Индикатор заряда конденсатора схема: Индикация заряда конденсаторов — 15 Июля 2010

Индикация заряда конденсаторов - 15 Июля 2010

Эта статья посвящена индикаторам заряда конденсаторов. В качестве индикатора может служить вольтметр, обычный светодиод с резистором, схема на компараторах, схема индикации на специальной микросхеме.
Вольтметр позволяет точно определить какое напряжение на данный момент в конденсаторах и точно определить когда прекращать зарядку. Но в болшинстве случаев вольтметр как таковой имеет великоватые размеры.
Светодиод с резистором - самая простая конструкция.

Процесс зарядки в таком индикаторе можно определить лишь на глаз, по яркости светодиода.
Схема на компараторах при должной настройке позволяет определять с хорошей точностью когда же конденсатор заряжен и при небольшой модификации  в такую схему можно присобачить автоматическое выключение преобразователя. Недостатком такой схемы является то, что на нее нужно навешивать кучу резисторов и прочей рассыпухи и при том эта рассыпуха должна быть точная(в случае с резисторами). Еще одним недостатком является крупные размеры этой схемы, если в одну DIP-16 микросхему помещается 4 компаратора, то для 10-ти индикаций нам понадобится 2 микросхемы DIP-16 и 1 DIP-8 - довольно большой девайс.
 А вот индикатор на специальной микросхеме вроде LM3914 позволяет забыть о всех недостатках. Сама микросхема находится в корпусе DIP-18, имеет 10 уровней индикации и соответственно 10 компараторов в одном корпусе, 2 режима индикации (Dot mode или Bar mode), встроенная схема опорного напряжения, которая настраивается 2-мя резисторами.
Вот тут я залил даташит, кому интересно могут посмотреть.
http://axon.at.ua/dts/lm3914.pdf
Вот что у меня получилось

Слева 10 токоограничиващих резистора, далее специальная светодиодная сборка, сама микросхема в панельке, подстроечный резистор делителя напряжения и сглаживающий конденсатор, снизу припаяны 2 SMD резистора.
Режимы работы
Микросхема позволяет использовать 2 режима работы: Dot Mode или Bar Mode
В Dot Mode - одновременно может гореть только 1 светодиод и при максимальном значении измерения будет гореть только самый верхний светодиод.
В Bar Mode - одновременно могут гореть несколько светодиодов и при максимальном значении измерения одновременно будут гореть все светодиоды.
Кто еще не понял, вот покажу на видео

Это видео не мое и было найдено по поиску. Индикация идет почему-то сверху вниз.
В первой половине видео показывает Bar Mode, во второй половине Dot Mode.
ИМХО для гаусса лучше будет второй вариант. Во-первых это экономия энергии аккумулятора, если 1 светодиод потребляет в среднем 20мА, то 10 таких светодиодов будут потреблять уже 200мА, а если таких индикатора 2 - уже 400мА. Во-вторых в том случае если мы используем Dot Mode мы получаем возможность избавиться от 9 из 10 токоограничивающих резистора - экономия места.
Надежность
Мне казалось что эта микросхема будет более надежная. Видимо она боится статики и навесного монтажа, все дело в том, что до того как сделать схему для нее, я пытался ее запустить на навесном монтаже и видимо микросхема покалечилась немного. Это проявляется в том, что некоторые светодиоды горят в половину яркости, а один и вовсе не горит.
Что получилось
Испытательная установка

После сборки схемы был настроен делитель напряжение. В итоге из-за полу испорченной микросхемы получилось что 3 или 4 верхних светодиода горят в половину яркости, а второй снизу и вовсе не горит, когда ему надо.

Снял видео в УГ качестве на мобилку. Можно увидеть как слабо горят верхние светодиоды.
PS Несмотря на свою слабость к статике, микросхема LM3914 - лучший вариант для индикации в гауссах, будь то зарядки конденсатора или состояние аккумулятора. Микросхема довольно дорогая - 20грн. Есть еще идея как заставить 1 микросхему показывать 2 независимых измерения одновременно(заряд конденсаторов и состояние аккумулятора), но это пока сидит в голове в виде набросков.
Схема

ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ БАТАРЕИ НА 2 LED

После зарядки напряжение аккумулятора составляет максимальное значение, после чего оно медленно падает по мере разрядки. Предельное напряжение, ниже которого батареи не должны разряжаться, очень важно не пропустить, чтоб не испортить сам АКБ. Значит нужен индикатор, который бы указывал состояние заряда батарей и момент, когда их требуется срочно зарядить. Предлагаем собрать простой индикатор напряжения, который в отличии от схем на ОУ выполнен всего на одном транзисторе.  

Схема, плата и детали индикатора

Номиналы деталей предназначены под АКБ 24 В:

  • R1 - 30k 
  • R2 - 5k 
  • P - 10k миниатюрный потенциометр, 
  • T - транзистор, например BC108B, 
  • D1 - красный светодиод, 
  • D - двойной красно-зеленый светодиод.

Сам индикатор представляет собой двойной светодиод с красным и зеленым цветом. Когда аккумуляторные батареи заряжены, светодиод горит только зеленым. Когда он разряжается, при определенном напряжении начинает светиться красный кристалл диода, а зеленый медленно гаснет. Поскольку в определенном диапазоне напряжений оба диода светятся, в результате смешивания света зеленый цвет превращается в желтый, затем в оранжевый, и наконец, когда зеленый светодиод полностью выключается, включается яркий красный цвет. Это уже предельное напряжение и сигнал для того, чтобы перезарядить батареи.

Нижнее напряжение устанавливается с помощью потенциометра P. С другой стороны, диапазон в котором светятся оба LED, будет зависеть от транзистора T, то есть его коэффициента усиления. Когда транзистор имеет низкий коэффициент, оба светодиода загораются практически во всем диапазоне полезных напряжений - это не очень хорошо.

Когда транзистор имеет высокий коэффициент усиления, диапазон общего освещения очень мал и можно установить предельное напряжение довольно точно. Но лучшее решение - когда этот диапазон включает напряжение 2-3 В, тогда светодиод сначала светится желтым, а затем оранжевым светом, что указывает на приближение к граничному напряжению. Этот диапазон обеспечивается транзисторами с коэффициентом усиления 250-300. 

Большинство мультиметров, даже дешевых, имеют гнездо для измерения коэффициента усиления транзисторов hfE, поэтому его значение можно будет легко проверить перед сборкой. 

Светодиод D1 (красный) не показывает напряжение (хотя и светится), он используется только для задавания соответствующей разности напряжений между зеленым и красным светодиодом (D). Для калибровки индикатора потребуется регулируемый источник питания.

   Форум

   Обсудить статью ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ БАТАРЕИ НА 2 LED


Схемы индикаторов разряда li-ion аккумуляторов для определения уровня заряда литиевой батареи (например, 18650)

Что может быть печальнее, чем внезапно севший аккумулятор в квадрокоптере во время полета или отключившийся металлоискатель на перспективной поляне? Вот если бы можно было бы заранее узнать, насколько сильно заряжен аккумулятор! Тогда мы могли бы подключить зарядку или поставить новый комплект батарей, не дожидаясь грустных последствий.

И вот тут как раз рождается идея сделать какой-нибудь индикатор, который заранее подаст сигнал о том, что батарейка скоро сядет. Над реализацией этой задачи пыхтели радиолюбители всего мира и сегодня существует целый вагон и маленькая тележка различных схемотехнических решений - от схем на одном транзисторе до навороченных устройств на микроконтроллерах.

Далее будут представлены только те индикаторы разряда li-ion аккумуляторов, которые не только проверены временем и заслуживают вашего внимания, но и с легкостью собираются своими руками.

Внимание! Приведенные в статье схемы только лишь сигнализируют о низком напряжении на аккумуляторе. Для предупреждения глубокого разряда необходимо вручную отключить нагрузку либо использовать контроллеры разряда.

Вариант №1

Начнем, пожалуй, с простенькой схемки на стабилитроне и транзисторе:

Разберем, как она работает.

Пока напряжение выше определенного порога (2.0 Вольта), стабилитрон находится в пробое, соответственно, транзистор закрыт и весь ток течет через зеленый светодиод. Как только напряжение на аккумуляторе начинает падать и достигает значения порядка 2.0В + 1.2В (падение напряжение на переходе база-эмиттер транзистора VT1), транзистор начинает открываться и ток начинает перераспределяться между обоими светодиодами.

Если взять двухцветный светодиод, то мы получим плавный переход от зеленого к красному, включая всю промежуточную гамму цветов.

Типовое различие прямого напряжения в двухцветных светодиодах составляет 0.25 Вольта (красный зажигается при более низком напряжении). Именно этой разницей определяется область полного перехода между зеленым и красным цветом.

Таким образом, не смотря на свою простоту, схема позволяет заранее узнать, что батарейка начала подходить к концу. Пока напряжение на аккумуляторе составляет 3.25В или более, горит зеленый светодиод. В промежутке между 3.00 и 3.25V к зеленому начинает подмешиваться красный - чем ближе к 3.00 Вольтам, тем больше красного. И, наконец, при 3V горит только чисто красный цвет.

Недостаток схемы в сложности подбора стабилитронов для получения необходимого порога срабатывания, а также в постоянном потреблении тока порядка 1 мА. Ну и, не исключено, что дальтоники не оценят эту задумку с меняющимися цветами.

Кстати, если в эту схему поставить транзистор другого типа, ее можно заставить работать противоположным образом - переход от зеленого к красному будет происходить, наоборот, в случае повышения входного напряжения. Вот модифицированная схема:

Вариант №2

В следующей схеме использована микросхема TL431, представляющая собой прецизионный стабилизатор напряжения.

Порог срабатывания определяется делителем напряжения R2-R3. При указанных в схеме номиналах он составляет 3.2 Вольта. При снижении напряжения на аккумуляторе до этого значения, микросхема перестает шунтировать светодиод и он зажигается. Это будет сигналом к тому, что полный разряд батареи совсем близок (минимально допустимое напряжение на одной банке li-ion равно 3.0 В).

Если для питания устройства применяется батарея из нескольких последовательно включенных банок литий-ионного аккумулятора, то приведенную выше схему необходимо подключить к каждой банке отдельно. Вот таким образом:

Для настройки схемы подключаем вместо батарей регулируемый блок питания и подбором резистора R2 (R4) добиваемся зажигания светодиода в нужный нам момент.

Вариант №3

А вот простая схема индикатора разрядки li-ion аккумулятора на двух транзисторах:Порог срабатывания задается резисторами R2, R3. Старые советские транзисторы можно заменить на BC237, BC238, BC317 (КТ3102) и BC556, BC557 (КТ3107).

