ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 4

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin
Temelleri
Ders 6- Kondansatör
Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt
Ahmet.ozkurt@deu.edu.tr
http://ahmetozkurt.net
http://www.mee.tcd.ie/~ledoyle/TEACHING/1E6/Capacitorstransientsandapplications.ppt
http://www.mee.tcd.ie/~ledoyle/TEACHING/1E6/Capacitors%20&%20Inductors%20Intro.ppt
http://www3.science.tamu.edu/CMSE/powerpoint/CapacitorCircuits.ppt
2
Sembol
Kondansatör
3
Enerji Depolayan Devre Elemanları
• Kondansatör elektrik alanda enerji depolar.
• Bobin manyetik alanda enerji depolar.
• Kondansatör ve bobin pasif devre elemanlarıdır:
– Devre tarafından üretilen enerjiyi depolar
– Depoladığı enerjiyi devreye geri besler
– Depoladığından fazla enerji veremez.
4
Kondansatör
• Bir yalıtkanla ayrılmış iki iletken levha arasında kapasite (sığa)
oluşur.
• Plakalar üzerinde toplanan yük bir elektrik alan oluşturur.
• Depolan yükün miktarı
– iletken levhanın alanı (A)
– iletkenler arasındaki uzaklık (d) ve
– kullanılan yalıtkanın türüne ( : dielektrik katsayısı) bağlıdır.
++++++++
+- - - - - - - - - - - 5
C
A
d
6
Sığa-Kapasite
• İletkenler arasındaki gerilim yük miktarı ile doğru orantılıdır:
q=Cv
• Aradaki katsayı C sığa olarak adlandırılır.
• Birimi Farad (F) – Coulomb/Volt
• Bir Farad kapasite, uygulanan her 1 Vluk gerilim için kondansatör
üzerinde 1C yük tutabilir demektir.
7
Akım-Gerilim, Güç ve Enerji
• Kondansatördeki gerilim değişimi akımı oluşturur.
• Güç
• Enerji
dVc
ic  C
dt
P  Vcic
1
2
WC (t )  CVc
2
8
Problem
9
Seri Kondansatörler
C,
mF
V,
V
Q,
mC
C1
12
4.0
48
C2
10
4.8
48
C3
15
3.2
48
E = 12 V
C1
C3
C2
CT =
4 mF
QT =
VT = 12 V
48 mC
Paralel Kondansatörler
C,
mF
V,
V
Q,
mC
C1
8
12
96
C2
10
12
120
C3
4
12
48
E = 12 V
C1
C2
C3
CT = 22 mF
VT = 12 V
QT = 264 mC
14
Bir Kondansatörü Direnç Üzerinden Şarj Etmek
15
16
17
18
•
Direnç akımı sınırladığı için kondansatörün besleme gerilimine ulaşması belli bir
zaman alır.
•
C ve R ne kadar büyükse dolması o kadar uzun sürer
•
Bir kovayı hortumla doldurmaya benzer
•
Kova ne kadar büyükse (C) ve hortum ne kadar uzunsa (R) kovayı
doldurmak o kadar uzun sürer.
19
Zaman
20
21
Kapasitif Etki
Entegre devrelerde
• İletken malzemeler (metal, N tipi ve P tipi silikon) ve aralarında cam gibi
yalıtkanlar bulunur. Bu da bir kondansatör oluşturur.
• Bu kapasitif etki devrelerin çalışma hızını sınırlar
• RAM’de bu kapasitif etki sayesinde bilgi saklanır.
Elektromanyetik
• Yüksek frekanslarda kapasiteler daha büyük etki yapar.
22
Kondansatörlerin Uygulamaları
• Yükü üstünde tutup ani bir akım oluşturur
– Fotoğraf makinelerindeki flaş
– Lazer
23
Kondansatörlerin Uygulamaları
• Gerilim dalga şeklindeki dalgalanmaları temizler
– AC’den DC ye dönüştürücülerde oluşan
dalgalanmalar
• DC gerilimi geçirmez. AC akımlar sürekli yön değiştirdiği için kondansatör
sürekli dolup boşalır. AC akımlar akıyor gibi görülür. Böylece devrede
izolasyon sağlar.
• Analog işaretlerden sayısal işaretler elde etmek için örnekleme
devrelerinde, örneklenen işaretin bir sonraki örnekleme anına kadar
tutulması için kullanılır
24
Kondansatörlerin Uygulamaları
• Mikrofon:
•
Tüm mikrofonlarda ses dalgası mekanik titreşimlere dönüşür.
•
Bu titreşimler elektriksel sinyallere dönüştürülür.
•
Kapasitif mikrofonlarda titreşimler ince metal membranı titreştirir, böylece iki
ilteken arasındaki uzaklık, dolayısıyla kapasite değişir. Sığanın değişimiyle dalga
şekli elde edilir.
•
Kapasitif basınç sensörleri de aynı prensiple çalışır.
25
• Zaman sabiti aşağıdaki uygulamalarda ne kadar uzunlukta olmalıdır?
– Bilgisayarda dinamik RAM
– Örnekleme devresi
– Kamera flaş devresi
26
Kondansatörlerin Uygulamaları
• Filtreler (Süzgeçler)
Alçak geçiren
•
Band geçiren
Yüksek Geçiren
Band Durduran
27
Giriş
Çıkış
Alçak geçiren filtre
Giriş
Çıkış
Yüksek Geçiren Filtre
28
Filtrelerin Uygulamaları
• Gürültüden arındırma
• Gürültülü EEG sinyali
Temizlenmiş Sinyal
Zaman
Frekans
29
Filtrelerin Uygulamaları
Orijinal resim
Alçak geçiren
filtreden geçmiş
Yüksek geçiren
filtreden geçmiş
30