Меню

Будет ли протекать в цепи ток если вместо источника эдс включить заряженный конденсатор

Занимательная радиотехника. Проходит ли ток через конденсатор?

Проходит электрический ток через конденсатор или не проходит? Повседневный радиолюбительский опыт убедительно говорит, что постоянный ток не проходит, а переменный проходит.

Это легко подтвердить опытами. Можно зажечь лампочку, присоединив ее к сети переменного тока через конденсатор. Громкоговоритель или телефонные трубки будут продолжать работать, если их присоединить к приемнику не непосредственно, а через конденсатор.

Конденсатор представляет собой две или несколько металлических пластин, разделенных диэлектриком. Этим диэлектриком чаще всего бывает слюда, воздух или керамика, являющиеся наилучшими изоляторами. Вполне естественно, что постоянный ток не может пройти через такой изолятор. Но почему же проходит через него переменный ток? Это кажется тем более странным, что такая же самая керамика в виде, например, фарфоровых роликов прекрасно изолирует провода переменного тока, а слюда прекрасно выполняет функции изолятора в паяльник ах, электроутюгах и других нагревательных приборах, исправно работающих от переменного тока.

Посредством некоторых опытов мы могли бы «доказать» еще более странный факт: если в конденсаторе заменить диэлектрик со сравнительно плохими изоляционными свойствами другим диэлектриком, который является лучшим изолятором, то свойства конденсатора изменятся так, что прохождение переменного тока через конденсатор будет не затруднено, а, наоборот, облегчено. Например, если включить лампочку в цепь переменного тока через конденсатор с бумажным диэлектриком и затем заменить бумагу таким прекрасным изолятором; как стекло или фарфор такой же толщины, то лампочка начнет гореть ярче. Подобный опыт позволит прийти к заключению, что переменный ток не только проходят через конденсатор, но что он к тому же проходит тем легче, чем лучшим изолятором является его диэлектрик.

Однако, несмотря на всю кажущуюся убедительность подобных опытов, электрический ток — ни постоянный, ни переменный — через конденсатор не проходит. Диэлектрик, разделяющий пластины конденсатора, служит надежной преградой на пути тока, каким бы он ни был — переменным или постоянным. Но это еще не означает, что тока не будет и во всей той цепи, в которую включен конденсатор.

Конденсатор обладает определенным физическим свойством, которое мы называем емкостью. Это свойство состоит в способности накапливать на обкладках электрические заряды. Источник электрического тока можно грубо уподобить насосу, перекачивающему в цепи электрические заряды. Если ток постоянный, то электрические заряды перекачиваются все время в одну сторону.

Как же будет вести себя в цепи постоянного тока конденсатор?

Наш «электрический насос» будет качать заряды на одну его обкладку и откачивать их с другой обкладки. Способность конденсатора удерживать на своих обкладках (пластинах) определенную разницу количества зарядов и называется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше электрических зарядов может быть на одной обкладке по сравнению с другой.

В момент включения тока конденсатор не заряжен — количество зарядов на его обкладках одинаково. Но вот ток включен. «Электрический насос» заработал. Он погнал заряды на одну обкладку и начал откачивать их с другой. Раз в цепи началось движение зарядов, значит в ней начал протекать ток. Ток будет течь до тех пор, пока конденсатор не зарядится полностью. По достижении этого предела ток прекратится.

Следовательно, если в цепи постоянного тока есть конденсатор, то после ее замыкания ток в ней будет течь столько времени сколько нужно для полного заряда конденсатора.

Если сопротивление цепи, через которую заряжается конденсатор, сравнительно невелико, то время заряда оказывается очень коротким: оно длится ничтожные доли секунды, после чего течение тока прекращается.

