä. Jos et ole unohtanut, teho on virta kerrottuna jännitteellä P=IU. Eli kauden ensimmäisellä neljänneksellä t1 Jännitteemme saa positiivisia arvoja ja virta on myös positiivinen. Plus plussalla antaa plussaa. Tämän vuosineljänneksen aikana energia virtaa lähteestä reaktanssiin.

Katsotaanpa nyt ajanjaksoa t2. Tässä virralla on plusmerkki ja jännitteellä miinusmerkki. Seurauksena on, että plus ja miinus ovat yhtä kuin miinus. Tuloksena on teho miinusmerkillä. Mutta tapahtuuko niin todella? Sitä tapahtuu silti! Tänä aikana reaktiivinen radioelementti vapauttaa varastoidun energian takaisin jännitelähteeseen. Paremman ymmärryksen saamiseksi katsotaanpa yksinkertaista jokapäiväistä esimerkkiä.

Kuvitellaanpa seppä työssä:

En tiedä millaista lapsuutesi oli, mutta salabonina otin lyijyä akuista ja litistin sen metallilevyiksi. Niin mitä mieltä olet? Johto kuumeni. Se ei todellakaan palanut, mutta oli lämmin kosketukseen. Eli iskuenergiani muutettiin lämmöksi, voisi jopa sanoa, hyödylliseksi energiaksi.

Mitä jos otat jousen VAZ:n jousista ja osut siihen?

Keväälle ei tapahdu MITÄÄN! Hän ei ole johtaja. Mutta... huomaa tämä: heti kun alamme "tasoittaa" jousta vasaralla, se alkaa puristaa. Ja niin hän puristi koko matkan ja... ampui ylöspäin ja otti mukanaan raskaan vasaran, joka oli juuri yrittänyt litistää häntä. Eli tässä tapauksessa energia palautettiin takaisin energialähteelle, eli takaisin sepälle. Näytti siltä, ​​että hän yritti litistää jousta, mutta jousi palautti energian takaisin puristamalla. Eli sepän ei tarvinnut enää nostaa raskasta vasaraa, koska jousi oli jo tehnyt sen hänen puolestaan.

Jousen puristuminen ja energian palautus sen avulla on negatiivinen teho. Tässä tapauksessa energia palautetaan takaisin lähteeseen. Se, onko tämä hyvä vai huono, on toinen tarina koko artikkelille.

Kolmannella ajanjaksolla t3 Sekä virralla että jännitteellä on miinusmerkki. Miinus miinukselle on plus. Eli reaktiivinen elementti imee taas energiaa, mutta t4, antaa sen jälleen pois, koska plus ja miinus antavat miinuksen.

Tämän seurauksena kokonaisenergiankulutuksemme on koko ajanjaksolla yhtä suuri?

Juuri niin, nolla!

Mitä siitä sitten tulee? Eikö kelasta ja kondensaattorista vapaudu energiaa? Se käy näin. Siksi piireissä ne ovat useimmiten kylmiä, vaikka ne voivat olla hieman lämpimiä, koska kelan ja kondensaattorin todelliset parametrit näyttävät täysin erilaisilta.

Todellisen induktorin vastaava piiri näyttää tältä:

Missä

RL on häviövastus. Tämä voi olla häviötä johtimissa, koska missä tahansa johdossa on vastus. Nämä voivat olla dielektrisiä häviöitä, ydinhäviöitä ja pyörrevirtahäviöitä. Kuten näette, koska vastus on olemassa, se tarkoittaa, että siihen voidaan vapauttaa tehoa eli lämpöä.

L on kelan todellinen induktanssi

C - välikapasitanssi.

Ja tässä on todellisen kondensaattorin vastaava piiri:

Missä

r on eristeen ja kotelon vastus levyjen välillä

C on kondensaattorin todellinen kapasitanssi

ESR - vastaava sarjavastus

ESI (ESL) - vastaava sarjainduktanssi

Täällä näemme myös parametreja, kuten r ja ESR, jotka näkyvät jopa paremmin korkeilla taajuuksilla ihovaikutuksen ansiosta. No, ja vastaavasti teho vapautuu heille, mikä johtaa pieneen, huomaamattomaan kuumenemiseen.

Yhteenveto

Vastuksessa on aktiivinen (ohminen) vastus. Induktorilla ja kondensaattorilla on reaktanssi.

Vaihtovirtapiirissä kondensaattorin virta johtaa jännitettä 90 astetta ja käämin virta on 90 astetta jäljessä.

Kelan vastus lasketaan kaavalla

Kondensaattorin resistanssi lasketaan kaavalla:

Vaihtovirtapiirissä tehoa ei vapaudu ihanteellisen reaktanssin yli.

Piireissä käytetään kondensaattoria vaihto- ja tasajännitekomponenttien erottamiseen, kun taas se johtaa korkeataajuisia signaaleja hyvin ja huonosti matalataajuisia. Tasavirtapiirissä sen impedanssin oletetaan olevan äärettömän suuri. Vaihtovirtaa varten kondensaattorin kapasitanssilla ei ole vakioarvoa. Siksi tämän arvon laskeminen on erittäin tärkeää erilaisten radioelektronisten laitteiden suunnittelussa.

yleinen kuvaus

Fyysisesti elektroninen laite - kondensaattori - koostuu kahdesta johtavasta materiaalista valmistetusta levystä, joiden välissä on dielektrinen kerros. Levyjen pinnalta poistetaan kaksi elektrodia, jotka on tarkoitettu kytkettäväksi sähköpiiriin. Rakenteellisesti laite voi olla erikokoinen ja -muotoinen, mutta sen rakenne pysyy ennallaan, eli johtavia ja dielektrisiä kerroksia on aina vuorotellen.

Sana "kondensaattori" tulee latinan sanasta "condensatio" - "kertyminen". Tieteellinen määritelmä sanoo, että varastointisähkölaite on kaksinapainen laite, jolle on tunnusomaista jatkuvat ja muuttuvat kapasitanssiarvot ja korkea vastus. Se on suunniteltu varastoimaan energiaa ja lataamaan. Kapasitanssin mittayksikkö on farad (F).

Kaavioissa kondensaattori on kuvattu kahtena suorana viivana, jotka vastaavat laitteen johtavia levyjä ja jotka on piirretty kohtisuoraan niiden keskikohtiin nähden piirretyillä segmenteillä - laitteen liittimillä.

Kondensaattorin toimintaperiaate on seuraava: kun laite on kytketty sähköpiiriin, sen jännitteen arvo on nolla. Tällä hetkellä laite alkaa vastaanottaa ja kerätä varausta. Piiriin syötettävä sähkövirta on suurin mahdollinen. Jonkin ajan kuluttua positiiviset varaukset alkavat kerääntyä laitteen toiseen elektrodiin ja negatiiviset varaukset toiseen.

Tämän prosessin kesto riippuu laitteen kapasitanssista ja aktiivisesta resistanssista. Napojen välissä oleva eriste estää hiukkasten liikkumisen levyjen välillä. Mutta tämä tapahtuu vain, kunnes virtalähteen potentiaaliero ja kondensaattorin liittimien jännite ovat yhtä suuret. Tällä hetkellä kapasiteetista tulee suurin mahdollinen ja sähkövirta on minimaalinen.

Jos jännitettä ei enää syötetä elementtiin, kun kuorma on kytketty, kondensaattori alkaa siirtää kertynyttä varausta siihen. Sen kapasiteetti pienenee ja piirin jännite- ja virtatasot laskevat. Toisin sanoen tallennuslaite itse muuttuu virtalähteeksi. Siksi, jos kondensaattori on kytketty vaihtovirtaan, se alkaa ajoittain latautua, eli luoda tietyn vastuksen piiriin.

