Temos:
- Kondensatoriaus įvadas
- Kondensatoriaus veikimas
- Serijinis ryšys
- Lygiagretus ryšys
- Talpinis lygio jutiklis
- Kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo laikas (RC laikas)
- Kondensatoriaus įkrovimas (su žinomu įkrovimo laiku)
- Kondensatoriaus iškrovimas
- Kondensatoriaus įkrovimas (su žinoma galutine įtampa)
Kondensatoriaus įvadas:
Kondensatoriai naudojami elektros įrangoje, pvz., kompiuterių, televizorių ir radijo imtuvų spausdintinėse plokštėse, tačiau šiame puslapyje terminą „kondensatorius“ naudojame automobilių technologijoms. Automobilių technikoje kondensatorių galima rasti elektroniniuose filtruose, valdymo įrenginiuose, lygio matuokliuose, uždegimo ritėse ir relėse.
Kondensatorius kaupia energiją. Ši energija gali būti naudojama kaip radijo filtro trukdžių slopinimas (kondensatorius filtruoja tam tikrus dažnius, pvz., generatoriaus triukšmą), arba kaip vidinio apšvietimo išjungimo delsa. Uždarius duris, pamažu užgęsta vidinis apšvietimas. Taip pat išlyginami lygintuvų (diodų) įtampos svyravimai. Kondensatorius gali įkrauti ir iškrauti per trumpą laiką.
Kondensatoriaus veikimas:
Kondensatorius sudarytas iš 2 (dažniausiai metalinių) laidininkų, atskirtų dielektriku. Tai nelaidžios medžiagos, tokios kaip plastikas, arba vakuuminis.
Jei prie plokščių prijungiamas elektroninis įtampos šaltinis, abi plokštės bus įkraunamos. Kairė plokštė (su -) bus neigiamai įkrauta, o dešinė plokštė (su +) teigiamai.
Įkrovimo srovė sustoja, kai tik įtampos skirtumas tarp dviejų plokščių yra toks pat didelis, kaip įtampos šaltinio įtampos skirtumas. Šis įkėlimas užtrunka. Šį laiką galima apskaičiuoti. Tai aptariama vėliau puslapyje.
Įkrovimo srovė sustoja, kai tik įtampos skirtumas tarp dviejų plokščių yra toks pat didelis, kaip įtampos šaltinio įtampos skirtumas. Šis įkėlimas užtrunka. Šį laiką galima apskaičiuoti. Tai aptariama vėliau puslapyje.
Serijinis jungtis su kondensatoriais:
Kai kondensatoriai prijungti nuosekliai, visų kondensatorių įkrova yra vienoda
Lygiagretus sujungimas su kondensatoriais:
Kai kondensatoriai prijungti lygiagrečiai, visų kondensatorių įtampa yra vienoda.
Talpinis lygio jutiklis:
Šis pavyzdys yra apie lygio jutiklį automobilio dujų bake. Yra bendras dielektrikas.
Talpinio lygio matavimo principas pagrįstas kondensatoriaus talpos pokyčiu, kuris priklauso nuo lygio pokyčio (šiuo atveju kuro kiekio).
Benzinas nėra laidžioji medžiaga, todėl dėl laidumo tarp kondensatoriaus plokščių negali įvykti trumpasis jungimas, kaip, pavyzdžiui, su vandeniu.
Kondensatoriaus talpą galima nustatyti pagal formulę. Simbolių reikšmės yra tokios:
- C = talpa
- A = plokštės paviršius
- d = tarpas tarp plokščių
Nuotraukoje matyti, kad bake yra 40% benzino. Likę 60% yra garai. Pilka juosta yra talpinis kondensatorius su atstumu S (tarp plokščių). Pagal bendrą formulę galima nustatyti talpą, taigi ir bako lygį.
Faktai:
Dielektrinės konstantos:
ε0 (vakuumas) = 8,85 x 10-12 (galia iki neigiamos dvyliktosios)
εR benzinas = 2,0
εR garai = 1,18
Šio kondensatoriaus paviršiaus plotas (A) yra 200 mm² (ilgis x plotis). Atstumas tarp elektrodų (S) yra 1,2 mm
Kadangi bakas yra 100% pilnas, darome prielaidą, kad benzino dielektrinė konstanta (2,0) veikia visame kondensatoriaus paviršiuje (200 mm²). Kai bakas užpildytas nebe 100%, o 40% (kaip aukščiau esančiame paveikslėlyje), bendras kondensatoriaus paviršiaus plotas turi būti padalintas į procentus (40% ir 60%, kad būtų 100). Yra 40% benzino ir 60% garų. Todėl reikia sukurti 2 formules (C1 ir C2):
Formulės rodo, kad su 40% benzinu kondensatorius įkraunamas 1,18 pF, o su garais - 1,04 pF. Kadangi 40% ir 60% reikia sudėti, kad būtų 100%, taip pat reikia pridėti kondensatorių vertes.