Иное дело в цепи переменного тока. В этой цепи «насос» перекачивает электрические заряды то в одну, то в другую сторону. Едва создав на одной обкладке конденсатора превышение количества зарядов по сравнению с количеством их на другой обкладке, насос начинает перекачивать их в обратно направлении. Заряды будут циркулировать в цепи непрерывно, значит в ней, несмотря на присутствие не проводящего ток конденсатора, будет существовать ток — ток заряда и разряда конденсатора.

От чего будет зависеть величина этого тока?

Под величиной тока мы понимаем количество электрических зарядов, протекающих в единицу времени через поперечное сечение проводника. Чем, больше емкость конденсатора, тем больше зарядов потребуется для его «заполнения», значит тем сильнее будет ток в цепи. Емкость конденсатора зависит от ве-, личины пластин, расстояния между ними и рода разделяющего их диэлектрика, его диэлектрической проницаемости. У фарфора диэлектрическая проницаемсклъ больше, чем у бумаги, поэтому при замене в конденсаторе бумаги фарфором ток в цепи увеличивается, хотя фарфор является лучшим изолятором, чем бумага.

Величина тока зависит также от его частоты. Чем выше частота, тем больше будет ток. Легко понять, почему это происходит, представив себе, что мы наполняем водой через трубку сосуд емкостью, например, 1 л и затем выкачиваем ее оттуда. Если этот процесс будет повторяться 1 раз в секунду, то по трубке в секунду будет проходить 2 л воды: 1 л в одну сторону и 1 л — в другую. Но если мы удвоим частоту^ процесса: будем наполнять и опорожнять сосуд 2 раза в секунду, то по трубке в секунду пройдет уже 4 л воды — увеличение частоты процесса при неизменной емкости сосуда привело к соответствующему увеличению количества воды, протекающей по трубке.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводк: электрический ток — ни постоянный, ни переменный — через конденсатор не проходит. Но в цепи, соединяющей источник переменного тока с конденсатором, течет ток заряда и разряда этого конденсатора. Чем больше емкость конденсатора и выше частота тока, тем сильнее будет этот ток.

Эта особенность переменного тока чрезвычайно широко используется в радиотехнике. На ней основано и излучение радиоволн. Для этого мы возбуждаем в передающей антенне высокочастотный переменный ток. Но почему же ток течет в антенне, ведь она не представляет собой замкнутую цепь? Он течет потому, что между проводами антенны и противовеса или землей существует емкость. Ток в антенне представляет собой ток заряда и разряда этой емкости, этого конденсатора.

  • 68
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Л. В. Кубаркин и Е. А. Левитин, Занимательная радиотехника, Госэнергоиздат, 1956.

Источник

Измерения в электрической цепи. Будет ли проходить в цепи постоянный ток если вместо источника эдс включить заряженный конденсатор

Амплитуда синусоидальной эдс равна 4 В, а начальная фаза 30°. Определить мгновенное значение эдс в момент t=0

Раздел 2. Вопросы на «4» и «5»

Какое значение напряжения показывает вольтметр переменного тока? Ответ: Мгновенное Что такое источник тока? Ответ: Источник ЭДС

Конденсатор в цепи постоянного тока

При подключении конденсатора к источнику постоянного тока под действием электрического поля на нижнюю обкладку движутся электроны. В следствии, явления электростатической индукции с верхней обкладки конденсатора заряды уходят к положительному выводу источника питания в цепи возникает ток – ток заряда по мере накопления зарядов в конденсаторе, растёт напряжение , а ток заряда уменьшается, и так, – конденсатор подключённый к источнику тока, заряжается до Uист.

Читайте также:  Как добыть постоянный ток

Конденсатор в цепи постоянного тока

Кратковременный ток в цепи называется ток заряда, а так как он существует короткое время, то говорят, конденсатор постоянный ток не пропускает.

Считается что конденсатор заряжается если напряжение на нём составляет 0,63 от Uист и это происходит за время равное Τ

Ес – ЭДС ёмкости

Τ заряда – постоянная времени заряда конденсатора в секундах

Одна секунда – 1с = 103мс = 106мкс =1012нс

Rзар – сопротивление в Омах

С – ёмкость в Фарадах

График заряда конденсатора

Разряд конденсатора через резистор

Работа конденсатора в цепи постоянного тока

Считается, что конденсатор разрядится если напряжение на нём составляет 0,37 от напряжения источника и это происходит за время Τ разряда.

Τразр = Rразр × С

График разряда конденсатора

Измерения в электрической цепи

В электрических цепях нам предстоит измерять три важнейших параметра: ток, напряжение и мощность.

Под режимом работы понимают числовые значение токов, напряжений и мощностей в схеме. Для измерения режима работы схемы в нее включают измерительные приборы.

Рис.3. Схема включения амперметра

Амперметр включается в цепь последовательно с участком, в котором нужно измерит ток. Другими словами амперметр включается в разрыв провода.

Сопротивление амперметра должно быть как можно меньше, а в идеале равно нулю. Если же сопротивление амперметра больше нуля, то его включение вызовет уменьшение тока в цепи, поскольку оно прибавится к сопротивлению резистора R? Что увеличит общее сопротивление цепи. Это означает, что включение прибора привело к изменению работы цепи, что недопустимо. Подключение измерительного прибора не должно влиять на работу цепи.

С током какой силы приходится сталкиваться в быту? Это легко определить по формуле,

Для расчёта необходимо знать мощность потребителя, а также помнить, что напряжение в бытовой электросети составляет 220В.

Так, для лампочки мощностью 100Вт, потребляемый ток равен:

Вольтметр подключается параллельно к участку, на котором нужно измерить напряжение. Как уже отмечалось, напряжение в наших домах и квартирах составляет 220 вольт. В высоковольтных линиях электропередач, которые можно увидеть в поле или в лесу, напряжение может составлять 6000 и более вольт. Но, в техники используются и более низкие напряжения. Например, напряжение питания сотового телефона составляет около четырёх вольт.

Рис.3. Схема включения вольтметра:

Сопротивление вольтметра должно быть как можно больше, а в идеале – быть бесконечно большим. В противном случае вольтметр покажет напряжение меньше, чем было в цепи до его подключения.

Попробуем разобраться в чем тут дело. Подключение вольтметра параллельно к резистору приводит к увеличению тока, потребляемого от источника ЭДС. В соответствии с графиком внешней характеристики (рис. 8), увеличение потребляемого тока приводит к уменьшению напряжения на нагрузке.

Для измерения потребляемой схемой мощности в схему включается ваттметр.

Рис.4. Схема включения ваттметра

В отличие от вольтметра и амперметра ваттметр имеет 4 вывода. Ваттметр должен реагировать на напряжение и на ток, что следует из формулы

Символом “*” (звёздочка) на схеме, и на самом приборе, обозначают генераторные зажимы. Они должны быть обращены в сторону генератора энергии, как и показано на рисунке.

Режимы работы источника ЭДС

Существуют три режима работы источника:

холостой ход (х.х),

режим короткого замыкания (к.з).

Рассмотри эти режимы.

Холостым ходом называется режим, когда к зажимам (клеммам) источника не подключена нагрузка (рис.5). В режиме холостого хода источник не отдает своей энергии потребителю и не производит полезной работы.

Примером источника, находящегося в режиме холостого хода является батарейка, к которой ничего не подключено. Режим х.х. безопасен для источника.

Единственная польза от этого режима состоит в том, что в режиме х.х. вольтметр покажет ЭДС источника. В записи это выглядит как формула: U=E.

Рис.5. Источник ЭДС в режиме холостого хода

Признаком режима холостого хода является ток в цепи, равный нулю. В самом деле, к зажимам источника нагрузка (потребитель энергии) не подключена (сравни с рис.1). Сопротивление между зажимами (клеммами) источника бесконечно велико. Следовательно, в соответствии с законом Ома, ток в цепи равен нулю.

