용량 성 전압 분배기

이 게시물에서는 공식과 해결 된 예제를 통해 용량 성 전압 분배기 회로가 전자 회로에서 어떻게 작동하는지 배웁니다.

게시자 : Dhrubajyoti Biswas

전압 분배기 네트워크 란?

전압 분배기 회로에 대해 이야기하면 분배기 회로의 전압은 구성 요소의 구성에 따라 용량이 다를 수 있지만 네트워크와 관련된 모든 기존 구성 요소에 균등하게 분배된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

전압 분배기 회로는 반응 구성 요소 또는 고정 저항으로 구성 할 수 있습니다.

그러나 용량 성 전압 분배기와 비교할 때 저항 분배기는 전원의 주파수 변화에 영향을받지 않습니다.

이 백서의 목적은 용량 성 전압 분배기에 대한 자세한 이해를 제공하는 것입니다. 그러나 더 많은 통찰력을 얻으려면 용량 성 리액턴스와 다양한 주파수에서 커패시터에 미치는 영향을 자세히 설명하는 것이 중요합니다.

커패시터는 절연체로 추가로 분리 된 서로 평행하게 배치 된 두 개의 전도성 플레이트로 구성됩니다. 이 두 플레이트에는 하나의 양전하 (+)와 다른 음전하 (-)가 있습니다.

커패시터가 DC 전류를 통해 완전히 충전되면 유전체 [일반적으로 절연체라고 함]가 플레이트를 가로 지르는 전류 흐름을 방해합니다.

저항과 비교하여 커패시터의 또 다른 중요한 특징은 다음과 같습니다. 커패시터는 충전 중에 전도성 플레이트에 에너지를 저장하지만 저항은 항상 과도한 에너지를 열로 방출하는 경향이 있으므로 저장하지 않습니다.

그러나 커패시터에 저장된 에너지는 방전 과정에서 커패시터와 연결된 회로로 전달됩니다.

전하를 저장하는 커패시터의 이러한 기능을 리액턴스라고하며, 또한 용량 성 리액턴스 [Xc]라고도하며, 이에 대해 Ohm은 리액턴스의 표준 측정 단위입니다.

DC 전원 공급 장치에 연결될 때 방전 된 커패시터, 리액턴스는 초기 단계에서 낮게 유지됩니다.

전류의 상당 부분이 짧은 시간 동안 커패시터를 통해 흐르고, 이로 인해 전도성 플레이트가 빠르게 충전되고 결국 더 이상 전류가 흐르지 않습니다.

커패시터가 DC를 차단하는 방법

저항기, 커패시터 시리즈 네트워크에서 시간이 5RC 크기에 도달하면 커패시터의 전도성 플레이트가 완전히 충전됩니다. 이는 커패시터가받은 전하가 전압 공급과 동일하다는 것을 의미하며, 이는 더 이상의 전류 흐름을 중지시킵니다.

더욱이이 상황에서 DC 전압의 영향을받는 커패시터의 리액턴스는 최대 상태 [메가 옴]에 도달합니다.

AC 전원의 커패시터

교류 전류 [AC]를 사용하여 커패시터를 충전하는 것과 관련하여, 교류 전류 흐름은 항상 교대로 분극화되며, 흐름을받는 커패시터는 플레이트에 걸쳐 일정한 충전 및 방전을 겪습니다.

이제 정전류 흐름이있는 경우 흐름을 제한하기 위해 리액턴스 값도 결정해야합니다.

용량 저항 값을 결정하는 요소

커패시턴스를 다시 살펴보면 커패시터의 전도 판에있는 전하량이 커패시턴스와 전압 값에 비례한다는 것을 알 수 있습니다.

이제 커패시터가 AC 입력에서 전류 흐름을 가져 오면 전압 공급 장치의 값이 일정하게 변경되어 플레이트 값이 항상 너무 비례 적으로 변경됩니다.

이제 커패시터가 더 높은 커패시턴스 값을 포함하는 상황을 고려해 보겠습니다.

이 상황에서 저항 R은 커패시터 τ = RC를 충전하는 데 더 많은 시간을 소비합니다. 이는 충전 전류가 더 긴 시간 동안 흐르면 리액턴스가 지정된 주파수에 따라 더 작은 값 Xc를 기록한다는 것을 의미합니다.

커패시터에서 커패시턴스 값이 더 작 으면 커패시터를 충전하려면 RC 시간이 더 짧아야합니다.

이 짧은 시간은 더 짧은 시간 동안 전류 흐름을 유발하여 상대적으로 더 작은 리액턴스 값 Xc를 생성합니다.

따라서 전류가 높을수록 리액턴스 값이 작게 유지되고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

따라서 용량 성 리액턴스는 항상 커패시터의 용량 값에 반비례합니다.

XC ∝ -1 C.

커패시턴스가 커패시 티브 리액턴스를 분석하는 유일한 요소가 아니라는 점에 유의해야합니다.

AC 전압의 낮은 주파수가 적용되면 리액턴스는 할당 된 RC 시정 수를 기반으로 더 많은 시간이 발생합니다. 또한 전류를 차단하여 더 높은 리액턴스 값을 나타냅니다.

마찬가지로 적용된 주파수가 높으면 리액턴스로 인해 충전 및 방전 프로세스가 발생하는 시간주기가 줄어 듭니다.

또한 프로세스 중에 더 높은 전류 흐름을 수신하므로 리액턴스가 낮아집니다.

따라서 이것은 커패시터의 임피던스 (AC 리액턴스)와 그 크기가 주파수에 의존한다는 것을 증명합니다. 따라서 주파수가 높을수록 리액턴스가 낮아지고 그 반대도 마찬가지이므로 용량 성 리액턴스 Xc는 주파수와 커패시턴스에 반비례한다고 결론을 내릴 수 있습니다.

상기 용량 성 리액턴스 이론은 다음 방정식으로 요약 할 수 있습니다.

Xc = 1 / 2πfC

어디:

· Xc = 옴 단위의 용량 성 리액턴스, (Ω)


· π (pi) = 3.142 (또는 22 ÷ 7)의 숫자 상수


· ƒ = 헤르츠 단위의 주파수, (Hz)


· C = 패럿 단위의 커패시턴스, (F)

용량 성 전압 분배기

이 섹션에서는 전원 주파수가 연속적으로 또는 직렬로 연결된 두 개의 커패시터에 영향을 미치는 방법에 대한 자세한 설명을 제공합니다.

용량 성 전압 분배기 회로

용량 성 전압 분배기 기능을 설명하기 위해 위의 회로를 참조하십시오. 여기서 C1과 C2는 직렬로 연결되어 있으며 10V의 AC 전원 공급 장치에 연결됩니다. 직렬로 연결된 두 커패시터 모두 동일한 전하 Q를 받고 있습니다.

그러나 전압은 다른 상태로 유지되며 커패시턴스 V = Q / C 값에 따라 달라집니다.

그림 1.0을 고려하면 커패시터 양단의 전압 계산은 다양한 방법을 통해 결정될 수 있습니다.

한 가지 옵션은 총 회로 임피던스와 회로 전류를 알아내는 것입니다. 즉, 각 커패시터의 용량 성 리액턴스 값을 추적 한 다음 이들에 대한 전압 강하를 계산하는 것입니다. 예를 들면 :

예 1

그림 1.0에 따라 C1 및 C2가 각각 10uF 및 20uF 인 상태에서 10V rms @ 80Hz의 정현파 전압 상황에서 커패시터에 발생하는 rms 전압 강하를 계산합니다.

C1 10uF 커패시터
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 Ohm
C2 = 20uF 커패시터
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
옴

총 용량 성 리액턴스

Xc (합계) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1 / 2π x 80 x 6.88uF = 290Ω

회로의 전류

나는 = E / Xc = 10V / 290Ω

두 커패시터의 전압은 직렬로 떨어집니다. 여기서 용량 성 전압 분배기는 다음과 같이 계산됩니다.

Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V

커패시터의 값이 다르면 더 작은 값의 커패시터가 큰 값에 비해 더 높은 전압으로 충전 될 수 있습니다.

예제 1에서 기록 된 전압 전하는 C1 및 C2에 대해 각각 6.9 및 3.1입니다. 이제 계산은 Kirchoff의 전압 이론을 기반으로하므로 개별 커패시터의 총 전압 강하는 공급 전압 값과 같습니다.

노트:

직렬 용량 성 전압 분배기 회로에 연결된 두 커패시터의 전압 강하 비율은 공급 주파수가 있어도 항상 동일하게 유지됩니다.

따라서 예 1과 같이 공급 주파수가 80Hz에서 800Hz로 최대화 되더라도 6.9V와 3.1V는 동일합니다.

예 2

예제 1에서 사용 된 것과 동일한 커패시터를 사용하여 커패시터 전압 강하를 찾는 방법은 무엇입니까?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 옴

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0.9 Ohm

I = V / Xc (총) = 10 / 2.9 = 3.45A

따라서 Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V

그리고 Vc2 = I x Xc2 = 3.45A x 0.9 Ω = 3.1V

공급 주파수가 증가함에 따라 두 커패시터의 전압 비율이 동일하게 유지되므로 전체 회로 임피던스뿐 아니라 결합 된 용량 성 리액턴스의 감소 형태로 그 영향이 나타납니다.

임피던스가 감소하면 전류 흐름이 증가합니다. 예를 들어 80Hz의 회로 전류는 약 34.5mA 인 반면 8kHz에서는 전류 공급이 약 3.45A로 10 배 증가 할 수 있습니다.

따라서 용량 성 전압 분배기를 통한 전류의 흐름은 주파수 I ∝ f에 비례한다고 결론을 내릴 수 있습니다.

위에서 논의한 바와 같이, 일련의 커패시터가 연결된 용량 성 분배기는 모두 AC 전압을 떨어 뜨립니다.

정확한 전압 강하를 알아 내기 위해 용량 성 분배기는 커패시터의 용량 성 리액턴스 값을 취합니다.

따라서 DC에서 커패시터가 전류를 멈추고 차단하여 전류 흐름이 전혀 발생하지 않기 때문에 DC 전압의 분배기로 작동하지 않습니다.

분배기는 공급이 주파수에 의해 구동되는 경우에 사용할 수 있습니다.

손가락 스캔 장치에서 Colpitts 발진기에 이르기까지 용량 성 전압 분배기의 광범위한 전자적 사용이 있습니다. 또한 용량 성 전압 분배기가 높은 주 전류를 떨어 뜨리기 위해 사용되는 주 변압기의 저렴한 대안으로 광범위하게 선호됩니다.