ความจุไฟฟ้า

เมื่อประจุถูกสื่อสารกับตัวนำ ศักย์ไฟฟ้า φ จะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวของมัน แต่ถ้าประจุเดียวกันถูกสื่อสารกับตัวนำอื่น ศักย์ก็จะต่างกัน ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของตัวนำ แต่ไม่ว่าในกรณีใด ค่าศักย์ไฟฟ้า φ จะเป็นสัดส่วนกับประจุ q.

หน่วย SI สำหรับความจุคือฟารัด 1F = 1C/1V.

ถ้าศักยภาพของพื้นผิวของลูก

(5.4.3)

(5.4.4)

ในทางปฏิบัติมักใช้หน่วยความจุขนาดเล็ก: 1 nF (nanofarad) \u003d 10 -9 F และ 1pkF (picofarad) \u003d 10 -12 F.

มีความจำเป็นสำหรับอุปกรณ์ที่สะสมประจุและตัวนำเดี่ยวมีความจุต่ำ มีประสบการณ์พบว่าความจุไฟฟ้าของตัวนำเพิ่มขึ้นหากนำตัวนำอื่นเข้ามา - เนื่องจาก ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต.

ตัวเก็บประจุ เป็นตัวนำไฟฟ้าสองตัวเรียกว่า เผชิญหน้าอยู่ใกล้กัน .

การออกแบบดังกล่าวทำให้ตัวเครื่องภายนอกรอบๆ ตัวเก็บประจุไม่ส่งผลต่อความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ สิ่งนี้จะทำได้หากสนามไฟฟ้าสถิตกระจุกตัวอยู่ภายในตัวเก็บประจุระหว่างแผ่นเปลือกโลก

ตัวเก็บประจุมีลักษณะแบน ทรงกระบอก และทรงกลม

เนื่องจากสนามไฟฟ้าสถิตอยู่ภายในตัวเก็บประจุ เส้นการกระจัดไฟฟ้าจึงเริ่มต้นที่แผ่นขั้วบวก สิ้นสุดที่ขั้วลบ และไม่หายไปไหน ดังนั้นประจุบนจาน ตรงข้ามในเครื่องหมาย แต่มีขนาดเท่ากัน

ความจุของตัวเก็บประจุเท่ากับอัตราส่วนของประจุต่อความต่างศักย์ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ:

(5.4.5)

นอกจากความจุแล้ว ตัวเก็บประจุแต่ละตัวยังมีลักษณะเฉพาะด้วย ยูทาส (หรือ ยูฯลฯ . ) - แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตซึ่งสูงกว่าการพังทลายระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ

การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ

แบตเตอรี่คาปาซิทีฟ– การรวมกันของตัวเก็บประจุแบบขนานและแบบอนุกรม

1) การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน (รูปที่ 5.9):

ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าทั่วไปคือ ยู:

ค่าใช้จ่ายทั้งหมด:

ความจุผลลัพธ์:

เปรียบเทียบกับการเชื่อมต่อแบบขนานของความต้านทาน R:

ดังนั้นที่ การเชื่อมต่อแบบขนานตัวเก็บประจุ ความจุรวม

ความจุรวมมากกว่า ความจุขนาดใหญ่รวมอยู่ในแบตเตอรี่

2) การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเก็บประจุ (รูปที่ 5.10):

สามัญคือค่าใช้จ่าย ถาม

หรือ , เพราะฉะนั้น

เปรียบเทียบกับการเชื่อมต่อแบบอนุกรม R:

ดังนั้นที่ การเชื่อมต่อแบบอนุกรมตัวเก็บประจุ ความจุรวมจะน้อยกว่าความจุที่เล็กที่สุดที่รวมอยู่ในแบตเตอรี่:

การคำนวณความจุของตัวเก็บประจุต่างๆ

1.ความจุ ตัวเก็บประจุแบบแบน

ความแรงของสนามภายในตัวเก็บประจุ (รูปที่ 5.11):

ความตึงเครียดระหว่างแผ่น:

ระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกอยู่ที่ไหน

ตั้งแต่ค่าใช้จ่าย

.

(5.4.7)

ดังจะเห็นได้จากสูตร ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสารมีผลอย่างมากต่อความจุของตัวเก็บประจุ นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้จากการทดลอง: เราชาร์จอิเล็กโทรสโคป นำแผ่นโลหะมาใส่ - เราได้ตัวเก็บประจุ (เนื่องจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต ศักยภาพที่เพิ่มขึ้น) หากมีการใช้อิเล็กทริกระหว่างเพลตที่มี ε มากกว่าอากาศ ความจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น

จาก (5.4.6) คุณจะได้หน่วยวัด ε 0:

.

2. ความจุของตัวเก็บประจุทรงกระบอก

ความต่างศักย์ระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุทรงกระบอกที่แสดงในรูปที่ 5.12 สามารถคำนวณได้โดยสูตร:

อุปกรณ์จ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลงที่มีตัวเก็บประจุแบบดับจะสะดวกในความเรียบง่าย มีขนาดและน้ำหนักที่เล็ก แต่ไม่สามารถใช้งานได้เสมอไปเนื่องจากการต่อพ่วงแบบกัลวานิกของวงจรเอาท์พุตกับเครือข่าย 220 V

ในแหล่งจ่ายไฟแบบไม่มีหม้อแปลงไฟฟ้าไปยังเครือข่าย แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับตัวเก็บประจุและโหลดต่อแบบอนุกรม ตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้วรวมอยู่ในห่วงโซ่ กระแสสลับมีลักษณะเหมือนความต้านทานแต่ไม่กระจายพลังงานที่ดูดซับไปเป็นความร้อนต่างจากตัวต้านทาน

ในการคำนวณความจุของตัวเก็บประจุแบบดับจะใช้สูตรต่อไปนี้:

C - ความจุ คอนเดนเซอร์บัลลาสต์(ฉ); Ieff - กระแสโหลดที่มีประสิทธิภาพ f คือความถี่ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า Uc (Hz); เรา - แรงดันไฟฟ้าขาเข้า (V); Un - แรงดันโหลด (V)

เพื่อความสะดวกในการคำนวณ คุณสามารถใช้เครื่องคิดเลขออนไลน์

ออกแบบ แหล่งที่ไม่มีหม้อแปลงไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนโดยพวกเขา ควรแยกความเป็นไปได้ของการสัมผัสตัวนำใด ๆ ระหว่างการทำงาน ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการแยกการควบคุม

• บทความที่คล้ายกัน

ความจำเป็นในการเชื่อมต่อ LED กับเครือข่ายเป็นสถานการณ์ทั่วไป นี่คือตัวบ่งชี้สำหรับการเปิดอุปกรณ์และสวิตช์ย้อนแสงและแม้แต่หลอดไดโอด

มีหลายรูปแบบสำหรับการเชื่อมต่อไฟ LED แสดงสถานะพลังงานต่ำผ่านตัวจำกัดกระแสตัวต้านทาน แต่รูปแบบการเชื่อมต่อดังกล่าวมีข้อเสียบางประการ หากคุณต้องการเชื่อมต่อไดโอดที่มีกระแสไฟพิกัด 100-150mA คุณจะต้องมีตัวต้านทานที่ทรงพลังมาก ซึ่งขนาดจะใหญ่กว่าไดโอดเองมาก

นี่คือลักษณะของไดอะแกรมการเชื่อมต่อเดสก์ท็อป แสงสว่าง หลอดไดโอด. และตัวต้านทาน 10 วัตต์ทรงพลังที่อุณหภูมิห้องต่ำสามารถใช้เป็นแหล่งความร้อนเพิ่มเติมได้

การใช้คอนเดอร์คูลเลอร์เป็นตัวจำกัดกระแสสามารถลดขนาดของวงจรดังกล่าวได้อย่างมาก ดูเหมือนแหล่งจ่ายไฟสำหรับหลอดไดโอดที่มีกำลังไฟ 10-15 วัตต์

หลักการทำงานของวงจรบนตัวเก็บประจุแบบบัลลาสต์

ในวงจรนี้ ตัวเก็บประจุเป็นตัวกรองกระแสไฟ แรงดันไฟฟ้าจะจ่ายให้กับโหลดเท่านั้นจนกว่าตัวเก็บประจุจะชาร์จจนเต็มซึ่งเวลาขึ้นอยู่กับความจุ ในกรณีนี้จะไม่เกิดความร้อนขึ้น ซึ่งจะช่วยขจัดข้อจำกัดเกี่ยวกับกำลังไฟฟ้าของโหลด

เพื่อให้เข้าใจว่าวงจรนี้ทำงานอย่างไรและหลักการเลือกองค์ประกอบบัลลาสต์สำหรับ LED ผมขอเตือนคุณว่าแรงดันไฟฟ้าคือความเร็วของอิเล็กตรอนตามตัวนำ ความแรงของกระแสคือความหนาแน่นของอิเล็กตรอน

สำหรับไดโอด จะไม่สนใจความเร็วที่อิเล็กตรอนจะ "บิน" ผ่านมันเลย การคำนวณตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับข้อจำกัดกระแสในวงจร เราสามารถใช้ได้อย่างน้อย 10 กิโลโวลต์ แต่ถ้าความแรงในปัจจุบันเป็นไมโครแอมแปร์หลายตัว จำนวนอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านคริสตัลที่เปล่งแสงก็เพียงพอที่จะกระตุ้นเพียงส่วนเล็กๆ ของตัวปล่อยแสง และเราจะไม่เห็นการเรืองแสง

