În tutorialul RC Network am văzut că atunci când se aplică o tensiune DC la un condensator, condensatorul însuși absoarbe un curent de la sursa de alimentare și se încarcă până la o valoare egală cu tensiunea aplicată.

De asemenea, atunci când tensiunea de alimentare este redusă, sarcina stocată în condensator se reduce și condensatorul se descarcă. Dar într-un circuit de curent alternativ în care semnalul de tensiune aplicată se schimbă continuu de la o polaritate pozitivă la negativă la o rată determinată de frecvența alimentării, ca de exemplu în cazul unei tensiuni sinusoidale, de exemplu, condensatorul este încărcat sau descărcat continuu, la o rată determinată de frecvența de alimentare.

Cum condensatorul se încarcă sau se descarcă, un curent trece prin el, care este limitat de impedanța internă a condensatorului. Această impedanță internă este cunoscută în mod obișnuit ca reactanță capacitivă și este dată prin simbolul XC în ohmi.

Spre deosebire de rezistență care are o valoare fixă, de exemplu, 100 Ω, 1 kΩ, 10 kΩ etc (aceasta se datorează faptului că rezistența respectă Legea lui Ohm), reactanța capacitivă variază cu frecvența aplicată, astfel încât orice variație a frecvenței de alimentare va avea un mare efect asupra condensatoarelor.

Pe măsură ce frecvența aplicată condensatorului crește, efectul său este de a-și diminua reactanța (măsurată în ohmi). De asemenea, când frecvența pe condensator scade, valoarea reactanței crește. Această variație se numește impedanța complexă a condensatoarelor.

Impedanța complexă există deoarece electronii sub forma unei sarcini electrice pe plăcile condensatorului par să treacă de la o placă la alta mai rapid în funcție de variația frecvenței.

Pe măsură ce crește frecvența, condensatorul trece mai multă sarcină pe plăci într-un timp dat, rezultând un flux mai mare de curent prin condensator care apare ca și cum impedanța internă a condensatorului a scăzut. Prin urmare, un condensator conectat la un circuit care se schimbă într-o anumită gamă de frecvențe poate fi considerat "Dependent de frecvență".

Reactanța capacitivă are simbolul electric "Xc" și are unități măsurate în Ohmi la fel ca rezistența (R). Se calculează utilizând următoarea formulă:

unde:

Xc = reactanța capacitivă în Ohmi, (Ω)
π (pi) = 3,142 (decimal) sau 22÷7 (fracție)
ƒ = frecvența în Hertz (Hz)
C = Capacitance în Farazi, (F)

Reactanța capacitivă. Exemplul Nr.1

Calculați reactanța capacitivă a unui condensator de 220nF la o frecvență de 1 kHz și din nou la 20 kHz.

La o frecvență de 1 kHz,

din nou la o frecvență de 20 kHz,

unde:

ƒ = frecvența în Hertz și C = capacitatea în Farazi

Prin urmare, se poate observa de mai sus că, deoarece frecvența aplicată pe condensatorul de 220 nF crește, de la 1 kHz la 20 kHz, valoarea reactanței sale scade, de la aproximativ 723 Ω la doar 36 Ω și aceasta este întotdeauna adevărată ca reactanță capacitivă, Xc este invers proporțională cu frecvența cu care curentul este trecut prin condensator pentru o anumită tensiune.

Pentru orice valoare dată a capacității, reactanța unui condensator, Xc exprimată în ohmi, poate fi reprezentată în funcție de frecvență, după cum se arată mai jos.

Reactanța capacitivă funcție de frecvență

Prin rearanjarea formulei reactanței de mai sus, găsim, de asemenea, la ce frecvență un condensator va avea o valoare specifică de reactanță capacitivă (XC).

Exemplul nr. 2

La ce frecvență ar avea un condensator de 2,2 μF o valoare de reactanță de 200 Ω?

Sau putem găsi valoarea condensatorului în Farazi prin cunoașterea frecvenței aplicate și a valorii reactanței acesteia la acea frecvență.

Exemplu nr. 3

Care va fi valoarea unui condensator în farazi atunci când are o reactanță capacitivă de 200 Ω și este conectat la o sursă de 50 Hz.

Putem vedea din exemplele de mai sus că un condensator atunci când este conectat la o sursă de frecvență variabilă, acționează un pic ca un "rezistor variabil controlat în frecvență".

La frecvențe foarte scăzute, cum ar fi 1 Hz, condensatorul de 220 nF are o valoare ridicată a reactanței capacitive de aproximativ 723,3 KΩ (ceea ce are efectul unui circuit deschis).

La frecvențe foarte înalte, cum ar fi 1 MHz, condensatorul are o valoare redusă a reactanței capacitive de 0,72 Ω (dând efectul unui scurtcircuit). Deci, la frecvența zero sau la starea staționară DC, condensatorul nostru de 220 nF are reactanță infinită, arătând mai mult ca un "circuit deschis" între plăci și blocând orice curgere de curent prin el.

Revederea divizorului de tensiune

Ne amintim din tutorialul despre rezistoarele în serie că diferite tensiuni pot apărea pe fiecare rezistor în funcție de valoarea rezistenței și că un circuit de divizare a tensiunii are capacitatea de a-și împărți tensiunea de alimentare cu raportul R2/(R1 + R2). Prin urmare, atunci când R1= R2 tensiunea de ieșire va fi jumătate din valoarea tensiunii de intrare. De asemenea, orice valoare a lui R2 mai mare sau mai mică decât R1 va avea ca rezultat o modificare proporțională a tensiunii de ieșire. Luați în considerare circuitul de mai jos.

Acum știm că o reactanță de condensator, Xc (impedanța complexă) schimbă valoarea în raport cu frecvența aplicată. Dacă am schimba acum rezistorul R2 de mai sus cu un condensator, căderea de tensiune pe cele două componente s-ar schimba pe măsură ce frecvența s-a schimbat, deoarece reactanța condensatorului afectează impedanța sa.

Impedanța rezistorului R1 nu se modifică cu frecvența. Rezistoarele au valori fixe și nu sunt afectate de schimbarea frecvenței. Atunci, tensiunea pe rezistența R1 și, prin urmare, tensiunea de ieșire este determinată de reactanța capacitivă a condensatorului la o anumită frecvență. Acest lucru are ca rezultat un circuit RC de divizare a tensiunii, dependent de frecvență. Având în vedere această idee, filtrele pasive Low Pass (trece-jos) și High Pass (trece-sus) pot fi construite prin înlocuirea uneia dintre rezistoarele divizorului de tensiune cu un condensator adecvat așa cum este arătat.

Filtru trece-jos

Filtru trece-sus

Proprietatea Reactanță Capacitivă face ca condensatoarele să fie ideale pentru utilizarea în circuitele de filtrare de curent alternativ sau în circuitele de netezire a alimentării cu curent continuu pentru a reduce efectele oricăror tensiuni de Ripplu nedorite, deoarece condensatorul aplică o cale de semnal scurtcircuit la orice semnale de frecvență nedorite pe terminalele de ieșire.

Rezumat Reactanță capacitivă

Așadar, putem rezuma comportamentul unui condensator într-un circuit de frecvență variabilă ca fiind un fel de rezistență controlată în frecvență care are o valoare de reactanță capacitivă ridicată (stare circuit deschis) la frecvențe foarte scăzute și valoare redusă a reactanței capacitive (condiție de scurtcircuit) la frecvențe foarte înalte, după cum se arată în graficul de mai sus.

Este important să vă amintiți aceste două condiții și în următorul tutorial despre filtrul Low Pass, unde vom analiza utilizarea reactanței capacitive pentru blocarea oricăror semnale nedorite de înaltă frecvență, permițând trecerea numai a semnalelor de frecvență joasă.