5. Электрическая ёмкость. Конденсаторы
Электрическаяёмкость уединённого проводника– СФВ,характеризующая способность проводниканакапливать электрические заряды ичисленно равная заряду, который необходимосообщить проводнику, чтобы его потенциалотносительно бесконечно удалённойточки стал равен 1 В:
.
Единицаизмерения – Фарад. [С] =Кл/В = Ф.
Конденсатор–система,состоящая из двух разноименно заряженныхсильновзаимодействующихпараллельныхпроводников (обкладок), разделённыхслоем диэлектрика, толщина которогонамного меньше площади пластин (рис.37). Для обеспéчения сильного взаимодействияполе, создаваемое накапливаемымизарядами, должно быть сосредоточено вузком зазоре между обкладками. Этомуусловию удовлетворяют:
– двеплоские пластины (плоский конденсатор);
– двакоаксиальных цилиндра (цилиндрическийконденсатор);
– двеконцентрические сферы (сферическийконденсатор).
Ёмкостьконденсатора— СФВ,характеризующая способность конденсаторанакапливать электрические заряды ичисленно равная заряду, который можетбыть перенесён с одной обкладки надругую, чтобы разность потенциаловмежду ними стала равной 1В:
. (5.1)
- Ёмкость заряженного шара (сферы)
, (5.2)
гдеR– радиус шара (сферы);
ε– диэлектрическая проницаемостьокружающей среды.
- Ёмкость плоского конденсатора
, (5.3)
гдеS– площадь пластин;
d– расстояние между пластинами;
ε– диэлектрическая проницаемостьматериала диэлектрика (между обкладками).
- Ёмкость цилиндрического конденсатора
, (5.4)
гдеℓ – высота;
R1и R2– радиусы внутреннего и внешнегоцилиндров.
- Ёмкость сферического конденсатора
, (5.5)
гдеR1и R2–внутренний и внешний радиусы сфер.
Напрактике часто ёмкости соединяют вбатареи, при этом используются ихпараллельное и последовательноесоединения.
Параллельное соединение конденсаторов
Соединениеназывается параллельным, если всеэлементы включены между одними и темиже точками цепи (рис. 38).
Припараллельном соединении разностипотенциалов обкладок всех конденсаторовравны между собой. В соответствии сзаконом сохранения заряда, общий зарядсистемы равен сумме зарядов конденсаторов:
Δφ= constQ=
. (5.6)
Последовательное соединение конденсаторов
Соединениеназывается последовательным, есликаждый вывод элемента цепи соединёнтолько с одним выводом другого элементацепи (рис. 39).
Припоследовательном соединении зарядывсех конденсаторов одинаковы, а разностьпотенциалов на концах батареи равнасумме разностей потенциалов конденсаторов:
(5.7)
Энергиязаряженного конденсатора
Энергияэлектростатического поля
,
где Е– напряжённость электростатическогополя;
V– объём конденсатора;
ε–диэлектрическая проницаемость среды.
Объёмнаяплотность энергии – энергия в единицеобъема:
,
гдеD– электрическое смещение (индукцияэлектростатического поля).
1. Выполнивпостроения, показать, где сосредоточеноэлектростатическое поле, (|σ1|= |σ2|) в случаях:
а) двух разноименнозаряженных пластин;
б) двух одноименнозаряженных пластин.
2. От чего зависит емкость плоского конденсатора?
а) ε; б)q; в)U; г)S; д)d; е).
3. Найти правильныйграфик зависимости Е(х)поля плоского заряженного конденсатора(осьОХперпендикулярна пластинамконденсатора).
4.Двум металлическим шарам разного радиусасообщили одинаковые заряды. Будут липереходить заряды с одного шара надругой, если их соединить проводником?
5. Определить общуюемкость батареи конденсаторов. Емкостькаждого конденсатора равна С
6.Во сколько раз изменится емкость батареииз трех одинаковых конденсаторов, еслив начале они соединяются последовательно,а потом параллельно?
а) увеличится в 3раза; б) увеличится в 9 раз;
в) увеличится в 27раз; г) уменьшится в 3 раза;
д) уменьшится в 9раз; е) не изменится.
7.Три конденсатора соединены, как показанона схеме. Сравните напряжение наконденсаторах.
а) U2>U1>U3; б)U3>U1>U2;
в) U1>U2= U3; г)U1= U2= U3;
д) U1>U2>U3; е)U3>U2>U1.
.
Задача5.1.Вплоский конденсатор вдвинули плиткупарафина толщиной d,которая вплотную прилегает к егопластинам. На сколько нужно увеличитьрасстояние между пластинами Δd,чтобы получить прежнюю емкость, котораябыла до вдвижения плитки? Диэлектрическаяпроницаемость парафина ε.
Решение.Первоначальная емкость конденсатора(рис. 39, а)
.
Послетого как в конденсатор вдвинулидиэлектрическую плитку и раздвинулипластины, то емкость получившегосяконденсатора (рис. 39, б) можно определитькак емкость батареи, состоящей из двухконденсаторов, соединенных последовательно(рис.
39, в), один из которых содержитдиэлектрик – парафин толщиной d,а другой – воздушный. Расстояние междуобкладками воздушного конденсатораравно расстоянию, на которое нужнораздвинуть пластины, т. е. Δd.
При последовательном соединении емкостьопределяется по формуле
.
Емкость воздушногоконденсатора
.
Емкость конденсаторас парафиновым диэлектриком
.
Получившаясяемкость
.
Поусловию задачи емкость должна остатьсяпрежней, т. е. С1 = С2,или
.
Задача5.2. Плоскийвоздушный конденсатор ёмкостью Сзаряжается от батареи до разностипотенциаловΔφ1.Определить разность потенциалов наобкладках конденсатора Δφ2послеувеличения расстояния между пластинамив 2 раза и работу внешних сил А пораздвижению пластин для двух случаев:
а)если конденсатор отключён от источника;
а)если конденсатор не отключён от источника.
Решение.
Источник: https://studfile.net/preview/4378819/page:12/
Заряд при последовательном соединении
Отдельные конденсаторы могут быть соединены друг с другом различным образом. При этом во всех случаях можно найти емкость некоторого равнозначного конденсатора, который может заменить ряд соединенных между собой конденсаторов.
Для равнозначного конденсатора выполняется условие: если подводимое к обкладкам равнозначного конденсатора напряжение равно напряжению, подводимому к крайним зажимам группы конденсаторов, то равнозначный конденсатор накопит такой же заряд, как и группа конденсаторов.
