Fråga angående kondensatorer

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
tallrot
Inlägg: 88
Blev medlem: 17 februari 2011, 22:26:11

Fråga angående kondensatorer

Inlägg av tallrot »

Försöker förstå hur en astabil vippa fungerar och har läst på den här sidan:

https://www.build-electronic-circuits.c ... ivibrator/

Jag förstår det mesta men är fortfarande något förvirrad när det gäller detaljen med hur kondensatorerna laddar upp och ur.
När plussidan på en kondensator blir jordad så blir det enligt den beskrivningen 0 volt på plus och -7,3 volt på minussidan.

Jag trodde att en urladdad kondensator får 0 volt på båda plattorna eller har jag missförstått något?
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 20287
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av 4kTRB »

Kondensatorer är spänningströga. Lärde vi oss i grundkursen på gymnasiet.
Mindmapper
Inlägg: 7003
Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
Ort: Jamtland

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av Mindmapper »

Har läst igenom beskrivningen. Vad jag ser är det ingen som påstår att kondensatorn är urladdad när den har -7,3V på ena sidan.

Jag ska försöka ge en liknande beskrivning där jag skalat bort en massa komponenter.
Låt säga att du har en kondensator och laddar upp den till 8V. Sedan lossar du den och lägger den oansluten på bordet. (Den kommer då väldigt sakta att självurladdda pga att den inte är perfekt.)
Om du mäter med en multimeter på den kommer du att mäta 8V. Har du minus (com) på multimetern kopplad till - på kondensatorn kommer du att mäta 8V (dvs +8V).
Minus på multimetern är din referens nivå. Du mäter att potentialskillnaden i kondensatorn är 8V.
När vi gjort dessa mätningar har kondensatorn varit flytande. Dvs. ej inkopplad till något. När vi kopplar in multimetern blir mutimeterns minuspol (com) vår referensnivå för mätningen. Men kondensatorn är fortfarande flytande Dvs ej inkopplad till någon fast punkt i en krets.

1.
Om vi nu kopplar in - på kondensatorn till - polen på ett batteri och så mäter vi därifrån med multimetern. Vi har nu batteriets - som vår referensnivå. - på multimetern till - på batteriet och - på kondensatorn också kopplat till samma punkt. Om vi mäter på + anslutningen på kondensatorn har vi 8V.

2.
Kopplar vi om så att + anslutningen på kondensatorn är kopplad till - på batteriet och så mäter vi med multimeterns + anslutning till - på kondensatorn så mäter vi - 8V. Kondensatorn är fortfarande uppladdad till 8V men vi har bytt plats på vår referens så vi mäter från + till - på kondensatorn. Vi har skiftat läge på anslutningarna.

3.
Vi flyttar kondensatorn igen. Batteriet är 9V, vi flyttar minus på kondensatorn till batteriets + pol. Vi mäter fortfarande med multimeterns - (com) på batteriets minus. Alla mätningar utgår ifrån att - på batteriet är vår referens. Mäter vi nu på batteriets + pol mäter vi 9V. Mäter vi på kondensatorns + anslutning så mäter vi 17V. Kondensatorn är fortfarande uppladdad till 8V.

4.
Om vi kopplar om kondensatorn en gång till. Nu kopplar vi kondensatorns + anslutning till batteriets + pol. Mäter vi nu med multimetern på kondensatorns - anslutning mäter vi 1V.

5.
Om vi behåller kondensatorns inkoppling med + anslutningen till + på batteriet. Men vi flyttar multimeterns - (com) till batteriets + pol. Då mäter vi -8V till kondensatorns - anslutning.

För att det ska gå lättare att följa med, rita hur kondensatorn, batteriet och multimetern är inkopplad vid varje mätning. Kondensatorn är hela tiden uppladdad till 8V.

I kretsen som var ursprunget till dettta laddar kondensatorn om sig hela tiden eftersom den är inkopplad i en sluten krets. När transistorn leder flyttas kondensatorns + anslutning i kretsen från 8V till 0V. Men kondensatorn är fortfarande uppladdad till samma potential som innan transistorn ledde. Sedan börjar omladdningen via resistorn.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 7825
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av pi314 »

Kanske är en del av det som kan tyckas oklart relaterat till begreppen potential och spänning.

