Как повысить напряжение блока питания с 5 до 12 Вольт
У каждого дома наверняка валяется не один блок питания (зарядка) от различных моделей сотовых телефонов. Все они имеют выходное напряжение 5 В. Естественно, применить такой источник в хозяйстве можно, то порой столько целей нет, сколько есть в наличии таких источников с одинаковым напряжением. А можно ли как-то изменить напряжение этого блока? Тогда было бы больше возможностей его использовать.На самом деле сделать это довольно просто, так как все зарядки от телефонов плюс-минус имеют одинаковую схему.
Как изменить напряжение блока?
Выходное напряжение можно не только уменьшить, но у увеличь в пределах 3-15 В. И в крации сначала расскажу как. На плате каждого импульсного источника питания, преимущественно в центре, расположен трансформатор. Визуально он делит высоковольтную часть блока и низковольтную. Эти части гальванически развязаны, но имеют обратную связь через оптрон. На низковольтной части платы в цепи оптрона стоит стабилитрон, который как раз и отвечает за уровень выходного напряжения.
Если вам нужно понизить напряжение до 3 В, достаточно просто заменить стабилитрон и пользоваться, а вот если повысить, то тогда потребуется заменить выходной фильтрующий конденсатор на другой с более высоким напряжением.
Я думаю, концепция внесения изменений вам понятна. Перейдем к делу.
Детали
Для изменения напряжения, конкретно в этом источнике, понадобятся следующие наименования деталей:
- Стабилитрон 12 В.
- Конденсатор 470 мкФ 25 В.
Повышаем напряжение импульсного источника своими руками
Вскрываем корпус. Находим стабилитрон. Он всегда расположен в низковольтной части блока.
Также рядом расположен фильтрующий конденсатор.
Предварительно можно включить блок в сеть и проверить, но конечно это лучше сделать заранее, пока крышка закрыта.
Выпаиваем стабилитрон и конденсатор.
Вместо них впаиваем новые. Самое главное не ошибиться с полярностью.
Как все будет готово, можно проверять.
Получились немного завышенные значения. Можно попробовать подобрать стабилитрон на более низкое напряжение, но для этого блока и так сойдет. Так как там, где он будет использоваться, превышение на 1-2 Вольта совсем не критично.
Смотрите видео
Если у вас другой блок, скажем от ноутбука, и он построен по другой схеме, где используется микросхема-стабилизатор TTL431, и вы хотите поменять его напряжение, то читайте как это сделать тут — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/6059-kak-izmenit-vyhodnoe-naprjazhenie-bloka-pitanija-noutbuka.html
тест преобразователя на конденсаторах, обзор схемы и характеристик стабилизатора с RU7088R
Для чего он нужен с такими параметрами? В принципе можно и обойтись без него, повышающий трансформатор и диодный мост могут заменить этот прибор запросто.
1. Зарядка конденсаторов питания электромагнитных пушек.
2. Питание электронных устройств.
3. Испытания высоким напряжением
4. Борьба с хомяками
В данном обзоре я рассмотрю его применение в тестах китайских безродных электролитических конденсаторов.
Габариты: 60х50х22
Вес: 55 грамм
Сборка-пайка на четверочку, флюс кое-где не отмыт.
Силовой Переключающий элемент — RU7088R — MOSFET, 70V, 80A
Остальные микросхемы с заботливо потертыми производителем маркировками.
Вход защищен от переплюсовки автомобильным предохранителем на 10А.
Выходная мощность 40 Ватт (Пиковая 70 Ватт)
Максимальный ток 0,2 А
Ток покоя: 15 мА
Рабочая частота: 75 кГц
Алгоритм работы: Подаем на вход 8-32 В DC, подстроечным резистором выставляем требуемое напряжение на выходе.
(изменение входного напряжения в заданном диапазоне не влияет на выходное!)По факту при 8 вольтах преобразователь работает нестабильно. При 10 В нестабильно работает под нагрузкой. Нормально работает от 12 В и выше.
Выход Мин и Макс:
Перед тем, как перейти к экспериментам, напоминаю — на разных частях платы присутствует высокое напряжение, которое опасно для ваших любимых дорогостоящих приборов!
Купил я как-то парочку конденсаторов на Алиэкспресс и написал про них обзор: Алюминиевый электролитический конденсатор 2200 мкФ 450 В Hitachi или «Hitachi»
Собрал вот такой стенд на лоджии (благо там сейчас ремонт):
Для пущего эффекта разложил все равномерно вокруг конденсатора.
Подключил и токоизмерительные клещи, и термопару примотал изолентой к корпусу- я же серьезный исследователь. Камеру засунул в аквабокс.Подготовка
Экипировался в хоккейную ракушку, маску сварщика, в бандану из противопожарной кошмы (защитил все круглое), примотал к рукам палки для скандинавской ходьбы – манипуляторы, кнопки нажимать. Позвонил в МЧС: «Не спите». «Нет, не спим», — ответили в МЧС. «Это, вообще-то, не вопрос был, а пожелание.»
Включил, наблюдал в щелочку, напряжение росло. На электродах конденсатора, у меня-то нервы железные. За несколько секунд напряжение достигло максимума в 394 В, температура на корпусе электролита не менялась в течении 10 минут.
Т. е. конденсатор прошел тест на живучесть. Порадовался, но чувство легкого разочарования осталось…После выключения питания конденсатор довольно долго разряжается. Ускорение этого процесса с помощью металлического предмета приводит к вспышке, хлопку и порче металлического предмета.
Что можно и нужно измерить? Правильно – ток утечки при заданном напряжении. У меня максимально возможное 394 В, на нем и будем мерить.
У идеального конденсатора ток утечки стремится к нулю. В реальности все не так, поэтому смотрим в таблицу и выбираем оттуда значение, которое ток не должен превышать. Для моего конденсатора 2200 мкФ на 394 вольтах не более 5,5 мА.
Схема подключения приборов при измерении:
Методика измерения — замыкаете накоротко амперметр, полностью заряжаете конденсатор, контролируя напряжение вольтметром. После полного заряда размыкаете амперметр – он показывает ток утечки.
Если уверенны в своем амперметре, то можете его входы не замыкать, тогда еще и ток заряда посмотрите.Для испытуемого конденсатора ток утечки в норме. От этого он не стал японским, но его смело можно использовать.
Выводы:
Не знаю, годен ли обозреваемый в качестве источника питания, пульсации я осциллографом не смотрел, но заряжать конденсаторы, пытать шпионов и убивать хомяков данным устройством можно.
Плюсы:
+ работает
+ приличный изменяемый диапазон выходного напряжения
+ есть возможность выбора входного напряжения
Минусы:
— можно предъявить претензии к качеству пайки и отмывки платы. Не критично, но все же.
Если нужен источник высокого напряжения, можно брать.
Все своими руками Как увеличить напряжение сети 220В своими руками
Опубликовал admin | Дата 6 июля, 2016Падение напряжения в первичной сети 220 вольт является иногда очень серьезной проблемой в сельской местности, да и не только.
Начнем с простого, с нагревательной аппаратуры. Так как форма напряжения для нагревателей, не имеет ни какого значения, то поднять действующее (среднеквадратичное или эффективное) значение напряжения питания для них нет ни какой проблемы. Смотрим схемку.
Эта приставка напряжение сети (фиг.1) сперва выпрямляет (фиг.2), а потом за счет энергии, запасенной в конденсаторах, увеличивает эффективное напряжение, см. фигуру 3.
Выпрямительный мост можно использовать, как готовый, так и спаять из отдельных диодов. В сельской местности линии электропередачи воздушные и высоковольтные импульсные всплески напряжения не редкость, так что, выбирая элементы выпрямителя, обратите внимание на максимальное рабочее напряжение диодов.
Чем выше, тем лучше, в разумных пределах конечно. Рабочий ток диодов должен превышать ток нагрузки раза в 2 в 3. Емкость конденсаторов вам придется подобрать самим. Она зависит и от величины провала напряжения сети и от мощности вашего нагревателя. С этой приставкой будьте осторожны, если напряжение сети восстановится до нормы, то на ее выходе напряжение будет выше рабочего напряжения нагрузки. Величина превышающего напряжения зависит от величины емкости подключенных в данный момент конденсаторов. Отсюда и необходимый запас по току диодов. У меня такая приставка имеется для большого паяльника 100Вт в виде топора, для его быстрого разогрева.
Теперь про, например холодильник. Этому товарищу необходим переменный синус. Конечно, можно купить и автотрансформатор и стабилизатор. Но можно обойтись и простым трансформатором, так называемым
Из схемы видно, что последовательно с верхним проводом сети 220 вольт включена дополнительная обмотка трансформатора.
Если ее включить синфазно с сетью, то напряжения будут складываться (когда надо поднять напряжение), Если ее включить противофазно, то напряжение сети и напряжение на вторичной обмотке трансформатора будут вычитаться, это тот случай, когда напряжение надо уменьшить.
Как повысить напряжение сети, расчеты.
Теперь давайте немного посчитаем, хотя бы примерно. Допустим провал напряжения у вас тридцать вольт. Необходимый ток нагрузки равен пяти амперам. Отсюда следует, что нам необходима мощность 150Вт. С такое мощностью гарантированно справится трансформатор от старого лампового телевизора. Например, ТС-180.
