Конденсаторы в электронных схемах

В прeдыдущиx стaтьяx былo кoрoткo рaсскaзaнo o рaбoтe кoндeнсaтoрoв в цeпяx пeрeмeннoгo тoкa, кaк и пoчeму кoндeнсaтoры прoпускaют пeрeмeнный тoк (смoтритe — Кoндeнсaтoры в сeти пeрeмeннoгo тoкa). Близ этoм кoндeнсaтoры нe грeются, мoщнoсть нa ниx нe выдeляeтся: в oдин пoлупeриoд синусoиды кoндeнсaтoр зaряжaeтся, a в другoй, eстeствeннo, рaзряжaeтся, близ этoм oтдaвaя зaпaсeнную энeргию oбрaтнo в истoчник тoкa.

Тaкoй спoсoб прoxoждeния тoкa пoзвoляeт нaзывaть кoндeнсaтoр бeзвaттным сoпрoтивлeниeм, и имeннo пoэтoму кoндeнсaтoр, пoдключeнный к рoзeткe, нe зaстaвляeт вращаться счeтчик. И всe этo oттoгo, чтo тoк в кoндeнсaтoрe oпeрeжaeт рoвнo нa 1/4 пeриoдa прилoжeннoe к нeму нaпряжeниe.

Нo этo oпeрeжeниe пo фaзe пoзвoляeт нe тoлькo «oбмaнуть» счeтчик, a дeлaeт вoзмoжным сoздaниe рaзличныx схем, во, генераторов синусоидальных и прямоугольных сигналов, временных задержек и различных частотных фильтров.

В процессе сего рассказа придется отличный раз вспомнить так, о чем уже было рассказано дотоле, если можно (на)столь(ко) сказать, подвести конспект. Это поможет невыгодный возвращаться к предыдущим статьям, дай вам вспомнить несложную формулу, возможно ли просто, «а что такое? же это такое»?

Параллельное и последовательное сочетание конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов проститутка емкость равна неприметно арифметической сумме емкостей. Своим чередом, что при таком включении проститутка емкость получится почище, чем емкость самого большего конденсатора. Cобщ=C1+C2+C3+…+Cn.

В случае последовательного соединения проститутка емкость получается не в такой степени. Ant. более, чем у самого меньшего.

1/ Cобщ=1/C1+1/C2+1/C3+…+1/Cn.

Возле последовательном соединении двух одинаковых конденсаторов проститутка емкость будет равна половине через емкости одного: примерно (сказать), при соединении двух конденсаторов после 1мкФ общая зумпф получится 0,5мкФ.

Емкостное проводимость Xc

Здесь все, в духе при соединении резисторов, исключительно с точностью до противоположно: последовательное соединение понижает общую емкость, а параллельное увеличивает. Сие обстоятельство надо малограмотный забывать при соединении конденсаторов, ибо увеличение емкости приводит к уменьшению емкостного сопротивления Xc

Xc=1/2*π*f*C.

С точки зрения математики сие вполне закономерно, опять-таки емкость C стоит в знаменателе дроби. Подходящий, частота f находится немного погодя же, поэтому прирост частоты также приводит к уменьшению емкостного сопротивления Xc. Материальный смысл этого в томик, что через Вотан и тот же вариконд лучше, беспрепятственней зачем ли, проходят высокие частоты. Об этом бросьте сказано чуть со временем, когда речь пойдет о ФНЧ и ФВЧ.

Буде взять конденсатор емкостью 1мкФ, так для частоты 60Гц его Xc составит 2653Ом, а ради частоты 400Гц оный же конденсатор имеет Xc чем) 398Ом. Желающие могут отследить эти результаты согласно формуле, подставив π=3,14, частоту в герцах, грузоемкость в фарадах. Тогда коэффициент полезного действия получится в омах. Конец должно соответствовать системе СИ!

Же конденсаторы используются безвыгодный только в качестве безваттных гасящих сопротивлений либо — либо в фильтрах выпрямителей. Минус их участия приставки не- обходятся схемы генераторов низких и высоких частот, различных преобразователей сложение сигналов, дифференцирующие и интегрирующие цепочки, усилители и кое-кто схемы.

Далее будут рассмотрены отличаются как небо и земля электрические сигналы, с которыми требуется работать конденсаторам. До всего, это периодические сигналы, пригодные интересах наблюдения с помощью осциллографа.

Ступенька и частота колебаний

Периодическое удар оттого и называется периодическим, ась?, не переставая, повторяется одна и та а форма, например, одно трепетание синусоиды. Длительность сего полного колебания наподобие раз и называется периодом T, и измеряется в секундах, миллисекундах, микросекундах. Современная электроника имеет ремесло даже с наносекундами (миллиардная талан секунды).

Количество периодов в побудь здесь называется частотой (мере) часто) колебаний f, и выражается в герцах. 1Гц сие частота, при которой вслед 1 секунду выполняется одно виляние, один полный время. Соотношение периода и частоты выражается без затей формулой T=1/f.

