קבל הוא אחד הרכיבים האלקטרוניים הנפוצים ביותר. יש לו את היכולת לאגור בתוכו אנרגיה, בצורה של מטען חשמלי המייצר מתח סטטי (הפרש פוטנציאלי) על פני לוחותיו. פשוט, קבל דומה לסוללה נטענת קטנה. קבל הוא רק שילוב של שתי לוחות מוליכים או מתכתיים המקבילים במקביל, ומופרדים באמצעות חשמל על ידי שכבת בידוד טובה (המכונה גם דיאלקטרי) המורכבת מנייר שעווה, נציץ, קרמיקה, פלסטיק וכו '.
ישנם יישומים רבים של קבלים באלקטרוניקה, חלקם מפורטים להלן:
- אחסון אנרגיה
- מיזוג כוח
- תיקון גורם כוח
- סִנוּן
- מתנדים
עכשיו, הנקודה היא איך עובד קבלים ? כשאתה מחבר את ספק הכוח לקבל הוא חוסם את זרם DC עקב שכבת בידוד ומאפשר למתח להיות על פני הלוחות בצורה של מטען חשמלי. אז אתה יודע איך קבל עובד ומה השימושים שלו או היישום שלו, אבל אתה צריך ללמוד כיצד להשתמש בקבל במעגלים אלקטרוניים.
כיצד לחבר קבל במעגל אלקטרוני?
כאן, אנו נדגים לך את חיבורי הקבל ואת ההשפעה הנובעת ממנו בדוגמאות.
- קבלים בסדרה
- קבלים במקביל
- קבלים במעגל זרם חילופין
קבל במעגל הסדרה
במעגל, כאשר אתה מחבר קבלים בסדרה כפי שמוצג בתמונה לעיל, הקיבול הכולל יורד. הזרם דרך הקבלים בסדרה שווה (כלומר i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). לפיכך, גם המטען המאוחסן על ידי הקבלים זהה (כלומר Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), מכיוון שהמטען המאוחסן על ידי לוחית של כל קבל מגיע מהצלחת של הקבל הסמוך במעגל.
על ידי יישום חוק המתח של קירכהוף (KVL) במעגל, יש לנו
V T = V C1 + V C2 + V C3… משוואה (1)
כידוע, Q = CV אז, V = Q / C.
איפה, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
כעת, על הצבת הערכים הנ"ל במשוואה (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
עבור n מספר קבלים בסדרה המשוואה תהיה
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
לפיכך, המשוואה הנ"ל היא משוואת קבלים הסדרה.
איפה, C T = הקיבול הכולל של המעגל
C 1… n = קיבול קבלים
משוואת קיבול לשני מקרים מיוחדים נקבעת להלן:
מקרה I: אם יש שני קבלים בסדרה, בעלי ערך שונה הקיבול יתבטא כ:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) או, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… משוואה (2)
מקרה II: אם יש שני קבלים בסדרה, עם אותו ערך הקיבול יתבטא כ:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C או, C T = C / 2
דוגמה למעגל קבלים סדרתי:
כעת, בדוגמה שלהלן אנו נראה לך כיצד לחשב את הקיבולת הכוללת ואת ירידת מתח ה- RMS בודדת על פני כל קבלים.
כפי, בתרשים המעגל שלעיל ישנם שני קבלים המחוברים בסדרה עם ערכים שונים. לכן, גם ירידת המתח על פני הקבלים אינה שווה. אם נחבר שני קבלים בעלי ערך זהה גם ירידת המתח זהה.
כעת, עבור הערך הכולל של הקיבול נשתמש בנוסחה ממשוואה (2)
אז, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) כאן, C 1 = 4.7uf ו- C 2 = 1uf C T = (4.7uf * 1uf) / (4.7uf + 1uf) C T = 4.7uf / 5.7uf C T = 0.824uf
כעת, ירידת המתח על פני הקבל C 1 היא:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0.824uf / 4.7uf) * 12 VC 1 = 2.103V
כעת, ירידת המתח על פני הקבל C 2 היא:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0.824uf / 1uf) * 12 VC 2 = 9.88V
קבלים במעגל מקביל
כאשר אתה מחבר קבלים במקביל, אז הקיבול הכולל יהיה שווה לסכום כל הקבלים של הקבלים. כי הצלחת העליונה של כל הקבלים מחוברת יחד והלוח התחתון גם כן. לכן, על ידי נגיעה זה בזה גדל גם שטח הצלחת היעיל. לכן, הקיבול הוא פרופורציונלי ליחס השטח והמרחק.
על ידי יישום החוק הנוכחי של קירכהוף (KCL) במעגל הנ"ל, i T = i 1 + i 2 + i 3
כידוע זרם דרך קבל מתבטא כ;
i = C (dV / dt) אז, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) ו-, I T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… משוואה (3)
ממשוואה (3), משוואת הקיבול המקבילה היא:
C T = C 1 + C 2 + C 3
למספר n קבלים המחוברים במקביל המשוואה הנ"ל מתבטאת כ:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
דוגמה למעגל קבלים מקביל
בתרשים המעגל שלהלן, ישנם שלושה קבלים המחוברים במקביל. מכיוון שקבלים אלה מחוברים במקביל, הקיבול המקביל או הכולל יהיה שווה לסכום הקיבול האישי.
C T = C 1 + C 2 + C 3 איפה, C 1 = 4.7uf; C 2 = 1uf ו- C 3 = 0.1uf אז, C T = (4.7 +1 + 0.1) uf C T = 5.8uf
קבלים במעגלי זרם חילופין
כאשר קבל מחובר לאספקת DC, הקבל מתחיל לטעון לאט. וכאשר מתח הטעינה הנוכחי של קבל שווה למתח האספקה הוא נאמר למצב טעון במלואו. כאן, במצב זה הקבל עובד כמקור אנרגיה כל עוד מתח מופעל. כמו כן, קבלים אינם מאפשרים לזרם לעבור דרכו לאחר טעינה מלאה.
בכל פעם שמתח AC מסופק לקבל כפי שמוצג במעגל הקיבולי בלבד. לאחר מכן הקבל נטען ומתפרק ברציפות לכל רמת מתח חדשה (טעינה ברמת מתח חיובית ופריקה ברמת מתח שלילית). הקיבול של הקבל במעגלי AC תלוי בתדירות מתח הכניסה המסופק למעגל. הזרם ביחס ישר לקצב שינוי המתח המופעל על המעגל.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
תרשים פאזורים לקבל במעגל AC
כפי שאתה רואה את דיאגרמת הפאזור של קבל AC בתמונה למטה, הזרם והמתח מיוצגים בגל סינוס. בתצפית, ב 0⁰ זרם הטעינה הוא בערך השיא שלו בגלל המתח שגדל בכיוון החיובי בהתמדה.
עכשיו, ב 90⁰ אין זרם זרם דרך הקבל מכיוון שמתח האספקה מגיע לערך המרבי. ב 180⁰ המתח מתחיל לרדת לאט לאפס והזרם להגיע לערך מקסימלי בכיוון שלילי. ושוב, הטעינה מגיעה לשיאה בשיעור 360⁰ בגלל מתח האספקה הוא בערך המינימלי שלו.
לכן, מצורת הגל הנ"ל אנו יכולים לראות שהזרם מוביל את המתח 90⁰. אם כן, אנו יכולים לומר כי מתח ה- AC מביא את הזרם ב 90⁰ במעגל קבלים אידיאלי.
תגובת קבלים (Xc) במעגל זרם חילופין
שקול את תרשים המעגל שלעיל, כפי שאנו יודעים שמתח כניסה AC מתבטא כ
V = V m Sin wt
וגם, טעינת קבלים Q = CV, אז, Q = CV m Sin wt
וזרם דרך קבלים, i = dQ / dt
כך, i = 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) at, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 מכאן, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
כידוע, w = 2πf
כך, ריאקטיביות קיבולית (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
דוגמה לתגובה קיבולית במעגל זרם חילופין
תרשים
בואו ניקח בחשבון את הערך של C = 2.2uf ואת מתח האספקה V = 230V, 50Hz
כעת, התגובה הקיבולית (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC כאן, C = 2.2uf ו- f = 50Hz אז, Xc = 1/2 * 3.1414 * 50 * 2.2 * 10 -6 Xc = 1446.86 אוהם