Kondensatoren

Kondensatoren Reihen- und Parallelschaltung (Kann 2019).

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Anonim

Kondensatoren

DC-Stromkreise


Frage 1

Identifizieren Sie einige der verschiedenen Arten von Kondensatoren und ihre Eigenschaften.

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Glimmer, Elektrolyt, Mylar, Papier, Luft und Keramik sind einige der beliebtesten Stile.

Anmerkungen:

Zu verschiedenen Kondensatortypen und -eigenschaften gibt es viel zu erforschen! Ermutigen Sie Ihre Schüler, sowohl Lehrbücher als auch Literatur zu Kondensatorherstellern zu recherchieren, um weitere Informationen zu erhalten.

Frage 2

Wie werden Elektrolytkondensatoren konstruiert und was ist besonders bemerkenswert an ihrer Verwendung? # 2>> Antwort aufdecken Frage ausblenden

"Elektrolyt" -Kondensatoren verwenden eine sehr dünne Schicht aus Metalloxid als Dielektrikum. Der Herstellungsprozess beinhaltet das Anlegen einer Gleichspannung an den neuen Kondensator, um die Oxidschicht zu erzeugen. Dies "polarisiert" es für das Leben und verhindert seine Verwendung mit umgekehrter Polarität.

Follow-up-Frage: Identifizieren Sie das schematische Symbol für jede Art von polarisiertem Kondensator, einschließlich Elektrolyte.

Anmerkungen:

Es gibt viele Merkmale von Elektrolytkondensatoren, die für diesen Typ einzigartig sind, wobei nicht zuletzt ihre Herstellungsart von Bedeutung ist. Da diese Kondensatoren so oft für Niederspannungsanwendungen verwendet werden, lohnt es sich für die Studenten, sie gut zu studieren und ihre Eigenheiten zu kennen.

Frage 3

Ein Kondensator hat ein Etikett mit der Aufschrift "100 WVDC". Was bedeutet dieses Label? Was ist die Folge der Überschreitung dieser Bewertung?

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Die Arbeitsspannung des Kondensators beträgt 100 Volt Gleichstrom. Ein Versagen des dielektrischen Materials resultiert aus dem Überschreiten dieser Nennspannung. Besonders in Elektrolytkondensatoren kann der Ausfall heftig sein!

Anmerkungen:

Wie bei Widerständen und Widerstandswerten ist die Kapazität eines Kondensators mehr als nur Kapazität! Besprechen Sie mit Ihren Schülern die Wichtigkeit der Sicherheit bei der Arbeit mit Kondensatoren, nicht nur vor Stromschlägen, sondern auch vor Explosionen (die durch zu hohe Spannung entstehen).

Frage 4

Kondensatoren können eine Stromschlaggefahr darstellen, selbst in stromlosen Stromkreisen. Erkläre warum.

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Kondensatoren können gefährliche Spannungen und Ladungen speichern, selbst wenn externe Energiequellen abgeschaltet wurden.

Anmerkungen:

Eine interessante Folgefrage wäre: Wie entlädt man einen Kondensator mit gefährlichen Spannungswerten?

Frage 5

Sehr große Kondensatoren (typischerweise mehr als 1 Farad!) Werden oft in der Gleichstromenergieverdrahtung von Hochleistungs-Audioverstärkersystemen verwendet, die in Automobilen installiert sind. Die Kondensatoren sind parallel zu den DC-Leistungsklemmen des Verstärkers geschaltet, so nah wie möglich am Verstärker:

Welchen Zweck hat es, einen Kondensator parallel zu den Leistungsklemmen des Verstärkers anzuschließen? "# 5"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Der Kondensator minimiert Spannungstransienten, die an den Leistungsklemmen des Verstärkers aufgrund von Spannungsabfällen entlang der Stromkabel (von der Batterie) während transienter Stromimpulse auftreten, wie sie auftreten, wenn schwere Bass- "Schläge" bei hoher Lautstärke verstärkt werden.

