Капацитет на кондензаторна система със смесено свързване. Различни видове свързване на кондензатори

ИЗСЛЕДВАНЕ НА СЕРИЯ, ПАРАЛЕЛНО И СМЕСЕНО ВРЪЗВАНЕ НА КОНДЕНЗАТОРИ

Обективен:Научете как да правите кондензаторни батерии и да определяте техния капацитет.

Теоретична част

Паралелно свързване на кондензатори

При паралелна верига връзка, всички кондензаторни пластини са свързани в две групи, като един изход от всеки кондензатор е свързан към една група с други, а вторият към друга. илюстративен примерпаралелна връзка и схема

на снимката

Всички свързани паралелнокондензаторите са свързани към един и същ източник на напрежение, така че върху тях има две точки на потенциална разлика или напрежение. Всички клеми на кондензаторите ще имат точно същото напрежение.

Когато са свързани паралелно, всички кондензатори заедно образуват един капацитет, чиято стойност ще бъде равна на сумата от всички капацитети на кондензаторите, свързани във веригата. При паралелна връзкаПрез всеки от кондензаторите ще протича различен ток, който ще зависи от стойността на капацитета на всеки от тях. Колкото по-висок е капацитетът, толкова по-актуаленпротичат през него.

Паралелна връзкамного често в живота. С него можете да съберете всеки необходим капацитет от група кондензатори. Например, за да стартирате трифазен двигател еднофазна мрежа 220 волта В резултат на изчисленията получихте, че е необходим работен капацитет от 125 микрофарада. Няма да намерите такъв капацитет на кондензатори в продажба. За да получите необходимия капацитет, ще трябва да закупите и свържете паралелно 3 кондензатора, единият за 100 микрофарада, вторият за 20 и третият за 5 микрофарада.

Свързване на кондензатори последователно

При последователно свързванекондензатори, всяка от плочите е свързана само в една точка с една плоча на другия кондензатор. Оказва се верига от кондензатори. Последните два изхода са свързани към източник на ток, в резултат на което електрическите заряди се преразпределят между тях. Зарядите на всички междинни плочи са еднакви по големина, с променлив знак.

През всички последователно свързани кондензатори протича един и същ ток, защото няма друг път.
Общият капацитетще бъде ограничен от площта на плочите с най-малък размер, тъй като веднага щом кондензаторът с най-малък капацитет бъде напълно зареден, цялата верига ще спре да пропуска ток и зарядът на останалите ще бъде прекъснат. Изчислено ли е

кост по тази формула:

Но с последователнисвързването увеличава разстоянието (или изолацията) между плочите до стойност, равна на сумата от разстоянията между плочите на всички последователно свързани кондензатори. Например, ако вземете два кондензатора с работно напрежение 200 волта и ги свържете последователно, тогава изолацията между техните пластини може да издържи 1000 волта, когато е свързана към веригата.

От горното може да се заключи, които трябва да бъдат свързани последователно:

1. За получаванееквивалентен по-малък кондензатор.

2. Ако имате нужда от контейнерработещи при по-високи напрежения.

3. За създаванекапацитивен делител на напрежение, който ви позволява да получите по-ниско напрежение от по-високо.

На практика, за да получите първото и второто, е достатъчно просто да закупите един кондензатор с необходимия капацитет или работно напрежение. Следователно този метод на свързване в живота не се среща.

Съдържание:

В електронни и радио вериги, паралелни и серийна връзкакондензатори. В първия случай връзката се осъществява без общи възли, а във втория вариант всички елементи се комбинират в два възела и не се свързват с други възли, ако това не е предвидено предварително от схемата.

серийна връзка

Когато са свързани последователно, два или повече кондензатора са свързани в обща верига по такъв начин, че всеки предишен кондензатор е свързан със следващия само в една обща точка. Токът (i), зареждащ последователна верига от кондензатори, ще има една и съща стойност за всеки елемент, тъй като се движи само по единствения възможен път. Тази позиция се потвърждава от формулата: i = i c1 = i c2 = i c3 = i c4 .

Във връзка с същата стойностток, протичащ през кондензатори последователно, количеството заряд, натрупан от всеки от тях, ще бъде същото, независимо от капацитета. Това става възможно, тъй като зарядът, идващ от плочата на предишния кондензатор, се натрупва върху плочата на следващия елемент на веригата. Следователно количеството заряд за последователно свързани кондензатори ще изглежда така: Q общо \u003d Q 1 \u003d Q 2 \u003d Q 3.