Режимом нагрузки называется режим, при котором к источнику подключен потребитель. Источник отдаёт свою энергию нагрузке и в цепи протекает ток.

Рис.6. Источник ЭДС в режиме нагрузки

Признаком нагрузки является наличие тока в цепи. Есть ток — есть нагрузка, нет тока – холостой ход.

Когда проектируется любая схема, определяется номинальный (расчетный, нормальный) ток. Превышение этого тока называется перегрузкой. Режим перегрузки недопустим, т.к приводит к выходу из строя источника ЭДС.

Коротким замыканием называется режим, когда зажимы источника соединяются проводником, сопротивление которого равно нулю (рис.7). Короткое замыкание возникает из-за повреждения изоляции проводов или из-за персонала, допустившего ошибку при сборке электрической схемы.

Сравните схемы на рис. 7 и на рис. 6. На рис. 7 пунктиром показано ошибочное соединение. Термин «короткое замыкание» используется потому, что в этом случае ток проходит мимо нагрузки, по кратчайшему пути, возникшему вследствие повреждения изоляции или ошибки при сборке схемы.

Рис.7. Источник ЭДС в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание – это аварийный режим, опасный для источника ЭДС. В режиме короткого замыкания, когда сопротивление нагрузки R=0, ток в цепи многократно возрастает в соответствии с формулой:

Ток короткого замыкания превышает номинальный в 10 – 1000 раз. Проходящий по проводам ток выделяет в них теплоту, от чего провод нагревается. Количество теплоты определяется по формуле:

Видно, что количество теплоты зависит от тока в квадрате. При коротком замыкании ток сильно возрастает, провода и источник перегреваются, возможно возгорание. Поэтому короткое замыкание совершенно недопустимо.

Заметим, что если источник маломощный, то короткое замыкание не особенно опасно. Например, для пальчиковой батарейки. Она не может дать большой ток. При коротком замыкании батарейки она лишь немного нагреется и разрядится. Напротив, автомобильный аккумулятор способен создать ток силой в сотни ампер. Такой ток вызовет сильный нагрев проводов. Вероятность возгорания проводов при коротком замыкании очень велика.

Для защиты от последствий короткого замыкания применяются предохранители.

Простейшим типом предохранителя являются плавкие предохранители. В них находится тонкая проволочка, которая почти мгновенно плавится при резком увеличении тока. Цепь обрывается, короткое замыкание устранено. В схеме на рис.7 показан плавкий предохранитель F.

На каждом плавком предохранителе указан ток, который он выдерживает, не расплавляясь. Если предохранитель сгорел, его следует заменять точно таким же, предварительно найдя и устранив причину, вызвавшую срабатывание предохранителя.

Пример 2. Расчёт простейшей цепи в режиме короткого замыкания для источника ЭДС

Читайте также:  Все ленивцы в тока бока ворлд

Рассчитать величину тока короткого замыкания для пальчиковой батарейки и для автомобильного аккумулятора. Сделать вывод об опасности режима короткого замыкания.

Определить величину тока короткого замыкания для:

а) пальчиковой батарейки с параметрами: ,

б) автомобильного аккумулятора с параметрами: ,

Определим ток короткого замыкания для батарейки и для аккумулятора:

Как видим, для батарейки ток короткого замыкания невелик (1,5А) и не представляет опасности. Для аккумулятора этот ток достаточно велик (252А). Неизбежен сильный нагрев проводов, по которым проходит ток короткого замыкания. Возможно возгорание.

Пример 3. Расчёт простейшей цепи в режиме нагрузки

Найти напряжение в бортовой сети автомобиля в момент включения стартера, если ЭДС аккумулятора равно 12,6В, а его внутреннее сопротивление r0=0,05Ом. Стартер автомобиля потребляет 100 А.