Вариант №4

Схема на двух полевых транзисторах, потребляющая в ждущем режиме буквально микротоки.

При подключении схемы к источнику питания, положительное напряжение на затворе транзистора VT1 формируется с помощью делителя R1-R2. Если напряжение выше напряжение отсечки полевого транзистора, он открывается и притягивает затвор VT2 на землю, тем самым закрывая его.

В определенный момент, по мере разряда аккумулятора, напряжение, снимаемое с делителя становится недостаточным для отпирания VT1 и он закрывается. Следовательно, на затворе второго полевика появляется напряжение, близкое к напряжению питания. Он открывается и зажигает светодиод. Свечение светодиода сигнализирует нам о необходимости подзаряда аккумулятора.

Транзисторы подойдут любые n-канальные с низким напряжением отсечки (чем меньше - тем лучше). Работоспособность 2N7000 в этой схеме не проверялась.

Вариант №5

На трех транзисторах:

Думаю, схема не нуждается в пояснениях. Благодаря большому коэфф. усиления трех транзисторных каскадов, схема срабатывает очень четко - между горящим и не горящим светодиодом достаточно разницы в 1 сотую долю вольта. Потребляемый ток при включенной индикации - 3 мА, при выключенном светодиоде - 0.3 мА.

Не смотря на громоздкий вид схемы, готовая плата имеет достаточно скромные габариты:

С коллектора VT2 можно брать сигнал, разрешающий подключение нагрузки: 1 - разрешено, 0 - запрещено.

Транзисторы BC848 и BC856 можно заменить на ВС546 и ВС556 соответственно.

Вариант №6

Эта схема мне нравится тем, что она не только включает индикацию, но и отрубает нагрузку.

Жаль только, что сама схема от аккумулятора не отключается, продолжая потреблять энергию. А жрет она, благодаря постоянно горящему светодиоду, немало.

Зеленый светодиод в данном случае выступает в роли источника опорного напряжения, потребляя ток порядка 15-20 мА. Чтобы избавиться от такого прожорливого элемента, вместо источника образцового напряжения можно применить ту же TL431, включив ее по такой схеме*:

*катод TL431 подключить ко 2-ому выводу LM393.

Вариант №7

Схема с применением так называемых мониторов напряжения. Их еще называют супервизорами и детекторами напряжения (voltdetector'ами). Это специализированные микросхемы, разработанные специально для контроля за напряжением.

Вот, например, схема, поджигающая светодиод при снижении напряжения на аккумуляторе до 3.1V. Собрана на BD4731.

Согласитесь, проще некуда! BD47xx имеет открытый коллектор на выходе, а также самостоятельно ограничивает выходной ток на уровне 12 мА. Это позволяет подключать к ней светодиод напрямую, без ограничительных резисторов.

Аналогичным образом можно применить любой другой супервизор на любое другое напряжение.

Вот еще несколько вариантов на выбор:

  • на 3.08V: TS809CXD, TCM809TENB713, MCP103T-315E/TT, CAT809TTBI-G;
  • на 2.93V: MCP102T-300E/TT, TPS3809K33DBVRG4, TPS3825-33DBVT, CAT811STBI-T3;
  • серия MN1380 (или 1381, 1382 - они отличаются только корпусами). Для наших целей лучше всего подходит вариант с открытым стоком, о чем свидетельствует дополнительная циферка "1" в обозначении микросхемы - MN13801, MN13811, MN13821. Напряжение срабатывания определяется буквенным индексом: MN13811-L как раз на 3,0 Вольта.

Также можно взять советский аналог - КР1171СПхх:

В зависимости от цифрового обозначения, напряжение детекции будет разным:

Сетка напряжений не очень-то подходит для контроля за li-ion аккумуляторами, но совсем сбрасывать эту микросхему со счетов, думаю, не стоит.

Неоспоримые достоинства схем на мониторах напряжения - чрезвычайно низкое энергопотребление в выключенном состоянии (единицы и даже доли микроампер), а также ее крайняя простота. Зачастую вся схема умещается прямо на выводах светодиода:

Чтобы сделать индикацию разряда еще более заметной, выход детектора напряжения можно нагрузить на мигающий светодиод (например, серии L-314). Или самому собрать простейшую "моргалку" на двух биполярных транзисторах.

Пример готовой схемы, оповещающей о севшей батарейке с помощью вспыхивающего светодиода приведен ниже:

Еще одна схема с моргающим светодиодом будет рассмотрена ниже.

Вариант №8

Крутая схема, запускающая моргание светодиода, если напряжение на литиевом аккумуляторе упадет до 3.0 Вольта:

Эта схема заставляет вспыхивать сверхяркий светодиод с коэффициентом заполнения 2.5% (т.е. длительная пауза - коротка вспышка - опять пауза). Это позволяет снизить потребляемый ток до смешных значений - в выключенном состоянии схема потребляет 50 нА (нано!), а в режиме моргания светодиодом - всего 35 мкА. Сможете предложить что-нибудь более экономичное? Вряд ли.

Как можно было заметить, работа большинства схем контроля за разрядом сводится к сравнению некоего образцового напряжения с контролируемым напряжением. В дальнейшем эта разница усиливается и включает/отключает светодиод.

Обычно в качестве усилителя разницы между опорным напряжением и напряжением на литиевом аккумуляторе используют каскад на транзисторе или операционный усилитель, включенный по схеме компаратора.

Но есть и другое решение. В качестве усилителя можно применить логические элементы - инверторы. Да, это нестандартное использование логики, но это работает. Подобная схема приведена в следующем варианте.

Вариант №9

Схема на 74HC04.

Рабочее напряжение стабилитрона должно быть ниже напряжение срабатывания схемы. Например, можно взять стабилитроны на 2.0 - 2.7 Вольта. Точная подстройка порога срабатывания задается резистором R2.

Схема потребляет от батареи около 2 мА, так что ее тоже надо включать после выключателя питания.

Вариант №10

Это даже не индикатор разряда, а, скорее, целый светодиодный вольтметр! Линейная шкала из 10 светодиодов дает наглядное представление о состоянии аккумулятора. Весь функционал реализован всего на одной-единственной микросхеме LM3914:

Делитель R3-R4-R5 задает нижнее (DIV_LO) и верхнее (DIV_HI) пороговые напряжения. При указанных на схеме значениях свечению верхнего светодиода соответствует напряжение 4.2 Вольта, а при снижении напряжения ниже 3х вольт, погаснет последний (нижний) светодиод.

Подключив 9-ый вывод микросхемы на "землю", можно перевести ее в режим "точка". В этом режиме всегда светится только один светодиод, соответствующий напряжению питания. Если оставить как на схеме, то будет светиться целая шкала из светодиодов, что нерационально с точки зрения экономичности.

В качестве светодиодов нужно брать только светодиоды красного свечения, т.к. они обладают самым малым прямым напряжением при работе. Если, например, взять синие светодиоды, то при севшем до 3х вольт аккумуляторе, они, скорее всего, вообще не загорятся.

Сама микросхема потребляет около 2.5 мА, плюс 5 мА на каждый зажженный светодиод.

Недостатком схемы можно считать невозможность индивидуальной настройки порога зажигания каждого светодиода. Можно задать только начальное и конечное значение, а встроенный в микросхему делитель разобьет этот интервал на равные 9 отрезков. Но, как известно, ближе к концу разряда, напряжение на аккумуляторе начинает очень стремительно падать. Разница между аккумуляторами, разряженными на 10% и 20% может составлять десятые доли вольта, а если сравнить эти же аккумуляторы, только разряженненные на 90% и 100%, то можно увидеть разницу в целый вольт!

Типичный график разряда Li-ion аккумулятора, приведенный ниже, наглядно демонстрирует данное обстоятельство:

Таким образом, использование линейной шкалы для индикации степени разряда аккумулятора представляется не слишком целесообразным. Нужна схема, позволяющая задать точные значения напряжений, при которых будет загораться тот или иной светодиод.

Полный контроль над моментами включения светодиодов дает схема, представленная ниже.

Вариант №11

Данная схема является 4-разрядным индикатором напряжения на аккумуляторе/батарейке. Реализована на четырех ОУ, входящих в состав микросхемы LM339.

Схема работоспособна вплоть до напряжения 2 Вольта, потребляет меньше миллиампера (не считая светодиода).

Разумеется, для отражения реального значения израсходованной и оставшейся емкости аккумулятора, необходимо при настройке схемы учесть кривую разряда используемого аккумулятора (с учетом тока нагрузки). Это позволит задать точные значения напряжения, соответствующие, например, 5%-25%-50%-100% остаточной емкости.

Вариант №12

Ну и, конечно, широчайший простор открывается при использовании микроконтроллеров со встроенным источником опорного напряжения и имеющих вход АЦП. Тут функционал ограничивается только вашей фантазией и умением программировать.

Как пример приведем простейшую схему на контроллере ATMega328.

Хотя тут, для уменьшения габаритов платы, лучше было бы взять 8-миногую ATTiny13 в корпусе SOP8. Тогда было бы вообще шикарно. Но пусть это будет вашим домашним заданием.

Светодиод взят трехцветный (от светодиодной ленты), но задействованы только красный и зеленый.

Готовую программу (скетч) можно скачать по этой ссылке.

Программа работает следующим образом: каждые 10 секунд опрашивается напряжение питания. Исходя из результатов измерений МК управляет светодиодами с помощью ШИМ, что позволяет получать различные оттенки свечения смешением красного и зеленого цветов.

Свежезаряженный аккумулятор выдает порядка 4.1В — светится зеленый индикатор. Во время зарядки на АКБ присутствует напряжение 4.2В, при этом будет моргать зеленый светодиод. Как только напряжение упадет ниже 3.5В, начнет мигать красный светодиод. Это будет сигналом к тому, что аккумулятор почти сел и его пора заряжать. В остальном диапазоне напряжений индикатор будет менять цвет от зеленого к красному (в зависимости от напряжения).

Вариант №13

Ну и на закуску предлагаю вариант переделки стандартной платы защиты (их еще называют контроллерами заряда-разряда), превращающий ее в индикатор севшего аккумулятора.

Эти платы (PCB-модули) добываются из старых батарей мобильных телефонов чуть ли не в промышленных масштабах. Просто подбираете на улице выброшенный аккумулятор от мобилы, потрошите его и плата у вас в руках. Все остальное утилизируете как положено.

Внимание!!! Попадаются платы, включающие защиту от переразряда при недопустимо низком напряжении (2.5В и ниже). Поэтому из всех имеющихся у вас плат необходимо отобрать только те экземпляры, которые срабатывают при правильном напряжении (3.0-3.2V).

