Зачем использовать конденсаторы?

41

Зачем вам нужно какое-то время хранить напряжение в конденсаторе? Я всегда предполагал, что цепи работают, когда вы включаете его, и останавливаете, когда вы выключаете его.

Почему вся цепь не может быть отключена от конденсатора? Если он предназначен для хранения, почему бы просто не использовать триггер?

user1424
источник
23
Два слова: путешествие во времени .
Джеймс МакНеллис
Если вы можете возложить руки на пару, дайте мне знать.
Да конечно. Я заказал плату Arduino. они откладывают до тех пор, пока не получат Uno Board на своем складе. Я жду.
user1424
2
Надеюсь, мы вам помогли, я бы посоветовал вам изменить свое имя пользователя на действительное, а не автоматически сгенерированное.
Кортук
2
Конденсаторы на линиях электропитания, которые вы описываете, называются «обходными конденсаторами» или «развязывающими конденсаторами». en.wikipedia.org/wiki/Decoupling_capacitor Существует много других применений конденсаторов в цепях.
эндолит

Ответы:

40

Если бы все, что вы хотели построить, - это цифровые схемы, а ваши источники напряжения действительно имели постоянное напряжение, независимо от того, какой ток у них был получен, и ничего не создавало электрических помех, вам не понадобились бы конденсаторы.

Но источники напряжения провисают, когда вы получаете ток от них. Моторные щетки (и множество других компонентов) создают ужасные скачки напряжения, которые вы хотите отфильтровать из вашей цифровой схемы. Некоторые люди также имеют дело с аналоговыми схемами, где сигналы напряжения и тока постоянно меняются в широком диапазоне. Для такого типа изменяющейся во времени схемы необходимы конденсаторы.

pingswept
источник
3
Я почти закончил, когда твое было опубликовано, и так как я принял немного другое направление, я все еще отправил это. Мы говорили одно и то же по-разному, +1 для вас.
Кортук
3
И для вас, сэр!
pingswept
Выяснение паразитных компонентов объяснит большую часть эффектов.
XTL
36

Цифровые схемы могут быть особенно плохими, но в целом вы пытаетесь заставить шину питания оставаться источником постоянного тока. большинство цепей, когда они внезапно получают питание от силовой шины, не были бы слишком счастливы, если бы силовая шина отреагировала падением.

При увеличении скорости индуктивность создает большую проблему, чем сопротивление. Конденсатор действует как очень близкий источник энергии. Вы вытягиваете свою высокоскоростную мощность из конденсатора, и источник питания медленно заряжает конденсатор.

Когда все сделано правильно, все работает по спец. Когда вы делаете коммерческий продукт и делаете его ненадлежащим образом, вы получаете продукт с очень странными ошибками, обычно привязанными к высокой нагрузке, поскольку напряжение действительно падает (sags = опускается ниже необходимого уровня). В худшем случае высокоскоростные сигналы проходят через линии электропередачи, и FCC не одобряет ваш продукт, поскольку он излучает высокочастотную энергию.

Kortuk
источник
Во втором абзаце вы хотите сказать, что вы хотите, чтобы конденсатор физически (геометрически) был близок к высокочастотному компоненту, чтобы он мог получать энергию? Что произойдет, если его там нет? Шум или провисание? (Контекст: я хочу использовать какое-то радио в проекте для хобби в следующем месяце, и я пытаюсь понять, что с этим связано. Я надеюсь использовать микроконтроллер со встроенным радио для передачи малой мощности, может быть, Стиль RFID, в основном всего несколько килобайт в час. Нужно ли мне знать об использовании конденсаторов?)
Джек Шмидт,
5
Я имею в виду электрически близко. Это означает, что расстояние между линейками может быть небольшим, но если провод изогнут под 6-дюймовым проводом, у вас есть проблема. Это вызовет как шум, так и провисание. Микросхема с конденсатором на расстоянии будет иметь проблемы с провисанием (возможно, незначительные, посмотрите на таблицу данных), но вы будете вызывать шум на проводе между ними, так как он действует как антенна.
Кортук
Хорошо, спасибо! Я все еще собираю достаточно информации, чтобы задать разумный вопрос. Просматривать каталоги DigiKey и Mouser и читать таблицы данных на 5 $ - все равно что читать фантастику. Я пытаюсь набрать скорость, читая учебники с наших курсов по EE, но я еще не понял, как получить опыт работы в лаборатории.
Джек Шмидт
20

Конденсаторы также широко используются в цепях генератора , фильтра и синхронизации , потому что их скорость зарядки и скорость разряда могут быть точно рассчитаны.

В RC- цепи значение постоянной времени (в секундах) равно произведению сопротивления цепи (в омах) и емкости цепи (в фарадах), то есть R × C. Это время, необходимое для зарядки конденсатор через резистор до 63,2% от полного заряда; или разрядить его до 36,8% от его начального напряжения. Эти странные проценты получены из математической константы e (2.71828, основание для натуральных логарифмов), а именно 1 - 1 / e и 1 / e соответственно.

Цепи генератора и синхронизации обычно используются в цифровых системах для обеспечения частотных генераторов и синхронизации. Генераторы и фильтры обычно находятся в аналоговых цепях, т. Е. Аудио или радиочастотных (RF).

оборота тросли
источник
1
Это главная причина использовать заглавные буквы, но от нового парня до каналов, которые занимаются цифровыми технологиями, я держал пари, что все они были развязаны.
Кортук
2
Вот почему я начал с "Конденсаторы также широко используются ..." Если он только начинает заниматься электроникой, он снова столкнется с ними.
tcrosley
1
Я не хотел подразумевать, что вы были не правы, я просто дал комментарий, что-то для других, чтобы прочитать, и отметить, что я более чем согласен с вашим ответом.
Кортук
6

Одним из наиболее популярных применений конденсаторов в промышленной электротехнике является обеспечение коррекции коэффициента мощности. Конденсаторы накапливают энергию и выдают ее каждый цикл в сети распределения электроэнергии переменного тока, чтобы компенсировать тот факт, что высокоиндуктивные нагрузки, такие как электродвигатели, потребляют ток, который «отстает» от приложенного напряжения. Это приводит к плохому коэффициенту мощности в электрической распределительной сети, что обычно означает, что сетевые активы не могут быть использованы до их номинальной мощности.

Используя коррекцию коэффициента мощности, которая для индуктивных нагрузок означает переключение конденсаторов в сеть питания, коэффициент мощности может быть увеличен почти до единицы, что означает, что сетевые активы, такие как большие трансформаторы, не должны быть излишне завышенными.

Кроме того, большинство органов по электроснабжению будут наказывать пользователей, которые имеют очень низкий коэффициент мощности, так как они обычно несут дополнительные расходы на распределенные и чрезмерно распределенные активы. Поэтому у крупных промышленных пользователей существует финансовый стимул для установки оборудования для коррекции коэффициента мощности.

Конденсаторы также используются для фильтрации пульсаций при выпрямлении переменного тока в постоянный ток (например, на входной ступени привода с регулируемой скоростью или цепи инвертора).

Кроме того, конденсаторы используются для «усиления» источников питания постоянного тока (например, для преобразования источника питания 5 В постоянного тока в выход 9 В постоянного тока). Это так называемые схемы прерывателя.

тео
источник
Цепи прерывателя? Я знаю их как цепи зарядки насоса.
м.Алин
Заряд насоса звучит разумно, но я знаю их как схемы умножителя напряжения.
Автодидакт
3

Здравствуйте, user1424 Вы, кажется, задаете много вопросов о многих вещах в электронном виде. Позвольте мне порекомендовать вам найти хорошую книгу, такую ​​как «Искусство электроники» Горовица и Хилла, и хорошо ее прочитать.

user1307
источник
3
искусство электроники не самое легкое для чтения.
Кортук
1
Но это так полно вещей <3
XTL
Я думаю, что это удивительно, просто предупреждение.
Кортук
3

Почему вся цепь не может быть отключена от конденсатора?

Схемы иногда рисуются без конденсаторов, так как подразумевается, что они будут включены в каждый логический вывод питания. Очевидно, что при использовании инструмента EDA, они должны быть где-то на схеме (как правило, в каком-то другом месте), но подразумевается, что на каждом выводе будет по крайней мере один (несколько заглушек могут охватывать более широкий диапазон частот), и как как можно ближе.

Для опытных образцов - особенно для опытных образцов - конденсаторы обхода еще более важны. Часто в шарике проводов будет намного больше индуктивности, чем обычно. Даже если ваша частота переключения низкая, спектральное содержание краев может быть очень высоким.

Ник Т
источник
1

Разъединяющие конденсаторы служат нескольким целям. Во-первых, они являются защитой от изменений в блоке питания. Если бы конденсатора не было, провал мог бы сбросить всю цепь. Аналогично, некоторые энергозатратные части схемы могут включаться и выключаться во время работы. Включение также создает провал; большой ток, внезапно необходимый в одном месте, означает, что он больше не доступен в другом месте. Конденсатор является буферным хранилищем, которое обеспечивает достаточный ток для всех компонентов в эти моменты переключения.

stevenvh
источник
1

Хорошим примером являются емкостные сенсорные экраны (например, сенсорный экран в iPhone).

Емкостные сенсорные экраны используют слой емкостного материала для удержания электрического заряда. Прикосновение к поверхности экрана приводит к искажению электростатического поля экрана, создающему падение напряжения, которое можно измерить как изменение емкости. Это точное местоположение падения напряжения контролируется контроллером и передается на процессор.

ksindi
источник