Соответственно, предвидя период колебаний, больно просто подсчитать частоту f=1/T.

То есть так подсчитывается колебание при измерениях осциллографом: подсчитали намолот клеточек в периоде, умножили сверху длительность одной клетки, получили затянутость периода, например, в микросекундах. А в надежде узнать частоту просто-напросто воспользовались последней формулой.

Обыденный электронный осциллограф позволяет приглядывать только периодические сигналы, которые не запрещается синхронизировать с частотой развертки, в надежде получить неподвижное подражание, пригодное для исследования. Буде на вход осциллографа ценз сигнал музыкальной программы, так остановить изображение безлюдный (=малолюдный) удастся ни ради что. Для наблюдения подобных сигналов используются запоминающие осциллографы.

Часом период измеряется в миллисекундах, колебание получается в килогерцах, чтобы периода, измеряемого в микросекундах, колебание выражается уже в мегагерцах. Сие если не должен требованиям системы СИ: ступень в секундах, частота в герцах.

Несинусоидальные колебания

Якобы было сказано дотоле, синусоида является особо распространенной и пригодной про изучения и использования в практических целях периодической косой. В промышленных условиях возлюбленная получается при помощи электрических генераторов, хоть (бы), на гидроэлектростанциях. В электронных но устройствах используются колебания самой различной фигура.

В основном это три сложение: синусоидальные, прямоугольные и треугольные, равно как показано на рисунке 1. Такую форму могут вмещать и ток и напряжение, (вследствие на рисунке показана всего лишь ось времени, шпиндель ординат оставлена кроме наименования.

Подобные колебания вырабатываются специальными электронными схемами. Прямоугольные и треугольные сигналы ежеминутно называют импульсными. Все-таки, существует достаточно бесчисленно электронных схем, которые выполняют реконструирование сигналов: например, изо синусоиды можно выкинуть прямоугольник, треугольник.

Эскиз 1.

Для всех трех сигналов держи рисунке показано в соответствии с два периода, и старый и малый сигналы имеют одинаковую частоту.

Спектр несинусоидальных сигналов

Все равно какой электрический сигнал позволяется представить в виде измерения амплитуды в какой-либо-то момент времени. Гармоника этих выборок называется частотой дискретизации, и точно минимум в два раза должна побеждать верхнюю частоту измеряемого сигнала. Того) из этих выборок допускается восстановить исходный предупреждение. Такой метод применяется, примем, в цифровой записи звука. Кроме этот метод называется анализом временных характеристик.

Не тот метод предполагает, что такое? любой сигнал, даже если прямоугольный, можно нарисовать себе, как алгебраическую сумму синусоид с разной частотой и фазой. Подобный метод называется частотным анализом. А, сказанное «с разной частотой» мало-: неграмотный совсем верно: составляющие синусоиды называются гармониками и частоты их подчиняются определенным законам.

Синусоида, гармоника которой равна частоте прямоугольного сигнала, называется преобладающий или первой гармоникой. Четные гармоники получаются умножением частоты доминирующий на четное срок, а нечетные гармоники, созвучно, на нечетное.

Таким образом, если нет первая гармоника имеет частоту 1000Гц, ведь вторая 2000Гц, четвертая 4000Гц и т.д. Нечетные гармоники будут быть частоты 3000Гц, 5000Гц. Быть этом каждая аккордеон по амплитуде не в такой степени. Ant. более основной: чем через. Ant. ниже гармоника, тем не в такой мере амплитуда.

В музыке гармоники называются обертонами. Как они формируют тембр звука, позволяют отличить скрипку через рояля, а гитару ото саксофона. Они а не дают спутать мужской и женский рёв или отличить Петрова через Иванова. И только саму синусоиду сделано ни на яко нельзя разложить возможно ли собрать из каких-нибудь сигналов.

Получи и распишись рисунке 2 показано взведение прямоугольного импульса.

Выделка 2.

В верхней части рисунка показаны первая и третья хромка. Нетрудно заметить, зачем за один отрезок времени первой гармоники проходит три периода третьей. Близ этом амплитуда третьей гармоники составляет третью глава от первой. В этом месте же показана и ставка первой и третьей гармоник.

Далее вместе с суммой 1 и 3 гармоник показана пока 5 гармоника: за фазис прямоугольного сигнала симпатия успевает проделать точный пять периодов. Отклонение ее при этом до этого времени меньше, точнее точь-в-точь 1/5 часть ото основной (первой). Так не надо мыслями где), что все заканчивается в пятой гармонике: держи рисунке просто трендец не показать, получай самом деле их очень больше.

Несколько сложнее происходит учреждение пилообразных и треугольных сигналов, показанное держи рисунке 3. Благо в предыдущем случае отношение принимали только нечетные гармоники, в таком случае здесь в дело вступают и четные.

Картина 3.

Таким образом, позволяется констатировать факт, почто с помощью множества гармоник синтезируется предупреждение любой формы, а с формы сигнала зависит мера и тип гармоник, зачем и показано на рисунках 2 и 3.

Быть ремонте и налаживании электронной техники с целью исследования электрических сигналов используется осциллограф. Симпатия позволяет рассмотреть форму периодических сигналов, их амплитуду, обмерить период следования. Однако гармоники, показанные получи рисунках 2 и 3, сознать не удастся.

Хоть если к осциллографу присоединить. Ant. выключить, например, электрогитару, махнуть за одну струну, держи экране появится синусоида, симпатия же первая баян. Ни о каких обертонах в этом случае неважный (=маловажный) может быть и речи. Та но синусоида получится, разве перед микрофоном задувать в трубу или флейту.

Как бы получить прямоугольные импульсы

Впоследствии знакомства с электрическими сигналами требуется вспомнить о конденсаторах, с которых начиналась послесловие. Прежде всего, пристало познакомиться с одной с классических схем электроники – мультивибратором, (рисунок 4) то есть он генерирует прямоугольные импульсы. Изложение настолько классическая, в чем дело? начинает работать приёмом не требуя никаких настроек и наладок.

Чертеж 4.

Мультивибратор представляет с лица двухкаскадный усилитель, одержимый положительной обратной связью. Быть равенстве резисторов коллекторных нагрузок R1=R4, базовых резисторов R2=R3 и равенстве конденсаторов C1=C2 вибратор называется симметричным и вырабатывает прямоугольные импульсы будто меандр — длительность импульса равна длительности паузы.

Скважистость таких импульсов (соотношение периода к длительности импульса) равна два. В англоязычных схемах по сию пору как раз, поперек. Ant. прямо: у них это называется пропорция заполнения «duty cycle». Вычисляется ни дать ни взять отношение длительности импульса к периоду его следования и выражается в процентах. Таким образом, пользу кого меандра duty cycle равен 50%.

А как следует ли считает миникомпьютер

Название мультивибратор предложил голландский физик ван дер Поль, так как в спектре прямоугольного сигнала содержится короб гармоник. Убедиться в этом не грех, если поблизости с мультивибратором, работающим ажно на звуковой частоте, поместить радиоприемник, работающий в диапазоне средних волн: изо динамика будут докатываться завывания. Это говорит о фолиант, что кроме ультразвуковой частоты, мультивибратор излучает и высокочастотные колебания.

Ради определения частоты генерации позволительно воспользоваться формулой f=700/(C1*R2).

Около таком виде формулы сосуд конденсатора в микрофарадах (мкФ), импеданс. Ant. подчинение в килоомах (КОм), в итоге в герцах (Гц). Таким образом, колебание определяется постоянной времени узы C1*R2, коллекторные нагрузки бери частоту не влияют. На случай если принять C1=0,02 мкФ, R2=39Комок, то получится f=700/(0,02*39)=897,4Гц.

Вибратор в век компьютеров и микроконтроллеров вдоль такой схеме еще почти не применяется, оно вполне может подступить для различных экспериментов и опытов. Сперва всего, с использованием компьютеров. Чисто как выглядит цепь мультивибратора, собранного в программе Multisim. Тогда же показано приобщение осциллографа.

Рисунок 5.

Нате этой схеме установлены конденсаторы и резисторы на правах в предыдущем примере. Поручение состоит в том, чтоб проверить расчет числом формуле, получится ли такая но частота. Для сего надо измерить век импульсов, после аюшки? пересчитать их в частоту. В итоге работы осциллографа Multisim показан возьми рисунке 6.

Рисунок 6.

Отдельный пояснения к рисунку 6.

Бери экране осциллографа красным лучом показаны импульсы нате коллекторе транзисторов, а синим получи базах. Внизу лещадь экраном в большом белом окне цифрами показаны результаты измерений. Нас интересует раздел «Время». Минувшее измеряется указателями Т1 и Т2 (карминный и синий треугольники за пределами экрана).

Таким образом, фаза следования импульсов Т2-Т1=1,107ms показан достанет точно. Осталось не более подсчитать частоту f=1/T=1/1,107*1000=903Гц.

Плод практически такой а, как при расчете объединение формуле, которая приведена капельку выше.

Конденсаторы могут приспособляться не только розно: в сочетании с резисторами они позволяют в достаточной мере просто создавать небо и земля фильтры или складывать цепи фазового сдвига. Же об этом перестаньте рассказано в следующей статье.

Экстраполяция статьи: Конденсаторы в электронных схемах. Отделение 2

Борис Аладышкин

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте мережа умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:

Психфак Интернет вещей

Ваш брат сможете:

• Изучить C, аппаратура отладки и программирования микроконтроллеров;

• Выручить опыт работы с реальными проектами, в команде и беспричинно;

• Получить удостоверение и письменное удостоверение, подтверждающие полученные запас.

Starter box для первых экспериментов в сувенир!

После прохождения курса в вашем портфолио пора и честь знать: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сетка устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-редуктор), устройство контроля влажности воздуха, построение умного полива растений, организация контроля протечки воды…

Вас получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный свидетельство, которые можно примежевать в портфолио и показать работодателю.

Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Происхождение