Последовательное соединение полярных конденсаторов

Последовательное и параллельное соединения конденсаторов: применение, формулы расчёта ёмкости и напряжения

Последовательное соединение полярных конденсаторов

Практически на любой электронной плате применяются конденсаторы, устанавливаются они и в силовых схемах. Для того чтобы компонент мог выполнять свои функции, он должен обладать определёнными характеристиками. Иногда возникает ситуация, когда необходимого элемента нет в продаже или его цена неоправданно завышена.

Выйти из сложившегося положения можно, используя несколько элементов, а необходимые характеристики получают, применяя параллельное и последовательное соединения конденсаторов между собой.

Немного теории

Конденсатор — пассивный электронный компонент, с переменной или постоянной величиной ёмкости, которое предназначено для накопления заряда и энергии электрического поля.

При выборе этих электронных компонентов руководствуются двумя основными характеристиками:

  1. Номинальная ёмкость измеряется в фарадах, но так как это очень большая величина, чаще всего применяют микрофарады. Номинальную величину этого параметра указывают на корпусе. Необходимо учитывать, что в зависимости от класса точности, отклонение действительной величины от номинальной может достигать ±20%, а иногда и более. Такие элементы подходят для большинства схем, поэтому при составлении батареи конденсаторов точного подбора ёмкости не требуется, достаточно уложиться в указанную погрешность.
  2. Номинальное напряжение измеряется в вольтах. Применение электронного компонента с номинальным напряжением, которое ниже чем в схеме, может привести к пробою диэлектрика и выходу элемента из строя. Поэтому эту величину необходимо выбирать с некоторым запасом.

Условное обозначение неполярного постоянного конденсатора на схеме, показано на рис. 1, а. Для полярного электронного компонента дополнительно отмечают положительный вывод — рис. 1, б.

Способы соединения конденсаторов

Составление батарей конденсаторов позволяет изменить суммарную ёмкость или рабочее напряжение. Для этого могут применяться такие способы соединения:

  • последовательное;
  • параллельное;
  • смешанное.

Последовательное соединение

Последовательное подключение конденсаторов показано на рис. 1, в. Применяют такое соединение в основном для увеличения рабочего напряжения. Дело в том, что диэлектрики каждого из элементов расположены друг за другом, поэтому при таком соединении напряжения складываются.

Суммарная ёмкость последовательно соединённых элементов можно рассчитать по формуле, которая для трёх компонентов будет иметь вид, показанный на рис. 1, е.

После преобразования в более привычную для нас форму, формула примет вид рис. 1, ж.

Если, соединённые последовательно, компоненты имеют одинаковые ёмкости, то расчёт значительно упрощается. В этом случае суммарную величину можно определить, разделив номинал одного элемента на их количество. Например, если требуется определить, какова ёмкость при последовательном соединении двух конденсаторов по 100 мкФ, то эту величину можно рассчитать, разделив 100 мкФ на два, то есть суммарная ёмкость равна 50 мкФ.

Читайте также  Виды муфтовых соединений

Максимально упростить расчёты последовательно соединённых компонентов, позволяет использование онлайн-калькуляторов, которые без проблем можно найти в сети.

Параллельное подключение

Параллельное подключение конденсаторов показано на рис. 1, г. При таком соединении рабочее напряжение не изменяется, а ёмкости складываются. Поэтому для получения батарей большой ёмкости, используют параллельное соединение конденсаторов. Калькулятор для расчёта суммарной ёмкости не понадобится, так как формула имеет простейший вид:

С сум = С 1 + С 2 + С 3.

Собирая батарею для запуска трёхфазных асинхронных электродвигателей, часто применяют параллельное соединение электролитических конденсаторов. Обусловлено это большой ёмкостью этого типа элементов и небольшим временем запуска электродвигателя. Такой режим работы электролитических компонентов допустим, но следует выбирать те элементы, у которых номинальное напряжение минимум в два раза превышает напряжение сети.

Смешанное включение

Смешанное подключение конденсаторов — это сочетание параллельного и последовательного соединений.

Схематически такая цепочка может выглядеть по-разному. В качестве примера рассмотрим схему, изображённую на рис. 1, д. Батарея состоит из шести элементов, из которых С1, С2, С3, соединены параллельно, а С4, С5, С6 — последовательно.

