Warum Kondensatoren verwenden?

Warum muss die Spannung einige Zeit in einem Kondensator gespeichert werden? Ich habe immer angenommen, dass Schaltkreise funktionieren, wenn Sie es einschalten und stoppen, wenn Sie es ausschalten.

Warum kann nicht die gesamte Schaltung kondensatorfrei gezeichnet werden? Wenn es für die Speicherung gedacht ist, warum nicht einfach ein Flip-Flop verwenden?

Wenn alles, was Sie bauen wollten, digitale Schaltkreise wären und Ihre Spannungsquellen wirklich eine konstante Spannung hätten, unabhängig davon, wie viel Strom von ihnen gezogen wurde und nichts elektrisches Rauschen erzeugt, würden Sie keine Kondensatoren benötigen.

Spannungsquellen sacken jedoch ab, wenn Sie Strom daraus ziehen. Motorbürsten (und viele andere Komponenten) erzeugen horrende Spannungsspitzen, die Sie aus Ihren digitalen Schaltkreisen herausfiltern möchten. Einige Leute beschäftigen sich auch mit analogen Schaltungen, bei denen Spannungs- und Stromsignale über einen weiten Bereich kontinuierlich variieren. Für diese Art von zeitvariablen Schaltungen werden Kondensatoren benötigt.

Digitale Stromkreise können besonders schlecht sein, aber im Allgemeinen versuchen Sie, die Stromschiene zu einer Gleichstromquelle zu machen. Wenn die meisten Stromkreise plötzlich Strom aus der Stromschiene ziehen, wäre dies nicht besonders erfreulich, wenn die Stromschiene durch Eintauchen reagieren würde.

Bei höheren Drehzahlen verursacht die Induktivität ein größeres Problem als der Widerstand. Der Kondensator wirkt als sehr nahe Energiequelle. Sie ziehen Ihre Hochgeschwindigkeitsleistung aus dem Kondensator und die Stromquelle lädt den Kondensator langsam auf.

Wenn alles richtig gemacht ist, funktioniert alles nach Vorgabe. Wenn Sie ein kommerzielles Produkt herstellen und es unsachgemäß ausführen, erhalten Sie ein Produkt mit sehr merkwürdigen Fehlern, die normalerweise mit einer hohen Last verbunden sind, da die Spannung wirklich nachgibt (sags = geht unter das, was sie sein muss). Im schlimmsten Fall durchlaufen Hochgeschwindigkeitssignale Ihre Stromleitungen und die FCC genehmigt Ihr Produkt nicht, da es Hochfrequenzenergie abstrahlt.

Kondensatoren werden auch häufig in Oszillator- , Filter- und Zeitgeberschaltungen verwendet, da ihre Lade- und Entladerate genau berechnet werden kann.

In einer RC- Schaltung ist der Wert der Zeitkonstante (in Sekunden) gleich dem Produkt des Schaltungswiderstands (in Ohm) und der Schaltungskapazität (in Faraden), dh R × C. Es ist die Zeit, die zum Laden der Kondensator über den Widerstand auf 63,2% der vollen Ladung; oder um es auf 36,8% seiner Anfangsspannung zu entladen. Diese ungewöhnlich aussehenden Prozentsätze werden aus der mathematischen Konstante e (2,71828, die Basis für natürliche Logarithmen) abgeleitet, und zwar 1 - 1 / e bzw. 1 / e.

Oszillator- und Timing-Schaltungen werden üblicherweise in digitalen Systemen verwendet, um Frequenzgeneratoren und Timing bereitzustellen. Oszillatoren und Filter sind typischerweise in analogen Schaltkreisen zu finden, dh Audio- oder Hochfrequenz (RF).

Eine der beliebtesten Anwendungen von Kondensatoren in der industriellen Elektrotechnik ist die Leistungsfaktorkorrektur. Die Kondensatoren speichern Energie und geben sie in jedem Zyklus in einem Wechselstromnetz ab, um die Tatsache zu kompensieren, dass hochinduktive Lasten wie Elektromotoren einen Strom ziehen, der der angelegten Spannung nacheilt. Dies führt zu einem schlechten Leistungsfaktor im Stromverteilungsnetz, was in der Regel bedeutet, dass Netzwerkressourcen nicht bis zu ihrer scheinbaren Nennleistung genutzt werden können.

Durch die Verwendung der Leistungsfaktorkorrektur, bei der für induktive Lasten Kondensatoren in das Versorgungsnetz geschaltet werden, kann der Leistungsfaktor nahezu auf 1 erhöht werden, sodass Netzwerkressourcen wie große Transformatoren nicht unnötig überdimensioniert werden müssen.

Außerdem werden die meisten Elektrizitätsversorgungsbehörden Benutzer mit einem sehr schlechten Leistungsfaktor bestrafen, da sie normalerweise die zusätzlichen Kosten für übergroße und nicht ausreichend genutzte Verteilungsressourcen tragen. Daher besteht für große industrielle Anwender ein finanzieller Anreiz, Geräte zur Leistungsfaktorkorrektur zu installieren.

Kondensatoren werden auch verwendet, um die Welligkeit bei der Gleichrichtung von Wechselstrom auf Gleichstrom herauszufiltern (z. B. in der Eingangsstufe eines Frequenzumrichters oder einer Wechselrichterschaltung).

Kondensatoren werden auch verwendet, um Gleichstromversorgungen zu "verstärken" (z. B. um eine 5-V-Gleichstromversorgung in eine 9-V-Ausgangsspannung umzuwandeln). Diese Schaltkreise werden Chopper-Schaltkreise genannt.

Hallo user1424 Sie scheinen viele Fragen zu vielen elektronischen Dingen zu stellen. Darf ich Ihnen empfehlen, ein gutes Buch wie "The Art of Electronics" von Horowitz und Hill zu finden und es sich durchzulesen.

Warum kann nicht die gesamte Schaltung kondensatorfrei gezeichnet werden?

Stromkreise werden gelegentlich ohne Kondensatoren gezeichnet, da implizit jeder logische Leistungsstift mit ihnen verbunden ist. Wenn Sie ein EDA-Tool verwenden, müssen Sie sich auf dem Schaltplan irgendwo befinden (normalerweise nicht in einer Ecke), aber es muss mindestens einer auf jedem Pin vorhanden sein (mehrere Kappen können einen größeren Frequenzbereich abdecken) und wie so nah wie möglich.

Für Prototypen - insbesondere für Prototypen - sind Bypass-Kondensatoren noch wichtiger. Im Ball der Drähte ist oft viel mehr Induktivität als normal. Selbst wenn Ihre Schaltfrequenz niedrig ist, kann der spektrale Gehalt von Kanten extrem hoch sein.

Siehe diese Frage:
Was ist ein Entkopplungskondensator und woher weiß ich, ob ich einen brauche?

Entkopplungskondensatoren dienen mehreren Zwecken. Erstens schützen sie vor Schwankungen in der Stromversorgung. Wenn der Kondensator nicht da war, konnte ein Einbruch den gesamten Stromkreis zurücksetzen. Ebenso können einige stromhungrige Teile des Stromkreises während des Betriebs ein- und ausgeschaltet werden. Das Einschalten führt auch zu einem Einbruch. viel strom, der plötzlich an einem ort benötigt wird, bedeutet, dass er an einem anderen ort nicht mehr verfügbar ist. Der Kondensator ist ein Pufferspeicher, der sicherstellt, dass zu diesen Schaltzeitpunkten genügend Strom für alle Komponenten vorhanden ist.

Ein gutes Beispiel sind kapazitive Touchscreens (z. B. Touchscreen im iPhone).

Kapazitive Touchscreens verwenden eine Schicht aus kapazitivem Material, um eine elektrische Ladung zu speichern. Das Berühren der Oberfläche des Bildschirms führt zu einer Verzerrung des elektrostatischen Felds des Bildschirms, wodurch ein Spannungsabfall entsteht, der als Änderung der Kapazität messbar ist. Dieser genaue Ort des Spannungsabfalls wird von einer Steuerung erfasst und an den Prozessor übertragen.