ตัวเก็บประจุเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้มากที่สุด มีความสามารถในการกักเก็บพลังงานไว้ภายในในรูปของประจุไฟฟ้าที่สร้างแรงดันไฟฟ้าสถิตย์ (ความต่างศักย์) บนแผ่นเปลือกโลก เพียงแค่ตัวเก็บประจุก็คล้ายกับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟขนาดเล็ก ตัวเก็บประจุเป็นเพียงการรวมกันของแผ่นนำไฟฟ้าหรือโลหะสองแผ่นที่วางขนานกันและถูกคั่นด้วยไฟฟ้าด้วยชั้นฉนวนที่ดี (เรียกอีกอย่างว่าอิเล็กทริก)ซึ่งประกอบด้วยกระดาษแว็กซ์ไมกาเซรามิกพลาสติกและอื่น ๆ
มีการใช้งานตัวเก็บประจุในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากมายบางส่วนมีการระบุไว้ด้านล่าง:
- การจัดเก็บพลังงาน
- การปรับสภาพพลังงาน
- การแก้ไขตัวประกอบกำลัง
- การกรอง
- ออสซิลเลเตอร์
ตอนนี้ประเด็นคือตัวเก็บประจุทำงานอย่างไร? เมื่อคุณเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับตัวเก็บประจุจะบล็อกกระแสไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากชั้นฉนวนและปล่อยให้มีแรงดันไฟฟ้าอยู่ทั่วแผ่นในรูปของประจุไฟฟ้า คุณรู้วิธีการทำงานของตัวเก็บประจุและอะไรคือการใช้งานหรือการใช้งาน แต่คุณต้องเรียนรู้ว่าจะใช้ตัวเก็บประจุในวงจรอิเล็กทรอนิกส์อย่างไร
วิธีเชื่อมต่อตัวเก็บประจุในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ที่นี่เราจะแสดงให้คุณเห็นการเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุและเอฟเฟกต์เนื่องจากมีตัวอย่าง
- ตัวเก็บประจุในซีรี่ส์
- ตัวเก็บประจุแบบขนาน
- ตัวเก็บประจุในวงจร AC
ตัวเก็บประจุในวงจรอนุกรม
ในวงจรเมื่อคุณเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรมดังที่แสดงในภาพด้านบนความจุทั้งหมดจะลดลง กระแสผ่านตัวเก็บประจุในอนุกรมมีค่าเท่ากัน (เช่น i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n) ดังนั้นประจุที่เก็บโดยตัวเก็บประจุจึงเหมือนกัน (เช่น Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3) เนื่องจากประจุที่เก็บโดยแผ่นของตัวเก็บประจุใด ๆ มาจากแผ่นของตัวเก็บประจุที่อยู่ติดกันในวงจร
ด้วยการใช้กฎแรงดันไฟฟ้า (KVL) ของ Kirchhoffในวงจรเรามี
V T = V C1 + V C2 + V C3 …สมการ (1)
อย่างที่เราทราบกันดีว่า
Q = CV ดังนั้น V = Q / C
โดยที่ V C1 = Q / C 1; วีC2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
ตอนนี้การใส่ค่าข้างต้นในสมการ (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
สำหรับ n จำนวนตัวเก็บประจุในอนุกรมสมการจะเป็น
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) + …. + (1 / Cn)
ดังนั้นสมการข้างต้นจึงเป็นสมการของตัวเก็บประจุแบบอนุกรม
โดยที่ C T = ความจุรวมของวงจร
C 1 … n = ความจุของคาปาซิเตอร์
สมการความจุสำหรับสองกรณีพิเศษถูกกำหนดด้านล่าง:
กรณีที่ 1:หากมีตัวเก็บประจุสองตัวในอนุกรมที่มีค่าต่างกันความจุจะแสดงเป็น:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) หรือ C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… สมการ (2)
กรณีที่ II:หากมีตัวเก็บประจุสองตัวในอนุกรมที่มีค่าเดียวกันความจุจะแสดงเป็น:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C หรือ C T = C / 2
ตัวอย่างสำหรับวงจรตัวเก็บประจุแบบอนุกรม:
ตอนนี้ในตัวอย่างด้านล่างเราจะแสดงวิธีคำนวณความจุรวมและแรงดันไฟฟ้า rms แต่ละตัวที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุแต่ละตัว
ตามแผนภาพวงจรด้านบนมีตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อในอนุกรมที่มีค่าต่างกัน ดังนั้นแรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุจึงไม่เท่ากัน ถ้าเราเชื่อมต่อตัวเก็บประจุสองตัวด้วยค่าเดียวกันแรงดันตกก็เหมือนกัน
ตอนนี้สำหรับมูลค่ารวมของความจุเราจะใช้สูตรจากสมการ (2)
ดังนั้น C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) ที่ นี่ C 1 = 4.7uf และ C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824 ยูเอฟ
ตอนนี้แรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุ C 1คือ:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
ตอนนี้แรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุ C 2คือ:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824 ยูเอฟ / 1 ยูเอฟ) * 12 VC 2 = 9.88 โวลต์
ตัวเก็บประจุในวงจรขนาน
เมื่อคุณเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนานความจุทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของความจุของตัวเก็บประจุทั้งหมด เนื่องจากแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุทั้งหมดเชื่อมต่อเข้าด้วยกันและแผ่นด้านล่างด้วย ดังนั้นการสัมผัสกันพื้นที่แผ่นประสิทธิภาพก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นความจุจึงเป็นสัดส่วนกับอัตราส่วนของพื้นที่และระยะทาง
โดยใช้กฎปัจจุบันของ Kirchhoff (KCL) ในวงจรข้างต้น
ฉันT = ฉัน1 + ฉัน2 + ฉัน3
ดังที่เราทราบกระแสผ่านตัวเก็บประจุจะแสดงเป็น;
ฉัน = C (dV / dt) ดังนั้นฉันT = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) และฉันT= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt) …สมการ (3)
จากสมการ (3) สมการ Parallel Capacitance คือ:
C T = C 1 + C 2 + C 3
สำหรับ n จำนวนตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานสมการข้างต้นจะแสดงเป็น:
C T = C 1 + C 2 + C 3 + … + Cn
ตัวอย่างวงจรตัวเก็บประจุแบบขนาน
ในวงจรด้านล่างมีสามตัวเก็บประจุต่อแบบขนานเนื่องจากตัวเก็บประจุเหล่านี้เชื่อมต่อแบบขนานความจุเทียบเท่าหรือทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของความจุแต่ละตัว
C T = C 1 + C 2 + C 3 ที่ไหน C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uf และ C 3 = 0.1uf ดังนั้น C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ
เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC ตัวเก็บประจุจะเริ่มชาร์จอย่างช้าๆ และเมื่อแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จของตัวเก็บประจุเท่ากับแรงดันไฟฟ้าจะกล่าวถึงสภาวะที่ชาร์จเต็มแล้ว ในสภาพนี้ตัวเก็บประจุจะทำงานเป็นแหล่งพลังงานตราบเท่าที่มีการใช้แรงดันไฟฟ้า นอกจากนี้ตัวเก็บประจุไม่อนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลังจากชาร์จเต็มแล้ว
เมื่อใดก็ตามที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกจ่ายให้กับตัวเก็บประจุดังที่แสดงไว้ในวงจร capacitive ล้วนๆ จากนั้นตัวเก็บประจุจะชาร์จและคายประจุอย่างต่อเนื่องไปยังทุกระดับแรงดันไฟฟ้าใหม่ (ชาร์จที่ระดับแรงดันไฟฟ้าบวกและปล่อยในระดับแรงดันลบ) ความจุของตัวเก็บประจุในวงจร AC ขึ้นอยู่กับความถี่ของแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่จ่ายให้กับวงจร กระแสไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับวงจร
ฉัน = dQ / dt = C (dV / dt)
แผนภาพเฟสเซอร์สำหรับตัวเก็บประจุในวงจร AC
ดังที่คุณเห็นแผนภาพเฟสเซอร์สำหรับตัวเก็บประจุ AC ในภาพด้านล่างกระแสและแรงดันจะแสดงเป็นคลื่นไซน์ จากการสังเกตที่0⁰กระแสชาร์จจะอยู่ที่ค่าสูงสุดเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นในทิศทางบวกอย่างต่อเนื่อง
ตอนนี้ที่90⁰ไม่มีกระแสไหลผ่านตัวเก็บประจุเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด ที่180⁰แรงดันไฟฟ้าเริ่มลดลงอย่างช้าๆเป็นศูนย์และกระแสถึงค่าสูงสุดในทิศทางลบ และอีกครั้งการชาร์จถึงค่าสูงสุดที่360⁰เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ค่าต่ำสุด
ดังนั้นจากรูปคลื่นข้างต้นเราสามารถสังเกตได้ว่ากระแสไฟฟ้านำแรงดันไฟฟ้า90⁰ ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าแรงดันไฟฟ้า AC ล่าช้าในปัจจุบันโดย90⁰ในอุดมคติวงจรตัวเก็บประจุ
Capacitor Reactance (Xc) ในวงจร AC
พิจารณาแผนภาพวงจรด้านบนดังที่เราทราบว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต AC แสดงเป็น
V = V mบาปwt
และค่าตัวเก็บประจุ Q = CV, ดังนั้น Q = CV m Sin wt
และกระแสผ่านตัวเก็บประจุ i = dQ / dt
ดังนั้น, ผม = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) ที่, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 ดังนั้นฉันm = wCV m V m / i m = 1 / wC
ดังที่เราทราบ w = 2πf
ดังนั้น, Capacitive Reactance (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
ตัวอย่างสำหรับ Capacitive Reactance ในวงจร AC
แผนภาพ
ลองพิจารณาค่าของ C = 2.2uf และแรงดันไฟฟ้า V = 230V, 50Hz
ตอนนี้ Capacitive Reactance (Xc) = V เมตร / i m = 1 / 2πfC นี่, C = 2.2uf และ f = 50Hz ดังนั้น Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1,446.86 โอห์ม