Трансформатор ТС-180, ТС-180-2, ТС180-2В параметры скачать
Так, скачали данные, нашли ТС-180, Складываем все витки первичных обмоток, 375+58+375+58=866 витков. Находим число витков на один вольт 866/220 = примерно, 4 витка на вольт. Для получения необходимых нам 30В умножаем 30 на 4 = 120витков. По 60 витков на катушку (у ТС-180 их две).
Диаметр провода для пяти ампер равен 0,7 √I = 0,7√5 = 0,7∙2,236 ≈ 1,56 мм. Небольшие пояснения. Я всегда после разборки заводских трансформаторов увеличиваю число витков первичной обмотки, в первую очередь это связано с тем, что обратно собрать сердечник, как это делают в условиях производства, не удастся. Поэтому увеличение тока холостого хода (возможно в несколько раз из-за отсутствия ферронаполнителя в зазоре, т.к. сердечник разрезной) гарантировано. Да и броневой сердечник полностью не собрать, пластина 1,2,3, все равно останутся.
Вы, наверное, уже заметили, что через такой трансформатор можно питать двигатель мощностью один киловатт. В схеме нет тумблера для подключения нашего трансформатора. Он может коммутировать, как первичную обмотку трансформатора, но здесь будут потери из-за постоянно включенной в сеть вторичной обмотки, так переключать саму вторичную обмотку, но здесь будут потери из-за постоянно включенной первичной обмотки. Пока пишу этот текст, пришла в голову идея. Сейчас допишу и нарисую схему. Так вот, для коммутации трансформатора потребуется два переключателя или один с несколькими направлениями. Все теперь об идее, схему нарисовал. Смотрим схему.
И так, переключатель в нижнем положении, трансформатор добавляет напряжение. Переключатель в верхнем положении, первичная обмотка замкнута накоротко, значит и во вторичной обмотке короткое замыкание, а это ничто иное, что трансформатор исчез, осталось только активное сопротивление вторичной обмотки.
Тааа…к, родилась еще одна схема. Сейчас нарисую. Что же я раньше до этого не додумался, хотя в Сети, может быть, уже давно кто-то это нарисовал. Смотрим.
Если переключатели оба внизу или оба вверху, то трансформатора в цепи нет, в первичной обмотке режим КЗ, оставшееся активное сопротивление менее Ома. Теперь левый вверх, правый вниз – трансформатор, например, добавляет напряжение, а правый вверх левый вниз – убавляет. Ну, вот и все, может, кому это и пригодится. Успехов. К.В.Ю. Да, еще чуть, чуть. А если вместо переключателей применить Н-мост из полевых транзисторов, да еще микроконтроллер, следящий за уровнем сетевого напряжения, то можно, наверное, сделать стабилизатор переменного напряжения релейного типа с маленьким (относительно) трансформатором на большую (относительно) мощность. Кто бы только все это сделал. По крайней мере есть над чем подумать.
Скачать статью
Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».
Просмотров:12 673
Преобразователи напряжения на коммутируемых и модулируемых конденсаторах (13 схем)
Принцип работы преобразователей напряжения на коммутируемых конденсаторах основан на периодическом одновременном заряде группы конденсаторов, включенных параллельно или последовательно. В следующий рабочий цикл эти конденсаторы переключают, соответственно, в последовательную цепочку, либо параллельно. В первом случае преобразователь является повышающим; во втором понижающим. Коэффициент «трансформации» напряжения преобразователя равен числу переключаемых конденсаторов. Как и при использовании настоящего трансформатора с увеличением (понижением) выходного напряжения кратно и пропорционально с учетом потерь понижается (возрастает) выходной ток.
Для преобразования постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня Л. Г. Зотовым и А. А. Шориным в а. с. 756568 (СССР) была предложена схема бес-трансформаторного преобразователя (рис. 2.1 и 2.2).
Схема базового ключевого элемента преобразователя показана на рис. 2.1, общая схема устройства на рис. 2.2. Управление типовыми ключевыми элементами 1 осуществляется генераторами прямоугольных импульсов, работающими на частотах 30 и 80 кГц (рис. 2.2). При входном напряжении 160 б и токе потребления 170 мА на выходе преобразователя получено напряжение 24 В при токе нагрузки 1 А. КПД преобразователя составил 90%. Все устройство имело размеры 80x50x20 мм и удельную энергоемкость 300 Вт/дм3.
В преобразователе (рис. 2.3) для повышения КПД преобразования использована идея начального заряда последовательно соединенных конденсаторов от источника питающего напряжения с последующим их переключением в параллельную цепь.
Рис. 2.1. Схема базового элемента преобразователя.
Рис. 2.2. Схема преобразователя напряжения 160В/24 В.
Рис. 2.3. Схема преобразователя напряжения на переключаемых конденсаторах.
Очевидно, что КПД такого преобразователя тем выше, чем выше напряжение питания устройства, поскольку в области малых питающих напряжений будут заметно сказываться потери на коммутирующих элементах.
При питании устройства от аккумулятора напряжением 12,6 В на выходе получено стабилизированное напряжение 5 В при КПД 80% (ток нагрузки 1 А). Для переключения конденсаторов использован генератор управляющих импульсов, работающий на частоте 6,5 кГц.
Следует отметить, что схема, изображенная на рис. 2.3, в значительной мере является демонстрационной, предназначенной для ознакомления со способами преобразования напряжения, хотя при моделировании средствами Electronics Workbench 5.12 и показала результаты, близкие к заявленным. В первоисточнике [2.2] резисторы R2 R6 (рис. 2.3) отсутствуют (R2=R3=R4=R5=0; R6=бесконечность).
В качестве микросхемы DA1 возможно использование отечественного аналога К142ЕН5А(В).
Для повышения КПД устройства должны быть получены крутые фронты коммутирующих импульсов и приняты меры по снижению падения напряжения на транзисторных ключах.
Принцип действия следующего преобразователя также основан на начальном заряде нескольких конденсаторов, подключенных параллельно источнику питания. Затем эти конденсаторы переключаются в последовательную цепочку. Напряжения на них суммируются. В эту сумму входит и напряжение источника питания. Таким образом, при использовании двух конденсаторов на выходе может быть получено утроенное напряжение питания. На практике это значение несколько ниже, поскольку часть напряжения теряется на коммутирующих элементах, диодах.
Так, в схеме на рис. 2.4 при напряжении питания 5В на выходе получается напряжение 12 В при токе нагрузки 12 мА.
Аналог транзистора 2N3904 КТ375А(Б).
Параллельно-последовательный умножитель напряжения (рис. 2.5) работает по принципу одновременного заряда нескольких конденсаторов и последовательного разряда их на суммирующий конденсатор. Устройство является умножителем напряжения на три.
Рис. 2.4. Схема преобразователя напряжения на коммутируемых конденсаторах.
Рис. 2.5. Схема параллельно-последовательного умножителя напряжения.
Задающий мультивибратор, собранный на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2 (типовой блок 1, рис. 1.1, R1=R4=10 кОм R2=R3=47 кОм; С1=С2=0,01 мкФ транзисторы КТ201), формирует сигнал прямоугольной формы. Рабочую частоту генератора можно определить по приближенной формуле:
Для уменьшения выходного сопротивления генератора предназначен эмиттерный повторитель на транзисторах ѴТЗ и ѴТ4 (типовой блок 2, рис. 1.1, транзисторы ГТ321 и П307). Когда на
выходе каскада 2 напряжение равно 30 В, конденсатор С1 (рис. 2.5) заряжается через диод VD1. За это время заряжаются также конденсаторы С2 и СЗ через соответствующие диоды VD2 и VD3. При переключении каскада 2 на его выходе появляется нулевое напряжение. Напряжения на конденсаторах С1 и С2 откроют транзисторы ѴТ1 и ѴТ2. В результате конденсаторы С1 СЗ будут включены последовательно. Суммарное напряжение через диод VD4 будет приложено к конденсатору С4. Конденсатор С4 зарядится до утроенного напряжения источника питания. Поскольку вторая обкладка этого конденсатора подключена к питающему напряжению, то суммарное выходное напряжение будет превышать 100 В.
На выходе умножителя можно получить любое другое напряжение, увеличив число каскадов. Частота работы мультивибратора 1 выбирается с учетом постоянной времени заряда конденсаторов С2 и СЗ через резисторы R1 и R2.
При помощи устройств, изображенных на рис. 2.6 и 2.7 на выходе формирователей импульсов с различным числом каскадов элементов цепочки удается получить короткие импульсы длительностью порядка 20 не напряжением 2…3 кВ (рис 2.6) и 5. ..7,5 кВ (рис 2.7).
Рис. 2.6. Схема формирователя коротких импульсов напряжением 2…3 кВ.
Формирователь выполнен из цепочки однотипных узлов, состоящих из накопительных конденсаторов и тиристорных ключей (тиристоры КУ221Б, КУ224). Отдельные узлы соединены между собой отрезками линий длиной по 4 м, выполненных из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом. В начальный момент времени (все тиристоры закрыты) конденсаторы С1 С1п через резисторы R2 R2n и R3 R3п заряжены до напряжения питания (850 В).
Рис. 2.7. Схема формирователя коротких импульсов напряжением 5…7,5 кВ.