Рабочее напряжение можно определить сложением номинальных напряжений С4, С5, С6 и напряжения одного из параллельно подключённых конденсаторов. Если параллельно соединённые элементы имеют разные номинальные напряжения, то для расчёта берут меньшее из трёх.

Для определения суммарной ёмкости, схему разбивают на участки с одинаковым соединением элементов, производят расчёт для этих участков, после чего определяют общую величину.

Для нашей схемы последовательность вычислений следующая:

  1. Определяем ёмкость параллельно соединённых элементов и обозначаем её С 1-3.
  2. Рассчитываем ёмкость последовательно соединённых элементов С 4-6.
  3. На этом этапе можно начертить упрощённую эквивалентную схему, в которой вместо шести элементов изображаются два — С 1-3 и С 4-6. Эти элементы схемы соединены последовательно. Остаётся произвести расчёт такого соединения и мы получим искомую.

В жизни подробные знания о смешанном соединении могут только пригодится радиолюбителям.

Источник: https://chebo.pro/tehnologii/parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie-kondensatorov.html

Что такое конденсатор

Последовательное соединение полярных конденсаторов

Конденсаторы или как в народе говорят – кондеры, образуются от латинского “condensatus”, что означает как “уплотненный, сгущенный”.

Интересное название, не правда ли? Но теперь вопрос ставится ребром: ” А что уплотняется или сгущается в конденсаторе?”  А сгущается в конденсаторе электрический заряд.

Конденсатор  – это своеобразный аккумулятор, но прикол в нем такой, что он готов сразу отдать весь заряд за доли секунды.  Главное отличие от аккумулятора в том, что внутри него нет источника ЭДС.

В свое время, еще в школе, мы развлекались тем, что брали конденсатор типа МБГЧ, емкостью побольше, на долю секунды вставляли его в розетку и потом шваркали друг друга этим конденсатором. Ощущения  были очень “приятными” 🙂  Чем больше емкость, тем ярче ощущения))).

Но, как говорится, времена идут, а конденсатор остается конденсатором.  И используется он теперь не только, для того, чтобы гонять друг друга, но  также широко используется и в радиоэлектронике. Скорее всего, последняя фраза даже более правдивая, чем первая :-).

Читайте также  Соединение СИП и медного кабеля

Как устроен конденсатор

Любой конденсатор состоит из двух обкладок и эти обкладки изолированы друг от друга и не прикасаются с друг другом. Представим себе блин:

намажем его сгущенкой

 и сверху положим точно такой же блин

Должно выполняться условие:эти два блина не должны прикасаться  друг  с другом. То есть верхний блин должен лежать на сгущенке и не прикасаться с нижним блином. Тут, думаю, все понятно. Перед Вами типичный “блинный конденсатор” :-). Вот таким образом устроены все конденсаторы, только вместо блинов используются тонкие металлические пластины, а вместо сгущенки разный диэлектрик. К каждой металлической пластине присоединен проводок – это и есть выводы конденсатора.

Как я уже сказал, конденсатор способен накапливать электрический заряд. Эту способность называют емкостью. Чем больше емкость, тем больше конденсатор сможет накопить электрического заряда. Его емкость измеряется в Фарадах (Ф или  зарубежный (буржуйский) вариант F).

В радиоэлектронной и электротехнической промышленности используются конденсаторы абсолютно разных номиналов. Емкость зависит от площади “блинов”, толщины “сгущенки” намазанной между ними, а также от состава сгущенки :-).

  Чем больше площадь “блинов” и тоньше “сгущенка”, тем больше его емкость.

А вот и конденсаторы, которые похожи на блинчики,  но эти блинчики могут также быть и квадратной формы:

Для того, чтобы уменьшить габариты  конденсатора, можно завернуть его в трубочку, как и наш тортик из двух блинов со сгущенкой:

В результате у нас получатся  малые габариты, но большой объем. Это не беда! Ведь свернуть в трубочку можно очень большие “блины”, если “сгущенка” между ними намазана очень тонким слоем. Этот принцип используется в цилиндрических конденсаторах.