1) В момент включения стартёра, он является нагрузкой для аккумулятора автомобиля. Найдём сопротивление стартёра (сопротивление нагрузки). Преобразовав закон Ома для полной цепи, запишем:

Найдем напряжение на нагрузке:

Результаты расчёта показывают, что в режиме нагрузки напряжение на аккумуляторе автомобиля существенно уменьшается. Причины этого рассмотрены ниже.

Помогите решить / разобраться (Ф)

Это равенство выполняется в каждый отдельный момент времени. Но величины, которые в него входят — переменные. Поэтому, их надо записать как функции от времени:

Это одно уравнение, связывающее две величины. Поэтому, мы ищем второе уравнение. Это уравнение конденсатора. Для конденсатора нам известно соотношение, связывающее заряд и напряжение на конденсаторе: Его можно продифференцировать, и получить соотношение, связывающее малую добавку заряда и малую добавку напряжения, если эту малую добавку заряда внести на конденсатор: (при дифференцировании, ёмкость считаем постоянной). Теперь это соотношение можно поделить на малое время, за которое на конденсатор вносится малая добавка заряда:А теперь заметим, что стоящая в левой части дробь — это, по сути, ток, втекающий в конденсатор. Итого:и мы нашли искомое второе уравнение.

Это уравнение — дифференциальное уравнение. В школе не учат решать линейные дифуры, но учат решать дифуры с разделяющимися переменными. Избавимся от второй неизвестной:и перенесём все в одну часть уравнения, а все — в другую часть (разрывая для этого дробь ):Теперь припишем знак интеграла слева и справа:Надо разобраться с пределами интегрирования. Интеграл по времени начинается в начальный момент времени и заканчивается в текущий момент времени (так обозначать не совсем хорошо, но сойдёт): А интеграл по напряжению на конденсаторе начинается с начального значения напряжения — в начальный момент времени, — и заканчивается напряжением в текущий момент времени. То есть, пишем вот так:В начальный момент времени конденсатор был разряжен, поэтому в нижнем пределе нуль. Это очень важный момент: у дифференциального уравнения будут разные решения при разных условиях.

Теперь надо взять интеграл. Слева преобразуем дифференциал: :Подставляя пределы:Справа всё намного проще:

Сводя всё обратно в уравнение, имеем:И теперь можно взять экспоненту от правой и левой части уравнения:

Вот это и будет, в итоге, поведение напряжения на конденсаторе: Нарисуйте график, и вы увидите, что вначале напряжение было а потом стремится к величине Но стремится асимптотически: конденсатор никогда не достигнет этого напряжения, а только будет к нему приближаться. Произведение называется постоянной времени, и за каждый промежуток времени, равный падение напряжения на сопротивлении будет уменьшаться в раз.

С одной стороны, физически довольно странно и неудобно, что напряжение никогда не станет таким, каким должно быть «в конце концов». С другой стороны, экспонента — функция, которая очень быстро приближается к своей асимптоте. Всего за время разница между экспонентой и «в конце концов» достигнет 0,005 %. Этого вы уже не различите обычными приборами. А что это за время? Если у нас обычные лабораторные компоненты, то сопротивление имеет порядок ом, а ёмкость — порядок микрофарад. Так что, весь процесс произойдёт за считанные микросекунды. Глазом вы его отследить не успеете.

И очень скоро разница, которую показывает математика, уйдёт за пределы точности измерения любых приборов, какие бы вы ни приготовили. Если вы будете стремиться добиться большей точности, то у вас постепенно потеряют смысл те формулы и приближения, с которых вы начинали, и на которые полагались. Например, нельзя будет считать ЭДС источника постоянной и стабильной величиной. Нельзя будет считать, что ток течёт непрерывно: он состоит из отдельных электронов. Нельзя будет пренебречь индуктивностью проводов. И так далее. Поэтому на практике нет смысла мучиться с таким расхождением математики и реальности. И обычно пользуются приближением, что через несколько постоянных времени процесс заканчивается в своём окончательном состоянии — можно даже взять погрешность в одну сотую или одну тысячную, обычно этого хватает.