Чаще всего PCB-плата представляет собой вот такую схемку:

Микросборка 8205 - это два миллиомных полевика, собранных в одном корпусе.

Внеся в схему некоторые изменения (показаны красным цветом), мы получим прекрасный индикатор разряда li-ion аккумулятора, практически не потребляющий ток в выключенном состоянии.

Так как транзистор VT1.2 отвечает за отключение зарядного устройства от банки аккумулятора от при перезаряде, то он в нашей схеме лишний. Поэтому мы полностью исключили этот транзистор из работы, разорвав цепь стока.

Резистор R3 ограничивает ток через светодиод. Его сопротивление необходимо подобрать таким образом, чтобы свечение светодиода было уже заметным, но потребляемый ток еще не был слишком велик.

Кстати, можно сохранить все функции модуля защиты, а индикацию сделать с помощью отдельного транзистор, управляющий светодиодом. То есть индикатор будет загораться одновременно с отключением аккумулятора в момент разряда.

Вместо 2N3906 подойдет любой имеющийся под рукой маломощный p-n-p транзистор. Просто подпаять светодиод напрямую не получится, т.к. выходной ток микросхемы, управляющий ключами, слишком мал и требует усиления.

Пожалуйста, учитывайте тот факт, что схемы индикаторов разряда сами потребляют энергию аккумулятора! Во избежание недопустимого разряда, подключайте схемы индикаторов после выключателя питания или используйте схемы защиты, предотвращающие глубокий разряд.

Как, наверное, не сложно догадаться, схемы могут быть использованы и наоборот - в качестве индикатора заряда.

Индикатор окончания заряда аккумулятора на светодиодах

Автомобильный аккумулятор

Индикатор заряда аккумулятора – нужная штука в хозяйстве любого автомобилиста. Актуальность такого устройства возрастает многократно, когда холодным зимним утром автомобиль, почему-то, отказывается заводиться. В этой ситуации стоит определиться, то ли звонить другу, что бы тот приехал и помог завестись от своей батареи, либо аккумулятор приказал долго жить, разрядившись ниже критического уровня.

Зачем следить за состоянием аккумулятора?

Автомобильный аккумулятор состоит из шести последовательно соединённых аккумуляторных батарей с напряжением питания 2,1 — 2,16В. В норме АКБ должен выдавать 13 — 13,5В. Нельзя допускать значительного разряда аккумуляторной батареи, поскольку при этом падает плотность и, соответственно, повышается температура промерзания электролита.

Чем выше износ аккумулятора, тем меньшее время он удерживает заряд. В тёплое время года это не критично, а вот зимой забытые во включённом состоянии габаритные огни к моменту возвращения способны полностью «убить» аккумулятор, превратив содержимое в кусок льда.

В таблице можно увидеть температуру промерзания электролита, в зависимости от степени заряженности агрегата.

Критическим считается падение уровня заряда ниже 70%. Все автомобильные электроприборы потребляют не напряжение, а ток. Без нагрузки даже сильно разряженный аккумулятор может показывать нормальное напряжение. Но при низком уровне, во время запуска двигателя, будет отмечаться сильная «просадка» напряжения, что является тревожным сигналом.

Своевременно заметить приближающуюся катастрофу возможно лишь в том случае, когда непосредственно в салоне установлен индикатор. Если во время работы автомобиля он постоянно сигнализирует о разрядке – пора ехать на СТО.

Какие существуют индикаторы

Встроенный индикатор зарядаМногие АКБ, особенно необслуживаемые, имеют встроенный датчик (гигрометр), принцип работы которого основан на измерении плотности электролита.

Этот датчик контролирует состояние электролит и ценность его показателей относительна. Не очень удобно по несколько раз залазить под капот автомобиля, что бы проконтролировать состояние электролита в разных режимах работы.

Как устроен встроенный индикатор заряда АКБ

Для контроля состояния АКБ значительно удобнее электронные приборы.

Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи

В автомагазинах продаётся множество таких устройств, различающихся дизайном и функционалом. Фабричные приборы условно делятся на нескольких типов.

По способу подключения:

  • к разъёму прикуривателя;
  • к бортовой сети.

По способу отображения сигнала:

  • аналоговые;
  • цифровые.

Индикаторы заряда АКБ

Принцип работы у них одинаков, определение уровня заряда АКБ и отображение информации в наглядном виде.

Принцип работы индикатора зарядаПринципиальная схема индикатора

Как сделать индикатор заряда аккумулятора на светодиодах?

Существуют десятки разнообразных схем контроля, но результат они выдают идентичный. Подобное устройство возможно собрать самостоятельно из подручных материалов. Выбор схемы и комплектующих зависит исключительно от ваших возможностей, фантазии и ассортимента ближайшего магазина радиотоваров.

Вот схема для понимания как работает индикатор заряда аккумулятора на светодиодах. Такую портативную модель можно собрать «на коленке» за несколько минут.

Схема простейшего индикатора заряда АКБ

Д809 – стабилитрон на 9В ограничивает напряжение на светодиодах, а на трёх резисторах собран сам дифференциатор. Такой светодиодный индикатор срабатывает на силу тока в цепи. При напряжении 14В и выше сила тока достаточно для свечения всех светодиодов, при напряжении 12-13,5В светятся VD2 и VD3, ниже 12В — VD1.

Более продвинутый вариант при минимуме деталей можно собрать на бюджетном индикаторе напряжения — микросхеме AN6884 (KA2284).

Схема led индикатора уровня заряда АКБ на компараторе напряжения

Индикатор заряда АКБ на компараторе напряжения

Схема работает по принципу компаратора. VD1 – стабилитрон на 7,6В, он служит в качестве эталонного источника напряжения. R1 – делитель напряжения. При первоначальной настройке он выставляется в такое положение, чтобы при напряжении 14В светились все светодиоды. Напряжение, поступающее на входы 8 и 9, сравнивается через компаратор, а результат дешифруется на 5 уровней, зажигая соответствующие светодиоды.

Контроллер зарядки АКБ

Что бы отслеживать состояние аккума во время работы зарядного устройства, делаем контроллер заряда АКБ. Схема устройства и используемые компоненты максимально доступны, в то же время обеспечивают полный контроль над процессом подзарядки батарей.

Принципиальная схема контроллера заряда АКБПринцип работы контроллера следующий: пока напряжение на аккумуляторе ниже напряжения заряда – горит зелёный светодиод. Как только напряжение сравняется, открывается транзистор, зажигая красный светодиод. Изменение резистора перед базой транзистора меняет уровень напряжения, необходимого для открытия транзистора.

Это универсальная схема контроля, которую можно использовать как для мощных автомобильных аккумуляторов, так и для миниатюрных литиевых батареек-аккумуляторов.

Понравилась статья? Расскажите о ней! Вы нам очень поможете:)

Конденсатор и RC цепочка | Электроника для всех

Если соединить резистор и конденсатор, то получится пожалуй одна из самых полезных и универсальных цепей.
 

О многочисленных способах применения которой я сегодня и решил рассказать. Но вначале про каждый элемент в отдельности:
 

Резистор — его задача ограничивать ток. Это статичный элемент, чье сопротивление не меняется, про тепловые погрешности сейчас не говорим — они не слишком велики. Ток через резистор определяется законом ома — I=U/R, где U напряжение на выводах резистора, R — его сопротивление.
 

Конденсатор штука поинтересней. У него есть интересное свойство — когда он разряжен то ведет себя почти как короткое замыкание — ток через него течет без ограничений, устремляясь в бесконечность. А напряжение на нем стремится к нулю. Когда же он заряжен, то становится как обрыв и ток через него течь перестает, а напряжение на нем становится равным заряжающему источнику. Получается интересная зависимость — есть ток, нет напряжения, есть напряжение — нет тока.
 

Чтобы визуализировать себе этот процесс, представь ган… эмм.. воздушный шарик который наполняется водой. Поток воды — это ток. Давление воды на упругие стенки — эквивалент напряжения. Теперь смотри, когда шарик пуст — вода втекает свободно, большой ток, а давления еще почти нет — напряжение мало. Потом, когда шарик наполнится и начнет сопротивляться давлению, за счет упругости стенок, то скорость потока замедлится, а потом и вовсе остановится — силы сравнялись, конденсатор зарядился. Есть напряжение натянутых стенок, но нет тока!
 

Теперь, если снять или уменьшить внешнее давление, убрать источник питания, то вода под действием упругости хлынет обратно. Также и ток из конденсатора потечет обратно если цепь будет замкнута, а напряжение источника ниже чем напряжение в конденсаторе.
 

Емкость конденсатора. Что это?
Теоретически, в любой идеальный конденсатор можно закачать заряд бесконечного размера. Просто наш шарик сильней растянется и стенки создадут большее давление, бесконечно большое давление.
А что же тогда насчет Фарад, что пишут на боку конденсатора в качестве показателя емкости? А это всего лишь зависимость напряжения от заряда (q = CU). У конденсатора малой емкости рост напряжения от заряда будет выше.
 

Представь два стакана с бесконечно высокими стенками. Один узкий, как пробирка, другой широкий, как тазик. Уровень воды в них — это напряжение. Площадь дна — емкость. И в тот и в другой можно набузолить один и тот же литр воды — равный заряд. Но в пробирке уровень подскочит на несколько метров, А в тазике будет плескаться у самого дна. Также и в конденсаторах с малой и большой емкостью.
Залить то можно сколько угодно, но напряжение будет разным.
 

Плюс в реале у конденсаторов есть пробивное напряжение, после которого он перестает быть конденсатором, а превращается в годный проводник 🙂
 

А как быстро заряжается конденсатор?
В идеальных условиях, когда у нас бесконечно мощный источник напряжения с нулевым внутренним сопротивлением, идеальные сверхпроводящие провода и абсолютно безупречный конденсатор — этот процесс будет происходить мгновенно, с временем равным 0, равно как и разряд.
 

Но в реальности всегда существуют сопротивления, явные — вроде банального резистора или неявные, такие как сопротивление проводов или внутреннее сопротивление источника напряжения.
В этом случае скорость заряда конденсатора будет зависить от сопротивлений в цепи и емкости кондера, а сам заряд будет идти по экспоненциальному закону.
 

 

А у этого закона есть пара характерных величин:

  • Т — постоянная времени, это время при котором величина достигнет 63% от своего максимума. 63% тут взялись не случайно, тут прямая завязка на такую формулу VALUET=max—1/e*max.
  • 3T — а при троекратной постоянной значение достигнет 95% своего максимума.

 

Постоянная времени для RC цепи Т=R*C.
 

Чем меньше сопротивление и меньше емкость, тем быстрей конденсатор заряжается. Если сопротивление равно нулю, то и время заряда равно нулю.
 