Om en kopplingspunkt har potentialen 1000 volt (i förhållande till jord) och en annan punkt har potentialen 1001 volt, då har man spänningen 1 volt mellan punkterna.

Spänningen över kondensatorerna ändras långsamt, men potentialen på båda polerna ändras snabbt.

Sedan tycker jag förklaringen i länken rundar hur det hela dras igång. Varför stannar inte vippan med att båda transistorerna leder lite?

Dom två transistorerna inverterar och kopplar tillbaka sin utgång (kollektorn) till den andra transistorns bas. Det blir en positiv återkoppling som ger upphov till en självsvängning. Då bottnar en transistor, t.ex. Q1, och kollektorspänningen blir VCE(sat) (som är nära noll) och motsvarande LED, L1, tänds. Kondensatorn på denna kollektor, C1, har då, just när LEDden tänts, ca -7 volt på minussidan. Men, genom motståndet laddas den "långsamt" ur. Samtidigt som den andra kondensatorn "långsamt" laddas upp. När C1 laddats ur börjar Q2 leda. L2 tänds och L1 släcks.

Och så vidare...

Användarvisningsbild
HUGGBÄVERN
Tidigare soundbrigade
Inlägg: 34651
Blev medlem: 23 augusti 2006, 22:44:11
Ort: Lilla Paris
Kontakt:

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av HUGGBÄVERN »

I den här kretsen är ju strömmarna viktigare än spänningarna då strömmarna får trissorna att öppna och frånvaron av strömmar har motsatt effekt.
Mindmapper
Inlägg: 7003
Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
Ort: Jamtland

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av Mindmapper »

Huggbävern> ?
Kan du förklara vad du menar med strömmarna!
Användarvisningsbild
HUGGBÄVERN
Tidigare soundbrigade
Inlägg: 34651
Blev medlem: 23 augusti 2006, 22:44:11
Ort: Lilla Paris
Kontakt:

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av HUGGBÄVERN »

När kondingarna laddas upp flyter strömmer genom den och in på trissornas basar. Så länge det flyter ström leder trissorna och när kondingarna är fulladdade slutar strömmen gå och trissorna slutar leda. Strömmen genom kollektormotstånden går då heller inte genom trissorna utan skickas på ”motstående” konding som skickar laddströmmen vidare till den andra trissan.

Lätt som en Mellere special.
Användarvisningsbild
Marta
EF Sponsor
Inlägg: 7390
Blev medlem: 30 mars 2005, 01:19:59
Ort: Landskrona
Kontakt:

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av Marta »

1
Q1 leder därför att den får basström genom R3. Q2 är spärrad för att basen har negativ spänning då C1 är laddad och dess plusände hålls på 0V av Q1. C2 har laddats upp genom R4 och L2 och Q2 bas.
R2 försöker dra upp spänningen på Q2 bas och laddar sakta ur C1.

2
Q2 bas når en spänning där Q2 börjar leda. Spänningen på Q2 kollektor sjunker då och drar genom C2 med sig Q1 bas. Q1 får negativ basspänning och slutar leda. C1 kommer därvid att laddas upp genom R1 och L1 och Q2 bas så denna leder ännu mer av den basström som därigenom uppstår. Q2 kollektor och därmed Q1 bas sjunker
då ännu mera.
Detta är en självpådrivande process som får Q2 att snabbt börja leda
och Q1 att snabbt sluta leda.

3
Läget är nu det ombytta mot vad det först var och det hela upprepas
men på motsatta sidan av kopplingen. Detta fortsätter sedan växelvis
så länge kopplingen tillförs ström.

Några fler detaljer:

Beteckningarna L1 och L2 på LED är mycket olämpliga. L anger normalt en induktans. Antingen LED eller D är det rätta.

Den stigande flanken på transistorernas kollektor blir lite långsam till följd av att kondensatorerna laddas upp genom kollektormotstånden.

Den negativa basspänningen på en BJT skall aldrig vara över 5V, är den det börjar bas-emitter leda som en zenerdiod. Det stör kopplingens funktion och skadar även så sakteliga transistorn. Det förekommer många konstruktioner där det inte tagits hänsyn till detta.

Denna enkla grundkoppling är alltså olämplig när det behövs branta flanker eller drivspänningen är lite högre. Med lite extra motstånd och dioder kan båda dessa problem motverkas.
Användarvisningsbild
HUGGBÄVERN
Tidigare soundbrigade
Inlägg: 34651
Blev medlem: 23 augusti 2006, 22:44:11
Ort: Lilla Paris
Kontakt:

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av HUGGBÄVERN »

Jag gjorde ett examensarbete på gymnasiet om pulskretsar och höll ett föredrag för klassen om just denna krets. Dock är Martas beskrivning lysande.

Ska ämnas att den här kretsen var populär en gång i tiden pga dess enkelhet. Ska man ha en simpel 4-kantoscillator tar man en 40106 och en konding och ett motstånd.

Ska också nämnas att kretsen ovan kunde modifieras för att bli e monostabil eller bistabil vippa.
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 7825
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av pi314 »

Kul HUGGBÄVERN att du fördjupat dig i bl.a. just denna krets!

Beskrivningen som länkas till i trådstarten lämnar onekligen en del övrigt att önska.

Det står väl inte vilka tansistorer som används, mer än att dom är NPN? Ska man gissa på kisel?

Backspänning VEB0 som en transistor tål varierar en del. För en typisk kiseltransistor är det nog en bra idé at hålla sig under 5 volt. Om man t.ex. driver hela kretsen som länkas till i trådstarten på 5 volt är det troligen OK. Alternativt att man kompletterar kopplingen med t.ex. dioder som slyddar bas-emitterdioderna mot för hög backspänning.

Trådrubriken tar upp just kondensatorer. Så jag tänkte ta med lite fler tankar om dessa.

Kondensatorns funktion
Kondensatorer används i lite olika typer av tillämpningar. Jag har nog en grundsyn på kondensatorn som i hög grad baseras på

Q = C x U = I x t

Laddningen är lika med kapacitansen gånger spänningen är lika med strömmen gånger tiden.

Kondensatorn i olika tillämpningar
Några typiska tillämpningar där kondensatorer används.

– Ta bort rippel från likriktad AC. Här fungerar kondensatorn lite som en "laddflaska". Den laddas upp till nominell spänning vid påslag och håller sedan denna spänning.

– Ta bort rippel eller brus i kretsar med hög frekvens, genom avkoppling, t.ex. av drivspänning.

– Kortsluta AC, men tillåta DC, t.ex. över ett emittermotstånd i en AC förstärkare.

– Släppa fram AC men inte DC mellan steg i en förstärkare. Här har den konstant DC-spänning över sig, men en AC-komponent på ena sidan kondensatorn finns även på andra sidan kondensatorn.

– Som fördröjning eller för att skapa en ramp. I enklaste fallet med en RC-krets. I t.ex. en astabil multivibrator, som den som länkas till i trådstarten. Formeln ovan funkar som en approximation, men eftersom strömmen genom R och därmed genom C varierar genom förloppet så blir det lite mer komplicerat, om man vill räkna exakt.

Är det spänning eller ström som gäller för en kondensator?
Som en paralell så tycker jag att det underlättar att betrakta en LED som en komponent som ska drivas med ström. När det gäller kondensatorn tycker jag att, hur jag ser på den i det avseendet, varierar lite mellan olika tillämpningar. I t.ex. dom exempel jag tog upp ovan. Kanske illustreras detta lite av formeln ovan? I mellanledet handlar det om spänning och i högerledet handlar det om ström. Som båda ändrar mängden laddning i en kondensator.

Ytterligare ett par tankar. Med konstant spänning över en kondensator är det ingen ström. För att ändra spänningen över kondensatorn så krävs en ström. En avkopplingskondensator "äter upp" en störpuls genom att kräva ström för att spänningen ska ändras.

Är kondensatorer elektronikens vanligaste komponent, tillsammans med motstånd? Om man räknar en IC som en komponent och inte som ett antal transistorer... :humm:

Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 20287
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av 4kTRB »

Ett sätt att räkna på uppladdning av kondensator är att ytan av ström x tid dividerat med kapacitansen
ger den spänning kondensatorn laddas upp till.

Ex.
Lägg på en konstant ström om 2mA i 200ms igenom en 100uF kondensator,
ser ut som en fyrkant i ett tid-ström-diagram, ytan av den fyrkanten dividerat med 100uF
blir 4. 4 volt alltså. Spänningen stiger linjärt under 200ms från 0V till 4V så var som helst
under de 200ms kan aktuell spänning beräknas exempelvis efter 50ms är ytan bara 1/4 så stor
och alltså spänningen också, 1V.
Användarvisningsbild
persika
EF Sponsor
Inlägg: 1529
Blev medlem: 31 juli 2006, 22:14:37
Ort: Österlen, Skåne

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av persika »

Kolla även denna tråd angående astabil vippa och Veb0:
viewtopic.php?p=1798784&hilit=Veb0#p1798784
Användarvisningsbild
pi314
Inlägg: 7825
Blev medlem: 23 oktober 2021, 19:22:37
Ort: Stockholm

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av pi314 »

Fyller på med lite mer...

Fysikalisk elektronik är inte min specialdistans, men en del har jag hållit på med det.

Genombrott i en diod med bakspänning
Vilken backspånning en diod tål varierar mellan vida gränser. Det finns t.ex. högspänningsdioder och det finns bas-emitterövergångar i bipolära transistorer (BJT). Zenerdioder är ett exempel på en komponent där man utnyttjar genombrottet för att uppnå ett viisst resultat. Dom tål backspänning, så länge som man inte överskrider några gränsvärden för ström, effekt eller temperatur. Bas-emitterdioden i en kiseltransistor däremot, degraderas vid backspänning över en viss niivå, som oftast är ganska låg. Typiskt ca 5-6 volt. Degraderingen börjar vid ganska låg ström och låg effekt.

Man brukar skilja mellan två olika typer av genombrott, som kan inträffa. Dom två typerna kallas zenergenombrott och avalanchegenombrott. Jag vet inte om det finns något svenskt ord för avalanche breakdown. Google translate föreslog "lavinhaveri"! :rofl

PN/NP-övergångar i bipolära halvledare
"Råvaran" i dioder och transistorer, såsom germanium (Ge) eller kisel (Si) leder ström dåligt. Genom att "dopa" dom här ämnena med lite av ett ämne som antingen har en elektron extra, i förhållande till "basmaterialet", eller en elektron mindre (vi talar om valenselektroner) så skapar man vad man kallar N-dopad eller P-dopad "råvara". I det N-dopade kan dom extra elektronerna röra sig och man har något som leder ström lite grann. I det P-dopade är det hålen efter dom saknade elektronerna som kan flytta sig. Även detta leder ström lite grann. Vi har två halvledare. När vi skapar ett gränsskikt mellan ett N-dopat material och ett P-dopat material så får vi en diod. Genom att lägga ihop tre skikt på ett sätt som kräver speciell omsorg, så kan vi få en NPN eller en PNP-transistor. För att det ska fungera som en transistor måste emitter-bas-övergången utformas på ett speciellt sätt. Dopningsgrad och skiktens tjocklek varierar. I synnerhet i kiseltransistorer gör det bas-emitterövergången känslig för backspänning. BE-dioden tål ofta inte mer än ca 5-6 volt baklänges. Blir det mer så skadas transistorn. Det är inte gränsvärdet för transistorns effekt som överskrids och skadar transistorn. Det är fenomen lokalt, nära EB-gränsskiktet, som degraderar halvledaren. BC-övergången är generellt utformad så att den tål betydligt högre backspänning än EB-dioden.

Genombrottets fysik
Här finns lite om detta, för den som vill gå lite mer på djupet av halvledarnas gränsskikt.
https://transport.ece.illinois.edu/ECE3 ... erseBD.pdf

tallrot
Inlägg: 88
Blev medlem: 17 februari 2011, 22:26:11

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av tallrot »

Stort tack för alla era svar, det var ju en rik flora av svar. Det känns som jag begriper lite mer nu :)
nifelheim
Den första
Inlägg: 2470
Blev medlem: 27 mars 2008, 22:31:16
Ort: stockholm

Re: Fråga angående kondensatorer

Inlägg av nifelheim »

pi314 skrev: 2 augusti 2024, 08:46:27 Jag vet inte om det finns något svenskt ord för avalanche breakdown. Google translate föreslog "lavinhaveri"! :rofl
När jag gick i skolan hette det lavingenombrott och zenergenombrott när det pratades om genombrott i backriktningen :)
Skriv svar