Кондензатори у електронским круговима

У претходним чланцима кратко смо говорили о раду кондензатора у АЦ круговима, како и зашто кондензатори пролазе АЦ струју (види - АЦ Цапациторс) У овом се случају кондензатори не загријавају, снага им није додијељена: у једном пола таласа синусоида кондензатор се напуни, а у другом се природно испразни, док преноси похрањену енергију натраг у тренутни извор.

Ова метода пропуштања струје омогућава вам да назвате кондензатор слободним отпором, и зато кондензатор спојен на излаз не ствара контра окретање. И све је то због тога што је струја у кондензатору испред тачно 1/4 времена напона на који је примењен.

Али овај напредак фазе омогућава не само „трик“ бројача, већ омогућава и стварање различитих кола, на пример, генератора синусоидних и правоугаоних сигнала, временских кашњења и разних фреквенцијских филтера.

У процесу ове приче биће неопходно понекад се присјетити онога што је већ речено, да тако кажем, да резимирамо. Ово ће помоћи да се не вратимо на претходне чланке како бисмо се сетили једноставне формуле или, једноставно, "шта је то?"

Паралелно и серијско повезивање кондензатора

Уз паралелно повезивање кондензатора, укупни капацитет је једноставно аритметичка сума капацитета. Наравно, с тим укључењем, укупни капацитет ће бити већи од капацитета највећег кондензатора. Цтотал = Ц1 + Ц2 + Ц3 + ... + Цн.

У случају серијског повезивања, укупни капацитет је мањи од најмањег.

1 / Цтотал = 1 / Ц1 + 1 / Ц2 + 1 / Ц3 + ... + 1 / Цн.

Када су два идентична кондензатора спојена серијски, укупни капацитет ће бити једнак половини капацитета једног: на пример, када повежете два кондензатора од по 1 µФ, укупни капацитет ће бити 0,5 µФ.

Капацитет Ксц

Овде је све, као и код спајања отпорника, управо супротно: серијска веза смањује укупни капацитет, док паралелна повећава. Ову околност не треба заборавити приликом повезивања кондензатора, јер повећање капацитивности доводи до смањења капацитета Ксц

Ксц = 1/2 * π * ф * Ц.

Са гледишта математике, ово је сасвим природно, јер је капацитет Ц у називнику дела. Узгред, фреквенција ф је на истом месту, тако да повећање фреквенције такође доводи до смањења капацитивности Ксц. Физичко значење овога је да кроз исти кондензатор боље, несметаније, пролазе високе фреквенције. О томе ће се говорити мало касније, када су у питању филтери са ниским и високим пролазима.

Ако узмемо кондензатор капацитета 1 µФ, тада за фреквенцију од 60 Хз његов Ксц износи 2653 Охма, а за фреквенцију од 400 Хз исти кондензатор има Ксц од само 398 Охма. Они који желе могу проверити ове резултате формулом, замењујући π = 3,14, фреквенцију у херцима и капацитет у фарадима. Тада ће резултат бити у ома. Све мора бити у складу са системом СИ!

Али кондензатори се користе не само као отпорни пригушивачи или у исправљачким филтерима. Без њиховог учешћа, склопови за генераторе ниске и високе фреквенције, различити претворници таласа, диференцирајући и интегрирајући кругови, појачала и друге шеме.

Затим ће се размотрити разни електрични сигнали с којима кондензатори морају радити. Пре свега, то су периодични сигнали погодни за посматрање са осцилоскоп.

Период и фреквенција осцилација

Периодична осцилација се стога назива периодична, која без престанка понавља исти облик, на пример, једну синусоидну осцилацију. Трајање овог пуног замаха прецизно се назива период Т, а мери се у секундама, милисекундама, микросекундама.Модерна електроника се чак бави наносекундама (милијарду секунде).

Број периода у секунди назива се фреквенцијом (колико често) осцилација ф и изражава се у херцима. 1Хз је фреквенција на којој се врши једна осцилација, једно потпуно раздобље у 1 секунди. Однос периода и учесталости изражава се једноставном формулом Т = 1 / ф.

Сходно томе, знајући период осцилације, врло је једноставно израчунати фреквенцију ф = 1 / Т.

Овако се израчунава фреквенција приликом мерења осцилоскопом: број ћелија у једном периоду се израчунава, множи се са трајањем једне ћелије, и период се добија, на пример, у микросекундама. А да би сазнали фреквенцију, једноставно су користили последњу формулу.

Обичан електронски осцилоскоп Омогућује вам да посматрате само периодичне сигнале који се могу синхронизовати са фреквенцијом померања како би се добила слика која је погодна за истраживање. Ако пошаљете сигнал музичком програму на улаз осцилоскопа, нећете моћи ништа да зауставите. За посматрање таквих сигнала користе се складишни осцилоскопи.

Када се период мери у милисекундама, фреквенција се добија у килохерцима, а за време мерено у микросекундама, фреквенција је већ изражена у мегахерцима. Ово је ако не следите захтеве система СИ: период у секундама, фреквенција у херцима.

Не-синусоидне вибрације

Као што је раније споменуто, синусни вал је најчешћи и погодан за проучавање и практичну употребу периодичне криве. У индустријским условима се добија употребом електричних генератора, на пример, у хидроелектранама. У електронским уређајима користе се вибрације најразличитијих облика.

У основи су то три облика: синусоидни, правоугаони и трокутасти, као што је приказано на слици 1. И струја и напон могу имати такав облик, дакле, само је временска оса приказана на слици, а ордината осовина је остала без имена.

Такве осцилације настају посебним електронским круговима. Правокутни и троугласти сигнали често се називају пулсним. Међутим, постоји пуно електронских кола који врше претворбу сигнала: на пример, од синусоида се може направити правоугаоник, троугао.

Слика 1

За сва три сигнала, слика приказује два периода, сви сигнали имају исту фреквенцију.

Спектар не-синусоидних сигнала

Било који електрични сигнал се може представити као мерење амплитуде у неком тренутку. Учесталост ових узорака назива се фреквенцијом узорковања и најмање два пута је већа од горње фреквенције измереног сигнала. Тада из ових узорака можете вратити изворни сигнал. Ова метода се користи, на пример, у дигиталном снимању звука. Ова метода се такође назива и анализа времена.

Друга метода претпоставља да било који сигнал, чак и правоугаони, може бити представљен као алгебарска сума синусоида са различитим фреквенцијама и фазама. Ова метода се назива анализа фреквенције. Али, оно што је речено „са различитим фреквенцијама“ није у потпуности тачно: саставни синусоиди се називају хармоникама и њихове фреквенције се придржавају одређених закона.

Синусни вал чија је фреквенција једнака фреквенцији квадратног таласа назива се темељним или првим хармоничним. Чак су и хармонике добијене множењем основне фреквенције с парним бројем, а непарне хармонике односно с непарним.

Дакле, ако прва хармоника има фреквенцију од 1000 Хз, онда је друга 2000 Хз, четврта је 4000 Хз, итд. Непарне хармонике имаће фреквенције 3000Хз, 5000Хз. Штавише, свака хармоника је мања у амплитуди него главна: што је већа хармоника, то је мања и амплитуда.

У музици се хармоника назива прегласним тоном. Управо они формирају звук који омогућавају разликовање виолине од клавира и гитаре од саксофона. Не дозвољавају да збуне мушки и женски глас нити да разликују Петров од Иванов. И само се синусоид више не може разградити или саставити од било каквих сигнала.

На слици 2 приказана је конструкција правоугаоног импулса.

Слика 2

Прва и трећа хармоника приказане су у горњем делу слике. Лако је видети да су у једном периоду прве хармонике три периода трећег прелаза. У овом случају, амплитуда трећег хармоника је трећина прве. Овде је приказан збир првих и трећих хармоника.

Испод, заједно са збројем 1 и 3 хармонике, приказано је још 5 хармоника: за период правоугаоног сигнала успева да уради тачно пет периода. У овом случају, његова амплитуда је још мања, тачније тачно 1/5 главне (прве). Али не треба мислити да се све завршава на петом хармонику: то једноставно не може бити приказано на слици, у ствари постоји много више.

Формирање пила и трокутастих сигнала, приказаних на слици 3, нешто је сложеније: Ако су у претходном случају учествовали само необични хармоничари, тада чак и хармоника долази у игру.

Слика 3

Дакле, можемо констатирати чињеницу да се уз помоћ многих хармоника синтетизира сигнал било којег облика, а број и врста хармоника овисе о таласном облику, као што је приказано на сликама 2 и 3.

