Divisor de tensão capacitiva

Neste post, aprendemos como os circuitos divisores de tensão capacitiva operam em circuitos eletrônicos, através de fórmulas e exemplos resolvidos.

Por: Dhrubajyoti Biswas

O que é uma rede divisora ​​de tensão?

Por falar em um circuito divisor de tensão, é importante observar que a tensão no circuito divisor é distribuída igualmente entre todos os componentes existentes associados à rede, embora a capacidade possa variar dependendo da constituição dos componentes.

Um circuito divisor de tensão pode ser construído com componentes reativos ou mesmo com resistores fixos.

No entanto, quando comparados aos divisores de tensão capacitiva, os divisores resistivos não são afetados pela mudança de frequência na alimentação.

O objetivo deste documento é fornecer um entendimento detalhado dos divisores de tensão capacitiva. Porém, para obter mais informações, é vital detalhar a reatância capacitiva e seu efeito nos capacitores em várias frequências.

Um capacitor é constituído por duas placas condutoras, colocadas paralelamente uma à outra, que são posteriormente separadas por um isolador. Essas duas placas têm carga positiva (+) e negativa (-).

Quando um capacitor é totalmente carregado por corrente contínua, o dielétrico [popularly referred to insulator] Bloqueia o fluxo de corrente através das placas.

Outra característica importante de um capacitor em comparação com uma resistência é: um capacitor armazena energia nas placas condutoras durante o carregamento, o que a resistência não armazena, pois sempre tende a liberar excesso de energia na forma de calor.

Mas a energia armazenada por um capacitor passa para os circuitos conectados a ele durante seu processo de descarga.

Essa característica de um capacitor para armazenar a carga é conhecida como reatância e, mais tarde, reatância capacitiva. [Xc] para o qual Ohm é a unidade de medida padrão para reatância.

Um capacitor descarregado quando conectado a uma fonte de energia CC, a reatância permanece baixa no estágio inicial.

Uma parte substancial da corrente flui através do capacitor por um curto período, forçando as placas condutoras a carregar rapidamente, e isso eventualmente inibe qualquer passagem adicional de corrente.

Como o capacitor bloqueia a corrente direta?

Em uma rede de resistência, série de capacitores, quando o período atinge uma magnitude de 5RC, as placas condutoras do capacitor estão totalmente carregadas, o que significa que a carga recebida pelo capacitor é igual à fonte de tensão, que para qualquer fluxo de corrente adicional.

Além disso, a reatância do capacitor nesta situação sob a influência da tensão DC atinge o estado máximo [mega-ohms].

Capacitor na alimentação CA

Quanto ao uso de corrente alternada [AC] Para carregar um capacitor, no qual o fluxo de corrente alternada é sempre polarizado alternadamente, o capacitor que recebe o fluxo está sujeito a carga e descarga constantes em suas placas.

Agora, se tivermos um fluxo de corrente constante, também devemos determinar o valor da reatância para restringir o fluxo.

Fatores para determinar o valor da resistência capacitiva

Se dermos uma olhada na capacitância, descobriremos que a quantidade de carga nas placas condutoras de um capacitor é proporcional ao valor da capacitância e da tensão.

Agora, quando um capacitor extrai corrente de uma entrada CA, a fonte de tensão passa por uma constante mudança no valor, o que invariavelmente altera o valor das placas de maneira muito proporcional.

Agora considere uma situação em que um capacitor contém um valor mais alto de capacitância.

Nesta situação, a resistência R consome mais tempo para carregar o capacitor τ = RC. Isso implica que, se a corrente de carga fluir por um longo período de tempo, a reatância registra um valor menor Xc, dependendo da frequência especificada.

Da mesma forma, se o valor da capacitância for menor em um capacitor, será necessário um tempo RC menor para carregar o capacitor.

Esse tempo mais curto causa fluxo de corrente por um período mais curto, resultando em um valor de reatância comparativamente menor, Xc.

Portanto, é evidente que, com correntes mais altas, o valor da reatância permanece pequeno e vice-versa.

E, portanto, a reatância capacitiva é sempre inversamente proporcional ao valor da capacitância do capacitor.

XC ∝ -1 C.

É vital observar que a capacitância não é o único fator na análise da reatância capacitiva.

Com uma baixa frequência da tensão CA aplicada, a reatância se desenvolve mais em função da constante de tempo RC atribuída. Além disso, também bloqueia a corrente, indicando um valor de reatância mais alto.

Da mesma forma, se a frequência aplicada for alta, a reatância permitirá um menor tempo de ciclo para o processo de carga e descarga.

Além disso, ele também recebe um fluxo de corrente mais alto durante o processo, o que leva a uma reatância menor.

Isso mostra que a impedância (reatância CA) de um capacitor e sua magnitude dependem da frequência. Portanto, uma frequência mais alta resulta em uma reatância mais baixa e vice-versa e, portanto, pode-se concluir que a reatância capacitiva Xc é inversamente proporcional à frequência e capacitância.