При подаче на вход формирователя импульса запуска происходит включение предварительно заряженных от источника питания конденсаторов С1 С1n в последовательную цепочку. На выходе формируется короткий импульс высокого напряжения.
Теоретически максимальная амплитуда импульса выходного напряжения должна быть равна nЕ, где Е напряжение питания. Однако в связи с тем, что тиристоры несколько отличаются друг от друга и включаются не одновременно, выходной импульс «размывается», идеального суммирования напряжений не происходит. Реально коэффициент умножения напряжения формирователей импульсов (рис. 2.6 и 2.7) примерно равен квадратному корню из 2n, где л число каскадов. После разряда конденсаторов тиристоры вновь закрываются, схема готова к запуску последующим управляющим импульсом.
В обобщенной форме вид преобразователей (рис. 2.8), реализующих принцип умножения напряжения на переключаемых конденсаторах. Это устройство содержит ряд одинаковых каскадов на тиристорах или иных элементах с S-образной вольтамперной характеристикой. Межкаскадные связи (С1 С1п) выполнены конденсаторами равной емкости. Напряжение питания схемы Е ниже напряжения пробоя тиристоров.
В исходном состоянии после включения напряжения питания все тиристоры заперты, конденсаторы С1 С1п заряжены до напряжения питания устройства.
При подаче на вход преобразователя импульса управления происходит цепная реакция переключения тиристоров из непроводящего состояния в проводящее. Все конденсаторы С1 С1п оказываются соединенными последовательно.
Рис. 2.8. Электрическая схема преобразователя с умножением напряжения на коммутируемых тиристорами конденсаторах.
Рис. 2.9. Умножитель напряжения Н. М. Катасонова.
Напряжения на них суммируются и на выходе формируется короткий импульс напряжения с амплитудой, приближающейся к значению nЕ.
Типовые значения длительности импульсов, генерируемых тиристорными формирователями, зависят от RC-параметров формирователя, вида нагрузки, марки тиристоров и составляют: длительность импульса 100…200 не, длительность фронта 5…20 нc. В ранних конструкциях преобразователей подобного рода вместо тиристоров широко использовали искровые разрядники или механические прерыватели.
Для умножения напряжения Н. М. Катасонов предложил схему устройства (рис. 2.9), позволяющего при включении ключевых элементов S1 S7 по определенному алгоритму заряжать конденсаторы С1 С4 от источника питания, а затем
соединять в последовательную цепочку. В соответствии с числом примененных в цепочке конденсаторов на выходе устройства формируется умноженное в п-раз напряжение.
Для преобразования напряжения высокого уровня в низковольтное был разработан понижающий преобразователь на переключаемых конденсаторах (рис. 2.10). В отличие от повышающих конденсаторных преобразователей, он работает наоборот: вначале заряжается длинная цепочка последовательно соединенных конденсаторов, затем они включаются параллельно. Таким образом получается подобие трансформатора: малый потребляемый ток в первичной цепи при большом напряжении и малое выходное напряжение при работе на нагрузку и большой ток. Разумеется, такому преобразователю присущи заметные потери, да и само устройство отличается повышенной сложностью, поэтому полная практическая схема устройства не приводится.
Рис. 2.10. Пример понижающего конденсаторного преобразователя напряжения.
Отдельный класс преобразователей с использованием конденсаторов с управляемой емкостью представляют собой устройства, рассмотренные ниже.
Достаточно оригинальный метод преобразования напряжения для питания варикапов предложил А. В. Топалов. У обычных потенциометров, применяющихся при регулировке напряжения на варикапах, перемещение движка по токопроводящему слою сопровождается неустойчивостью контакта, а то и обрывом соединения. В этой связи в работе было предложено для получения питающего варикапы напряжения использовать высокочастотный генератор, нагруженный на повышающий трансформатор, к выходу которого подключен регулируемый емкостной делитель напряжения, выпрямитель и фильтр (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Пример схемы преобразователя напряжения для питания варикапов.
Рис. 2.12. Практическая схема преобразователя с регулируемым емкостным делителем выходного напряжения.
Практическая схема такого преобразователя показана на рис. 2.12. При питании генератора от батареи напряжением 3…6 В на выходе формируется регулируемое нестабилизиро-ванное напряжение 1,4…20 В, предназначенное для питания варикапов.
В качестве конденсатора емкостного делителя использован сдвоенный конденсатор переменной емкости от радиоприемника 2×12…250 пФ. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типа К7х4х2 с магнитной проницаемостью 1000…2000. Первичная обмотка содержит 49 витков провода ПЭЛШО 0,25, вторичная 200 витков ПЭВ 0,1, При изменении напряжения питания частота генерации колеблется в пределах от 25 до 40 кГц.
Генерацию высокочастотного сигнала для регулируемого емкостного делителя можно осуществлять и в более простых схемах с бестрансформаторным выходом на основе КМОП-микросхем (рис. 2.13). Выходное напряжение преобразователя, разумеется, не может превысить или даже сравниться с напряжением питания, однако на этом принципе могут быть созданы регулируемые источники напряжения положительной и/или отрицательной полярности, гальванически разделенные от основного источника питания конденсаторами небольшой емкости.
Выходное напряжение преобразователя (рис. 2.13) при напряжении питания 9 В регулируется в пределах 1…7 В. Отметим, что при смене полярности подключения диодов выпрямителя на выходе преобразователя может быть получено напряжение отрицательной полярности, а при использовании умножителя напряжения напряжение, превышающее напряжение питания.
Рис. 2.13. Вариант схемы преобразователя напряжения с регулируемым емкостным делителем выходного напряжения.
Для снижения уровня высокочастотных помех на выходе преобразователя включен П-образный LC-фильтр, в котором дроссель L1 содержит 50 витков провода ПЭЛШО 0,1, намотанного на кольце типа К7х4х2 1000НН.
В схеме на рис. 2.14 для получения повышенного выходного напряжения применен утроитель выходного напряжения задающего генератора, выполненный по достаточно традиционной схеме, принцип действия которой изложен выше, в главе 1. Отличительной же особенностью этого устройства (рис. 2.14) является то, что выходное напряжение преобразователя плавно регулируют при помощи резистивного делителя напряжения (транзисторы VT1 и VT2), в свою очередь, управляемого выпрямленным высокочастотным сигналом, амплитуда которого регулируется блоком конденсаторов переменной емкости С2 и СЗ. включенных параллельно.
Рис. 2.14. Схема регулируемого преобразователя напряжения с утроителем выходного напряжения.
Таким образом, управляющее напряжение для регулировки выходного напряжения преобразователя снимается с регулируемого емкостного делителя напряжения (конденсаторы С4 и С2, СЗ) и диодного выпрямителя (диоды VD5 и VD6). В итоге на выходе устройства получается плавно регулируемое в пределах от 1 до 18 В напряжение.
Попутно отметим, что для решения основной задачи изменения емкости без использования резистивного делителя напряжения в цепи питания варикапа достаточно было бы использовать просто блок конденсаторов переменной емкости, сузив при необходимости диапазон перекрытия за счет параллельного и/или последовательного подключения емкостей. Однако в плане создания преобразователей напряжения нового типа идея, описанная .4. В. Топаловым, достаточно продуктивна и может иметь дальнейшее развитие.
Отдельный вид преобразователей преобразователи на конденсаторах с управляемой (модулируемой) емкостью. Иногда такие преобразователи называют мультипликаторами (умножителями) напряжения. Принцип их действия основан на том, что при неизменной величине заряда на обкладках конденсатора уменьшение их емкости сопровождается пропорциональным возрастанием напряжения на обкладках, и наоборот.
Рис. 2.15. Схема преобразователя напряжения кольцевого типа.
Преобразователи напряжения кольцевого типа на модулируемых конденсаторах (рис. 2.15) содержат последовательнозамкнутую цепочку из конденсаторов с модулируемой емкостью, разделенных диодными ключами. Запуск преобразователя осуществляется кратковременной подачей напряжения на один из конденсаторов.
При изменении емкости конденсаторов, роторы которых заземлены и вращаются синхронно со сдвигом по фазе, происходит «перекачка» энергии по последовательной замкнутой в кольцо диодно-емкостной цепочке с нарастанием выходного напряжения. Параллельно одному из конденсаторов включен электрический разрядник. Когда напряжение на этом конденсаторе превысит напряжение пробоя разрядника, происходит разряд конденсатора на сопротивление нагрузки, и на конденсатор подают новую порцию энергии от источника питания.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.
Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому
Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому
Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.
Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.
Определение
Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.
Различают два типа выпрямителей:
— Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.
— Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.
Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?
Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.
Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.
Выходное напряжение
Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.
Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.
Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:
Uа=Uд*√2
Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:
220*1.41=310
Схемы
Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.
Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.
Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.
Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.
О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.
Их две:
1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;
2. Выпрямитель со средней точкой.
Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:
Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.
Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.
По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.
Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.
Сглаживание пульсаций
Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.
Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…
Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.
Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.
Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.
Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:
t=RC,
где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.
Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.
Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.
Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.
Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).
Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:
C=3200*Iн/Uн*Kп,
Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.
Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.
Как сделать блок питания своими руками?
Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:
1. Трансформатор;
2. Диодный мост;
3. Конденсатор.
Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.
Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.
Важно:
У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.
Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.
Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.
Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:
Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.
Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.
Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf
Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.
Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:
На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.
Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:
Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.
Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.
Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.
Регулируемые блоки питания
Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.
Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.
Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.
В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.
Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.
Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:
Заключение
Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.
Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.
По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.
Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.
Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.
Ранее ЭлектроВести писали, что компании Nissan Energy и OPUS Campers представили любопытную новинку — концептуальный автомобиль-кемпер Nissan x OPUS. Главная идея Nissan x OPUS заключается в том, чтобы обеспечить путешественников электроэнергией вдали от цивилизации. Для этого предлагается использовать отработанные аккумуляторные батареи электромобилей.
По материалам: electrik.info.
Последовательное подключение конденсаторов — советы электрика
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов: способы, правила, формулы
Не всегда удаётся подобрать конденсатор нужного номинала
Очень часто начинающие домашние мастера, обнаружив поломку прибора, стараются самостоятельно обнаружить причину. Увидев сгоревшую деталь, они стараются найти подобную, а если это не удаётся, несут прибор в ремонт.
На самом деле, не обязательно, чтобы показатели совпадали. Можно использовать конденсаторы меньшего номинала, соединив их в цепь. Главное – сделать это правильно. При этом достигается сразу 3 цели – поломка устранена, приобретён опыт, сэкономлены средства семейного бюджета.
Попробуем разобраться, какие способы соединения существуют и на какие задачи рассчитаны последовательное и параллельное соединение конденсаторов.
Часто без соединения конденсаторов в батарею не обойтись. Главное – сделать это правильно
Соединение конденсаторов в батарею: способы выполнения
Существует 3 способа соединения, каждый из которых преследует свою определённую цель:
- Параллельное – выполняется в случае необходимости увеличить ёмкость, оставив напряжение на прежнем уровне.
- Последовательное – обратный эффект. Напряжение увеличивается, ёмкость уменьшается.
- Смешанное – увеличивается как ёмкость, так и напряжение.
Теперь рассмотрим каждый из способов более подробно.
Параллельное соединение: схемы, правила
На самом деле всё довольно просто. При параллельном соединении расчёт общей ёмкости можно вычислить путём простейшего сложения всех конденсаторов. Итоговая формула будет выглядеть следующим образом: Собщ= С₁ + С₂ + С₃ + … + Сn. При этом напряжение на каждом их элементов будет оставаться неизменным: Vобщ= V₁ = V₂ = V₃ = … = Vn.
Соединение при таком подключении будет иметь следующий вид:
Получается, что подобный монтаж подразумевает подключение всех пластин конденсаторов к точкам питания. Такой способ встречается наиболее часто. Но может произойти ситуация, когда важно увеличить напряжение. Разберёмся, каким образом это сделать.
Последовательное соединение: способ, используемый реже
При использовании способа последовательного подключения конденсаторов напряжение в цепи возрастает.
Оно складывается из напряжения всех элементов и выглядит так: Vобщ= V₁ + V₂ + V₃ +…+ Vn.
Обратите внимание
При этом ёмкость изменяется в обратной пропорции: 1/Собщ= 1/С₁ + 1/С₂ + 1/С₃ + … + 1/Сn. Рассмотрим изменения ёмкости и напряжения при последовательном включении на примере.
Дано: 3 конденсатора с напряжением 150 В и ёмкостью 300 мкф. Подключив их последовательно, получим:
- напряжение: 150 + 150 + 150 = 450 В;
- ёмкость: 1/300 + 1/300 + 1/300 = 1/С = 299 мкф.
Внешне подобное подключение обкладок (пластин) будет выглядеть так:
Выполняют такое соединение в том случае, если есть опасность пробоя диэлектрика конденсатора при подаче напряжения в цепь. Но ведь существует и ещё один способ монтажа.
Полезно знать! Применяют также последовательное и параллельное соединение резисторов и конденсаторов. Это делается с целью снижения подаваемого на конденсатор напряжения и исключения его пробоя. Однако следует учитывать, что напряжения должно быть достаточно для работы самого прибора.
Смешанное соединение конденсаторов: схема, причины необходимости применения
Такое подключение (его ещё называют последовательно-параллельным) применяют в случае необходимости увеличения, как ёмкости, так и напряжения. Здесь вычисление общих параметров немного сложнее, но не настолько, чтобы нельзя было разобраться начинающему радиолюбителю. Для начала посмотрим, как выглядит такая схема.
Составим алгоритм вычислений.
- всю схему нужно разбить на отдельные части, высчитать параметры которых просто;
- высчитываем номиналы;
- вычисляем общие показатели, как при последовательном включении.
Выглядит подобный алгоритм следующим образом:
Преимущество смешанного включения конденсаторов в цепь по сравнению с последовательным или параллельным
Смешанное соединение конденсаторов решает задачи, которые не под силу параллельным и последовательным схемам. Его можно использовать при подключении электродвигателей либо иного оборудования, его монтаж возможен отдельными участками. Монтаж его намного проще за счёт возможности выполнения отдельными частями.
Интересно знать! Многие радиолюбители считают этот способ более простым и приемлемым, чем два предыдущих. На самом деле, так и есть, если полностью понять алгоритм действий и научиться пользоваться им правильно.
Смешанное, параллельное и последовательное соединение конденсаторов: на что обратить внимание при его выполнении
Соединяя конденсаторы, в особенности электролитические, обратите внимание на строгое соблюдение полярности. Параллельное присоединение подразумевает подключение «минус/минус», а последовательное – «плюс/минус». Все элементы должны быть однотипны –плёночные, керамические, слюдяные либо металлобумажные.
А вот что умеют делать всем известные китайские «изобретатели» – такой конденсатор явно долго не протянетПолезно знать! Выход из строя конденсаторов часто происходит по вине производителя, экономящего на деталях (чаще это приборы китайского производства). Поэтому правильно рассчитанные и собранные в схему элементы будут работать намного дольше. Конечно, при условии отсутствия замыкания в цепи, при котором работа конденсаторов невозможна в принципе.
Калькулятор расчёта ёмкости при последовательном соединении конденсаторов
А что делать, если необходимая ёмкость неизвестна? Не каждому хочется самостоятельно рассчитывать необходимую ёмкость конденсаторов вручную, а у кого-то на это просто нет времени. Для удобства производства подобных действий редакция Seti.
guru предлагает нашему уважаемому читателю воспользоваться онлайн-калькулятором расчёта конденсаторов при последовательном соединении или вычисления ёмкости. В работе он необычайно прост. Пользователю необходимо лишь ввести в поля необходимые данные, после чего нажать кнопку «Рассчитать».
Программы, в которые заложены все алгоритмы и формулы последовательного соединения конденсаторов, а также вычислений необходимой ёмкости, моментально выдаст необходимый результат.
Как рассчитать энергию заряженного конденсатора: выводим окончательную формулу
Первое, что для этого необходимо сделать – рассчитать, с какой силой притягиваются обкладки друг к другу. Это можно сделать по формуле F = q₀ × E, где q₀ является показателем величины заряда, а E – напряжённостью обкладок.
Далее нам необходим показатель напряжённости обкладок, который можно вычислить по формуле E = q / (2ε₀S), где q – заряд, ε₀ – постоянная величина, S – площадь обкладок.
В этом случае получим общую формулу для расчёта силы притяжения двух обкладок: F = q₂ / (2ε₀S).
Итогом наших умозаключений станет вывод выражения энергии заряженного конденсатора, как W = A = Fd. Однако это не окончательная формула, которая нам необходима.
Следуем далее: учитывая предыдущую информацию, мы имеем: W = dq₂ / (2ε₀S). При ёмкости конденсатора, выражаемой как C = d / (ε₀S) получаем результат W = q₂ / (2С).
Применив формулу q = СU, получим итог: W = CU² /2.
Редакция Seti.guru советует сохранить эту памятку
Конечно, для начинающего радиолюбителя все эти расчёты могут показаться сложными и непонятными, но при желании и некоторой усидчивости с ними можно разобраться. Вникнув в смысл, он поразится, насколько просто производятся все эти расчёты.
Для чего нужно знать показатель энергии конденсатора
По сути, расчёт энергии применяется редко, однако есть области, в которых это знать необходимо. К примеру, фотовспышка камеры – здесь вычисление показателя энергии очень важно. Она накапливается за определённое время (несколько секунд), а вот выдаётся мгновенно. Получается, что конденсатор сравним с аккумулятором – разница лишь в ёмкости.
Ни одна фотовспышка не сможет работать без накопителя энергии, такого, как конденсатор
Подводя итог
Порой без соединения конденсаторов не обойтись, ведь не всегда можно подобрать подходящие по номиналам.
Поэтому знание того как это сделать может выручить при поломке бытовой техники или электроники, что позволит значительно сэкономить на оплате труда специалиста по ремонту.
Как наверняка уже понял Уважаемый читатель, сделать это несложно и под силу даже начинающим домашним мастерам. А значит стоит потратить немного своего драгоценного времени и разобраться в алгоритме действий и правилах их выполнения.
Правильность соединения конденсаторов гарантирует их долгую бесперебойную работу
Надеемся, что информация, изложенная в сегодняшней статье, была полезна нашим читателям. Возможно, у Вас остались какие-либо вопросы? В этом случае их можно изложить в обсуждении ниже. Редакция Seti.guru с удовольствием на них ответит в максимально короткие сроки.
Если же Вы имеете опыт самостоятельного соединения конденсаторов (неважно, положительный он или отрицательный), убедительная просьба поделиться им с другими читателями. Это поможет начинающим мастерам более полно понять алгоритм действий и избежать ошибок. Пишите, делитесь, спрашивайте.
Важно
А напоследок мы предлагаем посмотреть короткий, но довольно информативный видеоролик по сегодняшней теме.
Источник: https://seti.guru/parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
Для достижения нужной емкости или при напряжении, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы, могут соединяться последовательно или параллельно. Любое же сложное соединение состоит из нескольких комбинаций последовательного и параллельного соединений.
Последовательное соединение конденсаторов
При последовательном соединении конденсаторов конденсаторы подключены таким образом, что только внешние пластины первого и последнего конденсатора подключены к источнику тока.
Заряд одинаков на всех пластинах, но внешние заряжаются от источника, а внутренние образуются только за счет разделения зарядов ранее нейтрализовавших друг друга.
При этом заряд конденсаторов в батарее меньше, чем, если бы каждый конденсатор подключался бы отдельно. Следовательно, и общая емкость батареи конденсаторов меньше.
Напряжение на данном участке цепи соотносятся следующим образом:
Зная, что напряжение конденсатора можно представить через заряд и емкость, запишем:
Сократив выражение на Q, получим знакомую формулу:
Откуда эквивалентная емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно:
Параллельное соединение конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках одинаковое, а заряды разные.
Величина общего заряда полученного конденсаторами, равна сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов. В случае батареи из двух конденсаторов:
Так как заряд конденсатора
А напряжения на каждом из конденсаторов равны, получаем следующее выражение для эквивалентной емкости двух параллельно соединенных конденсаторов
Пример 1
Какова результирующая емкость 4 конденсаторов включенных последовательно и параллельно, если известно что С1 = 10 мкФ, C2 = 2 мкФ, C3 = 5 мкФ, а C4 = 1 мкФ?
При последовательном соединении общая емкость равна:
При параллельном соединении общая емкость равна:
Пример 2
Определить результирующую емкость группы конденсаторов подключенных последовательно-параллельно, если известно, что С1 = 7 мкФ, С2 = 2 мкФ, С3 = 1 мкФ.
Сначала найдем общую емкость параллельного участка цепи:
Затем найдем общую емкость для всей цепи:
По сути, расчет общей емкости конденсаторов схож с расчетом общего сопротивления цепи в случае с последовательным или параллельным соединением, но при этом, зеркально противоположен.
Советуем прочесть – Заряд и разряд конденсатора
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.00 (0 Голоса)
Источник: https://electroandi.ru/elektronika/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-kondensatorov.html
Последовательное соединение конденсаторов: формула :
Под последовательным соединением подразумевают случаи, когда два или больше элемента имеют вид цепи, при этом каждый из них соединяется с другим только в одной точке. Зачем конденсаторы так размещаются? Как это правильно сделать? Что необходимо знать? Какие особенности последовательное соединение конденсаторов имеет на практике? Какая формула результата?
Что необходимо знать для правильного соединения?
Увы, но здесь не всё так легко сделать, как может показаться. Многие новички думают, что если на схематическом рисунке написано, что необходим элемент на 49 микрофарад, то достаточно его просто взять и установить (или заменить равнозначным).
Но необходимые параметры подобрать сложно даже в профессиональной мастерской. И что делать, если нет нужных элементов? Допустим, есть такая ситуация: необходим конденсатор на 100 микрофарад, а есть несколько штук на 47. Поставить его не всегда можно.
Совет
Ехать на радиорынок за одним конденсатором? Не обязательно. Достаточно будет соединить пару элементов. Существует два основных способа: последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Вот о первом мы и поговорим.
Но если говорить про последовательное соединение катушки и конденсатора, то тут особых проблем нет.
Зачем так делают?
Когда с ними проводятся такие манипуляции, то электрические заряды на обкладках отдельных элементов будут равны: КЕ=К1=К2=К3. КЕ – конечная емкость, К – пропускаемое значение конденсатора.
Почему так? Когда заряды поступают от источника питания на внешние обкладки, то на внутренних может быть осуществлен перенос величины, которая является значением элемента с наименьшими параметрами.
То есть если взять конденсатор на 3 мкФ, а после него подсоединить на 1 мкФ – то конечный результат будет 1 мкФ. Конечно, на первом можно будет наблюдать значение в 3 мкФ.
Но второй элемент не сможет столько пропустить, и он будет срезать всё, что больше необходимого значения, оставляя большую емкость на первоначальном конденсаторе. Давайте рассмотрим, что нужно рассчитать, когда делается последовательное соединение конденсаторов. Формула:
Н=КЕ/ОЕК
- ОЕ – общая емкость;
- Н – напряжение;
- КЕ – конечная емкость.
Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединить конденсаторы?
Для начала не забывайте, что кроме ёмкости они ещё обладают номинальным напряжением. Почему? Когда осуществляется последовательное соединение, то напряжение распределяется обратно пропорционально их ёмкостям между ними самими.
Поэтому использовать такой подход имеет смысл только в тех случаях, когда любой конденсатор сможет предоставить минимально необходимые параметры работы. Если используются элементы, у которых одинаковая емкость, то напряжение между ними будет разделяться поровну.
Также небольшое предостережение относительно электролитических конденсаторов: при работе с ними всегда внимательно контролируйте их полярность. Ибо при игнорировании этого фактора последовательное соединение конденсаторов может дать ряд нежелательных эффектов. И хорошо, если всё ограничится только пробоем данных элементов.
Помните, что конденсаторы копят ток, и если что-то пойдёт не так, в зависимости от схемы может случиться прецедент, в результате которого из строя выйдут другие составляющие схемы.
Ток при последовательном соединении
Из-за того, что у него существует только один возможный путь протекания, он будет иметь одно значение для всех конденсаторов. При этом количество накопленного заряда везде обладает одинаковым значением. От емкости это не зависит.
Посмотрите на любую схему последовательного соединения конденсаторов. Правая обкладка первого соединена с левой второго и так далее. Если используется больше 1 элемента, то часть из них будет изолированной от общей цепи.
Таким образом, эффективная площадь обкладок становится меньшей и равняется параметрам самого маленького конденсатора. Какое физическое явление лежит в основе этого процесса? Дело в том, что как только конденсатор наполняется электрическим зарядом, то он перестаёт пропускать ток.
И он тогда не может протекать по всей цепи. Остальные конденсаторы в таком случае тоже не смогут заряжаться.
Падение напряженности и общая емкость
Каждый элемент понемногу рассеивает напряжение. Учитывая, что емкость ему обратно пропорциональна, то чем она меньше, тем большим будет падение.
Как уже упоминалось ранее, последовательно соединённые конденсаторы обладают одинаковым электрическим зарядом. Поэтому при делении всех выражений на общее значение можно получить уравнение, которое покажет всю емкость.
В этом последовательное и параллельное соединение конденсаторов сильно разнятся.
Пример № 1
Давайте воспользуемся представленными в статье формулами и рассчитаем несколько практических задач. Итак, у нас есть три конденсатора. Их емкость составляет: С1 = 25 мкФ, С2 = 30 мкФ и С3 = 20 мкФ. Они соединены последовательно.
Необходимо найти их общую емкость. Используем соответствующее уравнение 1/С: 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 = 1/25 + 1/30 + 1/20 = 37/300.
Переводим в микрофарады, и общая емкость конденсатора при последовательном соединении (а группа в данном случае считается как один элемент) составляет примерно 8,11 мкФ.
Пример № 2
Давайте, чтобы закрепить наработки, решим ещё одну задачу. Имеется 100 конденсаторов. Емкость каждого элемента составляет 2 мкФ. Необходимо определить их общую емкость. Нужно их количество умножить на характеристику: 100*2=200 мкФ. Итак, общая емкость конденсатора при последовательном соединении составляет 200 микрофарад. Как видите, ничего сложного.
Заключение
Итак, мы проработали теоретические аспекты, разобрали формулы и особенности правильного соединения конденсаторов (последовательно) и даже решили несколько задачек. Хочется напомнить, чтобы читатели не упускали из внимания влияние номинального напряжения. Также желательно, чтобы подбирались элементы одного типа (слюдяные, керамические, металлобумажные, плёночные). Тогда последовательное соединение конденсаторов сможет дать нам наибольший полезный эффект.
Источник: https://www.syl.ru/article/237511/new_posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov-formula
Соединение конденсаторов Как правильно соединять конденсаторы?
У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”
Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим необходимый конденсатор. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!
Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь 2 – 3 конденсатора на 470 микрофарад. Ставить конденсатор на 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров за одним конденсатором?
Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.
В реальности это выглядит так:
Параллельное соединение
Принципиальная схема параллельного соединения
Последовательное соединение
Принципиальная схема последовательного соединения
Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение конденсаторов. На практике вам вряд ли это пригодиться.
Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?
Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.
Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:
С1 – ёмкость первого конденсатора;
С2 – ёмкость второго конденсатора;
С3 – ёмкость третьего конденсатора;
СN – ёмкость N-ого конденсатора;
Cобщ – суммарная ёмкость составного конденсатора.
