Bagaimana jika Anda meletakkan kapasitor di antara pelat kapasitor lain?

8

Berdasarkan: Apakah ada dual transformator?

Gambar kapasitor di dalam kapasitor lain nampaknya layak bagi saya. Jika transformator adalah dua induktor dengan medan magnet yang sama, dualnya adalah dua kapasitor dengan medan listrik yang sama. Rasio transfer tegangan akan menjadi fungsi kapasitansi relatif dari dua kapasitor, sekali lagi seperti transformator dan jumlah relatif belitan.

Jadi, apakah ini dilakukan? Jika tidak, mengapa tidak? Apakah itu tidak memindahkan energi, atau apakah itu akan bekerja tetapi tidak efisien dalam beberapa cara? Ukuran? Kecepatan? Panas?

Apa yang akan menjadi sifat kapasitor yang sebenarnya dibangun dengan cara ini?

— Stephen Collings
sumber

Salah satu kekurangan dari pernyataan Anda adalah "medan listrik umum" jika jarak pelat pada C1 cukup kecil vs ukuran pelat, Lapangan-E di interior C1 tidak akan terlalu dipengaruhi oleh medan-E utama. Bidang total akan dipengaruhi oleh fringing terutama karena keberadaan konduktor memaksa potensi iso. Bahkan jika Anda meletakkan blok dielektrik di celah, bidang di dalam dielektrik akan berbeda dari luar.

— placeholder

2

Saya tidak berpikir kapasitor seperti itu jauh berbeda dari ini:

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Ini bukan transformator. Dalam transformator yang ideal, $V_{1} = n\cdot V_{R1}$ , terlepas dari frekuensi. Itu tidak terjadi di sini, seperti yang dapat dilihat dengan analisis AC sederhana. Pada frekuensi tinggi, C2 mengeluarkan R1, sehingga $f\to\infty$ , $V_{R1}\to 0V$ .

— Phil Frost
sumber

Setelah hampir setahun meremas pikiran, saya menyadari bahwa Phil sepenuhnya benar. Tidak ada perbedaan antara perangkat yang saya tanyakan dan sirkuit yang dibuat Phil di sini. Saya telah menjawab pertanyaan asli tentang dual transformator, jika ada yang tertarik pada pemikiran lebih lanjut. electronics.stackexchange.com/a/115581/7523

— Stephen Collings

1

Mari kita asumsikan untuk tujuan diskusi teoritis bahwa kapasitor luar Anda terdiri dari dua pelat paralel yang terhubung melalui sumber tegangan, dan kapasitor dalam terdiri dari dua pelat paralel yang terhubung melalui resistor (ini adalah apa yang ditunjukkan dalam diagram Anda, tetapi dikatakan dengan keras).

Analisis DC:

Pertama kita perlu memahami apa yang terjadi dalam kondisi DC.

Bayangkan bahwa kapasitor luar diisi ke beberapa tegangan dan kapasitor dalam memiliki tegangan nol melintasi resistor beban ketika dimasukkan di antara pelat pelat luar. Sekarang kita ingin tahu apa yang terjadi pada kapasitor dalam ketika sistem mencapai kondisi mantap?

Jelas bahwa arus melalui resistor beban harus nol (jika tidak ada penghematan biaya). Ini berarti bahwa tidak ada perbedaan potensial antara pelat kapasitor bagian dalam. Ini, pada gilirannya, menyiratkan bahwa tidak ada medan listrik di dalam kapasitor dalam. Apakah ini berarti tidak ada muatan pada pelatnya? Jawabannya adalah TIDAK - ada transfer muatan yang terjadi melalui tahanan beban dan muatan yang ditransfer terakumulasi pada pelat dan menetralkan medan listrik eksternal.

Dari analisis DC ini kita melihat bahwa ada transfer muatan antara pelat kapasitor dalam dan arus yang diinduksi melalui resistor beban.

Analisis AC:

Dari pembahasan di atas kita tahu bahwa ada arus induksi setelah muatan induksi pada kapasitor dalam tidak menetralkan medan listrik eksternal. Ini berarti bahwa jika bidang eksternal akan berosilasi, maka akan ada muatan pada kapasitor dalam. Ini menimbulkan arus berosilasi melalui resistor beban.

Jelas bahwa besarnya arus induksi akan sebanding dengan besarnya medan listrik berosilasi.

Juga jelas bahwa itu akan proporsional dengan area kapasitor dalam (mengabaikan fringing medan listrik), pemisahan antara pelat dan konstanta dielektrik antara pelat. Ketiga ini sama dengan mengatakan bahwa arus induksi akan sebanding dengan kapasitansi kapasitor dalam. Catatan: ini benar sedangkan kapasitor dalam secara fisik lebih kecil daripada yang eksternal.

Perhatikan bahwa karena hambatan beban, transfer muatan tidak instan, tetapi mengikuti karakteristik kapasitor biasa, memiliki konstanta waktu RC. Ini berarti bahwa ada perilaku low pass intrinsik ke sistem ini.

Kesimpulan:

Anda benar - pengaturan ini dapat digunakan untuk mentransfer energi.

Kenapa tidak digunakan? Yah, saya hanya bisa berspekulasi di sini. Dugaan saya adalah:

Dengan asumsi bahwa dielektrik adalah sama untuk kapasitor luar dan dalam, pengaturan ini dapat digunakan untuk mengurangi tegangan saja.
Perilaku low pass intrinsik mungkin tidak diinginkan.
Kontrol atas area kapasitor lebih rumit daripada kontrol atas jumlah belitan di induktor.
Sangat mudah untuk memastikan bahwa hampir 100% medan magnet primer melewati belitan sekunder. Lebih rumit dengan kapasitor dan medan listrik.
Untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi ukuran fisik Anda ingin kapasitor menjadi tipis (celah kecil di antara pelat), tetapi ini menghasilkan tegangan kerusakan yang lebih rendah.

Dan saya yakin ada lebih banyak alasan. Saya juga sangat yakin bahwa ada beberapa aplikasi khusus di mana teknik ini digunakan.

— Vasiliy
sumber