Схемы соединения конденсаторов

При проектировании и построении различных электрических цепей широко используются конденсаторы (емкости). В разрабатываемых схемах они могут соединяться как с другими электронными компонентами, так и между собой. Во втором случае такие соединения подразделяются на последовательные, параллельные, и последовательно-параллельные. Нужно еще отметить, что последовательно-параллельные соединения конденсаторов иначе называются смешанными.

Последовательное соединение конденсаторов

Это способ соединения конденсаторов ( электрических емкостей ) используется тогда, когда то напряжение, которое к ним подводится, выше чем то, на которое они рассчитаны. Используется оно в подавляющем большинстве случаев для того, чтобы избежать пробоев этих элементов устанавливаемых в электронных схемах.

Конденсаторы, соединенные между собой последовательно – это, по сути дела, цепочка. В ней вторая обкладка первого элемента соединяется с первой обкладкой второго; первая обкладка третьего – со второй второго и так далее.

Последовательное соединение конденсаторов

 

Напряжение на конденсаторах обратно пропорционально ёмкостям конденсаторов.

 

Cобщ =

C1 × C2 × C3 C1 + C2 + C3

 

Наибольшее напряжение будет на конденсаторе с наименьшей ёмкостью.

Параллельное соединение конденсаторов

Этот способ соединения конденсаторов используется тогда, когда необходимо существенно увеличить их общую емкость. Суть такого наращивания состоит в том, что значительно возрастает общая площадь пластин по сравнению с той, которую имеет каждый

конденсатор в отдельности. Что касается общей емкости всех конденсаторов, соединенных друг с другом параллельно, то она равняется сумме емкостей каждого из них.

Параллельное соединение конденсаторов

 

 

 

• Cобщ = C1 + C2 + C3
• Uобщ = U1 = U2 = U3
• qобщ = q1 + q2 + q 3

Смешанное соединение конденсаторов

Как нетрудно догадаться из самого названия, этот тип соединения конденсаторов представляет собой ни что иное, как некую комбинацию описанных выше. То есть, смешанное соединение конденсаторов – это сочетание их соединения параллельного и последовательного.

На практике в большинстве случаев оно используется тогда, когда отдельные элементы по таким характеристикам, как емкость и рабочее напряжение, не соответствуют тем параметрам, которые нужны для функционирования электротехнической установки. Когда конденсаторы соединяются между собой именно по такой схеме, то в первую очередь определяются те эквивалентные емкости, которые имеют их параллельные группы, а затем та емкость, которую имеет соединение последовательное.

Смешанное соединение конденсаторов

 

 

C2;3 = C2 + C3

 

 

Cобщ =

C1 × C2;3 C1 + C2;3

1.4. Способы соединения конденсаторов

Возможны параллельное и последовательное соединения конденсаторов.

Припараллельном соединении (рис. 1.9) все конденсаторы находятся под одним напряжением U, а заряд, который они получают от источника энергии, равен сумме зарядов отдельных конденсаторов

гдеп — число конденсаторов;

к — порядковый номер конденсатора.

Следовательно, общая емкость параллельно соединенных конденсаторов по (1.9)равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Припоследовательном соединении конденсаторов (рис. 1.10) общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах

где п — число конденсаторов;

к — порядковый номер конденсатора.

Но заряд от источника энергии получают лишь внешние электроды двух крайних конденсаторов. На остальных попарно электрически соединенных электродах заряды создаются переносом положительного заряда на один электрод и отрицательного — на второй, которые равны между собой. Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов их заряды одинаковы.

Так как заряд конденсатора равен произведению его емкости на приложенное к нему напряжение

то напряжения на конденсаторах равны

а общая емкость последовательно соединенных конденсаторов —

С_общ

Если последовательно соединены n одинаковых конденсаторов каждый емкостью С₀, то их общая емкость будет равна

1.5. Зарядка и разрядка конденсатора

Чтобы изменить скачком энергию конденсатора, необходим источник бесконечной мощности что невозможно.

Поэтому при зарядке и разрядке конденсатора его энергия, а следовательно, и напряжение на нем U_с не могут изменяться скачком. Это условие называется первым законом коммутации

и записывается в виде

(1.16)

где и— моменты времени, непосредственно предшествующий моменту времении непосредственно следующий за моментом времениt, в который начинается зарядка или разрядка конденсатора.

Зарядка конденсатора.

Рассмотрим процесс зарядки конденсатора от источника постоянного напряжения Е=U (см. подразд. 2.7) через резистор сопротивлением R (см. подразд. 2.4) при замыкании в момент времени

t=0 ключа К (рис. 1.11, а).

Напряжение источника равно сумме напряжений на резисторе и конденсаторе

или с учетом (2.1) и (1.13)

(1.17)

Разделим переменные в (1.17)

(1.18)

и проинтегрируем (1.18)

(1.19)

где неизвестная постоянная интегрирования записана в виде In А.

Умножив обе части равенства (1.19) на (-1) и заменив разность логарифмов логарифмом частного, после потенцирования получим

или

(1.20)

Для определения постоянной А в (1.20) обратимся к закону коммутации для емкостного элемента (1.16). Примем, что емкостный элемент до замыкания ключа, т. е. и в момент времени /= 0_, не был заряжен. Поэтому

и_с(0_) = 0 = и_с(0₊) = Е+А, откуда А = -Е

.

Подставив значение постоянной А в (1.20), найдем напряжение на емкостном элементе во время его зарядки (рис. 1.11, б):

(1.21)

где τ = RC имеет размерность времени (Ом • Ф = Ом • А • с/В = с) и называется постоянной времени цепи. Она определяет скорость переходного процесса.

Напряжение на емкостном элементе (1.21) определяет зависимости от времени тока зарядки и напряжения на резисторе (рис. 1.11,5):

тогда

В первый момент после замыкания ключа t=0₊ ток заряда в цепи скачком возрастает

от нуля i (0_) = 0

до i (0₊) = E/R.

При малом сопротивлении R в цепи может наблюдаться значительный скачок тока.

Процесс зарядки можно считать практически закончившимся

через интервал времени Зτ, (при этом u_c=0,95 E) который может быть достаточно большим, что используется, например, в реле времени — устройствах, срабатывающих по истечении определенного времени.

Разрядка конденсатора.

В электрическом поле заряженного емкостного элемента сосредоточена энергия (1.15), за счет которой емкостный элемент в течение некоторого времени сам может служить источником энергии. После подключения емкостного элемента, предварительно заряженного до напряжения и_с= Е, к резистивному элементу сопротивлением R (рис. 1.12, а) ток в цепи будет обусловлен изменением заряда q емкостного элемента (1.13):

(1.22)

где знак минус указывает на то, что ток i — это ток разрядки в контуре цепи, обозначенном на рисунке штриховой линией, направленный навстречу напряжению на емкостном элементе.

Разделим переменные в (1.22)

и проинтегрируем (1.23)

(1.24)

где неизвестная постоянная интегрирования записана в виде (-In А).

После потенцирования (1.24) получим

(1.25)

Для определения постоянной А в (1.25) обратимся к закону коммутации для емкостного элемента (1.16). Так как до коммутации, т.е. и в момент времени t=0_, емкостный элемент был заряжен до напряжения источника, то

и_с (0_) = Е=и_с (0₊)=А.

Подставив значение постоянной А в (1.25), получим зависимость изменения напряжения на емкостном элементе при его разрядке (рис. 1.12, б):

(1.26)

где τ = RC — постоянная времени цепи.

Ток разрядки найдем по (1.22):

Ток разрядки скачком возрастает от нуля

i(0_) = 0 до i(0+) = E/R, а затем убывает экспоненциально (см. рис. 1.12, б).

Зарядка конденсатора при малых значениях тока и больших значениях ЭДС Ев цепи на рис. 1.12, а позволяет накопить в нем большую энергию, которая может использоваться при разрядке большим током в импульсных источниках.

ЗАДАЧИ И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.1. Конденсатор емкостью С = 1 Ф, имеющий заряд q = 1 Кл, в момент времени t= 0 начинает разряжаться через резистор сопротивлением R= 1 Ом (см. рис. 1.12). Определите ток в резисторе в момент времени i=0,5 с.

Ответ: 0,6065 А.

1.2. Сохранив условия задачи 1.1, определите энергию конденсатора в момент времени t=0,5 с.

Ответ: 0,183 Дж.

1.3. Сохранив условия задачи 1.1, определите, какое количество энергии выделится в виде тепла в резисторе к моменту времени t= 0,5 с.

Ответ: 0,317 Дж.

1.4. Плоский конденсатор (см. рис. 1.7, а) состоит из двух листов фольги каждый площадью 20 см², разделенных слоем парафина (см. табл. 1.1) толщиной 0,05 мм с относительной диэлектрической проницаемостью ε_r = 2,1. Определите емкость конденсатора.

Ответ: 0,745 нФ.

5. Дайте определения электрического потенциала и разности электрических потенциалов.

6. Дайте определения линейных и нелинейных емкостных элементов.

7. Определите общую емкость двух конденсаторов, включенных параллельно, емкостью 1 мкФ каждый (см. рис. 1.9).

Ответ: 2 мкФ.

1.8. Определите общую емкость двух конденсаторов, включенных последовательно, емкостью 2 мкФ каждый (см. рис. 1.10).

Ответ: 1 мкФ.

3

Конденсаторы. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Конденса­торами называются устройства, обладающие способностью при малых раз­мерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать зна­чительные по величине заряды, т.е., обладать большой емкостью.

Если к заряженному проводнику при­ближать другие тела, то на них возникают индуцированные (на проводнике) или свя­занные (на диэлектрике) заряды, причем ближайшими к наводящему заряду Q бу­дут заряды противоположного знака. Эти заряды ослабляют поле, соз­даваемое зарядом Q, т. е. понижают по­тенциал проводника, что приводит к повышению его электро­емкости.

Конденсатор состоит из двух провод­ников (обкладок), разделенных диэлект­риком. На емкость конденсатора недолжны, оказывать влияния окружающие тела, поэ­тому проводникам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют: две плоские пластины; два коакси­альных цилиндра; две концентрические сферы. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, цилиндрические и сферические.

Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончают­ся на другой, поэтому свободные заряды, возникающие на разных обкладках, явля­ются равными по модулю разноименными зарядами. Емкостью конденсатора называется физическая величина, равная отношению заряда, накопленного в кон­денсаторе, к разности потенциалов между его обкладками:

(1)

Если расстояние между пластинами конденсатора мало по сравнению с их линейными разме­рами, то краевыми эффектами можно пре­небречь и поле между обкладками считать однородным. При наличии диэлектрика между обкладками разность потенциалов между ними равна

(2)

где ε — диэлектрическая проницаемость.

Емкость плоского конденсатора:

Емкость цилиндрического конденсатора:

,

где l – длина конденсатора, r_1, r₂ – радиусы внутренней и внешней обкладок.

Емкость сферического конденсатора:

Конденсаторы характеризуются про­бивным напряжением — разностью потен­циалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой — элек­трический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение зависит от формы обкладок, свойств ди­электрика и его толщины.

Для увеличения емкости и варьирова­ния ее возможных значений конденсаторы соединяют в батареи, при этом использу­ется их параллельное и последовательное соединение.

Параллельное соединение конденса­торов

У параллельно соединен­ных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова и равна  _А- _В. Если емкости отдельных конденсаторов C₁, C₂, …., Сn, то их заряды равны

………………………

,

а заряд батареи конденсаторов

Полная емкость батареи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов

Допустимое напряжение определяется допустимым напряжением меньшего конденсатора.

Последовательное соединение кон­денсаторов

У последовательно соединенных конденсаторов заряды всех обкладок равны по модулю, а разность потенциалов на зажимах батареи

где для любого из рассматриваемых кон­денсаторов

С другой стороны,

откуда

т. е. при последовательном соединении конденсаторов суммируются величины, об­ратные емкостям. Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов результирующая емкость С всегда меньше наименьшей емкости, используемой в батарее.

Конденсаторы. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов обновлено: 22 ноября, 2019 автором: Научные Статьи.Ру

Вывод формулы параллельного соединения конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов к каждому кон­денсатору приложено одинаковое напряжениеU, а величина за­ряда на обкладках каждого конденсатора Q пропорциональна его емкости (рис. 2).

Общий заряд Q всех конденсаторов

Общая емкость С, или емкость батареи, параллельно включенных конденсаторов равна сумме емкостей этих конденсаторов.

Параллельное подключение конденсатора к группе других включенных конденсаторов увеличивает общую емкость батареи этих конденсаторов. Следовательно, параллельное соединение конденсаторов при­меняется для увеличения емкости.

4)Если параллельно включены т одинаковых конденсаторов ем­костью С´ каждый, то общая (эквивалентная) емкость батареи этих конденсаторов может быть определена выражением

Последовательное соединение конденсаторов

На обкладках последовательно соединенных конденсаторов, подключенных к источнику постоянного тока с напряжением U, появятся заряды одинаковые по величине с противоположными знаками.

Напряжение на конденсаторах распределяется обратно пропорционально емкостям конденса­торов:

Обратная величина общей емкости последовательно соединенных конденсаторов равна сумме обратных величин емкостей этих кон­денсаторов.

При последовательном включении двух конденсаторов их об­щая емкость определяется следующим выражением:

Если в цепь включены последовательно п одинаковых конден­саторов емкостью С каждый, то общая емкость этих конденса­торов:

Из (14) видно, что, чем больше конденсаторов п соединено последовательно, тем меньше будет их общая емкость С, т. е. по­следовательное включение конденсаторов приводит к уменьше­нию общей емкости батареи конденсаторов.

На практике может оказаться , что допустимое ра­бочее напряжение U_p конденсатора меньше напряжения, на кото­рое необходимо подключить конденсатор. Если этот конденсатор подключить на такое напряжение, то он выйдет из строя, так как будет пробит диэлектрик. Если же последовательно включить не­сколько конденсаторов, то напряжение распределится между ними и на каждом конденсаторе напряжение окажется мень­ше его допустимого рабочего U_p. Следовательно, последовательное соединение конденсаторов применяют для того, чтобы напряжение на каждом конденсаторе не превышало его рабочего напряжения U_p.

Смешанное соединение конденсаторов

Смешанное соединение (последовательно-параллельное) кон­денсаторов применяют тогда, когда необходимо увеличить ем­кость и рабочее напряжение батареи конденсаторов.

Рассмотрим смешанное соединение конденсаторов на ниже­приведенных примерах.

где Q — заряд конденсатора или конденсаторов, к которым при­ложено напряжение U; С — электрическая емкость конденсатора или батареи соединенных конденсаторов, к которой приложено напряжение U.

Таким образом, конденсаторы служат для накопления и сохра­нения электрического поля и его энергии.

15.Дайте определение понятиям трех лучевая звезда и треугольник сопротивлений. Запишите формулы для преобразования трех лучевой звезды сопротивлений в треугольник сопротивлений и наоборот. Преобразуйте схему к двум узлам (Рисунок 5)

Рисунок 5- Схема электрическая

Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т. е. схема, отображающая свойства цепи при определенных условиях.

На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых на результат расчета нельзя пренебречь, и указывают также электрические соединения между ними, которые имеются в цепи.

1.Схемы замещения элементов электрических цепей

На расчетных схемах источник энергии можно представить ЭДС без внутреннего сопротивления, если это сопротивление мало по сравнению с сопротивлением приемника (рис. 3.13,6).

Приr= 0 внутреннее падение напряженияUо = 0, поэтому

напряжение на зажимах источника при любом токе равно

В некоторых случаях источник электрической энергии на расчетной схеме заменяют другой (эквивалентной) схемой (рис. 3.14, а), где вместо ЭДСЕ источник характеризуется его током короткого замыканияI_K, а вместо внутреннего со­противления в расчет вводится внутренняя проводимостьg=1/r.

Возможность такой замены можно доказать, разделив равенство (3.1) на r:

где U/r = Io—некоторый ток, равный отношению напряжения на зажимах источника к внутреннему сопротивлению;E/r = I_K — ток короткого замыкания источника;

Вводя новые обозначения, получим равенство I_K= Io + I, которому удовлетворяет эквивалентная схема рис. 3.14,а.

В этом случае при любой величине напряжения на зажимах; источника его ток остается равным току короткого замыкания (рис. 3.14,6):

Источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления, называют источником тока.

Один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.

Элементы цепи могут быть подключены двумя способами:

Проиллюстрируем данные подключения на примере двух конденсаторов (рис. 1).

• последовательное соединение конденсаторов

Рис. 1. Последовательное соединение конденсаторов

Логическая зарядка конденсаторов происходит как показано на рис.1. Приходя из цепи, электрон останавливается на левой обкладке (пластине) конденсатора. При этом, благодаря своему электрическому полю (электризация через влияние), он выбивает другой электрон с правой обкладки, уходящий дальше в цепь (рис. 1.1). Этот образовавшийся электрон приходит на левую обкладку следующего конденсатора, соединённого последовательно. И всё повторяется снова. Таким образом, в результате «прохождения» через последовательную цепь конденсаторов «одного» электрона, мы получаем заряженную систему с одинаковыми по значению зарядами на каждом из конденсаторов (рис. 1.2).

Кроме того, напряжение на последовательно соединённой батареи конденсаторов есть сумма напряжений на каждом из элементов (аналог последовательного сопротивления проводников).

Рис. 2. Последовательное соединение конденсаторов

Часть задач школьной физики касается поиска общей электроёмкости участка цепи, логика такого поиска: найти такую электроёмкость, которым можно заменить цепь, чтобы параметры напряжения и заряда остались неизменными (рис. 2). Пусть заряд на обоих конденсаторах — (помним, что они одинаковы), электроёмкости — , и соответствующие напряжения — и .

• — напряжение на первом конденсаторе,
• — электроёмкость первого конденсатора,
• — заряд конденсатора.

• — напряжение на втором конденсаторе,
• — электроёмкость второго конденсатора,
• — заряд конденсатора.

• — напряжение полной цепи,
• — электроёмкость общего конденсатора,
• — заряд общего конденсатора.

Памятуя о том, что конденсаторы соединены последовательно, получаем:

Или в общем виде:

• — электроёмкость последовательно соединённых конденсаторов,
• — сумма обратных емкостей.

Для цепи из двух последовательных соединений:

• параллельное соединение конденсаторов

Рис. 3. Параллельное соединение конденсаторов

Параллельное подключение конденсаторов представлено на рисунке 3. При внесении электрона в систему, у него есть выбор: пойти на верхний или нижний конденсатор. При большом количестве электронов заполнение обкладок конденсатора происходит прямо пропорционально электроёмкости конденсаторов.

Рис. 4. Параллельное соединение конденсаторов. Поиск полной электроёмкости

Опять попробуем решить задачу по поиску полной ёмкости конденсаторов (рис. 4). Помним, что при параллельном подключении напряжения на элементах одинаковы, тогда:

• — заряд на первом конденсаторе,
• — электроёмкость первого конденсатора,
• — напряжение на первом конденсаторе.

• — заряд на втором конденсаторе,
• — электроёмкость второго конденсатора,
• — напряжение на втором конденсаторе.

• — заряд на общем конденсаторе,
• — электроёмкость полного конденсатора,
• — напряжение на общем конденсаторе.

С учётом того, что , получим:

Или в общем виде:

• — электроёмкость параллельно соединённых конденсаторов,
• — сумма электроёмкостей последовательно соединённой цепи.

Вывод: в задачах, в которых присутствует цепь, необходимо рассмотреть, какое конкретно соединение рассматривается, а потом использовать соответствующую логику рассуждений:

• для последовательного соединения

• заряды всех конденсаторов одинаковы: .
• напряжение во всей цепи есть сумма напряжений на каждом из элементов: ,
• полная электроёмкость цепи конденсаторов, соединённых последовательно равна: .

для параллельного соединения

заряд системы конденсаторов есть сумма зарядов на каждом из них: ,

напряжение на каждом из элементов одинаково: ,

полная электроёмкость цепи конденсаторов, соединённых параллельно равна: .

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Схемы в электротехнике состоят из электрических элементов, в которых способы соединения конденсаторов могут быть разными. Надо понимать, как правильно подключить конденсатор. Отдельные участки цепи с подключенными конденсаторами можно заменить одним эквивалентным элементом. Он заменит ряд конденсаторов, но должно выполняться обязательное условие: когда напряжение, подводимое к обкладкам эквивалентного конденсатора, равняется напряжению на входе и выходе группы заменяющихся конденсаторов, тогда заряд емкости будет такой же, как и на группе емкостей. Для понимания вопроса, как подключить конденсатор в любой схеме, рассмотрим виды его включения.

Параллельное включение конденсаторов в цепь

Параллельное соединение конденсаторов — это когда все пластины подключаются к точкам включения цепи, образовывая батарею емкостей.

Параллельное соединение конденсаторов:

Разность потенциалов на пластинах накопителей емкости будет одинаковая, так как они все заряжаются от одного источника тока. В этом случае каждый заряжающийся конденсатор имеет собственный заряд при одинаковой величине, подводимой к ним энергии.

Параллельные конденсаторы, общий параметр количества заряда полученной батареи накопителей, рассчитывается, как сумма всех зарядов, помещающихся на каждой емкости, потому что каждый заряд емкости не зависит от заряда другой емкости, входящей в группу конденсаторов, параллельно включенных в схему.

При параллельном соединении конденсаторов емкость равняется:

Из представленной формулы можно сделать вывод, что всю группу накопителей можно рассматривать как один равноценный им конденсатор.

Конденсаторы, соединенные параллельно, имеют напряжение:

Последовательное включение конденсаторов в цепь

Когда в схеме выполнено последовательное соединение конденсаторов, оно выглядит как цепочка емкостных накопителей, где пластина первого и последнего накопителя емкости (конденсатора) подключены к источнику тока.

Последовательное соединение конденсатора:

При последовательном соединении конденсаторов все устройства этого участка берут одинаковое количество электроэнергии, потому что в процессе участвует первая и последняя пластинка накопителей, а пластины 2, 3 и другие до N проходят зарядку посредством влияния. По этой причине заряд пластины 2 накопителя емкости равняется по значению заряду 1 пластины, но имеет обратный знак. Заряд пластины накопителя 3 равняется значению заряда пластины 2, но так же с обратным знаком, все последующие накопители имеет аналогичную систему заряда.

Формула нахождения заряда на конденсаторе, схема подключения конденсатора:

Когда выполняется последовательное соединение конденсаторов, напряжение на каждом накопители емкости будет различное, так как в зарядке одинаковым количеством электрической энергии участвуют разные емкости. Зависимость емкости от напряжения такова: чем она меньше, тем большее напряжение необходимо подать на пластины накопителя для его зарядки. И обратная величина: чем выше емкость накопителя, тем меньше требуется напряжения для его зарядки. Можно сделать вывод, что емкость последовательно соединенных накопителей имеет значение для величины напряжения на пластинах — чем она меньше, тем больше напряжения требуется, а также накопители большой емкости требуют меньшего напряжения.

Основное отличие схемы последовательного соединения накопителей емкости в том, что электроэнергия протекает только в одном направлении, а это означает, что в каждом накопителе емкости составленной батареи ток будет одинаковым. В этом виде соединений конденсаторов обеспечивается равномерное накопление энергии независимо от емкости накопителей.

Группу накопителей емкости можно также на схеме рассматривать как эквивалентный накопитель, на пластины которого подается напряжение, определяемое формулой:

Заряд общего (эквивалентного) накопителя группы емкостных накопителей последовательного соединения равен:

Общему значению емкости последовательно соединенных конденсаторов соответствует выражение:

Смешанное включение емкостных накопителей в схему

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов на одном из участков цепи схемы называется специалистами смешанным соединением.

Участок цепи подсоединенных смешанным включением накопителей емкости:

Смешанное соединение конденсаторов в схеме рассчитывается в определенном порядке, который можно представить следующим образом:

• разбивается схема на простые для вычисления участки, это последовательное и параллельное соединение конденсаторов;
• вычисляем эквивалентную емкость для группы конденсаторов, последовательно включенных на участке параллельного соединения;
• проводим нахождение эквивалентной емкости на параллельном участке;
• когда эквивалентные емкости накопителей определены, схему рекомендуется перерисовать;
• рассчитывается емкость получившейся после последовательного включения эквивалентных накопителей электрической энергии.

Накопители емкостей (двухполюсники) включены разными способами в цепь, это дает несколько преимуществ в решении электротехнических задач по сравнению с традиционными способами включения конденсаторов:

1. Использование для подключения электрических двигателей и другого оборудования в цехах, в радиотехнических устройствах.
2. Упрощение вычисления величин электросхемы. Монтаж выполняется отдельными участками.
3. Технические свойства всех элементов не меняются, когда изменяется сила тока и магнитное поле, это применяется для включения разных накопителей. Характеризуется постоянной величиной емкости и напряжения, а заряд пропорционален потенциалу.

Вывод

Разного вида включения конденсаторов в цепь применяются для решения электротехнических задач, в частности, для получения полярных накопителей из нескольких неполярных двухполюсников. В этом случае решением будет соединение группы однополюсных накопителей емкости по встречно-параллельному способу (треугольником). В этой схеме минус соединяется с минусом, а плюс — с плюсом. Происходит увеличение емкости накопителя, и меняется работа двухполюсника.

Не отображаются имеющиеся вхождения: последовательное параллельное и смешанное соединение конденсаторов, последовательное и параллельное соединение конденсаторов, при параллельном соединении конденсаторов емкость.

Презентация «Соединение конденсаторов» | Презентация к уроку по физике (10 класс) по теме:

Слайд 1

Соединение конденсаторов Учитель МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 3 г. Ершова Саратовской области» Кузнецова Алена В ладимировна 23.08.2018

Слайд 3

Параллельное соединение конденсаторов Если к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов

Слайд 4

Параллельное соединение конденсаторов общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Слайд 5

Параллельное соединение конденсаторов Соединенные параллельно конденсаторы находятся под одним и тем же напряжением, равным U вольт, а общий заряд этих конденсаторов равен q кулонов. При этом каждый конденсатор соответственно получает заряд q 1 , q 2 , q 3 и т. д. Следовательно, q общ = q 1 + q 2 + q 3 + . . .

Слайд 6

Параллельное соединение конденсаторов q общ = C общ U , а заряды q 1 = С 1 U ; q 2 = С 2 U ; q 3 = С 3 U . Подставив эти выражения в формулу, получим: С общ U = С 1 U + С 2 U + С 3 U . Разделив левую и правую части этого равенства на равную для всех конденсаторов величину U , после сокращения найдем: С общ = С 1 + С 2 + С 3 ; Если С 1 = С 2 = С 3 =…, то С общ = С 1 n , где С 1 — емкость одного конденсатора, n — число конденсаторов.

Слайд 7

Последовательное соединение конденсаторов Если соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным

Слайд 8

Последовательное соединение конденсаторов При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д. Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот. Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Слайд 9

Последовательное соединение конденсаторов U общ = U 1 + U 2 + U 3

Слайд 10

Последовательное соединение конденсаторов Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Слайд 11

Последовательное соединение конденсаторов Если последовательно соединены конденсаторы, имеющие одинаковую емкость, то их общую емкость можно вычислить по формуле

Слайд 12

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.

Слайд 14

Домашнее задание 1)Определите емкость батареи конденсаторов, изображенной на рисунке. Емкость каждого конденсатора 1 мкФ. 2) Два последовательно соединенных конденсатора емкостями 2 и 4 мкФ присоединили к источнику напряжением 180 В. Конденсаторы отсоединили друг от друга и от источника и соединили одноименно заряженными пластинами. Определите установившееся напряжение.

Слайд 15

Решение задач Три конденсатора одинаковой емкости соединены параллельно друг другу в батарею. Рассчитать емкость батареи конденсаторов, если известно, что при подключении ее к полюсам аккумулятора напряжением 12 В заряд на обкладках каждого конденсатора 6×10 -9 Кл.

Слайд 16

Решение задач Найти электроемкость системы конденсаторов, соединенных по схеме, по­казанной на рисунке C 1 = C 2 = C 4 = C 5 .

Слайд 18

Источники: Изображение соединения конденсаторов http :// www.sxemotehnika.ru/soedinenie-kondensatorov.html Изображение схем соединения конденсаторов http :// tehinfor.ru/s_12/elektro_11.html Задача http ://www.zadachi-po-fizike.ru/zadacha-28-parallelnoe-soedinenie-kondensatorov / Задача http ://easy-physic.ru/kondensatory-zadachi / Задача http :// worldofschool.ru/fizika/el-dinamika/zadachi/primery/primer-resheniya-zadachi-po-teme-soedinenie-kondensatorov

При последовательном соединении конденсаторов их суммарная емкость — советы электрика

Комбинации конденсаторов: последовательные и параллельные

Физика > Комбинации конденсаторов: последовательные и параллельные

Изучите соединения конденсаторов – последовательные и параллельные. Как выглядят последовательно и параллельно соединенные конденсаторы, емкость, схемы.

Конденсаторы можно использовать в последовательных или параллельных цепях.

Задача обучения

• Вывести общую емкость конденсаторов в разных типах соединения.

Основные пункты

 – последовательное соединение.

• Собщая = С1 + С2 + … + Сn – параллельное соединение.
• Если конденсаторы пребывают в последовательном или параллельном подключении, то лучше упростить схему и решить по частям.

Термины

• Конденсатор – электронная составляющая, способная сберегать электрический заряд.
• Схема – маршрут электрического тока, представленный отдельными электронными составляющими, вроде резисторов, транзисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и т.д.
• Конденсаторы можно применить в различных комбинациях цепей. Они могут быть последовательными (несколько конденсаторов расположены на одном пути) и параллельными (на разных путях).

