AC 커패시터

로 회로를 조립해 봅시다. 콘덴서, 여기서 교류 발전기는 정현파 전압을 생성합니다. 스위치를 닫을 때 회로에서 어떤 일이 일어날지 순차적으로 분석해 봅시다. 발전기 전압이 0이 되는 초기 순간을 고려할 것입니다.

기간의 1/4 분기 동안 발전기 단자의 전압이 0부터 시작하여 증가하고 커패시터가 충전되기 시작합니다. 회로에 전류가 나타나지만 커패시터를 충전하는 첫 순간에 플레이트의 전압이 방금 나타 났고 여전히 매우 작음에도 불구하고 회로의 전류 (충전 전류)가 가장 큽니다. . 커패시터의 전하가 증가함에 따라 회로의 전류는 감소하고 커패시터가 완전히 충전되는 순간 0에 도달합니다. 이 경우 발전기의 전압을 엄격히 따르는 커패시터 플레이트의 전압은 현재 최대가되지만 반대 기호, 즉 발전기의 전압으로 향합니다.

쌀. 1. 커패시턴스가 있는 회로에서 전류와 전압의 변화

이런 식으로 전류는 가장 큰 힘으로 무료로 커패시터로 돌진하지만 커패시터 플레이트가 전하로 채워지고 0으로 떨어지면 즉시 감소하기 시작하여 완전히 충전됩니다.

이 현상을 하나는 가득 차 있고 다른 하나는 비어 있는 두 개의 통신 용기를 연결하는 파이프(그림 2)에서 물의 흐름에 일어나는 일과 비교해 봅시다. 수로를 막는 밸브를 누르기만 하면 됩니다. 큰 압력으로 왼쪽 용기에서 물이 파이프를 통해 즉시 비어 있는 오른쪽 용기로 돌진하기 때문입니다. 그러나 즉시 파이프의 수압은 용기의 레벨 균등화로 인해 점차 약해지기 시작하여 0으로 떨어집니다. 물의 흐름이 멈출 것입니다.

쌀. 2. 통신 용기를 연결하는 배관의 수압 변화는 커패시터 충전 중 회로의 전류 변화와 유사합니다.

마찬가지로 전류는 먼저 충전되지 않은 커패시터로 돌입한 다음 충전되면서 점차 약해집니다.

기간의 2/4분기가 시작되면 발전기 전압이 처음에는 천천히 시작되었다가 점점 더 급격히 감소하면 충전된 커패시터가 발전기로 방전되어 회로에 방전 전류가 발생합니다. 발전기 전압이 감소함에 따라 커패시터는 점점 더 많이 방전되고 회로의 방전 전류는 증가합니다. 기간의 이 분기의 방전 전류 방향은 기간의 첫 번째 분기의 충전 전류 방향과 반대입니다. 따라서 영점을 지난 전류곡선은 이제 시간축 아래에 위치하게 된다.

첫 번째 반주기가 끝날 때까지 발전기 전압과 커패시터 전압은 빠르게 0에 접근하고 회로 전류는 서서히 최대값에 도달합니다. 회로의 전류 값이 클수록 회로에서 운반되는 전하의 값이 커진다는 점을 감안할 때 커패시터 판의 전압이 높을 때 전류가 최대에 도달하는 이유가 분명해집니다. 커패시터, 빠르게 감소합니다.

기간의 3/4 분기가 시작되면 커패시터가 다시 충전되기 시작하지만 발전기의 극성뿐만 아니라 플레이트의 극성도 "반대"로 바뀌고 전류는 계속해서 동일하게 흐릅니다. 방향은 커패시터가 충전됨에 따라 감소하기 시작합니다.주기의 3/4 분기가 끝나면 발전기 및 커패시터 전압이 최대에 도달하면 전류는 0이됩니다.

기간의 마지막 분기 동안 전압이 감소하고 0으로 떨어지고 회로에서 방향이 변경된 전류가 최대 값에 도달합니다. 여기에서 기간이 끝나고 다음 기간이 시작되고 이전 기간이 정확히 반복됩니다.

따라서 발전기의 교류 전압의 작용으로 커패시터는 기간 (기간의 1/4 분기) 동안 두 번 충전되고 두 번 (기간의 2/4 분기) 방전됩니다. 하지만 하나씩 교체하기 때문에 커패시터 충전 및 방전 회로를 통해 충전 및 방전 전류가 흐를 때마다 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 교류.

다음의 간단한 실험에서 이를 확인할 수 있습니다. 25W 전구를 통해 4-6마이크로패럿 커패시터를 주전원에 연결합니다.표시등이 켜지고 회로가 끊어질 때까지 꺼지지 않습니다. 이것은 교류가 커패시턴스와 함께 회로를 통과했음을 나타냅니다. 물론 커패시터의 유전체를 통과하지는 않지만 어느 순간에 충전 전류 또는 커패시터 방전 전류를 나타냅니다.

아시다시피 유전체는 커패시터가 충전될 때 발생하는 전기장의 작용으로 분극되고 커패시터가 방전되면 분극이 사라집니다.

