커패시터는 DC를 어떻게 차단합니까?

나는 이것과 혼동된다! 커패시터는 DC를 어떻게 차단합니까?

• DC 전원으로 구동되는 커패시터를 사용하는 많은 회로를 보았습니다. 커패시터가 DC를 차단한다면 왜 그러한 회로에서 사용해야합니까?
• 또한 전압 정격은 커패시터의 DC 값으로 언급됩니다. 무엇을 의미합니까?

AC (교류)를 허용하면서 커패시터가 DC (직류)를 차단 하는 방법 을 이해 하는 데 도움이 될 것이라고 생각합니다 .

가장 간단한 DC 소스 인 배터리부터 시작하겠습니다.

이 배터리를 사용하여 무언가에 전력을 공급하면 전자 가 배터리 의 + 쪽으로 끌어 당겨 - 가 나옵니다 .

배터리에 전선을 연결합시다 :

여기에는 완전한 회로가 아직 없으므로 (전선은 어디에도 가지 않습니다) 전류 흐름이 없습니다.

그러나이 아니라는 것을 의미하지 않는다 어떤 전류 흐름. 구리선 금속의 원자는 전자로 둘러싸인 구리 원자의 핵으로 구성되어 있습니다. 구리선을 전자가 떠 다니는 양의 구리 이온으로 생각하면 도움이 될 수 있습니다.

참고 : 나는 기호 사용 전자 ^- 전자를 대표하는

금속에서는 전자를 밀어 넣기가 매우 쉽습니다. 우리의 경우에는 배터리가 부착되어 있습니다. 실제로 전선에서 일부 전자를 빨아 들일 수 있습니다 .

받는 연결된 와이어 포지티브 배터리 측 전자 흡인 갖는다 에서 그것. 그런 다음 전자는 배터리 의 음극 쪽을 음극 쪽에 연결된 전선으로 밀어 넣습니다.

배터리가 모든 전자를 제거 할 수는 없습니다. 전자는 일반적으로 그들이 남긴 양이온으로 끌립니다. 모든 전자를 제거하기가 어렵습니다.

결국 우리의 빨간 선은 약간의 양전하를 띠게되고 (전자가 없기 때문에), 검은 선은 약간의 음전하를 띠게됩니다 (전자가 여분이기 때문에).

먼저이 전선에 배터리를 연결할 때, 단지 작은 전류의 비트가 흐를 것이다. 배터리는 매우 많은 전자를 움직일 수 없으므로 전류가 매우 짧게 흐른 다음 정지합니다.

배터리를 분리했다가 뒤집었다가 다시 연결하면 검은 색 와이어의 전자가 배터리로 빨려 들어가 빨간색 와이어로 밀려납니다. 다시 한 번 적은 양의 전류가 흐르면 중단됩니다.

두 개의 전선을 사용하는 것의 문제점은 우리가 밀어 넣을 전자가 많지 않다는 것입니다. 우리가 필요로하는 것은 많은 양의 전자 덩어리, 즉 큰 덩어리의 금속입니다. 이것이 커패시터입니다. 각 와이어의 끝에 부착 된 큰 금속 덩어리입니다.

이 큰 덩어리의 금속으로, 우리가 쉽게 밀어 낼 수있는 전자가 훨씬 더 많습니다. 이제 "긍정적 인"쪽에 더 많은 전자가 빠질 수 있고 "음의"쪽에 더 많은 전자가 들어갈 수 있습니다.

따라서 교류 전류 소스를 커패시터에 적용하면 해당 전류 중 일부가 흐를 수 있지만 잠시 후 전자가 부족하여 흐름이 중단됩니다. AC 전원은 역전되어 전류가 한 번 더 흐르기 때문에 운이 좋습니다.

그러나 왜 커패시터는 DC 볼트로 평가됩니까?

커패시터는 단지 두 덩어리의 금속이 아닙니다. 커패시터의 또 다른 디자인 특징은 서로 매우 가까운 두 덩어리의 금속을 사용한다는 것입니다 (두 장의 주석 호일 사이에 끼워진 왁스 종이 층을 상상해보십시오).

그들이 "왁스 종이"로 분리 된 "주석 호일"을 사용하는 이유는 그들이 음의 전자가 그들이 남긴 양의 "홀"에 매우 가깝게 되기를 원하기 때문 입니다. 이것은 전자가 양의 "구멍"에 끌리게합니다.

전자는 음이고 "홀"은 양이기 때문에 전자는 홀로 끌어 당겨집니다. 이것은 전자가 실제로 거기에 머무르게합니다. 이제 배터리를 제거 하면 커패시터가 실제로 충전 상태 를 유지 합니다.

이것이 커패시터가 전하를 저장할 수있는 이유입니다. 전자는 그들이 남긴 구멍에 끌려갑니다.

그러나 왁스 처리 된 종이는 완벽한 절연체가 아닙니다. 약간의 누출 을 허용 할 것 입니다. 그러나 너무 많은 전자가 쌓여 있으면 실제 문제가 발생합니다 . 커패시터 의 두 " 플레이트 " 사이의 전기장 은 실제로 너무 강해져 왁스 칠된 종이가 파손되어 커패시터가 영구적으로 손상 될 수 있습니다.

실제로 커패시터는 주석 호일과 왁스 종이로 만들어지지 않습니다 (더 이상). 그들은 더 나은 재료를 사용합니다. 그러나 두 병렬 판 사이의 절연체가 고장 나서 장치를 파괴하는 지점 인 "전압"이 여전히 남아 있습니다. 이것은 커패시터의 정격 최대 DC 전압입니다.

다른 세 가지 답변에 하나 이상의 관점을 추가 할 수 있는지 살펴 보겠습니다.

커패시터는 고주파수에서 단락되고 저주파수에서 개방형으로 작동합니다.

두 가지 경우가 있습니다.

신호와 직렬로 연결된 커패시터

이 경우 AC는 통과 할 수 있지만 DC는 차단됩니다. 이것을 일반적으로 커플 링 커패시터라고합니다.

신호와 병렬로 연결된 커패시터

이 상황에서 DC는 통과 할 수 있지만 AC는 접지로 단락되어 차단됩니다. 이것을 일반적으로 디커플링 커패시터라고합니다.

AC 란 무엇입니까?

"High Freq"및 "Low Freq"라는 용어는 실제로 숫자가 없기 때문에 느슨하게 사용되었습니다. 낮고 높은 것으로 간주되는 것은 나머지 회로에서 일어나는 일에 달려 있기 때문에 이것을했습니다. 이것에 대해 더 배우고 싶다면 Wikipedia의 저역 통과 필터 또는 일부 RC 필터 질문을 읽으십시오 .

전압 등급

커패시터에 표시되는 전압은 커패시터의 물리적 고장 위험을 시작하기 전에 커패시터에 안전하게 적용 할 수있는 최대 전압입니다. 때로는 폭발, 화재, 때로는 뜨거워 질 수도 있습니다.

반대 전하가 서로를 끌고 있다는 사실에 대한 설명입니다. 커패시터는 매우 얇은 절연체로 분리 된 2 개의 전도성 플레이트로 구성된 소형 구조입니다. DC를 넣으면 한쪽은 양전하가되고 다른 쪽은 음이됩니다. 두 전하는 서로를 끌어 당기지 만 절연 장벽을 통과 할 수는 없습니다. 전류 흐름이 없습니다. 이것이 DC에 대한 이야기의 끝입니다.
AC의 경우 다릅니다. 한 쪽은 계속해서 양전하와 음전하를 띠며, 음전하와 양전하를 각각 끌어 당깁니다. 따라서 장벽의 한 쪽의 변화는 다른 쪽의 변화를 유발 하여 전하가 장벽을 가로 지르고 전류가 커패시터를 통해 효과적으로 흐르는 것처럼 보입니다 .

