Kondensator szeregowo wpięty w obwód

[mr_x]

Ja do rysowania schematów używam programu KiCad.

[adrian_134]

Mała podpowiedź.
Naładowany kondensator w pierwszej chwili zachowuje się "bateria".
Pusty kondensator w pierwszej chwili zachowuje się jak zwora (zwarcie).
A te źródło sygnału jaki daje sygnał? Chodzi mi o kształt.

Jeżeli zachowuje się jak bateria to napięcie powinno wzrosnąć...
W pierwszej chwili miałem na myśli kształt sinusoidalny, ale jeżeli prąd płynie raz w jedną a raz w drugą stronę to kształt nie ma nic tutaj do rzeczy zgadza się ?

Podobno jest jakaś nakładka do openoffica pozwalająca na rysowanie schematów, zaraz jej poszukam.

[Jony130]

Jeżeli zachowuje się jak bateria to napięcie powinno wzrosnąć...

Jak to wzrośnie.
Przecież w pierwszej chwili po podłączeniu mamy taką sytuację:



Kondensator jest naładowany do +5V a źródło sygnału jest w szczycie ujemnego okresu.
Czyli che wymusić -5V. Dodatkowo kondensator jest połączony jest równolegle do źródła napięcia. A jak wiadomo na elementach połączonych równolegle musi występować to samo napięcie.

W pierwszej chwili miałem na myśli kształt sinusoidalny, ale jeżeli prąd płynie raz w jedną a raz w drugą stronę to kształt nie ma nic tutaj do rzeczy zgadza się ?

Kształt też ma wypływ na zachowanie się układu.

[adrian_134]

Fakt, trochę źle sobie to chyba tłumaczę, masa jest ogólnym/zerowym potencjałem -5v oznacza że tych ładunków jest mniej niż w masie a +5v że jest ich więcej, czy może tych ładunków jest tyle samo tylko że mierząc napięcie pomiędzy masa a generatorem raz mamy +5v a raz -5v ponieważ prąd płynie w innym kierunku i żadnego niedoboru ładunków tutaj nie ma ?

Dobra jest to równoległe połączenie, tylko że na generatorze ( na pokazanym przez Ciebie rysunku ) napięcie jest w szczycie dodatniej połówki a na kondensatorze jest odwrotnie, i to się zgadza bo inaczej ten prąd nie mógł by płynąć. No ale o ile się teraz nie mylę to przy narastaniu sygnału na generatorze napięcie na kondensatorze maleje czyli mamy na nim odwrócony przebieg ?

[Jony130]

Ten obrazek pokazuje ci jaką mamy sytuacją zaraz po podłączeniu naładowanego (w chwili T0) kondensatora do żródła napięci o odwrotnej polaryzacji.
Przecież oto pytałeś? I teraz co się cie dzieje w układzie ??

[adrian_134]

Ładunki odpływają z dodatniej okładki kondensatora (napięcie z+5v maleje do -5v ) napotykają na generator i płyną do drugiej okładki zwiększając napięcie z -5v do +5v. Dalej nie wiem co się dzieje jak te ładunki napotykają na generator, napięcie wyniesie 0v ?

[Jony130]

A zwarcia nie widzisz ??

Ładunki odpływają z dodatniej okładki kondensatora (napięcie z+5v maleje do -5v ) napotykają na generator i płyną do drugiej okładki zwiększając napięcie z -5v do +5v. Dalej nie wiem co się dzieje jak te ładunki napotykają na generator, napięcie wyniesie 0v ?

I chyba musisz opracować jakiś inny sposób wizualizacji "zjawisk" w kondensatorze.
Bo ja nic z tego nie rozumiem.
Ba w względem czego mierzysz te napięcie na okładce podłączone do masy?
Czy ty w ogóle rozumiesz sens masy i rozróżniasz napięcie od prądu ?

[Jony130]

By określić wartość napięcia w danym punkcie konieczny jest punkt odniesienia względem którego mierzymy te napięcia.

Na poniższym schemacie jak ustalić jakie napięcie jest w punktach A, B, C ?


Ano nie jesteśmy w stanie tego określić bez ustalenia punkt odniesienia, względem którego
mierzymy napięcia w naszym układzie.
Przyjmując za punkt odniesienia punt C możemy już dokonać pomiarów napięcia.
Z założenia zakładamy że punkt C ma 0V i teraz bez trudu jesteś wstanie powiedzieć ile wynosi napięcie w punkcje A.
Va = Va - Ac = 12V - 0V = 12V

A ile wynosi napięcie Vca ano sprawa prosta

Vca = Vc - Va i skoro przyjęliśmy Vc jako punkt odniesienia

Vca = 0V - 12V = -12V

Dlatego w elektronice nazwa masa oznacza przede wszystkim punkt odniesienia, względem którego mierzymy napięcia w układzie.

Mamy podobną sytuację przy pomiarze np. wysokości.
Np. chcesz wiedzieć ile wynosi wysokość stołu.
Wtedy ustalasz swój punkt odniesienia albo przy podłodze albo przy blacie stołu.
I od tego punktu odniesienia mierzysz wysokość stołu. Bo przecież nie mierzysz wysokości stołu względem poziomu morza.

