Kondensator nie „zwarła się”, został naładowany do stałego napięcia, gromadząc energię jako ładunek elektryczny, a jeśli coś zewnętrznego próbuje zmienić napięcie na kondensatorze, oznacza to, że potrzeba mniej więcej ładunkuzmienić napięcie kondensatora w górę lub w dół, a ruchome ładunki oznaczają przepływ prądu.

Krótko mówiąc, kondensator chce utrzymać nad nim stałe napięcie i jest odporny na wszelkie zmiany napięcia, zwalczając je prądem.Zatem skoki napięcia są tłumione, ponieważ kondensator wykorzystuje energię ostrza do zmiany ładunku, a im większa jest pojemność, tym mniej skok może zmienić napięcie kondensatora.

Podstawową naturą kondensatora jest to, że ładunek zmagazynowany = pojemność x napięcie: - $$ Q = CV $$

Wiemy również, że prąd jest szybkością zmiany ładunku w czasie, dlatego jeśli wzór jest zróżnicowany w odniesieniu do czasu, otrzymujemy: -

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

Wpływ tego wzoru jest taki, że jeśli prąd zostanie wprowadzony, napięcie na zaciskach kondensatora będzie rosło lub spadało w zależności od tego, czy prąd jest dodatni czy ujemny.

Gdyby ten prąd został przyłożony do rezystora, nastąpiłaby skokowa zmiana napięcia, ale w przypadku kondensatora następuje wzrost lub spadek, a nie nagła utrata napięcia na zaciskach.

Patrząc na to pod innym kątem, jeśli do kondensatora zostanie przyłożona rampa napięciowa, do iz kondensatora będzie płynął stały prąd.

Żaden z tych scenariuszy nie zakłada, że ​​kondensator zamienia się w zwarcie w innym celu niż próba przeciwdziałania zmianom jego napięcia na zaciskach; nie może nastąpić nagły spadek do zera woltów, ponieważ oznaczałoby to nieskończony skok prądu w kondensatorze.

Wyobraź sobie kondensator jak koło zamachowe obracające się ze stałą prędkością; każda czynność, która próbuje przyspieszyć lub spowolnić koło zamachowe, wymaga dużego momentu obrotowego i skutkuje jedynie zwiększeniem lub zmniejszeniem prędkości, a nie nagłą zmianą prędkości do zera.

Kondensator nie powoduje rzeczywistego zwarcia.

Kiedy mówimy, że kondensator jest zwarciem przy wysokich częstotliwościach, mówimy o impedancji kondensatora, gdy jest do niego przyłożone napięcie sinusoidalne. Impedancja to napięcie podzielone przez prąd (podobnie do rezystancji).

$$ Z_C = \ frac {V} I = \ frac {1} {2 \ pi jfC} $$

Jest to liczba urojona, co oznacza, że ​​prąd i napięcie są poza fazą. Poza tym impedancja jest bardzo podobna do oporu.

Załóżmy, że masz kondensator 1uF i falę sinusoidalną 1V (rms), 10kHz. Matematyka mówi, że impedancja wynosi 15,9 urojonych omów. Dlatego prąd wynosi \ $ \ frac {1V} {15.9 \ Omega} = 0,063A \ $ . Teraz oblicz prąd przy 100 kHz. Bieżąca to \ $ 0.63A \ $ . Teraz spróbuj 10 MHz. Bieżący to \ $ 63A \ $ . Wiele aktualnych!

Prawdziwe zwarcie pozwoliłoby oczywiście na przepływ nieskończoności wzmacniaczy. Wraz ze zwiększaniem częstotliwości impedancja zbliża się do 0, a prąd zbliża się do nieskończoności. To właśnie oznacza „kondensatory są jak zwarcia przy wysokich częstotliwościach”. Sygnał napięciowy o wysokiej częstotliwości spowoduje przepływ dużego prądu. (Lub, równoważnie, sygnał prądu o wysokiej częstotliwości wytworzy tylko małe napięcie)

Więc co się stanie, jeśli masz sygnał składający się z kilku częstotliwości? Kondensatory nazywane są elementami liniowymi , co oznacza, że ​​możemy analizować każdą częstotliwość niezależnie. Jeśli masz napięcie DC (0 Hz) i napięcie szumu o wysokiej częstotliwości, sygnał DC nie wytworzy żadnego prądu przez kondensator (impedancja jest nieskończona), ale napięcie szumów wysokiej częstotliwości spowoduje duży szum o wysokiej częstotliwości prąd płynący przez kondensator, który eliminuje zakłócenia napięcia.

co dzieje się z ładunkiem już zgromadzonym na kondensatorze, jeśli do systemu zostanie wprowadzony przypadkowy skok szumu ze źródła zasilania lub ze źródła zewnętrznego poprzez sprzężenie pojemnościowe?

Łatwiej jest to zrozumieć, modelując zaszumiony zasilacz jako źródło napięcia szumów DC + AC o impedancji wyjściowej „Z”:

To tworzy prosty dzielnik napięcia między impedancją Z zasilacza a impedancją kondensatora \ $ Z_c = \ frac {1} {2 j \ pi f C} \ $ span>.

Jeśli C jest rzeczywistym kondensatorem, będzie miał również trochę rezystancji szeregowej (ESR) i indukcyjności szeregowej (ESL).

Jeśli modelujemy źródło szumu z odrobiną impedancji szeregowej, powiedzmy, że indukcyjność i rezystancja drutu, a nasadka ma ESR i ESL, to znowu jest to prosty dzielnik napięcia i można go obliczyć za pomocą zwykłych równań dzielnika napięcia (przy użyciu złożonych impedancji). Górny wykres to stosunek Vout / Vin, a dolny to impedancja kondensatora (czerwony) i źródła szumu (zielony):

Idealny kondensator ma nieskończoną impedancję przy DC i zerową impedancję przy nieskończenie wysokiej częstotliwości, więc można powiedzieć, że „blokuje DC i zwiera AC”. Ale w prawdziwym życiu jego impedancja nigdy nie będzie wynosić zero przy „AC”, ponieważ częstotliwość nie jest nieskończona. Będzie to \ $ Z_c = \ frac {1} {2 j \ pi f C} \ $ plus jego ESR plus \ $ 2 j \ pi L f \ $ impedancja dla jego indukcyjności, co powoduje wzrost całkowitej impedancji przy wysokiej częstotliwości.

co się dzieje z ładunkiem już zgromadzonym na kondensatorze?

Możesz obliczyć tętnienie napięcia na nasadce za pomocą wzoru na dzielnik napięcia, a wiedząc q = Cv, wiesz, co dzieje się z ładunkiem. Porusza się zgodnie z prądem płynącym w czapce.

Kondensator działa tak krótko dla szumu, a nie dla sygnału, utrzymując w ten sposób całkowitą wartość sygnału przy stałym napięciu, co jest celem zasilacza.
Jeśli występuje sygnał szumu lub zakłóceń podłączony do zasilania o częstotliwości \ $ \ omega \ $ , wówczas całkowite napięcie zasilania wynosi: $$ v_ {in} (t) = V_O + A_nsin (\ omega t) $$ Tutaj \ $ A_n \ $ to amplituda napięcia zakłócającego.
Po przejściu przez kondensator (zakładając dostatecznie duży kondensator) staje się: $$ v_ {out} (t) \ około V_O + \ frac {A_ {n}} {\ omega CR_ {in}} sin (\ omega t) \ około V_O + 0$$ dla dużego kondensatora odsprzęgającego, gdzie 0 oznacza zwarcie przy wysokich częstotliwościach.
Mam nadzieję, że wszystko jest jasne.

Kondensatory i cewki używane do odsprzęgania nazywane są filtrami nie bez powodu.

Porównaj filtr do kawy: jeśli nie zastosujesz zbyt dużego ciśnienia (tak by się stało w przypadku kondensatora, jeśli znacznie przekroczysz jego napięcie znamionowe!) lub nie pozwolisz, aby filtr zgnił i pękł (niektóre kondensatory się starzeją!), zwiera wodę i rozpuszczoną kawę (AC, Actual Coffee) do dzbanka bez wpływu na to, ile fusów kawy (DC) przechodzi.

Przy okazji, kondensatory odsprzęgające nie tylko zwierają szumy o wysokiej częstotliwości - ZASILAJĄ je, gdy wymaga tego dynamiczne zapotrzebowanie obciążenia. Nagłe zapotrzebowanie na prąd jest pobierane z kondensatora odsprzęgającego zamiast z zasilacza (ponieważ dłuższe przewody zasilające działają jak cewka indukcyjna), przez co przepływ prądu RF jest raczej lokalny (jest to kluczowe, aby nie mieszać się z innymi obwodami, a nie bałagan z samym obciążeniem (!!) i nie jest emitowany jako szum!) do obwodu utworzonego przez odłączenie kondensatora i obciążenia. „Bałagan z samym obciążeniem” ma miejsce, gdy indukcyjność przewodów zasilających powoduje spadek napięcia przy nagłym zapotrzebowaniu na prąd.