Mga Paksa:
- Pagpapakilala ng kapasitor
- Ang pagpapatakbo ng kapasitor
- Koneksyon ng serye
- Parallel na koneksyon
- Capacitive level sensor
- Oras ng pag-charge at pagdiskarga ng kapasitor (oras ng RC)
- Pag-charge sa kapasitor (na may alam na oras ng pag-charge)
- Pagdiskarga ng kapasitor
- Nagcha-charge ang capacitor (na may alam na panghuling boltahe)
Panimula ng kapasitor:
Ang mga capacitor ay ginagamit sa mga de-koryenteng kagamitan tulad ng mga naka-print na circuit board ng mga computer, telebisyon at radyo, ngunit sa pahinang ito inilalapat namin ang terminong 'capacitor' sa teknolohiyang automotive. Sa teknolohiyang automotive, ang mga capacitor ay matatagpuan sa mga electronic na filter, mga control device, level meter, ignition coils at relays.
Ang isang kapasitor ay nag-iimbak ng enerhiya. Ang enerhiya na ito ay maaaring magsilbi bilang pagsugpo sa interference sa isang filter ng radyo (sinasala ng capacitor ang ilang partikular na frequency, gaya ng ingay ng alternator), o bilang isang pagkaantala ng switch-off sa panloob na pag-iilaw. Kapag nakasara ang pinto, dahan-dahang namamatay ang ilaw sa loob. Ang mga pagbabagu-bago ng boltahe ng mga rectifier (diodes) ay pinapakinis din. Ang kapasitor ay maaaring singilin at i-discharge sa maikling panahon.
Pagpapatakbo ng kapasitor:
Ang kapasitor ay binubuo ng 2 (karaniwan ay metal) na mga konduktor na pinaghihiwalay ng dielectric. Iyon ay isang non-conductive na materyal tulad ng plastic, o kung hindi man sa pamamagitan ng vacuum.
Kung ang isang elektronikong pinagmumulan ng boltahe ay inilapat sa mga plato, ang parehong mga plato ay sisingilin. Ang kaliwang plato (na may -) ay magiging negatibong sisingilin at ang kanang plato (na may +) ay magiging positibo.
Ang kasalukuyang nagcha-charge ay humihinto sa sandaling ang pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng dalawang plato ay kasinglaki ng pagkakaiba ng boltahe sa pinagmumulan ng boltahe. Ang paglo-load na ito ay tumatagal ng oras. Ang oras na ito ay maaaring kalkulahin. Ito ay sakop mamaya sa pahina.
Ang kasalukuyang nagcha-charge ay humihinto sa sandaling ang pagkakaiba ng boltahe sa pagitan ng dalawang plato ay kasinglaki ng pagkakaiba ng boltahe sa pinagmumulan ng boltahe. Ang paglo-load na ito ay tumatagal ng oras. Ang oras na ito ay maaaring kalkulahin. Ito ay sakop mamaya sa pahina.
Serye na koneksyon sa mga capacitor:
Sa mga capacitor na konektado sa serye, ang singil sa lahat ng mga capacitor ay pareho
Parallel na koneksyon sa mga capacitor:
Sa mga capacitor na konektado sa parallel, ang boltahe sa lahat ng mga capacitor ay pareho.
Capacitive level sensor:
Ang halimbawang ito ay tungkol sa level sensor sa tangke ng gas ng isang kotse. Mayroong nakabahaging dielectric.
Ang prinsipyo ng pagsukat ng antas ng capacitive ay batay sa pagbabago sa kapasidad ng kapasitor, na nakasalalay sa pagbabago sa antas (sa kasong ito ang dami ng gasolina).
Ang gasolina ay hindi isang conductive substance, kaya ang isang maikling circuit ay hindi maaaring mangyari sa pagitan ng mga plate ng kapasitor dahil sa pagpapadaloy, tulad ng magiging kaso sa tubig, halimbawa.
Ang kapasidad ng kapasitor ay maaaring matukoy gamit ang isang formula. Ang mga kahulugan ng mga simbolo ay ang mga sumusunod:
- C = kapasidad
- A = ibabaw ng plato
- d = espasyo sa pagitan ng mga plato
Ang larawan ay nagpapakita na ang tangke ay 40% na puno ng gasolina. Ang natitirang 60% ay singaw. Ang grey bar ay ang capacitive capacitor na may distansya S (sa pagitan ng mga plato). Ang pangkalahatang formula ay maaaring gamitin upang matukoy ang kapasidad at samakatuwid ang antas ng tangke.
Katotohanan:
Mga dielectric na pare-pareho:
ε0 (vacuum) = 8,85 x 10-12 (power sa negatibong ikalabindalawa)
εR gasolina = 2,0
εR singaw = 1,18
Ang surface area (A) ng capacitor na ito ay 200mm² (haba x lapad). Ang distansya sa pagitan ng mga electrodes (S) ay 1,2mm
Dahil ang tangke ay 100% puno, ipinapalagay namin na ang dielectric constant ng gasolina (2,0) ay gumagana sa kabuuang ibabaw ng capacitor (200mm²). Kapag ang tangke ay hindi na 100% puno, ngunit 40% (tulad ng sa larawan sa itaas), ang kabuuang lugar ng ibabaw ng kapasitor ay dapat nahahati sa mga porsyento (40% at 60% upang maging 100). Mayroong 40% para sa gasolina, at 60% para sa singaw. Samakatuwid, 2 formula ang dapat gawin (C1 at C2):
Ang mga formula ay nagpapakita na sa 40% na gasolina ang kapasitor ay sinisingil ng 1,18 pF at may singaw na 1,04 pF. Dahil ang 40% at 60% ay dapat idagdag nang magkasama upang makagawa ng 100%, ang mga halaga ng kapasitor ay dapat ding idagdag.
Magagawa ito bilang mga sumusunod: 1,18 + 1,04 ay gumagawa ng 2,22 pF.
Ang 2,22 pF na ito ay ipinapasa sa tank gauge sa dashboard at, bukod sa iba pang mga bagay, ang ECU.
Calculator:
Sa halip na punan ang formula sa bawat oras, ang data ay maaari ding ilagay sa calculator. Pagkatapos ay awtomatikong kinakalkula nito ang kapasidad ng kapasitor. Napaka-kapaki-pakinabang din upang suriin ang kinakalkula na sagot!
Mag-click sa larawan sa ibaba upang simulan ang calculator. Ito ay bubukas sa isang bagong window:
Oras ng pag-charge at pagdiskarga ng kapasitor (oras ng RC):
Una, ipinaliwanag ang konsepto ng Tau:
Sa sandaling ang isang kapasitor ay inilagay sa serye na may isang risistor, ang kapasitor ay sisingilin hanggang sa ang inilapat na boltahe (ang pinagmulan ng boltahe o ang boltahe ng baterya) ay maabot. Natukoy na ang kapasitor ay sisingilin sa 63,2% ng inilapat na boltahe pagkatapos ng 1 (Tau). Sa 5 ang kapasitor ay 99,3% na sisingilin. (Theoretically, ang kapasitor ay hindi kailanman ganap na sisingilin sa 100%). Nilinaw ito ng sumusunod na larawan:
Ang graph sa itaas ay nagpapakita ng pagsingil ng kapasitor. Sa t0 ang kapasitor ay bubukas at sinisingil sa t0 + 5.
Sa oras na t0+ (sa x-axis) ang kapasitor ay may eksaktong 1 singil, dahil ito ay nakabukas sa oras na t0. Ang Y-axis ay nagpapakita na ito ay 63,2% ng Uc. Sa oras na t0 + 5 ang kapasitor ay 99,3% na sisingilin.
Kinakalkula ng formula = R x C ang dami (Tau).
Sa circuit sa ibaba mayroong 2 resistors sa serye sa bawat isa. Ang kabuuang pagtutol ay R1+R2. Ginagawa nitong 10+10=20k. (20×10^3). I-multiply sa C ng 10 Microfarads (10×10^-6) ay nagiging (200×10^-3) = 0,2.
Ang 0,2 na ito ay dapat na ilagay sa pagkalkula sa ibang pagkakataon.
R1 = 10k
R2 = 10k
C = 10µ
Parehong ang mga halaga ng paglaban at ang kapasidad ng kapasitor ay tumutukoy sa oras ng pagsingil at pagdiskarga ng kapasitor. Ang bilis kung saan ang kapasitor ay dapat mag-charge at mag-discharge ay maaaring maging napakahalaga. Ang oras na ito ay kailangang maging napakaikli, lalo na sa mga microprocessor circuit. Ang pagkaantala ng switch-off ng interior lighting ng kotse ay maaaring tumagal ng mahabang panahon. Ang pangkalahatang formula ng mga oras ng paglipat ay ang mga sumusunod:
Ang Uct ay kumakatawan sa tensyon sa isang tiyak na oras. Ang oras na ito ay kinakalkula sa formula. Ang Uct 0 ay ang paunang boltahe, kung saan magsisimula ang pag-charge o pagdiskarga. Ang Uct ~ (sign for infinity) ay kumakatawan sa pinakamataas na boltahe na maaaring maabot (iyon ay ang inilapat na boltahe / boltahe ng baterya). Ang e ay kumakatawan sa e kapangyarihan. Ito ay isang natural na logarithm. Isa itong exponential number. Ang -(t1 – t0) na hinati ng τ (Tau) ay nasa power form na ngayon. Samakatuwid, dapat din itong ipahayag at kalkulahin bilang e itinaas sa kapangyarihan -(t1 – t0) na hinati sa τ.
Sinusundan ito ng + Uct ~. Ito rin ang inilapat na boltahe / boltahe ng baterya.
Kapag naisagawa na ang pagkalkula na ito, ang sagot ay ibibigay sa volts (boltahe).
Ang susunod na talata ay nagpapakita ng isang halimbawa na may isang circuit:
Pag-charge sa kapasitor (na may alam na oras ng pag-charge):
Sa figure ang switch ay sarado. Ang isang kasalukuyang dumadaloy mula sa baterya sa pamamagitan ng mga resistors patungo sa kapasitor. Gusto naming kalkulahin ang boltahe kapag ang kapasitor ay sinisingil para sa 200 milliseconds (200 x 10^-3).
U = 10 v
R1 = 10k
R2 = 10k
C = 10 µF (Microfarad).
τ = R x C
τ = (10.000 + 10.000) x 0,000010 = 0,2
τ = 200 x 10^-3
Sa form ng formula ito ay nagiging:
Mula t0 hanggang t1 ang kapasitor ay sinisingil ng 6,3 volts. Ito ay katumbas ng 1τ (dahil sa 1 ang kapasitor ay 63,2% na sisingilin). Pagkatapos ng pagkalkula, ang graph ay magiging ganito:
Pag-discharge ng kapasitor:
Ngayon ay ilalabas namin ang kapasitor. Ang switch sa diagram ay inilipat mula sa posisyon 1 hanggang sa posisyon 2. Ang pinagmumulan ng boltahe (ang baterya) ay naka-disconnect mula sa capacitor circuit. Sa diagram, ang magkabilang panig ng kapasitor ay konektado sa lupa (sa pamamagitan ng risistor R2). Ang kapasitor ay maglalabas na ngayon. Muli, ang halaga ng paglaban at ang kapasidad ng kapasitor ay tumutukoy sa oras ng paglabas, tulad ng nangyari noong nagcha-charge. Gayunpaman, mayroon na ngayong isang mas kaunting pagtutol (dahil ang R1 ay wala na sa parehong circuit). Samakatuwid, ang oras ng paglabas ay magiging mas maikli na ngayon kaysa sa oras ng pagsingil:
Ngayon punan namin muli ang formula upang kalkulahin ang Tau:
τ = R x C
τ = 100.000 x 0,001
τ = 100
Ayon sa formula, ang kapasitor ay pinalabas sa 100 volts pagkatapos ng 2,32ms. Kung susukatin natin ang t1-t2 hindi hihigit sa 100ms ngunit higit sa 200ms, ang graph ay muling magiging halos sa 0 volts. Ang pag-charge ay tumatagal ng mas maraming oras kaysa sa pag-discharge, dahil kapag naglalabas mayroong 1 risistor sa circuit, sa halip na kapag nagcha-charge, kung saan mayroong 2 resistor na konektado sa serye. Sa prinsipyo, ang kapasitor ay mangangailangan ng mas maraming oras kaysa sa 200ms upang maabot ang 0 volts. Kung ang switch ay ibabalik sa posisyon 2 sa t1, ang kapasitor ay magsisimulang mag-charge muli.
Pagkatapos ay maaari nating ilagay ang panahon ng paglabas sa graph:
Pagcha-charge ng kapasitor (na may alam na panghuling boltahe):
Kapag nagcha-charge sa capacitor sa halimbawa sa itaas, ang oras ng pag-charge (ng 200ms) ay kilala. Ang huling boltahe ay maaaring kalkulahin gamit ang data ng paunang at panghuling boltahe, ang oras ng pagsingil at ang bilang ng Tau. Ang kapasitor ay sinisingil pagkatapos ng 200 volts pagkatapos ng 6,3ms.
Ngayon ay dumating kami sa sitwasyon kung saan ang oras ng pagsingil ay hindi alam, ngunit ang huling boltahe ay naibigay na. Para sa kaginhawahan, ginagamit namin ang parehong halimbawa;
(Ang mga halaga ng risistor at uri ng kapasitor ay kapareho ng sa unang halimbawa).
R1 = 10k
R2 = 10k
C = 10µF (Microfarad).
τ = R x C
τ = (10.000 + 10.000) x 0,000010 = 0,2
τ = 200 x 10^-3
Ang gusto nating malaman ngayon ay, gaano karaming oras ang aabutin (mula t0 hanggang t1) upang ma-charge ang kapasitor sa 6,3 volts?
Sa pamamagitan ng pagpasok ng kilalang data sa formula ng 1st order differential equation, hindi posibleng makakuha ng sagot kaagad. Ang formula ay dapat na mabago, dahil -(t1 – t0) ay hindi alam at sa prinsipyo ay gusto nating malaman ito.
Paliwanag: Una ang pangunahing formula ay iginuhit. Pinupunan namin ito ng impormasyong alam namin. Dahil gusto naming malaman ang oras sa oras ng pagsingil na 6,3 volts, ipinasok namin ito sa simula ng formula. Ang (t1 – t0) ay nananatiling nakasulat nang ganito.
Pagkatapos ay hatiin natin ang Uct~ ng 10 v ng 6,3 v sa kaliwa ng formula, na nagbibigay ng sagot na 3,7 v. Maaari na ngayong i-cross out ang +10.
Ang susunod na hakbang ay alisin ang -10 (numero para sa kapangyarihan ng e). Sa pamamagitan ng paghahati ng -3,7 sa -10, kinansela ito. Ipasok namin ngayon ang 0,37 sa kaliwang bahagi ng formula.
Ngayon ay oras na upang alisin ang e-power. Ang kabaligtaran ng isang kapangyarihan ng e ay ang ln, isang natural na logarithm, (tulad ng kabaligtaran ng isang kapangyarihan ay ang ugat).
Sa pamamagitan ng pagpasok ng formula sa calculator na may ln button, ang sagot ay -0,200. Dahil ang kaliwa at kanan ng = sign ay negatibo, ang minus sign ay maaaring mabura.
Ang sagot ay 200 ms. Kaya ang kapasitor ay tumatagal ng 200 ms upang ma-charge sa 6,3 volts. Iyon ay tama, dahil sa unang pagkalkula ng oras ng pagsingil ay ibinigay ito, kung saan kailangang kalkulahin ang 6,3 volts.
Sa formula na ito ang oras sa, halimbawa, 3 volts ay maaari ding kalkulahin. Pagkatapos ay baguhin ang 6,3 volts sa 3 volts, ibawas ang 10 volts, hatiin ito sa -10 volts, i-multiply muli ito sa ln at sa 200. 10^-3. Ang isang tugon ng 71 ms ay ginawa.