Как видим, при параллельном соединении ёмкости конденсаторов нужно всего-навсего сложить!
Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если рассчитываем ёмкости в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C1, C2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!
Обратите внимание
Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады или нанофарады можно воспользоваться специальной таблицей. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно пересчитать значения величин.
Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:
Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Для большего количества последовательно включенных конденсаторов потребуется другая формула. Она более запутанная, да и не всегда пригождается .
Или то же самое, но более понятно:
Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении конденсаторов их результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей ёмкости, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсатор ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость составного конденсатора будет меньше 5.
В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула упрощается и принимает вид:
Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C1 – ёмкость конденсатора.
Стоит также запомнить простое правило:
При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из конденсаторов.
Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате ёмкость составного конденсатора составит 5 нанофарад.
Проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул для расчёта
Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.), другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ с функцией измерения ёмкости конденсаторов и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).
Замер ёмкости последовательно соединённых конденсаторов
Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)
А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения конденсаторов. Проверим результат с помощью тестера (см. фото).
Измерение ёмкости параллельно соединённых конденсаторов
Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).
Важно
Во-первых, не стоит забывать, что кроме ёмкости у конденсаторов есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.
При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально ёмкостям этих конденсаторов. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое должно быть у конденсатора взамен которого мы ставим составной конденсатор.
Если же используются конденсаторы одинаковой ёмкости, то напряжение между ними разделится поровну.
Для электролитических конденсаторов.
При соединении электролитических конденсаторов строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении электролитических конденсаторов всегда соединяйте минусовой вывод одного конденсатора с минусовым выводом другого. Плюсовой вывод с плюсовым.
Параллельное соединение электролитических конденсаторов
Схема параллельного соединения
В последовательном соединении электролитических конденсаторов ситуация обратная. Необходимо соединять плюсовой вывод с минусовым. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.
Последовательное соединение электролитических конденсаторов
Схема последовательного соединения конденсаторов
Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор.
То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт.
Если хоть один из этих конденсаторов будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.
Совет
Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше будет, если они взяты из одной партии.
Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение конденсаторов, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости смешанного соединения конденсаторов обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике и сдаёт экзамены 🙂
Источник: http://radiodvor.com/news/fashion/soedinenie-kondensatorov-kak-pravilno-so.html
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
На практике часто используются тела, обладающие малыми (и очень малыми) размерами, которые могут накопить большой заряд, при этом имея небольшой потенциал. Такие объекты называют конденсаторами. Одна из основных характеристик конденсатора – это его емкость.
Имея в резерве набор конденсаторов, обладающих разными параметрами, можно расширить спектр величин емкостей и диапазон рабочих напряжений, если применять их соединения.
Различают три типа соединений конденсаторов: последовательное, параллельное и смешанное (параллельное и последовательное).
Последовательное соединение конденсаторов
Последовательное соединение изконденсаторов изображено на рис. 1
Здесь (рис.1) положительная обкладка одного конденсатора соединяется с отрицательной обкладкой следующего конденсатора. При таком соединении обкладки соседних конденсаторов создают единый проводник. У всех конденсаторов, соединенных последовательно на обкладках имеются равные по величине заряды. Электрическая емкость последовательного соединения конденсаторов вычисляется по формуле:
где– электрическая емкость i-го конденсатора.
Если емкости конденсаторов при последовательном соединении равны, то емкость последовательного их соединения составляет:
где N – количество последовательно соединенных конденсаторов. При этом предельное напряжение (U), которое выдержит подобная батарея конденсаторов составит:
где– предельное напряжение каждого конденсатора соединения. При последовательном соединении конденсаторов следует следить за тем, чтобы ни на один из конденсаторов батареи не падало напряжение, превышающее его максимальное рабочее напряжение.
Параллельное соединение конденсаторов
Параллельное соединение N конденсаторов изображено на рис. 2.
При параллельном соединении конденсаторов соединяют обкладки, обладающие зарядами одного знака (плюс с плюсом; минус с минусом). В результате такого соединения одна обкладка каждого конденсатора имеет одинаковый потенциал, например,, а другая. Разности потенциалов на обкладках всех конденсаторов при их параллельном соединении равны.
При параллельном соединении конденсаторов суммарная емкость соединения рассчитывается как сумма емкостей отдельных конденсаторов:
При параллельном соединении конденсаторов напряжение равно самой наименьшей величине рабочего напряжения конденсатора из состава рассматриваемого соединения.
Примеры решения задач
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! |
Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/fizika/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-kondensatorov/
Как конденсатор работает с постоянным током
В предыдущем посте мы рассмотрели концепцию, конструкцию и работу конденсатора как источника постоянного напряжения. Этот пост о Как конденсатор работает с DC . Конденсаторы широко используются в электронике постоянного тока. Когда мы думаем о постоянном токе и конденсаторе, возникают вопросы:
.- Как конденсатор работает с входом постоянного тока?
- Какое конечное напряжение конденсатора после зарядки?
- Сколько времени требуется для зарядки / разрядки конденсатора?
Давайте обсудим решение вышеуказанных вопросов.
Как конденсатор работает с постоянным током
Конденсаторвыполняет три задачи в цепях постоянного тока: получение заряда, удержание заряда и выдача заряда в определенное время. Когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, конденсатор начинает процесс получения заряда. Это повысит напряжение на конденсаторе. Когда конденсатор набирает достаточный заряд, начинает течь ток, и вскоре напряжение на конденсаторе достигает значения, примерно равного напряжению источника постоянного тока. Когда на конденсаторе почти полное напряжение, через конденсатор больше не течет ток.Это займет некоторое время. Но есть интересный факт. Конденсатор не получит 100% заряда в тот же момент, когда на него будет подано постоянное напряжение. Конденсатор быстро получает первую часть от общего заряда, вторую часть медленно, третью часть медленнее и так далее. Следовательно, можно сказать, что конденсатор заряжается нелинейно.
Вы можете представить эту ситуацию на примере шины по аналогии . Сравните автобус с конденсатором, свободное место с пространством и людей с электронами. В автобусе каждый старается занять место.Если остается меньше мест, людям нужно больше времени, чтобы найти свободное место. Точно так же электроны пытаются занять место на пластине конденсатора. Здесь электронам нужно время, чтобы попасть на пластины. Перемотайте конструкцию конденсатора. Для входного постоянного напряжения первая пластина заряжается до входного напряжения. Поскольку между двумя пластинами нет проводящего пути, второй пластине требуется некоторое время, чтобы зарядиться.
Это время определяет время зарядки конденсатора. Итак, нам необходимо выяснить параметры, от которых зависит время зарядки конденсатора.Согласно закону Ома, если сопротивление цепи увеличивается, меньше тока для зарядки конденсатора. Это увеличивает время, необходимое для зарядки конденсатора. Поскольку емкость и напряжение обратно пропорциональны друг другу, увеличение емкости требует больше времени для заряда конденсатора. Таким образом, используя эти соотношения, можно сказать, что время зарядки конденсатора зависит как от сопротивления цепи, так и от емкости конденсатора. Это постоянной времени конденсатора.Но процесс измерения времени зарядки конденсатора сложен, поскольку конденсатор никогда не будет заряжаться с одинаковой скоростью.
Время зарядки или постоянная времени обозначается как τ (тау). Он определяет время, необходимое конденсатору емкостью «C», последовательно включенным с сопротивлением «R» Ом, для получения первой части полного заряда. Постоянная времени может быть математически определена как
Время зарядки = сопротивление x емкость
τ = R x C
Постоянная времени — это время, необходимое конденсатору для увеличения напряжения или тока до 63.21% от максимума или уменьшение до 36,79% от начального значения.
Почему конденсатор заряжается до 63% приложенного напряжения?
Вот уравнение для напряжения на конденсаторе в любой момент времени во время зарядки.
В c = В i (1 — e -τ / RC )
Где В c = напряжение конденсатора, В i = входное напряжение, t = время зарядки, R = сопротивление, C = емкость
Цепь зарядки конденсатораE.г. для R = 10 МОм и C = 0,1 мкФ постоянная времени составляет 1 секунду. Это не означает, что конденсатор полностью зарядится за 1 секунду. Это означает, что конденсатор будет заряжен до 63% входного напряжения за 2 секунды. Если мы продолжим подавать напряжение, конденсатор займет 63% разницы между текущим и входным напряжением. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока конденсатор не зарядится полностью. Мы получаем значение 63% или 0,63, когда добавляем одну постоянную времени в уравнение выше. Мы можем рассчитать ток в конденсаторе в любой момент (время), используя закон Ома.Рассмотрим ту же схему, что обсуждалась ранее. Вот уравнение тока при зарядке конденсатора.
I c = ( V i — V c ) ⁄ R
В таблице ниже приведены значения напряжения и тока заряда конденсатора для соответствующей постоянной времени.
| Положение переключателя | Постоянная времени (τ) (в секундах) | Напряжение зарядки конденсатора ( В c ) (в вольтах) | Ток зарядки конденсатора ( I c ) |
| ВЫКЛ | 0 | 0 | 10 мкА |
| НА | 1RC | 63.2120 | 3,6787 мкА |
| НА | 2RC | 86,4664 | 1,3533 мкА |
| НА | 3RC | 95.0212 | 0,4978 мкА |
| НА | 4RC | 98,1684 | 0,1831 мкА |
| НА | 5RC | 99.3262 | 0,0673 мкА |
| НА | 8RC | 99.9664 | 3,3546 нА |
| НА | 11RC | 99.9983 | 0,1670 нА |
| НА | 14RC | 99,9999 | 8,3152 па |
| НА | 17RC | 99.9999 | 0,4139 па |
Термины 1RC, 2RC и т. Д. Определяют количество раз, когда на конденсатор должно подаваться постоянное напряжение. Таблица выше напоминает важный факт, связанный с конденсатором i.е. конденсатор никогда не накопит полный заряд, данный ему . Каждый раз постоянное напряжение конденсатора медленно увеличивается (кроме первого), но никогда не будет равно входному напряжению. Ток, протекающий через цепь резисторного конденсатора, уменьшается с увеличением времени (τ). Вот график, показывающий поведение зарядного напряжения и тока конденсатора.
График зарядного тока и напряжения конденсатораГрафик напряжения и тока зарядки конденсатора экспоненциально растет и падает по своей природе соответственно.Кривая показывает, сколько времени нужно конденсатору для почти полного заряда. Экспоненциальный рост напряжения и экспоненциальный спад тока в емкостной цепи не одинаковы или не совпадают с фазой . Обратите внимание, что ось x графика изменяется относительно значения на оси y, чтобы иметь четкое представление об изменении напряжения или тока. График не соответствует конкретному масштабу. Через 5RC секунд зарядный ток I c ≈ 0 и напряжение зарядки V c ≈ входное напряжение.
Разряд конденсатора в цепях постоянного тока
Есть несколько способов разрядить заряженный конденсатор. Самый простой способ — использовать светодиод или резистор последовательно с конденсатором. При выборе резистора или светодиода для разряда конденсатора необходимо проявлять особую осторожность. Перед использованием рекомендуется указать такие характеристики, как мощность, значение в случае резистора и прямой ток, напряжение в случае светодиода. Схема разрядки конденсатора показана ниже.
Схема разряда конденсатораВот уравнения для напряжения на конденсаторе и тока в конденсаторе в любой момент времени во время разряда.
V d = V i ( e -τ / RC ) I d = V d ⁄ R
В таблице ниже показаны значения напряжения и тока разряда конденсатора для соответствующей постоянной времени. Во время разряда напряжение, с которого конденсатор начинает разряжаться, составляет последний заряд
| Положение переключателя | Постоянная времени (τ) (в секундах) | Напряжение зарядки конденсатора ( В d ) | Ток зарядки конденсатора ( I d ) |
| ВЫКЛ | 0 | ≈ 100 В | 10 мкА |
| НА | 1RC | 36.7879 В | 3,6787 мкА |
| НА | 2RC | 13,5335 В | 1,3533 мкА |
| НА | 3RC | 4,9877 В | 0,4978 мкА |
| НА | 4RC | 1.8315 В | 0,1831 мкА |
| НА | 5RC | 0,6737 В | 0,0673 мкА |
| НА | 8RC | 0,0335 В | 3.3546 нА |
| НА | 11RC | 1,6701 мВ | 0,1670 нА |
| НА | 14RC | 30,5902 мкВ | 8,3152 па |
| НА | 17RC | 4,1399 мкВ | 0,4139 па |
Во время разряда напряжение и ток конденсатора быстро снижаются на 1RC-секунду, а после этого происходит медленное уменьшение обеих величин. Вот график напряжения и тока разряда конденсатора.Оба графика экспоненциально падают в природе. Через 5RC секунд ток разряда I d ≈ 0 и напряжение разряда В d ≈ 0.
График тока и напряжения разряда конденсатораНа этом пока все. Надеюсь, теперь вы знаете, как конденсатор работает с постоянным током. В следующем посте мы узнаем о конденсаторах в цепях переменного тока. Спасибо за прочтение и не забудьте оставить комментарий.
Как настроить резисторы, конденсаторы и транзисторы в электронных схемах
В этом посте мы попытаемся оценить, как настроить или подключить электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы с электронными схемами, путем правильного расчета
Пожалуйста, прочтите мой предыдущий пост о том, что такое напряжение и текущие, чтобы более эффективно понять изложенные ниже основные электронные факты.
Что такое резистор
— это электронный компонент, используемый для сопротивления потоку электронов или току. Он используется для защиты электронных компонентов, ограничивая прохождение тока при повышении напряжения. Для светодиодов по той же причине требуются резисторы, включенные последовательно, чтобы они могли работать при напряжениях выше указанных. Другие активные компоненты, такие как транзисторы, МОП-транзисторы, симисторы, тиристоры, также включают резисторы по тем же причинам.
Что такое конденсатор
Это электронный компонент, который хранит определенное количество электрического заряда или просто приложенное напряжение / ток, когда его выводы подключены к соответствующим точкам питания.Компонент в основном рассчитан на пару единиц, микрофарады и напряжение. «Микрофарада» определяет величину тока, которую он может хранить, а напряжение определяет, какое максимальное напряжение может быть приложено к нему или сохранено в нем. Номинальное напряжение критично, если оно превысит маркировку, конденсатор просто взорвется.
Накопительная способность этих компонентов означает, что накопленная энергия становится пригодной для использования, поэтому они используются в качестве фильтров, где накопленное напряжение используется для заполнения пустых пространств или понижений напряжения в источнике питания, тем самым заполняя или сглаживая канавы в линии .
Накопленная энергия также становится применимой, когда она медленно высвобождается через ограничивающий компонент, такой как резистор. Здесь время, затрачиваемое конденсатором на полную зарядку или полную разрядку, становится идеальным для приложений таймера, где величина конденсатора определяет временной диапазон устройства. Поэтому они используются в таймерах, генераторах и т. Д.
Еще одна особенность заключается в том, что после полной зарядки конденсатора он отказывается пропускать больше тока / напряжения и останавливает прохождение тока по его выводам, что означает, что приложенный ток проходит по его выводам. только во время зарядки и блокируется после завершения процесса зарядки.
Эта функция используется для моментального переключения определенного активного компонента. Например, если пусковое напряжение подается на базу транзистора через конденсатор, он будет активироваться только на определенный промежуток времени, пока конденсатор не станет полностью заряженным, после чего транзистор перестанет проводить. То же самое можно наблюдать с помощью светодиода при питании от конденсатора; он загорается на долю секунды, а затем гаснет.
Что такое транзистор
Это полупроводниковый компонент с тремя выводами или выводами.Ветви могут быть подключены таким образом, что одна ветвь становится общей розеткой для напряжения, приложенного к двум другим ножкам. Общая ножка называется эмиттером, а две другие ножки называются основанием и коллектором. База получает триггер переключения относительно эмиттера, что позволяет передавать относительно большое напряжение и ток от коллектора к эмиттеру.
Благодаря такому расположению он работает как выключатель. Следовательно, любая нагрузка, подключенная к коллектору, может быть включена или выключена с относительно небольшими потенциалами в основании устройства.
Напряжения, приложенные к базе и коллектору, наконец, достигают общего пункта назначения через эмиттер. Эмиттер подключен к земле для транзисторов типа NPN и к плюсу для транзисторов типа PNP. NPN и PNP дополняют друг друга и работают точно так же, но с использованием противоположных направлений или полярностей с напряжениями и токами.
Что такое диод:
Пожалуйста, обратитесь к этой статье для получения полной информации.
Что такое SCR:
Его вполне можно сравнить с транзистором, а также он используется в качестве переключателя в электронных схемах.Три вывода или ножки определены как затвор, анод и катод. Катод — это общий вывод, который становится приемным трактом для напряжений, приложенных к затвору и аноду устройства. Затвор — это точка срабатывания, которая переключает мощность, подключенную к аноду, через общую ножку катода.
Однако, в отличие от транзисторов, затвор SCR требует более высокого напряжения и тока, и, кроме того, устройство можно использовать для переключения исключительно переменного тока через его анод и катод.Поэтому он становится полезным для переключения нагрузок переменного тока в ответ на триггеры, полученные на его затворе; но воротам потребуется чисто постоянный ток для реализации операций.
Реализация вышеуказанных компонентов в практической схеме:
Как настроить резисторы, конденсаторы и транзисторы в электронных схемах ……?
Использование и реализация электронных компонентов практически в электронных схемах — это высшая вещь, которую любой любитель электроники намеревается изучить и освоить.Хотя это легче сказать, чем сделать, следующая пара примеров поможет вам понять, как можно настроить резисторы, конденсаторы, транзисторы для построения конкретной прикладной схемы:
Поскольку предмет может быть слишком большим и может занимать много места, мы мы будем обсуждать только одну схему, состоящую из транзистора, конденсатора, резисторов и светодиода.
В основном активный компонент занимает центральное место в электронной схеме, в то время как пассивные компоненты выполняют вспомогательную роль.
Допустим, мы хотим сделать схему датчика дождя. Поскольку транзистор является основным активным компонентом, он должен занять центральное место. Поэтому мы помещаем его прямо в центр схемы.
Три вывода транзисторов открыты и требует настройки через пассивные части.
Как объяснялось выше, эмиттер — это общая розетка. Поскольку мы используем транзистор типа NPN, эмиттер должен быть заземлен, поэтому мы подключаем его к земле или отрицательной шине питания схемы.
База — это главный вход считывания или запускающий вход, поэтому этот вход необходимо подключить к сенсорному элементу. Чувствительным элементом здесь является пара металлических клемм.
Одна из клемм подключена к плюсовому источнику питания, а другая клемма должна быть подключена к базе транзистора.
Датчик используется для обнаружения дождевой воды. Момент начинается дождь; капли воды соединяют два терминала. Поскольку вода имеет низкое сопротивление, через ее выводы начинает течь положительное напряжение на базу транзистора.
Это напряжение утечки питает базу транзистора и в конечном итоге достигает земли через эмиттер. В тот момент, когда это происходит, согласно свойству устройства, оно открывает ворота между коллектором и эмиттером.
Это означает, что теперь, если мы подключим к коллектору положительный источник напряжения, он сразу же будет подключен к земле через свой эмиттер.
Поэтому мы подключаем коллектор транзистора к плюсу, однако мы делаем это через нагрузку, чтобы нагрузка работала с переключением, и это именно то, что мы ищем.
Быстро моделируя описанную выше операцию, мы видим, что положительный источник питания протекает через металлические клеммы датчика, касается основания и продолжает свой путь, наконец, достигая земли, завершая цепь базы, однако эта операция мгновенно подтягивает напряжение коллектора к земля через эмиттер, включая нагрузку, которая здесь является зуммером. Звучит зуммер.
Эта установка является базовой, однако она требует многих исправлений, а также может быть изменена множеством различных способов.
Глядя на схему, мы обнаруживаем, что в схеме нет базового резистора, потому что сама вода действует как резистор, но что произойдет, если контакты датчика случайно закорочены, весь ток будет сброшен на базу транзистора, жарить это мгновенно.
Поэтому из соображений безопасности мы добавляем резистор к базе транзистора. Однако величина базового резистора определяет, какой ток срабатывания может пройти через выводы базы / эмиттера, и, следовательно, в свою очередь влияет на ток коллектора.И наоборот, базовый резистор должен быть таким, чтобы пропускать достаточный ток от коллектора к эмиттеру, обеспечивая идеальное переключение нагрузки коллектора.
Для упрощения расчетов, как правило, мы можем предположить, что сопротивление базового резистора в 40 раз больше, чем сопротивление нагрузки коллектора.
Итак, в нашей схеме, предполагая, что нагрузка коллектора представляет собой зуммер, мы измеряем сопротивление зуммера, которое составляет, скажем, 10 кОм. 40 умножить на 10 кОм означает, что сопротивление базы должно быть где-то около 400 кОм, однако мы находим, что водонепроницаемость составляет около 50 кОм, поэтому вычитая это значение из 400 кОм, мы получаем 350 кОм, то есть номинал базового резистора, который нам нужно выбрать.
Теперь предположим, что мы хотим подключить к этой цепи светодиод вместо зуммера. Мы не можем подключить светодиод напрямую к коллектору транзистора, потому что светодиоды также уязвимы и потребуют токоограничивающего резистора, если рабочее напряжение выше указанного прямого напряжения.
Поэтому мы подключаем светодиод последовательно с резистором 1 кОм через коллектор и плюс вышеуказанной схемы, заменяя зуммер.
Теперь резистор, включенный последовательно со светодиодом, можно рассматривать как сопротивление нагрузки коллектора.
Таким образом, теперь сопротивление базы должно быть в 40 раз больше этого значения, что составляет 40 кОм, однако само сопротивление воды составляет 150 кОм, это означает, что сопротивление базы уже слишком велико, а это означает, что когда дождевая вода перекрывает датчик, транзистор не будет возможность яркого включения светодиода, скорее будет светить очень тускло.
Итак, как мы можем решить эту проблему?
Нам нужно сделать транзистор более чувствительным, поэтому мы подключаем еще один транзистор, чтобы помочь существующему в конфигурации Дарлингтона.При таком расположении пара транзисторов становится очень чувствительной, по крайней мере в 25 раз более чувствительной, чем предыдущая схема.
Чувствительность в 25 раз выше означает, что мы можем выбрать базовое сопротивление, которое может быть в 25 + 40 = от 65 до 75 раз больше сопротивления коллектора; мы получаем максимальный диапазон от 75 до 10 = 750 кОм, так что это можно принять как общее значение базового резистора.
Вычитая водонепроницаемость 150 кОм из 750 кОм, мы получаем 600 кОм, так что это значение базового резистора, которое мы можем выбрать для данной конфигурации.Помните, что резистор корпуса может иметь любое значение, если он удовлетворяет двум условиям: он не нагревает транзистор и помогает удовлетворительно переключать нагрузку коллектора. Это оно.
Теперь предположим, что мы добавляем конденсатор между базой транзистора и землей. Конденсатор, как объяснено выше, изначально будет накапливать некоторый ток, когда начинается дождь из-за утечек через клеммы датчика.
Теперь, после того, как дождь прекратится и протечка моста датчика отключится, транзистор все еще продолжает проводить зуммер… как? Сохраненное напряжение внутри конденсатора теперь питает базу транзистора и поддерживает его включенным, пока не разрядится ниже напряжения переключения базы.Это показывает, как конденсатор может служить в электронной схеме.
О Swagatam
Изменится ли емкость при подаче постоянного напряжения на керамические конденсаторы? Есть ли какие-то моменты, которые следует учитывать при изменении емкости?
Фарад (F) — это единица измерения емкости керамических конденсаторов.Он показывает, сколько заряда хранится в конденсаторе. Емкость часто описывается в описании продукта как «номинальное значение».
Обратите внимание, что емкость керамических конденсаторов, особенно конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью (характеристика B / X5R, R / X7R), может отличаться от номинального значения при подаче постоянного напряжения.
Например, как показано на диаграмме, чем больше напряжение постоянного тока, приложенное к конденсаторам с высокой диэлектрической постоянной, тем более эффективная емкость уменьшается.
На следующей диаграмме горизонтальная ось показывает напряжение постоянного тока, приложенное к конденсатору (В), а вертикальная ось показывает коэффициент изменения емкости по сравнению с начальным значением. *
Таким образом, характеристика изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения называется характеристикой смещения постоянного тока.»Исходя из вышесказанного, при использовании конденсаторов с высокой диэлектрической проницаемостью следует тщательно учитывать характеристики. Кроме того, целесообразность использования должна быть подтверждена исходя из реальных условий, а также фактического оборудования.
К вашему сведению, не только наши продукты имеют смещение постоянного тока; это явление обычно наблюдается в конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью.
Характеристики смещения, температурные характеристики, частотные характеристики и др.можно подтвердить с помощью этого программного обеспечения. (SimSurfing)
SimSurfing
Как использовать
Механизм характеристики смещения постоянного тока
В конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью керамических конденсаторов в настоящее время в основном используется BaTiO3 (титанат бария) в качестве основного компонента высокого диэлектрика.
Как показано ниже, BaTiO3 имеет кристаллическую структуру в форме перовскита, а выше температуры Кюри он приобретает кубическую форму с ионами Ba2 + в вершинах, ионами O2- в направлении к центру и ионами Ti4 + в центрированном положении.
Кристаллическая структура керамики BaTiO3
При температуре Кюри (около 125 ° C) или более он имеет кубическую кристаллическую структуру, а ниже температуры Кюри и в диапазоне температур окружающей среды одна ось (ось C) растягивается, а другие оси сжимаются и превращаются в тетрагональный кристалл. структура.
В этом случае поляризация возникает в результате сдвига единицы вытянутого в осевом направлении кристалла иона Ti4 +. Эта поляризация возникает без приложения внешнего электрического поля или давления и известна как «спонтанная поляризация».«Как объяснялось выше, характеристика, которая имеет спонтанную поляризацию и свойство изменять ориентацию спонтанной поляризации под действием внешнего электрического поля на обратное, называется« сегнетоэлектричеством »
.Обращение спонтанной поляризации на единицу объема эквивалентно относительной диэлектрической проницаемости. Относительная диэлектрическая проницаемость определяется как емкость.
Без постоянного напряжения спонтанная поляризация может происходить свободно. Однако, когда напряжение постоянного тока приложено извне, спонтанная поляризация связана с направлением электрического поля в диэлектрике, и независимое изменение спонтанной поляризации на обратное препятствует.В результате емкость становится меньше, чем до подачи смещения.
Это механизм уменьшения емкости после подачи постоянного напряжения.
К вашему сведению, в конденсаторах с температурной компенсацией (характеристики CH, C0G и т. Д.) Емкость не меняется, поскольку в качестве основного материала используется параэлектрическая керамика, которая придает конденсаторам характеристики постоянного напряжения.
Срок
| Определение | ||
Срок
| Определение | ||
Срок
| Определение
| ||
Член
| Определение
| ||
Срок
| Определение
| ||
Термин
| Определение
| ||
Условие
| Определение | ||
Условие
| Определение
| ||
Условие
| Определение
| ||
Клемма
| Определение
| ||
Условие
| Определение | ||
Срок
| Определение
| ||
Срок
| Определение | ||
Клемма
| |||