Kondensatory

Fizyka - Kondensatory (teoria) (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Kondensatory

Obwody elektryczne prądu stałego


Pytanie 1

Określ niektóre typy kondensatorów i ich charakterystyki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Mika, elektrolit, mylar, papier, powietrze i ceramika to jedne z bardziej popularnych stylów.

Uwagi:

Jest wiele do zbadania na temat różnych typów i charakterystyk kondensatorów! Zachęć uczniów do zbadania zarówno podręczników, jak i literatury producenta kondensatorów, aby uzyskać więcej informacji.

pytanie 2

Jak zbudowane są kondensatory elektrolityczne, a co szczególnie warte uwagi z ich użyciem "# 2"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kondensatory "elektrolityczne" wykorzystują bardzo cienką warstwę tlenku metalu jako dielektryka. Proces produkcyjny obejmuje zastosowanie napięcia stałego do nowego kondensatora w celu utworzenia warstwy tlenku. To "polaryzuje" ją na całe życie, uniemożliwiając jej użycie z odwrotną polaryzacją.

Pytanie uzupełniające: zidentyfikuj symbol schematyczny dla dowolnego typu spolaryzowanego kondensatora, w tym elektrolity.

Uwagi:

Istnieje wiele cech kondensatorów elektrolitycznych, które są unikalne dla tego typu, a nie najmniejsze z nich to ich środki produkcji. Ponieważ kondensatory te są używane tak często w aplikacjach elektronicznych niskiego napięcia, warto poświęcić czas, aby studenci dobrze się z nimi zapoznali i poznać ich specyfikę.

pytanie 3

Kondensator ma na sobie etykietę mówiącą "100 WVDC". Co oznacza ta etykieta? Jakie są konsekwencje przekroczenia tego ratingu?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie robocze kondensatora wynosi 100 woltów prądu stałego. Niepowodzenie materiału dielektrycznego będzie skutkować przekroczeniem tego napięcia znamionowego. W kondensatorach elektrolitycznych szczególnie, awaria może być gwałtowna!

Uwagi:

Podobnie jak w przypadku rezystorów i współczynników rezystancji, ocena kondensatora jest większa niż tylko pojemności! Porozmawiaj ze swoimi studentami o znaczeniu bezpieczeństwa podczas pracy z kondensatorami, nie tylko z powodu porażenia prądem, ale również z wybuchów (wynikających z nadmiernego napięcia).

Pytanie 4

Kondensatory mogą stwarzać ryzyko porażenia prądem, nawet w obwodach niezasilanych. Wyjaśnij dlaczego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kondensatory mają możliwość przechowywania niebezpiecznych poziomów napięcia i ładunku nawet po odłączeniu zewnętrznych źródeł energii.

Uwagi:

Ciekawym pytaniem, które należy postawić, byłoby: w jaki sposób bezpiecznie rozładować kondensator naładowany niebezpiecznymi poziomami napięcia?

Pytanie 5

Bardzo duże kondensatory (zwykle powyżej 1 Farada!) Są często używane w okablowaniu prądu stałego w wzmacniaczach audio o dużej mocy zainstalowanych w samochodach. Kondensatory są połączone równolegle z zaciskami zasilania DC wzmacniacza, jak najbliżej wzmacniacza, jak to możliwe:

Jaki jest cel, aby kondensator był podłączony równolegle do zacisków zasilania wzmacniacza "# 5"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kondensator minimalizuje przebiegi napięcia widziane na zaciskach mocy wzmacniacza z powodu spadków napięcia wzdłuż kabli zasilających (z akumulatora) podczas przejściowych impulsów prądu, takich jak napotykane podczas wzmacniania ciężkiego basu "bije" przy dużej głośności.

Nawiasem mówiąc, ta sama technika jest stosowana w obwodach komputerowych do stabilizacji napięcia zasilającego układy cyfrowe, które pobierają prąd z zasilania w szybkich "skokach", gdy przełączają się między stanami "włączony" i "wyłączony". W tym zastosowaniu kondensatory są znane jako kondensatory odsprzęgające .

Uwagi:

Inżynieria systemów audio budzi zwykle zainteresowanie wśród studentów uczących się muzyki, szczególnie młodych studentów, którzy pragną maksymalnej mocy dźwięku w samochodowych systemach dźwiękowych! To pytanie ma za zadanie wzbudzić zainteresowanie tak samo, jak jego celem jest zbadanie funkcji kondensatora.

Jeśli chodzi o kondensatory "odłączające", uczniowie będą prawdopodobnie musieli używać kondensatorów w ten sposób, kiedy będą budować obwody półprzewodnikowe. Jeśli dysponujesz płytką drukowaną z komputera ("płyty głównej") dostępną do pokazania uczniom, byłby to dobry przykład odłączenia kondensatorów w użyciu.

Pytanie 6

Kondensator 10 μF ładowany jest do napięcia 20 woltów. Ile kulombów ładunku elektrycznego jest przechowywanych w tym kondensatorze?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

200 μC ładunku.

Uwagi:

Nie podawaj uczniom równania, w którym wykonują te obliczenia! Pozwól im znaleźć to na własną rękę.

Pytanie 7

Kondensator 470 μF jest poddawany przyłożonemu napięciu, które zmienia się z prędkością 200 woltów na sekundę. Ile prądu będzie "przez" ten kondensator?

Wyjaśnij, dlaczego umieściłem cudzysłów wokół słowa "do" w poprzednim zdaniu. Dlaczego tego słowa nie można użyć w najpełniejszym tego słowa znaczeniu, opisując prąd elektryczny w obwodzie kondensatora?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kondensator będzie miał stały prąd 94 miliamperów (mA) przechodzący przez niego. Słowo "do" jest umieszczone w cudzysłowie, ponieważ kondensatory nie mają ciągłości.

Uwagi:

Nie podawaj uczniom równania, w którym wykonują te obliczenia! Pozwól im znaleźć to na własną rękę. Notacja (dv / dt) może być obca dla studentów, którzy nie mają silnego zaplecza matematycznego, ale niech to nie przeszkadza w nauce! Zamiast tego użyj tego jako sposobu na wprowadzenie tych studentów w pojęcie stóp zmian i do rachunku różniczkowego pojęcia pochodnej .

Pytanie 8

Dwa kondensatory 470 μF połączone szeregowo są poddawane całkowitemu przyłożonemu napięciu, które zmienia się z prędkością 200 woltów na sekundę. Ile prądu będą "przez" te kondensatory? Wskazówka: całkowite napięcie jest dzielone równomiernie między dwa kondensatory.

Załóżmy teraz, że dwa kondensatory 470 μF połączone równolegle są poddawane temu samemu łącznemu napięciu (zmieniającemu się z prędkością 200 woltów na sekundę). Jak dużo prądu będzie "przez" te kondensatory?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Połączenie szeregowe: łącznie 47 miliamperów (mA). Połączenie równoległe: łącznie 18 miliamperów (mA).

Pytanie uzupełniające: co te liczby wskazują na charakter połączonych szeregowo i równolegle podłączonych kondensatorów? Innymi słowy, jaka wartość pojedynczego kondensatora jest odpowiednikiem dwóch połączonych szeregowo kondensatorów 470 μF, a jaka wartość pojedynczego kondensatora jest odpowiednikiem dwóch połączonych równolegle kondensatorów 470 μF?

Uwagi:

Jeśli twoi uczniowie mają trudności z odpowiedzeniem na kolejne pytanie w odpowiedzi, poproś ich, aby porównał te aktualne liczby (47 mA i 188 mA) z prądem, który przejdzie przez jeden z kondensatorów 470 μF w tych samych warunkach ( przyłożone napięcie zmienia się z prędkością 200 woltów na sekundę).

Ważne jest oczywiście, aby uczniowie wiedzieli, jak zachowują się połączone szeregowo i równolegle połączone kondensatory. Jednak jest to zazwyczaj proces zapamiętywania na pamięć dla studentów, a nie prawdziwe zrozumienie. W tym pytaniu celem jest doprowadzenie studentów do realizacji połączeń kondensatorów w oparciu o ich wiedzę na temat napięć i prądów szeregowych i równoległych.

Pytanie 9

Załóżmy, że dwa kondensatory 33 μF są połączone szeregowo ze sobą. Jaka będzie ich połączona pojemność w Faradach? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

16, 5 μF

Uwagi:

Kondensatory często mylą nowych studentów elektroniki, ponieważ ich wartości nie sumują się z rezystorami. Ważne jest, aby odpowiedzieć na to pytanie, aby uczniowie zrozumieli, dlaczego szeregowe pojemności łączą się tak, jak oni. Jest więcej niż jeden sposób na wyjaśnienie tego zjawiska - wyjaśnij je w kategoriach wymiarów kondensatora lub pod względem spadku napięcia i przechowywania ładunku.

Pytanie 10

Oblicz całkowitą pojemność w tym zbiorze kondensatorów, mierzoną między dwoma przewodami:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

132, 99 pF

Pytanie uzupełniające: załóżmy, że jedna z śrub mocujących bloku zaciskowego została poluzowana na jednym z przewodów dla kondensatora środkowego, powodując złe (otwarte) połączenie. Jaki wpływ ma to na całkowitą pojemność "notatki ukryte"> Uwagi:

Najprościej jest najpierw narysować schematyczny diagram dla tej sieci kondensatorów przed próbą wykonania obliczeń pojemności, aby uzyskać jasne zrozumienie połączeń szeregowych / równoległych.

Pytanie 11

Zidentyfikuj następujące wartości i style kondensatorów:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Zapytaj uczniów, w jaki sposób mogą stwierdzić, czy wartość kondensatora jest podawana w mikro- faradach czy faro pico . Jest sposób, nawet jeśli przedrostek metryczny nie jest drukowany na kondensatorze!

Pytanie 12

Po sprawdzeniu za pomocą omomierza, jak powinien poprawnie reagować kondensator "# 12"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kondensator "zdrowy" powinien rejestrować się jako otwarty obwód między jego zaciskami, po początkowym okresie ładowania.

Pytanie uzupełniające: co według ciebie jest najbardziej prawdopodobnym awaryjnym "trybem" kondensatora, otwartym lub zwartym? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

Uwagi:

Poproś uczniów, aby przetestowali kilka kondensatorów z omomierzem na zajęciach. W przypadku dużych wartości kondensatora czas ładowania może być znaczny! Uczniowie muszą być tego świadomi i mieć wpływ na wskazanie omomierza.

Chociaż sprawdzanie omomierza kondensatora nie jest kompleksową analizą, jest to z pewnością lepsze niż nic i wykryje bardziej powszechne błędy.

Pytanie 13

Znajdź jeden lub dwa prawdziwe kondensatory i zabierz je ze sobą na zajęcia do dyskusji. Zidentyfikuj jak najwięcej informacji na temat swoich kondensatorów przed dyskusją:

Capacitance (idealne)
Pojemność (aktualna)
Napięcie znamionowe
Typ (mika, mylar, elektrolityczny itp.)
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli to możliwe, znajdź arkusz danych producenta dla twoich komponentów (lub przynajmniej arkusz danych dla podobnego komponentu), aby porozmawiać z kolegami z klasy.

Przygotuj się, aby udowodnić rzeczywistą pojemność swoich kondensatorów w klasie, używając multimetru (zakładając, że twój multimetr jest w stanie zmierzyć pojemność)!

Uwagi:

Celem tego pytania jest doprowadzenie uczniów do kinestetycznej interakcji z tematem. To może wydawać się głupie, gdy uczniowie angażują się w ćwiczenia "pokaż i powiedz", ale odkryłem, że takie działania bardzo pomagają niektórym uczniom. Dla tych uczących się, którzy mają kinestetyczny charakter, bardzo pomocne jest dotknięcie prawdziwych elementów podczas uczenia się o ich funkcji. Oczywiście to pytanie stanowi także doskonałą okazję do ćwiczenia interpretacji oznaczeń elementów, korzystania z multimetru, kart z danymi dostępowymi itp.

Pytanie 14

Ważnym parametrem w wydajności kondensatorów jest ESR . Zdefiniuj ESR i wyjaśnij, co ją powoduje.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"ESR" oznacza ekwiwalentową rezystancję szeregową, zwykle będącą następstwem dielektrycznej substancji kondensatora.

Uwagi:

Porozmawiaj ze swoimi uczniami, dlaczego ESR ma znaczenie, szczególnie w przypadku oddzielania aplikacji, w których oczekuje się, że kondensatory będą obsługiwać duże (dv / dt) transjenty.

Pytanie 15

Kondensatory często mają kody literowe zgodne z trzycyfrowymi numerami kodów. Na przykład, oto kilka typowych kodów kondensatorów, wraz z literami:

473K
102J
224M
331F

Określ znaczenie liter używanych na etykietach kondensatorów, jakie są odpowiednie wartości numeryczne dla wszystkich dostępnych liter, a następnie ostatecznie, co oznaczają te cztery konkretne kody liczby / liter (pokazane powyżej).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kody liter są używane do oznaczania tolerancji, podobnie jak ostatnie pasmo koloru na większości rezystorów. Pozwolę ci samemu zbadać ekwiwalent kodu literowego! To samo dotyczy określonych wartości czterech wyświetlonych etykiet kondensatorów.

Uwagi:

Kody tolerancji kondensatorów są wystarczająco łatwe, aby uczniowie mogli samodzielnie prowadzić badania. Dla własnego odniesienia, chociaż:

D = ± 0, 5%
F = ± 1%
G = ± 2%
H = ± 3%
J = ± 5%
K = ± 10%
M = ± 20%
P = + 100%, -0%
Z = + 80%, -20%

To samo dotyczy czterech etykiet kondensatorów podanych w pytaniu:

473K = 47 nF ± 10%
102 J = 1 nF ± 5%
224 M = 0, 22 μF ± 20%
331F = 330 pF ± 1%

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →