Соединение конденсаторов. Существуют различные способы подключения конденсаторов в электрических цепях. Конденсаторы могут быть соединены последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанным соединением конденсаторов). Различные типы подключения конденсаторов показаны на рисунке 1.
Рисунок 1: Типы соединений конденсаторов.
Параллельное соединение конденсаторов.
Если группа конденсаторов соединена в цепь таким образом, что пластины всех конденсаторов непосредственно соединены друг с другом, такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рис. 2).
Рисунок 2: Параллельное соединение конденсаторов.
Когда заряжается группа параллельно соединенных конденсаторов, между пластинами всех конденсаторов будет одинаковая разность потенциалов, поскольку все они заряжаются от одного источника тока. Общее количество электроэнергии на всех конденсаторах будет равно сумме количества электроэнергии, помещенной на каждый конденсатор, поскольку каждый конденсатор заряжается независимо от заряда других конденсаторов в группе. Исходя из этого, весь массив конденсаторов, соединенных параллельно, можно рассматривать как один эквивалентный конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.
Обозначим через Cob общую емкость конденсаторов, подключенных к батарее, емкость первого конденсатора C1, емкость второго конденсатора C2 и емкость третьего конденсатора C3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет применяться следующая формула:
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.
Последний знак + и многоточие показывают, что эта формула может быть использована для четырех, пяти или любого количества конденсаторов.
Последовательное соединение конденсаторов.
Когда конденсаторы соединены в батарею в виде цепи, и только пластины первого и последнего конденсатора непосредственно соединены с точками подключения в цепи, такое соединение конденсаторов называется последовательным (рис. 3).
Рисунок 2: Последовательное соединение конденсаторов.
При последовательном соединении все конденсаторы заряжаются одинаковым током, так как только крайние пластины (1 и 6) заряжаются непосредственно от источника тока, а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заряжаются под воздействием. 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 так далее.
Напряжения на разных конденсаторах, в общем случае, будут разными, потому что для зарядки одинакового количества электричества на конденсаторах разной емкости всегда требуется разное напряжение. Чем меньше емкость конденсатора, тем выше напряжение, необходимое для зарядки этого конденсатора необходимым количеством электроэнергии, и наоборот.
Таким образом, при зарядке группы конденсаторов, соединенных последовательно, конденсаторы с низкой емкостью будут иметь более высокое напряжение, а конденсаторы с высокой емкостью — более низкое.
Как и в предыдущем случае, мы можем рассматривать всю группу последовательно соединенных конденсаторов как один эквивалентный конденсатор, напряжение между пластинами которого равно сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд равен заряду любого из конденсаторов группы.
Возьмите самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое высокое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе — лишь часть общего напряжения, существующего на всей группе конденсаторов. Напряжение на всей группе больше, чем напряжение на конденсаторе с наименьшей емкостью. Отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы последовательно соединенных конденсаторов меньше емкости наименьшего конденсатора в группе.
Для расчета общей емкости конденсаторов, соединенных последовательно, удобнее всего использовать следующую формулу:
Соединение конденсаторов (часть 1)
Для особого случая двух конденсаторов, соединенных последовательно, формула для расчета их общей емкости будет следующей:
Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов
Цепь с последовательным и параллельным соединением конденсаторов называется последовательно-параллельным соединением конденсаторов.
На рисунке 4 показан пример схемы со смешанным соединением конденсаторов.
Рисунок 4: Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.
При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельными конденсаторами участок делится на прямые участки, состоящие только из групп последовательных или параллельных конденсаторов. Алгоритм расчета происходит следующим образом:
(1) Определите эквивалентную емкость секций с последовательно-параллельными конденсаторами.
(2) Если эти секции содержат конденсаторы, соединенные последовательно, сначала рассчитайте их емкость.
3) Рассчитав эквивалентные емкости конденсаторов, перерисуйте схему. Обычный результат — цепь последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.
4. вычислите емкость полученной цепи.
Один из примеров расчета емкости в смешанном конденсаторном соединении показан на рисунке 5.
Рисунок 5: Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.
Подробнее о расчете конденсаторных соединений вы можете прочитать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:
ПОНРАВИЛАСЬ ЛИ ВАМ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИТЕСЬ ИМ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
