In che modo un condensatore leviga l'energia?

Sto cercando di capire come funzionano i condensatori. Capisco che memorizzano una carica e generalmente capisco come, ma non capisco come usarli per "lisciare" il flusso della carica. Ad esempio, un motore, assorbire energia da un condensatore carico non fa la stessa cosa quando si alimenta da una fonte di alimentazione? Cosa significa che la carica è lisciata e come ??

I condensatori non accumulano carica. È un'affermazione così inutile perché si basa su questa parola "carica" ​​che ha molteplici significati. Per favore, dimentica che non l'hai mai sentito. Inoltre non lisciano l'energia. Ciò che levigano è la tensione.

Risponderò alla tua domanda, ma prima devi capire davvero come funzionano i condensatori.

Ciò che immagazzina i condensatori è energia. La materia che scorre nei circuiti elettrici è la carica elettrica . Misuriamo la velocità del flusso di carica in ampere. La quantità di carica è misurata in coulomb. Poiché la carica non viene mai creata né distrutta , ogni volta che misuriamo la carica di solito contiamo la carica che scorre oltre un cancello metaforico. Ad eccezione di alcuni circuiti molto strani, anche la carica totale in un dispositivo elettronico è costante. È molto simile a un sistema idraulico chiuso: c'è del fluido e puoi spostarlo, ma nessuno entra o perde. Puoi contare la quantità di fluido che fluisce oltre un certo punto, ma deve provenire da qualche parte e deve andare da qualche altra parte.

Immagina se avessi una nave sferica, piena di un fluido. Al centro della nave c'è una piastra di gomma che puoi allungare spingendo il fluido da un lato e pompandolo dall'altro. Ecco come è un condensatore:

Ciò deriva dalle eccellenti idee sbagliate sui condensatori di Bill Beaty .

Quando si spinge acqua da un lato, una quantità uguale di acqua deve fuoriuscire dall'altro lato. Inoltre, una volta allungata questa membrana di gomma, vuole tornare ad essere diritta. Pertanto, la pressione dell'acqua da un lato sarà superiore all'altra. Se si dovessero rimuovere i tappi e sostituirli con un tubo, l'acqua scorrerebbe fino a quando la gomma non viene stirata.

Ora sostituisci "acqua" con "carica elettrica" ​​e "pressione" con "tensione" e avrai un condensatore.

Ora immagina due navi, una delle dimensioni di una pallina da golf e una delle dimensioni di una piscina. Ognuno ha una membrana di identica elasticità nel mezzo. Se pompi un cucchiaio di acqua attraverso l'imbarcazione delle dimensioni di una pallina da golf, la membrana si allungherà molto e, di conseguenza, la differenza di pressione tra i lati sarà grande. Se fai lo stesso con l'imbarcazione delle dimensioni di una piscina, la membrana si muoverà a malapena e la differenza di pressione sarà leggermente più che nulla.

Questa è la capacità . Ti dice, per una determinata quantità di acqua spostata, qual è la differenza di pressione. Ti dice, per una determinata quantità di carica elettrica spostata attraverso il condensatore, quale sarà la tensione. È definito come:

Dove:

• $C$
• $q$
• $V$

Non rimanere impiccato su "coulomb". Un coulomb è la quantità di carica che si sposta oltre un punto se 1 ampere scorre per 1 secondo. Oppure, 2 ampere per mezzo secondo. Oppure 1/2 ampere per 2 secondi.

Se hai preso il calcolo, allora riconoscerai che la carica è l'integrale della corrente. In altre parole, la carica è alla corrente come la distanza è alla velocità. Puoi sostituire "ampere" con "coulomb al secondo" - le unità sono esattamente le stesse.

Usando questa conoscenza e un po 'di calcolo di base, la capacità può anche essere definita in termini di tensione e corrente:

Ciò che dice questo è: il tasso di variazione della tensione nel tempo (volt al secondo) è uguale alla corrente (ampere o coulomb al secondo) divisa per la capacità (farad).

Se si dispone di un condensatore farad 1 e si sta spostando 1 ampere (1 coulomb al secondo) attraverso di esso, la tensione attraverso il condensatore cambierà alla velocità di 1 volt al secondo.

Se raddoppi quella capacità, la velocità di variazione della tensione sarà la metà.

E qui, penso, è la risposta alla tua domanda. Spesso i condensatori vengono inseriti nell'alimentatore per mantenere costante la tensione. Questo funziona perché più capacità hai, più difficile è cambiare la tensione, perché richiede più corrente per farlo.

In questa applicazione, i condensatori non livellano l' energia , livellano la tensione . Lo fanno fornendo un accumulo di energia da cui il carico può attingere durante i periodi di alta corrente transitoria. Ciò semplifica il lavoro dell'alimentatore perché non deve affrontare grandi cambiamenti di corrente. In effetti, il condensatore aiuta a fare una media della domanda attuale del carico vista dall'alimentazione.

I condensatori di livellamento vengono utilizzati per sopprimere le increspature di tensione, generalmente sulle linee di alimentazione. Lo fanno immagazzinando e rifornendo periodicamente energia. L'immagine seguente mostra un caso d'uso molto comune di questi condensatori in un raddrizzatore a ponte completo.

Come puoi vedere, il condensatore di livellamento scarica e riempie l'energia quando la tensione di uscita cala. Questo "uniforma" la tensione di uscita, motivo per cui questo condensatore è chiamato un condensatore di "livellamento".

I condensatori sono lì per fornire l'illusione al tuo carico di essere collegati a una fonte di tensione ideale.

Ad esempio, la fonte di alimentazione ha una certa resistenza interna e potrebbe esserci un'induttanza significativa a causa di cavi lunghi.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

L'aggiunta del condensatore consente al carico di vedere un valore approssimativo Vsquando l'interruttore viene aperto / chiuso. Altrimenti, ci sarà una tensione di alimentazione variabile quando il carico viene aperto / chiuso.

Sì, funziona sostanzialmente allo stesso modo. Tuttavia, un condensatore in genere ha una capacità inferiore rispetto, per esempio, a una batteria. Quando si collega un carico a un condensatore, la sua carica e tensione diminuiranno nel tempo. Ecco perché si chiama smooth. Una batteria lo fa esattamente allo stesso modo, ma molto, molto più lentamente, a causa della maggiore capacità.

Inoltre, nel senso di attenuazione di un segnale di tensione, c'è fluidità. Se cariciamo e scarichiamo un condensatore contemporaneamente con un segnale di tensione variabile, capirai che il condensatore si carica sui fronti di salita. Sui fronti di caduta, il condensatore "aiuta" l'altro alimentatore, il che rende il fronte di discesa più liscio. Alla fine questo può portare a una tensione quasi costante.

Immagina un condensatore come un bicchiere d'acqua con un foro, quindi non importa quanto velocemente riempi il vetro l'uscita attraverso il foro è all'incirca la stessa. È esattamente come funziona un condensatore, prima si carica, quindi fornisce un'uscita che filtra il rumore e fornisce un'uscita pulita, indipendentemente da come fluttua l'ingresso.