Tai galima padaryti taip: 1,18 + 1,04 sudaro 2,22 pF.
Šis 2,22 pF perduodamas į bako matuoklį prietaisų skydelyje ir, be kita ko, ECU.
Skaičiuotuvas:
Užuot kaskart pačiam pildyti formulę, duomenis galima sutalpinti ir į skaičiuotuvą. Tada automatiškai apskaičiuojama kondensatoriaus talpa. Taip pat labai naudinga patikrinti apskaičiuotą atsakymą!
Spustelėkite žemiau esantį paveikslėlį, kad paleistumėte skaičiuotuvą. Tai atsidaro naujame lange:
Kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo laikas (RC laikas):
Pirmiausia paaiškinama Tau sąvoka:
Kai tik kondensatorius įjungiamas nuosekliai su rezistoriumi, kondensatorius bus įkraunamas tol, kol bus pasiekta įjungta įtampa (šaltinio įtampa arba akumuliatoriaus įtampa). Nustatyta, kad po 63,2 (Tau) kondensatorius įkraunamas iki 1% įjungtos įtampos. Esant 5, kondensatorius įkrautas 99,3%. (Teoriškai kondensatorius niekada nebus visiškai įkrautas iki 100%). Tai aiškiai parodo šis paveikslėlis:
Aukščiau pateiktame grafike parodytas kondensatoriaus įkrovimas. Esant t0, kondensatorius įsijungia ir įkraunamas esant t0 + 5.
Laike t0+ (x ašyje) kondensatorius turi lygiai 1 įkrovą, nes buvo įjungtas momentu t0. Y ašis rodo, kad tai yra 63,2% Uc. Laiku t0+5 kondensatorius įkrautas 99,3%.
Formulė = R x C apskaičiuoja kiekį (Tau).
Žemiau esančioje grandinėje yra 2 rezistoriai, nuosekliai sujungti vienas su kitu. Taigi bendra varža yra R1+R2. Tai sudaro 10+10=20k. (20 × 10^3). Padauginta iš C iš 10 mikrofaradų (10×10^-6) markių (200×10^-3) = 0,2.
Šis 0,2 turi būti įtrauktas į skaičiavimą vėliau.
R1 = 10 tūkst
R2 = 10 tūkst
C = 10 µ
Tiek varžos vertės, tiek kondensatoriaus talpa lemia kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo laiką. Greitis, kuriuo kondensatorius turi įkrauti ir išsikrauti, gali būti labai svarbus. Šis laikas turės būti labai trumpas, ypač mikroprocesorių grandinėse. Automobilio salono apšvietimo išjungimo delsa gali užtrukti ilgai. Bendra perjungimo laiko formulė yra tokia:
Uct reiškia įtampą tam tikru laiku. Šis laikas apskaičiuojamas pagal formulę. Uct 0 yra pradinė įtampa, nuo kurios prasideda įkrovimas arba iškrovimas. Uct ~ (begalybės ženklas) reiškia maksimalią įtampą, kurią galima pasiekti (tai yra taikoma įtampa / akumuliatoriaus įtampa). E reiškia e galią. Tai natūralus logaritmas. Tai eksponentinis skaičius. -(t1 – t0), padalytas iš τ (Tau), dabar yra laipsnio forma. Todėl jis taip pat turi būti išreikštas ir apskaičiuotas kaip e, pakeltą laipsniu -(t1 – t0), padalijus iš τ.
Po to seka + Uct ~. Tai taip pat taikoma įtampa / akumuliatoriaus įtampa.
Atlikus šį skaičiavimą, atsakymas bus pateiktas voltais (įtampa).
Kitoje pastraipoje pateikiamas grandinės pavyzdys:
Kondensatoriaus įkrovimas (su žinomu įkrovimo laiku):
Paveikslėlyje jungiklis uždarytas. Iš akumuliatoriaus per rezistorius teka srovė į kondensatorių. Norime apskaičiuoti įtampą, kai kondensatorius įkraunamas 200 milisekundžių (200 x 10^-3).
U = 10 v
R1 = 10 tūkst
R2 = 10 tūkst
C = 10 µF (mikrofaradas).
τ = R x C
τ = (10.000 10.000 + 0,000010 0,2) x XNUMX = XNUMX
τ = 200 x 10^-3
Formulės formoje tai tampa:
Nuo t0 iki t1 kondensatorius įkraunamas 6,3 voltais. Tai lygu 1τ (nes esant 1 kondensatorius įkrautas 63,2%). Po skaičiavimo grafika atrodys taip:
Kondensatoriaus iškrovimas:
Dabar mes ketiname iškrauti kondensatorių. Jungiklis diagramoje perkeliamas iš 1 padėties į 2 padėtį. Įtampos šaltinis (baterija) yra atjungtas nuo kondensatoriaus grandinės. Diagramoje abi kondensatoriaus pusės yra prijungtos prie žemės (per rezistorių R2). Dabar kondensatorius išsikraus. Vėlgi, varžos vertė ir kondensatoriaus talpa lemia iškrovimo laiką, kaip ir įkraunant. Tačiau dabar yra vienu pasipriešinimu mažiau (nes R1 nebėra toje pačioje grandinėje). Todėl išsikrovimo laikas dabar bus trumpesnis nei įkrovimo laikas:
Dabar dar kartą užpildome formulę, kad apskaičiuotume Tau:
τ = R x C
τ = 100.000 0,001 x XNUMX
τ = 100
Pagal formulę kondensatorius po 100ms išsikrauna iki 2,32 volto. Jei t1-t2 matuotume ne daugiau kaip 100 ms, o daugiau nei 200 ms, grafikas vėl būtų beveik 0 voltų. Įkrovimas užima daugiau laiko nei iškrovimas, nes iškraunant grandinėje yra 1 rezistorius, o ne kraunant, kur yra 2 rezistoriai sujungti nuosekliai. Iš esmės kondensatoriui prireiks daugiau laiko nei 200 ms, kad pasiektų 0 voltų. Jei jungiklis pasukamas atgal į 2 padėtį ties t1, kondensatorius iš karto vėl pradės krauti.
Tada iškrovos laikotarpį galime įrašyti į grafiką:
Kondensatoriaus įkrovimas (su žinoma galutine įtampa):
Įkraunant kondensatorių aukščiau pateiktame pavyzdyje, įkrovimo laikas (200 ms) buvo žinomas. Galutinę įtampą galima apskaičiuoti naudojant pradinės ir galutinės įtampos duomenis, įkrovimo laiką ir Tau skaičių. Tada kondensatorius po 200 ms buvo įkrautas 6,3 voltais.
Dabar priėjome prie situacijos, kai įkrovimo laikas nežinomas, bet galutinė įtampa jau duota. Patogumui naudojame tą patį pavyzdį;
(Rezistoriaus vertės ir kondensatoriaus tipas yra tokie patys, kaip ir pirmame pavyzdyje).
R1 = 10 tūkst
R2 = 10 tūkst
C = 10 µF (mikrofaradas).
τ = R x C
τ = (10.000 10.000 + 0,000010 0,2) x XNUMX = XNUMX
τ = 200 x 10^-3
Dabar norime sužinoti, kiek laiko (nuo t0 iki t1) reikia įkrauti kondensatorių iki 6,3 volto?
Įvedus žinomus duomenis į 1 eilės diferencialinės lygties formulę, atsakymo gauti iš karto neįmanoma. Formulė turi būti transformuota, nes -(t1 – t0) nežinoma ir iš esmės norime ją žinoti.
Paaiškinimas: Pirmiausia sudaroma pagrindinė formulė. Mes užpildome tai mums žinoma informacija. Kadangi norime žinoti laiką, kai įkrovimas yra 6,3 volto, tai įvedame formulės pradžioje. (t1 – t0) lieka parašytas taip.
Tada 10 v Uct~ padaliname iš 6,3 v formulės kairėje, o tai duoda atsakymą 3,7 v. Dabar +10 galima perbraukti.
Kitas žingsnis yra pašalinti -10 (e laipsnio skaičius). Padalijus -3,7 iš -10, tai panaikinama. Dabar kairėje formulės pusėje įvedame 0,37.
Dabar atėjo laikas panaikinti el. galią. Atvirkštinė e laipsnio vertė yra ln, natūralusis logaritmas (kaip ir atvirkštinė laipsnio šaknis).
Įvedus formulę skaičiuoklėje mygtuku ln, atsakymas yra -0,200. Kadangi = ženklo kairės ir dešinės pusės yra neigiamos, minuso ženklus galima ištrinti.
Atsakymas yra 200 ms. Taigi kondensatorius įkraunamas iki 200 volto per 6,3 ms. Tai teisinga, nes pirmą kartą skaičiuojant įkrovimo laiką tai buvo duota, su kuria reikėjo skaičiuoti 6,3 volto.
Pagal šią formulę taip pat galima apskaičiuoti laiką esant, pavyzdžiui, 3 voltams. Tada pakeiskite 6,3 voltus į 3 voltus, atimkite 10 voltų, padalykite iš -10 voltų, vėl padauginkite iš ln ir 200. 10^-3. Tada gaunamas 71 ms atsakas.
