Divisor de voltaje capacitivo | Distribución de voltaje en condensadores

Divisor de voltaje capacitivo | Distribución de voltaje en condensadores

 

Introducción

En un circuito divisor de voltaje, la tensión de suministro o la tensión del circuito se distribuye por igual entre todos los componentes del circuito, según la capacidad de esos componentes.

La construcción de la tensión capacitiva el circuito divisor es igual que el circuito divisor de voltaje resistivo. Pero al igual que las resistencias, el circuito divisor de voltaje capacitivo no se ve afectado por los cambios en la frecuencia aunque use elementos reactivos.

El condensador es un componente pasivo que almacena energía eléctrica en las placas de metal. Un condensador tiene dos placas y estas dos están separadas por material no conductor o aislante, como el llamado “dieléctrico”.

Aquí la carga positiva se almacena en una placa y la carga negativa se almacena en otra placa.

Cuando se aplica corriente CC al condensador, se carga por completo. El material dieléctrico entre las placas actúa como aislante y también se opone al flujo de corriente a través del condensador.

Esta oposición a la corriente de suministro a través del condensador se llama reactancia (XC) de un condensador. La reactancia del condensador también se mide en ohmios.

Un condensador totalmente cargado actúa como una fuente de energía, porque un condensador almacena energía y la descarga a los componentes del circuito.

Si una corriente alterna se aplica al condensador, entonces el condensador se carga y descarga continuamente la corriente a través de sus placas. En este momento, el condensador también tiene una reactancia que varía según la frecuencia de suministro.

Sabemos que la carga que se almacena en el El condensador depende de la tensión de alimentación y de la capacidad de un condensador.

De la misma manera, la reactancia también depende de algunos parámetros, ahora vemos los parámetros que influyen en la reactancia de un condensador.

Si un condensador tiene un valor de capacitancia menor, entonces el tiempo requerido para cargar un condensador es menor, es decir, se requiere una constante de tiempo RC menor. De la misma manera, la constante de tiempo de RC es alta para un mayor valor de capacitancia de los condensadores.

De esto se observó que el capacitor de capacitancia más grande tiene menos reactancia valor cuando el valor del capacitor menor capacidad tiene un valor de mayor reactancia. es decir, la reactancia de un condensador es inversamente proporcional al valor de capacitancia del condensador.

XCα 1/C

Si la frecuencia de la corriente aplicada es baja, entonces el tiempo de carga del condensador aumenta, indica que el valor de la reactancia es alto. De la misma manera, si la frecuencia de la corriente aplicada es alta, entonces la reactancia del condensador es baja.

De esto podemos observar que la reactancia de un condensador es inversamente proporcional a la frecuencia.

Finalmente, podemos decir que la reactancia (XC) de cualquier condensador es inversamente proporcional a la frecuencia (f) y el valor de capacitancia (C).

XCα 1/f

Fórmula de Reactancia Capacitiva

Ya sabemos que la reactancia capacitiva es inversamente proporcional a la frecuencia y el valor de capacitancia de el condensador. Por lo tanto, la fórmula para la reactancia es

XC = 1/2πfC

Aquí,

XC = Reactancia de un condensador en ohmios (Ω)

f = frecuencia en hercios (HZ)

C = capacitancia de un condensador en Farads (F)

π = Constante numérica (22/7 = 3.142)

Voltaje Distribución en condensadores de la serie

Si los condensadores están conectados en serie, se calcula la distribución de tensión entre los condensadores. Debido a que los condensadores tienen diferentes valores de voltaje dependiendo de los valores de capacitancia en la conexión en serie.

La reactancia de un condensador que se opone al flujo de corriente, depende sobre el valor de la capacitancia y la frecuencia de la corriente aplicada.

Así que ahora veamos cómo la reactancia afecta a los condensadores, calculando los valores de frecuencia y capacitancia. El circuito inferior muestra el circuito divisor de voltaje capacitivo en el que 2 condensadores están conectados en serie.

[Read: Capacitors in Series ]

Divisor de voltaje capacitivo

 Figura: circuito divisor de voltaje capacitivo

Los dos condensadores que están conectados en serie tienen los valores de capacitancia de 10uF y 22uF respectivamente. Aquí la tensión del circuito es 10V, esta tensión se distribuye entre ambos condensadores.

En la conexión en serie, todos los condensadores tienen la misma carga (Q) pero la tensión de alimentación (VS) no es igual para todos los condensadores.

Los condensadores comparten la tensión del circuito en función de los valores de capacitancia de los condensadores. en la relación de V = Q/C.

De estos valores tenemos que calcular la reactancia (XC) de cada condensador utilizando los valores de frecuencia y capacitancia de los condensadores.

Voltaje capacitivo Divider Example No1

Ahora calcularemos la distribución de tensión a los condensadores 10uF y 22uF que se muestran en la figura anterior que tienen una tensión de alimentación de 10V con una frecuencia de 40HZ.

Reactancia del condensador de 10uF,

XC1 = 1/2πfC1 = 1/(2 * 3.142 * 40 * 10 * 10-6) = 400Ω

Reactancia del condensador de 22uF,

XC \ 2 = 1/2πfC2 = 1/(2 * 3.142 * 40 * 22 * ​​10-6) = 180Ω

La reactancia capacitiva total de un circuito es,

XC = XC1 + XC2 = 400Ω + 180Ω = 580Ω

CT = C1C2/(C1 + C2) = (10 * 22 * ​​10-12)/(32 * 10-6) = 6.88uF

XCT = 1/2πfCT = 1/(2 * 3. 142 * 40 * 6.88 * 10-6) = 580Ω

La corriente en el circuito es,

I = V/XC = 10V/580Ω = 17,2.2A

Ahora, la caída de tensión en cada condensador es,

VC1 = I * XC1 = 17.2mA * 400Ω = 6.9 V

VC2 = I * XC2 = 17.2mA * 180Ω = 3.1V

Divisor de voltaje capacitivo Ejemplo No2

Ahora calculamos las caídas de tensión en los condensadores 10uF y 22uF que están conectados en serie y operan con un voltaje de suministro de 10V de 4000HZ (4KHZ) de frecuencia.

Reactancia de Condensador de 10uF,

XC1 = 1/2πfC1 = 1/(2 * 3.142 * 4000 * 10 * 10-6) = 4Ω

Reactancia del condensador de 22uF,

XC \ 2 = 1/2πfC2 = 1/(2 * 3.142 * 4000 * 22 * 10-6) = 1.8Ω

La reactancia capacitiva total de un circuito es,

XC = XC1 + XC2 = 4Ω + 1. 8Ω = 5.8Ω

CT = C1C2/(C1 + C2) = (10 * 22 * ​​10-12)/(32 * 10-6) = 6.88 uF

XCT = 1/2πfCT = 1/(2 * 3.142 * 4000 * 6.88 * 10-6) = 5.8Ω

La corriente en el circuito es,

I = V/XCT = 10V/5.8Ω = 1.72A

Ahora, la caída de tensión en cada condensador es,

VC1 = I * XC1 = 1.72A * 4Ω = 6.9V

VC2 = I * XC2 = 1.72A * 1.8Ω = 3.1V

De los dos ejemplos anteriores podemos concluir que el condensador de menor valor (10uF) se cargará a una tensión más alta (6.9V), y el capacitor de mayor valor (22uF) ) se cargará a un nivel de voltaje más bajo (3.1V).

Finalmente, la suma de dos valores de caída de tensión del condensador es igual a la tensión de alimentación (es decir, 6.9V + 3.1V = 10V). son iguales para todos los valores de frecuencia, porque la caída de voltaje es independiente de la frecuencia.

Las caídas de tensión para los dos condensadores son las mismas en los ejemplos donde la frecuencia es diferente. La frecuencia es 40 Hz o 40 kHz. las caídas de tensión a través de los condensadores son las mismas en ambos casos.

La corriente que fluye a través del circuito cambia dependiendo de la frecuencia La corriente aumentará al aumentar la frecuencia, es 17.2mA para la frecuencia de 40HZ pero es 1.72A para la frecuencia 4KHZ, es decir, la corriente aumentará casi 100 veces al aumentar la frecuencia de 4HZ a 4KHZ.

Finalmente podemos decir que la corriente que fluye a través del circuito es directamente proporcional a la frecuencia (I α f).

Resumen

  • La oposición al flujo de corriente en el condensador se conoce como reactancia (XC) de un condensador. Esta reactancia capacitiva está influenciada por parámetros como el valor de capacitancia, la frecuencia de la tensión de alimentación y también estos valores son inversamente proporcionales a la reactancia.
  • El circuito divisor de tensión de CA distribuirá la tensión de alimentación a todos los condensadores en función de su valor de capacitancia.
  • Estas caídas de tensión para los condensadores son las mismas para cualquier frecuencia de tensión de alimentación. es decir, las caídas de tensión a través de los condensadores son independientes de la frecuencia.
  • Pero el flujo de corriente depende de la frecuencia y estos dos son directamente proporcionales entre sí.
  • Pero en los circuitos divisores de tensión de CC, no es una tarea fácil calcular las caídas de tensión a través de los condensadores ya que depende del valor de la reactancia, porque los condensadores bloquean la corriente de CC a través de él después de que está completamente cargado.
  • Los circuitos divisores de voltaje capacitivos se usan en grandes aplicaciones electrónicas. Utilizadas principalmente en pantallas sensibles capacitivas, cambian su voltaje de salida cuando son tocadas por un dedo.
  • Y también se usan en transformadores para aumentar la caída de tensión donde generalmente el transformador de red contiene chips de baja caída de voltaje y componentes.
  • Finalmente, una cosa que decir es que en el circuito divisor de voltaje, las caídas de tensión a través de los condensadores son las mismas para todos los valores de frecuencia.

 

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