Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 32001
Bình luận về bài viết: 2
Tụ điện trong mạch điện tử
Trong các bài viết trước, chúng ta đã nói ngắn gọn về hoạt động của các tụ điện trong mạch điện xoay chiều, làm thế nào và tại sao các tụ điện vượt qua dòng điện xoay chiều (xem - Tụ điện xoay chiều). Trong trường hợp này, các tụ điện không nóng lên, năng lượng không được phân bổ cho chúng: trong một nửa sóng hình sin, các tụ điện và trong trường hợp khác, nó phóng điện một cách tự nhiên, trong khi chuyển năng lượng lưu trữ trở lại nguồn hiện tại.
Phương pháp truyền dòng điện này cho phép bạn gọi tụ điện là điện trở tự do, và đó là lý do tại sao tụ điện kết nối với ổ cắm không làm cho bộ đếm quay. Và tất cả điều này là do dòng điện trong tụ điện vượt quá 1/4 thời gian điện áp đặt vào nó.
Nhưng giai đoạn trước này không chỉ có thể đánh lừa bộ đếm mà còn có thể tạo ra các mạch khác nhau, ví dụ, các bộ tạo tín hiệu hình sin và hình chữ nhật, độ trễ thời gian và các bộ lọc tần số khác nhau.
Trong quá trình của câu chuyện này, sẽ cần phải nhớ lại đôi khi những gì đã được nói trước đó, để nói, để tóm tắt. Điều này sẽ giúp không quay trở lại các bài viết trước để nhớ lại một công thức đơn giản, hoặc đơn giản, đó là gì?
Kết nối song song và nối tiếp của tụ điện
Với một kết nối song song của các tụ điện, tổng công suất chỉ đơn giản là tổng số học của các công suất. Đương nhiên, với sự bao gồm này, tổng điện dung sẽ lớn hơn công suất của tụ điện lớn nhất. Tổng số = C1 + C2 + C3 + ... + Cn.
Trong trường hợp kết nối sê-ri, tổng dung lượng nhỏ hơn dung lượng nhỏ nhất.
1 / Tổng số = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 + ... + 1 / Cn.
Khi hai tụ điện giống nhau được mắc nối tiếp, tổng điện dung sẽ bằng một nửa điện dung của một: ví dụ: khi kết nối hai tụ điện với nhau 1 xungF, tổng điện dung sẽ là 0,5.
Điện dung Xc
Ở đây, mọi thứ, như khi kết nối điện trở, chỉ ngược lại chính xác: một kết nối loạt làm giảm tổng điện dung, và một song song làm tăng nó. Không nên quên trường hợp này khi kết nối các tụ điện, vì sự tăng điện dung dẫn đến giảm điện dung Xc
Xc = 1/2 * π * f * C.
Theo quan điểm của toán học, điều này là khá tự nhiên, bởi vì công suất C nằm trong mẫu số của phân số. Nhân tiện, tần số f ở cùng một vị trí, do đó việc tăng tần số cũng dẫn đến giảm điện dung Xc. Ý nghĩa vật lý của điều này là thông qua cùng một tụ điện, nó tốt hơn, không bị cản trở hơn, rằng tần số cao vượt qua. Điều này sẽ được thảo luận sau đó một chút, khi nói đến các bộ lọc thông thấp và thông cao.
Nếu chúng ta có một tụ điện có công suất 1 F, thì với tần số 60 Hz, Xc của nó sẽ là 2653 Ohms và với tần số 400 Hz thì cùng một tụ điện có Xc chỉ 398 Ohms. Những người muốn có thể kiểm tra các kết quả này theo công thức, thay thế π = 3.14, tần số tính bằng hertz và điện dung trong farads. Sau đó, kết quả sẽ được trong ohms. Tất cả mọi thứ phải tuân thủ hệ thống SI!
Nhưng các tụ điện không chỉ được sử dụng làm điện trở giảm xóc tự do hoặc trong các bộ lọc chỉnh lưu. Không có sự tham gia của họ, các mạch cho máy phát tần số thấp và cao, các bộ biến đổi dạng sóng khác nhau, các mạch khác biệt và tích hợp, bộ khuếch đại và các đề án khác.
