Kapacitní odpor v obvodu střídavého proudu: základní pojmy, vzorec pro výpočet

Kondenzátor má určitý odpor proti střídavému proudu a stejnosměrný proud vůbec nevede. Tato vlastnost nachází uplatnění v různých oblastech elektroniky a elektrotechniky. Kapacitní odpor v obvodu střídavého proudu závisí na frekvenci střídavého proudu a kapacitě kondenzátoru.

Základní pojmy

Kapacitní odpor je veličina, který je tvořen kondenzátorem zahrnutým v obvodu. Odpor vodičů by měl být zanedbatelný. Když je dodáván střídavý proud, dochází k procesům v důsledku periodického nabíjení a vybíjení kondenzátoru.

Období je rozděleno do čtyř čtvrtletí. Během prvního čtvrtletí napětí roste. V tomto okamžiku prochází obvodem nabíjecí proud, jehož síla se sníží a dosáhne nuly, když elektromotorická síla dosáhne kladného maxima. Kondenzátor je plně nabitý. Poté začne pokles napětí. Kondenzátor se vybije přes připojenou zátěž. Obvodem bude protékat proud.

Na konci půlperiody bude napětí nulové a proud bude nejvyšší. Vybíjení dokončeno. Na začátku třetího čtvrtletí se zvýší elektromotorická síla, která změní svůj směr. Proces nabíjení se znovu spustí. Směr nabíjecího proudu ve třetím čtvrtletí bude stejný jako v předchozím. Jak se kondenzátor nabíjí, bude tato hodnota klesat. Do konce třetího čtvrtletí bude proces nabíjení dokončen.

Elektromotorická síla dosáhne své nejvyšší záporné hodnoty. A na té desce, na které byl během první půlperiody kladný náboj, bude nyní záporný. Během čtvrtého čtvrtletí bude mít hodnota elektromotorické síly opět tendenci k nule. Kondenzátor se vybije. V souladu s tím se v obvodu objeví postupně se zvyšující proud. Proces se opakuje. Fáze střídavého proudu v obvodu kondenzátoru je tedy před fází napětí o 90 stupňů.

Vzorec odporu

Vzorec pro kapacitu se zobrazí takto:

• Nejprve je třeba vypočítat úhlovou frekvenci. K tomu je třeba frekvenci proudu protékajícího obvodem (v hertzech) vynásobit dvojnásobkem čísla „pi“.
• Potom by se výsledné číslo mělo vynásobit kapacitou kondenzátoru ve faradech.

Chcete-li získat hodnotu kapacity v ohmech, vydělte jedničku číslem získaným po vynásobení úhlové frekvence kapacitou. Z tohoto vzorce vyplývá, že čím větší je kapacita kondenzátoru nebo frekvence střídavého proudu, tím nižší je jeho odpor.

Když je frekvence nulová (konstantní proud), kapacitní odpor bude nekonečně velký. Velmi velký kondenzátor povede proud v širokém frekvenčním rozsahu.

Aplikace v praxi

Vlastnosti kondenzátoru se využívají při návrhu různých filtrů. Působení kapacitního odporu v tomto případě závisí na způsobu připojení součásti:

• Pokud je připojen paralelně k zátěži, získáte filtr, který odmítá vysoké frekvence. S jejich růstem klesá odpor kondenzátoru. V souladu s tím je zátěž při vysokých frekvencích posunuta více než při nízkých frekvencích.
• Pokud je součást zapojena do série se zátěží, získáte nízkofrekvenční filtr. Tento obvod také neumožňuje průchod stejnosměrného napětí.

Další oblastí použití je oddělení proměnné složky od konstanty. Například v koncových fázích audio zesilovačů. Čím vyšší je kapacita, tím nižší frekvenci může připojený reproduktor reprodukovat.

Ve filtrech napájecího zdroje se spolu s kapacitním odporem využívá také vlastnosti akumulace a uvolňování náboje. V okamžiku zvýšení zátěže se nabitá kapacita filtru vybije a dodá další energii. Potlačuje také zvlnění a další parazitní signály tím, že je projde přes sebe a sepne se na společný vodič. Je tak zajištěno vyhlazování a udržování napětí na zátěži ve stanovených mezích a eliminace nežádoucích mezistupňových spojení, která způsobují nestabilní provoz.

Kondenzátory se pro své vlastnosti používají v případech, kdy je potřeba stejnými vodiči přenášet stejnosměrný i střídavý proud. Zdroj konstantního napětí je připojen ke společnému vodiči a druhému výstupu kondenzátorupřes který je připojen zdroj střídavého napětí. Na druhé straně dochází k oddělení: variabilní spotřebič je připojen přes kondenzátor o stejné kapacitě a konstantní spotřebič je připojen přímo ke svorkám součásti.

Častým příkladem takového použití je venkovní televizní anténa se zesilovačem. Napájení zajišťuje samotný televizor nebo kabelově připojené zařízení zvané „injektor“. Separace a filtrace signálu probíhá v anténním zesilovači. Tím pádem, kapacitní odpor kondenzátoru je široce používán. Filtry některé signály zpožďují a jiné propouštějí.

Díky této vlastnosti je možné přenášet střídavé i stejnosměrné napětí najednou, což má při výstavbě některých komunikačních vedení nemalý význam.