В них как раз намотан вот такой “рулончик”. На фото разобранный цилиндрический конденсатор.

Как видите, здесь две ленты алюминиевой фольги, а между ними тонкая светло-коричневая бумага – диэлектрик. Такие конденсаторы обладают большой емкостью, так как у них площадь пластин, как вы видите, очень приличная.

Виды конденсаторов и их обозначение на схеме

Все конденсаторы на схемах обозначаются буковкой “С”. Простые делятся на два вида: полярные и неполярные. Неполярные конденсаторы очень распространены и занимают значительную часть радиоаппаратуры:

а также к ним относятся маленькие SMD конденсаторы вот такого типа:

на схемах неполярные конденсаторы обозначаются вот таким образом:

К полярным конденсаторам относятся электролитические конденсаторы

и SMD полярные конденсаторы:

На схемах обозначаются вот так, то есть у них есть плюсовый вывод, который в цепи должен быть соединен  с положительным потенциалом схемы.

По аналогии с резисторами, есть на свете и  конденсаторы переменной емкости (КПЕ):

 на схемах обозначаются как-то вот так:

 ну и, конечно же, подстроечные конденсаторы:

 а вот и их схемное обозначение:

Есть также  особый класс конденсаторов – ионисторы. Иногда их еще называют суперконденсаторами или золотыми конденсаторами. Нет, не потому, что  там есть золото. Сам принцип работы ионистора ценее, чем золото.

Читайте также  Соединение заземления с электрощитом

  Для того, чтобы получить максимальную емкость мы должны намазать “сгущенку”(диэлектрик)  тонким-тонким слоем или увеличить площадь блинов (металлических пластин). Так как без конца увеличивать слой блинов очень затратно,  разработчики решили уменьшить слой диэлектрика.

Так как диэлектрический слой между обкладками ионистора , то есть “слой сгущенки”, составляет 5-10 нанометров, следовательно емкость ионистора достигает впечатляющих значений! Вы только представьте, какой заряд может накопить такой суперконденсатор!

Емкость таких конденсаторов может достигать до десятка фарад. Поверьте, это очень много. Ионисторы выглядят, как обычные таблетки, а  также могут выглядеть как цилиндрические конденсаторы. Для того, чтобы различить их от конденсаторов, достаточно взглянуть на емкость, которая на них указана. Если там единицы Фарад, то это однозначно ионистор!

В настоящее время ионисторы стали очень широко применяться в электронике и электротехнике. Они заменяют маленькие батарейки с малым напряжением, потому что ионистор конструктивно пока что не могут сделать на напряжение более нескольких Вольт. Но можно соединить их последовательно и набрать нужное напряжение. Но удовольствие это не дешевое :-).

Они также очень быстро заряжаются, так как их сопротивление ограничено только их выводами.  А исходя из Закона Ома, чем меньше сопротивление проводника, тем большая Сила тока течет по нему и следовательно тем быстрее заряжается ионистор. Заряжать и разряжать ионисторы можно туеву кучу раз).

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

При последовательном соединении  конденсаторов

общая емкость вычисляется по формуле

 а при параллельном соединении

их общая емкость будет вычисляться по формуле:

Про то, как проверить конденсатор на работоспособность, можете  узнать, прочитав  эту статью.

Конденсаторы – это огромная тема в радиоэлектронике.  В этой статье я затронул  только основные понятия.  В настоящее время ни одно устройство не обходится без этих радиоэлементов. При выборе конденсатора обязательно смотрите, на какое напряжение он рассчитан.

  Если он будет использоваться в цепях с высоким напряжением, то он может либо сгореть либо даже взорваться.

Если, например, я собираюсь использовать его в цепях с напряжением в 36 Вольт, то я должен взять  хотя бы минимум на 50 Вольт и больше, но не меньше! Всегда обращайте внимание на этот параметр.

Имейте также ввиду, что конденсаторы и их виды очень чувствительны к нагреву и могут менять свою емкость под воздействием температуры. Поэтому, при проектировании старайтесь распределять их на плате подальше от  разного рода нагревашек:  радиаторов, трансформаторов и мощных резисторов.

Будьте осторожны с конденсаторами большой емкости.  Прежде, чем взять его в руки, убедитесь, что он разряжен. