Kondenzátorok soros és párhuzamos csatlakoztatása. Kondenzátorok elektromos áramkörben történő csatlakoztatásának módszerei Kondenzátorok soros csatlakoztatása Számológép
A kondenzátorok az ellenállásokhoz hasonlóan sorba vagy párhuzamosan is kapcsolhatók. Tekintsük a kondenzátorok csatlakoztatását: mire használják az egyes áramköröket, és azok végső jellemzőit.
Ez a séma a leggyakoribb. Ebben a kondenzátorlemezek egymáshoz vannak kötve, és a csatlakoztatott kapacitások összegével megegyező ekvivalens kapacitást képeznek.
Az elektrolit kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatásakor szükséges, hogy az azonos polaritású kivezetések legyenek egymáshoz kötve.
Ennek a kapcsolatnak a sajátossága az egyenlő feszültség az összes csatlakoztatott kondenzátoron. A párhuzamosan kapcsolt kondenzátorok egy csoportjának névleges feszültsége megegyezik a csoportkondenzátor üzemi feszültségével, amelynél minimális.
A csoport kondenzátorain átfolyó áramok különbözőek: nagyobb áram fog átfolyni egy nagyobb kapacitású kondenzátoron.
A gyakorlatban párhuzamos kapcsolást használnak a szükséges méretű kapacitás eléréséhez, ha az kívül esik az ipar által előállított tartományon, vagy nem fér bele egy szabványos kondenzátorsorozatba. A teljesítménytényező-szabályozási rendszerekben (cos ϕ) a kapacitás változása a kondenzátorok párhuzamos párhuzamos be- vagy lekapcsolása miatt következik be.
Soros kapcsolásban a kondenzátorlapok egymáshoz kapcsolódnak, láncot alkotva. A külső lemezek a forráshoz csatlakoznak, és ugyanaz az áram folyik át a csoport összes kondenzátorán.
A sorosan kapcsolt kondenzátorok egyenértékű kapacitása a csoport legkisebb kapacitására korlátozódik. Ez azzal magyarázható, hogy amint teljesen feltöltődik, az áram leáll. Két sorba kapcsolt kondenzátor teljes kapacitását a képlet segítségével számíthatja ki
De a soros csatlakozás használata a nem szabványos névleges kapacitások eléréséhez nem olyan gyakori, mint a párhuzamos csatlakozás.
Soros kapcsolásnál a tápfeszültség eloszlik a csoport kondenzátorai között. Ez lehetővé teszi, hogy megkapja nagyobb feszültségre tervezett kondenzátorcsoport mint alkatrészeinek névleges feszültsége. Tehát olcsó és kis kondenzátorokból készülnek a nagyfeszültségnek ellenálló blokkok.
A kondenzátorok soros csatlakoztatásának másik alkalmazási területe a feszültségek közötti újraelosztáshoz kapcsolódik. Ha a kapacitások azonosak, akkor a feszültséget felezik, ha nem, akkor a nagyobb kapacitású kondenzátor feszültsége nagyobb. Ezen az elven működő készüléket ún kapacitív feszültségosztó.
Kondenzátorok vegyes csatlakozása
Ilyen áramkörök léteznek, de speciális célú eszközökben, amelyek nagy pontosságot igényelnek a kapacitásérték megszerzésében, valamint pontos beállításukban.
Sok kezdő elektronikai rajongónak a házi készítésű eszköz összeszerelése során felmerül a kérdés: „Hogyan kell helyesen csatlakoztatni a kondenzátorokat?”
Úgy tűnik, miért van erre szükség, mert ha a kapcsolási rajzon az szerepel, hogy az áramkör adott helyére 47 mikrofarados kondenzátort kell beépíteni, akkor azt fogjuk és szereljük. De el kell ismernie, hogy még egy lelkes elektronikai mérnök műhelyében sem lehet megfelelő teljesítményű kondenzátor!
Hasonló helyzet adódhat bármely eszköz javítása során. Például szüksége van egy 1000 mikrofarad kapacitású elektrolit kondenzátorra, de csak kettő vagy három van kéznél, 470 mikrofarad kapacitással. 470 mikrofaradot állít be a szükséges 1000 helyett? Nem, ez nem mindig elfogadható. Szóval mit kéne tennünk? Elmenni a több tíz kilométerre lévő rádiópiacra, és megvenni a hiányzó részt?