Приликом поправке и подешавања електронске опреме користи се осцилоскоп за проучавање електричних сигнала. Омогућава вам да узмете у обзир облик периодичних сигнала, њихову амплитуду, измерите период понављања. Али хармонике приказане на сликама 2 и 3 не могу се видети.

Чак и ако спојите, на пример, електричну гитару на осцилоскоп, извучете једну жицу, на екрану се појављује синусоид, то је такође прва хармоника. У овом случају, не може се говорити о било каквим претензијама. Исти синусоид ће настати ако пушете у цев или на флауту испред микрофона.

Како доћи до правоугаоних импулса

Након упознавања са електричним сигналима, морамо се присјетити кондензатора с којима је чланак почео. Пре свега, требало би да се упознате са једним од класичних кругова електронике - мултивибратор, (Слика 4) управо он ствара правоугаоне импулсе. Круг је толико класичан да одмах почиње да ради без икаквих подешавања или подешавања.

Слика 4

Мултивибратор је двостепено појачало, покривено позитивним повратним информацијама. Ако су отпорници на оптерећењу колектора Р1 = Р4, основни отпорници Р2 = Р3 и кондензатори Ц1 = Ц2 једнаки, мултивибратор се назива симетричан и генерише квадратне таласне импулсе типа меандра - трајање импулса је једнако трајању паузе.

Радни циклус таквих импулса (однос периода према трајању импулса) једнак је два. У шемама на енглеском језику све је управо супротно: називају га циклусом рада. Израчунава се као однос трајања пулса и периода његове сукцесије и изражава се у процентима. Дакле, за меандер радни циклус износи 50%.

Да ли је рачунар исправан?

Назив мултивибратор предложио је холандски физичар ван дер Пол, јер спектар правоугаоног сигнала садржи много хармоника. Ово можете да проверите ако можете да поставите радио пријемник који ради у средњем таласном опсегу у близини мултивибатора који ради чак и на аудио фреквенцији: завијање ће доћи из звучника. Ово сугерише да мултивибратор, поред звучне фреквенције, емитује и високофреквентне осцилације.

За одређивање фреквенције генерације може се користити формула ф = 700 / (Ц1 * Р2).

Са овим обликом формуле, капацитивност кондензатора у микрофарадама (μФ), отпор у кило-охима (КΩ), резултира хертзом (Хз). Дакле, фреквенција је одређена временском константом круга Ц1 * Р2; оптерећења колектора не утичу на фреквенцију. Ако узмемо Ц1 = 0,02 μФ, Р2 = 39 КΩ, тада ћемо добити ф = 700 / (0,02 * 39) = 897,4 Хз.

Мултивибратор у доба рачунара и микроконтролери Према овој шеми, скоро да се никада не користи, мада је можда погодно за разне експерименте. Пре свега, коришћењем рачунара. Овако изгледа мултивибраторски склоп склопљен у програму Мултисим. Овде је приказана и веза осцилоскопа.

Слика 5

У овом кругу уграђени су кондензатори и отпорници као у претходном примеру. Задатак је да се израчуна израчунавање према формули да ли ће се добити иста фреквенција. Да бисте то учинили, измерите период импулса, а затим их прерачунајте у учесталости. Резултат Мултисим осцилоскопа приказан је на слици 6.

Слика 6

Нека појашњења на слици 6.

На екрану осцилоскопа црвени импулс приказује импулсе на транзисторском колектору, а плави на базама. Испод екрана у великом белом прозору бројеви показују резултате мерења. Занима нас колона „Време“. Време се мери индикаторима Т1 и Т2 (црвени и плави троуглови изнад екрана).

Стога је период понављања импулса Т2-Т1 = 1.107мс приказан сасвим тачно. Остаје само израчунати фреквенцију ф = 1 / Т = 1 / 1,107 * 1000 = 903Хз.

Резултат је готово исти као и у прорачуну према формули, која је дата мало више.

Кондензатори се могу користити не само одвојено: у комбинацији са отпорницима омогућавају вам једноставно стварање разних филтера или стварање фазних кругова с помаком. Али о томе ће бити речи у следећем чланку.

Наставак чланка: Кондензатори у електронским круговима. Део 2

Борис Аладисхкин