Tiếp theo, các tín hiệu điện khác nhau mà các tụ điện phải làm việc sẽ được xem xét. Trước hết, đây là những tín hiệu định kỳ phù hợp để quan sát với máy hiện sóng.
Chu kỳ và tần số dao động
Do đó, một dao động định kỳ được gọi là định kỳ, mà không ngừng, lặp lại cùng một dạng, ví dụ, một dao động hình sin. Thời lượng của cú swing hoàn toàn này được gọi chính xác là khoảng thời gian T và được đo bằng giây, mili giây, micro giây.Thiết bị điện tử hiện đại thậm chí còn giao dịch với nano giây (một phần tỷ của một giây).
Số chu kỳ trên giây được gọi là tần số (tần suất) của các dao động f và được biểu thị bằng hertz. 1Hz là tần số tại đó một dao động, một chu kỳ đầy đủ, được thực hiện trong 1 giây. Tỷ lệ của chu kỳ và tần số được biểu thị bằng công thức đơn giản T = 1 / f.
Theo đó, biết chu kỳ dao động, rất đơn giản để tính tần số f = 1 / T
Đây là cách tính tần số khi đo bằng máy hiện sóng: số lượng ô trong một khoảng thời gian được tính, nhân với thời lượng của một ô và ví dụ: thời gian thu được tính bằng micrô giây. Và để tìm ra tần suất, họ chỉ cần sử dụng công thức cuối cùng.
Bình thường máy hiện sóng điện tử Cho phép bạn chỉ quan sát các tín hiệu định kỳ có thể được đồng bộ hóa với tần số quét để có được hình ảnh tĩnh phù hợp cho nghiên cứu. Nếu bạn gửi tín hiệu đến một chương trình âm nhạc đến đầu vào của máy hiện sóng, bạn sẽ giành được hình ảnh cho bất cứ điều gì. Để quan sát các tín hiệu như vậy, dao động kế lưu trữ được sử dụng.
Khi một khoảng thời gian được đo bằng mili giây, tần số thu được tính bằng kilohertz, trong khoảng thời gian được đo bằng micro giây, tần số đã được biểu thị bằng megahertz. Đây là nếu bạn không tuân theo các yêu cầu của hệ thống SI: khoảng thời gian tính bằng giây, tần số tính bằng hertz.
Rung động không hình sin
Như đã đề cập trước đó, sóng hình sin là phổ biến nhất và phù hợp cho nghiên cứu và sử dụng thực tế của đường cong định kỳ. Trong điều kiện công nghiệp, nó thu được bằng cách sử dụng máy phát điện, ví dụ, trong các nhà máy thủy điện. Trong các thiết bị điện tử, rung động của các hình dạng khác nhau nhất được sử dụng.
Về cơ bản, đây là ba dạng: hình sin, hình chữ nhật và hình tam giác, như trong Hình 1. Cả dòng điện và điện áp có thể có hình dạng như vậy, do đó, hình chỉ hiển thị trục thời gian, trục tọa độ không có tên.
Các dao động như vậy được tạo ra bởi các mạch điện tử đặc biệt. Tín hiệu hình chữ nhật và hình tam giác thường được gọi là xung. Tuy nhiên, có nhiều mạch điện tử thực hiện chuyển đổi tín hiệu: ví dụ: hình chữ nhật, hình tam giác có thể được tạo từ hình sin.
Hình 1
Đối với cả ba tín hiệu, hình hiển thị hai chu kỳ, tất cả các tín hiệu có cùng tần số.
Phổ của tín hiệu không phải hình sin
Bất kỳ tín hiệu điện nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng đo biên độ tại một thời điểm nào đó. Tần số của các mẫu này được gọi là tần số lấy mẫu và cao hơn ít nhất hai lần so với tần số trên của tín hiệu đo được. Sau đó từ các mẫu này, bạn có thể khôi phục tín hiệu ban đầu. Phương pháp này được sử dụng, ví dụ, trong ghi âm kỹ thuật số. Phương pháp này còn được gọi là phân tích thời gian.
Một phương pháp khác giả định rằng bất kỳ tín hiệu nào, thậm chí là một hình chữ nhật, có thể được biểu diễn dưới dạng tổng đại số của các hình sin với tần số và pha khác nhau. Phương pháp này được gọi là phân tích tần số. Tuy nhiên, những gì người ta nói với những tần số khác nhau thì không hoàn toàn đúng: các sin sin cấu thành được gọi là sóng hài và tần số của chúng tuân theo một số định luật nhất định.