Рассчитаем за сколько зарядится на 95% конденсатор емкостью 1uF через резистор в 1кОм:
T= C*R = 10-6 * 103 = 0.001c
3T = 0.003c через такое время напряжение на конденсаторе достигнет 95% от напряжения источника.
 

Разряд пойдет по тому же закону, только вверх ногами. Т.е. через Твремени в на конденсаторе остаенется всего лишь 100% — 63% = 37% от первоначального напряжения, а через 3T и того меньше — жалкие 5%.
 

Ну с подачей и снятием напряжения все ясно. А если напряжение подали, а потом еще ступенчато подняли, а разряжали также ступеньками? Ситуация тут практически не изменится — поднялось напряжение, конденсатор дозарядился до него по тому же закону, с той же постоянной времени — через время 3Т его напряжение будет на 95% от нового максимума.
Чуть понизилось — подразрядился и через время 3Т напряжение на нем будет на 5% выше нового минимума.
Да что я тебе говорю, лучше показать. Сварганил тут в мультисиме хитровыдрюченный генератор ступечнатого сигнала и подал на интегрирующую RC цепочку:

 

Видишь как колбасится 🙂 Обрати внимание, что и заряд и разряд, вне зависимости от высоты ступеньки, всегда одной длительности!!!
 

А до какой величины конденсатор можно зарядить?
В теории до бесконечности, этакий шарик с бесконечно тянущимися стенками. В реале же шарик рано или поздно лопнет, а конденсатор пробьет и закоротит. Вот поэтому у всех конденсаторов есть важный параметр — предельное напряжение. На электролитах его часто пишут сбоку, а на керамических его надо смотреть в справочниках. Но там оно обычно от 50 вольт. В общем, выбирая кондер надо следить, чтобы его предельное напряжение было не ниже того которое в цепи. Добавлю что при расчете конденсатора на переменное напряжение следует выбирать предельное напряжение в 1.4 раза выше. Т.к. на переменном напряжении указывают действующее значение, а мгновенное значение в своем максимуме превышает его в 1.4 раза.
 

Что следует из вышеперечисленного? А то что если на конденсатор подать постоянное напряжение, то он просто зарядится и все. На этом веселье закончится.
 

А если подать переменное? То очевидно, что он будет то заряжаться, то разряжаться, а в цепи будет туда и обратно гулять ток. Движуха! Ток есть!
 

Выходит, несмотря на физический обрыв цепи между обкладками, через конденсатор легко протекает переменный ток, а вот постоянному слабо.
 

Что нам это дает? А то что конденсатор может служить своего рода сепаратором, для разделения переменного тока и постоянного на соответствующие составляющие.
 

Любой изменяющийся во времени сигнал можно представить как сумму двух составляющих — переменной и постоянной.

Например, у классической синусоиды есть только переменная часть, а постоянная равна нулю. У постоянного же тока наоборот. А если у нас сдвинутая синусоида? Или постоянная с помехами?
 

Переменная и постоянная составляющие сигнала легко разделяются!
Чуть выше я тебе показал как конденсатор дозаряжается и подразряжается при изменениях напряжения. Так что переменная составляющая сквозь кондер пройдет на ура, т.к. только она заставляет конденсатор активно менять свой заряд. Постоянная же как была так и останется и застрянет на конденсаторе.
 

Но чтобы конденсатор эффективно разделял переменную составляющую от постоянной частота переменной составляющей должна быть не ниже чем 1/T
 

Возможны два вида включения RC цепочки:
Интегрирующая и дифференцирующая. Они же фильтр низких частот и фильтр высоких частот.
 

Фильтр низких частот без изменений пропускает постоянную составляющую (т.к. ее частота равна нулю, ниже некуда) и подавляет все что выше чем 1/T. Постоянная составляющая проходит напрямую, а переменная составляющая через конденсатор гасится на землю.
Такой фильтр еще называют интегрирующей цепочкой потому, что сигнал на выходе как бы интегрируется. Помнишь что такое интеграл? Площадь под кривой! Вот тут она и получается на выходе.
 

Как здесь вычисляется постоянная составляющая? А с виду и не скажешь, но надо помнить, что любой периодически сигнал раскладывается в ряд Фурье, превращаясь в сумму из постоянной составляющей и пачки синусоид разной частоты и амплитуды.
 

Фильтр высоких частот работает наоборот. Он не пускает постоянную составляющую (т.к. ее частота слишком низка — 0) — ведь конденсатор для нее равносилен обрыву, а вот переменная пролазит через кондер без проблем.

А дифференцирующей цепью ее называют потому, что на выходе у нас получается дифференциал входной функции, который есть не что иное как скорость изменения этой функции.

  • На участке 1 происходит заряд конденсатора, а значит через него идет ток и на резисторе будет падение напряжения.
  • На участке 2 происходит резкое увеличение скорости заряда, а значит и ток резко возрастет, а за ним и падение напряжения на резисторе.
  • На участке 3 конденсатор просто удерживает уже имеющийся потенциал. Ток через него не идет, а значит на резисторе напряжение тоже равно нулю.
  • Ну и на 4м участке конденсатор начал разряжаться, т.к. входной сигнал стал ниже чем его напряжение. Ток пошел в обратную сторону и на резисторе уже отрицательное падение напряжения.

А если подать на вход прямоугольнй импульс, с очень крутыми фронтами и сделать емкость конденсатора помельче, то увидим вот такие иголки:

Вверху идет осциллограма того что на входе, внизу то что на выходе дифференциальной цепи.
Как видишь, тут мощные всплески на фронтах. Оно и понятно, в этом месте функция меняется резко, а значит производная (скорость изменения) этой функции велика, на пологих участках сигнал константа и его производная, скорость изменения, равна нулю — на графике ноль.
 

А если загнать в дифференциатор пилу, то на выходе получим…

прямоугольник. Ну, а чо? Правильно — производная от линейной функции есть константа, наклон этой функции определяет знак константы.
 

Короче, если у тебя сейчас идет курс матана, то можешь забить на богомерзкий Mathcad, отвратный Maple, выбросить из головы матричную ересь Матлаба и, достав из загашников горсть аналоговой рассыпухи, спаять себе истинно ТРУЪ аналоговый компьютер 🙂 Препод будет в шоке 🙂
 

Правда на одних только резисторах кондерах интеграторы и диффернциаторы обычно не делают, тут юзают операционные усилители. Можешь пока погуглить на предмет этих штуковин, любопытная вещь 🙂
 

А вот тут я подал обычный приямоугольный сигнал на два фильтра высоких и низких частот. А выходы с них на осциллограф:

И вот что получилось на осциллографе:

Вот, чуть покрупней один участок:

>

Как видишь, на одном срезало постоянную составляющую, на другом переменную.
 

Ладно, что то мы отвлеклись от темы.
 

Как еще можно применить RC цепь?
Да способов много. Часто ее используют не только в качестве фильтров, но и как формирователи импульсов. Например, на сбросе контроллера AVR, если надо чтобы МК стартанул не сразу после включения питания, а с некоторой выдержкой:

При старте кондер разряжен, ток через него вваливат на полную, а напряжение на нем мизерное — на входе RESET сигнал сброса. Но вскоре конденсатор зарядится и через время Т его напряжение будет уже на уровне логической единицы и на RESET перестанет подаваться сигнал сброса — МК стартанет.
А для AT89C51 надо с точностью наоборот RESET организовать — вначале подать единицу, а потом ноль. Тут ситуация обратная — пока кондер не заряжен, то ток через него течет большой, Uc — падение напряжения на нем мизерное Uc=0. А значит на RESET подается напряжение немногим меньше напряжения питания Uпит-Uc=Uпит.
Но когда кондер зарядится и напряжение на нем достигнет напряжения питания (Uпит=Uс), то на выводе RESET уже будет Uпит-Uc=0
 

Аналоговые измерения
Но фиг сними с цепочками сброса, куда прикольней использовать возможность RC цепи для замера аналоговых величин микроконтроллерами в которых нет АЦП.
Тут используется тот факт, что напряжение на конденсаторе растет строго по одному и тому же закону — экспоненте. В зависимости от кондера, резистора и питающего напряжения. А значит его можно использовать как опорное напряжение с заранее известными параметрами.
 

Работает просто, мы подаем напряжение с конденсатора на аналоговый компаратор, а на второй вход компаратора заводим измеряемое напряжение. И когда хотим замерить напряжение, то просто вначале дергаем вывод вниз, чтобы разрядить конденсатор. Потом возвращем его в режим Hi-Z, cбрасываем и запускаем таймер. А дальше кондер начинает заряжаться через резистор и как только компаратор доложит, что напряжение с RC догнало измеряемое, то останавливаем таймер.

Зная по какому закону от времени идет возрастание опорного напряжения RC цепи, а также зная сколько натикал таймер, мы можем довольно точно узнать чему было равно измеряемое напряжение на момент сработки компаратора. Причем, тут не обязательно считать экспоненты. На начальном этапе зарядки кондера можно предположить, что зависимость там линейная. Или, если хочется большей точности, аппроксимировать экспоненту кусочно линейными функциями, а по русски — отрисовать ее примерную форму несколькими прямыми или сварганить таблицу зависимости величины от времени, короче, способов вагон просто.
 

Если надо заиметь аналоговую крутилку, а АЦП нету, то можно даже компаратор не юзать. Дрыгать ножкой на которой висит конденсатор и давать ему заряжаться через перменный резистор.
 

По изменению Т, которая, напомню T=R*C и зная что у нас С = const, можно вычислить значение R. Причем, опять же необязательно подключать тут математический аппарат, в большинстве случаев достаточно сделать замер в каких-нибудь условных попугаях, вроде тиков таймера. А можно пойти другим путем, не менять резистор, а менять емкость, например, подсоединяя к ней емкость своего тела… что получится? Правильно — сенсорные кнопки!
 

Если что то непонятно, то не парься скоро напишу статью про то как прикрутить к микроконтроллеру аналоговую фиговину не используя АЦП. Там подробно все разжую.
 

Теперь, думаю, ты понял за что я так люблю RC цепочки и почему на моей отладочной плате PinBoard их несколько и с разными параметрами 🙂
 

Индикатор напряжения для сборок литиевых батарей 1-7S. Обзор электронного измерительного оборудования индикатора напряжения
Иногда заказываю для сборок аккумуляторов небольшие измерители и вот дошли руки протестировать их, ну и заодно написать микрообзор.
Осмотр, немножко тестов и выводов, надеюсь что будет полезно.

К сожалению доставка в магазине платная, потому заказывал сразу по нескольку штук чтобы компенсировать это.
На момент заказа у продавца вроде были только четыре версии, 1S, 2S, 3S, 4S, но сейчас появились 6S и 7S, при этом странно что нет в продаже версии 5S, подозреваю что скоро появится.