Параллельное соединение конденсаторов
На рис. 1 изображено параллельное соединение нескольких конденсаторов. В этом случае напряжения, подводимые к отдельным конденсаторам, одинаковы: U1 = U2 = U3 = U. Заряды на обкладках отдельных конденсаторов: Q1 = C1U , Q 2 = C 2 U , Q 3 = C 3 U , а заряд, полученный от источника Q = Q1 + Q2 + Q3.
Рис. 1. Схема параллельного соединения конденсаторов
Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора:
C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3 ,
т. е. при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.
Последовательное соединение конденсаторов
При последовательном соединении конденсаторов (рис. 3) на обкладках отдельных конденсаторов электрические заряды по величине равны: Q1 = Q2 = Q3 = Q
Действительно, от источника питания заряды поступают лишь на внешние обкладки цепи конденсаторов, а на соединенных между собой внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит лишь перенос такого же по величине заряда с одной обкладки на другую (наблюдается электростатическая индукция), поэтому и на них по- являются равные и разноименые электрические заряды.
Рис. 3. Схема последовательного соединения конденсаторов
Напряжения между обкладками отдельных конденсаторов при их последовательном соединении зависят от емкостей отдельных конденсаторов: U1 = Q/C1 , U1 = Q/C 2, U1 = Q/C 3, а общее напряжение U = U1 + U2 + U3
Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора C = Q / U = Q / ( U1 + U2 + U3 ), т. е. при последовательном соединении конденсаторов величина, обратная общей емкости, равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов.
Формулы эквивалентных емкостей аналогичны формулам эквивалентных проводимостей.
Пример 1 . Три конденсатора, емкости которых C1 = 20 мкф, С2 = 25 мкф и С3 = 30 мкф, соединяются последовательно, необходимо определить общую емкость.
Общая емкость определяется из выражения 1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 = 1/20 + 1/25 + 1/30 = 37/300, откуда С = 8,11 мкф.
Пример 2. 100 конденсаторов емкостью каждый 2 мкф соединены параллельно. Определить общую емкость. Общая емкость С = 100 Ск = 200 мкф.
Для достижения нужной емкости или при напряжении, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы, могут соединяться последовательно или параллельно. Любое же сложное соединение состоит из нескольких комбинаций последовательного и параллельного соединений.
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
Для достижения нужной емкости или при напряжении, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы, могут соединяться последовательно или параллельно. Любое же сложное соединение состоит из нескольких комбинаций последовательного и параллельного соединений.
Соединение конденсаторов
Радиоэлектроника для начинающих
У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”
Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!
Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?
Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.
В реальности это выглядит так:
Параллельное соединение
Принципиальная схема параллельного соединения
Последовательное соединение
Принципиальная схема последовательного соединения
Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.
Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?
Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.
Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:
С1 – ёмкость первого;
С2 – ёмкость второго;
С3 – ёмкость третьего;
СN – ёмкость N-ого конденсатора;
Cобщ – суммарная ёмкость составного конденсатора.
Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!
Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C1, C2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!
Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.
Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:
Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .
Или то же самое, но более понятно:
Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.
В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:
Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C1 – его ёмкость.
Стоит также запомнить простое правило:
При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.
Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.
Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.
Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).
Замер ёмкости при последовательном соединении
Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)
А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).
Измерение ёмкости при параллельном соединении
Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).
Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.
При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.
Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.
Для электролитических конденсаторов
При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.
Параллельное соединение электролитов
Схема параллельного соединения
В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.
Последовательное соединение электролитов
Схема последовательного соединения
Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор.
То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт.
Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.
Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.
Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 
Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!
» Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Источник: https://go-radio.ru/connection-of-capacitors.html
Как соединить конденсаторы? Последовательное и параллельное соединение
Вопрос о том, как соединить конденсаторы может возникнуть у любого человека, интересующегося электроникой и пайкой. Чаще всего, необходимость в этом возникает в случаях отсутствия под рукой устройства подходящего номинала при сборке или ремонте какого-либо прибора.
К примеру, человеку нужно отремонтировать устройство, заменив в нем электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад или больше, на руках подходящие по номиналу детали отсутствуют, но есть несколько изделий с меньшими параметрами. В этом случае есть три варианта выхода из сложившейся ситуации:
- Поставить вместо конденсатора на 1000 микрофарад устройство с меньшим номиналом.
- Поехать в ближайший магазин или радио-рынок для покупки подходящего варианта.
- Соединить несколько элементов вместе для получения необходимой ёмкости.
От установки радиоэлемента меньшего номинала лучше отказаться, так как подобные эксперименты не всегда заканчиваются успешно. Можно съездить на рынок или в магазин, но это требует немало времени. Потому в сложившейся ситуации чаще соединяют несколько конденсаторов и получают необходимую емкость.
Смешанная схема
Пример смешанной схемы подключения представлен ниже.
Чтобы определить общую ёмкость нескольких устройств, всю схему необходимо разделить на имеющиеся группы последовательного и параллельного соединения и рассчитать параметры ёмкости для каждой из них.
На практике данный способ встречаются на различных платах, с которыми приходиться работать радиолюбителям.
Источник: http://podvi.ru/elektrokompanenty/kak-soedinit-kondensatory.html
Соединение конденсаторов: последовательное, параллельное и смешанное
В электротехнике существуют различные варианты подключения электрических элементов. В частности, существует последовательное, параллельное или смешанное соединение конденсаторов, в зависимости от потребностей схемы. Рассмотрим их.
Параллельное соединение
Параллельное соединение характеризуется тем, что все пластины электрических конденсаторов присоединяются к точкам включения и образовывают собой батареи. В таком случае, во время заряда конденсаторов каждый из них будет иметь различное число электрических зарядов при одинаковом количестве подводимой энергии
Схема параллельного крепления
Емкость при параллельной установке рассчитывается исходя из емкостей всех конденсаторов в схеме. При этом, количество электрической энергии, поступающей на все отдельные двухполюсные элементы цепи, можно будет рассчитать, суммировав сумму энергии, помещающейся в каждый конденсатор. Вся схема, подключенная таким образом, рассчитывается как один двухполюсник.
Cобщ = C1 + C2 + C3
Схема — напряжение на накопителях
В отличие от соединения звездой, на обкладки всех конденсаторов попадает одинаковое напряжение. Например, на схеме выше мы видим, что:
VAB = VC1 = VC2 = VC3 = 20 Вольт
Последовательное соединение
Здесь к точкам включения присоединяются контакты только первого и последнего конденсатора.
Схема — схема последовательного соединения
Главной особенностью работы схемы является то, что электрическая энергия будет проходить только по одному направлению, значит, что в каждом из конденсаторов ток будет одинаковым.
В такой цепи для каждого накопителя, независимо от его емкости, будет обеспечиваться равное накопление проходящей энергии.
Нужно понимать, что каждый из них последовательно соприкасается со следующим и предыдущим, а значит, емкость при последовательном типе может воспроизводиться энергией соседнего накопителя.
Формула, которая отражает зависимость тока от соединения конденсаторов, имеет такой вид:
i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4, то есть токи проходящие через каждый конденсатор равны между собой.
Следовательно, одинаковой будет не только сила тока, но и электрический заряд. По формуле это определяется как:
Qобщ= Q1 = Q2 = Q3
А так определяется общая суммарная емкость конденсаторов при последовательном соединении:
1/Cобщ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
как соединять конденсаторы параллельным и последовательным методом
Смешанное подключение
Но, стоит учитывать, что для соединения различных конденсаторов необходимо учитывать напряжение сети. Для каждого полупроводника этот показатель будет отличаться в зависимости от емкости элемента. Отсюда следует, что отдельные группы полупроводниковых двухполюсников малой емкости будут при зарядке становиться больше, и наоборот, электроемкость большого размера будет нуждаться в меньшем заряде.
Схема: смешанное соединение конденсаторов
Существует также смешанное соединение двух и более конденсаторов.
Здесь электрическая энергия распределяется одновременно при помощи параллельного и последовательного подключения электролитических элементов в цепь. Эта схема имеет несколько участков с различным подключением конденсирующих двухполюсников.
Иными словами, на одном цепь параллельно включена, на другом – последовательно. Такая электрическая схема имеет ряд достоинств сравнительно с традиционными:
- Можно использовать для любых целей: подключения электродвигателя, станочного оборудования, радиотехнических приборов;
- Простой расчет. Для монтажа вся схема разбивается на отдельные участки цепи, которые рассчитываются по отдельности;
- Свойства компонентов не изменяются независимо от изменений электромагнитного поля, силы тока. Это очень важно при работе с разноименными двухполюсниками. Ёмкость постоянна при постоянном напряжении, но, при этом, потенциал пропорционален заряду;
- Если требуется собрать несколько неполярных полупроводниковых двухполюсников из полярных, то нужно взять несколько однополюсных двухполюсника и соединить их встречно-параллельным способом (в треугольник). Минус к минусу, а плюс к плюсу. Таким образом, за счет увеличения емкости изменяется принцип работы двухполюсного полупроводника.
Источник: https://www.asutpp.ru/soedinenie-kondensatorov.html
При каком соединении конденсаторов общая емкость уменьшается?
-
При параллельном соединении конденсаторов к каждому конденсатору приложено одинаковое напряжениеU, а величина заряда на обкладках каждого конденсатора Qпропорциональна его емкости (рис. 2).
Рис.2 U=U1=U2=U3
-
Общий заряд Qвсех конденсаторов
-
Общая емкость С, или емкость батареи, параллельно включенных конденсаторов равна сумме емкостей этих конденсаторов.
Параллельноеподключение конденсатора к группедругих включенных конденсаторовувеличивает общую емкость батареи этихконденсаторов. Следовательно, параллельноесоединение конденсаторов применяетсядля увеличения емкости.
4)Еслипараллельно включены тодинаковыхконденсаторов емкостью С´ каждый,то общая (эквивалентная) емкость батареиэтих конденсаторов может быть определенавыражением
Смешанное соединение конденсаторов
Смешанное соединение(последовательно-параллельное)конденсаторов применяют тогда, когданеобходимо увеличить емкость ирабочее напряжение батареи конденсаторов.
Рассмотрим смешанноесоединение конденсаторов на нижеприведенныхпримерах.
Энергияконденсаторов
где Q—заряд конденсатора или конденсаторов,к которым приложено напряжение U;С —электрическая емкость конденсатораили батареи соединенных конденсаторов,к которой приложено напряжение U.
Таким образом,конденсаторы служат для накопления исохранения электрического поля иего энергии.
15.Дайтеопределениепонятиямтрех лучевая звезда и треугольниксопротивлений. Запишите формулы для преобразования трех лучевой звездысопротивлений в треугольник сопротивленийи наоборот. Преобразуйте схему к двумузлам (Рисунок 5)
Рисунок 5- Схемаэлектрическая
6.СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ
Для облегчения расчета составляетсясхема замещения электрической цепи, т.е. схема, отображающая свойства цепипри определенных условиях.
На схеме замещения изображают всеэлементы, влиянием которых на результатрасчета нельзя пренебречь, и указываюттакже электрические соединения междуними, которые имеются в цепи.
1.Схемы замещения элементов электрических цепей
Источник: https://1000eletric.com/pri-kakom-soedinenii-kondensatorov-obschaya-emkost-umenshaetsya/
Последовательное соединение конденсаторов
> Теория > Последовательное соединение конденсаторов
У многих радиолюбителей, особенно приступающих впервые к конструированию электросхем, возникает вопрос, как надо подключить конденсатор требуемой ёмкости? Когда, к примеру, в каком-то месте схемы нужен конденсатор ёмкостью 470 мкФ, и такой элемент есть в наличии, то проблемы не возникнет.
Но когда требуется поставить конденсатор на 1000 мкФ, а присутствуют только элементы неподходящей емкости, на помощь приходят схемы из нескольких конденсаторов, соединённых вместе.
Соединять элементы можно, применяя параллельное и последовательное соединение конденсаторов по отдельности или по комбинированному принципу.
Последовательное соединение конденсаторов
Схема последовательного соединения
Когда применяется схема последовательного соединения конденсаторов, заряд каждой детали эквивалентен. С источником соединены только внешние пластины, другие – заряжаются перераспределением электрозарядов между ними. Все конденсаторы сохраняют аналогичное количество заряда на своих обкладках. Это объясняется тем, что на каждый последующий элемент поступает заряд от соседнего. Вследствие этого справедливо уравнение:
q = q1 = q2 = q3 =
Известно, что при последовательном соединении резисторных элементов их сопротивления суммируются, но емкость конденсатора, включенного в такую электроцепь, рассчитывается по-другому.
Падение напряжения на отдельном конденсаторном элементе зависит от его емкости. Если в последовательной электроцепи имеется три конденсаторных элемента, составляется выражение для напряжения Uна основании закона Кирхгофа:
U = U1 + U2 + U3,
при этом U= q/C, U1 = q/C1, U2 = q/C2, U3 = q/C3.
Подставляя значения для напряжений в обе части уравнения, получается:
q/C = q/C1 + q/C2 + q/C3.
Так как электрозаряд q – величина одинаковая, на нее можно поделить все части полученного выражения.
Результирующая формула для емкостей конденсаторов:
1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3.
Важно! Если конденсаторы подключаются в последовательную электроцепь, показатель, обратный результирующей емкости, равен совокупности обратных значений единичных емкостей.
Особенности последовательного соединения
Пример. Три конденсаторных элемента подключены в последовательную цепь и обладают емкостями: С1 = 0,05 мкф, С2 = 0,2 мкФ, С3 = 0,4 мкФ. Рассчитать общую емкостную величину:
- 1/С = 1/0,05 + 1/0,2 + 1/0,4 = 27,5;
- С = 1/27,5 = 0,036 мкФ.
Важно! Когда конденсаторные элементы включены в последовательную электроцепь, общее емкостное значение не превышает наименьшей емкости отдельного элемента.
Если цепь состоит всего из двух компонентов, формула переписывается в таком виде:
С = (С1 х С2)/(С1 + С2).
В случае создания цепи из двух конденсаторов с идентичным емкостным значением:
С = (С х С)/(2 х С) = С/2.
Последовательно включенные конденсаторы имеют реактивное сопротивление, зависящее от частоты протекающего тока. На каждом конденсаторе напряжение падает из-за наличия этого сопротивления, поэтому на основе такой схемы создается емкостной делитель напряжения.
Емкостной делитель напряжения
Формула для емкостного делителя напряжения:
U1 = U x C/C1, U2 = U x C/C2, где:
- U – напряжение питания схемы;
- U1, U2 – падение напряжения на каждом элементе;
- С – итоговая емкость схемы;
- С1, С2 – емкостные показатели единичных элементов.
Вычисление падений напряжения на конденсаторах
К примеру, имеются сеть переменного тока 12 В и две альтернативных электроцепи подсоединения последовательных конденсаторных элементов:
- первая – для подключения одного конденсатора С1 = 0,1 мкФ, другого С2 = 0,5 мкФ;
- вторая – С1 = С2 = 400 нФ.
Первый вариант
- Итоговая емкость электросхемы С = (С1 х С2)/(С1 + С2) = 0,1 х 0,5/(0,1 + 0,5) = 0,083 мкФ;
- Падение напряжения на одном конденсаторе: U1 = U x C/C1 = 12 x 0,083/0,1 = 9,9 В
- На втором конденсаторе: U2 = U x C/C2 = 12 х 0,083/0,5 = 1,992 В.
Второй вариант
- Результирующая емкость С = 400 х 400/(400 + 400) = 200 нФ;
- Падение напряжения U1 = U2 = 12 x 200/400 = 6 В.
Согласно расчетам, можно сделать выводы, что если подключаются конденсаторы равных емкостей, вольтаж делится поровну на обоих элементах, а когда емкостные значения различаются, то на конденсаторе с меньшей емкостной величиной напряжение увеличивается, и наоборот.
Параллельное и комбинированное соединение
Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов
Параллельное соединение конденсаторов представляется иным уравнением. Для определения общего емкостного значения надо просто найти совокупность всех величин по отдельности:
С = С1 + С2 + С3 +
Напряжение к каждому элементу будет прикладываться идентичное. Следовательно, для усиления емкости надо соединить несколько деталей параллельно.
Если соединения смешанные, последовательно-параллельные, то для таких контуров применяют эквивалентные, или упрощенные, электросхемы. Каждую область цепи рассчитывают отдельно, а затем, представляя их вычисленными емкостями, объединяют в простую цепь.
Варианты получения эквивалентных схем
Особенности замены конденсаторов
К примеру, в наличии сеть переменного тока 12 В и две альтернативных группы последовательных конденсаторных элементов.
Конденсаторы подсоединяются в последовательный контур для увеличения напряжения, под которым они остаются работоспособными, но их общая емкость падает в соответствии с формулой для ее расчета.
Часто применяется смешанное соединение конденсаторов, чтобы создать нужную емкостную величину и увеличить напряжение, которое детали способны выдержать.
Можно привести вариант, как соединить несколько компонентов, чтобы выйти на нужные параметры. Если требуется конденсаторный элемент 80 мкФ при напряжении 50 В, но есть только конденсаторы 40 мкФ на 25 В, необходимо образовать следующую комбинацию:
- Два конденсатора 40 мкФ/25 В подсоединить последовательно, что позволит иметь в общей сложности 20 мкФ /50 В;
- Теперь вступает в действие параллельное включение конденсаторов. Пара конденсаторных групп, включенных последовательно, созданных на первом этапе, соединяются параллельно, получится 40 мкФ / 50 В;
- Две собранные в итоге группы соединить параллельно, в результате получим 80 мкФ/50 В.
Важно! Для того чтобы усилить конденсаторы по напряжению, возможно их объединить в последовательную электросхему. Увеличение общей емкостной величины достигается параллельным подключением.
Что необходимо учитывать при создании последовательной цепи:
- При соединениях конденсаторов оптимальный вариант – брать элементы с мало различающимися или с одинаковыми параметрами, вследствие большой разницы в напряжениях разряда;
- Для баланса токов утечки на каждый конденсаторный элемент (в параллель) включается уравнительное сопротивление.
Получение неполярного конденсатора
Включение в последовательную цепь всегда должно происходить с соблюдением «плюса» и «минуса» конденсаторов. Если их соединить одноименными полюсами, то такое сочетание уже теряет поляризованность. При этом емкость созданной группы будет равна половине от емкостного значения одной из деталей. Такие конденсаторы возможно применять в качестве пусковых на электромоторах.
Маркировка танталовых smd конденсаторов
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov.html
Физические процессы при последовательном соединении
При последовательном соединении конденсаторов заряд каждого равноценен. Обусловлено природным принципом равновесия. С источником соединены только крайние обкладки, другие заряжаются путем перераспределения меж ними зарядов. Используя равенство, находим:
q = q1 = q2 = U1 C1 = U2 C2, откуда запишем:
U1/U2 = C2/C1.
Напряжения меж конденсаторами распределяются обратно пропорционально номинальным емкостям. В сумме оба составляют вольтаж питающей сети. При разряде конструкция способна отдать заряд q вне зависимости от того, сколько конденсаторов включено последовательно. Емкость батареи найдем из формулы:
C = q/u = q/(U1 + U2), подставляя выражения, приведенные выше, приводя к общему знаменателю:
1/С = 1/С1 + 1/С2.
Вычисление общей емкости батареи
При последовательном соединении конденсаторов в батарею складываются величины, обратные номинальным емкостям. Приводя последнее выражение к общему знаменателю, переворачивая дроби, получаем:
С = C1C2/(C1 + C2).
Выражение используется для нахождения емкости батареи. Если конденсаторов более двух, формула усложняется. Для нахождения ответа номиналы перемножаются меж собой, выходит числитель дроби. В знаменатель ставят попарные произведения двух номиналов, перебирая комбинации. Практически иногда удобнее вести вычисление через обратные величины. Полученным результатом разделить единицу.
Соединение последовательное конденсаторов
Формула сильно упрощается, если номиналы батареи одинаковы. Требуется просто цифру поделить общим числом элементов, получая результирующее значение. Напряжение распределится равномерно, следовательно, достаточно номинал питающей сети разбить поровну на общее число. При питании аккумулятором 12 вольт, 4-х емкостях, на каждой упадет 3 вольта.
Одно упрощение сделаем для случая, когда номиналы равны, одна емкость включена переменная, чтобы подстраивать результат. Тогда максимальное напряжение каждого элемента удастся приближенно найти, разделив вольтаж источника уменьшенным на единицу количеством. Получится результат с заведомым запасом. Что касается переменной емкости, требования намного жёстче. В идеале рабочее значение перекрывает вольтаж источника.
Необходимость в последовательном соединении
На первый взгляд идея соединения конденсаторов батареей последовательным образом покажется лишенной смысла. Первое преимущество очевидно: падают требования к максимальному напряжению обкладок. Больше рабочий вольтаж, дороже изделие. Подобным образом мир видит радиолюбитель, владеющий рядом низковольтных конденсаторов, желающий применить железо составной частью высоковольтной цепи.
Рассчитывая по приведенным выше формулам действующие напряжения элементом, можно легко решить поставленную задачу. Рассмотрим для пущей наглядности пример:
Пусть установлены аккумулятор напряжением 12 вольт, три емкости номиналами 1, 2 и 4 нФ. Найдем напряжение при последовательном соединении элементов батареей.
Решение:
Для нахождения трех неизвестных потрудитесь составить равное количество уравнения. Известно из курса высшей математики. Результат будет выглядеть следующим образом:
- U1 + U2 + U3 = 12;
- U1/U2 = 2/1 = 2, откуда запишем: U1 = 2U2;
- U2/U3 = 4/2 = 2, откуда видно: U2 = 2U
Не сложно заметить, последние два выражения подставим первому, выразив 12 вольт через вольтаж третьего конденсатора. Получится следующее:
4U3 + 2U3 + U3 = 12, откуда находим, напряжение третьего конденсатора составляет 12/7 = 1,714 вольта, U2 – 3,43 вольта, U1 – 6,86 вольта. Сумма чисел дает 12, каждое меньше напряжения питающего аккумулятора.
Причем тем больше разница, чем меньший номинал у соседей. Из этого правила следует: в последовательном соединении конденсаторы низкой емкости показывают большее рабочее напряжение.
Найдем для определенности номинал составленной батареи, заодно проиллюстрируем формулу, поскольку выше описана чисто словесно:
С = С1С2С3/(С1С2 + С2С3 + С1С3) = 8/(2 + 8 + 4) = 8/14 = 571 пФ.
Результирующий номинал меньше каждого конденсатора, составляющего последовательное соединение. Из правила видно: максимальное влияние на суммарную емкость оказывает меньший. Следовательно, при необходимости подстройки полного номинала батареи должен быть переменный конденсатор. В противном случае поворот винта не окажет большого влияния на конечный результат.
Видим очередной подводный камень: после подстройки распределение напряжений по конденсаторам изменится. Просчитайте крайние случаи, дабы вольтаж не превысил рабочее значение для составляющих батарею элементов.
Программные пакеты исследования электрических цепей
Помимо онлайн- калькуляторов расчета последовательного соединения конденсаторов присутствуют и инструменты помощнее. Большой минус общедоступных средств объясняется нежеланием сайтов проверять программный код, значит, содержат ошибки. Плохо, если одна емкость выйдет из строя, сломленная процессом испытаний неправильно собранной схемы. Не единственный недостаток. Иногда схемы гораздо сложнее, разобраться комплексно невозможно.
В отдельных приборах встречаются фильтры высокой частоты, использующие конденсатор, включенные каскадами. Тогда на схеме помимо замыкания через резистор на землю образуется последовательное соединение емкостей. Обычно не применяют формулу, показанную выше. Принято считать, каждый каскад фильтра существует отдельно, результат прохождения сигнала описывается амплитудно-частотной характеристикой. Графиком, показывающим, как сильно обрежет на выходе спектральную составляющую сигнала.
Желающим провести ориентировочные расчеты рекомендуется ознакомиться с программным пакетом персонального компьютера Electronics Workbench. Конструктив выполнен по английским стандартам, потрудитесь учитывать нюанс: обозначение резисторов на электрической схеме изломанным зигзагом. Номиналы, названия элементов будут изложены на иностранный манер. Не мешает пользоваться оболочкой, предоставляющей оператору гору источников питания различного толка.
И главное – Electronics Workbench позволит задать контрольные точки на каждой, в режиме реального времени посмотреть напряжение, ток, спектр, форму сигнала. Полагается дополнить проект амперметром, вольтметром, прочими аналогичного толка приборами.
При помощи такого программного пакета смоделируете ситуацию, посмотрите, сколько падает напряжения на элементе батареи. Уберегает от громоздких расчетов, намного ускоряя процесс проектирования схемы. Одновременно исключаются ошибки. Легко и просто становится добавлять, удалять конденсаторы с немедленной оценкой результата.
Рабочий пример
Скрин показывает рабочий стол Electronics Workbench 5.12 с собранной электрической схемой последовательного соединения конденсаторов. Каждый емкостью 1 мкФ, одинаковые элементы взяты для целей демонстрации. Чтобы каждый мог без труда проверить правильность.
Последовательная батарея конденсаторов
Обратим вначале внимание на источник. Переменное напряжение частотой 60 Гц. В стране разработчика действует иной стандарт, нежели российские. Рекомендуется правой кнопкой мыши щелкнуть источник, посетить свойства, выставить:
- Частоту (frequency) 50 Гц вместо 60 Гц.
- Действующее значение напряжения (voltage) 220 вольт вместо 120.
- Фазу (phase – имитация реактивности) взять согласно своим нуждам.
Для буквоедов будет полезно полистать свойства элементов цепи. У источника вольны задать допустимое отклонение напряжения (voltage tolerance) в процентах. Достаточно добавить один резистор размером 1 кОм, цепь становится фильтром верхних частот. Рекомендуется не упрощать действия. Поставить правильно знак заземления, убедиться: схема полностью тривиальна. В противном случае результаты заставят надолго поломать голову.
Построение графиков
Проиллюстрированный скрином фильтр верхних частот обнаруживает подъем амплитудно-частотной характеристики в районе 1 кГц. При нахождении полосы пропускания необходимо учесть: вертикальная шкала логарифмическая. Посему срез на уровне 70% максимума не соответствует семи десятым высоты пологой части пика. Заядлым любителям будет интересна фазочастотная характеристика, в окне расположенная снизу.
Тот и другой график строятся из меню Analysis раздел AC Frequency. А еще тут Fourier. Доступно посмотреть спектр выходного сигнала. В нашем случае не будет ничего интересного, поскольку собрали унылый пассивный фильтр, колебание на входе гармоническое. Гораздо интереснее наблюдать спектр импульсного сигнала.
График отклика
Раздел Transient показывает отклик на подачу фронта питающего напряжения. На графике фактически представлен процесс заряда батареи, откуда найдем постоянную времени по уровню 0,7 максимума. Тонкости понятны желающим собрать сглаживающий фильтр амплитудного детектора. Как видно из графика, значение составляет 250 мкс. Параметр определяется из окна следующим образом:
- Считается, за три постоянные времени цепи заряд конденсаторов, разряд производится приблизительно на 95%.
- Легко заметить, точка находится в районе 800 мкс.
- Следует разделить значение на три, получится постоянная времени батареи последовательно соединенных конденсаторов.
По-другому постоянная времени вычисляется произведением сопротивления на общую емкость батареи. Пользуясь приведенными выше формулами, вычислим: С = 1 мкФ / 4 = 250 нФ. Осталось умножить значение на 1000 Ом, получится 250 мкс. Программный пакет Electronics Workbench 5.12 при умелом использовании высвобождает уйму свободного времени.
Версия ПО
Раздобыть программный пакет расчета электрики
В интернете бытует мнение: автором Electronics Workbench выступает дочерняя компания корпорации National Instruments, разрабатывающая программное обеспечение. Неправда. Из окна авторских прав упомянутого приложения видно: разработка выполнена отделом Interactive Image Technologies.
Вышеозначенное подразделение обрело самостоятельность в 1995 году. Отдел направленно занимался рекламными и обучающими материалами. Electronics Workbench разработан для целей обучения студентов Канады. Потом программный продукт распространился всемирно, с некоторых пор именуется Multisim.
Обновленный программный продукт продают официальные дилеры, перечень представлен официальным сайтом компании National Instruments: russia.ni.com/contact. На момент исследования счастливчиками, получившими право купить ПО не выезжая за город, назовем жителей Москвы, Санкт-Петербурга. Удачи решившимся связаться с официальными представителями, в Multisim добавлены новые фишки:
- Более 36000 схемных элементов.
- Возможность разработки печатных плат на основе собранной электрической схемы.
- Продвинутые опции анализа вместо убогости, демонстрируемой скринам, версии 20-летней давности.
Источник: https://vashtehnik.ru/enciklopediya/posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov.html
Емкость конденсатора при последовательном соединении — советы электрика — Electro Genius
Не всегда удаётся подобрать конденсатор нужного номинала
Очень часто начинающие домашние мастера, обнаружив поломку прибора, стараются самостоятельно обнаружить причину. Увидев сгоревшую деталь, они стараются найти подобную, а если это не удаётся, несут прибор в ремонт.
На самом деле, не обязательно, чтобы показатели совпадали. Можно использовать конденсаторы меньшего номинала, соединив их в цепь. Главное – сделать это правильно. При этом достигается сразу 3 цели – поломка устранена, приобретён опыт, сэкономлены средства семейного бюджета.
Попробуем разобраться, какие способы соединения существуют и на какие задачи рассчитаны последовательное и параллельное соединение конденсаторов.
Часто без соединения конденсаторов в батарею не обойтись. Главное – сделать это правильно
Соединение конденсаторов в батарею: способы выполнения
Существует 3 способа соединения, каждый из которых преследует свою определённую цель:
- Параллельное – выполняется в случае необходимости увеличить ёмкость, оставив напряжение на прежнем уровне.
- Последовательное – обратный эффект. Напряжение увеличивается, ёмкость уменьшается.
- Смешанное – увеличивается как ёмкость, так и напряжение.
Теперь рассмотрим каждый из способов более подробно.
Параллельное соединение: схемы, правила
На самом деле всё довольно просто. При параллельном соединении расчёт общей ёмкости можно вычислить путём простейшего сложения всех конденсаторов. Итоговая формула будет выглядеть следующим образом: Собщ= С₁ + С₂ + С₃ + + Сn. При этом напряжение на каждом их элементов будет оставаться неизменным: Vобщ= V₁ = V₂ = V₃ = = Vn.
Соединение при таком подключении будет иметь следующий вид:
Получается, что подобный монтаж подразумевает подключение всех пластин конденсаторов к точкам питания. Такой способ встречается наиболее часто. Но может произойти ситуация, когда важно увеличить напряжение. Разберёмся, каким образом это сделать.
Последовательное соединение: способ, используемый реже
При использовании способа последовательного подключения конденсаторов напряжение в цепи возрастает.
Оно складывается из напряжения всех элементов и выглядит так: Vобщ= V₁ + V₂ + V₃ ++ Vn.
При этом ёмкость изменяется в обратной пропорции: 1/Собщ= 1/С₁ + 1/С₂ + 1/С₃ + + 1/Сn. Рассмотрим изменения ёмкости и напряжения при последовательном включении на примере.
Дано: 3 конденсатора с напряжением 150 В и ёмкостью 300 мкф. Подключив их последовательно, получим:
- напряжение: 150 + 150 + 150 = 450 В;
- ёмкость: 1/300 + 1/300 + 1/300 = 1/С = 299 мкф.
Внешне подобное подключение обкладок (пластин) будет выглядеть так:
Выполняют такое соединение в том случае, если есть опасность пробоя диэлектрика конденсатора при подаче напряжения в цепь. Но ведь существует и ещё один способ монтажа.
Полезно знать! Применяют также последовательное и параллельное соединение резисторов и конденсаторов. Это делается с целью снижения подаваемого на конденсатор напряжения и исключения его пробоя. Однако следует учитывать, что напряжения должно быть достаточно для работы самого прибора.
Смешанное соединение конденсаторов: схема, причины необходимости применения
Такое подключение (его ещё называют последовательно-параллельным) применяют в случае необходимости увеличения, как ёмкости, так и напряжения. Здесь вычисление общих параметров немного сложнее, но не настолько, чтобы нельзя было разобраться начинающему радиолюбителю. Для начала посмотрим, как выглядит такая схема.
Составим алгоритм вычислений.
- всю схему нужно разбить на отдельные части, высчитать параметры которых просто;
- высчитываем номиналы;
- вычисляем общие показатели, как при последовательном включении.
Выглядит подобный алгоритм следующим образом:
Преимущество смешанного включения конденсаторов в цепь по сравнению с последовательным или параллельным
Смешанное соединение конденсаторов решает задачи, которые не под силу параллельным и последовательным схемам. Его можно использовать при подключении электродвигателей либо иного оборудования, его монтаж возможен отдельными участками. Монтаж его намного проще за счёт возможности выполнения отдельными частями.
Интересно знать! Многие радиолюбители считают этот способ более простым и приемлемым, чем два предыдущих. На самом деле, так и есть, если полностью понять алгоритм действий и научиться пользоваться им правильно.
Смешанное, параллельное и последовательное соединение конденсаторов: на что обратить внимание при его выполнении
Соединяя конденсаторы, в особенности электролитические, обратите внимание на строгое соблюдение полярности. Параллельное присоединение подразумевает подключение «минус/минус», а последовательное – «плюс/минус». Все элементы должны быть однотипны –плёночные, керамические, слюдяные либо металлобумажные.
А вот что умеют делать всем известные китайские «изобретатели» – такой конденсатор явно долго не протянетПолезно знать! Выход из строя конденсаторов часто происходит по вине производителя, экономящего на деталях (чаще это приборы китайского производства). Поэтому правильно рассчитанные и собранные в схему элементы будут работать намного дольше. Конечно, при условии отсутствия замыкания в цепи, при котором работа конденсаторов невозможна в принципе.
Калькулятор расчёта ёмкости при последовательном соединении конденсаторов
А что делать, если необходимая ёмкость неизвестна? Не каждому хочется самостоятельно рассчитывать необходимую ёмкость конденсаторов вручную, а у кого-то на это просто нет времени. Для удобства производства подобных действий редакция Seti.
guru предлагает нашему уважаемому читателю воспользоваться онлайн-калькулятором расчёта конденсаторов при последовательном соединении или вычисления ёмкости. В работе он необычайно прост. Пользователю необходимо лишь ввести в поля необходимые данные, после чего нажать кнопку «Рассчитать».
Программы, в которые заложены все алгоритмы и формулы последовательного соединения конденсаторов, а также вычислений необходимой ёмкости, моментально выдаст необходимый результат.
Как рассчитать энергию заряженного конденсатора: выводим окончательную формулу
Первое, что для этого необходимо сделать – рассчитать, с какой силой притягиваются обкладки друг к другу. Это можно сделать по формуле F = q₀ × E, где q₀ является показателем величины заряда, а E – напряжённостью обкладок.
Далее нам необходим показатель напряжённости обкладок, который можно вычислить по формуле E = q / (2ε₀S), где q – заряд, ε₀ – постоянная величина, S – площадь обкладок.
В этом случае получим общую формулу для расчёта силы притяжения двух обкладок: F = q₂ / (2ε₀S).
Итогом наших умозаключений станет вывод выражения энергии заряженного конденсатора, как W = A = Fd. Однако это не окончательная формула, которая нам необходима.
https://www.youtube.com/watch?v=A6672JliV3o
Следуем далее: учитывая предыдущую информацию, мы имеем: W = dq₂ / (2ε₀S). При ёмкости конденсатора, выражаемой как C = d / (ε₀S) получаем результат W = q₂ / (2С).
Применив формулу q = СU, получим итог: W = CU² /2.
Редакция Seti.guru советует сохранить эту памятку
Конечно, для начинающего радиолюбителя все эти расчёты могут показаться сложными и непонятными, но при желании и некоторой усидчивости с ними можно разобраться. Вникнув в смысл, он поразится, насколько просто производятся все эти расчёты.
Для чего нужно знать показатель энергии конденсатора
По сути, расчёт энергии применяется редко, однако есть области, в которых это знать необходимо. К примеру, фотовспышка камеры – здесь вычисление показателя энергии очень важно. Она накапливается за определённое время (несколько секунд), а вот выдаётся мгновенно. Получается, что конденсатор сравним с аккумулятором – разница лишь в ёмкости.
Ни одна фотовспышка не сможет работать без накопителя энергии, такого, как конденсатор
Подводя итог
Порой без соединения конденсаторов не обойтись, ведь не всегда можно подобрать подходящие по номиналам.
Поэтому знание того как это сделать может выручить при поломке бытовой техники или электроники, что позволит значительно сэкономить на оплате труда специалиста по ремонту.
Как наверняка уже понял Уважаемый читатель, сделать это несложно и под силу даже начинающим домашним мастерам. А значит стоит потратить немного своего драгоценного времени и разобраться в алгоритме действий и правилах их выполнения.
Правильность соединения конденсаторов гарантирует их долгую бесперебойную работу
Надеемся, что информация, изложенная в сегодняшней статье, была полезна нашим читателям. Возможно, у Вас остались какие-либо вопросы? В этом случае их можно изложить в обсуждении ниже. Редакция Seti.guru с удовольствием на них ответит в максимально короткие сроки.
Если же Вы имеете опыт самостоятельного соединения конденсаторов (неважно, положительный он или отрицательный), убедительная просьба поделиться им с другими читателями. Это поможет начинающим мастерам более полно понять алгоритм действий и избежать ошибок. Пишите, делитесь, спрашивайте.
А напоследок мы предлагаем посмотреть короткий, но довольно информативный видеоролик по сегодняшней теме.
Источник: https://orenburgelectro.ru/oborudovanie/emkost-kondensatora-pri-posledovatelnom-soedinenii-sovety-elektrika.html
Напряжение при параллельном соединении
На все параллельно соединенные конденсаторы падает одинаковое напряжение. Так происходит, потому что существует всего лишь две точки, между которыми может быть разность потенциалов (напряжение). Другими словами, можно сказать что при параллельном соединении все конденсаторы подключены к одному источнику напряжения.
Падение напряжения при параллельном соединении
Ток при параллельном соединении
Ток конденсатора во время переходного периода зависит от его емкости и изменения напряжения:
- ic — ток конденсатора
- C — Емкость конденсатора
- ΔVC/Δt – Скорость изменения напряжения
При параллельном соединении через каждый конденсатор потечет одельный ток, в зависимости от емкости конденсатора:
Ток при параллельном соединении
Ток при последовательном соединении
Ток (iC), заряжающий последовательную цепь конденсаторов, будет одинаковым для всех конденсаторов, поскольку у него есть только один возможный путь прохождения:
Вследствие того что через все последовательно соединенные конденсаторы течет одинаковый ток, количество накопленого электрического заряда для каждого конденсатора будет одинаковым, независимо от его емкости. Так происходит, потому что электрический заряд, накапливаемый на обкладке любого конденсатора, должен прийти с обкладки примыкающего конденсатора.
Таким образом, последовательно соединенные конденсаторы имеют одинаковый электрический заряд:
Посмотрим на последовательную цепь из трех конденсаторов на рисунке выше. Правая обкладка первого конденсатора С1 соединяется с левой второго конденсатора С2, у которого правая обкладка соединяется с левой третьего конденсатора С3. Это означает, что в режиме постоянного тока конденсатор С2 электрически изолирован от общей цепи.
В итогое эффективная площадь обкладок уменьшается до площади обкладок самого маленького конденсатора. Это объясняется тем, что как только обкладки наименшей площади заполнятся электрическим зарядом, данный конденсатор перестанет пропускать ток. В результате ток прекратиться во всей цепи, и процесс зарядки остальных конденсаторов также прекратится.
При последовательном соединении общее расстояние между обкладками увеличивается до суммы расстояний между обкладками всех конденсаторов.
Таким образом, последовательная цепь формирует один большой конденсатор с площадью обкладок элемента с наименьшей емкостью, и расстоянием между обкладками, равному сумме всех расстояний в цепи.
Площадь и расстояние между обкладками при последовательном соединении
Падение напряжения и общая емкость при последовательном соединении
На каждый отдельный конденсатор в последовательной цепи падает разное напряжение. Поскольку емкость обратно пропрциональна напряжению (С = Q/V), то чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение на него упадет.
Применим закон Кирхгофа для напряжения в последовательной цепи из трех конденсаторов:
Падение напряжения при последовательном соединении
Емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна его напряжению — C = Q/V. Как уже упоминалось выше, последовательно соединенные конденсаторы имеют одинаковый электрический заряд — Qобщ = Q1 = Q2 = Q3.
Следовательно:
Разделив все выражение на Qобщ мы получим уравнение для общей емкости при последовательном соединении:
Из данного уравнения можно легко вывести формулу общей емкости для любого частного случая последовательного соединения.
Например, общая емкость для трех конденсаторов:
Общая емкость для двух конденсаторов:
Зачем все это нужно?
Вполне справедливым может оказаться вопрос, для чего надо соединять конденсаторы последовательно, если общая емкость будет меньше? Скорее всего, первым что приходит в голову — это чтобы получить новый эквивалентный конденсатор с меньшей емкостью. Но в производстве микросхем вряд ли будут делать подобное, поскольку, во -первых, обычно нужно экономить место на печатной плате, а во-вторых, нет смысла тратить деньги на два компонента или больше, если можно купить один с требуемой емкостью.
Но если в параллельном или последовательном соединении конденсаторов еще есть хоть какая-то логика, то кому вообще нужно смешанное?
Дело в том, что емкостью, то есть способностью накапливать электрический заряд, обладает любое тело в природе, даже человеческое. Если мы говорим о электрической цепи, то все ее элементы на практике обладают емкостью, и их можно представить как конденсаторы. Часто такую емкость еще называют паразитической, потому как она создает разного рода помехи.
Например, у нас есть какая-то электронная цепь с множеством различных компонентов, которая принимает сигнал, обрабатывает его определенным образом и выдает на выход результат.
Известно, что время задержки сигнала, в основном, зависит от паразитической емкости электронных компонентов схемы. Поскольку должно пройти время зарядки паразитической емкости, прежде чем она начнет пропускать сигнал.
Если мы хотим узнать время задержки, нужно посчитать общую емкость всех компонентов, конвертировав их в цепь из конденсаторов.
Источник: http://hightolow.ru/capacitor3.php
Эквивалентная ёмкость конденсаторов
| Эквивалентная ёмкость конденсаторов при последовательном соединении |
| Альтернативное отображение |
| Эквивалентная ёмкость конденсаторов при паралельном соединении |
| Альтернативное отображение |
Написав бот, расчета размерностей Система единиц измерения онлайн теперь начнем осваивать такую многогранную и сложную область как электротехника.
И первое, что нам пригодится, это расчет эквивалентных характеристик основных электрических элементов( ёмкость, индуктивность, сопротивление).
Хотелось бы напомнить, что ёмкости некоторых типовых конструкций мы уже умеем рассчитывать Ёмкость конденсатора онлайн
Сами по себе формулы очень просты, но нюанс состоит в том, как нам точно посчитать ёмкость двух последовательно соединенных конденсаторов если один из конденсаторов имеет ёмкость 10 пФ, а второй 250нФ. Размерность показывает что они различаются в 1000 раз. Можно конечно все перевести в абсолютные значения, но это при большом количестве конденсаторов способствует возникновению ошибок.
Итак, последовательное соединение конденсаторов имеет следующий вид
И формула расчета эквивалентной ёмкости выглядит так
Паралельное СОЕДИНЕНИЕ
Последовательное соединение нескольних конденсаторов выглядит так, как показано на рисунке
А формула становится до безобразия простой и наглядной
Синтаксис
Он очень прост
calc_e список емкостей с размерностями через запятую.
В ответе мы получим эквививалентное значение ёмкости при последовательном и паралельных соединениях.
Важное замечание: размерности нужно писать на русском языке. Для пользователей сайта, не знающих русский язык, можем по запросу добавить обработку англоязычных наименований приставок и размерностей. Это не сложно.
Примеры
Рассчитать ёмкость трех конденсаторов следующих номиналов: 10 пФ, 0.2нФ и 344мФ
В запросе так и пишем calc_e 10пФ,0.2нФ,344мФ
Ответ не заставит себя долго ждать и выглядит вот так
| Эквивалентная ёмкость конденсаторов при паралельном соединении |
| 9.5238095235459пикофарад |
| Альтернативное отображение |
| Эквивалентная ёмкость конденсаторов при последовательном соединении |
| 344.00000021милифарад |
| Альтернативное отображение |
Удачи в расчетах!
Источник: https://abakbot.ru/online-9/189-ekvivalentnaya-jomkost-kondensatorov
Соединение конденсаторов — Основы электроники
В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.
Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.
Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов
Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.
На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.
Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.
При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:
1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.
2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.
3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.
4. Рассчитывают емкость полученной схемы.
Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.
Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.
Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Источник: http://www.sxemotehnika.ru/soedinenie-kondensatorov.html