Übrigens wird dieselbe Technik in Computerschaltungen verwendet, um die Stromversorgungsspannung zu stabilisieren, die digitale Logikschaltungen speist, die Strom von der Versorgung in schnellen "Überspannungen" ziehen, wenn sie zwischen ihren "An" - und "Aus" -Zuständen wechseln. In dieser Anwendung sind die Kondensatoren als Entkopplungskondensatoren bekannt .

Anmerkungen:

Audio-System-Engineering weckt normalerweise Interesse bei musikliebenden Studenten, besonders bei jungen Studenten, die maximale Audio-Power in den Soundsystemen ihrer Autos haben wollen! Diese Frage zielt darauf ab, Interesse zu wecken, ebenso wie es die Kondensatorfunktion untersuchen soll.

Im Hinblick auf die "Entkopplung" von Kondensatoren werden Ihre Studenten wahrscheinlich auf diese Weise Kondensatoren verwenden müssen, wenn sie mit dem Aufbau von Halbleiterschaltungen fortfahren. Wenn Sie eine gedruckte Leiterplatte von einem Computer (ein "Motherboard") zur Verfügung haben, um Ihre Schüler zu zeigen, wäre dies ein gutes Beispiel für die Verwendung von Entkopplungskondensatoren.

Frage 6

Ein 10 μF-Kondensator wird auf eine Spannung von 20 Volt geladen. Wie viele Coulombs elektrischer Ladung sind in diesem Kondensator gespeichert?

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200 μC Ladung.

Anmerkungen:

Geben Sie Ihren Schülern nicht die Gleichung, mit der diese Berechnung durchgeführt werden soll! Lass sie es alleine finden.

Frage 7

Ein 470-μF-Kondensator wird einer angelegten Spannung ausgesetzt, die sich mit einer Rate von 200 Volt pro Sekunde ändert. Wie viel Strom wird durch diesen Kondensator fließen?

Erklären Sie, warum ich im vorherigen Satz das Wort "durch" in Anführungszeichen gesetzt habe. Warum kann dieses Wort bei der Beschreibung von elektrischem Strom in einer Kondensatorschaltung nicht in vollem Umfang verwendet werden?

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Dieser Kondensator wird einen konstanten Strom von 94 Milliampere (mA) haben. Das Wort "through" wird in Anführungszeichen gesetzt, da Kondensatoren keine Kontinuität aufweisen.

Anmerkungen:

Geben Sie Ihren Schülern nicht die Gleichung, mit der diese Berechnung durchgeführt werden soll! Lass sie es alleine finden. Die (dv / dt) -Notation kann für Schüler ohne einen starken mathematischen Hintergrund fremd sein, aber lasst das nicht ein Hindernis für das Lernen sein! Verwenden Sie dies vielmehr als einen Weg, um diese Studenten mit dem Konzept der Änderungsraten und dem Kalkülkonzept des Derivats vertraut zu machen .

Frage 8

Zwei in Reihe geschaltete 470-μF-Kondensatoren werden einer gesamten angelegten Spannung ausgesetzt, die sich mit einer Rate von 200 Volt pro Sekunde ändert. Wie viel Strom wird durch diese Kondensatoren fließen? Hinweis: Die Gesamtspannung wird gleichmäßig zwischen den beiden Kondensatoren aufgeteilt.

Nehmen wir nun an, dass zwei parallel geschaltete 470-μF-Kondensatoren der gleichen angelegten Gesamtspannung ausgesetzt sind (Änderung mit einer Rate von 200 Volt pro Sekunde). Wie viel Gesamtstrom wird durch diese Kondensatoren fließen?

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Reihenschaltung: 47 Milliampere (mA) insgesamt. Parallelschaltung: 188 Milliampere (mA) insgesamt.