Источник

Уровень -Уровень В

B1. Совокупность устройств, соединенных между собой последовательно и предназначенных для прохождения электрического тока называют…

B2. Данной формулой выражается …. ..источника.

B3. Впервые явления в электрических цепях глубоко и тщательно изучил ученый…

B4. Прибор для измерения электрического тока называется…

B5. Ёмкость конденсатора С=10 мкФ, напряжение на обкладках U=220В. Определить заряд конденсатора.

B6. Элемент электрической цепи, характеризующий способность накапливать электрические заряды называется……

B7. Часть цепи между двумя точками электрической цепи с последовательным соединением элементов называется…

B8. Сопротивление какой цепи определяется по формуле:

B9. Сила тока в проводнике прямо пропорционально … на концах проводника.

B10. Какую энергию потребляет из сети электрическая лампа за 2 ч, если ее сопротивление 440 Ом, а напряжение сети 220 В?

B11. 1 кВт равняется =

B12. Работу, по перемещению единичного заряда из точки поля в бесконечность называют…

B13. Условное обозначение какого элемента изображено на рисунке

B14. Лампа накаливания с сопротивлением R= 440 Ом включена в сеть с напряжением U=110 В. Определить силу тока в лампе.

B15. Положительные носители заряда называются……?

B16. Сколько в схеме узлов и ветвей?

B17. Величина, обратная сопротивлению называется…

B18. В чем измеряется Ёмкость конденсатора?

B19. Будет ли проходить в цепи постоянный ток, если вместо источника ЭДС – включить заряженный конденсатор?

B20. В цепи питания нагревательного прибора, включенного под напряжение 220 В, сила тока 5 А. Определить мощность прибора.

B21. В чем измеряется электрический ток?

B22. В чем измеряется количество теплоты, выделенное в нагревательном приборе

B23. В цепи при последовательном соединении элементов R, L, C возникает совпадение частот. Это явления называется…

B24. Чему равно частота промышленного тока в России…Гц?

B25. Ток, величина и направление, которого изменяются во времени называется …

B26. В цепи переменного тока на катушке индуктивности возникает ………. сопротивление.

B27. Особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда называют …

B28. Какая часть цепи охватывает: приемник, соединительные провода,

источник питания, пускорегулирующую аппаратуру.

Читайте также:  Индукция магнитного поля прямолинейного проводника кругового тока

B29. Какой закон для электрической цепи указан ниже?

B30. Какой прибор указан на рисунке?

B31. Конденсатор имеет электроемкость С=5 пФ. Какой заряд находится на каждой из его обкладок, если разность потенциалов между ними U=1000 В?

B32. Какая величина равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения?

B33. Единица измерения потенциала точки электрического поля…

B34. Элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления называется …

B35. Частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически совпадают называется …

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах

Общая концепция

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному.

Обозначается на схеме двумя параллельными линиями.
Что такое конденсатор

Принцип работы

Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.

Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.

Как работает конденсатор

Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.

Принцип работы конденсатора

Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.

Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.

По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.

Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.

Как работает конденсатор в схеме

А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.

Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.

Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.

Конденсатор и цепь постоянного тока

Конденсатор и постоянный ток

Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.

Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.

По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.

Принцип работы конденсатора в цепи постоянного тока

Лампочка затухает при полной зарядке.

Почему конденсатор не пропускает постоянный ток

Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.

Цепь с переменным током

А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.

Конденсатор и переменный ток

Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.

Как работает конденсатор при переменном токе

Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.

Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

  • Фильтрует высокочастотные помехи;
  • Уменьшает и сглаживает пульсации;
  • Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
  • Накапливает энергию;
  • Может использоваться как источник опорного напряжения;
  • Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.
Назначение конденсатора в схеме

Как работает конденсатор в схеме

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Зачем конденсатор нужен в усилителе

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Источник