Ако разгледаме три кондензатора C 1, C 2 и C 3, свързани в последователна верига, се оказва, че средният кондензатор C 2 при DCе електрически изолиран от общата верига. В крайна сметка стойността на ефективната площ на плочите ще бъде намалена до площта на кондензаторните плочи с най-малки размери. Пълното запълване на плочите с електрически заряд прави невъзможно продължаването на преминаването на тока през него. В резултат на това токът спира в цялата верига и съответно спира зареждането на всички останали кондензатори.

Общото разстояние между плочите при последователно свързване е сумата от разстоянията между плочите на всеки елемент. В резултат на свързване в серийна верига, единичен голям кондензатор, чиято площ на плочите съответства на плочите на елемента с минимален капацитет. Разстоянието между плочите е равно на сумата от всички разстояния във веригата.

Спадът на напрежението във всеки кондензатор ще бъде различен в зависимост от капацитета. Тази позиция се определя от формулата: C \u003d Q / V, в която капацитетът е обратно пропорционален на напрежението. Така, когато капацитетът на кондензатора намалява, върху него пада по-високо напрежение. Общият капацитет на всички кондензатори се изчислява по формулата: 1/C общо = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3.

основна характеристикатакава схема е да мине електрическа енергиясамо в една посока. Следователно във всеки кондензатор текущата стойност ще бъде една и съща. Всяко устройство за съхранение в последователна верига съхранява еднакво количество енергия, независимо от капацитета. Това означава, че капацитетът може да бъде възпроизведен поради енергията, присъстваща в съседното устройство.

Онлайн калкулатор за изчисляване на капацитета на последователно свързани кондензатори електрическа верига.

смесена връзка

Паралелно свързване на кондензатори

Паралелно е такава връзка, при която кондензаторите са свързани помежду си с два контакта. Така няколко елемента могат да бъдат свързани едновременно в една точка.

Този тип връзка ви позволява да формирате един кондензатор с големи размери, чиято площ на плочите ще бъде равна на сумата от площите на плочите на всеки отделен кондензатор. Поради факта, че е пряко пропорционална на площта на плочите, общият капацитет е общо количествовсички паралелно свързани капацитети на кондензатори. Тоест C общо \u003d C 1 + C 2 + C 3.

Тъй като потенциалната разлика възниква само в две точки, тогава същото напрежение ще падне върху всички кондензатори, свързани паралелно. Токът във всеки от тях ще бъде различен, в зависимост от стойността на капацитета и напрежението. По този начин, последователно и паралелна връзкаприложен в различни схеми, ви позволява да регулирате различни параметри в определени области. Благодарение на това се получават необходимите резултати от работата на цялата система като цяло.

Електрическите кондензатори се използват широко в електронното оборудване. Те са водещи по отношение на броя на приложенията в блоковете на оборудването и по някои критерии са на второ място след резисторите. Кондензаторите присъстват във всяко електронно устройство и нуждата от тях в съвременната електроника непрекъснато нараства. Наред със съществуващата широка гама, продължава разработването на нови типове, които са с подобрени електрически и експлоатационни характеристики.

Кондензаторът е елемент от електрическа верига, който се състои от проводими електроди, изолирани един от друг с диелектрик.

Кондензаторите се отличават с капацитет, а именно съотношението на заряда към потенциалната разлика, която се предава от този заряд.

AT международна система SI Капацитетът на кондензатора се приема като единица капацитет.с увеличаване на потенциала с един волт, когато се придаде заряд на една висулка. Тази единица се нарича фарад. Той е твърде голям за практическа употреба. Поради това е обичайно да се използват по-малки единици като пикофарад (pF), нанофарад (nF) и микрофарад (µF).

Групи по вид диелектрик

Диелектриците се използват за изолиране на плочи една от друга. Изработени са от органични и неорганични материали. Често като диелектрик се използват оксидни филми от метали.

Според вида на диелектрика елементите се разделят на групи:

органични;
неорганични;
газообразен;
оксид.

Елементите с органичен диелектрик се правят чрез навиване на тънки ленти от специална хартия или филм. Също използвайте комбиниран диелектрикс фолио или метализирани електроди. Такива елементи могат да бъдат както с високо напрежение (над 1600 V), така и с ниско напрежение (до 1600 V).

В продуктите с неорганичен диелектрик се използват керамика, слюда, стъкло и стъклокерамика, стъклен емайл. Техните плочи се състоят от тънък слой метал, който се нанася върху диелектрика чрез метализация. Има високо напрежение, ниско напрежение и потискане на шума.

Като газообразен диелектрик се използва сгъстен газ (фреон, азот, серен хексафлуорид), въздух или вакуум. По естеството на промяната в капацитета и изпълняваната функция такива елементи са постоянни и променливи.

Най-широко използваните елементи с вакуумен диелектрик. Те имат голям специфичен капацитет (в сравнение с газообразен диелектрик) и по-висока диелектрична якост. Елементи с вакуумен диелектрик имат стабилност на параметритес температурни промени в околната среда.

Обхват - предавателни устройства, работещи на къси, средни и дълги вълни с честота до 30-80 MHz.

Елементите с оксиден диелектрик са:

с общо предназначение;
ракети-носители;
импулс;
неполярен;
висока честота;
потискане на смущенията.

Диелектрикът е оксиден слой, който се нанася върху анода чрез електрохимични средства.

Конвенции

Елементите се означават със съкратена и пълна система.

С намалена система са написани букви и цифри, където буквата показва подкласа, числото показва групата, в зависимост от използвания диелектрик. Третият елемент указва регистрационния номер на вида продукт.

На пълен символпараметрите и характеристиките са посочени в следната последователност:

символично обозначение на дизайна на продукта;
номинално напрежение на продукта;
номинален капацитет на продукта;
допустимо отклонение на капацитета;
температурна стабилност на капацитета на продукта;
номинален реактивна мощностпродукти.

Избор на деноминация

Кондензаторите могат да бъдат свързани един към друг по различни начини.

На практика често възникват ситуации, когато при инсталиране на верига или подмяна на дефектен елемент е необходимо да се използва ограничен брой радиокомпоненти. Не винаги е възможно да се намерят елементите на желаната деноминация.

В този случай е необходимо да се използва последователно и паралелно свързване на кондензатори.

С паралелна схема на свързване, техните общата стойност ще бъде сумата от капацитетите отделни елементи. С тази схема на свързване всички облицовки на елементите са свързани в групи. Един от изходите на всеки елемент е свързан към една група, а другият изход към друга група.

При което напрежението на всички плочи ще бъде еднаквотъй като всички групи са свързани към едно и също захранване. Всъщност се получава един капацитет, общата стойност на всички капацитети в дадена верига.

Придобивам голям капацитет, използвайте паралелно свързване на кондензатора.

Например, трябва да свържете трифазен двигател към еднофазна мрежа от 220 V. За да работи двигателят, е необходим капацитет от 135 микрофарада. Много е трудно да се намери, но може да се получи чрез използване на паралелно свързване на елементи на 5, 30 и 100 микрофарада. В резултат на добавянето получаваме необходимата единица от 135 микрофарада.

Серийно свързване на кондензатори

Използва се последователно свързване на кондензатори, ако е необходимо да се получи капацитет, по-малък от капацитета на елемента. Такива елементи издържат на по-високо напрежение. Когато кондензаторите са свързани последователно, реципрочната стойност на общия капацитет е равна на сумата от реципрочните стойности на отделните елементи. За да се получи необходимата стойност, са необходими определени кондензатори, чието последователно свързване ще даде необходимата стойност.

Въпросът как да свържете кондензатори може да възникне от всяко лице, което се интересува от електроника и запояване. Най-често необходимостта от това възниква в случаите, когато няма устройство с подходяща деноминация под ръка при сглобяване или ремонт на устройство.

Например, човек трябва да поправи устройство, като замени електролитен кондензатор с капацитет от 1000 микрофарада или повече в него, няма части, подходящи за номиналната стойност, но има няколко продукта с по-ниски параметри. В този случай има три възможности за излизане от тази ситуация:

Заменете кондензатора от 1000 микрофарада с устройство с по-ниска номинална стойност.
Отидете до най-близкия магазин или радиопазар, за да купите подходящ вариант.
Свържете няколко елемента заедно, за да получите необходимия капацитет.

По-добре е да откажете да инсталирате радио елемент с по-нисък рейтинг, тъй като подобни експерименти не винаги завършват успешно. Можете да отидете до пазара или до магазина, но това отнема много време. Следователно в тази ситуация често се свързват няколко кондензатора и се получава необходимия капацитет.

Паралелно свързване на кондензатори

Паралелната верига за свързване на кондензатори включва свързване на всички пластини на устройства в две групи. Първите изводи са свързани в една група, а вторите изводи са свързани в друга група. Фигурата по-долу показва пример.

Кондензаторите, свързани паралелно един на друг, са свързани към един и същ източник на напрежение, така че върху тях има две точки на напрежение или потенциална разлика. Трябва да се има предвид, че на всички клеми на кондензатори, свързани паралелно, напрежението ще има еднаква стойност.

Паралелната верига образува единичен капацитет от елементите, чиято стойност е равна на сумата от капацитетите на всички кондензатори, свързани към групата. В този случай по време на работа на устройството през кондензаторите ще тече ток с различна величина. Параметрите на тока, преминаващ през продуктите, зависят от индивидуалния капацитет на устройството. Колкото по-висок е капацитетът, толкова повече ток ще тече през него. Формулата, характеризираща паралелната връзка, е следната:

Паралелната верига се използва най-често в ежедневието, тя ви позволява да съберете необходимия капацитет от произволен брой отделни елементи с различни рейтинги.

Серийно свързване на кондензатори

Схема серийна връзкае верига, в която първата плоча на кондензатора е свързана с втората плоча на предишното устройство, а втората плоча е свързана с първата плоча на следващото устройство. Първият извод на първия кондензатор и вторият извод на последната част във веригата са свързани към източника електрически ток, поради което между тях се извършва преразпределение на електрическите заряди. Всички междинни пластини имат еднакъв заряд, редуващи се по знак.

Фигурата по-долу показва пример за серийна връзка.

През свързаните в група кондензатори протича ток със същата сила. Общата мощност е ограничена от площта на плочите на устройството с най-малък рейтинг, тъй като след зареждане на устройството с най-малък капацитет, цялата верига ще спре да преминава ток.

Въпреки очевидните недостатъци, този метод осигурява увеличаване на изолацията между отделните пластини до сумата от разстоянията между клемите на всички последователно свързани кондензатори. Тоест, когато два елемента с работно напрежение 200 V са свързани последователно, изолацията между клемите им може да издържи напрежение до 1000 V. Капацитет по формулата:

Този метод ви позволява да получите еквивалента на по-малък кондензатор в група, способна да работи при високи напрежения. Всичко това може да се постигне чрез закупуване на един единствен елемент с подходящо наименование, следователно на практика серийни връзки практически никога не се срещат.

Тази формула е подходяща за изчисляване на общия капацитет на верига от два последователно свързани кондензатора. За да определите общия капацитет на верига с голям брой устройства, трябва да използвате формулата:

смесена схема

Пример за смесена схема на свързване е показан по-долу.

За да се определи общият капацитет на няколко устройства, цялата верига трябва да бъде разделена на налични групи серийни и паралелни връзки и да се изчислят параметрите на капацитета за всяка от тях.

На практика този метод се среща на различни платки, с които радиолюбителите трябва да работят.

Серийното свързване се отнася за случаите, когато два или повече елемента са под формата на верига, като всеки от тях е свързан с другия само в една точка. Защо кондензаторите са поставени така? Как да го направя правилно? Какво трябва да знаете? Какви са характеристиките на серийното свързване на кондензатори на практика? Каква е формулата за резултата?

Какво трябва да знаете за правилната връзка?

Уви, не всичко е толкова лесно да се направи тук, колкото може да изглежда. Много начинаещи смятат, че ако схематичният чертеж казва, че е необходим елемент от 49 микрофарада, тогава е достатъчно просто да го вземете и да го инсталирате (или да го замените с еквивалентен). Но е трудно да се намерят необходимите параметри дори в професионална работилница. И какво, ако няма необходимите елементи? Да кажем, че има такава ситуация: имате нужда от кондензатор за 100 микрофарада, но има няколко парчета за 47. Не винаги е възможно да го доставите. Да отидете на радио пазара за един кондензатор? Не е задължително. Ще бъде достатъчно да свържете няколко елемента. Има два основни начина: последователно и паралелно свързване на кондензатори. Тук ще говорим за първия. Но ако говорим за серийното свързване на намотката и кондензатора, тогава няма специални проблеми.

Защо го правят?

Когато се извършват такива манипулации с тях, електрическите заряди на плочите на отделните елементи ще бъдат равни: KE \u003d K 1 \u003d K 2 \u003d K 3. KE е крайният капацитет, K е пропускателната стойност на кондензатора. Защо така? Когато зарядите идват от източника на енергия към външните пластини, тогава стойността може да се прехвърли към вътрешните, което е стойността на елемента с най-малки параметри. Тоест, ако вземете кондензатор от 3 uF и след това го свържете към 1 uF, тогава крайният резултат ще бъде 1 uF. Разбира се, на първия ще бъде възможно да се наблюдава стойност от 3 микрофарада. Но вторият елемент няма да може да премине толкова много и ще отреже всичко, което е повече от необходимата стойност, оставяйки повече капацитет на оригиналния кондензатор. Нека да разгледаме какво трябва да се изчисли при последователно свързване на кондензатори. Формула:

OE - общ капацитет;
H - напрежение;
КЕ - краен капацитет.

Какво още трябва да знаете, за да свържете правилно кондензаторите?

Като начало не забравяйте, че освен капацитет, те имат и номинално напрежение. Защо? При последователно свързване напрежението се разпределя обратно пропорционално на техните капацитети помежду си. Следователно има смисъл да се използва този подход само в случаите, когато всеки кондензатор може да осигури минимално необходимите работни параметри. Ако се използват елементи с еднакъв капацитет, тогава напрежението между тях ще бъде разделено по равно. Също така едно предупреждение относно електролитните кондензатори: когато работите с тях, винаги внимателно контролирайте полярността им. Защото, ако този фактор се пренебрегне, последователното свързване на кондензатори може да доведе до редица нежелани ефекти. И е добре, ако всичко е ограничено само до разграждането на тези елементи. Не забравяйте, че кондензаторите съхраняват ток и ако нещо се обърка, в зависимост от веригата, може да се създаде прецедент, при който други компоненти на веригата ще се повредят.

Ток в последователно свързване

Защото той има само един възможен пътпоток, той ще има една и съща стойност за всички кондензатори. В този случай размерът на натрупания заряд навсякъде има еднаква стойност. Не зависи от капацитета. Вижте схемата за серийно свързване на всеки кондензатор. Дясната подплата на първата е свързана с лявата на втората и т.н. Ако се използва повече от 1 елемент, тогава някои от тях ще бъдат изолирани от общата верига. Така ефективната площ на плочите става по-малка и се равнява на параметрите на най-малкия кондензатор. Какво физическо явление стои в основата на този процес? Факт е, че веднага щом кондензаторът се напълни с електрически заряд, той престава да пропуска ток. И тогава не може да тече през цялата верига. Останалите кондензатори в този случай също няма да могат да се зареждат.

Спад на напрежението и общ капацитет

Всеки елемент малко по малко разсейва напрежението. Като се има предвид, че капацитетът е обратно пропорционален на него, колкото по-малък е, толкова по-голям ще бъде спадът. Както бе споменато по-рано, кондензаторите, свързани последователно, имат еднакъв електрически заряд. Следователно, когато разделяме всички изрази на общо значениеможете да получите уравнение, което ще покаже целия капацитет. При това последователно и паралелно свързване на кондензатори се различават значително.

Пример #1

Нека използваме формулите, представени в статията, и да изчислим няколко практически задачи. Така че имаме три кондензатора. Капацитетът им е: C1 = 25 uF, C2 = 30 uF и C3 = 20 uF. Те са свързани последователно. Трябва да намерим общия им капацитет. Използвайте съответното уравнение 1/C: 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/25 + 1/30 + 1/20 = 37/300. Превеждаме в микрофаради, а общият капацитет на кондензатора, когато е свързан последователно (и групата в този случай се счита за един елемент) е приблизително 8,11 микрофарада.

Пример #2

Нека решим още един проблем, за да консолидираме развитието. Има 100 кондензатора. Капацитетът на всеки елемент е 2 микрофарада. Необходимо е да се определи общият им капацитет. Необходимо е да се умножи техният брой по характеристиката: 100 * 2 \u003d 200 микрофарада. И така, общият капацитет на кондензатора, когато е свързан последователно, е 200 микрофарада. Както можете да видите, нищо сложно.

Заключение

Така че сме работили теоретични аспекти, анализира формулите и характеристиките на правилното свързване на кондензатори (последователно) и дори реши няколко проблема. Бих искал да напомня на читателите да не изпускат от поглед влиянието номинално напрежение. Също така е желателно да се избират елементи от същия тип (слюда, керамика, метална хартия, филм). Тогава последователното свързване на кондензатори може да ни даде най-голям полезен ефект.