Folgefrage: Was sagen diese Zahlen über die Art von in Reihe geschalteten und parallel geschalteten Kondensatoren aus? Mit anderen Worten, welcher einzelne Kondensatorwert entspricht zwei in Reihe geschalteten 470-μF-Kondensatoren, und welcher einzelne Kondensatorwert entspricht zwei parallel geschalteten 470-μF-Kondensatoren?

Anmerkungen:

Wenn Ihre Schüler Schwierigkeiten haben, die Folgefrage in der Antwort zu beantworten, bitten Sie sie, diese aktuellen Zahlen (47 mA und 188 mA) mit dem Strom zu vergleichen, der unter derselben Bedingung durch einen der 470 μF-Kondensatoren fließt (a angelegte Spannung ändert sich mit einer Rate von 200 Volt pro Sekunde).

Es ist natürlich wichtig, dass die Schüler wissen, wie sich in Reihe geschaltete und parallel geschaltete Kondensatoren verhalten. Dies ist jedoch in der Regel ein Prozess des Auswendiglernens für Studenten und nicht des wahren Verständnisses. Mit dieser Frage soll erreicht werden, dass die Studierenden aufgrund ihres Verständnisses von Reihen- und Parallelspannungen und -strömen zu Kondensatorverbindungen gelangen.

Frage 9

Angenommen, zwei 33-μF-Kondensatoren sind in Reihe miteinander verbunden. Was wird ihre kombinierte Kapazität in Farads sein? Erkläre deine Antwort.

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16, 5 uF

Anmerkungen:

Kondensatoren verwirren oft neue Studenten der Elektronik, weil ihre Werte nicht die gleichen wie Widerstände sind. Bei der Beantwortung dieser Frage ist es wichtig, dass Ihre Schüler verstehen, warum Serienkapazitäten so kombiniert werden, wie sie es tun. Es gibt mehr als eine Möglichkeit, dieses Phänomen zu erklären - erklären Sie in Bezug auf Kondensatorabmessungen oder in Bezug auf Spannungsabfall und Ladungsspeicherung.

Frage 10

Berechnen Sie die Gesamtkapazität in dieser Ansammlung von Kondensatoren, wie zwischen den beiden Drähten gemessen:

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132.998 pF

Nachfolgende Frage: Angenommen, eine der Klemmschrauben des Klemmenblocks löste sich auf einer der Leitungen für den mittleren Kondensator und machte eine schlechte (offene) Verbindung. Welchen Effekt hätte dies auf die Gesamtkapazität "Notizen versteckt"> Hinweise:

Es ist am nützlichsten, zuerst ein schematisches Diagramm für dieses Kondensatornetzwerk zu zeichnen, bevor versucht wird, Kapazitätsberechnungen durchzuführen, damit ein klares Verständnis der Reihen- / Parallelverbindungen hergestellt wird.

Frage 11

Identifizieren Sie die folgenden Kondensatorwerte und -stile:

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Anmerkungen:

Fragen Sie Ihre Schüler, wie sie feststellen können, ob der Wert eines Kondensators in Mikro- Farad oder Pico- Farad angegeben ist. Es gibt einen Weg, auch wenn das Metrikpräfix nicht auf dem Kondensator aufgedruckt ist!

Frage 12

Wenn mit einem Ohmmeter geprüft wird, wie sollte ein richtig funktionierender Kondensator reagieren "# 12"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Ein "gesunder" Kondensator sollte nach der anfänglichen Ladeperiode als ein offener Stromkreis zwischen seinen Anschlüssen registriert werden.

Follow-up-Frage: Was ist der wahrscheinlichste Fehler "Modus" eines Kondensators, offen oder kurzgeschlossen? Erkläre deine Antwort.

Anmerkungen:

Lassen Sie Ihre Schüler einige Kondensatoren mit ihren Ohmmetern im Unterricht testen. Bei großen Kondensatorwerten kann die Ladezeit erheblich sein! Studenten müssen sich dessen bewusst sein und die Auswirkungen auf die Anzeige des Ohmmeters haben.

