Як конденсатор блокує постійний струм?

Я з цим плутаюсь! Як конденсатор блокує постійний струм?

• Я бачив багато схем, що використовують конденсатори, що живляться від живлення постійного струму. Отже, якщо конденсатор блокує постійний струм, навіщо його використовувати в таких схемах?
• Також рейтинг напруги згадується як значення постійного струму на конденсаторі. Що це означає?

Я думаю, це допомогло б зрозуміти, як конденсатор блокує постійний струм (постійний струм), дозволяючи змінного струму (змінного струму).

Почнемо з найпростішого джерела постійного струму - акумулятора:

Коли акумулятор використовується для живлення що - то, електрони втягуються в + сторону батареї, і виштовхнув - сторону.

Давайте приєднаємо до акумулятора кілька проводів:

Тут все ще немає повного контуру (дроти нікуди не йдуть), тому потоку струму немає.

Але це не означає , що не було якоїсь - або струм. Розумієте, атоми металевого мідного дроту складаються з ядер атомів міді, оточених їхніми електронами. Буде корисно думати про мідний дріт як про позитивні іони міді, електрони яких плавають навколо:

Примітка: Я використовую символ e ^- для представлення електрона

У металі дуже легко проштовхувати електрони навколо. У нашому випадку у нас підключений акумулятор. Він здатний насправді висмоктати з електрону кілька електронів:

Провід кріпиться до позитивної стороні батареї має електрони всмоктується з нього. Потім електрони виштовхують негативну сторону акумулятора в провід, приєднаний до негативної сторони.

Важливо зазначити, що акумулятор не може видалити всі електрони. Електрони, як правило, притягуються до позитивних іонів, які вони залишають після себе; тому важко видалити всі електрони.

Врешті-решт наш червоний провід матиме невеликий позитивний заряд (тому що у нього відсутні електрони), а чорний провід матиме незначний негативний заряд (бо він має зайві електрони).

Тому , коли ви спочатку підключіть батарею до цих проводах, тільки трохи трохи струму буде текти. Акумулятор не здатний рухати дуже багато електронів, тому струм тече дуже коротко, а потім припиняється.

Якщо ви від'єднали акумулятор, перевернули його і знову підключили його: електрони в чорному дроті будуть всмоктуватися в акумулятор і просуваються в червоний провід. Ще раз з’явилася б лише невелика кількість поточного струму, і тоді вона зупиниться.

Проблема просто з використанням двох проводів полягає в тому, що у нас не дуже багато електронів, щоб проштовхуватися. Нам потрібно великий запас електронів, з яким можна пограти - велика шматка металу. Ось що таке конденсатор: великий шматок металу, прикріплений до кінців кожного дроту.

Завдяки цьому великому шматку металу є набагато більше електронів, які ми можемо легко розсунути. Тепер "позитивна" сторона може витягнути з неї набагато більше електронів, а "негативна" сторона може мати набагато більше електронів, висунутих у неї:

Отже, якщо застосувати джерело змінного струму до конденсатора, деякий з цього струму буде дозволено протікати, але через деякий час у нього не вистачить електронів, щоб проштовхнутися, і потік припиниться. Це пощастило для джерела змінного струму, оскільки він потім повертається назад, і струм дозволяється ще раз текти.

Але чому конденсатор розрахований на постійне напруга

Конденсатор - це не просто дві частини металу. Ще одна конструктивна особливість конденсатора полягає в тому, що він використовує два металеві частини дуже близько один до одного (уявіть шар воскового паперу, просоченого між двома листами олов'яної фольги).

Причина, по якій вони використовують "олов'яну фольгу", розділену "вощеним папером", полягає в тому, що вони хочуть, щоб негативні електрони були дуже близькими до позитивних "дірок", які вони залишили. Це призводить до залучення електронів до позитивних "дірок":

Оскільки електрони негативні, а «дірки» - позитивні, то електрони притягуються до дірок. Це призводить до того, що електрони фактично залишаються там. Тепер ви можете вийняти акумулятор, і конденсатор фактично утримуватиме цей заряд.

Ось чому конденсатор може зберігати заряд; притягування електронів до отворів, які вони залишили позаду.

Але цей вощений папір не є ідеальним ізолятором; це дозволить дозволити деякий витік. Але справжня проблема виникає, якщо у вас накопичено занадто багато електронів. Електричне поле між двома « пластинами » конденсатора може насправді набути такого напруження, що спричиняє поломку воскового паперу, назавжди пошкоджуючи конденсатор:

Насправді конденсатор вже не виготовлений з олов'яної фольги та воскового паперу (вже); вони використовують кращі матеріали. Але все ж є точка, «напруга», де ізолятор між двома паралельними пластинами ламається, руйнуючи пристрій. Це номінальна максимальна напруга постійного струму конденсатора.

Дозвольте мені побачити, чи можу я додати ще одну перспективу до інших 3 відповідей.

Конденсатори діють як короткий на високих частотах, так і відкритий на низьких частотах.

Ось два випадки:

Конденсатор послідовно з сигналом

У цій ситуації змінного струму вдається пройти, але постійний струм блокується. Це зазвичай називають конденсатором зв'язку.

Конденсатор паралельно сигналу

У цій ситуації DC може пробитися, але змінного струму короткий заземлення, що призводить до його блокування. Це зазвичай називають конденсатором роз'єднання.

Що таке змінна струм?

Я використовував терміни "Висока частота" і "Низький частота" досить вільно, оскільки вони насправді не мають жодного числа, пов'язаного з ними. Я зробив це, тому що те, що вважається низьким і високим, залежить від того, що відбувається в іншій частині контуру. Якщо ви хочете дізнатися більше про це, ви можете прочитати про фільтри низьких частот у Вікіпедії або деякі питання щодо нашого RC-фільтра .

Рейтинг напруги

Напруга, яке ви бачите на конденсаторах, - це максимальна напруга, яку ви можете сміливо прикладати до конденсатора, перш ніж ви почнете ризикувати фізичним руйнуванням конденсатора. Іноді це відбувається як вибух, іноді пожежа, а іноді просто нагрівається.

Пояснення полягає в тому, що протилежні заряди притягують один одного. Конденсатор - це компактна конструкція з 2 провідних пластин, розділених дуже тонким ізолятором. Якщо ви поставите DC на нього, одна сторона буде позитивно заряджена, а інша сторона негативно. Обидва заряди притягують один одного, але не можуть пройти ізоляційний бар'єр. Поточного потоку немає. Отже, це кінець історії для DC.
Для змінного струму все інакше. Одна сторона послідовно буде позитивно та негативно стягуватись, а також притягуватиме негативні та позитивні звинувачення. Отже зміни на одній стороні бар'єру провокують зміни з іншого боку, так що, здається , заряди переходять через бар'єр, і струм ефективно протікає через конденсатор.

Заряджений конденсатор завжди заряджений постійним струмом, тобто одна сторона має позитивні заряди, а друга сторона - негативну. Ці заряди - це накопичувач електричної енергії , який необхідний у багатьох схемах.

Максимальна напруга визначається ізолюючим бар'єром. Вище певної напруги воно вийде з ладу і створить коротке замикання. Це може статися під постійним струмом, але також і під змінами.

Простий спосіб думати про це полягає в тому, що конденсатор серії блокує постійний струм, тоді як паралельний конденсатор допомагає підтримувати стабільну напругу.

Це дійсно два програми однакової поведінки - конденсатор реагує на спробу підтримувати напругу на собі постійним. У випадку серії цілком раді зняти стійку різницю напруги, але будь-яка різка зміна однієї сторони буде передана на іншу, щоб зберегти різницю напруги постійною. У паралельному випадку будь-яка різка зміна напруги буде реагувати на.

Кількість заряду, що виникає на пластинах конденсатора з заданою напругою на його клемах, регулюється формулою:

$Q = C \times V$

Диференціюючи обидві сторони (струм є похідною часу заряду), дає:

$I = C \times \dfrac {dV}{dt}$

$\dfrac{dV}{dt} = 0$

Отже, конденсатор не дозволяє струму протікати «через» його для постійної напруги (тобто він блокує постійний струм).

Напруги по обкладинками конденсатора також повинні змінюватися в безперервному режимі, так що конденсатори мають ефект «тримає» напруга , як тільки вони завантажують в нього, до тих пір , що напруга не може бути виписаний через опір. Тому конденсаторами дуже поширене застосування - це стабілізація напруги на рейках та від’єднання рейок від землі.

Показник напруги - це кількість напруги, яку можна застосувати на плитах до того, як електростатичні сили розбивають властивості діелектричного матеріалу між пластинами, через які він розбитий як конденсатор :).