Hogyan lehet kikerülni ebből a helyzetből? Több kondenzátort csatlakoztathat, és ennek eredményeként megkaphatja a szükséges kapacitást. Az elektronikában a kondenzátorok csatlakoztatásának két módja van: párhuzamosÉs egymás utáni.
A valóságban így néz ki:
Párhuzamos kapcsolat
Párhuzamos csatlakozás sematikus rajza
Soros csatlakozás
Soros csatlakozás sematikus rajza
Lehetőség van párhuzamos és soros csatlakozások kombinálására is. De a gyakorlatban erre valószínűleg nem lesz szüksége.
Hogyan kell kiszámítani a csatlakoztatott kondenzátorok teljes kapacitását?
Néhány egyszerű képlet segít ebben. Semmi kétség, ha elektronikával dolgozik, ezek az egyszerű képletek előbb-utóbb segíteni fognak.
A párhuzamosan kapcsolt kondenzátorok teljes kapacitása:
C 1 – az első kapacitása;
C 2 – a második kapacitása;
C 3 – a harmadik kapacitása;
C N – kapacitás N th kondenzátor;
C total – a kompozit kondenzátor teljes kapacitása.
Mint látható, a konténerek párhuzamos csatlakoztatásakor csak össze kell hajtani őket!
Figyelem! Minden számítást ugyanabban a mértékegységben kell elvégezni. Ha mikrofaradban végezzük a számításokat, akkor meg kell adni a kapacitást C 1, C 2 mikrofaradokban. Az eredményt mikrofaradokban is megkapjuk. Ezt a szabályt be kell tartani, különben a hibákat nem lehet elkerülni!
Ahhoz, hogy elkerülje a hibákat a mikrofaradok pikofaradokká és a nanofaradok mikrofaradokká konvertálásakor, ismernie kell a számértékek rövidített jelölését. A táblázat ebben is segítségedre lesz. Jelzi a rövid jelölésekhez használt előtagokat és azokat a tényezőket, amelyekkel újra lehet számítani. Olvasson erről bővebben.
Két sorba kapcsolt kondenzátor kapacitása egy másik képlettel számítható ki. Kicsit bonyolultabb lesz:
Figyelem! Ez a képlet csak két kondenzátorra érvényes! Ha több van, akkor más képletre lesz szükség. Ez zavaróbb, és a valóságban nem mindig hasznos.
Vagy ugyanaz, de érthetőbb:
Ha több számítást végez, látni fogja, hogy soros kapcsolásnál a kapott kapacitás mindig kisebb lesz, mint a láncban szereplő legkisebb kapacitás. Mit jelent? Ez azt jelenti, hogy ha 5, 100 és 35 picofarad kapacitású kondenzátorokat köt sorba, a teljes kapacitás 5-nél kisebb lesz.
Ha azonos kapacitású kondenzátorokat használnak soros csatlakozáshoz, ez a nehézkes képlet varázslatosan leegyszerűsödik, és a következő formát ölti:
Itt levél helyett M állítsa be a kondenzátorok számát, és C 1- kapacitása.
Érdemes megjegyezni egy egyszerű szabályt is:
Ha két azonos kapacitású kondenzátort sorba kapcsolunk, a kapott kapacitás mindegyik kapacitásának a fele lesz.
Így, ha sorba kötünk két, egyenként 10 nanofarad kapacitású kondenzátort, a kapott kapacitás 5 nanofarad lesz.
Ne vesztegessünk szót, hanem a kapacitás mérésével ellenőrizzük a kondenzátort, és a gyakorlatban megerősítjük az itt látható képletek helyességét.
Vegyünk két filmkondenzátort. Az egyik 15 nanofarad (0,015 µF), a másik 10 nanofarad (0,01 µF). Kössük sorba őket. Most vegyünk egy multimétert Victor VC9805+ és mérjük meg a két kondenzátor összkapacitását. Ezt kapjuk (lásd a képet).
Kapacitás mérés soros csatlakozásnál
A kompozit kondenzátor kapacitása 6 nanofarad (0,006 mikrofarad) volt.
Most tegyük ugyanezt, de párhuzamos kapcsolathoz. Ellenőrizzük az eredményt ugyanazzal a teszterrel (lásd a képet).
Kapacitásmérés párhuzamos kapcsolásban
Amint látható, párhuzamosan kapcsolva a két kondenzátor kapacitása összeadódik, és 25 nanofarad (0,025 μF) lesz.
Mit kell még tudni a kondenzátorok megfelelő csatlakoztatásához?
