AC kondansatör

ile devreyi kuralım kondansatör, burada alternatör sinüzoidal bir voltaj üretir. Anahtarı kapattığımızda devrede neler olacağını sırasıyla inceleyelim. Jeneratör voltajının sıfıra eşit olduğu ilk anı dikkate alacağız.

Dönemin ilk çeyreğinde jeneratör terminallerindeki voltaj sıfırdan başlayarak artacak ve kondansatör şarj olmaya başlayacaktır. Devrede bir akım görünecektir, ancak kapasitörün ilk şarj anında, plakalarındaki voltajın henüz ortaya çıkmasına ve hala çok küçük olmasına rağmen, devredeki akım (şarj akımı) en büyük olacaktır. . Kondansatörün yükü arttıkça devredeki akım azalır ve kondansatörün tam dolduğu anda sıfıra ulaşır. Bu durumda, kapasitörün plakalarındaki voltaj, kesinlikle jeneratörün voltajını takip eder, bu anda maksimum olur, ancak zıt işaretle, yani jeneratörün voltajına yönlendirilir.

Pirinç. 1. Kapasitanslı bir devrede akım ve gerilim değişimi

Bu şekilde, akım en büyük kuvvetle bir kapasitöre ücretsiz olarak akar, ancak kapasitörün plakaları yüklerle dolduğunda ve sıfıra düşerek tamamen şarj olduğunda hemen azalmaya başlar.

Bu fenomeni, biri dolu, diğeri boş olan birbiriyle bağlantılı iki kabı birbirine bağlayan bir borudaki su akışına ne olduğuyla karşılaştıralım (Şekil 2). Su, büyük bir basınç altında soldaki kaptan borudan boş sağdaki kaba aktığı için, kişinin yalnızca su yolunu tıkayan vanaya basması yeterlidir. Ancak hemen, kaplardaki seviyelerin eşitlenmesi nedeniyle borudaki su basıncı kademeli olarak zayıflamaya başlayacak ve sıfıra düşecektir. Su akışı duracaktır.

Pirinç. 2. İletişim damarlarını birbirine bağlayan borudaki su basıncındaki değişiklik, kondansatörün şarj edilmesi sırasında devredeki akımdaki değişikliğe benzer.

Benzer şekilde, akım önce şarj edilmemiş bir kapasitöre akar ve sonra şarj olurken kademeli olarak zayıflar.

Dönemin ikinci çeyreği başlarken, jeneratör voltajı önce yavaş başlayıp daha sonra hızla düştüğünde, yüklü kondansatör jeneratöre deşarj olacak ve devrede bir deşarj akımına neden olacaktır. Jeneratör voltajı düştükçe kondansatör daha fazla deşarj olur ve devredeki deşarj akımı artar. Dönemin bu çeyreğindeki deşarj akımının yönü, dönemin ilk çeyreğindeki şarj akımının yönünün tersidir. Buna göre sıfır değerini geçen akım eğrisi artık zaman ekseninin altında yer alıyor.

İlk yarım döngünün sonunda, jeneratör voltajı ve kondansatör voltajı hızla sıfıra yaklaşır ve devre akımı yavaş yavaş maksimum değerine ulaşır. Devredeki akımın değeri ne kadar büyükse, devrede taşınan yükün değeri o kadar büyük olduğu için, kondansatörün plakalarındaki voltaj ve dolayısıyla yük üzerindeki voltaj arttığında akımın neden maksimuma ulaştığı anlaşılacaktır. kapasitör, hızla azalır.

Dönemin üçüncü çeyreğinin başlamasıyla birlikte, kapasitör yeniden şarj olmaya başlar, ancak plakalarının polaritesi ve jeneratörün polaritesi değişir "ve tersi ve akım aynı şekilde akmaya devam eder. yönünde, kondansatör şarj olurken azalmaya başlar, periyodun üçüncü çeyreğinin sonunda, jeneratör ve kondansatör gerilimleri maksimuma ulaştığında akım sıfıra iner.

Dönemin son çeyreğinde azalan gerilim sıfıra düşer ve devrede yön değiştiren akım maksimum değerine ulaşır. Burada dönem sona erer, ardından bir sonraki başlar, bir öncekini tam olarak tekrar eder vb.

Böylece, jeneratörün alternatif voltajının etkisi altında, kapasitör dönem boyunca (dönemin birinci ve üçüncü çeyreği) iki kez şarj edilir ve iki kez (dönemin ikinci ve dördüncü çeyreği) boşalır. Ama birer birer değiştikleri için kondansatör şarjları ve deşarjları her seferinde şarj ve deşarj akımının devre boyunca geçişi ile birlikte, o zaman şu sonuca varabiliriz: alternatif akım.

Aşağıdaki basit deneyde bunu kontrol edebilirsiniz. 25 W ampul ile şebekeye 4-6 mikrofarad kapasitör bağlayın.Işık yanacak ve devre kesilene kadar sönmeyecektir. Bu, kapasitanslı devreden alternatif bir akımın geçtiğini gösterir. Tabii ki, kapasitörün dielektrikinden geçmez, ancak zamanın herhangi bir anında ya bir şarj akımını ya da bir kapasitörün deşarj akımını temsil eder.

Bildiğimiz gibi, dielektrik, kapasitör şarj edildiğinde ortaya çıkan bir elektrik alanının etkisi altında polarize olur ve kapasitör boşaldığında polarizasyonu kaybolur.

