コンデンサはDCをどのようにブロックしますか？

私はこれと混同しています！コンデンサはDCをどのようにブロックしますか？

• 私は、DC電源から給電されるコンデンサを使用した多くの回路を見てきました。それでは、コンデンサがDCをブロックする場合、なぜそのような回路で使用する必要がありますか？
• また、電圧定格はコンデンサのDC値として記載されています。それは何を意味しますか？

コンデンサがDC（直流）をブロックし、AC（交流）を許容する方法を理解するのに役立つと思います。

DCの最も単純なソースであるバッテリーから始めましょう。

このバッテリーを使用して何かに電力を供給すると、電子がバッテリーの+側に引き込まれ、-側に押し出されます。

いくつかのワイヤーをバッテリーに取り付けましょう：

ここにはまだ完全な回路がありません（ワイヤはどこにも行きません）ので、電流は流れません。

しかし、それはそこにはなかったことを意味するものではありません任意の電流の流れ。銅線金属の原子は、電子に囲まれた銅原子の核で構成されています。銅線を正の銅イオンと考えて、電子が浮遊していると考えると便利です。

注意：私は、シンボルの使用電子を^-電子を表すために、

金属では、電子を押しのけるのは非常に簡単です。この例では、バッテリーが接続されています。実際にワイヤからいくつかの電子を吸い出すことができます：

バッテリーのプラス側に取り付けられたワイヤには、電子が吸い出されています。これらの電子は、バッテリーのマイナス側からマイナス側に接続されたワイヤーに押し出されます。

バッテリーはすべての電子を除去できないことに注意することが重要です。電子は一般に、残した陽イオンに引き寄せられます。そのため、すべての電子を除去することは困難です。

最終的に、赤いワイヤーにはわずかな正電荷があり（電子が欠落しているため）、黒いワイヤーにはわずかな負電荷があります（余分な電子があるため）。

したがって、最初にバッテリーをこれらのワイヤに接続すると、わずかな電流しか流れません。バッテリーは非常に多くの電子を動かすことができないため、電流はごく短時間流れてから停止します。

バッテリーを取り外し、裏返して再接続すると、黒いワイヤーの電子がバッテリーに吸い込まれ、赤いワイヤーに押し込まれます。再び、ごくわずかな電流しか流れなくなり、その後停止します。

2本のワイヤを使用することの問題は、押しのける電子があまりないことです。私たちが必要とするのは、遊ぶための大量の電子、つまり大きな金属塊です。それがコンデンサです。各ワイヤの端に金属の大きな塊が付いています。

この大きな金属の塊では、簡単に押すことができる電子がはるかに多くあります。これで、「正」側にはさらに多くの電子が吸い出され、「負」側にはさらに多くの電子が押し出されます。

そのため、コンデンサに交流電流源を適用すると、その電流の一部は流れますが、しばらくすると電子が不足して押し流され、流れが停止します。これはAC電源にとっては幸いです。それはその後反転し、電流が再び流れるようになるためです。

しかし、なぜコンデンサはDCボルトで定格されています

コンデンサは、2つの塊の金属ではありません。コンデンサのもう1つの設計上の特徴は、互いに非常に近い2つの金属塊を使用することです（2枚のスズ箔の間に挟まれたワックスペーパーの層を想像してください）。

彼らが「ワックス紙」で区切られた「スズ箔」を使用する理由は、負の電子を残した正の「穴」に非常に近づけたいからです。これにより、電子が正の「ホール」に引き付けられます。

電子は負であり、「穴」は正であるため、電子は穴に引き付けられます。これにより、電子は実際にそこに留まります。これでバッテリーを取り外すことができ、コンデンサーは実際にその電荷を保持します。

これが、コンデンサが電荷を蓄積できる理由です。残された穴に引き寄せられる電子。

しかし、そのワックス紙は完璧な絶縁体ではありません。ある程度の漏れを許容します。しかし、実際に問題になるのは、積み上げられた電子が多すぎる場合です。コンデンサの2つの「プレート」間の電界は、実際には非常に強くなる可能性があるため、ワックス紙の破壊を引き起こし、コンデンサに永久的な損傷を与えます。

実際には、コンデンサはスズ箔とワックス紙でできていません（もう）。彼らはより良い材料を使用しています。しかし、2つの平行なプレート間の絶縁体が壊れてデバイスを破壊する「電圧」という点がまだあります。これは、コンデンサの定格最大DC電圧です。

他の3つの回答にもう1つの視点を追加できるかどうかを確認します。

コンデンサは、高周波数では短絡し、低周波数では開放します。

したがって、次の2つのケースがあります。

信号と直列のコンデンサ

この状況では、ACは通過できますが、DCはブロックされます。これは一般に結合コンデンサと呼ばれます。

信号と並列のコンデンサ

この状況では、DCは通過できますが、ACはグラウンドに短絡され、ブロックされます。これは一般にデカップリングコンデンサと呼ばれます。

ACとは

「High Freq」および「Low Freq」という用語は、実際には数字が関連付けられていないため、かなり大まかに使用しています。低いと高いと見なされるものは、回路の残りの部分で何が起こっているかに依存するため、これを行いました。詳細については、WikipediaのローパスフィルターまたはRCフィルターの質問をご覧ください。

定格電圧

コンデンサで見られる電圧は、コンデンサが物理的に故障する危険を冒す前に、コンデンサに安全に印加できる最大電圧です。これは、爆発として発生する場合もあれば、火災になる場合もあれば、単に熱くなる場合もあります。

説明は、反対の電荷が互いに引き合うという事実にあります。コンデンサーは、非常に薄い絶縁体で分離された2つの導電板のコンパクトな構造です。DCを上に置くと、一方がプラスに、もう一方がマイナスに帯電します。両方の電荷は互いに引き付けますが、絶縁障壁を通過できません。電流は流れません。これでDCの話は終わりです。
ACの場合は異なります。一方が連続的​​に正と負に帯電し、それぞれ負と正の電荷を引き付けます。そのため、バリアの片側の変化は反対側の変化を引き起こし、電荷がバリアを通過し、電流がコンデンサを効率的に流れるように見えます。

充電されたコンデンサは常にDC充電されます。つまり、片側が正の電荷を持ち、反対側が負の電荷を持ちます。これらの電荷は電気エネルギーの貯蔵であり、多くの回路で必要です。

最大電圧は、絶縁バリアによって決まります。特定の電圧を超えると、故障して短絡が発生します。これはDCでもACでも起こります。

これについての簡単な考え方は、直列コンデンサがDCをブロックし、並列コンデンサが安定した電圧を維持することです。

これは実際には同じ振る舞いの2つのアプリケーションです-コンデンサが反応して、電圧を一定に保ちます。直列の場合、安定した電圧差を除去することは非常に喜ばしいことですが、電圧差を一定に保つために、一方の急激な変化はもう一方に渡されます。並列の場合、電圧の急激な変化に反応します。

端子間の電圧が一定のコンデンサのプレートに発生する電荷の量は、次の式で決まります。

$Q = C \times V$（電荷=静電容量*電圧）

両側の微分（電流は電荷の時間導関数です）：

$I = C \times \dfrac {dV}{dt}$（電流=静電容量*電圧の変化率）

DC電圧は、と同じです。$\dfrac{dV}{dt} = 0$

したがって、コンデンサは、DC電圧に対して電流が「流れる」ことを許可しません（つまり、DCをブロックします）。

電圧を横切るキャパシタは、それらがそれに充電された後、その電圧が抵抗を介して放電されるまで、電圧を「かざす」の効果を持っているので、コンデンサのプレートは、連続的に変化しなければなりません。したがって、コンデンサの非常に一般的な使用法は、レール電圧を安定させ、レールをグランドから切り離すことです。

電圧定格とは、静電力がプレート間の誘電体材料の材料特性を破壊してからコンデンサとして破壊するまでに、プレートに印加できる電圧のことです:)。

これはあまり技術的な答えではありませんが、グラフィカルな説明であり、非常に面白くシンプルです。

そのような質問に対する私の答えは、常に「水」です。パイプを流れる水は、ワイヤを流れる電流の驚くほど正確なアナロジーです。電流は、パイプを流れる水量です。電圧差は水圧の差になります。パイプは平らになっているはずなので、重力は何の役割も果たしません。

このような例えで、バッテリーは水ポンプであり、コンデンサーはパイプを完全にブロックするゴム膜です。DCは、パイプを介して一方向に絶えず流れる水です。ACは常に前後に流れる水です。

これを念頭に置いて、コンデンサがDCをブロックすることは明らかです。膜はこれまで伸びるだけなので、水はただ同じ方向に流れ続けることができません。膜が伸びている間（つまり、コンデンサが充電されている間）、ある程度の流れがありますが、ある時点で水圧を完全に均衡させるのに十分な伸びがあり、それ以上の流れをブロックします。

また、コンデンサがACを完全にブロックするわけではないことが明らかになりますが、膜の特性に依存します。膜が十分に伸縮性がある（高静電容量）場合、水が素早く前後に流れるのに問題はありません。膜が非常に硬い場合（プラスチックの薄いシートなど）、これは低静電容量に対応し、水がゆっくりと往復する場合、そのような流れはブロックされますが、非常に高い周波数の振動は依然として通過します。

この類推は私にとって非常に有用なので、なぜもっと広く使われないのか本当に疑問に思います。

まず、コンデンサはDCをブロックし、ACに対するインピーダンスが低くなりますが、インダクタはACをブロックする傾向がありますが、DCは非常に簡単に通過します。「ブロッキング」とは、話している信号に対して高インピーダンスを提供することを意味します。

ただし、最初に、これを説明するためにいくつかの用語を定義する必要があります。抵抗とは何ですか？抵抗は、ワット単位で測定される電力の燃焼を引き起こす電流の流れに対する抵抗です。電流がACであるかDCであるかは関係ありません。完全な抵抗器によって消費される電力は、どちらに対しても同じ量です。

したがって、抵抗は電流に対する「インピーダンス」の一種です。「誘導性リアクタンス」と「容量性リアクタンス」の2つがあります。両方とも抵抗のようにオームで測定されますが、両方とも周波数によって変化し、別の場合は抵抗のように実際に電力を消費しないという点で異なります。したがって、抵抗、誘導、容量の3種類のインピーダンスがあります。

インダクタのブロッキングまたはインピーダンスのオーム単位の値は、以下によって決定できます。

2piが約6.28、fは信号の周波数（明らかにAC）、Lはヘンリーで測定されたインダクタンス、「X sub L」は誘導リアクタンス（オーム）です。

誘導性リアクタンスは、インダクタンスによるコンポーネントのインピーダンスです。これは一種の抵抗ですが、実際には抵抗のようにワット単位で電力を消費するわけではなく、周波数の「f」を供給する必要があるため、その値は特定のインダクタの周波数によって異なります。

周波数が上がると、オーム単位のインピーダンス（AC抵抗）も上がることに注意してください。また、周波数がゼロに等しい場合、インピーダンスも等しくなることに注意してください。ゼロの周波数はDCを意味するため、インダクタは実質的にDC電流の流れに抵抗しません。そして、周波数が上がると、インピーダンスも上がります。

コンデンサは反対です-容量性リアクタンスの式は

ここで、Cはファラッド単位の容量、「2pi」と「f」は上記と同じ、「X-sub-C」は容量リアクタンス（オーム）です。ここで、リアクタンスは周波数と静電容量で「1で割った」ことに注意してください。これにより、インピーダンスの値は周波数と静電容量とともに低下します。したがって、周波数が高い場合、インピーダンスは低くなり、周波数がDCであるゼロに近い場合、インピーダンスはほぼ無限になります。つまり、コンデンサはDCをブロックしますが、ACを通過させ、 AC信号は、インピーダンスが少なくなります。

最短回答の定性的テイクアウェイアプローチに進みます。

実際には、DCレール全体にコンデンサがあり、電源レールに到達する可能性のあるAC信号を短絡するため、DC回路全体のAC量が削減されます。

キャップの電圧定格は、キャップに表示される最大電圧（DC と ACの合計！）です。この電圧を超えると、キャップは故障します。