Először is ne felejtse el, hogy van még egy fontos paraméter, például a névleges feszültség.
Ha a kondenzátorokat sorba kötjük, a közöttük lévő feszültség fordítottan arányos a kapacitásukkal. Ezért soros csatlakoztatáskor célszerű olyan kondenzátorokat használni, amelyek névleges feszültsége megegyezik a kondenzátoréval, amelyek helyett kompozitot szerelünk be.
Ha azonos kapacitású kondenzátorokat használnak, a köztük lévő feszültség egyenlően oszlik meg.
Elektrolit kondenzátorokhoz.
Elektrolitok soros csatlakoztatása
Soros csatlakozási rajz
Ne feledkezzünk meg a névleges feszültségről sem. Párhuzamos kapcsolásnál minden érintett kondenzátornak ugyanolyan névleges feszültségűnek kell lennie, mintha egy kondenzátort helyeztünk volna el az áramkörben. Vagyis ha 35 voltos névleges feszültségű és például 200 mikrofarad kapacitású kondenzátort kell telepítenie az áramkörbe, akkor helyette két kondenzátort csatlakoztathat párhuzamosan 100 mikrofaraddal és 35 volttal. Ha legalább az egyiknek kisebb a névleges feszültsége (például 25 V), akkor hamarosan meghibásodik.
Kompozit kondenzátorhoz ajánlatos azonos típusú kondenzátorokat választani (fólia, kerámia, csillám, fém-papír). Az lenne a legjobb, ha ugyanabból a kötegből származnának, mivel ebben az esetben a paraméterek terjedése kicsi lenne.
Természetesen vegyes (kombinált) kapcsolat is lehetséges, de a gyakorlatban nem használják (nem láttam). A vegyes csatlakozásnál a kapacitás számítása általában azokra hárul, akik fizika feladatokat oldanak meg vagy vizsgáznak :)
Aki komolyan érdeklődik az elektronika iránt, annak feltétlenül tudnia kell, hogyan kell helyesen csatlakoztatni az ellenállásokat, és ki kell számítania a teljes ellenállásukat!
Tartalom:Az elektronikai és rádiótechnikai áramkörökben elterjedt a kondenzátorok párhuzamos és soros csatlakoztatása. Az első esetben a csatlakozást közös csomópontok nélkül hajtják végre, a második lehetőségnél pedig az összes elemet két csomópontba egyesítik, és nem csatlakoznak más csomópontokhoz, kivéve, ha ezt az áramkör előzetesen biztosítja.
Soros csatlakozás
Soros kapcsolásnál két vagy több kondenzátort úgy kapcsolunk egy közös áramkörbe, hogy minden előző kondenzátor csak egy közös ponton csatlakozik a következőhöz. A kondenzátorok soros áramkörét feltöltő áram (i) minden elemnél azonos értékű lesz, mivel csak az egyetlen lehetséges úton halad át. Ezt a helyzetet a következő képlet erősíti meg: i = i c1 = i c2 = i c3 = i c4.
A sorba kapcsolt kondenzátorokon átfolyó azonos áramerősség miatt a tárolt töltés mennyisége mindegyiknél azonos lesz, függetlenül a kapacitástól. Ez azért válik lehetségessé, mert az előző kondenzátor lemezéről érkező töltés a következő áramköri elem lapján halmozódik fel. Ezért a sorba kapcsolt kondenzátorok töltése így fog kinézni: Q összesen = Q 1 = Q 2 = Q 3.
Ha figyelembe vesszük három soros áramkörbe kapcsolt C 1, C 2 és C 3 kondenzátort, akkor kiderül, hogy a középső C 2 kondenzátor állandó áram mellett elektromosan el van választva az általános áramkörtől. Végül a lemezek effektív területe a legminimálisabb méretű kondenzátorlemezek területére csökken. A lemezek elektromos töltéssel való teljes feltöltése lehetetlenné teszi, hogy további áram haladjon át rajta. Ennek eredményeként az áram áramlása leáll a teljes áramkörben, és ennek megfelelően az összes többi kondenzátor töltése leáll.
A soros csatlakozásban lévő lemezek közötti teljes távolság az egyes elemek lemezei közötti távolságok összege. A soros kapcsolás eredményeként egyetlen nagy kondenzátor keletkezik, amelynek lemezeinek területe megfelel a minimális kapacitású elem lemezeinek. A lemezek közötti távolság megegyezik a láncban elérhető összes távolság összegével.
