ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్లలో కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్లు సూత్రాలు మరియు పరిష్కార ఉదాహరణల ద్వారా ఎలా పనిచేస్తాయో ఈ పోస్ట్లో తెలుసుకుంటాము.
రచన: ధ్రుబజ్యోతి బిస్వాస్
వోల్టేజ్ డివైడర్ నెట్వర్క్ అంటే ఏమిటి
వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్ గురించి మాట్లాడుతూ, డివైడర్ సర్క్యూట్లో వోల్టేజ్ నెట్వర్క్తో అనుబంధించబడిన అన్ని భాగాలలో సమానంగా పంపిణీ చేయబడుతుందని గమనించాలి, అయినప్పటికీ భాగాల యొక్క రాజ్యాంగం ఆధారంగా సామర్థ్యం మారవచ్చు.
వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్ రియాక్టివ్ భాగాల నుండి లేదా స్థిర రెసిస్టర్ల నుండి కూడా నిర్మించబడుతుంది.
అయినప్పటికీ, కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్లతో పోల్చినప్పుడు, రెసిస్టివ్ డివైడర్లు సరఫరాలో ఫ్రీక్వెన్సీ మార్పుతో ప్రభావితం కావు.
ఈ కాగితం యొక్క ఉద్దేశ్యం కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ల యొక్క వివరణాత్మక అవగాహనను అందించడం. కానీ మరింత అంతర్దృష్టిని పొందడానికి, కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ మరియు వైవిధ్య పౌన .పున్యాల వద్ద కెపాసిటర్లపై దాని ప్రభావాన్ని వివరించడం చాలా అవసరం.
ఒక కెపాసిటర్ రెండు వాహక పలకలతో తయారు చేయబడింది, ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా ఉంచబడుతుంది, ఇవి అదనంగా ఒక అవాహకంతో వేరు చేయబడతాయి. ఈ రెండు ప్లేట్లలో ఒక పాజిటివ్ (+) మరియు మరొక నెగటివ్ (-) ఛార్జ్ ఉంటుంది.
DC కరెంట్ ద్వారా కెపాసిటర్ పూర్తిగా ఛార్జ్ అయినప్పుడు, విద్యుద్వాహకము [అవాహకం అని పిలుస్తారు] ప్లేట్ల మీదుగా ప్రస్తుత ప్రవాహాన్ని జామ్ చేస్తుంది.
ఒక రెసిస్టర్తో పోల్చితే కెపాసిటర్ యొక్క మరొక ముఖ్యమైన లక్షణం: ఒక కెపాసిటర్ ఛార్జ్ సమయంలో వాహక పలకలపై శక్తిని నిల్వ చేస్తుంది, ఇది రెసిస్టర్ చేయదు, ఎందుకంటే ఇది ఎల్లప్పుడూ అధిక శక్తిని వేడి వలె విడుదల చేస్తుంది.
కానీ కెపాసిటర్ ద్వారా నిల్వ చేయబడిన శక్తి దాని ఉత్సర్గ ప్రక్రియలో దానితో అనుసంధానించబడిన సర్క్యూట్లకు పంపబడుతుంది.
ఛార్జ్ను నిల్వ చేయడానికి కెపాసిటర్ యొక్క ఈ లక్షణాన్ని రియాక్టన్స్ అని పిలుస్తారు మరియు దీనిని కెపాసిటివ్ రియాక్టెన్స్ [Xc] అని పిలుస్తారు, దీని కోసం ఓం రియాక్టన్స్ కోసం కొలత యొక్క ప్రామాణిక యూనిట్.
DC విద్యుత్ సరఫరాకు అనుసంధానించబడినప్పుడు విడుదలయ్యే కెపాసిటర్, ప్రారంభ దశలో ప్రతిచర్య తక్కువగా ఉంటుంది.
ప్రస్తుత వ్యవధిలో గణనీయమైన భాగం కెపాసిటర్ ద్వారా స్వల్ప వ్యవధిలో ప్రవహిస్తుంది, ఇది వాహక పలకలను వేగంగా ఛార్జ్ చేయటానికి బలవంతం చేస్తుంది మరియు ఇది చివరికి విద్యుత్తు యొక్క మరింత మార్గాన్ని నిరోధిస్తుంది.
కెపాసిటర్ DC ని ఎలా బ్లాక్ చేస్తుంది?
ఒక రెసిస్టర్లో, కెపాసిటర్ సిరీస్ నెట్వర్క్ కాల వ్యవధి 5RC పరిమాణానికి చేరుకున్నప్పుడు, కెపాసిటర్ యొక్క వాహక పలకలు పూర్తిగా ఛార్జ్ అవుతాయి, ఇది కెపాసిటర్ అందుకున్న ఛార్జ్ వోల్టేజ్ సరఫరాకు సమానంగా ఉంటుందని సూచిస్తుంది, ఇది ప్రస్తుత ప్రవాహాన్ని ఆపివేస్తుంది.
ఇంకా, DC వోల్టేజ్ ప్రభావంతో ఈ పరిస్థితిలో కెపాసిటర్ యొక్క ప్రతిచర్య గరిష్ట స్థితికి చేరుకుంటుంది [మెగా-ఓమ్స్].
ఎసి సరఫరాలో కెపాసిటర్
కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేయడానికి ప్రత్యామ్నాయ కరెంట్ [AC] ను ఉపయోగించటానికి సంబంధించి, ఇందులో AC కరెంట్ ప్రవాహం ఎల్లప్పుడూ ప్రత్యామ్నాయంగా ధ్రువపరచబడుతుంది, ప్రవాహాన్ని స్వీకరించే కెపాసిటర్ స్థిరమైన ఛార్జింగ్కు లోబడి దాని పలకలపై విడుదల అవుతుంది.
ఇప్పుడు మనకు స్థిరమైన ప్రస్తుత ప్రవాహం ఉంటే, ప్రవాహాన్ని పరిమితం చేయడానికి మేము కూడా ప్రతిచర్య విలువను నిర్ణయించాలి.
కెపాసిటివ్ రెసిస్టెన్స్ విలువను నిర్ణయించే కారకాలు
కెపాసిటెన్స్పై మనం తిరిగి పరిశీలిస్తే, కెపాసిటర్ యొక్క వాహక పలకలపై చార్జ్ మొత్తం కెపాసిటెన్స్ మరియు వోల్టేజ్ విలువకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని మేము కనుగొంటాము.
ఇప్పుడు ఒక కెపాసిటర్ ఎసి ఇన్పుట్ నుండి ప్రస్తుత ప్రవాహాన్ని పొందినప్పుడు, వోల్టేజ్ సరఫరా దాని విలువలో స్థిరమైన మార్పు ద్వారా వెళుతుంది, ఇది ప్లేట్ల విలువను చాలా దామాషా ప్రకారం మారుస్తుంది.
కెపాసిటర్ కెపాసిటెన్స్ యొక్క అధిక విలువను కలిగి ఉన్న పరిస్థితిని ఇప్పుడు పరిశీలిద్దాం.
ఈ పరిస్థితిలో కెపాసిటర్ charge = RC ను ఛార్జ్ చేయడానికి నిరోధక R ఎక్కువ సమయం తీసుకుంటుంది. ఛార్జింగ్ కరెంట్ ఎక్కువసేపు ప్రవహిస్తుంటే, పేర్కొన్న ఫ్రీక్వెన్సీని బట్టి రియాక్టెన్స్ ఒక చిన్న విలువ Xc ని నమోదు చేస్తుందని ఇది సూచిస్తుంది.
కెపాసిటర్లో కెపాసిటెన్స్ విలువ తక్కువగా ఉంటే, కెపాసిటర్ను ఛార్జ్ చేయడానికి తక్కువ RC సమయం అవసరం.
ఈ తక్కువ సమయం తక్కువ వ్యవధిలో కరెంట్ ప్రవాహానికి కారణమవుతుంది, దీని ఫలితంగా చిన్న ప్రతిచర్య విలువ, Xc.
అందువల్ల, అధిక ప్రవాహాలతో ప్రతిచర్య విలువ చిన్నదిగా ఉంటుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది.
అందువల్ల కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ ఎల్లప్పుడూ కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ విలువకు విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
XC ∝ -1 C.
కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ విశ్లేషించడానికి కెపాసిటెన్స్ ఏకైక అంశం కాదని గమనించడం చాలా అవసరం.
AC వోల్టేజ్ యొక్క తక్కువ పౌన frequency పున్యంతో, కేటాయించిన RC సమయ స్థిరాంకం ఆధారంగా ప్రతిచర్య ఎక్కువ సమయం అభివృద్ధి చెందుతుంది. ఇంకా, ఇది ప్రతిచర్య యొక్క అధిక విలువను సూచిస్తుంది.
అదేవిధంగా, వర్తించిన ఫ్రీక్వెన్సీ ఎక్కువగా ఉంటే, రియాక్టెన్స్ ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జ్ ప్రక్రియ జరగడానికి తక్కువ సమయ చక్రం అనుమతిస్తుంది.
అంతేకాక, ఇది ప్రక్రియ సమయంలో అధిక విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని కూడా పొందుతుంది, ఇది తక్కువ ప్రతిచర్యకు దారితీస్తుంది.
కాబట్టి ఇది ఒక కెపాసిటర్ యొక్క ఇంపెడెన్స్ (ఎసి రియాక్టెన్స్) మరియు దాని పరిమాణం ఫ్రీక్వెన్సీపై ఆధారపడి ఉంటుందని రుజువు చేస్తుంది. అందువల్ల, అధిక పౌన frequency పున్యం తక్కువ ప్రతిచర్యకు దారితీస్తుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా, కెపాసిటివ్ రియాక్టెన్స్ Xc పౌన frequency పున్యం మరియు కెపాసిటెన్స్కు విలోమానుపాతంలో ఉంటుందని నిర్ధారించవచ్చు.
కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ యొక్క సిద్ధాంతాన్ని ఈ క్రింది సమీకరణంతో సంగ్రహించవచ్చు:
Xc = 1 / 2πfC
ఎక్కడ:
· ఓమ్స్లో Xc = కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్, (Ω)
· Π (pi) = 3.142 (లేదా 22 ÷ 7) యొక్క సంఖ్యా స్థిరాంకం
Er ƒ = హెర్ట్జ్లో ఫ్రీక్వెన్సీ, (Hz)
· సి = ఫరాడ్స్లో కెపాసిటెన్స్, (ఎఫ్)
కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్
కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్ అని పిలవబడే సరఫరా యొక్క పౌన frequency పున్యం రెండు కెపాసిటర్లను వెనుకకు వెనుకకు లేదా సిరీస్లో ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందనే దానిపై వివరణాత్మక వివరణ ఇవ్వడం ఈ విభాగం లక్ష్యంగా ఉంటుంది.
కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్
కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ పనితీరును వివరించడానికి, పై సర్క్యూట్ను సూచిద్దాం. ఇక్కడ, సి 1 మరియు సి 2 సిరీస్లో ఉన్నాయి మరియు 10 వోల్ట్ల ఎసి విద్యుత్ సరఫరాకు అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. సిరీస్లో ఉండటం వలన కెపాసిటర్లు రెండూ ఒకే ఛార్జీని అందుకుంటున్నాయి, Q.
అయినప్పటికీ, వోల్టేజ్ భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు ఇది కెపాసిటెన్స్ V = Q / C విలువపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది.
మూర్తి 1.0 ను పరిశీలిస్తే, కెపాసిటర్ అంతటా వోల్టేజ్ లెక్కింపును వివిధ మార్గాల ద్వారా నిర్ణయించవచ్చు.
మొత్తం సర్క్యూట్ ఇంపెడెన్స్ మరియు సర్క్యూట్ కరెంట్ను కనుగొనడం ఒక ఎంపిక, అనగా ప్రతి కెపాసిటర్పై కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ విలువను గుర్తించడం మరియు వాటి అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ను లెక్కించడం. ఉదాహరణకి:
ఉదాహరణ 1
మూర్తి 1.0 ప్రకారం, వరుసగా 10uF మరియు 20uF యొక్క C1 మరియు C2 తో, 10 వోల్ట్ల rms @ 80Hz యొక్క సైనూసోయిడల్ వోల్టేజ్ యొక్క పరిస్థితిలో కెపాసిటర్ అంతటా సంభవించే rms వోల్టేజ్ చుక్కలను లెక్కించండి.
C1 10uF కెపాసిటర్
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 ఓం
C2 = 20uF కెపాసిటర్
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF x 10-6 = 90
ఓం
మొత్తం కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్
Xc (మొత్తం) = Xc1 + Xc2 = 200Ω + 90Ω = 290Ω
Ct = (C1 x C2) / (C1 + C2) = 10uF x 22uF / 10uF + 22uF = 6.88uF
Xc = 1 / 2πfCt = 1/1 / 2π x 80 x 6.88uF = 290Ω
సర్క్యూట్లో కరెంట్
I = E / Xc = 10V / 290Ω
కెపాసిటర్ రెండింటికీ వోల్టేజ్ సీరియల్గా పడిపోతుంది. ఇక్కడ కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ ఇలా లెక్కించబడుతుంది:
Vc1 = I x Xc1 = 34.5mA x 200Ω = 6.9V
Vc2 = I x Xc2 = 34.5mA x 90Ω = 3.1V
కెపాసిటర్ల విలువలు భిన్నంగా ఉంటే, చిన్న విలువ కెపాసిటర్ పెద్ద విలువతో పోల్చితే అధిక వోల్టేజ్కు ఛార్జ్ చేయవచ్చు.
ఉదాహరణ 1 లో, నమోదు చేయబడిన వోల్టేజ్ ఛార్జ్ వరుసగా C1 మరియు C2 లకు 6.9 & 3.1. ఇప్పుడు లెక్కింపు కిర్చాఫ్ యొక్క వోల్టేజ్ సిద్ధాంతంపై ఆధారపడి ఉంటుంది కాబట్టి, వ్యక్తిగత కెపాసిటర్ కోసం మొత్తం వోల్టేజ్ చుక్కలు సరఫరా వోల్టేజ్ విలువకు సమానం.
గమనిక:
సిరీస్ కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్కు అనుసంధానించబడిన రెండు కెపాసిటర్లకు వోల్టేజ్ డ్రాప్ నిష్పత్తి సరఫరాలో ఫ్రీక్వెన్సీ ఉన్నప్పటికీ ఎల్లప్పుడూ ఒకే విధంగా ఉంటుంది.
కాబట్టి ఉదాహరణ 1 ప్రకారం, సరఫరా పౌన frequency పున్యం 80 నుండి 800Hz వరకు గరిష్టీకరించినప్పటికీ, 6.9 మరియు 3.1 వోల్ట్లు ఒకే విధంగా ఉంటాయి.
ఉదాహరణ 2
ఉదాహరణ 1 లో ఉపయోగించిన అదే కెపాసిటర్లను ఉపయోగించి కెపాసిటర్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ను ఎలా కనుగొనాలి?
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 ఓం
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0.9 ఓం
I = V / Xc (మొత్తం) = 10 / 2.9 = 3.45 ఆంప్స్
కాబట్టి, Vc1 = I x Xc1 = 3.45A x 2Ω = 6.9V
మరియు, Vc2 = I x Xc2 = 3.45A x 0.9 Ω = 3.1V
వోల్టేజ్ నిష్పత్తి రెండు కెపాసిటర్లకు ఒకే విధంగా ఉన్నందున, పెరుగుతున్న సరఫరా పౌన frequency పున్యంతో, దాని ప్రభావం మిశ్రమ కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ తగ్గుదల రూపంలో, అలాగే మొత్తం సర్క్యూట్ ఇంపెడెన్స్ కోసం కనిపిస్తుంది.
తగ్గిన ఇంపెడెన్స్ కరెంట్ యొక్క అధిక ప్రవాహానికి కారణమవుతుంది, ఉదాహరణకు, 80Hz వద్ద సర్క్యూట్ కరెంట్ 34.5mA చుట్టూ ఉంటుంది, అయితే 8kHz వద్ద ప్రస్తుత సరఫరా యొక్క 10 రెట్లు పెరుగుదల ఉండవచ్చు, అంటే 3.45A చుట్టూ ఉంటుంది.
కాబట్టి కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ ద్వారా కరెంట్ ప్రవాహం ఫ్రీక్వెన్సీకి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని నేను తేల్చవచ్చు, I f.
పైన చర్చించినట్లుగా, కెపాసిటర్ల శ్రేణిని కలిగి ఉన్న కెపాసిటివ్ డివైడర్లు, అవన్నీ AC వోల్టేజ్ను వదులుతాయి.
సరైన వోల్టేజ్ డ్రాప్ తెలుసుకోవడానికి కెపాసిటివ్ డివైడర్లు కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటివ్ రియాక్టన్స్ విలువను తీసుకుంటాయి.
అందువల్ల, ఇది DC వోల్టేజ్ కొరకు డివైడర్లుగా పనిచేయదు, ఎందుకంటే DC లో కెపాసిటర్లు అరెస్ట్ మరియు బ్లాక్ కరెంట్, ఇది నిల్ కరెంట్ ప్రవాహానికి కారణమవుతుంది.
సరఫరా ఫ్రీక్వెన్సీ ద్వారా నడిచే సందర్భాల్లో డివైడర్లను ఉపయోగించవచ్చు.
కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ యొక్క వేలు స్కానింగ్ పరికరం నుండి కోల్పిట్స్ ఆసిలేటర్స్ వరకు ఎలక్ట్రానిక్ వాడకం విస్తృతంగా ఉంది. మెయిన్స్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ కోసం చౌక ప్రత్యామ్నాయంగా ఇది విస్తృతంగా ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది, ఇక్కడ అధిక మెయిన్స్ కరెంట్ను వదలడానికి కెపాసిటివ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ ఉపయోగించబడుతుంది.
మునుపటి: సరళమైన క్వాడ్కాప్టర్ డ్రోన్ సర్క్యూట్ తర్వాత: మోటరైజ్డ్ సన్ షేడ్ సర్క్యూట్