Esta teoria da reatância capacitiva pode ser resumida com a seguinte equação:

Xc = 1 / 2πfC

Onde:

· Xc = reatância capacitiva em ohms, (Ω)


· Π (pi) = uma constante numérica de 3,142 (ou 22 × 7)


· Ƒ = Frequência em hertz, (Hz)


· C = capacitância em farads, (F)

Divisor de tensão capacitiva

Esta seção terá como objetivo fornecer uma explicação detalhada de como a frequência de alimentação afeta dois capacitores conectados entre si ou em série, melhor denominado circuito divisor de tensão capacitivo.

Circuito divisor de tensão capacitiva explicado

Circuito divisor de tensão capacitiva

Para ilustrar como um divisor de tensão capacitivo funciona, vejamos o circuito acima. Aqui C1 e C2 são em série e conectados a uma fonte de energia CA de 10 volts. Sendo em série, os dois capacitores recebem a mesma carga, Q.

No entanto, a tensão ainda será diferente e também depende do valor da capacitância V = Q / C.

Tendo em conta a Figura 1.0, o cálculo da tensão no capacitor pode ser determinado de diferentes maneiras.

Uma opção é descobrir a impedância total do circuito e a corrente no circuito, ou seja, rastrear o valor da reatância capacitiva em cada capacitor e calcular a queda de tensão através deles. Por exemplo:

EXEMPLO 1

Com base na Figura 1.0, com C1 e C2 de 10uF e 20uF respectivamente, calcule as quedas de tensão rms que ocorrem no capacitor em uma situação de tensão senoidal de 10 volts rms a 80Hz.

Capacitor C1 10uF
Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 80 x 10uF x 10-6 = 200 ohms
C2 = capacitor 20uF
Qual é o valor de x na equação x + 1 = 0?
Ohm

Reatância capacitiva total

Xc (total) = 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

Corrente no circuito

I = E / Xc = 10V / 290Ω

A tensão cai em série para o capacitor. Aqui, o divisor de tensão capacitiva é calculado como:

Vc1 = I x Xc1 = 34,5mA x 200Ω = 6,9V
Vc2 = I x Xc2 = 34,5mA x 90Ω = 3,1V

Se os valores do capacitor diferirem, o capacitor de valor mais baixo poderá ser carregado para uma tensão mais alta em comparação com o valor mais alto.

No Exemplo 1, a carga de tensão registrada é 6,9 e 3,1 para C1 e C2, respectivamente. Agora, como o cálculo é baseado na teoria de tensão de Kirchoff, portanto, a queda total de tensão para o capacitor individual é igual ao valor da tensão de alimentação.

NOTA:

A taxa de queda de tensão para os dois capacitores conectados ao circuito divisor de tensão capacitivo em série permanece sempre a mesma, mesmo se houver uma frequência na fonte.

Portanto, de acordo com o Exemplo 1, 6,9 e 3,1 volts são os mesmos, mesmo que a frequência de fornecimento seja maximizada de 80 a 800Hz.

EXEMPLO 2

Como encontrar a queda de tensão do capacitor usando os mesmos capacitores usados ​​no Exemplo 1?

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 10uF = 2 ohms

Xc1 = 1 / 2πfC = 1 / 2π x 8000 x 22uF = 0,9 Ohm

I = V / Xc (total) = 10 / 2,9 = 3,45 amperes

Portanto, Vc1 = I x Xc1 = 3,45A x 2Ω = 6,9V

Y, Vc2 = I x Xc2 = 3,45A x 0,9 Ω = 3,1V

Como a taxa de tensão permanece a mesma para os dois capacitores, à medida que a frequência de alimentação aumenta, seu impacto é visto na forma de uma diminuição na reatância capacitiva combinada, bem como na impedância total do circuito.

Uma impedância reduzida causa um fluxo de corrente mais alto, por exemplo, a corrente do circuito em 80Hz é de cerca de 34,5mA, enquanto que em 8kHz pode haver um aumento de 10 vezes na fonte de corrente, ou seja, em 3,45A .

Portanto, pode-se concluir que o fluxo de corrente através do divisor de tensão capacitiva é proporcional à frequência, I ∝ f.

Como discutido anteriormente, os divisores capacitivos envolvendo séries de capacitores conectados diminuem a tensão CA.

Para descobrir a queda de tensão correta, os divisores capacitivos levam o valor da reatância capacitiva de um capacitor.

Portanto, ele não funciona como divisores para a tensão DC, pois no DC os capacitores param e bloqueiam a corrente, causando fluxo de corrente zero.

Os divisores podem ser usados ​​nos casos em que o suprimento é gerenciado por frequência.

Existe uma grande variedade de uso eletrônico para o divisor de tensão capacitivo, desde o dispositivo de digitalização digital até os osciladores Colpitts. Também é amplamente preferido como uma alternativa barata ao transformador de rede, onde um divisor de tensão capacitivo é usado para reduzir uma alta corrente da rede.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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