Một sóng hình sin có tần số bằng tần số của sóng vuông được gọi là sóng hài cơ bản hoặc đầu tiên. Ngay cả các hài âm thu được bằng cách nhân tần số cơ bản với một số chẵn và các hài bậc lẻ, tương ứng, bằng số lẻ.
Do đó, nếu sóng hài thứ nhất có tần số 1000 Hz, thì sóng thứ hai là 2000 Hz, tần số thứ tư là 4000 Hz, v.v. Sóng hài lẻ sẽ có tần số 3000Hz, 5000Hz. Hơn nữa, mỗi sóng hài có biên độ nhỏ hơn biên độ chính: sóng hài càng cao thì biên độ càng nhỏ.
Trong âm nhạc, hòa âm được gọi là âm bội. Chính họ là người tạo thành âm sắc của âm thanh, giúp phân biệt violin với piano và guitar với saxophone. Họ không cho phép nhầm lẫn giọng nam và nữ hoặc để phân biệt Petrov với Ivanov. Và chỉ có hình sin không còn có thể bị phân hủy hoặc lắp ráp từ bất kỳ tín hiệu nào.
Hình 2 cho thấy việc xây dựng một xung hình chữ nhật.
Hình 2
Các hài thứ nhất và thứ ba được hiển thị ở phần trên của hình. Dễ dàng thấy rằng trong một giai đoạn của giai đoạn điều hòa thứ nhất ba giai đoạn của lần thứ ba. Trong trường hợp này, biên độ của sóng hài thứ ba là một phần ba của sóng thứ nhất. Tổng của sóng hài thứ nhất và thứ ba cũng được hiển thị ở đây.
Dưới đây, cùng với tổng của 1 và 3 sóng hài, 5 sóng hài khác được hiển thị: trong một khoảng thời gian của tín hiệu hình chữ nhật, nó quản lý để thực hiện chính xác năm giai đoạn. Trong trường hợp này, biên độ của nó thậm chí còn nhỏ hơn, chính xác hơn, chính xác bằng 1/5 so với chính (đầu tiên). Nhưng người ta không nên nghĩ rằng mọi thứ kết thúc ở hài thứ năm: trong hình, nó chỉ không thể hiển thị mọi thứ, trên thực tế còn nhiều hơn thế.
Sự hình thành các tín hiệu răng cưa và tam giác, như trong Hình 3, có phần phức tạp hơn. Nếu trong trường hợp trước, chỉ có các sóng hài lẻ tham gia, thì ngay cả các sóng hài cũng xuất hiện.
Hình 3
Do đó, chúng ta có thể nói thực tế rằng với sự trợ giúp của nhiều sóng hài, tín hiệu của bất kỳ hình dạng nào cũng được tổng hợp, và số lượng và loại sóng hài phụ thuộc vào dạng sóng, như trong Hình 2 và 3.
Khi sửa chữa và thiết lập thiết bị điện tử, máy hiện sóng được sử dụng để nghiên cứu tín hiệu điện. Nó cho phép bạn xem xét hình thức của các tín hiệu định kỳ, biên độ của chúng, đo thời gian lặp lại. Nhưng không thể nhìn thấy các sóng hài trong Hình 2 và 3.
Ngay cả khi bạn kết nối, ví dụ, một cây guitar điện với máy hiện sóng, kéo một chuỗi, một hình sin xuất hiện trên màn hình, đó là bản hòa âm đầu tiên. Trong trường hợp này, không thể nói về bất kỳ âm bội nào. Cùng một hình sin sẽ có kết quả nếu bạn thổi vào ống hoặc sáo trước micro.
Làm thế nào để có được xung động hình chữ nhật
Sau khi làm quen với các tín hiệu điện, chúng ta cần nhớ lại các tụ điện mà bài báo bắt đầu. Trước hết, bạn nên làm quen với một trong những mạch điện tử cổ điển - máy đo đa năng, (Hình 4) chính anh ta là người tạo ra các xung hình chữ nhật. Mạch này cổ điển đến mức nó bắt đầu hoạt động ngay lập tức mà không yêu cầu bất kỳ cài đặt hoặc điều chỉnh nào.