Последовательные конденсаторы

Посмотрим на схему, где конденсаторы соединены последовательно. Обратная общая емкость достигает суммы обратных значений емкости каждого отдельного конденсатора:

Здесь показаны последовательные конденсаторы С1, С2, С3 и до Сn

Последовательно соединенные конденсаторы можно также выразить:

Параллельные конденсаторы

Суммарная емкость в параллельном соединении конденсаторов находится при обычном добавлении отдельных емкостей каждого конденсатора.

Здесь показаны параллельные конденсаторы С1, С2, С3 и до Сn

Собщая = С1 + С2 + … + Сn.

Последовательные и параллельные конденсаторы

Бывает так, что схема вмещает сразу два типа соединения (параллельное и последовательное соединение конденсаторов). Чтобы отыскать общую емкость, нужно разделить цепочку на отдельные сегменты.

Задачу можно сделать проще, если сначала решить проблему с последовательным соединением, а потом заняться параллельным

В (а) расположены последовательные конденсаторы, выступающие параллельными C3. Если найти емкость для последовательных, то можно потом заняться вычислением для одного конденсатора. Оно будет равняться примерно 0.83 мкФ.

Обратите внимание

В одновременном выводе двух оставшихся конденсаторов, можно приплюсовать их емкости и получим общую – 8.83 мкФ.

(1

Источник: https://v-kosmose.com/fizika/kombinatsii-kondensatorov-posledovatelnyie-i-parallelnyie/

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

На практике часто используются тела, обладающие малыми (и очень малыми) размерами, которые могут накопить большой заряд, при этом имея небольшой потенциал. Такие объекты называют конденсаторами. Одна из основных характеристик конденсатора – это его емкость.

Имея в резерве набор конденсаторов, обладающих разными параметрами, можно расширить спектр величин емкостей и диапазон рабочих напряжений, если применять их соединения.

Различают три типа соединений конденсаторов: последовательное, параллельное и смешанное (параллельное и последовательное).

Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение изконденсаторов изображено на рис. 1

Здесь (рис.1) положительная обкладка одного конденсатора соединяется с отрицательной обкладкой следующего конденсатора. При таком соединении обкладки соседних конденсаторов создают единый проводник. У всех конденсаторов, соединенных последовательно на обкладках имеются равные по величине заряды. Электрическая емкость последовательного соединения конденсаторов вычисляется по формуле:

где– электрическая емкость i-го конденсатора.

Если емкости конденсаторов при последовательном соединении равны, то емкость последовательного их соединения составляет:

где N – количество последовательно соединенных конденсаторов. При этом предельное напряжение (U), которое выдержит подобная батарея конденсаторов составит:

где– предельное напряжение каждого конденсатора соединения. При последовательном соединении конденсаторов следует следить за тем, чтобы ни на один из конденсаторов батареи не падало напряжение, превышающее его максимальное рабочее напряжение.

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельное соединение N конденсаторов изображено на рис. 2.

При параллельном соединении конденсаторов соединяют обкладки, обладающие зарядами одного знака (плюс с плюсом; минус с минусом). В результате такого соединения одна обкладка каждого конденсатора имеет одинаковый потенциал, например,, а другая. Разности потенциалов на обкладках всех конденсаторов при их параллельном соединении равны.

При параллельном соединении конденсаторов суммарная емкость соединения рассчитывается как сумма емкостей отдельных конденсаторов:

При параллельном соединении конденсаторов напряжение равно самой наименьшей величине рабочего напряжения конденсатора из состава рассматриваемого соединения.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/fizika/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-kondensatorov/

Маркировка конденсаторов. Параллельное и последовательное соединение

Продолжаем обсуждение и изучение электронных компонентов под названием конденсаторы (ссылка). Основные аспекты устройства и принципа работы конденсаторов мы обсудили в предыдущей статье, а сегодня мы обсудим цифровую маркировку, а также разные варианты соединения конденсаторов. Сначала разберем теорию, а затем рассмотрим несколько практических примеров. Собственно, приступим к делу

Источник: https://microtechnics.ru/markirovka-kondensatorov-parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie/

Соединение конденсаторов Как правильно соединять конденсаторы?

 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 необходимый конденсатор. 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 2 – 3 конденсатора на 470 микрофарад. Ставить конденсатор на 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров за одним конденсатором?

Важно

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 конденсаторов. 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 конденсатора;

С2 – ёмкость второго конденсатора;

С3 – ёмкость третьего конденсатора;

СN – ёмкость N-ого конденсатора;

Cобщ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости конденсаторов нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если рассчитываем ёмкости 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 или нанофарады можно воспользоваться специальной таблицей. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно пересчитать значения величин. 

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Для большего количества последовательно включенных конденсаторов потребуется другая формула. Она более запутанная, да и не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении конденсаторов их результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей ёмкости, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсатор ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость составного конденсатора будет меньше 5.

Совет

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C1 – ёмкость конденсатора.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из конденсаторов.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате ёмкость составного конденсатора составит 5 нанофарад.

Проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул для расчёта

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.), другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ с функцией измерения ёмкости конденсаторов и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости последовательно соединённых конденсаторов

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения конденсаторов. Проверим результат с помощью тестера (см. фото).

Измерение ёмкости параллельно соединённых конденсаторов

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Во-первых, не стоит забывать, что кроме ёмкости у конденсаторов есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально ёмкостям этих конденсаторов. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое должно быть у конденсатора взамен которого мы ставим составной конденсатор.

Если же используются конденсаторы одинаковой ёмкости, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении электролитических конденсаторов всегда соединяйте минусовой вывод одного конденсатора с минусовым выводом другого. Плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитических конденсаторов

Схема параллельного соединения

Обратите внимание

В последовательном соединении электролитических конденсаторов ситуация обратная. Необходимо соединять плюсовой вывод с минусовым. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитических конденсаторов

Схема последовательного соединения конденсаторов

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 этих конденсаторов 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 будет, если они взяты из одной партии.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение конденсаторов, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости смешанного соединения конденсаторов обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике и сдаёт экзамены 🙂

Источник: http://radiodvor.com/news/fashion/soedinenie-kondensatorov-kak-pravilno-so.html

Последовательное соединение конденсаторов: формула :

Под последовательным соединением подразумевают случаи, когда два или больше элемента имеют вид цепи, при этом каждый из них соединяется с другим только в одной точке. Зачем конденсаторы так размещаются? Как это правильно сделать? Что необходимо знать? Какие особенности последовательное соединение конденсаторов имеет на практике? Какая формула результата?

Что необходимо знать для правильного соединения?

Увы, но здесь не всё так легко сделать, как может показаться. Многие новички думают, что если на схематическом рисунке написано, что необходим элемент на 49 микрофарад, то достаточно его просто взять и установить (или заменить равнозначным).

Но необходимые параметры подобрать сложно даже в профессиональной мастерской. И что делать, если нет нужных элементов? Допустим, есть такая ситуация: необходим конденсатор на 100 микрофарад, а есть несколько штук на 47. Поставить его не всегда можно.

Важно

Ехать на радиорынок за одним конденсатором? Не обязательно. Достаточно будет соединить пару элементов. Существует два основных способа: последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Вот о первом мы и поговорим.

Но если говорить про последовательное соединение катушки и конденсатора, то тут особых проблем нет.

Зачем так делают?

Когда с ними проводятся такие манипуляции, то электрические заряды на обкладках отдельных элементов будут равны: КЕ=К1=К2=К3. КЕ – конечная емкость, К – пропускаемое значение конденсатора.

Почему так? Когда заряды поступают от источника питания на внешние обкладки, то на внутренних может быть осуществлен перенос величины, которая является значением элемента с наименьшими параметрами.

То есть если взять конденсатор на 3 мкФ, а после него подсоединить на 1 мкФ – то конечный результат будет 1 мкФ. Конечно, на первом можно будет наблюдать значение в 3 мкФ.

Но второй элемент не сможет столько пропустить, и он будет срезать всё, что больше необходимого значения, оставляя большую емкость на первоначальном конденсаторе. Давайте рассмотрим, что нужно рассчитать, когда делается последовательное соединение конденсаторов. Формула:

Н=КЕ/ОЕК

• ОЕ – общая емкость;
• Н – напряжение;
• КЕ – конечная емкость.

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединить конденсаторы?

Для начала не забывайте, что кроме ёмкости они ещё обладают номинальным напряжением. Почему? Когда осуществляется последовательное соединение, то напряжение распределяется обратно пропорционально их ёмкостям между ними самими.

Поэтому использовать такой подход имеет смысл только в тех случаях, когда любой конденсатор сможет предоставить минимально необходимые параметры работы. Если используются элементы, у которых одинаковая емкость, то напряжение между ними будет разделяться поровну.

Также небольшое предостережение относительно электролитических конденсаторов: при работе с ними всегда внимательно контролируйте их полярность. Ибо при игнорировании этого фактора последовательное соединение конденсаторов может дать ряд нежелательных эффектов. И хорошо, если всё ограничится только пробоем данных элементов.

Помните, что конденсаторы копят ток, и если что-то пойдёт не так, в зависимости от схемы может случиться прецедент, в результате которого из строя выйдут другие составляющие схемы.

Ток при последовательном соединении

Из-за того, что у него существует только один возможный путь протекания, он будет иметь одно значение для всех конденсаторов. При этом количество накопленного заряда везде обладает одинаковым значением. От емкости это не зависит.

Посмотрите на любую схему последовательного соединения конденсаторов. Правая обкладка первого соединена с левой второго и так далее. Если используется больше 1 элемента, то часть из них будет изолированной от общей цепи.

Таким образом, эффективная площадь обкладок становится меньшей и равняется параметрам самого маленького конденсатора. Какое физическое явление лежит в основе этого процесса? Дело в том, что как только конденсатор наполняется электрическим зарядом, то он перестаёт пропускать ток.

И он тогда не может протекать по всей цепи. Остальные конденсаторы в таком случае тоже не смогут заряжаться.

Падение напряженности и общая емкость

Каждый элемент понемногу рассеивает напряжение. Учитывая, что емкость ему обратно пропорциональна, то чем она меньше, тем большим будет падение.

Как уже упоминалось ранее, последовательно соединённые конденсаторы обладают одинаковым электрическим зарядом. Поэтому при делении всех выражений на общее значение можно получить уравнение, которое покажет всю емкость.

В этом последовательное и параллельное соединение конденсаторов сильно разнятся.

Пример № 1

Давайте воспользуемся представленными в статье формулами и рассчитаем несколько практических задач. Итак, у нас есть три конденсатора. Их емкость составляет: С1 = 25 мкФ, С2 = 30 мкФ и С3 = 20 мкФ. Они соединены последовательно.

Необходимо найти их общую емкость. Используем соответствующее уравнение 1/С: 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 = 1/25 + 1/30 + 1/20 = 37/300.

Переводим в микрофарады, и общая емкость конденсатора при последовательном соединении (а группа в данном случае считается как один элемент) составляет примерно 8,11 мкФ.

Пример № 2

Давайте, чтобы закрепить наработки, решим ещё одну задачу. Имеется 100 конденсаторов. Емкость каждого элемента составляет 2 мкФ. Необходимо определить их общую емкость. Нужно их количество умножить на характеристику: 100*2=200 мкФ. Итак, общая емкость конденсатора при последовательном соединении составляет 200 микрофарад. Как видите, ничего сложного.

Заключение

Итак, мы проработали теоретические аспекты, разобрали формулы и особенности правильного соединения конденсаторов (последовательно) и даже решили несколько задачек. Хочется напомнить, чтобы читатели не упускали из внимания влияние номинального напряжения. Также желательно, чтобы подбирались элементы одного типа (слюдяные, керамические, металлобумажные, плёночные). Тогда последовательное соединение конденсаторов сможет дать нам наибольший полезный эффект.

Источник: https://www.syl.ru/article/237511/new_posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov-formula

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов: способы, правила, формулы

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:

1. Параллельное – выполняется в случае необходимости увеличить ёмкость, оставив напряжение на прежнем уровне.
2. Последовательное – обратный эффект. Напряжение увеличивается, ёмкость уменьшается.
3. 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).

Совет

Итогом наших умозаключений станет вывод выражения энергии заряженного конденсатора, как W = A = Fd. Однако это не окончательная формула, которая нам необходима.

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://seti.guru/parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов: способы, правила, формулы

Любая электроника в доме может выйти из строя. Однако сразу бежать в сервис не стоит – простейшие приборы может продиагностировать и починить даже начинающий радиолюбитель. К примеру, сгоревший конденсатор виден невооружённым глазом. Но как быть, если под рукой нет детали подходящего номинала? Конечно, соединить 2 и более в цепь. Сегодня поговорим о таких понятиях, как параллельное и последовательное соединение конденсаторов, разберемся, как его выполнить, узнаем о способах соединения, правилах его выполнения.

Нет конденсатора нужного номинала: что делать

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.

Соединение конденсаторов в батарею: способы выполнения

Существует 3 способа соединения, каждый из которых преследует свою определённую цель:

1. Параллельное – выполняется в случае необходимости увеличить ёмкость, оставив напряжение на прежнем уровне.
2. Последовательное – обратный эффект. Напряжение увеличивается, ёмкость уменьшается.
3. 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.

Полезно 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. 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.

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.

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.

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.

Загрузка…

Типы конденсаторов и их применение

Конденсатор можно рассматривать как резервуар, в котором хранится электрический заряд. Чем больше емкость, тем больше зарядов способен накапливать конденсатор. Он бывает разных форм, размеров и, конечно же, разных рейтингов. По сути, он состоит из двух пластин, разделенных изолятором или диэлектриком, и имеет множество применений, и даже в нашей повседневной жизни мы используем его, даже не подозревая об этом.

Эта статья призвана дать вам некоторое представление о типах и использовании одного из наиболее часто используемых пассивных электрических компонентов: конденсатора.

Конденсаторы (Источник: flickr, Эрик Шредер)

Прежде чем мы углубимся в его применение, давайте познакомимся с конденсаторами типа .

Типы конденсаторов

При разработке схемы для конкретного использования тип конденсатора играет ключевую роль в ее правильном функционировании. Каждый конденсатор имеет определенный набор характеристик, таких как допуск, номинальное напряжение и т. Д.

Конденсаторы

можно условно разделить на две категории: конденсаторы переменной емкости и конденсаторы постоянной емкости.

Переменный конденсатор , с другой стороны, будет иметь значение емкости, которое можно изменить. Этот конденсатор имеет две пластины, одна из которых неподвижна, а другая подключена к подвижному валу, а емкость изменяется путем изменения подвижной пластины.

Конденсатор постоянной емкости , как следует из названия, этот тип конденсатора имеет фиксированное значение емкости.Обе проводящие пластины неподвижны, поэтому значение ее емкости нельзя изменить.

Из них чаще используется фиксированный тип. В этой статье рассматриваются некоторые из хорошо известных типов конденсаторов постоянной емкости.

Конденсаторы керамические:

В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используется керамический материал. Вы можете легко идентифицировать его, так как большая часть из них имеет форму диска. Диск покрыт керамическим материалом и помещается между двумя выводами. Когда требуется более высокое значение емкости, несколько слоев керамических материалов сплавлены вместе, чтобы сформировать диэлектрик.

Основным преимуществом этого типа конденсатора является то, что это неполяризованный конденсатор. Это означает, что вы можете подключить его в любом направлении в вашей цепи.

В зависимости от номинальных значений температуры и допусков они подразделяются на три категории: керамические конденсаторы класса 1, класса 2 и класса 3.

Конденсаторы

класса 1 являются наиболее стабильными с точки зрения температурной устойчивости и имеют хорошую точность, в то время как конденсаторы класса 3 имеют относительно низкую точность и наименьшую стабильность.

Алюминиевые электролитические конденсаторы:

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют широкий диапазон допусков и, следовательно, являются одними из наиболее часто используемых конденсаторов. Здесь жидкий или гелевый материал, наполненный ионами, действует как электролит. Этот электролит отвечает за большие значения емкости конденсаторов этих типов. Это поляризованные конденсаторы , поэтому их необходимо аккуратно подключать к печатной плате, не забывая об их положительном / отрицательном выводах.Они имеют цилиндрическую форму с двумя выводами разной длины.

Более короткий вывод обозначает отрицательный вывод, а более длинный вывод обозначает положительный вывод. Поэтому, когда вы используете его в своей цепи, помните золотое правило: «Напряжение на положительной стороне должно быть выше, чем на отрицательной стороне».

Электролит может быть твердым полимером или влажным электролитом и состоять из ионов алюминия. Электролитический конденсатор с более высокими значениями емкости имеет и недостатки.Сюда входят большие токи утечки, высокие допуски и эквивалентное сопротивление.

Танталовые электролитические конденсаторы:

Танталовые электролитические конденсаторы — это еще один тип электролитических конденсаторов, в которых анод сделан из тантала. Использование тантала дает конденсаторам более высокие значения допуска, но более низкое максимальное рабочее напряжение, чем алюминиевый электролитический конденсатор, его нельзя использовать в качестве прямой замены того же самого.

Танталовые конденсаторы

имеют очень тонкий диэлектрический слой и, следовательно, более высокое значение емкости на единицу объема.Он показывает сравнительно хорошую стабильность и частотные характеристики, чем другие типы конденсаторов.

Однако танталовые конденсаторы создают риск потенциального отказа, который может возникнуть во время скачков напряжения, когда анод входит в прямой контакт с катодом. Это может привести к химической реакции в зависимости от силы энергии, производимой во время процесса. Поэтому при использовании этого конденсатора вам придется использовать ограничители тока или плавкие предохранители в качестве предохранительной схемы.

Пленочные конденсаторы:

Пленочные конденсаторы, как следует из названия, имеют диэлектрики из тонкой пластиковой пленки. Этот фильм создается с помощью сложного процесса рисования пленки. Пленка может быть металлизированной или необработанной, в зависимости от требований характеристик конденсатора. Этот тип конденсатора имеет хорошую стабильность при низкой индуктивности и сравнительно дешевле своих аналогов. В зависимости от типа используемого диэлектрика эти пленочные конденсаторы подразделяются на различные категории, такие как полиэфирная пленка, пластиковая пленка и т. Д.

Это неполяризованные конденсаторы с желаемыми характеристиками. По сравнению с электролитным конденсатором он имеет более длительный срок хранения и срок службы, что делает его более надежным.

Серебряные слюдяные конденсаторы:

В конденсаторах

Silver Mica в качестве диэлектрика используется слюда, группа природных минералов, которая зажата между двумя металлическими листами. Специфическое кристаллическое связывание слюды помогает в производстве очень тонких слоев диэлектрика. Этот конденсатор популярен своей надежностью и стабильностью при небольшом значении емкости.Эти конденсаторы с низкими потерями не поляризованы и могут быть изготовлены со многими высокими допусками.

Теперь, когда вы получили представление о некоторых конденсаторах и их сильных сторонах, давайте обсудим основные области применения этих конденсаторов.

Какой конденсатор и где можно использовать?

Конденсаторы керамические

Это, вероятно, наиболее широко производимые конденсаторы из-за их бесконечного применения. Наиболее заметная область, где используются эти конденсаторы, — это резонансный контур передающей станции, который требует высокой точности и высокой мощности конденсатора.Благодаря своей неполярности и доступности в широком диапазоне емкостей, номинальных напряжений и размеров, он также популярен как конденсатор общего назначения. Чтобы уменьшить радиочастотный шум в двигателе постоянного тока, на щетках двигателя могут использоваться керамические конденсаторы.

Конденсаторы электролитные

Электролитические конденсаторы находят свое применение в приложениях, где требуется высокая емкость без поляризации переменного тока (например, схема фильтрации). Другие области включают в себя импульсный источник питания, сглаживание входа и выхода в фильтрах нижних частот.В схемах с большой амплитудой и высокочастотными сигналами их нельзя использовать, поскольку они будут иметь высокие значения ESR.

Конденсаторы танталовые

Эти конденсаторы обладают преимуществом, заключающимся в низком токе утечки наряду с высокой емкостью, а также лучшей стабильностью и надежностью. Это делает их хорошим выбором для выборки и удержания цепей, цепей фильтрации источников питания компьютеров и сотовых телефонов. Они доступны в военных версиях, которые не высыхают со временем и, следовательно, действуют как замена электролитическим конденсаторам в военных приложениях.

Пленочные конденсаторы

Эти конденсаторы популярны среди энтузиастов силовой электроники. Они используются почти во всех силовых электронных устройствах, рентгеновских аппаратах, фазовращателях и импульсных лазерах. Даже в импульсном блоке питания используется пленочный конденсатор для коррекции коэффициента мощности. Варианты с более низким напряжением используются в качестве развязывающих конденсаторов, фильтров и аналого-цифровых преобразователей. Их можно использовать как часть обычных цепей, а также для сглаживания скачков напряжения.

Серебряные слюдяные конденсаторы

В областях, где требуется низкая емкость, но требуется высокая стабильность, например, в силовых радиочастотных цепях, можно использовать конденсаторы из серебряной слюды.Высокое напряжение пробоя делает его пригодным для работы с высоким напряжением. Они обладают низкими потерями и поэтому широко используются в схемах с высокочастотной настройкой, таких как генераторы.

В этой статье рассмотрены наиболее известные типы конденсаторов. Кроме них, существует несколько других типов, таких как подстроечный конденсатор, воздушный конденсатор, суперконденсатор и т. Д. Подстроечный конденсатор — это переменный тип, который не так широко используется. Суперконденсаторы представляют собой комбинацию нескольких электролитических конденсаторов, образующих конденсатор более высокого номинала, который проявляет свойства как конденсаторов, так и аккумуляторной батареи.

На этом мы подошли к концу статьи. Надеюсь, вы получили ясное и ясное представление о типах конденсаторов и их различных применениях.

Спасибо за внимание!

---

Автор: Cicy имеет степень магистра в области электротехники и электроники по специальности «Силовая электроника». Она писатель-фрилансер, который пишет, чтобы упростить сложные концепции понятным языком.

типов конденсаторов | Типы конденсаторов по функциям и применению

Существует множество типов конденсаторов с различными функциями и приложениями.Конденсаторы варьируются от маленьких до больших, и каждый имеет характеристики, которые делают их уникальными. Например, некоторые конденсаторы маленькие и хрупкие, такие как те, что используются в радиосхемах. С другой стороны, конденсаторы могут быть довольно большими, например, в сглаживающих схемах.

При сравнении конденсаторов различных типов обычно принимается во внимание диэлектрик, используемый между пластинами.

Ассортимент конденсаторов многочислен. Возьмем, например, конденсаторы переменного типа, которые дают пользователю возможность изменять значение их емкости для использования в схемах типа «подстройка частоты».Некоторые конденсаторы выглядят трубчатыми из-за пластин из металлической фольги, которые свернуты в цилиндр. Диэлектрический материал обычно находится между пластинами из металлической фольги и цилиндром.

Также существуют конденсаторы, используемые в коммерческих целях, которые сделаны из металлической фольги, переплетенной с тонкими листами майлара или пропитанной парафином бумаги.

Малогабаритные конденсаторы обычно изготавливаются из керамических материалов, а затем заделываются эпоксидной смолой. Независимо от того, какой тип конденсатора используется, все они играют важную роль в электронных схемах.Давайте более подробно рассмотрим многие из наиболее распространенных типов конденсаторов, доступных в настоящее время.

Пленочный конденсатор Тип

A Mallory 150 100 нФ 630 В постоянного тока полиэфирный пленочный конденсатор

Это наиболее распространенный тип конденсатора (с точки зрения доступности), который принадлежит к относительно большому семейству конденсаторов. Основное различие между пленочными конденсаторами и другими формами конденсаторов — их диэлектрические свойства. К ним относятся поликарбонат, полипропилен, полиэстер (майлар), полистирол, тефлон и металлизированная бумага.Что касается диапазона емкости, конденсаторы пленочного типа доступны в диапазоне от 5 пФ до 100 мкФ.

Пленочные конденсаторы бывают разных стилей и форм, включая:

• Эпоксидный корпус (прямоугольный и круглый) — конденсатор заключен в формованный пластиковый корпус, который затем заполняется эпоксидной смолой.
• Wrap and Fill (Oval and Round) — пластиковая лента используется для плотной обмотки конденсатора, а концы заделаны эпоксидной смолой.
• Металлический герметичный (прямоугольный и круглый) — конденсатор заключен в металлический корпус или трубку и залит эпоксидной смолой.

Пленочные конденсаторы с диэлектриками из тефлона, полистирола и поликарбоната иногда называют «пластиковыми конденсаторами». Конденсаторы с пластиковой пленкой имеют такую ​​же конструкцию, что и конденсаторы с бумажной пленкой. Основное различие между ними заключается в том, что в одном используется бумага, а в другом — пластик.

Конденсаторы с пластиковой пленкой имеют преимущество перед типами с пропитанной бумагой в том, что они имеют меньшие допуски, высокую надежность, длительный срок службы и могут продолжать работать в достаточной степени даже при высоких температурах.

Диэлектрические конденсаторы

Конденсатор с диэлектриком

Диэлектрические конденсаторы, относящиеся к «переменному типу» конденсаторов, в которых для настройки транзисторных радиоприемников, передатчиков и приемников требуется непрерывное изменение емкости. Конденсаторы с переменной диэлектрической проницаемостью уникальны тем, что представляют собой многопластинчатые конденсаторы с воздушным разнесением, которые имеют лопатки статора (неподвижные пластины) и лопатки ротора (подвижные пластины), которые перемещаются между неподвижными пластинами.

Значение емкости в конечном итоге определяется положением подвижных пластин по отношению к неподвижным пластинам.Обычно, когда два набора пластин полностью соединяются вместе, значение емкости будет максимальным. Конденсаторы с высоким напряжением имеют относительно большие воздушные зазоры или промежутки между пластинами.

Помимо конденсаторов переменного типа, существуют также предварительно настроенные переменные конденсаторы, называемые подстроечными резисторами. Триммеры, как правило, небольшие, и их можно предварительно настроить или отрегулировать на определенное значение емкости с помощью отвертки. Большинство триммеров имеют небольшую емкость 500 пФ (или меньше) и не имеют поляризации.

Керамические конденсаторы

Керамический конденсатор

Керамические конденсаторы обычно называют «дисковыми конденсаторами». Для их изготовления нужно взять небольшой керамический или фарфоровый диск и покрыть его серебром с обеих сторон перед тем, как сложить их вместе, чтобы получился работающий конденсатор.

Одиночные керамические диски размером примерно 3–6 мм используются, когда требуются низкие значения емкости. Керамические конденсаторы имеют высокую диэлектрическую проницаемость (High-K) и обычно доступны, поэтому высокая емкость может быть достигнута с помощью объекта меньшего размера.

Керамические конденсаторы имеют тенденцию к значительным нелинейным изменениям емкости в зависимости от температуры. В результате керамические конденсаторы часто используются как шунтирующие или развязывающие конденсаторы. Что касается значений, керамические конденсаторы варьируются от пары пикофарад до нескольких микрофарад (мкФ). Однако обычно керамические конденсаторы имеют низкое напряжение.

Трехзначный код обычно печатается на корпусе конденсаторов керамического типа для определения их емкости в пикофарадах.Вычисление относительно простое после того, как оно было рассчитано — первые две цифры представляют собой номинал конденсаторов, а третья цифра представляет количество нулей, которые необходимо добавить.

Электролитические конденсаторы

Электролитический конденсатор

Электролитические конденсаторы обычно резервируются для ситуаций, когда требуются более высокие значения емкости. Электролитические конденсаторы отличаются тем, что вместо использования тонкопленочного (металлического) слоя в качестве одного из электродов вместо этого в качестве второго электрода используется раствор электролита в виде полужидкого желе или пасты.

Большинство электролитических типов конденсаторов поляризованы, что означает, что для напряжения постоянного тока, подаваемого на конденсатор, необходимо использовать правильную полярность. Другими словами, положительная полярность должна соединяться с положительной клеммой, а отрицательная полярность — с отрицательной клеммой. В случае неправильной поляризации оксидный слой, действующий как изоляция, может выйти из строя и в результате может быть необратимо поврежден.

Из-за большой емкости и небольшого размера электролитические конденсаторы используются в цепях питания постоянного тока.Это сделано для приложений связи и развязки, а также для уменьшения пульсаций напряжения. Электролитические конденсаторы имеют относительно низкое напряжение (один из основных недостатков). Поскольку электролитические конденсаторы поляризованы, они не могут (и не должны) использоваться с источниками переменного тока.

Вам следует знать два вида электролитов — танталовые электролитические конденсаторы и алюминиевые электролитические конденсаторы.

1) Танталовые электролитические конденсаторы

Танталовые электролитические конденсаторы и танталовые шарики бывают двух видов — с сухим (твердым) и мокрым (фольга) электролитическим типом.Сухие танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых, и в качестве второго вывода используется диоксид марганца.

2) Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы бывают двух типов — с фольгой и с протравленной фольгой. Из-за высокого напряжения пробоя и пленки оксида алюминия алюминиевые электролитические конденсаторы имеют высокие значения емкости по сравнению с их размером.

Конденсатор имеет фольговые пластины, анодированные постоянным током.Во время этого процесса устанавливается полярность материала пластины, и создаются положительные и отрицательные стороны.

Протравленные типы фольги отличаются от обычных типов фольги одним главным образом — оксид алюминия на катоде и аноде подвергается химическому травлению для увеличения диэлектрической проницаемости и площади поверхности.

Когда дело доходит до электролитов с протравленной фольгой, их лучше всего использовать для блокировки постоянного тока, байпасных цепей и связи. С другой стороны, простые типы фольги больше предназначены для сглаживания конденсаторов в источниках питания.Имейте в виду, что алюмоэлектролитики считаются поляризованными устройствами. Таким образом, могут возникнуть катастрофические последствия, когда приложенное напряжение на выводах меняется на противоположное, поскольку изолирующий слой, расположенный внутри конденсатора (а также сам конденсатор), будет разрушен. К счастью, если повреждение минимально, электролит, который используется внутри конденсатора, может помочь устранить повреждение.

Электролиты могут не только самостоятельно лечить поврежденные пластины. Они также могут повторно анодировать пластину из фольги.Поскольку процесс анодирования можно обратить вспять, электролит может удалить оксидное покрытие с фольги (что также произошло бы, если бы конденсатор был подключен с обратной полярностью). Помните, что, поскольку электролит может проводить электричество, могут возникнуть катастрофические проблемы, если слой оксида алюминия будет удален из уравнения или полностью разрушен.

Когда дело доходит до диэлектрических свойств, оксид тантала считается лучше, чем оксид алюминия, потому что он дает лучшую стабильность емкости и снижает токи утечки, что в конечном итоге делает их идеальными для фильтрации, обхода, применения, блокировки и развязки.

Имейте в виду, что танталовые конденсаторы гораздо лучше переносят обратное напряжение, чем алюминиевые (потому что они поляризованы), но на самом деле они рассчитаны на более низкие рабочие напряжения. Обычно сухие танталовые конденсаторы используются в цепях, где напряжение постоянного тока больше по сравнению с напряжением переменного тока.

Существуют «неполяризованные» конденсаторы, в которых в некоторых танталовых типах используются два конденсатора в одном. В такой ситуации соединение является отрицательным (создает неполяризованный конденсатор), что часто используется в цепях переменного тока с низким напряжением в качестве неполяризованного устройства.

Изображение предоставлено: Clker-Free-Vector-Images / Pixabay

Physics for Science & Engineering II

Пример из отдела академических технологий на Vimeo.

Пример подключения конденсаторов

Давайте рассмотрим пример, связанный с подключением конденсаторов. Предположим, что у нас есть цепь с источником питания, который генерирует v вольт разности потенциалов, подключенной к конденсатору c 1. Скажем, таким образом c 2, c 3, c 4 и c5.Допустим, у нас есть еще один конденсатор с емкостью c 6. Мы хотели бы вычислить эквивалентную емкость этой схемы.

Приведем числовые значения этих конденсаторов. Скажем, c 1 равно 1 мкФ, c 2 равно 2 мкФ, а c 3 равно 2 мкФ. c 4 равно 3 мкФ, а c 5 равно 5 мкФ. Наконец, c 6 равно 1 мкФ. Когда мы смотрим на нашу схему, мы сразу понимаем, что c 3, c 4 и c 5, эти три, соединены параллельно.Таким образом, эквивалент этой параллельной комбинации подключается последовательно к c 1, c 2 и c6. Решая эти типы проблем или анализируя эти типы схем, мы можем продолжить и вычислить эквивалентную емкость соединений конденсаторов внутри схемы, и на каждом этапе мы перерисовываем схему.

Сначала давайте посчитаем эквивалентную емкость этой параллельной комбинации. Другими словами, просто выньте этот блок и замените его эквивалентной емкостью.По мере того, как мы это делаем, давайте перерисуем схему. Тогда наша схема будет равна c 1 здесь, c 2 здесь, а вот эквивалент этой параллельной комбинации, и давайте назовем эту схему c эквивалентом 1 и продолжим, c 6 здесь. Все они теперь соединены последовательно. Поскольку эти три c 3, c 4 и c 5 соединены параллельно, мы можем мгновенно вычислить их эквивалентную емкость для параллельного подключения, эквивалент c — это непосредственно сумма емкостей каждого конденсатора, поэтому эквивалент c равен c 3 плюс c 4 плюс c 5.Следовательно, эквивалент C 1 будет равен c 3 равен 2 микрофарадам, плюс c 4 равен 3 микрофарадам, плюс c 5 равен 5 микрофарадам, поэтому эквивалент c будет равен 10 микрофарадам.

После того, как мы определим c эквивалент 1, теперь мы можем легко продолжить и вычислить эквивалентную емкость этих четырех конденсаторов, которые соединены последовательно. Мы знаем, что для последовательного соединения величина, обратная эквивалентной емкости, равна сумме обратных величин каждой емкости в комбинации.Поэтому мы заменим все эти четыре на одну, и это будет полная эквивалентная емкость этой схемы. Наша последняя упрощенная схема примет эту форму.

1 по сравнению с эквивалентом c, следовательно, будет равно 1 по сравнению с эквивалентом c 1 плюс 1 по сравнению с c 2 плюс 1 по сравнению с эквивалентом c 1 плюс 1 вместо c 6. Если мы подставим числовые значения, 1 вместо эквивалента c будет равно c 1 было равно 1 микрофараду, а c 2 равно 2 микрофарадам, поэтому у нас 1 больше 1 плюс 1 больше 2 плюс 1 больше c эквивалентно 1 и это 10 микрофарад, 1 больше 10, плюс c 6 и c 6 были равны 1 микрофараду, поэтому 1 больше 1.

Если у нас есть общий знаменатель, это будет 10, поэтому мы умножим это на 10, это на 5, числитель и знаменатель, это будет умножено на 1, и это будет снова умножено на 10, чтобы получить общий знаменатель. Следовательно, эквивалент 1 по c будет равен 10 плюс 5 плюс 1 плюс 10, деленный на 10. Таким образом, эквивалент 1 по c будет равен 10, 20, 25, 26 по 10 и отсюда, решение для эквивалента c, мы возьмем обратное, у нас будет 10 на 26, или мы можем упростить это как 5 на 13 микрофарад как эквивалентную емкость этой схемы.

конденсаторов последовательно и параллельно

Определите чистую емкость C комбинации конденсаторов, показанной на рисунке 4, когда емкости составляют C1 = 12,0 мкФ, C2 = 2,0 мкФ, C1 = 12,0 мкФ, C2 = 2,0 мкФ и C3 = 4,0 мкФ FC3 = 4,0 мкФ. Когда в комбинации сохраняется разность потенциалов 12,0 В, найдите заряд и напряжение на каждом конденсаторе.

Рисунок 4: (a) Комбинация конденсаторов. (b) Эквивалентная комбинация из двух конденсаторов.

Сначала мы вычисляем чистую емкость C23C23 параллельного соединения C2C2 и C3C3.Тогда C — это чистая емкость последовательного соединения C1C1 и C23C23. Мы используем соотношение C = Q / VC = Q / V, чтобы найти заряды Q1Q1, Q2Q2 и Q3Q3, а также напряжения V1V1, V2V2 и V3V3 на конденсаторах 1, 2 и 3 соответственно.

Эквивалентная емкость для C2C2 и C3C3 составляет

C23 = C2 + C3 = 2,0 мкФ + 4,0 мкФ = 6,0 мкФ. C23 = C2 + C3 = 2,0 мкФ + 4,0 мкФ = 6,0 мкФ.

Вся комбинация из трех конденсаторов эквивалентна двум последовательно включенным конденсаторам,

1C = 112,0 мкФ + 16,0 мкФ = 14,0 мкФ⇒C = 4,0 мкФ 1C = 112.0 мкФ + 16,0 мкФ = 14,0 мкФ⇒C = 4,0 мкФ.

Рассмотрим эквивалентную комбинацию из двух конденсаторов на Рисунке 4 (b). Поскольку конденсаторы включены последовательно, они имеют одинаковый заряд, Q1 = Q23Q1 = Q23. Кроме того, конденсаторы разделяют разность потенциалов 12,0 В, поэтому

12,0 В = V1 + V23 = Q1C1 + Q23C23 = Q112,0 мкФ + Q16,0 мкФ⇒Q1 = 48,0 мкКл. 12,0 В = V1 + V23 = Q1C1 + Q23C23 = Q112. 0,0 мкФ + Q16,0 мкФ⇒ Q1 = 48,0 мкКл.

Теперь разность потенциалов на конденсаторе 1 составляет

V1 = Q1C1 = 48,0 мкКл 12,0 мкФ = 4,0 В. V1 = Q1C1 = 48,0 мкКл 12,0 мкФ = 4,0 В.

Поскольку конденсаторы 2 и 3 подключены параллельно, они имеют одинаковую разность потенциалов:

V2 = V3 = 12.0V − 4.0V = 8.0V. V2 = V3 = 12.0V − 4.0V = 8.0V.

Следовательно, заряды на этих двух конденсаторах составляют, соответственно,

Q2 = C2V2 = (2,0 мкФ) (8,0 В) = 16,0 мкКл, Q3 = C3V3 = (4,0 мкФ) (8,0 В) = 32,0 мкКл. Q2 = C2V2 = (2,0 мкФ) (8,0 В) = 16,0 мкКл, Q3 = C3V3 = (4,0 мкФ) (8,0 В) = 32,0 мкКл.

Как и ожидалось, чистый заряд параллельной комбинации C2C2 и C3C3 составляет Q23 = Q2 + Q3 = 48,0 мкКл. Q23 = Q2 + Q3 = 48,0 мкКл.

Конденсатор и типы конденсаторов

Различные типы конденсаторов с характеристиками и областями применения

Конденсатор — один из наиболее часто используемых электронных компонентов, который используется практически в любых схемах.Его использование и характеристики зависят от типа конденсатора. В этой статье мы кратко обсудим разные типы конденсаторов.

Конденсатор:

Конденсатор — это пассивный электронный компонент с двумя выводами, который накапливает заряд в электрическом поле между своими металлическими пластинами. он состоит из двух металлических пластин (электродов), разделенных изолятором, известным как диэлектрик .

Емкость

Емкость — это способность конденсатора накапливать заряд на своих металлических пластинах (электродах).Его единица — фарада F .

Один фарад — это величина емкости, когда заряд один кулон вызывает разность потенциалов один вольт на его выводах. Емкость всегда положительная, отрицательной быть не может.

Символы различных типов конденсаторов

Символы различных типов конденсаторов и их альтернативные символы приведены ниже.

Типы конденсаторов: полярные и неполярные конденсаторы с символами

Типы конденсаторов

Существуют различные типы конденсаторов, классифицируемые по размеру, форме и материалам.Ниже приведены подробные сведения о различных типах конденсаторов.

Два основных типа конденсаторов: конденсаторы постоянной емкости и конденсаторы переменной емкости .

1) Конденсаторы постоянной емкости:

Как следует из названия, конденсатор постоянной емкости имеет фиксированное значение емкости. Это не может быть изменено. Конденсаторы постоянной емкости делятся на два типа:

1. 1. Полярные конденсаторы
1. 2. Неполярные конденсаторы

1.1) Полярные конденсаторы:

Полярные конденсаторы или поляризованные Конденсаторы — это такой тип конденсатора, выводы (электроды) которого имеют полярность; положительный и отрицательный.

Положительная клемма должна быть подключена к положительной клемме питания, а отрицательная — к отрицательной. Изменение полярности приведет к выходу конденсатора из строя. Конденсаторы этого типа используются только в приложениях DC .

Конденсаторы Polar подразделяются на два типа:

1.1.1. Конденсаторы электролитические
1.1.2. Суперконденсаторы

1.1.1) Электролитические конденсаторы:

Электролитический конденсатор — это тип полярного конденсатора, в котором электролит используется в качестве одного из электродов для сохранения большого заряда. Он состоит из двух металлических пластин, положительная (анодная) пластина которых покрыта изолирующим оксидным слоем через анодирование . Этот изолирующий слой действует как диэлектрик. Электролит используется как второй оконечный катод.Электролиты могут быть твердыми, жидкими или газообразными.

Конденсаторы такого типа имеют высокое значение емкости в диапазоне от 1 мкФ до 47000 мкФ . Они используются только в цепях DC .

Электролитические конденсаторы делятся на три семейства

1.1.1.1. Алюминиевые электролитические конденсаторы
1.1.1.2. Конденсаторы электролитические танталовые
1.1.1.3. Конденсаторы электролитические ниобиевые

1.1.1.1) Алюминиевые электролитические конденсаторы

В алюминиевых электролитических конденсаторах используются электроды из чистого алюминия. Однако анодный (положительный) электрод изготавливается путем формирования изолирующего слоя из оксида алюминия ( Al ₂ O ₃ ) посредством анодирования. Электролит (твердый или нетвердый) помещается на изолирующую поверхность анода. Этот электролит технически действует как катод. Второй алюминиевый электрод помещается поверх электролита, который действует как его электрическое соединение с отрицательной клеммой конденсатора.

В зависимости от электролита они подразделяются на два подтипа:

1. Алюминиевые электролитические конденсаторы нетвердые или влажные
2. Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы (SAL)

1) Нетвердые алюминиевые электролитические конденсаторы

В нетвердых алюминиевых электролитических конденсаторах используется жидкий или гелевый электролит. Они сделаны из двух алюминиевых фольг с бумагой между ними, пропитанной жидким или гелеобразным электролитом.Анодная алюминиевая фольга окисляется с образованием диэлектрика ( AL ₂ O ₃ ). Катодная фольга служит для электрического контакта с электролитом. Однако катодная фольга имеет естественный оксидный слой, образованный воздухом, что увеличивает ее емкость.

Обычно используются нетвердые электролиты

• Borax (этиленгликоль и борная кислота), они имеют максимальное номинальное напряжение 600 В при максимальной температуре 85 ° C — 105 ° С .
• Органические растворители , такие как диметилформамид ( DFM ), диметилацетамид ( DMA ) или гамма-бутиролактон. Они имеют относительно высокотемпературный рейтинг ( GBL ) и ток утечки.
• Вода , содержащая растворители с водой до 70% славится низким ESR (эффективное последовательное сопротивление ) и невысокой стоимостью.

Алюминиевая фольга с бумагой между ними наматывается.Они пропитываются электролитом, а затем покрываются алюминиевым кожухом.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Недорогой
• Механизм самовосстановления, образует новую форму оксида после подачи напряжения.

Недостатки

• Из-за испарения со временем высыхают, снижая здоровье.
• СОЭ со временем увеличивается.
• Используется только в цепях постоянного тока.
• Они чувствительны к механическим воздействиям.

Приложение

• Коррекция коэффициента мощности.
• Конденсатор вспышки для фотоаппарата.
• Фильтры ввода / вывода в источниках питания переменного тока
• Соединение, развязка.

2) Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы (SAL)

SAL имеет ту же конструкцию, что и мокрый электролитический конденсатор, за исключением того, что в них используются твердые электролиты:

• Диоксид марганца (MnO ₂ )
• Полимерный электролит
• Гибридные электролиты (твердый полимер с жидкостью)

После анодирования двух слоев алюминиевой фольги между двумя слоями анодированной фольги расположен электролит .Затем их складывают вместе для перламутрового типа или наматывают для радиального стиля .

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Из-за сухой природы электролита не происходит испарения
• Они имеют более длительный срок службы
• Они имеют низкий ESR

Недостатки5 Они дорогие

Нет механизма самовосстановления, кроме гибридного полимерного конденсатора

Приложения

Их применение аналогично применению нетвердых электролитических конденсаторов.

1.1.1.2) Танталовые электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах такого типа в качестве анодного электрода используется металлический тантал . Поддон тантала окисляется с образованием изолирующего оксидного слоя, который действует как диэлектрик. Этот поддон погружают в электролит (твердый или жидкий). Электролит действует как катод. Однако слой из графита и серебра нанесен поверх электролита для электрического соединения катода.

Благодаря тонкому слою оксида танталовые конденсаторы имеют большую емкость на единицу объема по сравнению с другими электролитическими конденсаторами.Они меньше по размеру.

В зависимости от состояния электролита они подразделяются на два подсемейства:

1. Танталовые электролитические конденсаторы с жидким или нетвердым материалом
2. Твердые электролитические конденсаторы

1) Влажные или нетвердые электролитические конденсаторы -Твердые танталовые электролитические конденсаторы

В мокрых танталовых конденсаторах используется жидкий электролит, такой как серная кислота , поскольку слой оксида тантала инертен и стабилен.Эти конденсаторы работают при относительно высоких напряжениях до 630 В и с самым низким током утечки по сравнению с другими электролитическими конденсаторами.

2) Твердые танталовые электролитические конденсаторы

В твердотельных танталовых конденсаторах используются твердые электролиты, такие как диоксид марганца (MnO ₂ ) или полимер.

MnO ₂ электролиты обладают высокой стабильностью, тогда как проводимость полимерных электролитов со временем ухудшается.

Применение танталового конденсатора

• Из-за высокой емкости на единицу объема он может заменить алюминиевый электролитический конденсатор там, где температура повышается из-за плотной упаковки компонентов.
• Они используются в медицинской электронике для получения высококачественных результатов.
• Из-за низкого тока утечки они используются в схемах выборки и хранения .
• Чаще всего применяется фильтрация в источниках питания компьютеров из-за ее небольшого размера и надежности.

Преимущества и недостатки

• Доступны небольшие размеры и высокая емкость.
• Он очень стабилен и надежен, а значит, имеет более длительный срок службы.
• Может работать в широком диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C .
• Они дорогие.
• Они не допускают обратного напряжения.

1.1.1.3) Ниобиевые электролитические конденсаторы

В ниобиевых электролитических конденсаторах анод изготовлен из металлического ниобия (монооксида ниобия).Он окисляется путем анодирования с образованием изолирующего слоя из пентоксида ниобия . Этот слой действует как диэлектрик.

Электролит, используемый в ниобиевом электролитическом конденсаторе, представляет собой твердый , т.е. либо диоксид марганца , либо полимерный электролит . Этот электролит покрывает поверхность анода. Электролит действует как катод.

Слой графита и серебра помещен поверх электролита для электрического контакта катодного вывода.

1.1.2) Суперконденсаторы:

Суперконденсатор также известен как суперконденсатор или Super cap . Суперконденсатор — это тип полярного конденсатора, который имеет очень высокую емкость, но низкое напряжение.

Эти типы конденсаторов могут заряжать намного быстрее, чем батарея, и сохранять заряд больше, чем электролитический конденсатор на единицу объема. Вот почему между и батареей и считается электролитический конденсатор .

Емкость суперконденсатора колеблется от 100 F до 12000 F при низком напряжении приблизительно от 2,5 В до 2,7 В .

Конструкция суперконденсаторов в чем-то похожа на электролитические. Они изготовлены из металлической фольги (электроды), каждый из которых покрыт активированным углем . Эти пленки помещают разделитель между ними. Сепаратор представляет собой ионопроницаемую мембрану, такую ​​как графен (используется в современных суперконденсаторах), которая обеспечивает изоляцию и обмен ионами электролита между электродами.

Затем эти фольги складываются для прямоугольной или прокатываются для цилиндрической формы и помещаются в алюминиевый кожух. Затем он пропитывается электролитом, электролит богат ионами и проводит ионы между электродами. Затем корпус герметично закрывают.

Суперконденсатор накапливает заряд либо с использованием электростатической двухслойной емкости ( EDLC ), либо с электрохимической псевдоемкостью , либо с обоими способами, известными как гибридная емкость .Таким образом, суперконденсаторы классифицируются на указанные выше типы.

1.1.2.1) Электростатические двухслойные конденсаторы (EDLC)

Это тип суперконденсатора, который электростатически накапливает заряд в двойном слое. Электроды изготовлены из активированного угля . Когда на его электроды подается напряжение, образуются два слоя заряда. На поверхности электродов появляется один слой, который вызывает появление в электролите другого слоя ионов противоположной полярности.Эти два слоя разделены поляризованным монослоем молекул растворителя. Он известен как самолет Гельмгольца.

Отсутствует перенос заряда между электродами и электролитом, который может вызвать химические изменения. Таким образом, заряд не сохраняется в химической связи (электрохимически). Вместо этого между ионами существует электростатическая сила, поэтому EDLC сохраняет заряд электростатически.

1.1.2.2) Электрохимические псевдоконденсаторы

Это тип суперконденсатора, который накапливает энергию за счет передачи заряда между электролитом и электродом, также известный как перенос заряда фарадеевских электронов.Таким образом, они накапливают заряд электрохимически .

Это очень быстрая обратимая окислительно-восстановительная реакция, при которой восстановление происходит на одном электроде, а окисление — на другом во время зарядки и наоборот во время разрядки.

Перенос заряда фарадеевских электронов происходит с помощью двухслойной емкости. Ионы проходят через внутренний слой Гельмгольца и достигают электрода. Перенос заряда между ионом и электродом вызывает емкость, известную как Псевдоемкость .Его емкость превышает емкость двойного слоя в 100 раз в .

Когда ионы переносят заряд на электрод, они плавятся (адсорбируются) на поверхности электрода. Между ионами и электроном нет химической реакции, поскольку происходит только перенос заряда.

Электроды псевдоконденсатора изготовлены из оксида переходного металла ( MnO ₂ , IrO ₂ ) с добавлением активированного угля и проводящего полимера, что обеспечивает пористую и губчатую структуру.Его конструктивная конструкция напоминает EDLC .

1.1.2.3) Гибридные суперконденсаторы

Гибридный суперконденсатор использует технологию обоих типов EDLC и псевдоконденсатора с использованием двух типов электродов. Один тип электрода используется для двухслойной емкости, такой как активированный уголь (обычно используемый в качестве катода). Другой электрод используется для определения псевдоемкости.

Примером гибридного суперконденсатора является литий-ионный конденсатор .Его анодный вывод изготовлен из графита с добавлением ионов лития во время производства, что увеличивает его выходное напряжение по сравнению с другими суперконденсаторами. Его максимальное напряжение достигает 3,8 В .

Катод формирует двойную электрическую емкость на своей стороне, а анод псевдоемкостный . Между катодом и анодом используется сепаратор для предотвращения электрического контакта между ними.

Гибридные конденсаторы обеспечивают высокую плотность энергии, высокую удельную мощность при высокой надежности.

Применение суперконденсаторов

Современные технологии имеют очень много применений суперконденсаторов. Некоторые из них приведены ниже.

• Аккумуляторная электрическая отвертка, которую можно зарядить за несколько минут.
• Светодиодные фонарики в цифровых фотоаппаратах.
• Для стабилизации питания портативных компьютеров, портативных устройств и т. Д.
• Источник бесперебойного питания ( ИБП ), где он заменяет батареи электролитических конденсаторов.

Связанное сообщение: Код конденсатора: Как узнать стоимость керамических конденсаторов?

1.2) Неполярные конденсаторы:

Неполярные или неполяризованные конденсаторы — это такие типы конденсаторов, клеммы которых не имеют фиксированной полярности. Их можно использовать в цепи любым способом. Благодаря неполяризованным клеммам они используются в цепях DC , а также в цепях AC .

Они дешевле конденсаторов Polar, но имеют низкую емкость и широкий диапазон номинальных напряжений от нескольких вольт до тысяч вольт.

Неполярные конденсаторы делятся на три типа

1.2.1. Керамический конденсатор
1.2.2. Слюдяной конденсатор
1.2.3. Пленочный конденсатор

1.2.1) Керамические конденсаторы:

Как следует из названия, керамический конденсатор представляет собой тип неполярного конденсатора, в котором используется диэлектрик , керамический материал .

Он состоит из двух слоев металла (обычно никеля и меди) с керамикой ( Para electric или Ferroelectric ) в качестве диэлектрика.Эти чередующиеся слои сложены вместе, чтобы обеспечить высокое значение емкости.

Минимальная толщина керамического диэлектрического слоя составляет около 0,5 мкм . Номинальное напряжение конденсатора зависит от его диэлектрической прочности. Кроме того, клеммы прикреплены к электродам, а конденсатор покрыт керамическим защитным слоем от влаги.

Связанный пост: В чем разница между батареей и конденсатором?

Керамические конденсаторы доступны в различных формах и стилях.

• Форма керамического диска : наиболее часто используемый тип керамического конденсатора, имеющий один слой керамического диска, зажатый между электродами с выводами со сквозными отверстиями.
• MLCC : многослойный керамический чип прямоугольной формы с несколькими чередующимися слоями металла и керамики с выводами для поверхностного монтажа

Параметры керамического конденсатора зависят от различных составов керамического диэлектрика.Благодаря этому они делятся на четыре класса.

1.2.1.1) Класс 1

В керамическом конденсаторе класса 1 используется параэлектрический материал, такой как диоксид титана ( TiO ₂ ). Они наиболее точны при наиболее стабильном напряжении и температуре. У них самые низкие потери. Величина его емкости не зависит от приложенного напряжения. Они не стареют.

Керамический конденсатор класса 1 имеет очень низкий объемный КПД (низкая емкость на большом пространстве), поэтому они имеют низкое значение емкости.Это связано с тем, что параэлектрический материал имеет низкую проницаемость.

Они используются в приложениях, где стабильность емкости и низкие потери являются высшими требованиями, например, в резонансных цепях.

1.2.1.2) Класс 2

В керамических конденсаторах класса 2 в качестве диэлектрика используется сегнетоэлектрический материал с другими добавками. Он имеет высокую проницаемость, что обеспечивает относительно более высокий объемный КПД, чем керамический конденсатор класса 1. Они намного меньше, чем class1.

Они обладают низкой точностью и стабильностью с нелинейным изменением емкости в зависимости от температуры. Кроме того, значение емкости меняется в зависимости от приложенного напряжения и со временем стареет.

Эти типы конденсаторов используются для связи, развязки и байпаса, где не требуется стабильность емкости.

1.2.1.3) Классы 3 и 4

Класс 3, также известный как керамика с барьерным слоем Конденсаторы используют диэлектрик с более высокой проницаемостью, чем класс 2.По этой причине они имеют лучший объемный КПД, но с худшими электрическими параметрами.

Его емкость изменяется нелинейно с температурой с очень большим запасом. Также это зависит от приложенного напряжения. У него худшая стабильность и точность с очень большими потерями. Они стареют со временем.

В современной электронной технике они считаются устаревшими, вместо них предпочтительны керамические конденсаторы 2-го класса. Класс 4 имеет еще худшие параметры, чем класс 3, и на сегодняшний день они также устарели.

1.2.2) Слюдяные конденсаторы:

Слюдяные конденсаторы, как следует из названия, представляют собой неполярный конденсатор, в котором в качестве диэлектрика используется слюда ( химически инертный и стабильный материал ).

Есть два типа слюдяных конденсаторов

1.2.2.1. Конденсатор слюдяной зажимной
1.2.2.2. Серебряный слюдяной конденсатор

1.2.2.1) Слюдяные конденсаторы с зажимом

Эти типы конденсаторов использовались в начале 20 ^-го века.Они были построены из тонких листов слюды и металлической (обычно медной) фольги. Эти листы и фольга складываются вместе и зажимаются. Затем они были заключены в изоляционный материал.

Допуск и стабильность зажатого слюдяного конденсатора хуже, чем у других конденсаторов, потому что поверхность слюды не плоская и гладкая.

В настоящее время существуют устаревшие и замененные конденсатором серебряной слюды , обсуждаемым ниже.

1.2.2.2) Серебряные слюдяные конденсаторы:

В отличие от зажимного слюдяного конденсатора, в котором листы слюды зажаты металлической фольгой, серебряный слюдяной конденсатор изготовлен из листов слюды с металлическим (серебряным электродом), покрытым с обеих сторон. .Несколько слоев складываются вместе, чтобы увеличить его емкость. Затем его погружают в эпоксидный изолятор для защиты от влаги, воздуха и т. Д.

Они очень стабильны и имеют низкие потери. У них низкий допуск около +/- 1% . Его емкость очень мало зависит от приложенного напряжения. Герметизация защищает электроды от коррозии. Таким образом, они сохраняют более длительный срок службы.

Они дорогие и имеют больший объем по сравнению с керамическими конденсаторами.Он может работать при высоком напряжении от 100 В до 10 кВ с емкостью от 47 пФ до 3000 пФ .

Они все еще используются в современных электронных схемах из-за своих возможностей обработки высокого напряжения и мощности, таких как радиопередатчик, усилители, высоковольтные инверторы, резонансные схемы и т. Д.

1.2.3) Пленочные конденсаторы:

Пленочные Конденсатор, также известный как конденсатор с полимерной пленкой или конденсатор с пластиковой пленкой, представляет собой тип неполярного конденсатора, в котором в качестве диэлектрика используется пленка обычно из пластика, а иногда и из бумаги.

Его конструкция имеет два типа или формата конфигурации

• Металлизированный конденсатор
• Пленочный / фольгированный конденсатор

Связанная публикация: Высокий пусковой ток при переключении конденсаторов и способы его предотвращения.

1.2.3.1) Металлизированные конденсаторы

Металлизированные конденсаторы — это конденсаторы, в которых используется металлизированная диэлектрическая пленка, которая создается путем нанесения металлического слоя на диэлектрическую пленку.Используемый металл может быть алюминием или цинком.

Такая конфигурация обеспечивает свойство самовосстановления, и пленка может быть намотана вместе для достижения емкости до 100 мкФ

1.2.3.2) Конденсаторы пленочные / фольговые

Конденсаторы такого типа строятся сэндвич диэлектрическая пленка с металлической фольгой. Металлом обычно является алюминий, который действует как электроды.

Такая конфигурация позволяет конденсатору выдерживать высокие импульсные токи.

Пленочные конденсаторы делятся на разные типы конденсаторов в зависимости от типа диэлектрической пленки.

1.2.3.3) Бумажные конденсаторы

Это первый пленочный конденсатор, в котором пропитанная маслом бумага использовалась в качестве диэлектрика между алюминиевой фольгой.

Основным недостатком конденсатора из бумажной пленки / фольги было то, что он впитывает влагу, что со временем ухудшает его характеристики. Они были довольно громоздкими.

В настоящее время металлизированные бумажные пленки используются в качестве диэлектрика со свойством самовосстановления.Бумага комбинируется с полипропиленовой пленкой для увеличения номинального напряжения и улучшения характеристик.

Силовой конденсатор , в котором в качестве диэлектрика используется бумага, заполнен маслом для заполнения воздушных зазоров , увеличивая его напряжение пробоя.

1.2.3.4) Конденсаторы из полиэфирной (ПЭТ) пленки или майлара

Конденсатор из полиэфирной пленки, также известный под торговой маркой Майларовый конденсатор использует диэлектрик из полиэтилентерефталата ( ПЭТ) , который представляет собой термопластичный полярный полимер.Они построены как в металлизированной пленке , так и в структуре пленка / фольга .

Его способность противостоять влаге позволяет использовать конденсатор без покрытия. Его высокая проницаемость и диэлектрическая прочность обеспечивают высокий объемный КПД. Однако его емкостной температурный коэффициент немного выше, чем у других пленочных конденсаторов. Он может работать при температуре до 125 ° C. Это также позволяет использовать его в качестве конденсатора SMD .Они работают при максимальном напряжении около 60 кВ . Они имеют допуск от 5% до 10%.

1.2.3.5) Пленочные конденсаторы из полипропилена (ПП)

Полипропилен — это неполярный органический полимерный материал, который используется в качестве диэлектрика в этом конденсаторе.

Они производятся в обеих конфигурациях, т.е. металлизированная пленка и пленка / фольга .

Они даже более устойчивы к влаге, чем конденсаторы из полиэфирной пленки, поэтому не нуждаются в защитном покрытии.Их емкость меньше зависит от температуры и частоты по сравнению с полиэфиром, но его рабочая частота ниже с максимальным пределом 100 кГц . Его максимальная рабочая температура составляет 105 ° C . Они имеют высокое рабочее напряжение с максимальным номинальным напряжением 400 кВ .

Они используются в мощных индукционных нагревателях и маломощных приложениях, таких как sample & hold и VCO и т. Д., Они также используются в качестве конденсатора рабочего двигателя переменного тока и конденсатора коррекции коэффициента мощности .

1.2.3.6) Пленочные конденсаторы из полиэтилена нафталата (PEN)

Диэлектрическим материалом, используемым в пленочных конденсаторах такого типа, является Полиэтиленнафталат (PEN) , который принадлежит к семейству полиэфиров. Эти конденсаторы доступны только с металлизированной диэлектрической структурой .

Основным преимуществом конденсаторов PEN является их высокотемпературная стабильность около 175 ° C . За счет высокотемпературной стабильности; выпускаются в упаковке SMD .

Он имеет низкую объемную эффективность, поскольку диэлектрик PEN имеет более низкую проницаемость и прочность по сравнению с PET . Однако зависимость его емкости от температуры и частоты аналогична конденсаторам из полиэтилентерефталата, поэтому они используются в приложениях, где температурные зависимости не требуются.

Используются для соединения, развязки и фильтрации.

1.2.3.7) Пленочные конденсаторы на основе полифениленсульфида (PPS)

Эти пленочные конденсаторы доступны только в виде металлизированной пленки .Их емкость очень мало зависит от температуры и частоты по сравнению с другими пленочными конденсаторами.

Он обеспечивает очень стабильную реакцию при температуре ниже 100 ° C . Его диэлектрик выдерживает температуру 270 ° C . Поэтому они также производятся в упаковке SMD . Однако они дороги по сравнению с другими пленочными конденсаторами.

Они используются в приложениях, где существуют высокие рабочие температуры.

1.2.3.8) Пленочные конденсаторы из политетрафторэтилена (ПТФЭ)

Также известный под торговой маркой Тефлон, использует синтетический полимер политетрафторэтилен (ПТФЭ) в качестве диэлектрика. Они производятся как в металлизированном типе , так и в пленке / фольге .

Они довольно громоздкие и дорогие. Температурная зависимость его емкости немного выше, чем у пленочного конденсатора из полипропилена (PP) . Но они очень устойчивы к температуре около 200 ° C с очень низкими потерями.

Они используются в высококачественных приложениях для аэрокосмического и военного оборудования.

1.2.3.9) Пленочные конденсаторы из полистирола (PS)

Основным преимуществом этих конденсаторов является то, что они обеспечивают практически нулевое изменение емкости при работе в своем температурном диапазоне. Но они имеют очень низкотемпературный рейтинг с максимальным пределом 85 ° C .

Эти пленочные конденсаторы представляют собой дешевых конденсаторов с очень низкими потерями и высокой стабильностью.Они производятся в трубчатой ​​форме и теперь заменены конденсаторами из полиэфирной пленки.

Они используются для общих приложений, имеющих низкие температуры и частоту.

1.2.3.10) Пленочные конденсаторы из поликарбоната (ПК)

В этих пленочных конденсаторах используется поликарбонатный диэлектрик , который изготавливается как в металлизированной , так и в пленочной / фольгированной структуре .

Они предлагают очень высокую стабильность и очень низкие потери.Он практически не зависит от температуры в диапазоне от -55 ° C до + 125 ° C . Пленка из поликарбоната обеспечивает высокую устойчивость, что увеличивает ее надежность .

Они используются в приложениях, где требуются низкие потери и температурная стабильность, например схемы фильтрации и синхронизации в в суровых условиях .

1.2.3.11) Силовые пленочные конденсаторы

Они имеют такую ​​же конструкцию, как и пленочные конденсаторы.Слои намотаны вместе, чтобы получить больший размер и выдержать большую мощность. Они используются в приложениях переменного и постоянного тока большой мощности.

2) Конденсаторы переменной емкости:

Конденсаторы такого типа, емкость которых можно изменять механически или электрически, известны как конденсаторы переменной емкости . У них нет фиксированного значения емкости, вместо этого они предоставляют диапазон значений. Они используются в цепях настройки LC для радиоприемника, согласовании импеданса в антеннах.

Эти переменные конденсаторы делятся на два основных типа в зависимости от их рабочего механизма

2.1. С механическим управлением
2.2. Электрически управляемый

Связанный пост: Изоляционные и диэлектрические материалы — Типы, свойства и применение

2.1) Переменные конденсаторы с механическим управлением

Значение емкости этих переменных конденсаторов можно изменить механически с помощью ручки или отвертки.Они сделаны из полукруглых металлических пластин с диэлектриком между ними.

Один набор пластин, который является подвижным, известен как ротор , а другой набор пластин, который является неподвижным, известен как статор . Ротор вращается вокруг вала, который увеличивает или уменьшает расстояние между пластинами, что изменяет емкость конденсатора.

Конденсаторы с механическим управлением подразделяются на два подтипа.

2.1.1. Конденсаторы настройки
2.1.2. Подстроечные конденсаторы

2.1.1) Настроечные конденсаторы

Этот тип переменного конденсатора используется для настройки и обычно используется в LC-схемах для настройки радио. Его емкость можно изменять, вращая ручку , которая вращает ротор поперек статора с диэлектриком между ними. Используемый диэлектрик — воздух или слюда .

Это более надежный тип переменного конденсатора. Он используется в таких схемах, где необходимо изменять емкость более одного раза для достижения желаемого выхода.

2.1.2) Подстроечные конденсаторы

Этот тип переменной емкости конденсатора изменяется с помощью отвертки. Они не очень терпимы к постоянному изменению емкости. Они выдерживают лишь несколько корректировок.

Он имеет такую ​​же конструкцию, что и настроечный конденсатор.В подстроечном конденсаторе используется диэлектрик воздух или керамика .

Они используются в таких схемах, где не требуется изменять емкость более нескольких раз. Они используются в схемах калибровки оборудования. Их небольшой размер позволяет использовать его на PCB (печатная плата).

Связанный пост: Все о системах, устройствах и блоках электрической защиты

2.2) Переменные конденсаторы с электрическим управлением

Такой тип переменного конденсатора состоит из полупроводникового устройства P-N junction , емкость перехода которого регулируется с помощью обратного напряжения.

Варакторный диод или более известный как Vericap — это особый тип диода, который использует напряжение обратного смещения для изменения емкости перехода.

Они используются в PLL ( ФАПЧ ) как VCO ( генератор, управляемый напряжением ) и как синтезаторы частоты

Применения конденсаторов

Существуют некоторые общие приложения для все типы конденсаторов.

• Выход блока питания сглаживания.
• Коррекция коэффициента мощности
• Частотные фильтры, фильтры верхних и нижних частот.
• Сопряжение и развязка сигналов.
• Стартер двигателя.
• Демпфер (поглотитель перенапряжения и шумовой фильтр)
• Генераторы

Разные и устаревшие типы конденсаторов

Существуют и другие типы конденсаторов, которые приведены ниже.

Интегрированный конденсатор : Они производятся внутри ИС путем металлизации и изоляции подложки.

Вакуумный конденсатор : Они используются для передачи ВЧ высокой мощности.

Специальный конденсатор : Они разработаны на многослойной печатной плате.

Устаревшие конденсаторы: Эти типы конденсаторов считаются устаревшими на сегодняшний день и заменены далеко продвинутыми технологиями.

• Конденсатор Layden jars
• Конденсатор с воздушным зазором

Связанные сообщения:

Различные типы конденсаторов и их применение

Конденсатор

Конденсаторы широко используются в качестве электронного компонента в современных схемах и устройствах.Конденсатор имеет долгую историю и используется более 250 лет назад. Конденсаторы являются старейшим электронным компонентом, который изучается, проектируется, разрабатывается и используется. С развитием технологий конденсаторы выпускаются разных типов в зависимости от их характеристик. В этой статье мы обсудим самые популярные и полезные типы конденсаторов. Конденсатор является компонентом, и он обладает способностью накапливать энергию в виде электрического заряда, который создает электрическую разность между его пластинами, и он похож на небольшую перезаряжаемую батарею.

Что такое конденсатор?

Конденсатор является пассивным компонентом и накапливает электрическую энергию в электрическом поле. Эффект конденсатора известен как емкость. Он состоит из двух близких проводников и разделен диэлектрическим материалом. Если пластины подключены к источнику питания, они накапливают электрический заряд. Одна пластина накапливает положительный заряд, а другая пластина — отрицательный. Электрический символ конденсатора показан ниже.

Обозначение конденсатора

Емкость

Емкость — это отношение электрического заряда (Q) к напряжению (В), математическое разложение приведено ниже.

C = Q / V

Где

• Q — электрический заряд в кулонах
• C — емкость в фарадах
• V — напряжение между пластинами в вольтах

Различные типы конденсаторов

Ниже перечислены различные типы конденсаторов.

1. Электролитический конденсатор
2. Слюдяной конденсатор
3. Бумажный конденсатор
4. Пленочный конденсатор
5. Неполяризованный конденсатор
6. Керамический конденсатор

Электролитический конденсатор

Обычно используются электролитические конденсаторы , если используются большие значения электролитических конденсаторов. являются обязательными. Слой тонкой металлической пленки используется для одного электрода, а для второго электрода (катода) используется полужидкий раствор электролита, который находится в желе или пасте.Диэлектрическая пластина представляет собой тонкий слой оксида, который в процессе производства проявляется электрохимическим способом, толщина пленки составляет менее десяти микрон.

Электролитический конденсатор

Этот изолирующий слой очень тонкий, можно изготавливать конденсаторы с большим значением емкости для физического размера, который мал, а расстояние между двумя пластинами очень мало. Типы конденсаторов в большинстве электролитических являются поляризованными, то есть на клемму конденсатора подается постоянное напряжение, и они должны иметь правильную полярность.

Если положительный вывод к положительному выводу и отрицательный к отрицательному выводу из-за неправильной поляризации приведет к разрыву изолирующего оксидного слоя, что приведет к необратимому повреждению. Все поляризованные электролитические конденсаторы имеют четкую полярность с отрицательным знаком, указывающим на отрицательный вывод, и полярность должна соблюдаться.

Электролитические конденсаторы обычно используются в цепях питания постоянного тока, поскольку они имеют большую емкость и малы для снижения пульсаций напряжения.Эти электролитические конденсаторы используются для связи и развязки. Недостатком электролитических конденсаторов является их относительно низкое напряжение из-за поляризации электролитического конденсатора.

Слюдяной конденсатор

Этот конденсатор представляет собой группу природных минералов, а в конденсаторах из серебряной слюды используется диэлектрик. Существует два типа слюдяных конденсаторов: фиксированные конденсаторы и серебряные слюдяные конденсаторы . Фиксированные слюдяные конденсаторы считаются устаревшими из-за их худших характеристик.Серебряные слюдяные конденсаторы изготавливаются путем прослоения листа слюды, покрытого металлом с обеих сторон, и затем этот узел покрывается эпоксидной смолой для защиты окружающей среды. Слюдяные конденсаторы используются в конструкции, требующей стабильного, надежного конденсатора относительно небольшого размера.

Слюдяной конденсатор

Слюдяные конденсаторы — это конденсаторы с низкими потерями, используемые на высоких частотах, и этот конденсатор очень стабилен химически, электрически и механически из-за его специфической кристаллической структуры, связывающей его, и это обычно слоистая структура.Чаще всего используются слюда мусковит и флогопит. Мусковитовая слюда лучше по электрическим свойствам, а другая слюда обладает стойкостью к высоким температурам.

Бумажный конденсатор

Конструкция бумажного конденсатора находится между двумя листами оловянной фольги, отделенными от бумаги, или промасленной бумагой и тонкой вощеной. Сэндвич из тонкой фольги и бумаги затем скатывается в цилиндрическую форму и помещается в пластиковую капсулу.Две тонкие фольги бумажных конденсаторов прикрепляются к внешней нагрузке.

Бумажный конденсатор

На начальном этапе, если в конденсаторах использовалась бумага между двумя фольгами конденсатора, но в наши дни используются другие материалы, такие как пластмассы, поэтому он называется бумажным конденсатором. Диапазон емкости бумажного конденсатора составляет от 0,001 до 2 000 мкФ, а напряжение очень высокое, до 2000 В.

Пленочный конденсатор

Пленочные конденсаторы также являются конденсаторами, и в качестве диэлектрика в них используется тонкий пластик.Пленочный конденсатор изготавливается чрезвычайно тонким с использованием сложного процесса вытягивания пленки. Если пленка производственная, она может быть металлизирована в зависимости от свойств конденсатора. Для защиты от воздействия окружающей среды электроды добавляются и собираются.

Пленочный конденсатор

Существует различных типов пленочных конденсаторов. доступны, например, полиэфирная пленка, металлизированная пленка, полипропиленовая пленка, пленка PTE и пленка из полистирола. Основное различие между этими типами конденсаторов заключается в том, что материал, используемый в качестве диэлектрика, и диэлектрик следует выбирать в соответствии с их свойствами.Применение пленочных конденсаторов — стабильность, низкая индуктивность и низкая стоимость.

Емкость пленки PTE является термостойкостью и используется в аэрокосмической и военной технике. Конденсатор с металлизированной полиэфирной пленкой используется там, где требуется длительная стабильность при относительно низком уровне.

Неполяризованные конденсаторы

Неполяризованные конденсаторы подразделяются на два типа конденсаторов с пластиковой фольгой, а другой — электролитический неполяризованный конденсатор.

Неполяризованный конденсатор

Конденсатор из пластиковой фольги неполяризован по своей природе, а электролитические конденсаторы, как правило, представляют собой два последовательно соединенных конденсатора, которые расположены друг за другом, поэтому в результате получается неполяризованный конденсатор с половинной емкостью. Неполяризованный конденсатор требует подключения переменного тока последовательно или параллельно с сигналом или источником питания.

Примерами являются фильтры кроссовера громкоговорителей и схема коррекции коэффициента мощности. В этих двух приложениях на конденсатор подается большой сигнал переменного напряжения.

Керамический конденсатор

Керамические конденсаторы являются конденсаторами и используют керамический материал в качестве диэлектрика. Керамика — один из первых материалов, используемых в производстве конденсаторов в качестве изолятора.

Керамический конденсатор

В керамических конденсаторах используется много геометрических форм, и некоторые из них представляют собой керамические трубчатые конденсаторы. Конденсаторы с барьерным слоем устарели из-за своего размера, паразитных эффектов или электрических характеристик.Два распространенных типа керамических конденсаторов — это многослойный керамический конденсатор (MLCC) и керамический дисковый конденсатор.

Многослойные керамические конденсаторы изготавливаются по технологии поверхностного монтажа (SMD), они меньше по размеру, поэтому широко используются. Номиналы керамических конденсаторов обычно находятся в диапазоне от 1 нФ до 1 мкФ, и возможны значения до 100 мкФ.

Керамические дисковые конденсаторы изготавливаются путем покрытия керамического диска серебряными контактами с обеих сторон, и для достижения большей емкости эти устройства состоят из нескольких слоев.Керамические конденсаторы будут иметь высокочастотные характеристики из-за паразитных эффектов, таких как сопротивление и индуктивность.

В этой статье мы рассказали о различных типах конденсаторов и их использовании. Я надеюсь, что, прочитав эту статью, вы получили некоторые базовые знания о типах конденсаторов. Если у вас есть какие-либо вопросы об этой статье или о реализации, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии в разделе ниже. Вот вопрос к вам в конденсаторах, в которых хранится заряд электролита?

19.6 конденсаторов последовательно и параллельно — College Physics chapters 1-17

Сводка

• Выведите выражения для полной емкости последовательно и параллельно.
• Обозначение последовательной и параллельной частей в комбинации конденсаторов.
• Рассчитайте эффективную емкость последовательно и параллельно с учетом индивидуальных емкостей.

Несколько конденсаторов могут быть соединены вместе в различных приложениях. Несколько подключений конденсаторов действуют как один эквивалентный конденсатор.Общая емкость этого эквивалентного одиночного конденсатора зависит как от отдельных конденсаторов, так и от способа их подключения. Существует два простых и распространенных типа подключения, которые называются серией и параллельными , для которых мы можем легко вычислить общую емкость. Некоторые более сложные соединения также могут быть связаны с комбинациями последовательного и параллельного.

На рисунке 1 (а) показано последовательное соединение трех конденсаторов с приложенным напряжением.Как и для любого конденсатора, емкость комбинации связана с зарядом и напряжением [латекс] \ boldsymbol {C = \ frac {Q} {V}} [/ latex].

Обратите внимание на рис. 1, что противоположные заряды величиной [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] текут по обе стороны от первоначально незаряженной комбинации конденсаторов при приложении напряжения [латекс] \ boldsymbol {V} [/ латекс] . Для сохранения заряда необходимо, чтобы на пластинах отдельных конденсаторов создавались заряды одинаковой величины, поскольку заряд разделяется только в этих изначально нейтральных устройствах.Конечным результатом является то, что комбинация напоминает одиночный конденсатор с эффективным разделением пластин больше, чем у отдельных конденсаторов. (См. Рисунок 1 (b).) Чем больше расстояние между пластинами, тем меньше емкость. Общей особенностью последовательного соединения конденсаторов является то, что общая емкость меньше любой из отдельных емкостей.

Рисунок 1. (a) Конденсаторы, подключенные последовательно. Величина заряда на каждой пластине — Q .(b) Эквивалентный конденсатор имеет большее расстояние между пластинами d . При последовательном соединении общая емкость меньше, чем у любого из отдельных конденсаторов.

Мы можем найти выражение для общей емкости, рассматривая напряжение на отдельных конденсаторах, показанных на рисунке 1. Решение [latex] \ boldsymbol {C = \ frac {Q} {V}} [/ latex] для [latex] \ boldsymbol {V} [/ latex] дает [латекс] \ boldsymbol {V = \ frac {Q} {C}} [/ latex]. Таким образом, напряжения на отдельных конденсаторах составляют [латекс] \ boldsymbol {V_1 = \ frac {Q} {C_1}} [/ latex], [латекс] \ boldsymbol {V_2 = \ frac {Q} {C_2}} [/ латекс ] и [латекс] \ boldsymbol {V_3 = \ frac {Q} {C_3}} [/ latex].Общее напряжение складывается из отдельных напряжений:

[латекс] \ boldsymbol {V = V_1 + V_2 + V_3}. [/ Latex]

Теперь, называя общую емкость [латекс] \ boldsymbol {C_S} [/ latex] для последовательной емкости, примите во внимание, что

[латекс] \ boldsymbol {V =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {Q} {C_S}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {= V_1 + V_2 + V_3}. [/ Латекс ]

Вводя выражения для [latex] \ boldsymbol {V_1} [/ latex], [latex] \ boldsymbol {V_2} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {V_3} [/ latex], получаем

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {Q} {C_S} = \ frac {Q} {C_1} + \ frac {Q} {C_2} + \ frac {Q} {C_3}}.[/ латекс]

Удаляя [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] s, мы получаем уравнение для полной емкости в серии [латекс] \ boldsymbol {C_S} [/ latex] равным

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_1}} [/ латекс ] [латекс] \ boldsymbol {+} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_2}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {+} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol { \ frac {1} {C_3}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {+ \ cdots}, [/ latex]

, где «…» означает, что выражение действительно для любого количества конденсаторов, подключенных последовательно.Выражение этой формы всегда приводит к общей емкости [латекс] \ boldsymbol {C_S} [/ latex], которая меньше любой из отдельных емкостей [латекс] \ boldsymbol {C_1} [/ latex], [латекс] \ boldsymbol {C_2} [/ latex],…, как показано в следующем примере.

Общая емкость в серии,

C _с

Общая емкость в серии: [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} + \ cdots } [/ латекс]

Пример 1: Что такое последовательная емкость?

Найдите общую емкость для трех последовательно соединенных конденсаторов, учитывая, что их отдельные емкости равны 1.000, 5.000 и 8.000 [латекс] \ mu \ textbf {F} [/ latex].

Стратегия

Имея данную информацию, общую емкость можно найти, используя уравнение для емкости в серии.

Решение

Ввод заданных емкостей в выражение для [latex] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S}} [/ latex] дает [latex] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S} = \ frac {1} { C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3}} [/ латекс].

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {1.000 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {+} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ frac {1} {5.000 \; \ textbf {F}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {+} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {8.000 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol { =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1.325} {\ mu \ textbf {F}}} [/ latex]

Инвертирование для поиска [latex] \ boldsymbol {C_S} [/ latex] дает [latex] \ boldsymbol {C_S = \ frac {\ mu \ textbf {F}} {1.325} = 0.755 \; \ mu \ textbf {F} }[/латекс].

Обсуждение

Общая последовательная емкость [латекс] \ boldsymbol {C_s} [/ latex] меньше наименьшей индивидуальной емкости, как было обещано.При последовательном соединении конденсаторов сумма меньше деталей. На самом деле это меньше, чем у любого человека. Обратите внимание, что иногда возможно и более удобно решить уравнение, подобное приведенному выше, путем нахождения наименьшего общего знаменателя, который в данном случае (показаны только целочисленные вычисления) равен 40. Таким образом,

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {40} {40 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {+} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ frac {8} {40 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {+} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {5} {40 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {53} {40 \; \ mu \ textbf {F}}}, [/ латекс]

, так что

[латекс] \ boldsymbol {C_S =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {40 \; \ mu \ textbf {F}} {53}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {= 0 .755 \; \ mu \ textbf {F}}. [/ latex]

На рис. 2 (а) показано параллельное соединение трех конденсаторов с приложенным напряжением. Здесь общую емкость найти легче, чем в последовательном случае. Чтобы найти эквивалентную общую емкость [латекс] \ boldsymbol {\ textbf {C} _ {\ textbf {p}}} [/ latex], сначала отметим, что напряжение на каждом конденсаторе составляет [латекс] \ boldsymbol {V} [ / latex], то же самое, что и у источника, так как они подключаются к нему напрямую через проводник. (Проводники являются эквипотенциальными, поэтому напряжение на конденсаторах такое же, как и на источнике напряжения.Таким образом, конденсаторы имеют такой же заряд, как и при индивидуальном подключении к источнику напряжения. Общий заряд [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] — это сумма отдельных зарядов:

[латекс] \ boldsymbol {Q = Q_1 + Q_2 + Q_3}. [/ Latex]

Рис. 2. (a) Конденсаторы, включенные параллельно. Каждый из них подключен непосредственно к источнику напряжения, как если бы он был полностью один, поэтому общая параллельная емкость — это просто сумма отдельных емкостей. (b) Эквивалентный конденсатор имеет большую площадь пластины и поэтому может удерживать больше заряда, чем отдельные конденсаторы.

Используя соотношение [латекс] \ boldsymbol {Q = CV} [/ latex], мы видим, что общий заряд составляет [латекс] \ boldsymbol {Q = C _ {\ textbf {p}} V} [/ latex], и индивидуальные расходы: [латекс] \ boldsymbol {Q_1 = C_1 V} [/ latex] , [латекс] \ boldsymbol {Q_2 = C_2 V} [/ latex] , и [латекс] \ boldsymbol {Q_3 = C_3 V} [/ латекс]. Ввод их в предыдущее уравнение дает

[латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}} V = C_1 V + C_2 V + C_3 V}. [/ Latex]

Исключая [латекс] \ boldsymbol {V} [/ latex] из уравнения, мы получаем уравнение для полной емкости параллельно [латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}}} [/ latex]:

[латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}} = C_1 + C_2 + C_3 \ cdots} [/ latex].

Общая параллельная емкость — это просто сумма отдельных емкостей. (И снова «… » указывает на то, что выражение действительно для любого количества конденсаторов, подключенных параллельно.) Так, например, если конденсаторы в приведенном выше примере были подключены параллельно, их емкость была бы

[латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}} = 1.000 \; \ mu \ textbf {F} + 5.000 \; \ mu \ textbf {F} + 8.000 \; \ mu \ textbf {F} = 14.000 \; \ mu \ textbf {F}}. [/ latex]

Эквивалентный конденсатор для параллельного соединения имеет значительно большую площадь пластины и, следовательно, большую емкость, как показано на Рисунке 2 (b).

Общая емкость параллельно,

C _p [латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}}} [/ latex]

Общая емкость параллельно [латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}} = C_1 + C_2 + C_3 + \ cdots} [/ latex]

Более сложные соединения конденсаторов иногда могут быть последовательными и параллельными. (См. Рис. 3.) Чтобы найти общую емкость таких комбинаций, мы идентифицируем последовательные и параллельные части, вычисляем их емкости, а затем находим общую.

Рисунок 3. (a) Эта схема содержит как последовательное, так и параллельное соединение конденсаторов. См. Пример 2 для расчета общей емкости цепи. (b) C ₁ и C ₂ идут последовательно; их эквивалентная емкость C _S меньше, чем у любого из них. (c) Обратите внимание, что C _S параллельно с C ₃ .Таким образом, общая емкость равна сумме C _S и C ₃ .

Смесь последовательной и параллельной емкости

Найдите общую емкость комбинации конденсаторов, показанной на рисунке 3. Предположим, что емкости на рисунке 3 известны с точностью до трех десятичных знаков ([латекс] \ boldsymbol {C_1 = 1.000 \; \ mu \ textbf {F}} [/ latex ], [латекс] \ boldsymbol {C_2 = 5.000 \; \ mu \ textbf {F}} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {C_3 = 8.000 \; \ mu \ textbf {F}} [/ latex]) и округлите ответ до трех десятичных знаков.

Стратегия

Чтобы найти общую емкость, мы сначала определяем, какие конденсаторы включены последовательно, а какие — параллельно. Конденсаторы [латекс] \ boldsymbol {C_1} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {C_2} [/ latex] включены последовательно. Их комбинация, обозначенная на рисунке [латекс] \ boldsymbol {C_S} [/ latex], параллельна [латексу] \ boldsymbol {C_3} [/ latex].

Решение

Поскольку [латекс] \ boldsymbol {C_1} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {C_2} [/ latex] соединены последовательно, их общая емкость определяется выражением [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_S } = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3}} [/ latex].Ввод их значений в уравнение дает

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_1}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {+} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C_2}} [/ латекс ] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {1.000 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {+} [ / latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {5.000 \; \ mu \ textbf {F}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ гидроразрыв {1.200} {\ mu \ textbf {F}}}. [/ latex]

Инвертирование дает

[латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {S}} = 0.833 \; \ mu \ textbf {F}}. [/ Latex]

Эта эквивалентная последовательная емкость подключена параллельно третьему конденсатору; Таким образом, общая сумма составляет

[латекс] \ begin {array} {r @ {{} = {}} l} \ boldsymbol {C _ {\ textbf {tot}}} & \ boldsymbol {C_S + C_S} \\ [1em] & \ boldsymbol { 0.833 \; \ mu \ textbf {F} + 8.000 \; \ mu \ textbf {F}} \\ [1em] & \ boldsymbol {8.833 \; \ mu \ textbf {F}}. \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Этот метод анализа комбинаций конденсаторов по частям, пока не будет получена общая сумма, может быть применен к более крупным комбинациям конденсаторов.

• Общая емкость последовательно [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {C _ {\ textbf {S}}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1 } {C_3} + \ cdots} [/ латекс]
• Общая емкость параллельно [латекс] \ boldsymbol {C _ {\ textbf {p}} = C_1 + C_2 + C_3 + \ cdots} [/ latex]
• Если схема содержит комбинацию конденсаторов, включенных последовательно и параллельно, определите последовательную и параллельную части, вычислите их емкости, а затем найдите общую сумму.

Концептуальные вопросы

1: Если вы хотите хранить большое количество энергии в конденсаторной батарее, подключите ли вы конденсаторы последовательно или параллельно? Объяснять.

Задачи и упражнения

1: Найдите общую емкость комбинации конденсаторов на рисунке 4.

Рисунок 4. Комбинация последовательного и параллельного подключения конденсаторов.

2: Предположим, вам нужна конденсаторная батарея с общей емкостью 0,750 Ф и у вас есть множество конденсаторов 1,50 мФ. Какое наименьшее число вы могли бы связать вместе, чтобы достичь своей цели, и как бы вы их связали?

3: Какую общую емкость можно получить, подключив символ [латекс] \ bold {5.00 \; \ mu \ textbf {F}} [/ latex] и конденсатор [latex] \ boldsymbol {8.00 \; \ mu \ textbf {F}} [/ latex] вместе?

4: Найдите общую емкость комбинации конденсаторов, показанной на рисунке 5.

Рисунок 5. Комбинация последовательного и параллельного подключения конденсаторов.

5: Найдите общую емкость комбинации конденсаторов, показанной на рисунке 6.

Рисунок 6. Комбинация последовательного и параллельного подключения конденсаторов.

6: Необоснованные результаты

(a) Конденсатор [латекс] \ boldsymbol {8.

No related posts.