Warum Kondensatoren verwenden?

Wenn Sie nur digitale Schaltkreise bauen wollten und Ihre Spannungsquellen wirklich eine konstante Spannung hielten, egal wie viel Strom von ihnen gezogen wurde, und nichts elektrisches Rauschen erzeugte, bräuchten Sie keine Kondensatoren.

Aber Spannungsquellen sacken ab, wenn Sie Strom von ihnen ziehen. Motorbürsten (und viele andere Komponenten) erzeugen schreckliche Spannungsspitzen, die Sie aus Ihren digitalen Schaltkreisen herausfiltern möchten. Einige Leute beschäftigen sich auch mit analogen Schaltungen, bei denen Spannungs- und Stromsignale kontinuierlich über einen weiten Bereich variieren. Für diese Art von zeitvariabler Schaltung werden Kondensatoren benötigt.

Digitale Schaltungen können besonders schlecht sein, aber im Allgemeinen versuchen Sie, die Stromschiene zu einer Gleichstromquelle zu machen. Die meisten Schaltungen, wenn sie plötzlich Strom von der Stromschiene ziehen, wären nicht allzu glücklich, wenn die Stromschiene mit einem Eintauchen reagieren würde.

Wenn Sie auf eine höhere Geschwindigkeit gehen, verursacht die Induktivität ein größeres Problem als der Widerstand. Der Kondensator fungiert als eine sehr enge Stromquelle. Sie ziehen Ihre Hochgeschwindigkeitsleistung aus dem Kondensator und die Stromquelle lädt den Kondensator langsam auf.

Wenn es richtig gemacht wird, funktioniert alles nach Spezifikation. Wenn Sie ein kommerzielles Produkt herstellen und es unsachgemäß ausgeführt wird, erhalten Sie ein Produkt mit sehr seltsamen Fehlern, die normalerweise an eine hohe Last gebunden sind, da die Spannung wirklich abfällt (Absacken = unter das sinkt, was sie sein muss). Im schlimmsten Fall durchqueren Hochgeschwindigkeitssignale Ihre Stromleitungen und die FCC genehmigt Ihr Produkt nicht, da es Hochfrequenzenergie abstrahlt.

Kondensatoren werden auch häufig in Oszillator- , Filter- und Zeitschaltkreisen verwendet, da ihre Lade- und Entladerate genau berechnet werden kann.

In einer RC -Schaltung ist der Wert der Zeitkonstante (in Sekunden) gleich dem Produkt aus dem Schaltungswiderstand (in Ohm) und der Schaltungskapazität (in Farad), dh R × C. Es ist die Zeit, die zum Aufladen benötigt wird Kondensator durch den Widerstand auf 63,2 % der vollen Ladung; oder ihn auf 36,8 % seiner Anfangsspannung zu entladen. Diese seltsam aussehenden Prozentsätze werden von der mathematischen Konstante e (2,71828, der Basis für natürliche Logarithmen) abgeleitet, insbesondere 1 − 1/e bzw. 1/e.

Oszillator- und Zeitschaltkreise werden üblicherweise in digitalen Systemen verwendet, um Frequenzgeneratoren und Zeitsteuerung bereitzustellen. Oszillatoren und Filter sind typischerweise in analogen Schaltungen zu finden, dh Audio oder Hochfrequenz (RF).

Eine der beliebtesten Anwendungen von Kondensatoren in der industriellen Elektrotechnik ist die Leistungsfaktorkorrektur. Die Kondensatoren speichern Energie und geben sie bei jedem Zyklus an ein Wechselstromverteilungsnetz ab, um die Tatsache auszugleichen, dass hochinduktive Lasten wie Elektromotoren einen Strom ziehen, der der angelegten Spannung „nacheilt“. Dies führt zu einem schlechten Leistungsfaktor im elektrischen Verteilungsnetz, was normalerweise bedeutet, dass die Netzanlagen nicht bis zu ihrer Scheinleistung genutzt werden können.

Durch die Verwendung der Leistungsfaktorkorrektur, die für induktive Lasten bedeutet, dass Kondensatoren in das Versorgungsnetz geschaltet werden, kann der Leistungsfaktor nahe eins erhöht werden, wodurch Netzanlagen wie große Transformatoren nicht unnötig überdimensioniert werden müssen.

Außerdem bestrafen die meisten Stromversorgungsbehörden Benutzer mit sehr schlechtem Leistungsfaktor, da sie normalerweise die zusätzlichen Kosten für überdimensionierte und nicht ausgelastete Verteilungsanlagen tragen. Es gibt daher einen finanziellen Anreiz für große industrielle Anwender, Blindleistungskompensationsgeräte zu installieren.

Kondensatoren werden auch verwendet, um die Welligkeit herauszufiltern, wenn Wechselstrom in Gleichstrom gleichgerichtet wird (z. B. in der Eingangsstufe eines Antriebs mit variabler Drehzahl oder einer Wechselrichterschaltung).

Außerdem werden Kondensatoren verwendet, um DC-Stromversorgungen zu „verstärken“ (z. B. um eine 5-VDC-Stromversorgung in eine Ausgabe von 9 VDC umzuwandeln). Diese werden "Chopper"-Schaltungen genannt.

Warum kann nicht die ganze Schaltung kondensatorfrei gezogen werden?

Schaltungen werden gelegentlich ohne Kondensatoren gezeichnet, da sie implizit auf jedem Logik-Leistungs-Pin enthalten sein werden. Wenn Sie ein EDA-Tool verwenden, müssen sie sich natürlich irgendwo auf dem Schaltplan befinden (normalerweise körperlos in einer Ecke), aber es wird vorausgesetzt, dass an jedem Stift mindestens eine vorhanden ist (mehrere Kappen können einen größeren Frequenzbereich abdecken) und so weiter nah wie möglich.

Für Prototypen – insbesondere für Prototypen – sind Bypass-Kondensatoren sogar noch wichtiger. Es gibt oft viel mehr Induktivität in der Drahtkugel als normal. Selbst wenn Ihre Schaltfrequenz niedrig ist, kann der spektrale Inhalt von Kanten extrem hoch sein.

Hallo user1424 Sie scheinen viele Fragen zu vielen elektronischen Dingen zu stellen. Darf ich Ihnen empfehlen, ein gutes Buch wie "The Art of Electronics" von Horowitz und Hill zu finden und es gut durchzulesen.

Siehe diese Frage:
Was ist ein Entkopplungskondensator und woher weiß ich, ob ich einen brauche?

Entkopplungskondensatoren dienen mehreren Zwecken. Erstens sind sie ein Schutz gegen Schwankungen in der Stromversorgung. Wenn der Kondensator nicht da wäre, könnte ein Einbruch den gesamten Stromkreis zurücksetzen. Ebenso können einige stromhungrige Teile der Schaltung während des Betriebs ein- und ausgeschaltet werden. Auch das Einschalten erzeugt eine Senke; Viel Strom, der plötzlich an einer Stelle benötigt wird, bedeutet, dass er an anderer Stelle nicht mehr verfügbar ist. Der Kondensator ist ein Pufferspeicher, der dafür sorgt, dass in diesen Schaltmomenten genügend Strom für alle Komponenten vorhanden ist.

Ein gutes Beispiel sind kapazitive Touchscreens (z. B. Touchscreen im iPhone).

Kapazitive Touchscreens verwenden eine Schicht aus kapazitivem Material, um eine elektrische Ladung zu halten. Das Berühren der Oberfläche des Bildschirms führt zu einer Verzerrung des elektrostatischen Felds des Bildschirms, wodurch ein Spannungsabfall entsteht, der als Kapazitätsänderung messbar ist. Dieser genaue Ort des Spannungsabfalls wird von einem Controller erfasst und an den Prozessor übermittelt.