충전 된 커패시터는 항상 DC로 충전됩니다. 즉 한쪽은 양전하를 갖고 다른 쪽은 음전하를 갖습니다. 이러한 전하는 많은 회로에서 필요한 전기 에너지 저장 장치입니다 .

최대 전압은 절연 장벽에 의해 결정됩니다. 특정 전압 이상에서는 고장이 나고 단락이 발생합니다. DC에서는 물론 AC에서도 발생할 수 있습니다.

직렬 커패시터는 DC를 차단하고 병렬 커패시터는 안정적인 전압을 유지하는 데 도움이된다는 단순한 생각입니다.

이것은 실제로 동일한 동작의 두 가지 응용 분야입니다. 커패시터는 전압 자체를 일정하게 유지하려고 반응합니다. 이 시리즈의 경우, 일정한 전압 차이를 제거하는 것이 매우 행복하지만 전압 차이를 일정하게 유지하기 위해 한 쪽의 급격한 변화가 다른쪽으로 전달됩니다. 병렬의 경우, 급격한 전압 변화에 반응합니다.

터미널 전체에 주어진 전압으로 커패시터 판에서 발생하는 전하량은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

$Q = C \times V$

양쪽을 구별하면 (전류는 전하의 시간 미분입니다), 다음을 제공합니다.

$I = C \times \dfrac {dV}{dt}$

DC 전압은 를 말하는 것과 같습니다$\dfrac{dV}{dt} = 0$

따라서 커패시터는 DC 전압에 대해 전류가 흐르지 않도록합니다 (즉, DC를 차단).

커패시터 판에 걸친 전압 도 연속적인 방식으로 변해야하므로 커패시터는 일단 전압이 충전되면 전압이 저항을 통해 방전 될 수있을 때까지 전압을 "유지"하는 효과가 있습니다. 따라서 커패시터의 가장 일반적인 용도는 레일 전압을 안정화하고 레일을 접지에서 분리하는 것입니다.

전압 정격은 정전기력이 플레이트 사이에서 유전체 재료의 재료 특성을 분해하여 커패시터로 파손시키기 전에 플레이트에 적용 할 수있는 전압의 양입니다 :).

이것은 매우 기술적 인 대답은 아니지만 매우 재미 있고 단순하다는 그래픽 설명입니다.

그러한 질문에 대한 나의 대답은 항상 "물"입니다. 파이프를 통해 흐르는 물은 와이어를 통해 흐르는 전류와 놀랍도록 정확한 비유입니다. 전류는 파이프를 통해 흐르는 물의 양입니다. 전압 차는 수압 차가됩니다. 파이프는 평평하게 놓여있어 중력이 아무런 역할을하지 않습니다.

이러한 비유에서 배터리는 워터 펌프이며 커패시터는 파이프 를 완전히 막는 고무 막 입니다 . DC는 파이프를 통해 한 방향으로 지속적으로 흐르는 물입니다. AC는 항상 앞뒤로 흐르는 물입니다.

이를 염두에두고 커패시터가 DC를 차단한다는 것은 명백하다. 막은 지금까지만 늘어나 기 때문에 물이 같은 방향으로 계속 흐를 수는 없다. 막이 늘어나는 동안 약간의 흐름이있을 수 있지만 (즉, 커패시터 전하), 어느 시점에서 수압과 완전히 균형을 잡을만큼 충분히 늘어나서 더 이상의 흐름을 차단합니다.

또한 커패시터가 AC를 완전히 차단하지는 않지만 멤브레인 특성에 따라 달라집니다. 멤브레인이 충분히 신축성이있는 경우 (높은 정전 용량) 물이 빠르게 앞뒤로 흐르는 데 어려움이 없습니다. 멤브레인이 실제로 뻣뻣한 경우 (예 : 얇은 플라스틱 시트), 이는 낮은 정전 용량에 해당하며, 물이 천천히 앞뒤로 흐르면 이러한 흐름이 차단되지만 고주파수 진동은 여전히 ​​통과합니다.

이 비유는 나에게 매우 유용하여 왜 더 널리 사용되지 않는지 궁금합니다.

첫째, 커패시터는 DC를 차단하고 AC에 대한 낮은 임피던스 인 반면 인덕터는 AC를 차단하지만 DC를 매우 쉽게 통과시키는 경향이 있습니다. "차단"은 우리가 말하는 신호에 높은 임피던스를 제공하는 것보다 의미합니다.

그러나 먼저이를 설명하기 위해 몇 가지 용어를 정의해야합니다. 당신은 저항이 무엇인지 아십니까? 저항은 와트로 측정되는 전력의 연소를 초래하는 전류 흐름에 대한 반대입니다. 전류가 AC 또는 DC인지 여부는 중요하지 않습니다. 완벽한 저항으로 소비되는 전력의 양은 동일합니다.

저항은 전류 흐름에 대한 "임피던스"의 한 종류입니다. "유도 리액턴스"와 "용량 리액턴스"의 2 가지가 있습니다. 둘 다 저항과 같이 옴 단위로 측정되지만 둘다는 주파수에 따라 달라지고 실제로는 저항처럼 전력을 소비하지 않는다는 점에서 다릅니다. 따라서 모두 저항성, 유도 성 및 용량 성의 3 가지 임피던스가 있습니다.

옴 단위 인덕터의 차단 또는 임피던스의 양은 다음과 같이 결정할 수 있습니다.

2pi가 약 6.28 인 경우 f는 신호의 주파수 (AC)이며, L은 헨리 단위로 측정 된 인덕턴스이며, "X sub L"은 옴 단위의 유도 성 리액턴스입니다.

유도 리액턴스는 인덕턴스로 인한 구성 요소의 임피던스입니다. 저항은 일종의 저항이지만 실제로 저항처럼 와트 단위의 전력을 소비하지는 않으며 주파수에 대한 "f"를 공급해야하므로 해당 인덕터의 주파수에 따라 값이 달라집니다.

주파수가 올라감에 따라 임피던스 (AC 저항)도 옴으로 표시됩니다. 주파수가 0이면 임피던스도 0을 의미하므로 주파수는 DC를 의미하므로 인덕터는 DC 전류 흐름에 거의 저항이 없습니다. 주파수가 올라 갈수록 임피던스도 높아집니다.

커패시터는 반대입니다-용량 성 리액턴스 공식은 다음과 같습니다.

여기서, C는 패럿에서의 캡의 커패시턴스이고, "2pi"및 "f"는 상기와 동일하고, "X- 서브 -C"는 용량 성 리액턴스 (ohms)이다. 여기서 리액턴스는 주파수와 커패시턴스를 "하나로 나눈 것"입니다. 이는 주파수와 커패시턴스에 따라 내려 오는 임피던스 값을 나타냅니다. 따라서 주파수가 높으면 임피던스가 낮아지고 주파수가 0에 가까워지면 (DC), 임피던스는 거의 무한대가됩니다. 즉, 커패시터는 DC를 차단하지만 AC는 통과하고 더 높은 주파수는 AC 신호는 임피던스가 적습니다.

최단 답변 질적 접근 방식을 사용하겠습니다.

실제로 DC 레일을 가로 지르는 커패시터는 공급 레일에 도달 할 수있는 AC 신호를 단락시키기 위해 존재하므로 DC 회로 의 AC 양 이 줄어 듭니다.

캡의 정격 전압은 캡이 볼 수있는 최대 전압 (DC 및 AC의 합 !)입니다. 이 전압을 초과하면 캡이 고장납니다.