Obwohl eine Ohmmeterprüfung eines Kondensators keine umfassende Analyse ist, ist sie sicherlich besser als nichts und wird die häufiger auftretenden Fehler erkennen.

Frage 13

Finden Sie ein oder zwei echte Kondensatoren und bringen Sie sie zur Diskussion. Identifizieren Sie so viele Informationen wie möglich über Ihre Kondensatoren vor der Diskussion:

Kapazität (ideal)
Kapazität (tatsächlich)
Spannungswert
Typ (Glimmer, Mylar, elektrolytisch usw.)
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Wenn möglich, suchen Sie das Datenblatt eines Herstellers für Ihre Komponenten (oder zumindest ein Datenblatt für eine ähnliche Komponente), um es mit Ihren Klassenkameraden zu besprechen.

Bereiten Sie sich darauf vor, die tatsächliche Kapazität Ihrer Kondensatoren in der Klasse zu beweisen, indem Sie ein Multimeter verwenden (vorausgesetzt, Ihr Multimeter kann die Kapazität messen)!

Anmerkungen:

Der Zweck dieser Frage ist, die Schüler dazu zu bringen, mit dem Thema kinästhetisch zu interagieren. Es mag albern erscheinen, wenn die Schüler sich an einer "Show and Tell" -Ausübung beteiligen, aber ich habe festgestellt, dass Aktivitäten wie diese einigen Schülern sehr helfen. Für diejenigen Lernenden, die kinästhetisch sind, ist es eine große Hilfe, reale Komponenten tatsächlich zu berühren, während sie über ihre Funktion lernen. Natürlich bietet diese Frage auch eine hervorragende Gelegenheit für sie, die Komponentenmarkierung zu interpretieren, ein Multimeter zu verwenden, auf Datenblätter usw. zuzugreifen.

Frage 14

Ein wichtiger Parameter in der Kondensatorleistung ist ESR . Definieren Sie ESR und erklären Sie, was es verursacht.

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"ESR" steht für Equivalent Series Resistance und ist in der Regel eine Konsequenz der dielektrischen Substanz des Kondensators.

Anmerkungen:

Besprechen Sie mit Ihren Schülern, warum ESR eine Rolle spielt, insbesondere bei Entkopplungsanwendungen, bei denen Kondensatoren mit großen Transienten (dv / dt) umgehen sollen.

Frage 15

Kondensatoren haben oft Buchstabencodes, die den dreistelligen Zahlencodes folgen. Hier sind zum Beispiel einige typische Kondensatorcodes, komplett mit Buchstaben:

473K
102J
224M
331F

Bestimmen Sie die Bedeutung von Buchstaben, die auf Kondensator-Etiketten verwendet werden, was die jeweiligen numerischen Werte für alle verfügbaren Buchstaben sind, und schließlich, was diese vier spezifischen Zahlen / Buchstaben-Codes bedeuten (oben gezeigt).

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Buchstabencodes werden verwendet, um Toleranz zu kennzeichnen, genau wie das letzte Farbband bei den meisten Widerständen. Ich lasse Sie die Buchstaben-Äquivalenzen selbst erforschen! Gleiches gilt für die spezifischen Werte der vier gezeigten Kondensatoretiketten.

Anmerkungen:

Die Toleranzcodes für Kondensatoren sind einfach genug für Studenten, um selbstständig zu recherchieren. Für Ihre eigene Referenz, obwohl:

D = ± 0, 5%
F = ± 1%
G = ± 2%
H = ± 3%
J = ± 5%
K = ± 10%
M = ± 20%
P = + 100%, -0%
Z = + 80%, -20%

Gleiches gilt für die vier in der Frage angegebenen Kondensatoretiketten:

473K = 47 nF ± 10%
102J = 1 nF ± 5%
224M = 0, 22 μF ± 20%
331F = 330 pF ± 1%

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