Це не дуже технічна відповідь, але графічне пояснення мені здається дуже смішним і простим:

Моя відповідь на такі запитання - це завжди "вода". Вода, що протікає по трубах, - напрочуд точна аналогія потоку, що протікає по дротах. Поточна - скільки води протікає через трубу. Різниця в напрузі стає різницею тиску води. Труби повинні лежати рівномірно, так що гравітація не грає ніякої ролі.

У такій аналогії акумулятор - це водяний насос, а конденсатор - гумова мембрана, яка повністю блокує трубу. Постійний струм - вода, яка постійно протікає в одну сторону через трубу. АС - це вода, яка постійно тече туди-сюди.

Зважаючи на це, повинно бути очевидним, що конденсатор блокує постійний струм: оскільки мембрана може розтягуватися лише поки, вода не може просто продовжувати текти в тому ж напрямку. Під час розтягування мембрани буде деякий потік (тобто заряди конденсатора), але в один момент він стає досить розтягнутим, щоб повністю збалансувати тиск води, тим самим блокуючи подальший потік.

Також стає очевидним, що конденсатор не блокує змінного струму повністю, але це залежить від властивостей мембрани. Якщо мембрана достатньо еластична (велика ємність), вона не складе жодних труднощів для швидкої течії води назад і назад. Якщо мембрана дійсно досить жорстка (наприклад, тонкий аркуш пластику), це відповідає низькій ємності, і якщо вода тече назад і назад повільно, такий потік буде заблокований, але дуже високі частотні коливання все-таки пророблять його.

Ця аналогія була для мене настільки винятково корисною, що мені дуже цікаво, чому її не використовують ширше.

По-перше, конденсатор блокує постійний струм і є меншим опором змінного струму, тоді як індуктор, як правило, блокує змінного струму, але пропускає постійний струм дуже легко. Під "блокуванням" ми маємо на увазі, ніж він пропонує високий опір сигналу, про який ми говоримо.

По-перше, нам потрібно визначити кілька термінів, щоб пояснити це. Ви знаєте, що таке опір, правда? Опір - це опір потоку струму, що призводить до спалювання потужності, вимірюваної у ватах. Не має значення, чи струм змінного чи постійного струму, потужність, що розсіюється ідеальним резистором, однакова для будь-якого.

Тож опір - це один із видів «опору» потоку струму. Є ще 2 - "індуктивна реактивність" та "ємнісна реактивність". Обидва вимірюються також в омах, як опір, але обидва відрізняються тим, що, для однієї речі, вони змінюються залежно від частоти, а для іншої вони фактично не споживають енергію, як це робить опір. Отже, всі разом існують 3 види опору - резистивний, індуктивний та ємнісний.

Величину блокування або опору індукторів в омах можна визначити:

Де 2пі - приблизно 6,28, f - частота (змінного струму, очевидно) сигналу, L - індуктивність, виміряна в генах, а де "X sub L" - індуктивна реактивність в омах.

Індуктивна реактивність - це імпеданс компонента через індуктивність; це своєрідний опір, але насправді не спалює потужність у ватах, як це робить резистор, і оскільки "f" для частоти потрібно подавати, значення цього значення залежить від частоти для даного індуктора.

Зауважте, що в міру збільшення частоти імпеданс (опір змінного струму) в омах. І зауважте, що якщо частота дорівнює нулю, то так чинить і імпеданс - частота нуля означає постійний струм, тому індуктори практично не мають опору струму постійного струму. І з підвищенням частоти збільшується імпеданс.

Конденсатори - навпаки - формула ємнісного реагенту є

Тут C - ємність ковпачка у фарадах, "2pi" і "f" такі ж, як вище, а "X-sub-C" - ємнісна реактивність в омах. Зауважте, що реактивність тут "поділена на" частоту і ємність - це призводить до значень опору, що знижуються з частотою і ємністю. Отже, якщо частота висока, імпеданс буде низьким, а якщо частота буде близько нуля, який є постійним струмом, імпеданс буде майже нескінченним - іншими словами, конденсатори блокують постійний струм, але проходять змінного струму, і чим вище частота сигнал змінного струму, тим менший імпеданс до нього.

Я піду для якісного підходу з найкоротшою відповіддю:

Насправді є конденсатор через постійні струми постійного струму для коротких сигналів змінного струму, які в іншому випадку можуть потрапити на рейки живлення, тому кількість змінного струму в ланцюзі постійного струму зменшується.

Рейтинг напруги на ковпачку - це максимальна напруга (сума постійного струму та будь-якого змінного струму!), Яку має бачити кришка. Перевищуйте це напруга, і кришка вийде з ладу.