Bu durumda, içinde ortaya çıkan yer değiştirme akımına sahip dielektrik, devrenin bir tür devamı olarak alternatif akıma hizmet eder ve sabit için devreyi keser. Ancak yer değiştirme akımı yalnızca kapasitörün dielektrik içinde oluşur ve bu nedenle devre boyunca yük aktarımı gerçekleşmez.

Bir AC kapasitörün sunduğu direnç, kapasitörün kapasitansının değerine ve akımın frekansına bağlıdır.

Kapasitörün kapasitesi ne kadar büyük olursa, kapasitörün şarj edilmesi ve boşaltılması sırasında devre üzerindeki yük o kadar büyük olur ve buna bağlı olarak devredeki akım o kadar büyük olur. Devredeki akımın artması, direncinin azaldığını gösterir.

Bu nedenle kapasitans arttıkça devrenin alternatif akıma direnci azalır.

büyüyor akım frekansı Kondansatörün şarjının (ve deşarjının) düşük frekanstan daha hızlı gerçekleşmesi gerektiğinden, devrede taşınan yük miktarını artırır. Aynı zamanda, birim zamanda aktarılan yük miktarındaki bir artış, devredeki akımın artmasına ve dolayısıyla direncinin azalmasına eşdeğerdir.

Alternatif akımın frekansını bir şekilde kademeli olarak düşürürsek ve akımı doğru akıma düşürürsek, devreye dahil olan kapasitörün direnci kademeli olarak artacak ve görünene kadar (devreyi kırarak) sonsuz büyüyecektir. sabit akım devresi.

Dolayısıyla frekans arttıkça kondansatörün alternatif akıma direnci azalır.

Bir bobinin alternatif akıma karşı direnci endüktif olarak adlandırıldığı gibi, bir kapasitörün direnci de kapasitif olarak adlandırılır.

Bu nedenle, kapasitif direnç ne kadar büyükse, devrenin kapasitesi ve onu besleyen akımın frekansı o kadar düşüktür.

Kapasitif direnç, Xc olarak gösterilir ve ohm cinsinden ölçülür.

Kapasitif direncin akımın frekansına ve devrenin kapasitesine bağımlılığı, Xc = 1 /ωC formülü ile belirlenir; burada ω, 2πe ürününe eşit dairesel bir frekanstır, C devrenin kapasitesidir. faradlar.

Endüktif direnç gibi kapasitif direnç, kapasitör akım kaynağının enerjisini tüketmediğinden reaktif bir yapıya sahiptir.

formül Ohm Yasası kapasitif bir devre için I = U / Xc şeklindedir, burada I ve U - akım ve voltajın etkin değerleri; Xc, devrenin kapasitif direncidir.

Kondansatörlerin düşük frekanslı akımlara karşı yüksek direnç sağlama ve yüksek frekanslı akımları kolayca geçirme özelliği haberleşme teçhizatı devrelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kondansatörler yardımıyla, örneğin, devrelerin çalışması için gerekli olan sabit akımların ve düşük frekanslı akımların yüksek frekanslı akımlardan ayrılması sağlanır.

Devrenin yüksek frekans kısmında düşük frekanslı akımın yolunu kapatmak gerekirse, seri olarak küçük bir kapasitör bağlanır. Düşük frekanslı akıma karşı büyük direnç sunar ve aynı zamanda yüksek frekanslı akımı kolayca geçirir.

Örneğin radyo istasyonunun güç devresinde yüksek frekanslı akımın önlenmesi gerekiyorsa, akım kaynağına paralel bağlanmış büyük kapasiteli bir kapasitör kullanılır. Bu durumda, yüksek frekanslı akım, radyo istasyonunun güç kaynağı devresini atlayarak kapasitörden geçer.

AC devresinde aktif direnç ve kapasitör

Uygulamada, kapasitanslı bir seri devredeyken durumlar sıklıkla gözlenir. aktif direnç dahildir. Bu durumda devrenin toplam direnci formül ile belirlenir.

Bu nedenle, aktif ve kapasitif AC direncinden oluşan bir devrenin toplam direnci, bu devrenin aktif ve kapasitif direncinin karelerinin toplamının kareköküne eşittir.

Ohm yasası bu I=U/Z devresi için de geçerliliğini koruyor.

İncirde. Şekil 3, kapasitif ve aktif direnç içeren bir devrede akım ve gerilim arasındaki faz ilişkisini karakterize eden eğrileri göstermektedir.

Pirinç. 3. Kapasitörlü ve aktif dirençli bir devrede akım, gerilim ve güç

Şekilden görülebileceği gibi, bu durumda akım, voltajı çeyrek periyot kadar değil, daha az arttırır, çünkü aktif direnç, azaltılmış faz ile kanıtlandığı gibi, devrenin tamamen kapasitif (reaktif) doğasını ihlal eder. vardiya. Şimdi devre terminallerindeki voltaj, iki bileşenin toplamı olarak tanımlanır: gerilimin reaktif bileşeni, devrenin kapasitif direncini ve voltajın aktif bileşenini yenerek aktif direncini yenecektir.

Devrenin aktif direnci ne kadar büyük olursa, akım ve gerilim arasındaki faz kayması o kadar küçük olur.

Dönem boyunca iki kez devredeki güç değişiminin eğrisi (bkz. Şekil 3), zaten bildiğimiz gibi devrenin reaktif doğasının bir sonucu olan negatif bir işaret aldı. Devre ne kadar az reaktif olursa, akım ve gerilim arasındaki faz kayması o kadar küçük olur ve devrenin tükettiği akım kaynağı gücü o kadar fazla olur.

Ayrıca okuyun: Voltaj rezonansı