[adrian_134]

To akurat rozumiem tylko chyba źle przedstawiłem problem.
Mamy ten generator i kondensator:

Jedna kładka jest naładowana dodatnio a druga ujemnie, odwracamy kierunek płynącego prądu, no i dodatnia okładka się rozładowuje a zaczyna ładować się druga i co się dzieje kiedy ten prąd rozładowywania przepływa przez generator ? Zaczyna płynąć prąd generatora + prąd z kondensatora ? Napięcie pomiędzy masą a dodatnią okładką kondensatora wynosi +5v, a napięcie pomiędzy masą a ujemną okładką kondensatora -5v ( w tej sytuacji co została pokazana na rysunku ). Ujemne czy dodatnie napięcie względem masy oznacza kierunek płynącego prądu, nie ma żadnego niedoboru ładunków. Sam sobie wyjaśniłem że kondensator nie odwraca przebiegu, ale jeszcze trochę mnie myli ten układ, mimo że jest to połączenie równoległe wygląda jak szeregowe, a jak łączy się ogniwa szeregowo to napięcie wzrasta o ich sumę, chyba to muszę się z tym przespać...

[Jony130]

napięcie pomiędzy masą a ujemną okładką kondensatora -5v

To jest fizycznie nie możliwe. Masa i ujemna okładka kondensatora to ten sam węzeł (punkt) w układzie. Dlatego niemożliwym jest by ten sam punkt miał dwa różne napięcia 0V i -5V. Zresztą skoro na górnej okładce jest +5V to na ujemnej nie ma -5V.
Bo to by oznaczało, że napięcie na kondensatorze (między górną a dolną okładziną) wynosi Vc = +5V - (-5V) = 10V Co jest oczywiście bzdurą.

Ale wracając do układu, widzimy (szczególnie na drugim obrazku) że w układzie mamy zwarcie.



A to oznacza, że kondensator już w chwili podłączenia (zwarcia punktów B z A) zostanie rozładowany prądem zwarcia (w teorii prądem nieskończenie wielkim) płynącym od dodatniej okładziny do punktu B, dalej do A i do ujemnego bieguna źródła sygnału.
I dalej przez źródło do dolnej okładziny kondensatora. Następnie kondensator błyskawicznie zostanie naładowany do napięcia jakie daje źródło sygnału (-5V). I prąd przestanie płynąć w obwodzie.
To wszystko wydarzy się w jednej chwili, a to dlatego że nie ma w obwodzie rezystora ograniczającego prąd.

Co dalej będzie się działo w układzie zależy już od napięcie sygnału zmiennego.

Ale tobie pewnie nie oto chodziło. Chciałeś pewnie zrozumcie zachowanie kondensatora podłączonego do źródła napięcia sinusoidalnego.

By to zrozumieć musimy przypomnieć podstawy

1- prąd kondensatora opisuje ten wzór:
I = C *dU/dt i uproszczona wersja dla przebiegów liniowych I = C *ΔU/Δt.

2 wzór na szybkość zmian napięcia wejściowego (sinusa)
S = dU/dt = 2 * pi * F * Uwe
Tego wzoru nawet nie musisz pamiętać.

I teraz np. mamy pusty kondensator 1uF i źródła napięcia przemiennego o amplitudzie 10Vp (wartość szczytowa).

Dla dodatnie polówki:
kondensator zaczyna się ładować prądem ze źródła napięcia.
Prąd jaki płynie jest proporcjonalny do szybkości zmian Uwe, czyli zależy od częstotliwości jak i amplitudy (wzór 2).
I gdy Uwe osiągnie 10V kondensator jest całkowicie naładowany do Uwe = 10V więc prąd w obwodzie wynosi 0A.
W czasie ujemnego zbocza dodatniej polówki, kondensator zaczyna się rozładowywać (oddaje prąd do źródła) i gdy Uwe =0V kondensator jest całkowicie rozładowany, ale płynie maksymalny prąd (pusty kondensator stanowi zwarcie).

Podobnie będzie dla ujemnej polówki.
Na początku kondensator zaczyna się ładować w przeciwną stronę niż przy dodatniej połówce i osiągnie max -10Vp (prąd równy 0A) i znowu zacznie się rozładowywać aż osiągnie 0V i znowu zacznie się ładować.



Dodatkowo zwróć uwagę, że prąd płynący w układzie zależny od szybkości zmian Uwe.
Czyli od częstotliwości więc czym większa częstotliwość tym większy prąd płynie przez kondensator.
Albo przy stałej częstotliwości, by uzyskać większy prąd konieczne jest zwiększenie pojemność kondensatora.
I zwróć uwagę, że można to porównać do swego rodzaju oporu (rezystancji) kondensatora w obwodzie prądu przemiennego. Rezystancję tę nazywamy reaktancją Xc.

Od razu też widać skąd bierze się te przesunięcie fazowe między prądem a napięciem. (Gdy kondensator się naładuje to prąd już w układzie nie płynie a gdy jest pusty płynie maksymalny prąd).
Wynika to z tego prostego wzoru I = C *dU/dt który wraca jak bumerang.
I po prostu gdy Uwe osiąga swoją wartość szczytową (10V), maksymalna szybkość zmian napięcie Uwe jest równy zero. Odwrotne przy przejściu przez zero wtedy szybkość zmian Uwe jest największa więc i prąd będzie wtedy największy.

Dla naszego przykładu dla C=1uF i Uwe=10V i F=50Hz

Szybkość zmian równa się dU/dt = 3.141mV/us

Więc prąd wyniesie I = 1uF * 3.141mV/1us = 3.141mA
Tą samą wartość uzyskasz obliczając tradycyjne reaktancję kondensatora

Xc = 1/ ( 2 * pi * F * C ) = 3.183K i prąd I = 10V/3.183K = 3.141mA