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Circuiti del condensatore CA.

Carica e scarica di un condensatore. (Dicembre 2018).

Anonim

Circuiti del condensatore CA.

Capitolo 4 - Reattanza e impedenza - Capacitivo


Condensatori vs. resistenze

I condensatori non si comportano come i resistori. Mentre i resistori consentono a un flusso di elettroni attraverso di essi direttamente proporzionale alla caduta di tensione, i condensatori si oppongono alle variazioni di tensione prelevando o erogando corrente mentre si caricano o scaricano sul nuovo livello di tensione. Il flusso di elettroni "attraverso" un condensatore è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della tensione attraverso il condensatore. Questa opposizione al cambiamento di tensione è un'altra forma di reattanza, ma che è esattamente opposta al tipo mostrato dagli induttori.

Caratteristiche del circuito del condensatore

Espressa matematicamente, la relazione tra corrente "attraverso" il condensatore e velocità di variazione della tensione attraverso il condensatore è come tale:

L'espressione de / dt è quella del calcolo, che indica il tasso di variazione della tensione istantanea (e) nel tempo, in volt al secondo. La capacità (C) è in Farad, e la corrente istantanea (i), ovviamente, è in ampere. A volte troverete la velocità di variazione istantanea della tensione nel tempo espressa come dv / dt invece di de / dt: usando la lettera minuscola "v" o "e" per rappresentare la tensione, ma significa esattamente la stessa cosa. Per mostrare cosa succede con la corrente alternata, analizziamo un semplice circuito di condensatori: (Figura sotto)

Circuito capacitivo puro: la tensione del condensatore ritarda la corrente del condensatore di 90 °

Se dovessimo tracciare la corrente e la tensione per questo circuito molto semplice, sarebbe simile a questa: (Figura sotto)

Forme d'onda del circuito capacitivo puro.

Ricorda, la corrente attraverso un condensatore è una reazione contro il cambiamento di tensione attraverso di esso. Pertanto, la corrente istantanea è zero ogni volta che la tensione istantanea è a un picco (variazione zero o pendenza di livello, sull'onda sinusoidale di tensione) e la corrente istantanea è a un picco ovunque la tensione istantanea è al massimo cambiamento (i punti di pendenza più ripida sull'onda di tensione, dove attraversa la linea zero). Ciò si traduce in un'onda di tensione che è -90 o sfasata rispetto all'onda corrente. Guardando il grafico, l'onda corrente sembra avere un "vantaggio" sull'onda di tensione; la corrente "porta" la tensione e la tensione "ritarda" dietro la corrente. (Figurebelow)

La tensione è in ritardo di 90 ° in un circuito capacitivo puro.

Come avrete intuito, la stessa insolita onda di potenza che abbiamo visto con il semplice circuito induttore è presente anche nel circuito del condensatore semplice: (Figura sotto)

In un circuito capacitivo puro, la potenza istantanea può essere positiva o negativa.

Come con il semplice circuito induttore, lo sfasamento di 90 gradi tra tensione e corrente si traduce in un'onda di potenza che si alterna equamente tra positivo e negativo. Ciò significa che un condensatore non dissipa energia in quanto reagisce alle variazioni di tensione; assorbe e rilascia semplicemente energia, alternativamente.

Reattanza di un condensatore

L'opposizione di un condensatore al cambiamento di tensione si traduce in un'opposizione alla tensione alternata in generale, che è per definizione sempre variabile in ampiezza e direzione istantanee. Per ogni dato valore di tensione CA ad una determinata frequenza, un condensatore di una certa dimensione "condurrà" una certa intensità di corrente CA. Proprio come la corrente attraverso un resistore è una funzione della tensione attraverso il resistore e la resistenza offerta dal resistore, la corrente alternata attraverso un condensatore è una funzione della tensione CA che lo attraversa e la reattanza offerta dal condensatore. Come per gli induttori, la reattanza di un condensatore è espressa in ohm e simbolizzata dalla lettera X (o X C per essere più specifica).

Poiché i condensatori "conducono" la corrente in proporzione alla velocità di variazione della tensione, passeranno più corrente per tensioni che cambiano più velocemente (poiché caricano e scaricano agli stessi picchi di tensione in meno tempo) e meno corrente per tensioni che cambiano più lentamente. Ciò significa che la reattanza in ohm per ogni condensatore è inversamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata. (Tabella che segue)

Reattanza di un condensatore da 100 uF:
Frequenza (Hertz)Reattanza (ohm)
6026, 5258
12013, 2629
25000, 6366

Si noti che la relazione tra reattanza capacitiva e frequenza è esattamente opposta a quella della reattanza induttiva. La reattanza capacitiva (in ohm) diminuisce con l'aumentare della frequenza CA. Al contrario, la reattanza induttiva (in ohm) aumenta con l'aumentare della frequenza CA. Gli induttori si oppongono a correnti di cambio più veloci producendo maggiori cadute di tensione; i condensatori si oppongono a variazioni di voltaggio che cambiano più velocemente consentendo maggiori correnti.

Come con gli induttori, il termine 2πf dell'equazione della reattanza può essere sostituito dalla lettera greca di minuscolo Omega (ω), che viene indicata come la velocità angolare del circuito CA. Quindi, l'equazione X C = 1 / (2πfC) potrebbe anche essere scritta come X C = 1 / (ωC), con ω cast in unità di radianti al secondo .

La corrente alternata in un circuito capacitivo semplice è uguale alla tensione (in volt) divisa per la reattanza capacitiva (in ohm), proprio come alternativamente o la corrente continua in un circuito resistivo semplice è uguale alla tensione (in volt) divisa per il resistenza (in ohm). Il seguente circuito illustra questa relazione matematica con l'esempio: (Figura sotto)

Reattanza capacitiva.

Tuttavia, dobbiamo tenere presente che tensione e corrente non sono in fase qui. Come mostrato in precedenza, la corrente ha uno sfasamento di +90 o rispetto alla tensione. Se rappresentiamo matematicamente questi angoli di fase di tensione e corrente, possiamo calcolare l'angolo di fase dell'opposizione reattiva del condensatore alla corrente.

La tensione è in ritardo di 90 o in un condensatore.

Matematicamente, diciamo che l'angolo di fase dell'opposizione di un condensatore alla corrente è -90 o, il che significa che l'opposizione di un condensatore alla corrente è una quantità immaginaria negativa. (Figureabove) Questo angolo di fase dell'opposizione reattiva alla corrente diventa di fondamentale importanza nell'analisi circuitale, specialmente per i circuiti CA complessi in cui reattanza e resistenza interagiscono. Risulterà vantaggioso rappresentare l'opposizione di qualsiasi componente alla corrente in termini di numeri complessi, e non solo quantità scalari di resistenza e reattanza.

  • REVISIONE:
  • • La reattanza capacitiva è l'opposizione che un condensatore offre alla corrente alternata a causa del suo stoccaggio sfasato e rilascio di energia nel suo campo elettrico. La reattanza è simboleggiata dalla lettera maiuscola "X" e viene misurata in ohm proprio come la resistenza (R).
  • • La reattanza capacitiva può essere calcolata utilizzando questa formula: X C = 1 / (2πfC)
  • • La reattanza capacitiva diminuisce con l'aumentare della frequenza. In altre parole, maggiore è la frequenza, minore è l'opposizione (più essa "conduce") il flusso AC degli elettroni.