Der Kondensator hat eine gewisse Wechselstromfestigkeit und leitet keinen Gleichstrom. Diese Eigenschaft findet Anwendung in verschiedenen Bereichen der Elektronik und Elektrotechnik. Der kapazitive Widerstand in einem Wechselstromkreis hängt von dessen Frequenz und der Kapazität des Kondensators ab.
Inhalt
- Grundlegendes Konzept
- Widerstandsformel
- Anwendung in der Praxis
Grundlegendes Konzept
Kapazitiver Widerstand ist eine Größe, die von einem Kondensator erzeugt wird, der in der Schaltung enthalten ist. Der Widerstand der Anschlussdrähte sollte vernachlässigbar sein. Beim Anlegen eines Wechselstroms treten Prozesse durch das periodische Laden und Entladen des Kondensators auf.
Der Zeitraum ist in vier Quartale unterteilt. Im ersten Quartal wächst die Spannung. In diesem Moment fließt ein Ladestrom durch den Stromkreis, dessen Stärke abnimmt und Null erreicht, wenn die elektromotorische Kraft ein positives Maximum erreicht. Der Kondensator ist vollständig geladen. Danach beginnt ein Spannungsabfall. Der Kondensator wird über die daran angeschlossene Last entladen. Durch den Stromkreis fließt ein Strom.
Am Ende der Halbperiode ist die Spannung Null und der Strom ist am höchsten. Entladung abgeschlossen. Zu Beginn des dritten Quartals wird die elektromotorische Kraft zunehmen und ihre Richtung ändern. Der Ladevorgang beginnt erneut. Die Richtung des Ladestroms im dritten Quartal ist dieselbe wie im vorherigen. Wenn sich der Kondensator auflädt, nimmt dieser Wert ab. Bis Ende des dritten Quartals wird der Ladevorgang abgeschlossen sein.
Die elektromotorische Kraft erreicht ihren höchsten negativen Wert. Und auf der Platte, auf der sich in der ersten Halbzeit eine positive Ladung befand, wird sie jetzt negativ sein. Im vierten Quartal wird der Wert der elektromotorischen Kraft wieder gegen Null tendieren. Der Kondensator wird entladen. Dementsprechend erscheint ein allmählich ansteigender Strom in der Schaltung. Der Vorgang wird wiederholt. Somit ist die Phase des Wechselstroms im Kondensatorkreis der Phase der Spannung um 90 Grad voraus.
Widerstandsformel
Die Formel für die Kapazität wird wie folgt angezeigt:
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Zuerst muss die Kreisfrequenz berechnet werden. Dazu muss die Frequenz des durch die Schaltung fließenden Stroms (in Hertz) mit der doppelten Zahl "pi" multipliziert werden. - Dann sollte die resultierende Zahl mit der Kapazität des Kondensators in Farad multipliziert werden.
Um den Kapazitätswert in Ohm zu erhalten, dividieren Sie eins durch die Zahl, die Sie nach der Multiplikation der Kreisfrequenz mit der Kapazität erhalten. Aus dieser Formel folgt, dass je größer die Kapazität des Kondensators oder die Frequenz des Wechselstroms, desto geringer sein Widerstand.
Wenn die Frequenz null ist (konstanter Strom), wird der kapazitive Widerstand unendlich groß. Ein sehr großer Kondensator leitet Strom über einen weiten Frequenzbereich.
Anwendung in der Praxis
Die Kondensatoreigenschaften werden beim Design verschiedener Filter verwendet. Die Wirkung des kapazitiven Widerstands hängt in diesem Fall von der Art des Anschlusses des Teils ab:
- Wird er parallel zur Last geschaltet, erhält man einen Filter, der hohe Frequenzen unterdrückt. Mit ihrem Wachstum nimmt der Widerstand des Kondensators ab. Dementsprechend wird die Last bei hohen Frequenzen stärker nebengeschlossen als bei niedrigen Frequenzen.
- Wird das Teil mit der Last in Reihe geschaltet, erhält man einen Niederfrequenzfilter. Diese Schaltung lässt auch keine Gleichspannung durch.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Trennung des variablen Anteils vom Konstanten. Zum Beispiel in den Endstufen von Audioverstärkern. Je höher die Kapazität, desto niedriger ist die Frequenz, die der angeschlossene Lautsprecher wiedergeben kann.
In den Netzfiltern wird neben dem kapazitiven Widerstand auch die Eigenschaft der Ladungsakkumulation und -abgabe genutzt. Im Moment der Lasterhöhung wird die geladene Kapazität des Filters entladen, wodurch zusätzliche Energie gewonnen wird. Es unterdrückt auch Welligkeit und andere parasitäre Signale, indem es sie durch sich selbst leitet und an einen gemeinsamen Draht schließt. Somit wird eine Glättung und Aufrechterhaltung der Spannung an der Last innerhalb der spezifizierten Grenzen und die Eliminierung unerwünschter Zwischenstufenverbindungen, die einen instabilen Betrieb verursachen, bereitgestellt.
Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Kondensatoren in Fällen verwendet, in denen sowohl Gleich- als auch Wechselstrom über dieselben Drähte übertragen werden müssen. Die Konstantspannungsquelle ist mit dem gemeinsamen Draht und dem zweiten Ausgang des Kondensators verbundenüber die die Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Auf der anderen Seite erfolgt eine Trennung: Der variable Verbraucher wird über einen Kondensator gleicher Kapazität und der Konstantverbraucher direkt an die Teilklemmen angeschlossen.
Ein gängiges Beispiel für eine solche Verwendung ist eine TV-Außenantenne mit einem Verstärker. Der Fernseher selbst oder ein kabelgebundenes Gerät, ein sogenannter "Injektor", liefert die Stromversorgung. Im Antennenverstärker erfolgt die Signaltrennung und -filterung. Auf diese Weise, der kapazitive Widerstand eines Kondensators ist weit verbreitet. Filter verzögern einige Signale und lassen andere durch.
Dank dieser Eigenschaft ist es möglich, sowohl Wechsel- als auch Gleichspannung gleichzeitig zu übertragen, was beim Bau einiger Kommunikationsleitungen von nicht geringer Bedeutung ist.
