Aber was bedeutet es, wenn man sagt: "Es ist eine kapazitive Last"

Dies bedeutet, dass sich die Last wie ein Kondensator verhält.Sie müssen ihm eine Ladung zuführen, bevor sich die Spannung darüber ändert.

Warum sollte die Ausgangsimpedanz für kapazitive Lasten niedrig sein?

Wenn Sie die Spannung an dieser Last ändern möchten, müssen Sie einen erheblichen Strom liefern.Sie benötigen eine niederohmige Last, um einen Strom ohne Spannungsabfall zu liefern.

Dies ist nur ein konzeptionelles Modell und hält nicht viel Kontrolle aus, kann aber dazu beitragen, dass Ihr Geist in die richtige Richtung geht.

Stellen Sie sich vor, Ihre Schaltung ist ein Schlauchstück.Die Stromquelle ist, dass Sie in ein Ende blasen.Gleichstrom kann sein, dass Sie mit einem konstanten Druck blasen, während Wechselstrom Sie ein- und ausblasen kann.

Verschließen Sie nun das andere Ende und stecken Sie ein kleines Loch hinein ... eine Einschränkung, wenn Sie so wollen.Dies ist eine ohmsche Last.Konstanter Druck = konstanter Durchfluss.

Stellen Sie sich für die kapazitive Last vor, Sie ersetzen stattdessen das kleine Loch durch einen Ballon.Jetzt ist konstanter Druck nicht gleich konstanter Durchfluss.Der Fluss verlangsamt sich, wenn sich der Ballon / die Kapazität "füllt".

Einfache Antwort

Große Kondensatoren speichern Ladungen wie eine winzige Batterie. Sie ziehen mit der Änderungsrate der Spannung mehr Strom, genauso wie Stoßdämpfer mit der Schlaglochschrittgröße oder der Änderungsrate der Position = Geschwindigkeit mit mehr Kraft reagieren. Strom ist eine gute Analogie zur Kraft, da er proportional zum Drehmoment in Motoren ist. Kapazitive Belastung ist also wie die Wahl größerer Stoßdämpfer für ein schwereres Fahrzeug, um eine größere Kraft zum Verlangsamen der Achse über eine Unebenheit zu erzeugen. Eine Waschbrettstraße erzeugt eine Wechselstromkraft auf die Achse, und die Stoßdämpfer müssen so ausgewählt werden, dass sie der Federmassenresonanz entsprechen, um eine optimale Dämpfung zu erzielen.

Ticky klebrige technische Antwort

Alle Kondensatoren haben einen effektiven Serienwiderstand (ESR), wodurch bei einer bestimmten Haltepunktfrequenz der minimal mögliche Widerstand erzeugt wird. Dann werden sie darüber induktiv.

Netzteile mit negativer Rückkopplung weisen Produkte mit begrenzter Verstärkungsbandbreite auf, sodass die Ausgangsimpedanz um diese Verstärkung verringert wird. Mit zunehmender Lastfrequenz ist diese Ausgangsimpedanz das Gegenteil eines Nebenschlusskondensators mit niedrigem ESR

Oft erstreckt sich die Bandbreite einer akzeptablen niedrigen Impedanz einer Kappe nur wenige Jahrzehnte für eine niedrige Impedanz, und der ESR ändert sich auch mit der Volumengröße und der Chemie der Kappe. Daher kann es in kritischen SMPS-Anwendungen üblich sein, eine Reihe von Ausgangskappen von Keramik über Film bis Elektrolyt zu sehen.

Die Impedanz einer Kappe ist definiert als \ $ \ dfrac {1} {\ omega C} + ESR \ $ span> bis zur Haltepunktfrequenz, bei der diese gleich sind .

In Verbindung mit einem aktiven LDO oder SMPS, bei dem eine steigende niedrige Impedanz aus dem Lastregelungsfehler und höher definiert wird, besteht das Ziel darin, eine nahezu flache Ausgangsimpedanz zu erreichen, die jedoch aufgrund von Komplexitäts- und Toleranzfehlern häufig nie erreicht wird.

Der Lastregelungsfehler für einige Lastimpedanzen ist wie bei jedem Impedanzteiler, da das Verhältnis von Last zu Gesamt (Last + Quellenimpedanz) häufig bei 98 bis 99% oder 1 bis 2% Lastregelungsfehler angegeben wird, wobei die Last sein kann statischer Gleichstrom oder Wechselstrom.

Ihre Frage ist so grundlegend, dass sie vollständig intuitiv beantwortet werden kann (wenn Sie möchten und wenn Sie den Mut haben, sie zu akzeptieren), ohne Mathematik oder Elektrizitätskenntnisse. Die kapazitive Last ist einfach ein Kondensator; Sie müssen also eine gute intuitive Vorstellung vom Kondensator haben. Aber Sie haben es bereits aus dem Leben - einen Tank , der etwas speichern kann (Luft, Wasser, Geld, Daten, Ladung, Energie, Ruf :-), und Ihre Aufgabe ist es, es zu füllen oder zu leeren. . schnell oder langsam ... Aquarium und kommunizierende Gefäße sind die beliebtesten Fluidanalogien des Kapazitätsphänomens. Sie haben also die Antwort auf die Frage, wann diese Tanks (Kondensatoren) schnell aufgeladen werden und warum ...

Lassen Sie uns nun die Analogien beiseite legen und etwas "Ernsthafteres" diskutieren. Wie alles auf dieser Welt kann kapazitive Last sowohl nützlich als auch schädlich sein:

A nützliche kapazitive Last ist beispielsweise der Kondensator in einer RC-Integrationsschaltung. In diesem Fall ist das langsame Laden etwas, das wir wollen, weil es uns ermöglicht, eine Vorstellung von der Zeit durch die Spannung zu bekommen (daher der Widerstand in Reihe zum Kondensator). Auf diese Weise können wir Timer (555), Rampengeneratoren und mehr herstellen.

In anderen Fällen (z. B. dynamischer RAM, sample&hold-Schaltungen, Spitzendetektoren) ist die kapazitive Last ebenfalls nützlich, da wir sie zum Speichern (Speichern) digitaler oder analoger Daten verwendet haben ... aber jetzt möchten wir die Kapazität schnell aufladen . In diesen Fällen muss die Ladespannungsquelle stark genug sein, um nicht "einzutauchen" (wie Sie vermutet haben).

Genau genommen ist diese Anordnung falsch, weil der Kondensator die Spannungsquelle kurzschließt ... aber sie wird immer noch verwendet. Der Kondensator-Differenzierer (ohne Widerstand) ist ein weiteres bekanntes Beispiel

Eine unerwünschte kapazitive Last ist die parasitäre (Streu-) Kapazität von Elementen und Drähten, die dazu führt, dass sie sich in gewissem Maße wie Kondensatoren verhalten. Die unerwünschte Kapazität erscheint "parallel" zur nützlichen Eigenschaft von Widerstand oder Induktivität ... oder einem offenen Stromkreis (keine Last angeschlossen). In diesen Fällen ist das langsame Laden unerwünscht. Und wir wissen, wie wir dieses Problem aus unserer Routine lösen können (die obigen Analogien) - indem wir mit hohem Strom durch niedrigen Widerstand laden (daher kein Widerstand).

Kapazitive Lasten können Probleme an den komplementären Ausgängen digitaler Schaltungen verursachen. Bei hoher Ausgangsspannung ("1") werden sie über den oberen Transistor aufgeladen (der Ladestrom tritt aus dem Ausgang aus). Bei niedriger Ausgangsspannung ("0") werden sie über den unteren Transistor entladen (der Entladestrom tritt in den Ausgang ein)

Schließlich zum phase shift ... es ist eine große Herausforderung, es auf völlig intuitive Weise zu erklären ...

Stellen Sie sich vor, Sie haben langsam begonnen, den Wasserhahn zu öffnen, um einen Eimer mit Wasser zu füllen (der Wasserfluss ist der "Strom" und der Wasserstand ist die "Spannung"). Infolgedessen steigt die "Spannung" an, wenn der "Strom" ansteigt

Dann schließen Sie langsam den Wasserhahn (um den Eimer zu leeren, wie Sie wahrscheinlich denken :-). Vermutlich steigt die "Spannung" weiter an, obwohl der "Strom" abnimmt. Dies ist ein Beispiel für die sogenannte "Phasenverschiebung" ...

Unser Professor hat eine sehr einfache Tatsache verwendet, um das Verhalten klar zu machen:

at eine ideale Kapazitätsspannung kann nicht springen, aber Strom kann.