Hình 4
Multivibrator là một bộ khuếch đại hai giai đoạn, được bao phủ bởi phản hồi tích cực. Nếu các điện trở tải collector R1 = R4, các điện trở cơ sở R2 = R3 và các tụ C1 = C2 bằng nhau, thì bộ đa năng được gọi là đối xứng và tạo ra các xung sóng vuông của loại uốn khúc - thời lượng xung bằng với thời gian tạm dừng.
Chu kỳ nhiệm vụ của các xung như vậy (tỷ lệ của khoảng thời gian với thời gian xung) bằng hai. Trong các chương trình tiếng Anh, mọi thứ hoàn toàn ngược lại: họ gọi đó là chu kỳ nhiệm vụ. Nó được tính bằng tỷ lệ của thời lượng xung với khoảng thời gian kế tiếp và được biểu thị bằng phần trăm. Như vậy, đối với người uốn khúc, chu kỳ thuế là 50%.
Máy tính có đúng không?
Tên multivibrator được đề xuất bởi nhà vật lý người Hà Lan van der Pol, bởi vì phổ của tín hiệu hình chữ nhật chứa nhiều sóng hài. Bạn có thể xác minh điều này nếu bạn có thể đặt một máy thu radio hoạt động trong dải sóng trung bình gần bộ đa năng hoạt động ngay cả ở tần số âm thanh: tiếng hú sẽ phát ra từ loa. Điều này cho thấy rằng ngoài tần số âm thanh, bộ đa năng còn phát ra các dao động tần số cao.
Để xác định tần số tạo, người ta có thể sử dụng công thức f = 700 / (C1 * R2).
Với dạng công thức này, điện dung của tụ điện trong microfarads (F), điện trở tính bằng kilo-ohms (KΩ), kết quả tính bằng hertz (Hz). Do đó, tần số được xác định bởi hằng số thời gian của mạch C1 * R2, tải của bộ thu không ảnh hưởng đến tần số. Nếu ta lấy C1 = 0,02 FF, R2 = 39 KΩ, thì ta được f = 700 / (0,02 * 39) = 897,4 Hz.
Multivibrator trong thời đại của máy tính và vi điều khiển Theo sơ đồ này, nó gần như không bao giờ được sử dụng, mặc dù nó có thể phù hợp cho các thí nghiệm khác nhau. Trước hết, sử dụng máy tính. Đây là cách mạch đa biến được lắp ráp trong chương trình Multisim trông như thế nào. Kết nối của máy hiện sóng cũng được hiển thị ở đây.
Hình 5
Trong mạch này, các tụ điện và điện trở được cài đặt như trong ví dụ trước. Nhiệm vụ là kiểm tra tính toán theo công thức xem có cùng tần số hay không. Để làm điều này, đo khoảng thời gian của các xung và sau đó tính toán lại chúng theo tần số. Kết quả của máy hiện sóng Multisim được hiển thị trong Hình 6.
Hình 6
Một số làm rõ cho Hình 6.
Trên màn hình dao động, xung màu đỏ hiển thị các xung trên bộ thu bóng bán dẫn và màu xanh lam trên các đế. Bên dưới màn hình trong một cửa sổ lớn màu trắng, các con số hiển thị kết quả đo. Chúng tôi quan tâm đến cột "Thời gian". Thời gian được đo bằng các chỉ số T1 và T2 (hình tam giác màu đỏ và màu xanh phía trên màn hình).
Do đó, khoảng thời gian lặp lại xung T2 - T1 = 1.107ms được hiển thị khá chính xác. Nó chỉ còn để tính tần số f = 1 / T = 1 / 1.107 * 1000 = 903Hz.
Kết quả gần giống như trong tính toán theo công thức, được đưa ra cao hơn một chút.
Các tụ điện có thể được sử dụng không chỉ riêng biệt: kết hợp với các điện trở, chúng cho phép bạn chỉ cần tạo các bộ lọc khác nhau hoặc tạo các mạch dịch pha. Nhưng điều này sẽ được thảo luận trong bài viết tiếp theo.
Tiếp tục bài viết: Tụ điện trong mạch điện tử. Phần 2
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: