Connexion en série et en parallèle des condensateurs. Méthodes de connexion de condensateurs dans un circuit électrique Calculateur de connexion en série de condensateurs

Les condensateurs, comme les résistances, peuvent être connectés en série ou en parallèle. Considérons la connexion des condensateurs : à quoi sert chacun des circuits et leurs caractéristiques finales.

Ce schéma est le plus courant. Dans celui-ci, les plaques de condensateur sont connectées les unes aux autres, formant une capacité équivalente égale à la somme des capacités connectées.

Lors de la connexion de condensateurs électrolytiques en parallèle, il est nécessaire que les bornes de même polarité soient connectées les unes aux autres.

La particularité de cette connexion est tension égale aux bornes de tous les condensateurs connectés. La tension nominale d'un groupe de condensateurs connectés en parallèle est égale à la tension de fonctionnement du condensateur du groupe pour lequel elle est minimale.

Les courants traversant les condensateurs du groupe sont différents : un courant plus important circulera dans un condensateur de capacité plus grande.

En pratique, une connexion parallèle est utilisée pour obtenir une capacité de la taille requise lorsqu'elle sort de la plage produite par l'industrie ou ne rentre pas dans une série standard de condensateurs. Dans les systèmes de contrôle du facteur de puissance (cos ϕ), le changement de capacité se produit en raison de la connexion ou de la déconnexion automatique des condensateurs en parallèle.

Dans une connexion en série, les plaques du condensateur sont connectées les unes aux autres, formant une chaîne. Les plaques extérieures sont connectées à la source et le même courant traverse tous les condensateurs du groupe.

La capacité équivalente des condensateurs connectés en série est limitée à la plus petite capacité du groupe. Cela s'explique par le fait que dès qu'il est complètement chargé, le courant s'arrête. Vous pouvez calculer la capacité totale de deux condensateurs connectés en série à l'aide de la formule

Mais l'utilisation d'une connexion série pour obtenir des capacités nominales non standard n'est pas aussi courante qu'une connexion parallèle.

Dans une connexion en série, la tension d'alimentation est répartie entre les condensateurs du groupe. Cela vous permet d'obtenir une banque de condensateurs conçus pour une tension plus élevée que la tension nominale de ses composants. Ainsi, les blocs capables de résister à des tensions élevées sont fabriqués à partir de petits condensateurs bon marché.

Un autre domaine d'application de la connexion en série de condensateurs est lié à la redistribution des tensions entre eux. Si les capacités sont identiques, la tension est divisée par deux ; sinon, la tension sur un condensateur de capacité plus grande est plus élevée. Un appareil fonctionnant selon ce principe est appelé diviseur de tension capacitif.

Connexion mixte de condensateurs

De tels circuits existent, mais dans des dispositifs spéciaux qui nécessitent une grande précision pour obtenir la valeur de capacité, ainsi que pour leur réglage précis.

De nombreux passionnés d'électronique novices en train d'assembler un appareil fait maison se posent la question : « Comment connecter correctement les condensateurs ?

Il semblerait pourquoi cela est nécessaire, car si le schéma de circuit indique qu'un condensateur de 47 microfarads doit être installé à un endroit donné du circuit, alors nous le prenons et l'installons. Mais vous devez admettre que dans l'atelier, même d'un ingénieur en électronique passionné, il se peut qu'il n'y ait pas de condensateur avec la puissance requise !

Une situation similaire peut survenir lors de la réparation de n'importe quel appareil. Par exemple, vous avez besoin d'un condensateur électrolytique d'une capacité de 1000 microfarads, mais vous n'en avez que deux ou trois d'une capacité de 470 microfarads. Définir 470 microfarads au lieu des 1000 requis ? Non, ce n'est pas toujours acceptable. Alors, que devrions-nous faire? Aller au marché de la radio à plusieurs dizaines de kilomètres et acheter la pièce manquante ?

Comment sortir de cette situation ? Vous pouvez connecter plusieurs condensateurs et ainsi obtenir la capacité dont nous avons besoin. En électronique, il existe deux manières de connecter des condensateurs : parallèle Et séquentiel.

En réalité, cela ressemble à ceci :

Connexion parallèle

Schéma de principe de la connexion parallèle

Connexion série

Schéma de principe de la connexion série

Il est également possible de combiner des connexions parallèles et série. Mais dans la pratique, il est peu probable que vous en ayez besoin.

Comment calculer la capacité totale des condensateurs connectés ?

Quelques formules simples nous y aideront. N'ayez aucun doute, si vous travaillez dans le domaine de l'électronique, ces formules simples vous aideront tôt ou tard.

Capacité totale des condensateurs connectés en parallèle :

C 1 – capacité du premier ;

C 2 – capacité du second ;

C 3 – capacité du troisième ;

C N – capacité N le condensateur;

C total – capacité totale du condensateur composite.

Comme vous pouvez le constater, lors de la connexion des conteneurs en parallèle, il suffit de les plier !

Attention! Tous les calculs doivent être effectués dans les mêmes unités. Si nous effectuons des calculs en microfarads, nous devons alors indiquer la capacité C1, C2 en microfarads. Le résultat sera également obtenu en microfarads. Cette règle doit être respectée, sinon les erreurs ne peuvent être évitées !

Pour éviter de commettre des erreurs lors de la conversion des microfarads en picofarads et des nanofarads en microfarads, vous devez connaître la notation abrégée des valeurs numériques. Le tableau vous y aidera également. Il indique les préfixes utilisés pour la notation courte et les facteurs avec lesquels vous pouvez recalculer. En savoir plus à ce sujet.

La capacité de deux condensateurs connectés en série peut être calculée à l'aide d'une autre formule. Ce sera un peu plus compliqué :

Attention! Cette formule n'est valable que pour deux condensateurs ! S’il y en a plus, une formule différente sera alors nécessaire. C’est plus déroutant et, en réalité, ce n’est pas toujours utile.

Ou la même chose, mais en plus compréhensible :

Si vous effectuez plusieurs calculs, vous verrez qu'avec une connexion en série, la capacité résultante sera toujours inférieure à la plus petite incluse dans cette chaîne. Qu'est-ce que ça veut dire? Cela signifie que si vous connectez en série des condensateurs d'une capacité de 5, 100 et 35 picofarads, la capacité totale sera inférieure à 5.

Si des condensateurs de même capacité sont utilisés pour une connexion en série, cette formule lourde est comme par magie simplifiée et prend la forme :

Ici, au lieu d'une lettre M définir le nombre de condensateurs, et C1- sa capacité.

Il convient également de rappeler une règle simple :

Lorsque deux condensateurs de même capacité sont connectés en série, la capacité résultante sera la moitié de la capacité de chacun d’eux.

Ainsi, si vous connectez deux condensateurs en série, chacun ayant une capacité de 10 nanofarads, la capacité résultante sera de 5 nanofarads.

Ne perdons pas de mots, mais vérifions le condensateur en mesurant la capacité, et en pratique nous confirmerons l'exactitude des formules présentées ici.

Prenons deux condensateurs à film. L'un fait 15 nanofarads (0,015 µF) et l'autre 10 nanofarads (0,01 µF). Connectons-les en série. Maintenant, prenons un multimètre Victor VC9805+ et mesurez la capacité totale des deux condensateurs. C'est ce que nous obtenons (voir photo).

Mesure de capacité en connexion série

La capacité du condensateur composite était de 6 nanofarads (0,006 microfarads)

Faisons maintenant la même chose, mais pour une connexion parallèle. Vérifions le résultat avec le même testeur (voir photo).

Mesure de capacité en connexion parallèle

Comme vous pouvez le constater, lorsqu'ils sont connectés en parallèle, la capacité des deux condensateurs s'additionne et s'élève à 25 nanofarads (0,025 μF).

Que devez-vous savoir d’autre pour connecter correctement les condensateurs ?

Tout d'abord, n'oubliez pas qu'il existe un autre paramètre important, comme la tension nominale.

Lorsque les condensateurs sont connectés en série, la tension entre eux est répartie de manière inversement proportionnelle à leurs capacités. Par conséquent, lors d'une connexion en série, il est logique d'utiliser des condensateurs avec une tension nominale égale à celle du condensateur, à la place desquels nous installons un condensateur composite.

Si des condensateurs de même capacité sont utilisés, la tension entre eux sera divisée de manière égale.

Pour condensateurs électrolytiques.

Connexion en série d'électrolytes

Schéma de connexion série

N'oubliez pas non plus la tension nominale. Dans une connexion parallèle, chacun des condensateurs impliqués doit avoir la même tension nominale que si nous avions placé un condensateur dans le circuit. Autrement dit, si vous devez installer un condensateur avec une tension nominale de 35 volts et une capacité de, par exemple, 200 microfarads dans le circuit, vous pouvez à la place connecter deux condensateurs en parallèle avec 100 microfarads et 35 volts. Si au moins l'un d'entre eux a une tension nominale inférieure (par exemple 25 volts), il tombera bientôt en panne.

Il est conseillé de sélectionner pour un condensateur composite des condensateurs du même type (film, céramique, mica, métal-papier). Il sera préférable qu'ils proviennent du même lot, car dans ce cas, la dispersion des paramètres sera faible.

Bien entendu, une connexion mixte (combinée) est également possible, mais elle n'est pas utilisée en pratique (je ne l'ai pas vue). Le calcul de la capacité pour une connexion mixte incombe généralement à ceux qui résolvent des problèmes de physique ou réussissent des examens :)

Ceux qui s'intéressent sérieusement à l'électronique doivent absolument savoir connecter correctement les résistances et calculer leur résistance totale !

Dans les circuits d'ingénierie électronique et radio, la connexion en parallèle et en série de condensateurs s'est généralisée. Dans le premier cas, la connexion s'effectue sans nœuds communs, et dans la deuxième option, tous les éléments sont regroupés en deux nœuds et ne sont pas connectés à d'autres nœuds, sauf si cela est prévu au préalable par le circuit.

Connexion série

Dans une connexion en série, deux condensateurs ou plus sont connectés dans un circuit commun de telle sorte que chaque condensateur précédent soit connecté au suivant en un seul point commun. Le courant (i) chargeant un circuit série de condensateurs aura la même valeur pour chaque élément, puisqu'il ne passe que par le seul chemin possible. Cette position est confirmée par la formule : i = i c1 = i c2 = i c3 = i c4.

En raison de la même quantité de courant circulant dans les condensateurs en série, la quantité de charge stockée par chacun sera la même, quelle que soit la capacité. Cela devient possible car la charge provenant de la plaque du condensateur précédent s'accumule sur la plaque de l'élément de circuit suivant. Par conséquent, la quantité de charge sur les condensateurs connectés en série ressemblera à ceci : Q total = Q 1 = Q 2 = Q 3.

Si l'on considère trois condensateurs C 1, C 2 et C 3 connectés en circuit série, il s'avère que le condensateur central C 2 à courant constant est isolé électriquement du circuit général. En fin de compte, la surface effective des plaques sera réduite à la surface des plaques de condensateur ayant les dimensions les plus minimales. Le remplissage complet des plaques avec une charge électrique empêche tout courant supplémentaire de les traverser. En conséquence, le flux de courant s'arrête dans tout le circuit et, par conséquent, la charge de tous les autres condensateurs s'arrête.

La distance totale entre les plaques dans une connexion en série est la somme des distances entre les plaques de chaque élément. À la suite de la connexion dans un circuit en série, un seul grand condensateur est formé, dont la surface des plaques correspond aux plaques de l'élément avec une capacité minimale. La distance entre les plaques s'avère être égale à la somme de toutes les distances disponibles dans la chaîne.

La chute de tension aux bornes de chaque condensateur sera différente en fonction de la capacité. Cette position est déterminée par la formule : C = Q/V, dans laquelle la capacité est inversement proportionnelle à la tension. Ainsi, à mesure que la capacité du condensateur diminue, une tension plus élevée chute à ses bornes. La capacité totale de tous les condensateurs est calculée par la formule : 1/C total = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3.

La principale caractéristique d’un tel circuit est le passage de l’énergie électrique dans un seul sens. Par conséquent, la valeur actuelle dans chaque condensateur sera la même. Chaque variateur d'un circuit en série stocke une quantité égale d'énergie, quelle que soit sa capacité. Autrement dit, la capacité peut être reproduite grâce à l’énergie présente dans le dispositif de stockage voisin.

Calculateur en ligne pour calculer la capacité des condensateurs connectés en série dans un circuit électrique.

Composé mixte

Connexion parallèle de condensateurs

Une connexion parallèle est considérée comme une connexion dans laquelle les condensateurs sont connectés entre eux par deux contacts. Ainsi, plusieurs éléments peuvent être connectés à la fois en un seul point.

Ce type de connexion permet de former un seul condensateur de grandes dimensions, dont l'aire des armatures sera égale à la somme des aires des armatures de chaque condensateur individuel. Du fait qu'elle est directement proportionnelle à la surface des plaques, la capacité totale est le nombre total de toutes les capacités des condensateurs connectés en parallèle. Autrement dit, C total = C 1 + C 2 + C 3.

Étant donné que la différence de potentiel ne se produit qu'en deux points, la même tension chutera aux bornes de tous les condensateurs connectés en parallèle. L'intensité du courant dans chacun d'eux sera différente, en fonction de la capacité et de la valeur de la tension. Ainsi, les connexions série et parallèle utilisées dans divers circuits permettent d'ajuster divers paramètres dans certaines zones. De ce fait, les résultats nécessaires au fonctionnement de l'ensemble du système sont obtenus.

Peuvent être connectés les uns aux autres de différentes manières. Dans tous les cas, il est possible de trouver la capacité d'un condensateur équivalent, qui peut remplacer une série de condensateurs interconnectés.

Pour un condensateur équivalent, la condition suivante est remplie : si la tension fournie aux armatures d'un condensateur équivalent est égale à la tension fournie aux bornes extérieures d'un groupe de condensateurs, alors le condensateur équivalent accumulera la même charge que le groupe de condensateurs.

Connexion parallèle de condensateurs

En figue. La figure 1 montre une connexion en parallèle de plusieurs condensateurs. Dans ce cas, les tensions fournies aux condensateurs individuels sont les mêmes : U1 = U2 = U3 = U. Les charges sur les plaques des condensateurs individuels : Q1 = C1U, Q 2 = C 2U, Q 3 = C 3U et la charge reçue de la source Q = Q1 + Q2 + Q3.

Riz. 1. Schéma de connexion parallèle des condensateurs

Capacité totale d'un condensateur équivalent :

C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3,

c'est-à-dire que lorsque les condensateurs sont connectés en parallèle, la capacité totale est égale à la somme des capacités des condensateurs individuels.

Riz. 2. Méthodes de connexion des condensateurs

Connexion en série de condensateurs

Lorsque les condensateurs sont connectés en série (Fig. 3), les charges électriques sur les plaques des condensateurs individuels sont de même ampleur : Q1 = Q2 = Q3 = Q

En effet, depuis la source d'alimentation, les charges sont fournies uniquement aux plaques extérieures de la chaîne de condensateurs, et sur les plaques internes interconnectées des condensateurs adjacents, seul un transfert de même ampleur de charge d'une plaque à l'autre se produit (l'induction électrostatique est observé), donc des quantités égales apparaissent sur eux et des charges électriques opposées.

Riz. 3. Schéma de connexion en série des condensateurs

Les tensions entre les plaques des condensateurs individuels lorsqu'ils sont connectés en série dépendent des capacités des condensateurs individuels : U1 = Q/C1, U1 = Q/C 2, U1 = Q/C 3 et la tension totale U = U1 + U2. +U3

La capacité totale d'un condensateur équivalent (équivalent) est C = Q / U = Q / (U1 + U2 + U3), c'est-à-dire que lorsque les condensateurs sont connectés en série, l'inverse de la capacité totale est égale à la somme des réciproques des capacités des condensateurs individuels.

Les formules pour les capacités équivalentes sont similaires aux formules pour les conductivités équivalentes.

Exemple 1. Trois condensateurs dont les capacités C1 = 20 μF, C2 = 25 μF et C3 = 30 μF sont connectés en série ; il faut déterminer la capacité totale.

La capacité totale est déterminée à partir de l'expression 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/20 + 1/25 + 1/30 = 37/300, d'où C = 8,11 μF.

Exemple 2. 100 condensateurs d'une capacité de 2 μF chacun sont connectés en parallèle. Déterminez la capacité totale. Capacité totale C = 100 Sc = 200 microfarads.

1 mF = 0,001 F. 1 µF = 0,000001 = 10⁻⁶ F. 1 nF = 0,000000001 = 10⁻⁹ F. 1 pF = 0,000000000001 = 10⁻¹² F.

Selon la deuxième règle de Kirchhoff, la chute de tension V₁, V₂ et V₃ aux bornes de chaque condensateur d'un groupe de trois condensateurs connectés en série est généralement différent et la différence de potentiel totale Végal à leur somme :

Par définition de capacité et en tenant compte du fait que la charge Q un groupe de condensateurs connectés en série est commun à tous les condensateurs, la capacité équivalente C l'eq des trois condensateurs connectés en série est donné par

Pour un groupe de n capacité équivalente des condensateurs connectés en série C eq est égal à l'inverse de la somme des inverses des capacités des condensateurs individuels :

Cette formule est pour C eq et est utilisé pour les calculs dans cette calculatrice. Par exemple, la capacité totale de trois condensateurs de 10, 15 et 20 μF connectés en série sera égale à 4,62 μF :

S'il n'y a que deux condensateurs, alors leur capacité totale est déterminée par la formule

Si disponible n condensateurs connectés en série avec une capacité C, leur capacité équivalente est

A noter que pour calculer la capacité totale de plusieurs condensateurs connectés en série, on utilise la même formule que pour calculer la résistance totale des résistances connectées en parallèle.

Notez également que la capacité totale d'un groupe d'un nombre quelconque de condensateurs connectés en série sera toujours inférieure à la capacité du plus petit condensateur, et l'ajout de condensateurs à un groupe entraîne toujours une diminution de la capacité.

La chute de tension aux bornes de chaque condensateur dans un groupe de condensateurs connectés en série mérite une mention particulière. Si tous les condensateurs d'un groupe ont la même capacité nominale, la chute de tension à leurs bornes sera probablement différente, car les condensateurs auront en réalité des capacités différentes et un courant de fuite différent. Le condensateur ayant la plus petite capacité aura la plus grande chute de tension et sera donc le maillon le plus faible du circuit.

Pour obtenir une répartition de tension plus uniforme, des résistances d'égalisation sont incluses en parallèle avec les condensateurs. Ces résistances agissent comme des diviseurs de tension, réduisant ainsi la tension répartie entre les condensateurs individuels. Mais même avec ces résistances, vous devez toujours choisir des condensateurs avec une grande marge de tension de fonctionnement pour la connexion en série.

Si plusieurs condensateurs connecté en parallèle, différence de potentiel V sur un groupe de condensateurs est égale à la différence de potentiel entre les fils de connexion du groupe. Charge totale Q est divisé entre les condensateurs et si leurs capacités sont différentes, alors les charges sur les condensateurs individuels Q₁, Q₂ et Q₃ sera également différent. La charge totale est définie comme