Kapacitný odpor v obvode striedavého prúdu: základné pojmy, vzorec na výpočet

Kondenzátor má určitý odpor voči striedavému prúdu a vôbec nevedie jednosmerný prúd. Táto vlastnosť nachádza uplatnenie v rôznych oblastiach elektroniky a elektrotechniky. Kapacitný odpor v obvode striedavého prúdu závisí od frekvencie striedavého prúdu a od kapacity kondenzátora.

Základné pojmy

Kapacitný odpor je veličina, ktorý je vytvorený kondenzátorom zahrnutým v obvode. Odpor vodičov by mal byť zanedbateľný. Keď sa dodáva striedavý prúd, dochádza k procesom v dôsledku periodického nabíjania a vybíjania kondenzátora.

Obdobie je rozdelené do štyroch štvrťrokov. Počas prvého štvrťroka napätie rastie. V tomto okamihu prechádza obvodom nabíjací prúd, ktorého sila sa zníži a dosiahne nulu, keď elektromotorická sila dosiahne kladné maximum. Kondenzátor je plne nabitý. Potom začne pokles napätia. Kondenzátor sa vybije cez záťaž, ktorá je k nemu pripojená. Cez obvod bude prechádzať prúd.

Na konci polovice periódy bude napätie nulové a prúd bude najvyšší. Vybíjanie dokončené. Začiatkom tretieho štvrťroka sa zvýši elektromotorická sila, ktorá zmení svoj smer. Proces nabíjania sa znova spustí. Smer nabíjacieho prúdu v treťom štvrťroku bude rovnaký ako v predchádzajúcom. Keď sa kondenzátor nabíja, táto hodnota sa zníži. Do konca tretieho štvrťroka bude proces nabíjania dokončený.

Elektromotorická sila dosiahne svoju najvyššiu zápornú hodnotu. A na tej platni, na ktorej bol počas prvej polperiódy kladný náboj, bude teraz záporný. V priebehu štvrtého štvrťroka bude hodnota elektromotorickej sily opäť inklinovať k nule. Kondenzátor sa vybije. V súlade s tým sa v obvode objaví postupne sa zvyšujúci prúd. Postup sa opakuje. Fáza striedavého prúdu v obvode kondenzátora je teda pred fázou napätia o 90 stupňov.

Vzorec odporu

Vzorec pre kapacitu sa zobrazí takto:

• Najprv je potrebné vypočítať uhlovú frekvenciu. Aby ste to dosiahli, frekvencia prúdu pretekajúceho obvodom (v hertzoch) sa musí vynásobiť dvojnásobkom čísla "pi".
• Potom by sa výsledné číslo malo vynásobiť kapacitou kondenzátora vo faradoch.

Ak chcete získať hodnotu kapacity v ohmoch, vydeľte jednotku číslom získaným po vynásobení uhlovej frekvencie kapacitou. Z tohto vzorca vyplýva, že čím väčšia je kapacita kondenzátora alebo frekvencia striedavého prúdu, tým nižší je jeho odpor.

Keď je frekvencia nulová (konštantný prúd), kapacitný odpor bude nekonečne veľký. Veľmi veľký kondenzátor bude viesť prúd v širokom frekvenčnom rozsahu.

Aplikácia v praxi

Vlastnosti kondenzátora sa využívajú pri konštrukcii rôznych filtrov. Pôsobenie kapacitného odporu v tomto prípade závisí od spôsobu pripojenia časti:

• Ak je pripojený paralelne so záťažou, získate filter, ktorý odmieta vysoké frekvencie. S ich rastom klesá odpor kondenzátora. V súlade s tým je záťaž pri vysokých frekvenciách posunutá viac ako pri nízkych frekvenciách.
• Ak je časť zapojená do série so záťažou, získate nízkofrekvenčný filter. Tento obvod tiež neumožňuje prechod jednosmerného napätia.

Ďalšou oblasťou použitia je oddelenie variabilnej zložky od konštanty. Napríklad v záverečných fázach audio zosilňovačov. Čím vyššia je kapacita, tým nižšiu frekvenciu môže pripojený reproduktor reprodukovať.

Vo filtroch napájacieho zdroja sa spolu s kapacitným odporom využíva aj vlastnosť akumulácie a uvoľňovania náboja. V momente zvýšenia záťaže sa nabitá kapacita filtra vybije, čím sa dodá dodatočná energia. Tiež potláča vlnenie a iné parazitné signály tým, že ich prejde cez seba a uzavrie sa na spoločný vodič. Tým je zabezpečené vyhladenie a udržiavanie napätia na záťaži v rámci špecifikovaných limitov a eliminácia nežiaducich medzistupňových spojení, ktoré spôsobujú nestabilnú prevádzku.

Vďaka svojim vlastnostiam sa kondenzátory používajú v prípadoch, keď je potrebné prenášať jednosmerný aj striedavý prúd cez rovnaké vodiče. Zdroj konštantného napätia je pripojený k spoločnému vodiču a druhému výstupu kondenzátoracez ktorý je pripojený zdroj striedavého napätia. Na druhej strane dochádza k oddeleniu: variabilný spotrebič je pripojený cez kondenzátor s rovnakou kapacitou a konštantný spotrebič je pripojený priamo na svorky dielu.

Bežným príkladom takéhoto použitia je vonkajšia televízna anténa so zosilňovačom. Napájanie dodáva samotný televízor alebo káblom pripojené zariadenie nazývané „injektor“. Oddelenie a filtrovanie signálu prebieha v anténnom zosilňovači. teda kapacitný odpor kondenzátora je široko používaný. Filtre niektoré signály oneskorujú a iné prepúšťajú.

Vďaka tejto vlastnosti je možné prenášať striedavé aj jednosmerné napätie naraz, čo má pri výstavbe niektorých komunikačných vedení nemalý význam.