Bir kondansatör, en çok kullanılan elektronik bileşenlerden biridir. Plakaları boyunca statik voltaj (potansiyel fark) üreten bir elektrik yükü şeklinde enerji depolayabilme özelliğine sahiptir. Basitçe, bir kapasitör, küçük bir şarj edilebilir pile benzer. Bir kondansatör, iki iletken ya da metal plakalar yerleri paralel bir kombinasyonudur, ve elektrik olarak da iyi yalıtım (ayrıca tabaka ile ayrılır Dielektrik) mumlu kağıt, mika, seramik, plastik vb oluşan
Elektronikte bir kapasitörün birçok uygulaması vardır, bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir:
- Enerji Depolama
- Güç Koşullandırma
- Güç faktörü Düzeltmesi
- Filtrasyon
- Osilatörler
Şimdi, mesele bir kapasitörün nasıl çalıştığıdır ? Güç kaynağını kondansatöre bağladığınızda, yalıtım katmanı nedeniyle DC akımını bloke eder ve plakalar arasında elektrik yükü şeklinde bir voltaj bulunmasına izin verir. Yani, bir kapasitörün nasıl çalıştığını ve kullanımının veya uygulamasının ne olduğunu biliyorsunuz, ancak elektronik devrelerde bir kapasitörün nasıl kullanılacağını öğrenmelisiniz.
Elektronik Devrede Kondansatör Nasıl Bağlanır?
Burada size bir kondansatörün bağlantılarını ve ona bağlı etkisini örneklerle göstereceğiz.
- Seri Kondansatör
- Paralel Kondansatör
- AC Devresinde Kondansatör
Seri Devrede Kondansatör
Bir devrede, kapasitörleri yukarıdaki resimde gösterildiği gibi seri bağladığınızda, toplam kapasitans azalır. Serideki kapasitörlerden geçen akım eşittir (yani, i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Dolayısıyla, kapasitörler tarafından depolanan yük de aynıdır (yani Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), çünkü herhangi bir kapasitörün bir plakası tarafından depolanan yük, devredeki bitişik kapasitörün plakasından gelir.
Kirchhoff'un Gerilim Yasasını (KVL) devreye uygulayarak, V T = V C1 + V C2 + V C3 … denklemi (1)
Bildiğimiz gibi, Q = CV Yani, V = Q / C
Nerede, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Şimdi, yukarıdaki değerleri denkleme (1) koyarken
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Serideki n adet kondansatör sayısı için denklem
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Dolayısıyla, yukarıdaki denklem Seri Kapasitörler Denklemidir.
Nerede, C T = Devrenin toplam kapasitansı
C 1 … n = Kondansatörlerin kapasitansı
İki özel durum için Kapasitans Denklemi aşağıda belirlenir:
Durum I: Seri olarak farklı değere sahip iki kapasitör varsa, kapasitans şu şekilde ifade edilecektir:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Or, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… denklem (2)
Durum II: Seri olarak aynı değere sahip iki kapasitör varsa, kapasitans şu şekilde ifade edilecektir:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Veya, C T = C / 2
Seri Kapasitör Devresi Örneği:
Şimdi, aşağıdaki örnekte, her bir kapasitördeki toplam kapasitansı ve bireysel rms voltaj düşüşünü nasıl hesaplayacağınızı göstereceğiz.
Yukarıdaki devre şemasına göre, farklı değerlerle seri olarak bağlanmış iki kapasitör vardır. Bu nedenle, kapasitörlerdeki voltaj düşüşü de eşit değildir. Aynı değere sahip iki kapasitör bağlarsak, voltaj düşüşü de aynıdır.
Şimdi, toplam kapasitans değeri için denklem (2) 'deki formülü kullanacağız.
Yani, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Burada, C 1 = 4,7 uf ve C 2 = 1 uf C T = (4,7 uf * 1 uf) / (4,7 uf + 1 uf) C T = 4,7 uf / 5,7 uf C T = 0,824 uf
Şimdi, C 1 kapasitöründeki voltaj düşüşü:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
Şimdi, C 2 kapasitöründeki voltaj düşüşü:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
Paralel Devrede Kondansatör
Kondansatörleri paralel bağladığınızda, toplam kapasitans tüm kapasitörlerin kapasitansının toplamına eşit olacaktır. Çünkü tüm kondansatörlerin üst plakası ve alt plakası birbirine bağlıdır. Böylelikle birbirine dokunarak efektif plaka alanı da arttırılır. Bu nedenle, kapasite Alan ve mesafe oranı ile orantılıdır.
Kirchhoff'un Akım Yasasını (KCL) yukarıdaki devrede uygulayarak, ben T = ben 1 + ben 2 + ben 3
Bir kondansatörden geçen akım bildiğimiz gibi;
i = C (dV / dt) Yani, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Ve, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… denklem (3)
Denklemden (3), Paralel Kapasitans denklemi:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Paralel bağlanmış n adet kapasitör için yukarıdaki denklem şu şekilde ifade edilir:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Paralel Kapasitör Devresi Örneği
Aşağıdaki devre şemasında paralel bağlanmış üç kondansatör vardır. Bu kapasitörler paralel bağlandığından, eşdeğer veya toplam kapasite, bireysel kapasitansın toplamına eşit olacaktır.
C T = C 1 + C 2 + C 3 Burada, C 1 = 4.7 uf; C 2 = 1uf ve C 3 = 0.1uf Yani, C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
AC devrelerinde kondansatör
DC kaynağına bir kapasitör bağlandığında, kapasitör yavaş şarj olmaya başlar. Ve bir kapasitörün şarj akımı voltajı, besleme voltajına eşit olduğunda, tamamen şarj edilmiş durumda olduğu söylenir. Burada, bu durumda kondansatör, gerilim uygulandığı sürece bir enerji kaynağı olarak çalışır. Ayrıca kapasitörler, tamamen şarj olduktan sonra akımın içinden geçmesine izin vermez.
Yukarıda tamamen kapasitif devrede gösterildiği gibi kapasitöre her zaman AC voltaj verilir. Daha sonra kondansatör sürekli olarak her yeni voltaj seviyesine şarj olur ve deşarj olur (pozitif voltaj seviyesinde şarj olur ve negatif voltaj seviyesinde deşarj olur). AC devrelerindeki kapasitörün kapasitansı, devreye sağlanan giriş voltajının frekansına bağlıdır. Akım, devreye uygulanan voltaj değişim oranı ile doğru orantılıdır.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
AC Devresindeki Kondansatör için fazör diyagramı
Aşağıdaki görüntüde AC kapasitör için fazör diyagramını gördüğünüz gibi, akım ve gerilim sinüs dalgasında temsil edilmektedir. Gözlem yapıldığında, 0⁰'de gerilimin pozitif yönde sürekli artması nedeniyle şarj akımı tepe değerindedir.
Şimdi, 90⁰'de kapasitörden akım akışı yoktur çünkü besleme voltajı maksimum değere ulaşır. 180⁰'de gerilim yavaş yavaş sıfıra inmeye başlar ve akım negatif yönde maksimum değere ulaşır. Ve yine besleme voltajı minimum değerde olduğu için şarj 360⁰'de tepe değerine ulaşır.
Bu nedenle, yukarıdaki dalga formundan akımın gerilimi 90⁰ kadar yönlendirdiğini görebiliriz. Dolayısıyla ideal bir kapasitör devresinde AC geriliminin akımın 90⁰ gerisinde kaldığını söyleyebiliriz.
AC Devresinde Kondansatör Reaktansı (Xc)
AC giriş voltajının şu şekilde ifade edildiğini bildiğimiz gibi yukarıdaki devre şemasını düşünün:
V = V m Sin ağırlık
Ve kapasitör yükü Q = CV, Yani, Q = CV m Sin wt
Ve bir kapasitörden geçen akım, i = dQ / dt
Yani, 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 günah (wt + π / 2) = 1 dolayısıyla, ben m = wCV m V m / ben m = 1 / wC
Bildiğimiz gibi, w = 2πf
Yani, Kapasitif Reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
AC Devresinde Kapasitif Reaktans Örneği
diyagram
C = 2.2uf değerini ve V = 230V, 50Hz besleme gerilimini düşünelim.
Şimdi, Kapasitif Reaktans (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC Burada, C = 2.2 uf ve f = 50Hz Yani, Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10-6 Xc = 1446.86 ohm