Wenn ein entladener Kondensator an eine Quelle angeschlossen ist (ideale Kapazität!), beträgt seine Anfangsspannung 0V. Der Anfangsstrom, der in die Kapazität fließt, ist jedoch unendlich. Dann steigt die Spannung mit einer Exponentialfunktion langsam an, gleichzeitig beginnt der Strom mit einer Exponentialfunktion abzusinken, bis er wieder 0A beträgt.

Wenn Sie also eine kapazitive Last anschließen, stellt dies für eine bestimmte Zeit eine große Last dar, die Sicherungen durchbrennt oder andere Dinge beschädigt. Bei großer Kapazität wird häufig ein Einschaltstrombegrenzer verwendet, um die großen Ströme zu steuern

"warum die Ausgangsimpedanz für kapazitive Lasten niedrig sein sollte" Dies liegt daran, dass beim Einschalten große Ströme fließen möchten (und wenn die Stromquelle stark genug ist) - eine niedrige Impedanz garantiert, dass der Kondensator schnell gefüllt wird und nichts zu heiß wird

Wenn Sie die Stromquelle ausschalten, hält eine ideale Kapazität die gespeicherte Energie für immer, die Spannung ändert sich nie. Wenn eine Last parallel zur idealen Kapazität angeschlossen ist, bleibt ihre Spannung zunächst konstant und beginnt mit einer Exponentialfunktion abzusinken, bis sie wieder 0 V beträgt. Außerdem "springt" der Strom zunächst auf den Strom, den die Last benötigt.

Dasselbe kann für eine ideale Induktivität definiert werden.

hier der Strom kann nicht springen, aber die Spannung kann.

Eine an eine Quelle angeschlossene Induktivität ändert also zunächst nicht ihren Strom. Wenn es z.B. 0A Die Induktivität wirkt gegen die Quelle, indem sie eine invertierte Spannung erzeugt ... Nun, sie wirkt gegen die Stromquelle in jedem Fall, in dem der Strom, der vor dem Anschließen der Stromquelle floss, sich von dem Strom unterscheidet, den physikalisch gewünscht wird Fluss mit angeschlossener Quelle (hoffe, das ist eine gute Erklärung ...) Sobald die Induktivität keine gespeicherte Energie mehr hat, verliert sie den Kampf mit der Stromquelle.

Dasselbe passiert, wenn Sie die Stromquelle ausschalten. Jetzt versucht die Induktivität erneut, den Strom konstant zu halten, indem sie selbst als Stromquelle fungiert (jetzt können wir davon ausgehen, dass sie Energie gespeichert hat) - mit unendlicher Spannung, wenn der Widerstand niedrig genug ist. Das Ergebnis kann beispielsweise ein Lichtbogen in Schaltern oder Relais sein. Wenn Sie also eine Induktivität ausschalten, müssen Sie einen Pfad für die Energie bereitstellen, um die Induktivität zu kompensieren oder auszuschalten, wenn der Strom 0A

capacitive load - Seien Sie vorsichtig, wenn Sie einschalten (z. B. Phasensteuerung: Verwenden Sie ein Gerät, das sich beim Nulldurchgang einschaltet - Sie können es jedoch jederzeit ausschalten)

induktive Last - Seien Sie vorsichtig, wenn Sie ausschalten (z. B. Phasensteuerung: Verwenden Sie ein Gerät, das sich beim Nulldurchgang ausschaltet, aber Sie können es jederzeit einschalten)

Frage 1: Was Sie erkennen sollten, ist, dass, da Sie eine kapazitive Last haben, was auch immer Strom direkt in den Kondensator liefert, ob es sich um einen Operationsverstärker oder eine Stromversorgung handelt, dieses Gerät / diese Schaltung in der Lage sein muss, den erforderlichen Strom zu handhaben und / oder zu liefernLaden Sie diesen Kondensator auf.

Frage 2: Wenn Sie beispielsweise einen Operationsverstärker mit einer Ausgangsimpedanz von 1 kOhm haben und der Kondensator beispielsweise 10 uF beträgt.Wenn Sie versuchen, den Kondensator vom Ausgang des Operationsverstärkers auf 5 V aufzuladen, dauert das Laden etwa 50 ms, da 1 kOhm die Ladegeschwindigkeit des Kondensators begrenzt.Wenn Sie den Ausgang auf eine niedrigere Impedanz von 100 Ohm ändern, dauert das Aufladen ca. 5 ms.