Tallennuslaitteen tärkein ominaisuus on kapasiteetti. Latausaika riippuu siitä, kun laite on kytketty virtalähteeseen. Purkausaika liittyy suoraan kuormitusvastuksen arvoon: mitä suurempi se on, sitä nopeammin kertyneen energian vapautumisprosessi tapahtuu. Tämä kapasiteetti määritetään seuraavalla lausekkeella:

C = E*Eo*S / d, missä E on väliaineen suhteellinen dielektrisyysvakio (viitearvo), S on levyjen pinta-ala, d on niiden välinen etäisyys.

Kondensaattorin kokonaisresistanssi (impedanssi) vaihtosignaalille on kolmen komponentin summa: kapasitiivinen, resistiivinen ja induktiivinen reaktanssi. Kaikki nämä suuret on otettava huomioon suunniteltaessa muistielementin sisältäviä piirejä. Muutoin sähköpiirissä, asianmukaisella johdotuksella, kondensaattori voi käyttäytyä kuin kuristin ja on resonanssissa. Kaikista kolmesta suuresta merkittävin on kondensaattorin kapasitiivinen reaktanssi, mutta tietyissä olosuhteissa myös induktiivinen reaktanssi vaikuttaa.

Elementin impedanssi ilmaistaan ​​kaavassa Z = (R2 + (Xl-Xc) 2) ½, jossa

• Xl - induktanssi;
• Xс - kapasiteetti;
• R on aktiivinen komponentti.

Jälkimmäinen johtuu itseinduktion sähkömotorisen voiman (EMF) ilmestymisestä. Virran epäjohdonmukaisuus johtaa magneettivuon muutokseen, joka pitää itseinduktiivisen emf-virran vakiona. Tämä arvo määräytyy induktanssin L ja virtaavien varausten W taajuuden perusteella. Xl = wL = 2*p*f*L. Xc on kapasitiivinen reaktanssi, joka riippuu tallennuskapasiteetista C ja virran taajuudesta f. Xc = 1/wC = ½*p*f*C, missä w on ympyrätaajuus.

Kapasitiivisten ja induktiivisten arvojen eroa kutsutaan kondensaattorin reaktanssiksi: X = Xl-Xc. Kaavojen mukaan näet, että signaalin taajuuden f kasvaessa induktiivinen arvo alkaa dominoida ja sen pienentyessä kapasitiivinen arvo. Siksi jos:

• X > 0, elementillä on induktiivisia ominaisuuksia;
• X = 0, vain aktiivinen arvo on säiliössä;
• X< 0, в элементе проявляется ёмкостное сопротивление.

Aktiivinen vastus R liittyy tehohäviöihin, sen sähköenergian muuntamiseen lämpöenergiaksi. Reaktiivinen - energian vaihdolla vaihtovirran ja sähkömagneettisen kentän välillä. Siten kokonaisresistanssi voidaan löytää kaavalla Z = R +j*X, jossa j on imaginaariyksikkö.

Kapasitanssi

Prosessin ymmärtämiseksi sinun tulee kuvitella kondensaattori sähköpiirissä, jonka läpi vaihtovirta kulkee. Lisäksi tässä ketjussa ei ole muita elementtejä. Kondensaattorin läpi kulkevan virran arvo ja sen levyihin syötetty jännite muuttuvat ajan myötä. Kun tiedät minkä tahansa näistä arvoista, voit löytää toisen.

Vaihteleeko virta sinimuotoisen riippuvuuden mukaan I (t) = Im * sin (w*t+ f 0). Tällöin jännitettä voidaan kuvata muodossa U (t) = (Im/C*w) *sin (w*t+ f 0 -p/2). Kun otetaan huomioon kaavan signaalien välillä tapahtuva 90 asteen vaihesiirto, otetaan käyttöön kompleksisuure j, jota kutsutaan imaginaariyksiköksi. Siksi kaava virran löytämiseksi näyttää tältä I = U /(1/j*w*C). Mutta ottaen huomioon, että kompleksiluku ilmaisee vain jännitteen siirtymän suhteessa virtaan, eikä vaikuta niiden amplitudiarvoihin, se voidaan poistaa kaavasta, mikä yksinkertaistaa sitä merkittävästi.

Koska Ohmin lain mukaan resistanssi on suoraan verrannollinen piirin osan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen virtaan, muuttamalla kaavat, voit saada seuraavan lausekkeen:

• Xc = 1/w*C = ½*p*f*C. Mittayksikkö on ohmi.

On selvää, että kapasitiivinen reaktanssi ei riipu vain kapasitanssista, vaan myös taajuudesta. Lisäksi mitä korkeampi tämä taajuus, sitä vähemmän vastusta kondensaattori antaa sen läpi kulkevalle virralle. Kapasiteetin osalta tämä väite on päinvastainen. Siksi tasavirralla, jonka taajuus on nolla, taajuusmuuttajan vastus on äärettömän suuri.

Induktiivinen komponentti

Kun vaihtosignaali kulkee taajuusmuuttajan läpi, se voidaan esittää kelana, joka on kytketty sarjaan virtalähteen kanssa. Tälle kelalle on ominaista suurempi vastus AC-signaalipiirissä kuin tasavirtapiirissä. Nykyinen arvo tietyllä hetkellä löytyy muodossa I = I 0 * sinw.

Ottaen huomioon, että jännitteen U 0 hetkellinen arvo on päinvastainen kuin itseinduktion hetkellinen arvo EMF E 0, ja myös Lenzin sääntöä käyttäen, saadaan lauseke E = L * I, jossa L on induktanssi.

Siksi: U = L*w * I 0 *cosw*t = U 0 *sin (wt + p /2), ja virta on p /2 jäljessä jännitteestä. Ohmin lakia käyttämällä ja olettaen, että kelan vastus on w * L, saadaan kaava sähköpiirin osalle, jossa on vain induktiivinen komponentti: U 0 = I 0 / w * L.

Siten induktiivinen reaktanssi on yhtä suuri kuin Xl = w * L, se mitataan myös ohmeina. Tuloksena olevasta lausekkeesta voidaan nähdä, että mitä korkeampi signaalin taajuus, sitä vahvempi on vastus virran läpikulkua vastaan.

Laskuesimerkki

Kapasitiiviset ja induktiiviset reaktanssit ovat reaktiivisia, eli ne, jotka eivät kuluta tehoa. Siksi Ohmin laki piirin kapasitanssiosalle on muotoa I = U/Xc, jossa virta ja jännite kuvaavat tehollisia arvoja. Tästä syystä kondensaattoreita käytetään piireissä erottamaan paitsi tasa- ja vaihtovirrat myös matalat ja korkeat taajuudet. Lisäksi mitä pienempi kapasitanssi, sitä korkeammalle taajuudelle virta voi kulkea. Jos aktiivinen vastus on kytketty sarjaan kondensaattorin kanssa, niin piirin kokonaisimpedanssi saadaan Z = (R 2 +Xc 2) ½.

Kaavojen käytännön soveltaminen voidaan ottaa huomioon ongelmaa ratkaistaessa. Olkoon RC-piiri, joka koostuu kapasitanssista C = 1 μF ja resistanssista R = 5 kOhm. Tämän osan impedanssi ja piirivirta on selvitettävä, jos signaalin taajuus on f = 50 Hz ja amplitudi U = 50 V.

Ensinnäkin sinun on määritettävä AC-piirin kondensaattorin vastus tietyllä taajuudella. Korvaamalla tiedot kaavaan, huomaamme, että taajuudella 50 Hz vastus on

Xc = 1/ (2*p*F*C) = 1/ (2*3,14*50*1* 10-6) = 3,2 kOhm.

Ohmin lain avulla voit löytää virran: I = U/Xc = 50/3200 = 15,7 mA.

Jännitteen katsotaan olevan sinilain mukaan muuttuva, joten: U (t) = U * sin (2*p*f*t) = 50*sin (314*t). Vastaavasti virta on I (t) = 15,7* 10 −3 + sin (314*t+p/2). Saatujen tulosten avulla voit piirtää kaavion virrasta ja jännitteestä tällä taajuudella. Piiriosan kokonaisresistanssi saadaan Z = (5000 2 +3200 2)½ = 5 936 Ohm = 5,9 kOhm.

Näin ollen ei ole vaikeaa laskea kokonaisvastusta missä tahansa piirin osassa. Tässä tapauksessa voit käyttää myös ns. online-laskimia, joihin syötät lähtötiedot, kuten taajuuden ja kapasiteetin, ja kaikki laskelmat suoritetaan automaattisesti. Tämä on kätevää, koska kaavoja ei tarvitse muistaa ja virheen todennäköisyys on yleensä nolla.

Jossa vaihtovirtageneraattori tuottaa sinimuotoisen jännitteen. Analysoidaan peräkkäin, mitä piirissä tapahtuu, kun suljemme avaimen. Tarkastellaan alkuhetkeä, jolloin generaattorin jännite on nolla.

Jakson ensimmäisellä neljänneksellä generaattorin napojen jännite nousee nollasta alkaen ja kondensaattori alkaa latautua. Piiriin ilmestyy virta, mutta kondensaattorin ensimmäisellä lataushetkellä huolimatta siitä, että sen levyjen jännite on juuri ilmestynyt ja on edelleen hyvin pieni, piirissä oleva virta (latausvirta) on suurin. Kun kondensaattorin varaus kasvaa, virta piirissä pienenee ja saavuttaa nollan sillä hetkellä, kun kondensaattori on latautunut täyteen. Tässä tapauksessa kondensaattorilevyjen jännite, tiukasti generaattorin jännitettä seuraten, tulee tällä hetkellä maksimiksi, mutta päinvastaiseksi, eli suunnattu generaattorin jännitettä kohti.

Riisi. 1. Virran ja jännitteen muutos kapasitanssilla varustetussa piirissä

Näin ollen virta syöksyy suurimmalla voimalla varauksettomaan kondensaattoriin, mutta alkaa välittömästi laskea kondensaattorilevyjen täyttyessä varauksista ja laskee nollaan latautuen täyteen.

Verrataan tätä ilmiötä siihen, mitä tapahtuu veden virtaukselle putkessa, joka yhdistää kaksi toisiinsa yhteydessä olevaa astiaa (kuva 2), joista toinen on täynnä ja toinen tyhjä. Veden kulkua tukkivaa venttiiliä tarvitsee vain vetää ulos, jolloin vesi ryntää välittömästi vasemmasta astiasta korkealla paineella putkea pitkin tyhjään oikeaan astiaan. Kuitenkin heti vedenpaine putkessa alkaa vähitellen heiketä, johtuen tasojen tasoittamisesta astioissa, ja putoaa nollaan. Veden virtaus pysähtyy.

Riisi. 2. Vedenpaineen muutos kommunikaatioastioita yhdistävässä putkessa on samanlainen kuin virran muutos piirissä kondensaattorin latauksen aikana

Samoin virta virtaa ensin varaamattomaan kondensaattoriin ja heikkenee sitten vähitellen latautuessaan.

Jakson toisen neljänneksen alussa, kun generaattorin jännite alkaa aluksi hitaasti ja laskee sitten yhä nopeammin, ladattu kondensaattori purkautuu generaattoriin, mikä aiheuttaa purkausvirran piiriin. Generaattorin jännitteen pienentyessä kondensaattori purkautuu yhä enemmän ja purkausvirta piirissä kasvaa. Purkausvirran suunta tällä jakson neljänneksellä on päinvastainen kuin jakson ensimmäisen neljänneksen latausvirran suunta. Vastaavasti nykyinen käyrä, joka on ohittanut nollaarvon, sijaitsee nyt aika-akselin alapuolella.

Ensimmäisen puolijakson loppuun mennessä generaattorin ja kondensaattorin jännite lähestyy nopeasti nollaa, ja virtapiirissä oleva virta saavuttaa hitaasti maksimiarvonsa. Muistaen, että piirin virran suuruus on suurempi, mitä suurempi virtapiiriä pitkin siirretty varaus, tulee selväksi, miksi virta saavuttaa maksiminsa, kun kondensaattorilevyjen jännite ja siten kondensaattorin varaus, vähenee nopeasti.

Jakson kolmannen neljänneksen alussa kondensaattori alkaa latautua uudelleen, mutta sen levyjen napaisuus samoin kuin generaattorin napaisuus muuttuu päinvastaiseksi ja virta jatkaa virtaamista samaan suuntaan , alkaa laskea kondensaattorin latautuessa Jakson kolmannen neljänneksen lopussa, kun generaattorin ja kondensaattorin jännitteet saavuttavat maksiminsa, virrasta tulee nolla.

Jakson viimeisellä neljänneksellä jännite laskee nollaan, ja virta, joka muuttaa suuntaa piirissä, saavuttaa maksimiarvonsa. Tämä lopettaa jakson, jonka jälkeen alkaa seuraava, toistaen tarkalleen edellistä jne.

Niin, generaattorista tulevan vaihtojännitteen vaikutuksesta kondensaattoria ladataan kahdesti jaksossa (jakson ensimmäinen ja kolmas neljännes) ja puretaan kahdesti (jakson toinen ja neljäs neljännes). Mutta koska vuorottelua peräkkäin seuraa joka kerta lataus- ja purkausvirtojen kulkeminen piirin läpi, voimme päätellä, että .

Voit varmistaa tämän seuraavan yksinkertaisen kokeen avulla. Liitä 4-6 mikrofaradin kapasiteetin kondensaattori vaihtovirtaverkkoon 25 W:n sähkölampun kautta. Valo syttyy eikä sammu ennen kuin virtapiiri katkeaa. Tämä osoittaa, että vaihtovirta kulki piirin läpi kapasitanssin kanssa. Se ei kuitenkaan tietenkään kulkenut kondensaattorin eristeen läpi, vaan joka hetki edusti joko kondensaattorin varausvirtaa tai purkausvirtaa.

Kuten tiedämme, dielektrinen polarisoituu siihen sähkökentän vaikutuksesta, joka syntyy kondensaattorin latautuessa, ja sen polarisaatio katoaa, kun kondensaattori puretaan.

Tässä tapauksessa dielektri, jossa on esijännite, toimii eräänlaisena vaihtovirtapiirin jatkona ja katkaisee tasavirran piirin. Mutta siirtymävirta syntyy vain kondensaattorin eristeessä, joten virtaa ei tapahdu piirin läpi.

Kondensaattorin vaihtovirtavastus riippuu kondensaattorin kapasitanssin arvosta ja virran taajuudesta.

Mitä suurempi kondensaattorin kapasitanssi on, sitä suurempi varaus siirtyy piirin läpi kondensaattorin latauksen ja purkamisen aikana, ja näin ollen sitä suurempi virtapiirissä on. Virran kasvu piirissä osoittaa, että sen vastus on pienentynyt.

Siten, Kapasitanssin kasvaessa piirin vaihtovirtavastus pienenee.

Lisäys lisää piirin läpi siirtyvän varauksen määrää, koska kondensaattorin varauksen (sekä purkauksen) on tapahduttava nopeammin kuin matalalla taajuudella. Samanaikaisesti aikayksikköä kohti siirretyn varauksen määrän kasvu vastaa piirin virran kasvua ja siten sen vastuksen pienenemistä.

Jos vähennämme jotenkin vähitellen vaihtovirran taajuutta ja vähennämme virran vakioksi, niin piiriin kytketyn kondensaattorin resistanssi kasvaa vähitellen ja tulee äärettömän suureksi (avoin piiri) siihen mennessä, kun se ilmestyy.

Siten, Taajuuden kasvaessa kondensaattorin vaihtovirtavastus pienenee.

Aivan kuten käämin vastusta vaihtovirralle kutsutaan induktiiviseksi, kondensaattorin vastusta kutsutaan yleensä kapasitiiviseksi.

Täten, Kapasitanssi on sitä suurempi, mitä pienempi on piirin kapasitanssi ja sitä syöttävän virran taajuus.

Kapasitanssi on merkitty Xc:llä ja mitataan ohmeina.

Kapasitanssin riippuvuus virran taajuudesta ja piirikapasitanssista määritetään kaavalla Xc = 1/ωС, missä ω - ympyrätaajuus, joka on yhtä suuri kuin 2:n tuloπ f, C-kapasitanssi piirin faradeissa.

Kapasitiivinen reaktanssi, kuten induktiivinen reaktanssi, on luonteeltaan reaktiivinen, koska kondensaattori ei kuluta virtalähteen energiaa.

Kapasitanssin piirin kaava on I = U/Xc, missä I ja U ovat virran ja jännitteen teholliset arvot; Xc on piirin kapasitanssi.

Kondensaattorien ominaisuutta tarjota korkea vastustuskyky matalataajuisille virroille ja helposti päästää korkeataajuisia virtoja käytetään laajalti viestintälaitteiden piireissä.

Kondensaattorien avulla saavutetaan esimerkiksi tasavirtojen ja pientaajuisten virtojen erottaminen suurtaajuisista virroista, jotka ovat välttämättömiä piirien toiminnan kannalta.

Jos on tarpeen estää matalataajuisen virran reitti piirin suurtaajuiseen osaan, pieni kondensaattori kytketään sarjaan. Se tarjoaa erinomaisen vastustuskyvyn matalataajuisille virroille ja samalla siirtää helposti korkeataajuista virtaa.

Jos on tarpeen estää esimerkiksi suurtaajuisen virran pääsy radioaseman virtapiiriin, käytetään suurta kondensaattoria, joka on kytketty rinnan virtalähteen kanssa. Tässä tapauksessa suurtaajuusvirta kulkee kondensaattorin läpi ohittaen radioaseman virtapiirin.

Aktiivinen vastus ja kondensaattori vaihtovirtapiirissä

Käytännössä on usein tapauksia, joissa piiri on sarjassa kapasitanssin kanssa Piirin kokonaisresistanssi tässä tapauksessa määräytyy kaavan mukaan

Siten, aktiivisesta ja kapasitiivisesta vaihtovirtaresistanssista koostuvan piirin kokonaisresistanssi on yhtä suuri kuin tämän piirin aktiivisen ja kapasitiivisen resistanssin neliösumman neliöjuuri.

Ohmin laki pysyy voimassa tälle piirille I = U/Z.

Kuvassa Kuvassa 3 on käyrät, jotka kuvaavat virran ja jännitteen välisiä vaihesuhteita kapasitiivisen ja aktiivisen vastuksen sisältävässä piirissä.

Riisi. 3. Virta, jännite ja teho piirissä, jossa on kondensaattori ja aktiivinen vastus

Kuten kuvasta voidaan nähdä, virta ei tässä tapauksessa johda jännitettä neljännesjaksolla, vaan vähemmän, koska aktiivinen vastus on rikkonut piirin puhtaasti kapasitiivista (reaktiivista) luonnetta, mistä on osoituksena pienentynyt vaihe siirtää. Nyt piirin napojen jännite määritetään kahden komponentin summana: jännitteen u c reaktiivinen komponentti, joka menee voittamaan piirin kapasitanssin, ja jännitteen aktiivinen komponentti, joka voittaa aktiivisen resistanssinsa.

Mitä suurempi piirin aktiivinen vastus on, sitä pienempi vaihesiirto on virran ja jännitteen välillä.

Tehonmuutoskäyrä piirissä (ks. kuva 3) sai kahdesti jakson aikana negatiivisen etumerkin, mikä on, kuten jo tiedämme, seurausta piirin reaktiivisuudesta. Mitä vähemmän reaktiivinen piiri, sitä pienempi vaihesiirto virran ja jännitteen välillä ja sitä enemmän virtaa virtalähde kuluttaa.