Bagaimana kapasitor memperlancar energi?

Saya mencoba untuk membungkus pikiran saya tentang cara kerja kapasitor. Saya mengerti mereka menyimpan muatan dan umumnya mengerti bagaimana tetapi saya tidak mengerti bagaimana menggunakannya "memperlancar" aliran muatan. Bukankah, katakanlah motor, menarik daya dari kapasitor yang terisi daya melakukan hal yang sama ketika menarik daya dari sumber daya? Apa artinya muatannya dihaluskan dan bagaimana ??

Kapasitor tidak menyimpan biaya. Pernyataan yang sangat tidak berharga karena didasarkan pada kata "charge" yang memiliki banyak arti. Tolong lupakan Anda pernah mendengarnya. Mereka juga tidak memperlancar energi. Yang mulus adalah tegangan.

Saya akan menjawab pertanyaan Anda, tetapi pertama-tama Anda harus benar-benar memahami cara kerja kapasitor.

Apa yang disimpan oleh kapasitor adalah energi. Hal-hal yang mengalir di sirkuit listrik adalah muatan listrik . Kami mengukur laju aliran muatan dalam ampere. Kuantitas muatan diukur dalam coulomb. Karena muatan tidak pernah dibuat atau dihancurkan , setiap kali kita mengukur muatan, kita biasanya menghitung muatan yang mengalir melewati gerbang metaforis. Kecuali untuk beberapa sirkuit yang sangat aneh, muatan total dalam perangkat elektronik juga konstan. Ini sangat mirip dengan sistem hidrolik tertutup: ada beberapa cairan di dalamnya dan Anda dapat memindahkannya, tetapi tidak ada yang masuk atau bocor. Anda dapat menghitung berapa banyak cairan mengalir melewati suatu titik, tetapi itu harus berasal dari suatu tempat, dan itu harus pergi ke tempat lain.

Bayangkan jika Anda memiliki kapal bulat, diisi dengan cairan. Di bagian tengah kapal ada plat karet yang bisa Anda regangkan dengan mendorong cairan di satu sisi dan memompa keluar sisi lainnya. Seperti itulah kapasitor:

Ini dari kesalahpahaman kapasitor Bill Beaty yang luar biasa .

Saat Anda mendorong air di satu sisi, jumlah air yang sama harus keluar di sisi lainnya. Selanjutnya, setelah membran karet ini diregangkan, ia ingin kembali menjadi lurus. Dengan demikian, tekanan air di satu sisi akan lebih tinggi dari yang lain. Jika Anda melepas sumbat dan menggantinya dengan selang, air akan mengalir sampai karet tidak melar.

Sekarang ganti "air" dengan "muatan listrik", dan "tekanan" dengan "tegangan", dan Anda memiliki kapasitor.

Sekarang bayangkan dua kapal, satu ukuran bola golf, dan satu ukuran kolam renang. Masing-masing memiliki membran dengan kelenturan identik di tengah. Jika Anda memompa satu sendok makan air melalui kapal berukuran bola golf, membran akan banyak terentang, dan akibatnya perbedaan tekanan antara sisi akan menjadi besar. Jika Anda melakukan hal yang sama pada bejana berukuran kolam renang, membran hampir tidak akan bergerak sama sekali, dan perbedaan tekanan hanya akan sedikit lebih banyak daripada tidak sama sekali.

Inilah kapasitansi . Ini memberi tahu Anda, untuk jumlah tertentu air yang dipindahkan, apa perbedaan tekanan itu. Ia memberi tahu Anda, untuk sejumlah muatan listrik yang dipindahkan melalui kapasitor, berapakah tegangannya. Ini didefinisikan sebagai:

Dimana:

• $C$ adalah kapasitansi, diukur dalam farad,
• $q$ dibebankan melalui kapasitor, diukur dalam coulomb, dan
• $V$ adalah voltase, ukur voltase (Anda dapat menebaknya).

Jangan terpaku pada "coulomb". Coulomb adalah berapa banyak muatan bergerak melewati suatu titik jika 1 ampere mengalir selama 1 detik. Atau, 2 ampere selama setengah detik. Atau, 1/2 ampere selama 2 detik.

Jika Anda mengambil kalkulus, maka Anda akan mengetahui bahwa muatan adalah bagian yang tidak terpisahkan dari arus. Dengan kata lain, muatan adalah arus karena jarak ke kecepatan. Anda dapat mengganti "ampere" dengan "coulomb per detik" - unit-unitnya persis sama.

Menggunakan pengetahuan itu dan sedikit kalkulus dasar, kapasitansi juga dapat didefinisikan dalam hal tegangan dan arus:

Apa yang dikatakan adalah: laju perubahan tegangan dari waktu ke waktu (volt per detik) sama dengan arus (ampere atau coulomb per detik) dibagi dengan kapasitansi (farad).

Jika Anda memiliki kapasitor 1 farad, dan Anda bergerak 1 ampere (1 coulomb per detik) melewatinya, maka tegangan melintasi kapasitor akan berubah pada tingkat 1 volt per detik.

Jika Anda menggandakan kapasitansi, maka laju perubahan tegangan akan menjadi setengah.

Dan di sini, saya pikir, adalah jawaban untuk pertanyaan Anda. Kapasitor yang sering diletakkan pada catu daya untuk menahan tegangan tetap. Ini berfungsi karena semakin banyak kapasitansi yang Anda miliki, semakin sulit untuk mengubah tegangan, karena itu membutuhkan lebih banyak arus untuk melakukannya.

Dalam aplikasi ini, kapasitor tidak melicinkan energi , melainkan melicinkan tegangan . Mereka melakukannya dengan menyediakan penyimpanan energi dari mana beban dapat menarik selama saat arus tinggi sementara. Ini membuat pekerjaan catu daya lebih mudah karena tidak harus berurusan dengan perubahan arus yang tinggi. Akibatnya, kapasitor membantu rata-rata permintaan beban saat ini seperti yang terlihat oleh catu daya.

Kapasitor smoothing digunakan untuk menekan riak tegangan, biasanya pada saluran catu daya. Mereka melakukan ini dengan secara berkala menyimpan dan mengisi kembali energi. Gambar di bawah ini menunjukkan kasus penggunaan yang sangat umum dari kapasitor ini dalam penyearah jembatan penuh.

Seperti yang Anda lihat, kapasitor smoothing melepaskan dan mengisi kembali energi ketika tegangan output turun. Ini "meratakan" tegangan output, itulah sebabnya kapasitor ini disebut kapasitor "smoothing".

Kapasitor hadir untuk memberikan ilusi pada beban Anda bahwa mereka terhubung ke sumber tegangan ideal.

Misalnya, sumber daya Anda memiliki beberapa hambatan internal dan mungkin ada induktansi yang signifikan karena arahan yang panjang.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Menambahkan kapasitor memungkinkan beban untuk melihat perkiraan Vssaat sakelar dibuka / ditutup. Jika tidak, akan ada tegangan suplai variabel saat beban dibuka / ditutup.

Ya, pada dasarnya cara kerjanya sama. Namun, kapasitor biasanya memiliki kapasitas lebih rendah daripada, katakanlah, baterai. Saat Anda menghubungkan beban ke kapasitor, muatan dan tegangannya akan berkurang seiring waktu. Itu sebabnya disebut halus. Baterai melakukan hal itu dengan cara yang persis sama tetapi jauh lebih lambat, karena kapasitas yang lebih tinggi.

Juga ada halus dalam arti menghaluskan sinyal tegangan. Jika kami mengisi dan melepaskan kapasitor secara bersamaan dengan beberapa sinyal tegangan variabel, Anda akan memahami bahwa kapasitor mengisi daya pada sisi yang naik. Di tepi jatuh, kapasitor 'membantu' catu daya lainnya, yang membuat tepi jatuh lebih halus. Akhirnya ini dapat menyebabkan tegangan yang hampir konstan.

Bayangkan kapasitor sebagai segelas air dengan lubang. Jadi, tidak peduli seberapa cepat Anda mengisi gelas, output melalui lubang kurang lebih sama. Itulah cara kerja kapasitor, pertama-tama mengisi daya, kemudian memberikan output yang menyaring kebisingan dan memberikan output yang bersih, terlepas dari bagaimana input berfluktuasi.