Điều gì xảy ra nếu cho dòng điện xoay chiều đi qua tụ điện? – Tìm hiểu về tụ điện
Câu trả lời :
Có hai loại tụ điện :
1) Tụ điện phân cực được sử dụng cho DC
2) Tụ điện không phân cực được sử dụng cho AC
Nếu bạn kết nối một tụ phân cực với trực tiếp với AC thì sẽ sảy ra hiện tượng ngắn mạch nhưng nếu bạn Muốn kết nối tụ phân cực với nguồn AC thì bạn phải dùng diode 1n4001 với giá trị điện áp của tụ là 250v vì chúng ta sử dụng điện xoay chiều và điện áp xoay chiều là 220v nếu bạn dùng 100v thì sẽ hỏng tụ.
Nhưng nếu bạn nối không phân cực với ac, bạn không cần sử dụng một diode.
Tại sao chúng ta sử dụng tụ để chỉnh lưu AC thành DC như tụ lại chặn DC? – Tìm hiểu về tụ điện
Câu trả lời :
Thực chất chúng ta không sử dụng tụ để chỉnh lưu nguồn AC mà phải sử dụng các diode để chỉnh lưu. Tác dụng của tụ điện ở phía đầu ra là để làm mịn điện áp.
Về cơ bản thì Đầu ra ở cuối quá trình chỉnh sửa điện áp có rất nhiều gợn sóng được tạo ra (tức là chúng không hoàn toàn là DC).
Do đó để làm mịn hoặc lọc nhiễu, chúng ta sử dụng các loại bộ lọc khác nhau.
Thông thường, chúng ta đặt một tụ điện ở giữa Vout và GND để có được dạng sóng đầu ra phẳng hơn. Và lúc này dòng điện không thể chạy qua tụ một cách dễ dàng tụ sẽ được sạc và điện áp tích tụ ở cực dương Vậy ta sẽ có một điện áp không đổi. Bây giờ bản dương có điện thế cao hơn, điện tích sẽ tìm kiếm một đường đi có điện trở ít hơn so với bản âm của tụ điện, vì trở kháng của tụ điện rất cao đối với dòng một chiều.
Tại sao tụ chặn DC mà không phải AC?
Câu trả lời :
Một tụ điện có hai bản cực song song và một chất điện môi ở giữa khi mắc nguồn điện một chiều thì các bản tụ điện sẽ tích điện và chất điện môi không cho phép chuyển động của điện tích qua nó, do đó nó chặn dòng điện một chiều.
Trong khi ở dòng điện xoay chiều, cực của nguồn kết nối với các bản tụ thay đổi trong mỗi nửa chu kỳ, do đó các bản của tụ điện tiếp tục sạc và xả và vì đối với nguồn xoay chiều, dòng điện chạy do dao động của các điện tích nên Tụ điện cho phép dòng điện xoay chiều.
Để giải thích đơn giản, hãy tham khảo công thức về điện kháng của tụ điện được cho bởi
X = 1 / (2πfC)
Cảm kháng tỷ lệ nghịch với tần số, do đó tần số tăng thì khả năng chống dòng điện giảm.
Trong khi tần số DC bằng 0 nên điện kháng trở thành X = 1 / (2 * π * 0 * C) = vô cùng.
Do đó, trở kháng của tụ là vô cùng nên sẽ coi như dòng DC = 0
Làm thế nào để có thể dùng tụ điện để hạ điện áp xoay chiều?
Câu trả lời :
Theo kinh nghiệm của tôi, tôi chưa sử dụng tụ điện cho việc hạ áp và chưa nghe ai làm điều đó.
Mặt khác, chúng tôi sử dụng Tụ điện để giảm điện áp AC cao xuống một chiều điện áp thấp, được gọi là Nguồn cấp với ít biến áp hơn .
Ngay cả trong trường hợp này, một tụ điện bình thường cũng không thể được sử dụng vì nó không thể chịu được dòng điện từ nguồn AC.
Vì mục đích này, chúng tôi sử dụng các tụ điện được thiết kế đặc biệt cho AC chính là Tụ điện giảm áp hoặc Tụ điện định mức X.
Các tụ điện này mắc nối tiếp vào dây pha để hạ điện áp xoay chiều.
Trong trường hợp này, việc lựa chọn dải tụ điện là quan trọng vì nó dựa trên Điện trở của tụ điện và lượng dòng điện đầu ra.
Kiểm tra bảng dưới đây
Điện kháng của tụ điện được cho bởi,
X = 1 / (2πfC)
Chọn điện dung của bất kỳ tụ điện nào và áp dụng trong cái này, bạn sẽ nhận được điện kháng. Ví dụ điện dung của tụ 474K là 0,47uF và đối với tụ 333K là 0,03uF.
Để tính dòng điện trong mạch, chúng ta sử dụng
I = V / X
Dưới đây là một mạch đơn giản sử dụng một tụ điện để giảm điện áp cao Ac xuống điện áp thấp Dc.
Tại sao tụ điện phóng điện mất nhiều thời gian hơn là khi sạc ?
Câu trả lời :
Nói chung là không. Điện áp trên tụ điện thay đổi nhanh hơn khi có nhiều dòng điện chạy vào (hoặc ra) và chậm hơn khi tụ điện lớn hơn: tỷ lệ = I/C volts/second.
Ở đây I là dòng điện và C là điện dung. Nếu dòng điện chạy vào, điện áp tăng. Nếu dòng điện chảy ra, điện áp giảm.
Tốc độ sạc và xả của tụ phụ thuộc vào hằng số thời gian (τ =RC) của mạch mà nó được kết nối. Điện trở được chọn để cung cấp thời gian sạc và phóng điện thích hợp nhất cho ứng dụng của mạch.
rate = ICIC volts per second.
Làm cách nào để biết khi nào tôi cần sử dụng cuộn cảm, điện trở hoặc tụ điện trong mạch?
Điện trở , cuộn cảm và tụ điện là ba phần tử cơ bản của mạch điện.
Điện trở:
Điện trở đối lập với dòng điện.
Sự đối lập này có thể được giải thích bằng nguyên lý bảo toàn năng lượng.
Năng lượng cung cấp cho một điện trở bị tiêu tán dưới dạng nhiệt và do đó năng lượng thực của điện trở là hiệu số của năng lượng cung cấp cho điện trở và năng lượng bị mất đi trong điện trở.
Do sự mất mát năng lượng này, điện áp bị giảm trên điện trở và do đó dòng điện bị hạn chế.
Nó có thể được hiểu một cách đơn giản với định luật Ohm,
V = I * R
Nếu V volt là điện áp rơi trên điện trở và R ohms là điện trở thì dòng điện qua nó là I ampe.
Do đó, điện trở được sử dụng trong mạch ở bất cứ nơi nào chúng ta muốn giảm điện áp hoặc hạn chế dòng điện.
Cuộn cảm:
Cuộn cảm chống lại dòng điện bằng cách lưu trữ năng lượng vào từ trường của nó.
Theo đặc tính cơ bản của nó, cuộn cảm không cho phép thay đổi đột ngột dòng điện qua nó.
Vì vậy, nó làm chậm dòng điện qua nó bất cứ khi nào điện áp được đặt trên nó.
Nó phản đối sự phát triển nhanh chóng hoặc phân rã của dòng điện qua nó.
Cuộn cảm hoạt động như ngắn mạch đối với DC ở trạng thái ổn định.
Khi đặt AC qua nó, cuộn cảm tích trữ năng lượng trong từ trường trong một nửa chu kỳ của AC và đưa nó trở lại nguồn trong nửa chu kỳ còn lại.
Điện áp giảm trên một cuộn cảm được cho bởi,
V=L∗(di/dt)
Sự phản đối của một cuộn cảm đối với dòng điện được gọi là điện kháng cảm ứng và nó được biểu thị về mặt toán học là,
Xc=2∗pi∗f∗LXc=2∗pi∗f∗L (ohms)
Có thể thấy rằng điện kháng được cung cấp tỷ lệ thuận với tần số đối với độ tự cảm không đổi.
Do đó, nó cung cấp sự phản đối cao ở tần số cao trong khi sự phản đối thấp ở tần số thấp.
Ở trạng thái ổn định, điện kháng cảm ứng sẽ bằng 0 đối với DC trong khi đối với nguồn AC 50 hz, nó sẽ là một số hữu hạn.
Đó là lý do tại sao tôi đã đề cập rằng cuộn cảm hoạt động như ngắn mạch đối với DC ở trạng thái ổn định.
Đối với DC, ban đầu cuộn cảm sẽ là một mạch hở, bởi vì khi nguồn đột ngột được BẬT, tốc độ thay đổi của dòng điện sẽ rất cao và do đó, cuộn cảm sẽ cố gắng chống lại nó.
Nó có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào không mong muốn sự thay đổi đột ngột của dòng điện.
Tụ điện:
Tụ điện đưa ra sự đối lập với dòng điện chạy qua nó bằng cách tích trữ năng lượng vào trường tĩnh điện của nó.
Theo đặc tính cơ bản của nó, tụ điện không cho phép thay đổi điện áp đột ngột trên nó.
Điện áp rơi trên một tụ điện được cho bởi,
Ban đầu, tụ điện sẽ ngắn mạch đối với nguồn điện một chiều, vì nó không cho phép thay đổi đột ngột điện áp trên nó (giả sử điện áp ban đầu trên nó bằng 0).
Từ từ, điện áp trên tụ điện sẽ tăng lên và nó sẽ trở nên bằng với điện áp nguồn một chiều.
Khi điện áp cung cấp và điện áp trên tụ điện trở nên giống nhau, không có dòng điện nào sẽ chạy thêm. Do đó, nó sẽ hoạt động như một mạch mở cho DC, ở trạng thái ổn định.
Sự phản đối của tụ điện đối với dòng điện được gọi là điện kháng điện dung và được biểu thị về mặt toán học là,
Xc=1/(2∗pi∗f∗C)Xc=1/(2∗pi∗f∗C) (ohms)
Nó giảm khi tần số tăng lên .
Do đó, ở trạng thái ổn định, nó sẽ là vô hạn đối với DC, trong khi đối với nguồn AC 50 hz, nó sẽ là một số hữu hạn.
Do đó, tụ điện có thể được sử dụng ở bất cứ nơi nào không mong muốn có sự thay đổi điện áp đột ngột hoặc điện áp tại một số nút cần được duy trì.
Các ứng dụng chung:
Điện trở
Được sử dụng để hạn chế dòng điện và phân chia điện áp.
Cuộn cảm
Suy giảm tín hiệu tần số cao, hấp thụ công suất phản kháng dư thừa, v.v.
Tụ điện
Ghép nối tín hiệu AC, bộ phân áp, cải thiện hệ số công suất bằng cách cung cấp công suất phản kháng, giữ nguyên điện áp ở các nút khác nhau của mạch, bỏ qua tín hiệu nhiễu tần số cao hơn, v.v.