Большая часть измерителей отдал товарищу, но по одной штучке оставил и себе.
Каждый измеритель упакован в отдельный пакет, из отличий только наклейка с маркировкой на китайском и указанием диапазона измеряемого напряжения.
1S - 3.3-4.3 Вольта
2S - 6.6-8.4 Вольта
3S - 11.1-12.6 Вольта
4S - 13.2-16.8 Вольта

Также имеется маркировка цвета свечения (предположительно), но у продавца они только в одном варианте.

Если покупается несколько разных вариантов, то лучше их пометить сразу, так как сами по себе они ни маркировки, ни внешних отличий нет.

На одной из сторон платы есть место под кнопку, скорее всего для включения индикатора, но ни кнопки, ни сопутствующих компонентов на плате нет.

Когда получил индикаторы, то немного удивил размер, почему-то я ожидал что они будут меньше, тем более зная как в китайских магазинах любят делать фото.
Размеры самого индикатора - 31.5х20 мм, общие размеры - 43.5х20х9.5мм, расстояние между крепежными отверстиями - 36мм.

Чтобы не запутаться где какой индикатор, пришлось маркером сделать отметки на каждом из них.

Общее качество на троечку, есть следы флюса, пайка так себе, индикатор на некоторых платах припаян криво относительно самих плат.

Схемотехника довольно проста, стабилизатора напряжения питания нет, потому яркость зависит от напряжения питания. Имеется источник опорного напряжения на базе регулируемого стабилитрона TL431, а также защита от неправильной подачи питания.
Что за чип занимается измерением я определить не смог, сначала думал что это четырехканальный компаратор LM339, но у него выходы выведены на 1, 2, 13 и 14 контакты, а у чипа обозреваемой платы на 1, 7, 8, 14 выводы.

Ниже на фото две платы, 1S и 4S, чтобы понять в чем между ними отличия.
1. Резисторы через которые питаются сегменты индикатора (R1-R5).
2. Резистор R9.

Все остальные компоненты идентичны на всех платах.
При этом номинал резистора питания TL431 одинаков для всех плат и из-за этого ток потребления будет зависеть от входного напряжения.

Индикатор пятисегментный, один общий в виде символа батарейки и четыре сегмента для индикации уровня заряда (собственно потому я и думал что здесь применен LM339), но при этом существует и индикатор с пятью сегментами уровня заряда, мне такой попадался на Таобао.
Мало того, есть еще и много вариантов цветов индикации.

Размеры индикатора платы в обзоре и показанного выше очень похожи, 30.8х17.8мм против 31.5х20мм у обозреваемой платы.

Теперь немного тестов.
Индикатор обозреваемой платы имеет два цвета свечения, символ батарейки - красный, сегменты - синий. При этом символ батарейки состоит из шести параллельно включенных светодиодов.

Яркость достаточная, но у самой низковольтной версии сильно зависит от напряжения питания, но это вполне предсказуемо, остальные ведут себя гораздо стабильнее.
Есть и небольшая сложность, из-за того что цвета свечения синий и красный, то лучше использовать нейтральный светофильтр.
Для примера ниже четыре варианта -
1. Без светофильтра
2. Зеленый светофильтр, видны все сегменты, но яркость сильно падает и становятся более заметны светодиоды подсветки символа батарейки.
3. Красный светофильтр - виден только символ батарейки
4. Синий светофильтр, отлично видны сегменты, но символ батарейки почти не виден.

Измерения, для начала ток потребления.
Ниже на фото результат измерений для четырех режимов из пяти - только символ батарейки, + один сегмент, + два сегмента и + четыре сегмента, фото с тремя сегментами выкладывать не стал, но думаю что можно принять среднее между третьим и четвертым фото.
На всех фото где включены сегменты измерен ток сразу после его включения.
1-4, 1S
5-8, 2S
9-12, 3S
13-16, 4S

Видно что ток постоянно растет, хотя номиналы резисторов, через которые питаются светодиоды сегментов, разные. Происходит это из-за того, что резистор питания TL431 один и тот же на всех платах. Если необходимо уменьшить ток потребления, то можно номинал этого резистора (R14) пропорционально увеличить, например для платы 2S поставить 2кОм.

А теперь напряжение включения сегментов. Сразу сделаю отступление, гистерезиса или нет или он очень мал, потому у самой низковольтной версии бывает "дрожание" яркости, хотя в тесте я поднимал напряжение с дискретностью в 10мВ.

Также я сделал пересчет зависимости напряжения индикации к одному аккумулятору в зависимости от версии измерителя и у меня получилось:
1S.......2S.......3S.......4S
3.35 - 3.36 - 3.43 - 3.37
3.57 - 3.53 - 3.64 - 3.57
3.72 - 3.70 - 3.81 - 3.76
3.92 - 3.90 - 4.03 - 3.97

Видно что результаты немного "плавают", но в целом картина довольно ясна, диапазон измерения примерно 3.4-4.0 Вольта, что примерно соответствует почти полностью разряженному и заряженному аккумулятору. Напряжение литиевого аккумулятора обычно резко снижается с 4.2 до 4 Вольт, затем идет относительно плавное снижение до 3.3-3.4 Вольта и далее опять более резкое падение. Я бы сказал, что индикатор отображает примерно диапазон от 15 до 90%.

Уже позже было найдено еще пару вариантов более простых измерителей.
Например влагозащищенный - ссылка.

И вариант "с циферками" - ссылка

Мой читатель из Франции прислал вариант схемы данного измерителя, изначально он настроен на сборку 4S, за что ему большое спасибо 🙂

По итогам осмотра и тестов могу сказать, что индикаторы вполне работоспособны и полезны, но есть несколько замечаний:
1. Заметны отдельные светодиоды у символа батарейки
2. Ток потребления заметно растет с ростом напряжения, исправляется заменой резистора R14
3. Нет кнопки включения.

По последнему пункту поясню. Так как нет кнопки "программно" включающей индикатор, то сделать это можно только подачей питания, но обычно нет смысла держать его всегда включенным, а обычная мелкая кнопка имеет относительно высокое сопротивление и результат измерения будет сильно зависеть как от силы нажатия не кнопку, так и от срока ее службы.

В остальном вещь полезная и на мой взгляд недорогая, а большой выбор вариантов дает возможность использовать в разных устройствах, например в шуруповерте.

На этом у меня все, надеюсь что обзор пыл полезен, как всегда жду вопросов и просто комментариев.

Что скажите по схеме ограничения тока зарядка электролитического конденсатора?
После нескольких уточнений наконец выяснилось, чего же вы хотите добиться: общий источник питания для нескольких цепей последовательно включённых светодиодов. Главной проблемой вы сочли узел плавного заряда фильтрового конденсатора. На мой взгляд, в такой схеме есть несколько куда более критичных мест. Но сначала по теме вопроса.

1000 мкф - это значение подходяще для тока нагрузки 0,5...3 ампера, а не десятки миллиампер (там достаточно 22...50 мкф). Транзистор можно ставить, если надо сделать плавное, на 4...20 секунд, нарастание яркости - но ведь у вас несколько гирлянд! Неужели они должны во всей квартире стартовать одновременно? Да и насчёт выключателей - вы хотите вместо штатных, коммутирующих цепь ~220 вольт, коммутировать цепь =310 вольт, ставя выключатель между конденсатором и гирляндой? Такое решение выглядит хоть как-то оправданным для "умного дома" (да и то не всё в нём понятно), но в обычной квартире так делать смысла нет. В ней правильнее установить для каждой гирлянды свой отдельный БП - и тогда куда выгоднее применять обычные супердешёвые (и куда более надёжные!) ленты с параллельными светодиодами на 12 вольт, а не с самодельными последовательными, в которых выгорание одного диода полностью лишает вас света.
Другое назначение узла плавного заряда - защита выпрямительных диодов от многократной перегрузки в момент включения, когда конденсатор полностью разряжен. Но эта задача полностью решается куда более простым методом - вместо T1 и R1, R3 надо вставить терморезистор сопротивлением в несколько десятков ом, снижающимся при прогреве до 0,5...3 ом, так сделано в сотнях миллионов компьютерных БП, надёжно работающих годами при примерно таком же токе нагрузки, как и у вас. Добыть такой термистор можно из любого дохлого компьютерного БП.

И наконец о том, чего в вашем вопросе нет, а оно бросается в глаза - о стабилизаторе тока на LM317, поглощающем излишек сетевого напряжения. Дело в том, что такой стаб работоспособен только в диапазоне от 3 до 40 вольт. Допуск на сетевое напряжение в городской исправной сети 10%, т.е. от 198 до 242 вольт. Значит, если вы рассчитали стаб на нижний предел (а так обычно и делается), то на верхнем пределе напряжение на стабе выйдет за допустимые 40 вольт. Если же вы настроите его на верх диапазона (т.е. на 242), то на нижнем пределе напряжение на стабе понизится ниже 3 вольт, и он перестанет стабилизировать ток. И я уж умолчу, что будет с этой схемой в сельской местности, где колебания сетевого напряжения куда шире. Так что такая схема будет нормально работать только при стабильном напряжении сети - но при стабильной сети стабилизатор не нужен, его прекрасно заменит простой резистор.

Клуб электроники - Емкость - использует, заряд, разряд, постоянная времени, накопленная энергия, серия, параллель, конденсаторная связь, реактивное сопротивление
Клуб электроники - Емкость - использует, заряд, разряд, постоянная времени, накопленная энергия, последовательно, параллельно, конденсаторная связь, реактивное сопротивление

Емкость | Charge & Energy | Реактивный | Серия & Parallel | Зарядка | Постоянное время | Разряд | Использование | Конденсаторная муфта

Следующая страница: Импеданс и реактивность

См. Также: Конденсаторы | Источники питания

Емкость

Емкость

(символ C) - это мера способности конденсатора хранить заряд .Большая емкость означает, что можно хранить больше заряда. Емкость измеряется в Фарадах, символ F, но 1F очень большой, поэтому для отображения меньших значений используются префиксы (множители):

  • мк (микро) означает 10 -60017 (миллионное), поэтому 1000000 мкФ = 1F
  • н (нано) означает 10 -9 (тысячный миллион), поэтому 1000 нФ = 1 мкФ
  • р (пико) означает 10 -12 (миллионная миллионная), поэтому 1000 пФ = 1 нФ
unpolarised capacitor symbol

неполяризованный конденсатор

polarised capacitor symbol

поляризованный конденсатор

Rapid Electronics: Конденсаторы


Заряд и накопленная энергия

Количество заряда (Q), накопленного конденсатором, определяется как:

Заряд, Q = C × V

Когда они накапливают заряд, конденсаторы также накапливают энергию (E):

Энергия, E = ½QV = ½CV²

Q = заряд в кулонах (C)
C = емкость в фарадах (F)
V = напряжение в вольтах (V)
E = энергия в джоулях (Дж)

Конденсаторы возвращают накопленную энергию в цепь

Обратите внимание, что конденсаторы возвращают накопленную энергию в цепь.Они не «расходуют» электроэнергию путем преобразования его в тепло, как это делает резистор.

Энергия, запасенная конденсатором, намного меньше, чем энергия накапливается батареей, поэтому они не могут быть использованы в качестве источника энергии для большинства целей.


Емкостная реактивность Xc

Емкостное реактивное сопротивление (Xc) является мерой сопротивления конденсатора переменному току (переменному току). Как и сопротивление измеряется в омах (ohm) но реактивное сопротивление является более сложным, чем сопротивление, потому что его значение зависит от частоты (f) электрического сигнала, проходящего через конденсатор, а также на емкости (C).

Емкостное сопротивление, Xc = 1
2 pi фк

Xc = реактивное сопротивление в омах (ohm)
f = частота в герцах (Гц)
C = емкость в фарадах (F)

Реактивное сопротивление велико на низких частотах и ​​мало на высоких частотах. Для постоянного DC, который является нулевой частотой, Xc бесконечен (полная оппозиция), следовательно, правило, которое Конденсаторы проходят переменный ток, но блокируют постоянный ток .

Например, конденсатор емкостью 1 мкФ имеет реактивное сопротивление 3.2k ohm для сигнала 50 Гц, но когда частота выше на 10 кГц, его реактивное сопротивление только 16 ohm

Емкостное и индуктивное сопротивление

Символ Xc используется для различения емкостного реактивного сопротивления от индуктивного реактивного сопротивления X L который является свойством индукторов.

Различие важно, потому что X L увеличивается с частотой (противоположность Xc) и если в цепи присутствуют оба X L и Xc, то суммарное реактивное сопротивление (X) равно разности между ними.

Для получения дополнительной информации см. Страницу об импедансе.



конденсаторов последовательно и параллельно

Объединенная емкость (C) конденсаторов, соединенных в серии , определяется как:

1 = 1 + 1 + 1 +...
C C1 C2 C3

Суммарная емкость (C) конденсаторов, подключенных параллельно :

C = C1 + C2 + C3 + ...

Два или более конденсатора редко преднамеренно соединены последовательно в реальных цепях, но может быть полезно подключить конденсаторы параллельно, чтобы получить очень большую емкость, например, чтобы сгладить источник питания.

Обратите внимание, что эти уравнения противоположны резисторы последовательно и параллельно.

capacitors in series and parallel

Зарядка конденсатора

Конденсатор (C) на электрической схеме заряжается от напряжения питания (Vs) с током проходя через резистор (R). Напряжение на конденсаторе (Vc) изначально равно нулю, но оно увеличивается как конденсатор заряжается. Конденсатор полностью заряжен, когда Vc = Vs.

Ток зарядки (I) определяется напряжением на резисторе (Vs - Vc):

Зарядный ток, I = (Vs - Vc) / R

Сначала Vc = 0V так:

Начальный ток, Io = Vs / R

Vc увеличивается, как только заряд (Q) начинает накапливаться (Vc = Q / C), это уменьшает напряжение на резисторе и, следовательно, снижает зарядный ток.Это означает, что скорость зарядки становится все медленнее.

capacitor charging

Постоянная времени (RC)

Постоянная времени - это мера того, насколько медленно конденсатор заряжается током, протекающим через резистор. Большая постоянная времени означает, что конденсатор заряжается медленно. Обратите внимание, что постоянная времени является свойством Схема , содержащая конденсатор и резистор, не является собственностью только одного конденсатора.

Постоянная времени (RC) - это время, за которое ток зарядки (или разрядки) падает (I) до 1 / е от ее первоначального значения (Io).«е» является важным числом в математике (как pi). е = 2,71828 (до 6 значащих цифр), поэтому мы можем примерно сказать, что постоянная времени является время, необходимое для падения тока до 1 / 3 от его первоначального значения.

После каждой постоянной времени ток падает на 1 / e (около 1 / 3 ). После 5 постоянных времени (5RC) ток упал до менее 1% от его первоначального значения, и мы можем разумно скажем, что конденсатор полностью заряжен , но на самом деле конденсатор берет на себя всегда, чтобы полностью зарядить!

Нижний график показывает, как напряжение (В) увеличивается по мере зарядки конденсатора.Сначала напряжение быстро меняется, потому что ток большой; но когда ток уменьшается, заряд накапливается медленнее, а напряжение увеличивается медленнее.

Время Напряжение Заряд
0RC 0,0 В 0%
1RC 5,7 В 63%
2RC 7,8 В 86%
3RC 8.6В 95%
4RC 8,8 В 98%
5RC 8,9 В 99%

Зарядка конденсатора Постоянная времени
= RC

charging current capacitor charging voltage

После 5 постоянных времени (5RC) конденсатор почти полностью заряжен с его напряжением, почти равным напряжение питания. Можно с полным основанием сказать, что конденсатор полностью заряжается после 5RC, хотя реально заряжается продолжается вечно (или пока схема не изменится).



Разрядка конденсатора

Верхний график показывает, как ток (I) уменьшается при разряде конденсатора. Начальный ток (Io) определяется начальным напряжением на конденсаторе (Vo) и сопротивлением (R):

Начальный ток, Io = Vs / R

Обратите внимание, что графики тока имеют одинаковую форму как для зарядки, так и для разряда конденсатора. Этот тип графика является примером экспоненциального убывания.

Нижний график показывает, как напряжение (В) уменьшается при разряде конденсатора.

Время Напряжение Заряд
0RC 9,0 В 100%
1RC 3,3 В 37%
2RC 1,2 В 14%
3RC 0,4 В 5%
4RC 0.2В 2%
5RC 0,1 В 1%

Разрядка конденсатора Постоянная времени
= RC

capacitor charging current capacitor discharging voltage

Сначала ток большой, потому что напряжение большое, поэтому заряд быстро теряется, а напряжение быстро уменьшается По мере того, как заряд теряется, напряжение уменьшается, делая ток меньше, поэтому скорость разрядка становится постепенно медленнее.

После 5 постоянных времени (5RC) напряжение на конденсаторе практически равно нулю, и мы можем разумно сказать, что конденсатор полностью разряжен, хотя в действительности разрядка продолжается вечно (или до тех пор, пока цепь не изменится).


Использование конденсаторов

Конденсаторы используются для нескольких целей:


Конденсаторная муфта (CR-муфта)

Секции электронных схем могут быть связаны с конденсатором, потому что конденсаторы проходят AC (изменяющиеся) сигналы, но блокируют DC (устойчивые) сигналы. Это называется конденсаторной муфтой или CR-муфтой .

Используется между ступенями аудиосистемы для передачи аудиосигнала (AC) без постоянного напряжения (DC). который может присутствовать, например, для подключения громкоговорителя.Он также используется для установки переключателя «AC» на осциллографе.

Точное поведение конденсаторной муфты определяется ее постоянной времени (RC). Обратите внимание, что сопротивление (R) может быть внутри следующей секции цепи, а не отдельным резистором.

Для успешного подключения конденсатора в аудиосистеме сигналы должны проходить через практически без искажений. Это достигается, если постоянная времени (RC) больше, чем период времени (T) аудиосигналов самой низкой частоты требуется (обычно 20 Гц, T = 50 мс).

capacitor coupling
  • Выход при RC >> T
    Когда постоянная времени намного больше, чем период времени входного сигнала конденсатор не имеет достаточного времени для значительной зарядки или разрядки, таким образом, сигнал проходит с незначительным искажением.
  • Выход при RC = T
    Когда постоянная времени равна периоду времени, вы можете увидеть, что конденсатор успевает частично зарядиться и разрядиться до изменения сигнала.В результате есть значительное искажение сигнала при его прохождении через CR-связь. Обратите внимание, как внезапные изменения входного сигнала проходят через конденсатор на выход.
  • Выход при RC << T
    Когда постоянная времени намного меньше, чем период времени, когда у конденсатора есть время полностью заряжать или разряжать после каждого внезапного изменения входного сигнала. Фактически, только внезапные изменения проходят через выход, и они выглядят как «пики», попеременно положительный и отрицательный.Это может быть полезно в системе, которая должна обнаруживать, когда сигнал меняется внезапно, но игнорируйте медленные изменения.

Следующая страница: Импеданс и реактивное сопротивление | Исследование


Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому другому. Этот сайт отображает рекламу, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден.Никакая личная информация не передается рекламодателям. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, классифицируемые как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламных объявлений, основанных на использовании вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснено Google. Чтобы узнать, как удалять и контролировать куки из вашего браузера, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

Клуб электроники.информация © Джон Хьюз 2020

Сайт размещен на Tsohost

,
Какова роль конденсатора в цепи переменного и постоянного тока? Электротехника

Какова роль конденсатора в цепи переменного и постоянного тока?

Роль конденсатора в цепях переменного тока:

В цепи переменного тока конденсатор меняет свои заряды по мере изменения тока и создает запаздывающее напряжение (другими словами, конденсатор обеспечивает опережающий ток в цепях и сетях переменного тока)

Роль конденсатора в цепях постоянного тока:

В цепях постоянного тока конденсатор, однажды заряженный от приложенного напряжения, действует как размыкающий переключатель.

What is the Role of Capacitor in AC and DC Circuits What is the Role of Capacitor in AC and DC Circuits Роль конденсатора в системах переменного и постоянного тока

Давайте объясним подробно, но сначала мы вернемся к основам конденсатора, чтобы обсудить этот вопрос.

Что такое конденсатор?

Конденсатор представляет собой двухполюсное электрическое устройство, используемое для хранения электрической энергии в виде электрического поля между двумя пластинами. Он также известен как конденсатор, и единицей измерения его емкости является Фарад «F», где Фарад - это большая единица емкости, поэтому в настоящее время они используют микрофарады (мкФ) или нанофарады (нФ).

Конденсатор похож на аккумулятор, так как оба хранят электрическую энергию. Конденсатор - намного более простое устройство, которое не может производить новые электроны, но сохраняет их. Внутри конденсатора клеммы соединены с двумя металлическими пластинами, разделенными диэлектрическим материалом (таким как вощеная бумага, слюда и керамика), которые разделяют пластины и позволяют им удерживать противоположные электрические заряды, поддерживая электрическое поле.

Конденсаторы могут быть полезны для хранения заряда и быстрого разряда в нагрузке.Проще говоря, конденсатор также работает как небольшая перезаряжаемая батарея. Электрический эквивалентный символ различных типов конденсаторов приведен ниже: symbol of different types of capacitor symbol of different types of capacitor

Теперь мы знаем концепцию зарядки конденсатора и его структуру, но, , знаете ли вы, что такое емкость? емкость - это способность конденсатора сохранять заряд в нем. Есть несколько факторов, которые влияют на емкость.

  • Площадь пластины
  • Зазор между пластинами
  • Проницаемость изоляционного материала

Похожие сообщения: Конденсаторы и типы конденсаторов | Фиксированный, переменный, полярный и неполярный

Конденсатор имеет широкий спектр применений в электронике , таких как накопление энергии, преобразование мощности, коррекция коэффициента мощности, генераторы и фильтрация.

В этом уроке мы объясним вам, как вы можете использовать конденсатор в электронной схеме. Существует три способа подключения конденсатора в электронную цепь:

  • Конденсатор серии
  • Конденсатор параллельно
  • Конденсатор в цепях переменного тока
  • Конденсатор в цепях постоянного тока

Похожие сообщения: Конденсаторы MCQ с пояснительными ответами

Как работает конденсатор?
Работа и сборка конденсатора

Всякий раз, когда на его клеммы подается напряжение (также известный как зарядка конденсатора), ток начинает течь и продолжать распространяться до тех пор, пока напряжение не станет отрицательным и положительным (Анод и Катодные) пластины становятся равными напряжению источника (Applied Voltage).Эти две пластины разделены диэлектрическим материалом (таким как слюда, бумага, стекло и т. Д., Которые являются изоляторами), который используется для увеличения емкости конденсатора.

Когда мы подключаем заряженный конденсатор через небольшую нагрузку, он начинает подавать напряжение (накопленную энергию) на эту нагрузку, пока конденсатор не разрядится полностью.

Конденсатор имеет различные формы, и его значение измеряется в Фарадах (F). Конденсаторы используются в системах переменного и постоянного тока (мы обсудим это ниже).

Емкость (C):

Емкость - это количество электрического заряда, перемещаемого в конденсаторе (конденсаторе), когда один источник напряжения вольт подключен к его клемме.

Математически,

Уравнение емкости:

C = Q / V

Где,

  • C = Емкость в Фарадах (F)
  • Q = Электрические заряды в Coul V = напряжение в вольтах

Мы не будем вдаваться в подробности, потому что наша основная цель этого обсуждения - объяснить роль и применение / использование конденсаторов в системах переменного и постоянного тока.Чтобы понять эту базовую концепцию, мы должны понять основные типы конденсаторов, относящиеся к нашей теме (поскольку существует много типов конденсаторов, и мы обсудим последние типы конденсаторов в другом посте, поскольку он не связан с вопросом).

Похожие сообщения:

Конденсаторы в серии

Как подключить конденсаторы в серии?

Последовательно, ни один конденсатор не подключен напрямую к источнику. Чтобы соединить их последовательно, необходимо соединить их последовательно, как показано на рисунке ниже, Capacitors in Series Capacitors in Series

При последовательном подключении конденсаторов общая емкость уменьшается.Следовательно, соединение последовательно, поэтому ток через конденсаторы будет одинаковым. Кроме того, заряд, накопленный пластиной конденсатора, будет таким же, потому что он исходит от пластины соседнего конденсатора.

Следовательно,

I T = I 1 + I 2 + I 3 +… + I n

и

Q T 901 = + Q 2 + Q 3 +… + Q n

Теперь, чтобы найти значение емкости вышеуказанной цепи, мы применим закон напряжения Кирхгофа (KVL), тогда у нас будет

V T = V C1 + V C2 + V C3

Как мы знаем, Q = CV

И V = Q / C

Итак,

(Q / C T ) = (Q / C 1 ) + (Q / C 2 ) + (Q / C 3 )

Следовательно,

1 / C T = (1 / C 1 ) + (1 / C 2 ) + (1 / C 3 )

Для n th нет.конденсатора, соединенного последовательно,

Capacitance in Series - Capacitors in Series Capacitance in Series - Capacitors in Series

Для двух последовательно соединенных конденсаторов формула будет

C T = (C1 x C2) / (C1 + C2)

Теперь вы можете найти Емкость вышеуказанной цепи, используя формулу,

Здесь, C1 = 10 мкФ и C2 = 4,7 мкФ

Итак, C T = (10 x 4,7) / (10 + 4,7)

C T = 47 / 14,7

C T = 3.19 мкФ

Параллельно конденсаторы

Как подключить конденсаторы параллельно?

Параллельно каждый конденсатор напрямую подключен к источнику, как вы можете видеть на рисунке ниже, Capacitors in Parallel Capacitors in Parallel

При параллельном подключении конденсаторов общая емкость равна сумме всех емкостей конденсатора.Поскольку верхняя и нижняя пластины всех конденсаторов соединены вместе, благодаря этому площадь пластины также увеличивается.

Общий ток в параллельной цепи будет равен току на каждом конденсаторе.

Применяя закон Кирхгофа,

I T = I 1 + I 2 + I 3

Теперь ток через конденсатор выражается как

I = C (dV / dt)

Итак, Capacitors in Parallel Capacitors in Parallel

Решая вышеприведенное уравнение

C T = C 1 + C 2 + C 3

А, для n th нет.конденсатора, соединенного последовательно,

C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + C n

Теперь вы можете найти емкость цепи по: используя приведенную выше формулу,

Здесь C 1 = 10 мкФ и C 2 = 1 мкФ

Итак, C T = 10 мкФ + 1 мкФ

C T = 11 мкФ

Похожие сообщения:

Полярный и неполярный конденсатор

Неполярный конденсатор: (Используется как в системах переменного, так и постоянного тока)

Конденсаторы неполярного типа могут использоваться как в системах переменного, так и постоянного тока.Они могут быть подключены к источнику питания в любом направлении, и их емкость не влияет на изменение полярности.

Polar Capacitor: (Используется только в цепях и системах постоянного тока)

Этот тип конденсаторов чувствителен к их полярности и может использоваться только в системах и сетях постоянного тока. Полярные конденсаторы не работают в системе переменного тока из-за изменения полярности после каждого полупериода питания переменного тока.

Types of Capacitors: Polar and Non Polar Capacitors with Symbols Types of Capacitors: Polar and Non Polar Capacitors with Symbols Типы конденсаторов: полярные и неполярные конденсаторы с символами

Роль конденсаторов в цепях переменного тока

Конденсатор имеет множество применений в системах переменного тока, и мы обсудим несколько вариантов использования конденсаторов в сетях переменного тока ниже.

Бестрансформаторный источник питания:

Конденсаторы используются в бестрансформаторных источниках питания. В таких цепях конденсатор соединен последовательно с нагрузкой, потому что мы знаем, что конденсатор и катушка индуктивности в чистом виде не потребляют энергию. Они просто принимают мощность в одном цикле и передают ее в другом цикле нагрузке. В этом случае он используется для снижения напряжения с меньшими потерями энергии.

Асинхронные двигатели с разделенной фазой:

Конденсаторы также используются в асинхронном двигателе для разделения однофазного питания на двухфазное питание для создания вращающегося магнитного поля в роторе для захвата этого поля.Этот тип конденсатора в основном используется в бытовых водяных насосах, вентиляторах, кондиционерах и многих устройствах, для работы которых требуется как минимум две фазы.

Коррекция и улучшение коэффициента мощности:

Существует множество преимуществ улучшения коэффициента мощности. В трехфазных энергосистемах конденсаторная батарея используется для подачи реактивной мощности на нагрузку и, следовательно, для повышения коэффициента мощности системы. Конденсаторная батарея устанавливается после точного расчета. По сути, он выдает реактивную мощность, которая ранее поступала от энергосистемы, следовательно, он уменьшает потери и повышает эффективность системы.

Конденсаторы в цепях переменного тока

Как подключить конденсаторы в цепях переменного тока?

В цепи постоянного тока конденсатор заряжается медленно, пока зарядное напряжение конденсатора не станет равным напряжению питания. Кроме того, в этом состоянии конденсатор не позволяет току проходить через него после того, как он полностью зарядится. How to Connect a Capacitor in AC Circuit? How to Connect a Capacitor in AC Circuit?

И, когда вы подключаете конденсатор через источник переменного тока, он заряжается и разряжается непрерывно, из-за постоянного изменения уровней напряжения.Емкость в цепях переменного тока зависит от частоты подаваемого входного напряжения. Кроме того, если вы видите фазовую диаграмму идеальной конденсаторной цепи переменного тока, вы можете заметить, что ток опережает напряжение на 90⁰. Capacitors in AC Circuits Capacitors in AC Circuits

В конденсаторной цепи переменного тока ток прямо пропорционален скорости изменения подаваемого входного напряжения, которая может быть выражена как

I = dQ / dt

I = C (dV / dt)

Теперь мы рассчитаем емкостное сопротивление в цепи переменного тока .

Поскольку мы знаем, что I = dQ / dt и Q = CV

А, входное напряжение переменного тока в вышеуказанной цепи будет выражаться как,

В = V м Sin вес

Итак, I m = d (CV m Sin wt ) / dt

I m = C * V m Cos wt * w (после дифференциации)

I m = wC V m Sin (wt + π / 2)

At, w = 0, Sin (wt + π / 2) = 1

Следовательно,

I m = wCV m

V m / I м = 1 / wC (где, w = 2πf и V м / I м = X c )

Емкостная реактивность (X c ) = Capacitive Reactance (Xc) Capacitive Reactance (Xc)

Теперь, до рассчитать емкостное реактивное сопротивление вышеуказанной цепи,

Xc = 1 / 2π (50) (10)

Xc = 3183.09 Ω

Похожие сообщения: В чем разница между аккумулятором и конденсатором?

Роль конденсаторов в цепях постоянного тока

Кондиционирование питания:

В системах постоянного тока конденсатор используется в качестве фильтра (в основном). Его наиболее распространенное использование - преобразование переменного тока в постоянный источник питания при выпрямлении (например, мостовой выпрямитель) Когда мощность переменного тока преобразуется в флуктуирующую (с пульсациями, т.е. не в устойчивом состоянии с помощью выпрямительных цепей), мощность постоянного тока (пульсирующий постоянный ток), чтобы сгладить и отфильтровать эти пульсации и флуктуации, используется полярный конденсатор постоянного тока.Его значение рассчитывается точно и зависит от напряжения системы и требуемого тока нагрузки.

Разъединительный конденсатор:

Разъединительный конденсатор используется, где мы должны разъединить две электронные схемы. Другими словами, шум, создаваемый одной цепью, основан на развязывающем конденсаторе, и это не влияет на работу другой цепи.

Соединительный конденсатор:

Как мы знаем, конденсатор блокирует постоянный ток и пропускает через него переменный ток (мы обсудим это на следующем занятии, как это происходит).Таким образом, он используется для разделения сигналов переменного и постоянного тока (также используется в цепях фильтра для той же цели). Его значение рассчитывается таким образом, что его реактивное сопротивление минимизируется на основе частоты, которую мы хотим пройти через него. Соединительный конденсатор также используется в фильтрах (схемах удаления пульсаций, таких как RC-фильтры) для разделения сигнала переменного и постоянного тока и удаляет пульсации из пульсирующего напряжения питания постоянного тока для преобразования его в чистое напряжение переменного тока после выпрямления.

Вы также можете прочитать:

.Конденсатор
последовательно, параллельно и цепей переменного тока

Конденсатор является одним из наиболее часто используемых электронных компонентов. Он обладает способностью накапливать энергию внутри него в форме электрического заряда, создающего статическое напряжение (разность потенциалов) на его пластинах. Просто конденсатор похож на небольшой аккумулятор. Конденсатор представляет собой просто комбинацию двух проводящих или металлических пластин, расположенных параллельно и электрически разделенных хорошим изолирующим слоем (также называемым диэлектрик) , состоящим из вощеной бумаги, слюды, керамики, пластика и т. Д.

Существует много применений конденсатора в электронике, некоторые из них перечислены ниже:

  • накопитель энергии
  • Мощность кондиционирования
  • Коррекция коэффициента мощности
  • Фильтрация
  • Генераторы

Теперь дело в , как работает конденсатор ? Когда вы подключаете источник питания к конденсатору, он блокирует постоянный ток из-за изолирующего слоя и позволяет напряжению присутствовать на пластинах в форме электрического заряда.Итак, вы знаете, как работает конденсатор и каковы его применения или применение, но вы должны научиться тому, как использовать конденсатор в электронных схемах.

Как подключить конденсатор в электронную схему?

Здесь мы собираемся продемонстрировать вам соединения конденсатора и эффект от него на примерах.

  • Конденсатор серии
  • Параллельный конденсатор
  • Конденсатор в цепи переменного тока

Конденсатор в последовательной цепи

Capacitor in Series circuit

В цепи, когда вы подключаете конденсаторы последовательно, как показано на рисунке выше, общая емкость уменьшается.Последовательный ток через конденсаторы равен (то есть i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n ). Следовательно, заряд, сохраняемый конденсаторами, также является тем же самым (то есть Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3 ), потому что заряд, накопленный пластиной любого конденсатора, исходит от пластины соседних конденсатор в цепи.

Применяя Закон напряжения Кирхгофа (KVL) в цепи, мы получаем

  V  T  = V  C1  + V  C2  + V  C3 … уравнение (1)  

Как мы знаем,

  Q = CV 
  Итак, V = Q / C  

, где V C1 = Q / C 1 ; V C2 = Q / C 2 ; V C3 = Q / C 3

Теперь, поместив вышеуказанные значения в уравнение (1)

   (1 / C  T ) = (1 / C  1 ) + (1 / C  2 ) + (1 / C  3 )  

Для n числа конденсаторов в серии уравнение будет

  (1 / С  Т ) = (1 / С  1 ) + (1 / С  2 ) + (1 / С  3 ) +….+ (1 / Cn)  

Следовательно, вышеприведенное уравнение представляет собой уравнение конденсаторов серии .

Где, C T = Общая емкость цепи

C 1 … n = емкость конденсаторов

Уравнение емкости для двух особых случаев определяется ниже:

Случай I: , если два последовательно соединенных конденсатора, при различном значении емкость будет выражаться как:

  (1 / C  T ) = (C  1  + C  2 ) / (C  1  * C  2 ) 
  Или, C  T  = (C  1  * C  2 ) / (C  1  + C  2 )… уравнение (2)  

Случай II: , если два последовательно соединенных конденсатора, при одинаковом значении емкость будет выражаться как:

  (1 / C  T ) = 2C / C  2  = 2 / C 
  Или, C  T  = C / 2  

Пример последовательной цепи конденсатора:

Теперь в следующем примере мы покажем вам, как рассчитать общую емкость и индивидуальное среднеквадратичное падение напряжения на каждом конденсаторе.

Series Capacitor Circuit Example

Согласно приведенной выше принципиальной схеме два конденсатора соединены последовательно с разными значениями. Таким образом, падение напряжения на конденсаторах также неравномерно. Если подключить два конденсатора с одинаковым значением, падение напряжения также будет одинаковым.

Теперь для общего значения емкости будем использовать формулу из уравнения (2)

  So, C  T  = (C  1  * C  2 ) / (C  1  + C  2 ) 
  Здесь C  1  = 4.7 мкФ и С  2  = 1 мкФ 
  C  T  = (4,7 мкФ * 1 мкФ) / (4,7 мкФ + 1 мкФ) 
  C  T  = 4,7 мкФ / 5,7 мкФ 
  C  T  = 0,824 мкФ  

Теперь падение напряжения на конденсаторе C 1 составляет:

  VC  1  = (C  T  / C  1 ) * V  T  
  VC  1  = (0,824 мкФ / 4,7 мкФ) * 12 
  VC  1  = 2,103 В  

Теперь падение напряжения на конденсаторе C 2 составляет:

  VC  2  = (C  T  / C  2 ) * V  T  
  VC  2  = (0.824 мкФ / 1 мкФ) * 12 
  VC  2  = 9,88 В  

Конденсатор в параллельной цепи

Capacitor in Parallel Circuit

При параллельном подключении конденсаторов общая емкость будет равна сумме всех емкостей конденсаторов. Потому что верхняя пластина всех конденсаторов соединена вместе, а нижняя также. Таким образом, при касании друг друга эффективная площадь пластины также увеличивается. Следовательно, емкость пропорциональна отношению площади и расстояния.

Применив Текущий закон Кирхгофа (KCL) в вышеупомянутой цепи,

  i  T  = i  1  + i  2  + i  3   

Как мы знаем, ток через конденсатор выражается как;

  i = C (DV /   dt  ) 
  Итак, я  T  = C  1  (DV /   dt  ) + C  2  (DV /   dt  ) + C  3  (DV /   dt  ) 
  А,
   i    T     = (C  1  + C  2  + C  3 ) * (DV /   dt  ) 
  i  T  = C  T  (дв /   dt  )… уравнение (3)  

Из уравнения (3) уравнение параллельной емкости:

  C  T  = C  1  + C  2  + C  3   

Для n конденсаторов, соединенных параллельно, приведенное выше уравнение выражается как:

  C  T  = C  1  + C  2  + C  3  +… + Cn  

Пример параллельной конденсаторной цепи

На приведенной ниже принципиальной схеме три конденсатора соединены параллельно .Поскольку эти конденсаторы подключены параллельно, эквивалентная или полная емкость будет равна сумме отдельной емкости.

Parallel Capacitor Circuit Example

  C  T  = C  1  + C  2  + C  3  
 , где С  1  = 4,7 мкФ; C  2  = 1 мкФ и C  3  = 0,1 мкФ 
  Итак, C  T  = (4,7 +1 + 0,1) UF 
  C  T  = 5,8 мкФ  

Конденсатор в цепях переменного тока

Когда конденсатор подключен к источнику постоянного тока, конденсатор начинает медленно заряжаться.И когда напряжение тока зарядки конденсатора равно напряжению питания, говорят, что оно полностью заряжено. Здесь в этом состоянии конденсатор работает как источник энергии, пока подается напряжение. Кроме того, конденсаторы не позволяют току проходить через него после того, как он полностью зарядится.

Capacitor in AC Circuit

Всякий раз, когда на конденсатор подается переменное напряжение, как показано на приведенной выше чисто емкостной схеме. Затем конденсатор заряжается и разряжается непрерывно до каждого нового уровня напряжения (заряжается при положительном уровне напряжения и разряжается при отрицательном уровне напряжения).Емкость конденсатора в цепях переменного тока зависит от частоты входного напряжения, подаваемого в цепь. Ток прямо пропорционален скорости изменения напряжения, приложенного к цепи.

  i = dQ /   dt   = C (dV /   dt  )  

Фазовая диаграмма для конденсатора в цепи переменного тока

AC Capacitor Phasor Diagram

Как вы видите фазовую диаграмму для конденсатора переменного тока на изображении ниже, ток и напряжение представлены в синусоиде.При наблюдении при 0 ° зарядный ток достигает своего пикового значения, поскольку напряжение постоянно увеличивается в положительном направлении.

Теперь при 90 ° ток не проходит через конденсатор, потому что напряжение питания достигает максимального значения. При 180 ° напряжение начинает медленно уменьшаться до нуля, а ток достигает максимального значения в отрицательном направлении. И снова заряд достигает своего пикового значения при 360⁰, поскольку напряжение питания находится на минимальном значении.

Таким образом, из приведенного выше сигнала мы можем наблюдать, что ток опережает напряжение на 90⁰.Итак, мы можем сказать, что переменное напряжение отстает от тока на 90⁰ в идеальной конденсаторной цепи .

Реактивное сопротивление конденсатора (Xc) в цепи переменного тока

Рассмотрим приведенную выше принципиальную схему, так как мы знаем, что входное напряжение переменного тока выражается как,

  V = V  м  Грех  вес   

А, заряд конденсатора Q = CV,

Итак, Q = CV м Грех вес

А, ток через конденсатор, i = dQ / dt

Итак,

  i = d (CV  м  Грех  вес ) / дт 
  i = C * d (В  м  Грех  вес ) / дт 
  i = C * V  м  Cos  мас.  * w 
  i = w * C * V  м  Грех (вес + π / 2) 
  ат, вес = 0 
  sin (wt + π / 2) = 1 
  отсюда, я  м  = WCV  м  
  В  м / м  = 1 / wC  

Как мы знаем, w = 2πf

Итак,

  Емкостное реактивное сопротивление (Xc) = V  м  / i  м  = 1 / 2πfC  

Пример емкостного сопротивления в цепи переменного тока

диаграмма

Давайте рассмотрим значение C = 2.2 мкФ и напряжение питания V = 230 В, 50 Гц,

  Теперь емкостное реактивное сопротивление (Xc) = V  м  / i  м  = 1 / 2πfC 
  Здесь C = 2,2 мкФ и f = 50 Гц 
  Итак, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10  -6  
  Xc = 1446,86 Ом  
.

0 comments on “Индикатор заряда конденсатора схема: Индикация заряда конденсаторов — 15 Июля 2010

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *