容量性分圧器

この投稿では、式と解決された例を通じて、容量性分圧回路が電子回路でどのように動作するかを学びます。

投稿者：Dhrubajyoti Biswas

分圧器ネットワークとは

分圧回路について言えば、分圧回路の電圧は、ネットワークに関連するすべての既存のコンポーネント間で均等に分配されることに注意することが重要ですが、容量はコンポーネントの構成によって異なる場合があります。

分圧回路は、無効なコンポーネントから、または固定抵抗から構築することができます。

ただし、容量性分圧器と比較すると、抵抗性分圧器は電源の周波数の変化による影響を受けません。

この論文の目的は、容量性分圧器の詳細な理解を提供することです。しかし、より多くの洞察を得るためには、容量性リアクタンスと、さまざまな周波数でのコンデンサへの影響を詳しく説明することが重要です。

コンデンサは2枚の導電性プレートでできており、互いに平行に配置され、さらに絶縁体で分離されています。これらの2つのプレートには、1つの正（+）ともう1つの負（-）の電荷があります。

コンデンサがDC電流によって完全に充電されると、誘電体（一般に絶縁体と呼ばれます）がプレートを流れる電流を妨害します。

抵抗器と比較したコンデンサのもう1つの重要な特性は、充電中に導電性プレートにエネルギーを蓄積しますが、抵抗器は常に過剰なエネルギーを熱として放出する傾向があるため、蓄積しません。

しかし、コンデンサによって蓄積されたエネルギーは、その放電プロセス中にコンデンサに接続されている回路に渡されます。

電荷を蓄積するコンデンサのこの機能は、リアクタンスと呼ばれ、さらに、オームがリアクタンスの標準測定単位である容量性リアクタンス[Xc]と呼ばれます。

DC電源に接続すると放電したコンデンサであり、初期段階ではリアクタンスは低いままです。

電流のかなりの部分がコンデンサを介して短いスパンで流れ、導電性プレートが急速に充電され、最終的にはそれ以上の電流の流れが妨げられます。

コンデンサはどのようにDCをブロックしますか？

抵抗器、コンデンサー直列ネットワークでは、期間が5RCの大きさに達すると、コンデンサーの導電性プレートが完全に充電されます。これは、コンデンサーが受け取る電荷が電源と等しいことを意味し、それ以上の電流の流れを停止します。

さらに、この状況でのDC電圧の影響下でのコンデンサのリアクタンスは、最大状態[メガオーム]に達します。

AC電源のコンデンサ

交流電流[AC]を使用してコンデンサを充電する場合、AC電流の流れは常に交互に分極されますが、流れを受け取るコンデンサは、プレート全体で一定の充電と放電を受けます。

ここで、定電流が流れる場合は、リアクタンス値を決定して流れを制限する必要もあります。

容量性抵抗の値を決定する要因

静電容量を振り返ると、コンデンサの導電性プレートの電荷量は、静電容量と電圧の値に比例することがわかります。

これで、コンデンサがAC入力から電​​流を流すと、電圧源はその値が一定に変化します。これにより、プレートの値が常に比例して変化します。

ここで、コンデンサに高い値の静電容量が含まれている状況を考えてみましょう。

この状況では、抵抗Rはコンデンサτ= RCを充電するためにより多くの時間を消費します。これは、充電電流がより長い時間流れている場合、指定された周波数に応じて、リアクタンスがより小さな値Xcを記録することを意味します。

同様に、コンデンサの静電容量値が小さい場合、コンデンサを充電するには、RC時間が短くなります。

この短い時間により、より短い時間で電流が流れ、その結果、リアクタンス値Xcが比較的小さくなります。

したがって、電流が大きくなるとリアクタンスの値は小さいままであり、その逆も同様です。

したがって、容量性リアクタンスは常にコンデンサの容量値に反比例します。

XC∝-1C。

容量性リアクタンスを分析する要因は容量だけではないことに注意することが重要です。

印加されるAC電圧の周波数が低いと、割り当てられたRC時定数に基づいてリアクタンスの発生時間が長くなります。さらに、電流も遮断し、リアクタンスの値が高いことを示します。

同様に、適用される周波数が高い場合、リアクタンスにより、充電および放電プロセスの発生する時間サイクルが短くなります。

さらに、プロセス中に流れる電流も大きくなるため、リアクタンスが低くなります。

したがって、これは、コンデンサのインピーダンス（ACリアクタンス）とその大きさが周波数に依存していることを証明しています。したがって、周波数が高くなるとリアクタンスが低くなり、逆もまた同様です。したがって、容量性リアクタンスXcは周波数と容量に反比例すると結論付けることができます。

上記の容量性リアクタンスの理論は、次の式で要約できます。

Xc = 1 /2πfC

どこ：

・xc =オーム単位の容量性リアクタンス（Ω）


・π（pi）= 3.142（または22÷7）の数値定数


・ƒ=ヘルツ単位の周波数、（Hz）


・c =ファラッドの静電容量、（F）

容量性分圧器

このセクションでは、電源の周波数が、容量性分圧回路と呼ばれる、背中合わせまたは直列に接続された2つのコンデンサにどのように影響するかについて詳細に説明します。

容量性分圧器回路

容量性分圧器の機能を説明するために、上記の回路を参照してみましょう。ここで、C1とC2は直列であり、10ボルトのAC電源に接続されています。直列であるため、両方のコンデンサは同じ電荷Qを受け取ります。

ただし、電圧は異なるままであり、静電容量V = Q / Cの値にも依存します。

図1.0を考慮すると、コンデンサ両端の電圧の計算はさまざまな方法で決定できます。

1つのオプションは、合計回路インピーダンスと回路電流を調べることです。つまり、各コンデンサの容量性リアクタンスの値をトレースしてから、それらの両端の電圧降下を計算します。例えば：

例1

図1.0のように、C1とC2がそれぞれ10uFと20uFの場合、正弦波電圧が10ボルトrms @ 80Hzの状況でコンデンサの両端に発生するrms電圧降下を計算します。

C110uFコンデンサ
Xc1 = 1 /2πfC= 1 /2πx80x10uF x 10-6 = 200オーム
C2 = 20uFコンデンサ
Xc1 = 1 /2πfC= 1 /2πx8000x22uF x 10-6 = 90
オーム

総容量性リアクタンス

Xc（合計）= Xc1 + Xc2 =200Ω+90Ω=290Ω
Ct =（C1 x C2）/（C1 + C2）= 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 /2πfCt= 1/1 /2πx80x6.88uF =290Ω

回路の電流

I = E / Xc = 10V /290Ω

両方のコンデンサの電圧が連続的に低下します。ここで、容量性分圧器は次のように計算されます。

Vc1 = I x Xc1 =34.5mAx200Ω= 6.9V
Vc2 = I x Xc2 =34.5mAx90Ω= 3.1V

コンデンサの値が異なる場合、小さい値のコンデンサは大きい値のコンデンサと比較して高い電圧に充電できます。

例1では、記録された電圧電荷は、C1とC2でそれぞれ6.9と3.1です。計算はキルヒホッフの電圧理論に基づいているため、個々のコンデンサの合計電圧降下は供給電圧値に等しくなります。

注意：

直列容量性分圧回路に接続されている2つのコンデンサの電圧降下率は、供給に周波数がある場合でも常に同じままです。

したがって、例1のように、供給周波数が80〜800Hzで最大化されている場合でも、6.9ボルトと3.1ボルトは同じです。

例2

例1で使用したものと同じコンデンサを使用してコンデンサの電圧降下を見つける方法は？

Xc1 = 1 /2πfC= 1 /2πx8000x10uF = 2オーム

Xc1 = 1 /2πfC= 1 /2πx8000x22uF = 0.9オーム

I = V / Xc（合計）= 10 / 2.9 = 3.45アンペア

したがって、Vc1 = I x Xc1 =3.45Ax2Ω= 6.9V

そして、Vc2 = I x Xc2 =3.45Ax0.9Ω= 3.1V

電圧比は両方のコンデンサで同じままであり、電源周波数が高くなると、その影響は、結合された容量性リアクタンスの減少、および回路全体のインピーダンスの形で見られます。

インピーダンスが低下すると、電流の流れが大きくなります。たとえば、80Hzでの回路電流は約34.5mAですが、8kHzでは電流供給が10倍、つまり約3.45A増加する可能性があります。

したがって、容量性分圧器を介した電流の流れは、周波数I∝fに比例すると結論付けることができます。

上で説明したように、接続された一連のコンデンサを含む容量性分周器は、すべてAC電圧を降下させます。

正しい電圧降下を見つけるために、容量性分周器はコンデンサの容量性リアクタンスの値を取ります。

したがって、DCではコンデンサが電流を停止してブロックし、電流がゼロになるため、DC電圧の分圧器としては機能しません。

分圧器は、電源が周波数によって駆動される場合に使用できます。

フィンガースキャニングデバイスからコルピッツ発振器まで、容量性分圧器の電子的な用途は多岐にわたります。また、容量性分圧器を使用して高い主電源電流を降下させる主電源変圧器の安価な代替品として広く好まれています。