ในเวลาเดียวกัน ที่แรงดันไฟฟ้าหลายโวลต์และความแรงกระแสหลายสิบแอมแปร์ ความหนาแน่นของฟลักซ์อิเล็กตรอนจะเกินปริมาณงานของเมทริกซ์ไดโอดอย่างมาก แปลงส่วนเกินเป็นพลังงานความร้อน และองค์ประกอบ LED ของเราก็จะระเหยใน เมฆควัน

การคำนวณตัวเก็บประจุดับสำหรับ LED

มาวิเคราะห์การคำนวณโดยละเอียดกัน ด้านล่างคุณจะพบกับรูปแบบของเครื่องคิดเลขออนไลน์

การคำนวณความจุตัวเก็บประจุสำหรับ LED:

C (μF) \u003d 3200 * Isd) / √ (Uin² - Uout²)

ด้วย uF- ความจุของคอนเดนเซอร์ ควรได้รับการจัดอันดับสำหรับ 400-500V;
Isd – จัดอันดับปัจจุบันไดโอด (ดูในข้อมูลหนังสือเดินทาง);
อูอิน- แรงดันแอมพลิจูดของเครือข่าย - 320V;
Uout– แรงดันไฟ LED ระบุ

คุณยังสามารถหาสูตรนี้:

C \u003d (4.45 * I) / (U - Ud)

ใช้สำหรับ โหลดพลังงานต่ำสูงถึง 100 mA และสูงถึง 5V

การคำนวณตัวเก็บประจุสำหรับ LED (เครื่องคิดเลขออนไลน์):

ป้อนข้อมูล:

กระแสไฟที่ใช้โดยโหลด (A);
แรงดันไฟฟ้าขาเข้า Uin (V);
แรงดันไฟขาออก Uout (V);

ความจุของตัวเก็บประจุ (uF)

เพื่อความชัดเจน เราจะคำนวณรูปแบบการเชื่อมต่อหลายแบบ

ในการคำนวณความจุของท่อส่งเราต้องการ:

• กระแสไฟไดโอดสูงสุดคือ 0.15A;
• แรงดันไฟฟ้าของไดโอด - 3.5V;
• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของเครือข่าย - 320V

สำหรับเงื่อนไขดังกล่าว พารามิเตอร์ของท่อร้อยสายคือ: 1.5 μF, 400V

เมื่อคำนวณตัวเก็บประจุสำหรับหลอดไฟ LED ต้องคำนึงว่าไดโอดในนั้นเชื่อมต่อกันเป็นกลุ่ม

• แรงดันไฟสำหรับสายอนุกรม - Usd * จำนวน LED ในวงจร;
• ความแรงปัจจุบัน - Iсd * จำนวนโซ่คู่ขนาน

ตัวอย่างเช่น ลองใช้แบบจำลองที่มีไดโอดสี่ชุดขนานกันหกเส้น

แรงดันไฟ - 4 * 3.5V = 14V;
กระแสไฟ - 0.15A * 6 \u003d 0.9A;

สำหรับวงจรนี้ พารามิเตอร์ของตัวเก็บประจุคือ: 9 microfarads, 400V

วงจรจ่ายไฟ LED อย่างง่ายพร้อมตัวเก็บประจุ

มาวิเคราะห์อุปกรณ์ที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟหม้อแปลงสำหรับ LED โดยใช้ตัวอย่างของไดรเวอร์ลามะ LED จากโรงงาน

• R1- ตัวต้านทาน 1A ซึ่งช่วยลดความสำคัญของแรงดันไฟฟ้าตกในเครือข่าย
• R2,C2- Conde-r ทำหน้าที่เป็นตัว จำกัด กระแสและตัวต้านทานสำหรับการคายประจุหลังจากตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่าย
• C3- คอนเดนเซอร์ปรับให้เรียบเพื่อลดการเต้นของแสง
• R3- ทำหน้าที่จำกัดแรงดันไฟตกหลังการแปลง แต่แนะนำให้ติดตั้งซีเนอร์ไดโอดมากกว่า

ตัวเก็บประจุชนิดใดที่ใช้กับบัลลาสต์ได้?

องค์ประกอบเซรามิกที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 400-500V ใช้เป็นตัวเก็บประจุดับสำหรับ LED การใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า (ขั้ว) เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

ข้อควรระวัง

วงจรไร้หม้อแปลงไฟฟ้าไม่มีการแยกด้วยไฟฟ้า ความแรงของกระแสของวงจรที่มีความต้านทานเพิ่มเติม เช่น การสัมผัสด้วยมือเปล่าในวงจร อาจเพิ่มขึ้นอย่างมาก ทำให้เกิดการบาดเจ็บทางไฟฟ้า