이 경우 변위 전류가 발생하는 유전체는 일종의 회로 연속으로 교류에 사용되며 상수는 회로를 차단합니다. 그러나 변위 전류는 커패시터의 유전체 내에서만 형성되므로 회로를 따라 전하가 이동하지 않습니다.

AC 커패시터가 제공하는 저항은 커패시터의 커패시턴스 값과 전류 주파수에 따라 다릅니다.

커패시터의 용량이 클수록 커패시터의 충전 및 방전 중에 회로의 전하가 커지고 따라서 회로의 전류가 커집니다. 회로의 전류가 증가하면 저항이 감소했음을 나타냅니다.

따라서 커패시턴스가 증가함에 따라 교류에 대한 회로의 저항이 감소합니다.

성장하고 있습니다 현재 주파수 커패시터의 충전(및 방전)이 저주파보다 더 빨리 일어나야 하기 때문에 회로에서 운반되는 전하의 양이 증가합니다. 동시에 단위 시간당 전송되는 전하량의 증가는 회로의 전류 증가와 동일하므로 저항이 감소합니다.

어떻게 든 교류의 주파수를 점차 줄이고 전류를 직류로 줄이면 회로에 포함 된 커패시터의 저항이 점차 증가하여 나타날 때까지 무한히 커집니다 (회로 차단). 정전류 회로.

따라서 주파수가 증가함에 따라 교류에 대한 커패시터의 저항이 감소합니다.

교류에 대한 코일의 저항을 유도성이라고 하는 것처럼 커패시터의 저항을 용량성이라고 합니다.

따라서 용량 성 저항이 클수록 회로의 용량과 공급하는 전류의 주파수가 낮아집니다.

용량성 저항은 Xc로 표시되며 옴 단위로 측정됩니다.

전류 주파수 및 회로 용량에 대한 용량 성 저항의 의존성은 공식 Xc = 1 / ωC에 의해 결정됩니다. 여기서 ω는 2πe의 곱과 동일한 원형 주파수이고 C는 회로의 용량입니다. 패럿.

유도 저항과 같은 용량 저항은 커패시터가 전류 소스의 에너지를 소비하지 않기 때문에 반응성 특성을 갖습니다.

공식 옴의 법칙 용량 성 회로의 경우 I = U / Xc 형식을 갖습니다. 여기서 I 및 U는 전류 및 전압의 유효 값입니다. Xc는 회로의 용량성 저항입니다.

저주파 전류에 대해 높은 저항을 제공하고 고주파 전류를 쉽게 통과시키는 커패시터의 특성은 통신 장비 회로에 널리 사용됩니다.

예를 들어 커패시터의 도움으로 회로 작동에 필요한 고주파 전류에서 정전류 및 저주파 전류를 분리할 수 있습니다.

회로의 고주파 부분에서 저주파 전류의 경로를 차단해야 하는 경우 작은 커패시터를 직렬로 연결합니다. 저주파 전류에 큰 저항을 제공하는 동시에 고주파 전류를 쉽게 통과시킵니다.

예를 들어 라디오 방송국의 전원 회로에서 고주파 전류를 방지해야하는 경우 전류 소스와 병렬로 연결된 대용량 커패시터가 사용됩니다. 이 경우 고주파 전류는 라디오 방송국의 전원 회로를 우회하여 커패시터를 통과합니다.

AC 회로의 능동 저항 및 커패시터

실제로 커패시턴스가 있는 직렬 회로에서 사례가 자주 관찰됩니다. 활성 저항이 포함됩니다. 이 경우 회로의 총 저항은 공식에 의해 결정됩니다.

따라서 능동 및 용량성 AC 저항으로 구성된 회로의 총 저항은 이 회로의 능동 및 용량성 저항의 제곱합의 제곱근과 같습니다.

옴의 법칙은 이 I = U / Z 회로에도 유효합니다.

무화과에서. 도 3은 용량성 저항과 능동 저항을 포함하는 회로에서 전류와 전압 사이의 위상 관계를 특징짓는 곡선을 보여준다.

쌀. 3. 커패시터와 활성 저항이 있는 회로의 전류, 전압 및 전력

그림에서 알 수 있듯이 이 경우 전류는 전압을 1/4 주기로 증가시키는 것이 아니라 감소된 위상에서 알 수 있듯이 활성 저항이 회로의 순전히 용량성(반응성) 특성을 위반하기 때문에 더 적게 증가합니다. 옮기다. 이제 회로 단자의 전압은 두 가지 구성 요소의 합으로 정의됩니다. 전압의 반응성 구성 요소는 회로의 용량 성 저항을 극복하고 전압의 활성 구성 요소는 활성 저항을 극복합니다.

회로의 활성 저항이 클수록 전류와 전압 사이의 위상 편이가 작아집니다.

기간 동안 두 번 회로의 전력 변화 곡선(그림 3 참조)은 우리가 이미 알고 있듯이 회로의 반응성 특성의 결과인 음의 부호를 얻었습니다. 회로의 반응성이 적을수록 전류와 전압 사이의 위상 편이가 작아지고 회로가 소비하는 전류 소스 전력이 많아집니다.

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