4.22M

Category:

physics

Lecture 8 (1).en.ru

1.

Перевод: английский - русский - www.onlinedoctranslator.com
Конденсаторы и индукторы
OEk 1115 - Основы электроники
Лекция 8

2.

Контур
Активные и пассивные электронные компоненты
Конденсатор
Последовательные конденсаторы
Параллельные конденсаторы
Индуктор
Последовательные индукторы
Параллельные индукторы

Активные и пассивные электронные компоненты
Активные и пассивные электронные компоненты можно найти в таких
повседневных предметах, как фонари, звуковые системы, компьютеры,
телефоны, автомобили и многих других устройствах.
По определению,активные компонентынаходятся в каждом электронном
устройстве. Примерами могут служить любые устройства с вычислительной
мощностью (интегральные схемы), устройства со встроенной батареей или
дисплеем, а также светодиодные фонари (светоизлучающие диоды).
Примеры устройств спассивные компонентывключают лампы накаливания,
громкоговорители, датчики, микроволновые печи, системы дистанционного
бесключевого доступа и антенны.

4.

Активные компоненты
Активные компонентыявляютсяполупроводниковые
приборыкоторые состоят из полупроводниковых материалов.
Они подают электроэнергию в цепь или усиливают мощность в
цепи.
Распространенными электронными устройствами являются диоды
и транзисторы, которые выполняют «активные» операции, такие
как усиление, выпрямление или преобразование подаваемого тока
(сигнала).

5.

Пассивные компоненты
Пассивные компонентытребуются электронные устройства,
которые выполняют «пассивные» операции, такие как
потребление, хранение или выдача электроэнергии.
Они могут только поглощать электрическую энергию и рассеивать
ее в виде тепла или хранить ее в магнитном или электрическом
поле.
Они не могут обеспечить подачу электроэнергии или усиление
мощности в электрической цепи.
К распространенным пассивным компонентам относятся
резисторы, конденсаторы и катушки.

6.

Активные и пассивные электронные компоненты
Активный компонент
Пассивный компонент
Активное устройство преобразует и подает
мощность или энергию в цепь.
Пассивное устройство использует мощность или
энергию из цепи.
Примеры: диоды, транзисторы, SCR,
интегральные схемы и т. д.
Примеры: резисторы, конденсаторы, катушки
индуктивности и т. д.
Они способны обеспечивать усиление
мощности (усилитель).
Они не способны обеспечить прирост мощности.
Они являются донорами энергии.
Они являются акцепторами энергии.
Они могут контролировать поток тока.
Они не могут контролировать поток тока.

7.

Конденсатор
Аконденсаторпассивный электрический компонент, который хранит
электрический заряд и обладает свойством емкости.
Аконденсаторпредставляет собой электрическое устройство, состоящее из
двух параллельных проводящих пластин, разделенных изолирующим
материалом, называемым диэлектриком.
К параллельным пластинам прикреплены соединительные провода.

8.

Как конденсатор хранит заряд
В нейтральном состоянии обе пластины конденсатора имеют одинаковое
количество свободных электронов.

9.

Как конденсатор хранит заряд
При подключении к источнику напряжения электроны перетекают от
пластины А к пластине В, в результате чего конденсатор заряжается.

10.

Как конденсатор хранит заряд
После того, как конденсатор заряжается до Vs, поток электронов
прекращается.

11.

Как конденсатор хранит заряд
В идеале конденсатор сохраняет заряд при отключении от источника
напряжения.

12.

Емкость
Емкостьмера способности конденсатора хранить заряд.
Чем больше заряда на единицу напряжения может хранить конденсатор, тем больше его емкость:
C — емкость,
Q — заряд,
и V — напряжение.
Theфарад(Ф) — основная единица емкости. Напомним, что кулон (Кл) — единица электрического заряда.
Один фарад — это величина емкости, при которой на пластинах хранится один кулон заряда при
напряжении в один вольт.

13.

Емкость
Пример.
а) C = Q / V = 50 / 10 = 5 мкФ
б) Q = C * V = 2,2 * 100 = 220 мкКл
в) V = Q / C = (2 * 10(-6)) / (100 * 10(-12)) = 2 / (100 * 10(-6)) = 2 / (0,1 * 10(-3)) = 20 000 В
В = 20 кВ

14.

Емкость
Решение.

15.

Как конденсатор хранит энергию
Конденсатор хранит энергию в электрическом поле,
которое создается противоположными зарядами,
хранящимися на двух пластинах.
Электрическое поле представлено силовыми линиями
между положительными и отрицательными зарядами и
сосредоточено внутри диэлектрика.
Пластины в приобрели заряд, потому что они
подключены к батарее. Это создает электрическое поле
между пластинами, которое хранит энергию.

16.

Типы конденсаторов
Конденсаторы обычно классифицируются по типу диэлектрического материала.
Наиболее распространенными типами диэлектрических материалов являются слюда,
керамика, пластиковая пленка и электролитические (оксид алюминия и оксид тантала).

17.

Последовательные конденсаторы
Общая емкость последовательного соединения конденсаторов меньше
индивидуальной емкости любого из конденсаторов.
Последовательно соединенные конденсаторы делят напряжение на себе
пропорционально своей емкости.

18.

Последовательные конденсаторы
По закону напряжения Кирхгофа, который применим как к емкостным, так и к
резистивным цепям, сумма напряжений конденсаторов равна напряжению
источника.
Если последовательно соединены только два конденсатора:

19.

Последовательные конденсаторы
Пример. Найдите общую емкость CТ.
Ct = (C1 * C2) / (C1 + C2) = (100 * 330) / (100 + 330) = 76,7 пФ

20.

Последовательные конденсаторы
Пример. Определить общую емкость.
Ct = 1 / (1 / 10 + 1 / 4,7 + 1 / 8,2) = 1 / (0,1 + 0,2 + 0,1) = 1 / 0,4 = 2,5 мкФ

21.

Напряжения конденсаторов
Напряжение на каждом конденсаторе при последовательном соединении
зависит от значения его емкости в соответствии с формулой V = Q/C.
Напряжение на любом отдельном конденсаторе, соединенном
последовательно, можно определить по следующей формуле:
Конденсатор с наибольшей емкостью в последовательном соединении
будет иметь наименьшее напряжение на нем. Конденсатор с наименьшей
емкостью будет иметь наибольшее напряжение на нем.

22.

Напряжения конденсаторов
Пример.Найдите напряжение на каждом конденсаторе.
Ct = 1 / (1 / 0,1 + 1 / 0,47 + 1 / 0,22) = 1 / (10 + 2 + 5) = 1 / 17 = 0,06 мкФ
V1 = (Ct / C1) * Vs = (0,06 / 0,1) * 25 = 15 В
V2 = (Ct / C2) * Vs = (0,06 / 0,47) * 25 = 3,2 В
V3 = (Ct/C3) * Vs = (0,06/0,22) * 25 = 6,8 В

23.

Напряжения конденсаторов
Решение.

24.

Параллельные конденсаторы
При подключении конденсаторовпараллельнообщая емкость представляет
собой сумму отдельных емкостей, поскольку эффективная площадь пластины
увеличивается.

25.

Параллельные конденсаторы
Пример.Какова общая емкость в цепи? Каково напряжение на каждом
конденсаторе?

26.

Конденсаторы в цепях постоянного тока
Конденсатор заряжается при подключении к источнику постоянного
напряжения.
Накопление заряда на пластинах происходит предсказуемым образом,
который зависит от емкости и сопротивления в цепи.

27.

Разрядка конденсатора
При подключении проводника к заряженному конденсатору конденсатор разряжается.
Когда переключатель замкнут, избыточные электроны на пластине B перемещаются по цепи
к пластине A.
Заряд нейтрализуется, когда число свободных электронов на обеих пластинах снова
становится равным. В это время напряжение на конденсаторе равно нулю, и конденсатор
полностью разряжен.

28.

Ток и напряжение во время
зарядки и разрядки

29.

Индуктор
Аниндукторпассивный электрический компонент, образованный катушкой
провода, обладающий свойством индуктивности.
Ток через катушку создает трехмерное электромагнитное поле. Резистор
ограничивает ток.

30.

Индуктор
Когда кусок провода формируется в катушку и становится
индуктором.
Ток, проходящий через катушку, создает электромагнитное
поле.
Магнитные силовые линии вокруг каждой петли (витка)
вобмоткакатушки эффективно добавляются к силовым
линиям вокруг соседних витков, образуя более сильное
магнитное поле внутри и вокруг катушки.
Суммарное направление полного магнитного поля создает
северный и южный полюса.

31.

Индуктивность
При прохождении тока через катушку индуктивности возникает электромагнитное
поле.
При изменении тока меняется и электромагнитное поле.
Увеличение тока расширяет поле, а уменьшение тока ослабляет его.
Таким образом, изменяющийся ток создает изменяющееся электромагнитное поле
вокруг индуктора (также известного как катушка, а в некоторых приложениях —
дросселя).
В свою очередь, изменяющееся электромагнитное поле вызывает возникновение
индуцированного напряжения в катушке в направлении, противоположном
изменению тока.
Это свойство называетсясамоиндукцияно обычно его называют
простоиндуктивность, символизируемыйЛ.

32.

Генри
TheГенри, символизируемыйЧАС, является основной единицей индуктивности.
Индуктивность катушки равна одному генри, когда ток через катушку,
изменяющийся со скоростью один ампер в секунду, индуцирует в катушке один
вольт.
Индуктор накапливает энергию в магнитном поле, создаваемом током.
Когдатекущий(я) в амперах ииндуктивность(L) в генри,энергия(Вт) измеряется в
джоулях.

33.

Индуктор
Число витков провода, длина и площадь поперечного сечения сердечника
являются факторами, определяющими значение индуктивности.

34.

Законы Фарадея и Ленца
Закон Фарадея:
Величина напряжения, индуцируемого в катушке, прямо пропорциональна
скорости изменения магнитного поля относительно катушки.
Закон Ленца:
Когда ток через катушку изменяется и в результате изменения магнитного
поля создается индуцированное напряжение, направление индуцированного
напряжения таково, что оно всегда противодействует изменению тока.

35.

Законы Фарадея и Ленца
Закон Ленца в индуктивной цепи: когда ток пытается внезапно измениться,
электромагнитное поле изменяется и индуцирует напряжение в направлении,
противоположном изменению тока.

36.

37.

Типы индукторов
Индукторы изготавливаются в различных формах и размерах. В основном они
делятся на две общие категории: фиксированные и переменные.
Индукторы обычно классифицируются по типу материала сердечника.

38.

Последовательные и параллельные индукторы
При последовательном соединении индукторов общая индуктивность
увеличивается.
При параллельном соединении индукторов общая индуктивность
уменьшается.

39.

Последовательные и параллельные индукторы
Пример.Определите общую индуктивность для каждого из последовательных
соединений.

40.

Последовательные и параллельные индукторы

41.

Последовательные и параллельные индукторы
Пример.Определить LТв цепи.

42.

a)
b)
c)
Ct = (C1 * C2) / (C1 + C2) = (1 * 2,2) / (1 + 2,2) = 2 / 3,2 = 0,625 мкФ
Ct = 1 / (1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3) = 1 / (1 / 100 + 1 / 560 + 1 / 390) = 70 пФ
Ct = 1 / (1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + 1 / C4) = 1 / (1 / 10 + 1 / 4,7 + 1 / 47 + 1 / 22) = 2,7 мкФ

43.

Ct = 1 / (1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + 1 / C4) = 1 / (1 / 4,7 + 1 / 1 + 1 / 2,2 + 1 / 10) = 1 / (0,2 + 1 + 0,5 + 0,1)
Ct = 1 / 1,8 = 0,56 мкФ
Vt = Qt / Ct = 10 / 0,56 = 17,9 В
V1 = (Ct/C1) * Vt = (0,56/4,7) * 17,9 = 2,1 В
V2 = (Ct / C2) * Vt = (0,56 / 1) * 17,9 = 10 В
V3 = (Ct/C3) * Vt = (0,56/2,2) * 17,9 = 4,6 В
V4 = (Ct/C4) * Vt = (0,56/10) * 17,9 = 1 В