A feszültségesés az egyes kondenzátorokon a kapacitástól függően eltérő lesz. Ezt a helyzetet a következő képlet határozza meg: C = Q/V, amelyben a kapacitás fordítottan arányos a feszültséggel. Így a kondenzátor kapacitásának csökkenésével nagyobb feszültség esik át rajta. Az összes kondenzátor teljes kapacitását a következő képlettel számítjuk ki: 1/C total = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3.
Az ilyen áramkör fő jellemzője az elektromos energia csak egy irányba történő áthaladása. Ezért az egyes kondenzátorok áramértéke azonos lesz. A soros áramkör minden meghajtója azonos mennyiségű energiát tárol, függetlenül a kapacitástól. Vagyis a kapacitás reprodukálható a szomszédos tárolóeszközben lévő energia miatt.
Online számológép az elektromos áramkörben sorba kapcsolt kondenzátorok kapacitásának kiszámításához.
Vegyes vegyület
Kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatása
Párhuzamos kapcsolásnak azt tekintjük, amelyben a kondenzátorok két érintkezőn keresztül kapcsolódnak egymáshoz. Így egyszerre több elem is összekapcsolható egy ponton.
Ez a fajta csatlakozás lehetővé teszi egyetlen nagy méretű kondenzátor kialakítását, amelynek lemezeinek területe megegyezik az egyes kondenzátorok lemezeinek területének összegével. Tekintettel arra, hogy egyenes arányban van a lemezek területével, a teljes kapacitás a párhuzamosan kapcsolt kondenzátorok összes kapacitásának száma. Vagyis C összesen = C 1 + C 2 + C 3.
Mivel a potenciálkülönbség csak két ponton jelentkezik, ugyanaz a feszültség esik le az összes párhuzamosan kapcsolt kondenzátoron. Az áramerősség mindegyikben eltérő lesz, a kapacitás és a feszültség értékétől függően. Így a különféle áramkörökben alkalmazott soros és párhuzamos csatlakozások lehetővé teszik bizonyos területeken a különböző paraméterek beállítását. Ennek köszönhetően a teljes rendszer egészének működéséhez szükséges eredményeket kapjuk.
Különféle módon csatlakoztathatók egymáshoz. Minden esetben meg lehet találni egy ekvivalens kondenzátor kapacitását, amely egy sor összekapcsolt kondenzátort helyettesíthet.
Egy ekvivalens kondenzátor esetén a következő feltétel teljesül: ha egy ekvivalens kondenzátor lapjaira táplált feszültség egyenlő a kondenzátorcsoport külső kapcsaira táplált feszültséggel, akkor az egyenértékű kondenzátor ugyanazt a töltést fogja felhalmozni, mint a kondenzátorcsoport kondenzátorok.
Kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatása
ábrán. Az 1. ábra több kondenzátor párhuzamos csatlakoztatását mutatja. Ebben az esetben az egyes kondenzátorokra adott feszültségek megegyeznek: U1 = U2 = U3 = U. Az egyes kondenzátorok lemezeinek töltései: Q1 = C1U, Q 2 = C 2U, Q 3 = C 3U, ill. a forrásból kapott töltés Q = Q1 + Q2 + Q3.
Rizs. 1. Kondenzátorok párhuzamos kapcsolási rajza
Egy ekvivalens kondenzátor teljes kapacitása:
C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3,
vagyis ha a kondenzátorokat párhuzamosan csatlakoztatjuk, a teljes kapacitás megegyezik az egyes kondenzátorok kapacitásainak összegével.
Rizs. 2. A kondenzátorok csatlakoztatásának módjai
Kondenzátorok soros csatlakoztatása
A kondenzátorok sorba kapcsolásakor (3. ábra) az egyes kondenzátorok lapjain az elektromos töltések nagysága egyenlő: Q1 = Q2 = Q3 = Q
Valójában az áramforrásból csak a kondenzátorok láncának külső lemezei kapnak töltést, és a szomszédos kondenzátorok összekapcsolt belső lemezein csak azonos nagyságú töltés átvitel történik egyik lemezről a másikra (az elektrosztatikus indukció megfigyelt), ezért egyenlő mennyiségek jelennek meg rajtuk.és ellentétes elektromos töltések.
