Scopri il ruolo vitale dei condensatori nei circuiti elettronici: scopri le loro varietà, applicazioni e significato nella gestione dell'energia.
Condensatore - Definizioni e panoramica
Il condensatore è una delle più importanti apparecchiature passive in grado di immagazzinare energie elettriche. È un dispositivo a due terminali. Capacità è noto come l'effetto del condensatore.
Le antiche forme di condensatore furono innovate negli anni 1704. Un esperimento europeo ha scoperto allora che la carica elettrica poteva essere riservata in un bicchiere pieno d'acqua. Più tardi nel 1745, Ewald Georg dalla Germania scoprì che i generatori elettrostatici ad alta tensione collegati in serie possono immagazzinare la quantità. In precedenza i condensatori erano noti come condensatori o condensatori. Alessandro Volta ha coniato il termine nel 1782. Il termine condensatore è nato nel 1926.
Esistono molti tipi di condensatori. I condensatori hanno almeno due conduttori sotto forma di una superficie piatta metallica separata da un materiale dielettrico. Il conduttore può essere un elettrolita, un foglio, una pellicola sottile, ecc. Il non conduttore è la sostanza dielettrica, aumentando la capacità di carica del condensatore. Materiali come: aria, film plastico, carta, mica, ceramica sono usati come dielettrici per il condensatore.
Quando una tensione esterna viene applicata ai terminali di un condensatore, viene prodotto un campo elettrico attraverso il materiale dielettrico. Pertanto, una carica positiva viene raccolta su una piastra e una quantità negativa viene raccolta su un'altra scala. I condensatori sono utilizzati in quasi tutti i circuiti elettrici ed elettronici. La differenza tra un resistore e un condensatore è che un resistore dissipa energia, mentre un condensatore ideale no.
Teoria di funzionamento
Come accennato in precedenza, un condensatore ha due conduttori separati da un mezzo dielettrico. Un condensatore funziona secondo il principio della legge di Coulomb. La legge di Coulomb afferma che:
Pertanto, una carica su un conduttore genererà la forza sul vettore dell'altro conduttore, che attira ulteriormente cariche di polarità opposta e increspa lo stesso tipo di cariche. È così che una carica di polarità opposta viene indotta sulla superficie dell'altro conduttore.
Entrambi i conduttori trattengono una quantità uguale di cariche e il materiale dielettrico sviluppa il campo elettrico.
Capacità e unità di capacità:
La capacità di un condensatore standard è definita come il rapporto di carica tra il conduttore e la tensione dei conduttori.
C = Q/V
C è la capacità, Q è la carica sulla superficie di ciascun conduttore e V è la tensione tra due conduttori.
L'unità SI di capacità è data da - Farad (F).
Una capacità di Farad è definita come la quantità di capacità che un condensatore può generare se un coulomb di carica viene applicato a ciascun conduttore avente un volt di tensione.
Nei dispositivi pratici, la capacità è data da –
C = dQ/dV
* La maggior parte dei condensatori disponibili sul mercato hanno capacità in micro-farad.
Un condensatore può comportarsi in modo diverso in momenti diversi se viene inserito in un circuito elettrico attivo. Il suo comportamento può essere caratterizzato da un tempo limite lungo e da un tempo limite breve.
L'equivalenza a lungo termine di un condensatore si comporta come una configurazione a circuito aperto (non passa corrente).
L'equivalente di breve durata dei condensatori si comporta come una configurazione di cortocircuito.
V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t Io (τ) dτ] + V (t0)
Prendendo i derivati, otteniamo -
I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]
Simbolo del condensatore
Sono disponibili diversi tipi di condensatori. Esistono anche diversi tipi di simboli per rappresentarli. Alcuni di essi sono rappresentati di seguito utilizzando i diagrammi. Sono molto utili per descrivere il circuito.
Un condensatore in un circuito CC
Parliamo di un circuito CC in cui un condensatore e un resistore sono tenuti in serie con una sorgente di tensione costante - V0.
Supponiamo che il condensatore fosse precedentemente scarico e che l'interruttore aperto sia chiuso all'istante t0.
Dalla legge sulla tensione di Kirchhoff possiamo scrivere:
Vo = VR (t) + vC (T)
VR (t) è la tensione attraverso il resistore "R" all'istante di tempo "t" e VC (t) è la tensione misurata attraverso il condensatore del circuito all'istante di tempo t.
Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t I (τ) dτ]
Prendendo il derivato su entrambi i lati, otteniamo -
RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0
Al tempo t, diciamo che è zero. La tensione del resistore è Vo e del condensatore è zero.
A quel tempo, la corrente sarebbe - Io = Vo / R. Ora risolvendo le equazioni differenziali -
Io (t) = (Vo / R) * e (-t /τ0)
V (t) = Vo (1 - e (-t /τ0))
τ0 = R.C.
Si riferisce a come la "costante di tempo" del circuito.
Un condensatore in un circuito CA.
In un circuito CA, il condensatore produce impedenza, che è la somma vettoriale di resistenza e reattanza. Le impedenze e la reattanza del condensatore sono date dalle seguenti espressioni.
Reattanza = X = - 1 / ωC = - 1 / 2πfC
Impedenza = Z = 1 / jωC = - j / ωC = -j /2πfC
Qui ω è il frequenza angolare; j è l'unità immaginaria.
L'impedenza dipende inversamente dalla capacità. L'aumento della capacità e della frequenza provoca una diminuzione dell'impedenza e viceversa.
Fattore Q:
Il fattore Q o fattore di qualità di un condensatore è definito come il rapporto tra reattanza e resistenza. Il fattore q è una misura dell'efficienza. La formula può essere scritta come -
D = Xc / R = 1 / CR
ω è la frequenza angolare, C è la capacità del condensatore, Xc è la reattanza e R è la resistenza equivalente.
Condensatore in serie
Lo schema rappresenta i condensatori nel collegamento in serie. Mostra che la distanza di separazione viene sommata al posto dell'area della piastra. La serie della capacità agisce come un condensatore inferiore a qualsiasi dei suoi componenti.
La capacità equivalente della connessione data, è -
1 / Ceq = 1 / Ci = 1/C1 + 1 / Do2 +… + 1 / Cn
Condensatori in parallelo
Il diagramma rappresenta i condensatori in collegamento in parallelo. Ad ogni condensatore viene applicata la stessa quantità di tensione. Qui vengono sommate le capacità dei condensatori. La connessione della capacità funge da sommatore.
La capacità equivalente è -
Ceq = Ci = C1 C +2 + ... + Cn
Tipi di condensatori
Esiste un numero enorme di tipi di condensatori, disponibili sul mercato in base a numerosi parametri di classificazione. Il tipo di materiale dielettrico, la confezione del dispositivo e la struttura delle piastre sono alcuni dei fattori determinanti per classificare i tipi di condensatori.
Materiale dielettrico
Quasi tutti i tipi di condensatori hanno una sostanza dielettrica. Le sostanze dielettriche sono poste tra due conduttori, la capacità di carica può essere aumentata. È meglio avere un materiale ad alta permettività o un'alta tensione di rottura come sostanza dielettrica.
Sono disponibili vari materiali dielettrici come: carta, plastica, mica, ceramica, vetro, aria, ecc.
Sulla base di materiali dielettrici, alcuni tipi di condensatori sono:
Esistono anche altri tipi, alcuni tipi di condensatori sono:
- Condensatore dipendente dalla tensione
- Condensatore dipendente dalla frequenza
- Condensatore a piastre parallele
- Condensatore di disaccoppiamento
Applicazioni dei condensatori
I condensatori sono uno dei dispositivi essenziali necessari per quasi tutti i circuiti elettrici. Ha numerose applicazioni in vari campi. Alcuni dei più importanti sono:
Di Energia
Un condensatore ha la proprietà di caricare e scaricare. Può immagazzinare energia quando è scollegato dalla fonte di ricarica. Utilizzando questa proprietà, i condensatori possono essere utilizzati come batteria o batteria ricaricabile.
I supercondensatori possono accettare ed erogare cariche più velocemente delle normali batterie e tollerare un numero più significativo di cicli di carica e scarica rispetto a una batteria ricaricabile standard. Ma è più ampio.
La quantità di carica immagazzinata nello strato dielettrico è uguale o maggiore della carica accumulata in una piastra di condensatore.
Potenza pulsata
I condensatori sono utilizzati nelle applicazioni di potenza pulsata. Qui vengono utilizzati principalmente gruppi di condensatori di grandi dimensioni, costruiti principalmente, ad alta tensione e bassa induttanza.
I banchi di condensatori vengono utilizzati anche negli alimentatori per produrre uscite uniformi nel raddrizzatore a semionda o onda intera. I condensatori del serbatoio possono essere utilizzati per caricare i circuiti della pompa.
Uso industriale
Questo aiuta a deviare e nascondere le fluttuazioni di corrente dalla sorgente primaria per garantire un'alimentazione pulita per i circuiti di controllo. Anche i circuiti audio utilizzano diversi condensatori.
Accoppiamento e disaccoppiamento di segnali
I condensatori trasmettono il segnale CA ma bloccano i segnali CC. Ecco perché i condensatori vengono utilizzati nella separazione dei circuiti CA. Il processo è riconosciuto come: accoppiamento CA o "accoppiamento capacitivo".
Un condensatore di disaccoppiamento protegge un'area del circuito dall'altra. Sono utilizzati nei terreni di alimentazione. Questi sono anche noti come condensatori di bypass. I condensatori di disaccoppiamento hanno applicazioni nella polarizzazione dei transistor.
Memorie
Le memorie digitali dinamiche per computer binari possono essere realizzate utilizzando condensatori.
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Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
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