Pembahagi Voltan Kapasitif

Dalam catatan ini kita belajar bagaimana litar pembahagi voltan kapasitif beroperasi dalam litar elektronik, melalui formula dan contoh yang diselesaikan.

Oleh: Dhrubajyoti Biswas

Apa itu Rangkaian Pembahagi Voltan

Bercakap mengenai litar pembahagi voltan, penting untuk diperhatikan bahawa voltan dalam litar pembahagi diedarkan secara sama rata di antara semua komponen yang ada yang berkaitan dengan rangkaian, walaupun kapasitinya mungkin berbeza-beza berdasarkan penyusunan komponen.

Litar pembahagi voltan boleh dibina daripada komponen reaktif atau bahkan dari perintang tetap.

Walau bagaimanapun, ketika membandingkan dengan pembahagi voltan kapasitif, pembahagi resistif tetap tidak terpengaruh dengan perubahan frekuensi dalam bekalan.

Tujuan makalah ini adalah untuk memberikan pemahaman terperinci mengenai pembahagi voltan kapasitif. Tetapi untuk mendapatkan lebih banyak pandangan, sangat penting untuk memperincikan reaktansi kapasitif dan pengaruhnya terhadap kapasitor pada frekuensi yang berbeza-beza.

Kapasitor diperbuat daripada dua plat konduktif, diletakkan selari antara satu sama lain yang juga dipisahkan dengan penebat. Kedua-dua plat ini mempunyai satu muatan positif (+) dan satu lagi (-) negatif.

Apabila kapasitor diisi sepenuhnya melalui arus DC, dielektrik [yang dikenali sebagai penebat] menyekat aliran arus melintasi plat.

Ciri penting lain dari kapasitor berbanding dengan perintang adalah: Kapasitor menyimpan tenaga pada plat konduktif semasa pengisian, yang tidak dilakukan oleh perintang, kerana selalu cenderung mengeluarkan lebihan tenaga sebagai haba.

Tetapi tenaga yang disimpan oleh kapasitor dialirkan ke litar yang dihubungkan dengannya semasa proses pembuangannya.

Ciri kapasitor untuk menyimpan cas ini disebut sebagai reaktansi, dan selanjutnya disebut sebagai Reaksi Tindak Balas [Xc] yang mana Ohm adalah unit ukuran standard untuk reaktansi.

Kapasitor yang habis apabila disambungkan ke bekalan kuasa DC, reaktansi tetap rendah pada tahap awal.

Sebahagian besar arus mengalir melalui kapasitor untuk jangka masa pendek, yang memaksa plat konduktif dikenakan dengan cepat, dan ini akhirnya menghalang arus yang lebih jauh.

Bagaimana Kapasitor Menyekat DC?

Dalam perintang, rangkaian siri kapasitor ketika jangka masa mencapai magnitud 5RC, plat konduktif kapasitor akan dicas sepenuhnya, yang menandakan caj yang diterima oleh kapasitor sama dengan bekalan voltan, yang menghentikan aliran arus selanjutnya.

Selanjutnya, reaktansi kapasitor dalam keadaan ini di bawah pengaruh voltan DC mencapai keadaan maksimum [mega-ohm].

Kapasitor dalam bekalan AC

Berkenaan dengan menggunakan arus bolak-balik [AC] untuk mengisi kapasitor, di mana aliran arus AC selalu terpolarisasi secara bergantian, kapasitor yang menerima aliran dikenakan pengisian dan pengosongan berterusan di seluruh platnya.

Sekiranya kita mempunyai aliran arus tetap maka kita juga perlu menentukan nilai reaktansi untuk menyekat aliran.

Faktor untuk menentukan nilai rintangan kapasitif

Sekiranya kita melihat kembali kapasitansi, kita akan mendapati bahawa jumlah cas pada plat konduktif kapasitor berkadar dengan nilai kapasitans dan voltan.

Sekarang apabila kapasitor mendapat aliran arus dari input AC, bekalan voltan mengalami perubahan berterusan dalam nilainya, yang selalu mengubah nilai plat terlalu berkadar.

Sekarang mari kita fikirkan keadaan di mana kapasitor mengandungi nilai kapasitansi yang lebih tinggi.

Dalam keadaan ini, rintangan R memakan lebih banyak masa untuk mengisi kapasitor τ = RC. Ini menunjukkan bahawa jika arus pengecasan mengalir untuk jangka waktu yang lebih lama maka reaktansi mencatat nilai Xc yang lebih kecil, bergantung pada frekuensi yang ditentukan.

Sama seperti jika nilai kapasitansi lebih kecil pada kapasitor, maka untuk mengisi kapasitor, ia memerlukan masa RC yang lebih pendek.

Masa yang lebih pendek ini menyebabkan aliran arus untuk jangka waktu yang lebih pendek, yang menghasilkan nilai reaktansi yang relatif lebih kecil, Xc.

Oleh itu, terbukti bahawa dengan arus yang lebih tinggi nilai reaktansi tetap kecil dan sebaliknya.

Oleh itu, reaktans kapasitif selalu berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi kapasitor.

XC ∝ -1 C.

Penting untuk diperhatikan bahawa kapasitansi bukanlah satu-satunya faktor untuk menganalisis tindak balas kapasitif.

Dengan frekuensi rendah voltan AC yang diterapkan, reaktansi bertambah banyak masa berdasarkan pemalar masa RC yang diperuntukkan. Selanjutnya, ia juga menyekat arus, menunjukkan nilai reaktansi yang lebih tinggi.

Begitu juga, jika frekuensi yang dikenakan adalah tinggi, reaktansinya membolehkan kitaran waktu yang lebih rendah untuk proses pengisian dan pengosongan berlaku.

Lebih-lebih lagi, ia juga menerima aliran arus yang lebih tinggi semasa proses, yang menyebabkan reaktansi lebih rendah.

Jadi ini membuktikan bahawa impedans (reaktansi AC) sebuah kapasitor dan besarnya bergantung pada frekuensi. Oleh itu, frekuensi yang lebih tinggi menghasilkan reaktansi yang lebih rendah dan sebaliknya, dan dengan demikian dapat disimpulkan bahawa Reaktansi Kapasitif Xc berbanding terbalik dengan frekuensi dan kapasitansi.

Teori reaktansi kapasitif tersebut dapat disimpulkan dengan persamaan berikut:

Xc = 1 / 2πfC

Di mana:

· Xc = Reaktansi Kapasitif dalam Ohms, (Ω)


· Π (pi) = pemalar numerik 3.142 (atau 22 ÷ 7)


· Ƒ = Kekerapan dalam Hertz, (Hz)


· C = Kapasitansi dalam Farads, (F)

Pembahagi Voltan Kapasitif

Bahagian ini bertujuan untuk memberi penjelasan terperinci mengenai bagaimana frekuensi bekalan mempengaruhi dua kapasitor yang disambungkan ke belakang atau dalam siri, yang lebih baik disebut sebagai litar pembahagi voltan kapasitif.

Litar Pembahagi Voltan Kapasitif

Untuk menggambarkan pembahagi voltan kapasitif berfungsi, mari kita merujuk kepada litar di atas. Di sini, C1 dan C2 secara bersiri dan disambungkan ke bekalan kuasa AC 10 volt. Berada dalam siri kedua kapasitor menerima cas yang sama, Q.

Walau bagaimanapun, voltan akan tetap berbeza dan ia juga bergantung pada nilai kapasitansi V = Q / C.

Mengingat Rajah 1.0, pengiraan voltan merentasi kapasitor dapat ditentukan melalui cara yang berbeza.

Salah satu pilihan adalah untuk mengetahui jumlah impedans litar dan arus litar, iaitu untuk mengesan nilai reaktansi kapasitif pada setiap kapasitor dan kemudian mengira penurunan voltan melintasi mereka. Contohnya:

CONTOH 1

Seperti pada Rajah 1.0, dengan C1 dan C2 masing-masing 10uF dan 20uF, hitung penurunan voltan rms yang berlaku di seluruh kapasitor dalam keadaan voltan sinusoidal 10 volt rms @ 80Hz.

Kapasitor C1 10uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 Ohm
Kapasitor C2 = 20uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
Oh

Reaktansi Kapasitif Jumlah

Xc (jumlah) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6.88uF = 290Ω

Arus dalam litar

I = E / Xc = 10V / 290Ω

Voltan turun secara berkala untuk kedua-dua kapasitor Di sini pembahagi voltan kapasitif dikira sebagai:

Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V

Sekiranya nilai kapasitor berbeza, kapasitor nilai yang lebih kecil kemudian boleh dicas ke voltan yang lebih tinggi berbanding dengan nilai yang besar.

Dalam Contoh 1, caj voltan yang dicatatkan masing-masing ialah 6.9 & 3.1 untuk C1 dan C2. Sekarang kerana pengiraannya berdasarkan teori voltan Kirchoff, oleh itu jumlah voltan turun untuk kapasitor individu sama dengan nilai voltan bekalan.

CATATAN:

Nisbah penurunan voltan untuk dua kapasitor yang disambungkan ke rangkaian pembahagi voltan kapasitif siri tetap sama walaupun terdapat frekuensi dalam bekalan.

Oleh itu, seperti dalam Contoh 1, 6,9 dan 3,1 volt sama, walaupun frekuensi bekalan dimaksimumkan dari 80 hingga 800Hz.

CONTOH 2

Bagaimana mencari penurunan voltan kapasitor menggunakan kapasitor yang sama yang digunakan dalam Contoh 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 Ohm

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0.9 Ohm

I = V / Xc (jumlah) = 10 / 2.9 = 3.45 Amps

Oleh itu, Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V

Dan, Vc2 = I x Xc2 = 3.45A x 0.9 Ω = 3.1V

Oleh kerana nisbah voltan tetap sama untuk kedua-dua kapasitor, dengan peningkatan frekuensi bekalan, kesannya dilihat dalam bentuk penurunan reaktansi kapasitif gabungan, dan juga untuk impedans litar total.

Impedans yang berkurang menyebabkan aliran arus yang lebih tinggi, misalnya, arus litar pada 80Hz sekitar 34.5mA, sedangkan pada 8kHz mungkin ada peningkatan 10 kali arus bekalan, yaitu sekitar 3.45A.

Oleh itu, dapat disimpulkan bahawa aliran arus melalui pembahagi voltan kapasitif berkadar dengan frekuensi, I. F.

Seperti yang dibincangkan di atas, pembahagi kapasitif yang melibatkan rangkaian kapasitor yang dihubungkan, semuanya menjatuhkan voltan AC.

Untuk mengetahui penurunan voltan yang betul, pembahagi kapasitif mengambil nilai reaktansi kapasitif suatu kapasitor.

Oleh itu, ia tidak berfungsi sebagai pembahagi voltan DC, kerana di DC kapasitor menangkap dan menyekat arus, yang menyebabkan aliran arus nol.

Pembahagi boleh digunakan dalam keadaan di mana bekalan didorong oleh kekerapan.

Terdapat pelbagai penggunaan elektronik pembahagi voltan kapasitif, dari peranti pengimbas jari hingga Colpitts Oscillators. Ia juga disukai secara meluas sebagai pengganti murah untuk transformer sesalur di mana pembahagi voltan kapasitif digunakan untuk menjatuhkan arus utama yang tinggi.