Rizs. 3. Kondenzátorok soros kapcsolási rajza
Az egyes kondenzátorok lapjai közötti feszültségek sorba kapcsolva az egyes kondenzátorok kapacitásától függenek: U1 = Q/C1, U1 = Q/C 2, U1 = Q/C 3, és a teljes feszültség U = U1 + U2 + U3
Egy ekvivalens (ekvivalens) kondenzátor teljes kapacitása C = Q / U = Q / (U1 + U2 + U3), azaz ha a kondenzátorok sorba vannak kapcsolva, akkor a teljes kapacitás reciproka megegyezik a reciprok összegével az egyes kondenzátorok kapacitásairól.
Az ekvivalens kapacitások képlete hasonló az ekvivalens vezetőképesség képletéhez.
1. példa Három kondenzátor, amelyek kapacitása C1 = 20 μF, C2 = 25 μF és C3 = 30 μF, sorba van kötve, meg kell határozni a teljes kapacitást.
A teljes kapacitást az 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/20 + 1/25 + 1/30 = 37/300 kifejezésből határozzuk meg, amelyből C = 8,11 μF.
2. példa 100, egyenként 2 μF kapacitású kondenzátor van párhuzamosan csatlakoztatva. Határozza meg a teljes kapacitást. Teljes kapacitás C = 100 Sc = 200 mikrofarad.
1 mF = 0,001 F. 1 µF = 0,000001 = 10-6 F. 1 nF = 0,000000001 = 10-10 F. 1 pF = 0,000000000001 = 10-10 F.
Kirchhoff második szabálya szerint a feszültségesés V₁, V₂és V₃ Az egyes kondenzátorokon egy három sorba kapcsolt kondenzátorból álló csoportban általában eltérő, és a teljes potenciálkülönbség V egyenlő az összegükkel:
A kapacitás meghatározása szerint és figyelembe véve, hogy a töltés K sorosan kapcsolt kondenzátorok csoportja minden kondenzátorban közös, az egyenértékű kapacitás C mindhárom sorba kapcsolt kondenzátor egyenértékét adjuk meg
Egy csoport számára n sorosan kapcsolt kondenzátorok egyenértékű kapacitása C eq egyenlő az egyes kondenzátorok kapacitásai reciproka összegének reciprokával:
Ez a képlet arra való C eq és az ebben a számológépben végzett számításokhoz használható. Például három sorba kapcsolt 10, 15 és 20 μF-os kondenzátor teljes kapacitása 4,62 μF lesz:
Ha csak két kondenzátor van, akkor azok teljes kapacitását a képlet határozza meg
Ha van n kapacitással sorba kapcsolt kondenzátorok C, egyenértékű kapacitásuk az
Vegye figyelembe, hogy több sorosan kapcsolt kondenzátor teljes kapacitásának kiszámításához ugyanazt a képletet kell használni, mint a párhuzamosan kapcsolt ellenállások teljes ellenállásának kiszámításához.
Vegye figyelembe azt is, hogy tetszőleges számú, sorba kapcsolt kondenzátorból álló csoport teljes kapacitása mindig kisebb lesz, mint a legkisebb kondenzátor kapacitása, és a kondenzátorok csoporthoz való hozzáadása mindig a kapacitás csökkenését eredményezi.
Külön említést érdemel az egyes kondenzátorok feszültségesése a sorba kapcsolt kondenzátorok csoportjában. Ha egy csoportban minden kondenzátor azonos névleges kapacitással rendelkezik, a feszültségesés rajtuk valószínűleg eltérő lesz, mivel a kondenzátorok ténylegesen eltérő kapacitással és szivárgási árammal rendelkeznek. A legkisebb kapacitású kondenzátornak lesz a legnagyobb a feszültségesése, így ez lesz a leggyengébb láncszem az áramkörben.
Az egyenletesebb feszültségeloszlás érdekében a kondenzátorokkal párhuzamosan kiegyenlítő ellenállásokat is tartalmaznak. Ezek az ellenállások feszültségosztókként működnek, csökkentve az egyes kondenzátorok közötti feszültségeloszlást. De még ezekkel az ellenállásokkal is érdemes nagy üzemi feszültségtartalékkal rendelkező kondenzátorokat választani a soros csatlakozáshoz.
Ha több kondenzátor párhuzamosan kapcsolva, lehetséges különbség V kondenzátorcsoporton egyenlő a csoport összekötő vezetékei közötti potenciálkülönbséggel. Teljes díj K fel van osztva a kondenzátorok között, és ha a kapacitásuk eltérő, akkor az egyes kondenzátorok töltése Q₁, Q₂és Q₃ is más lesz. A teljes díj meghatározása:
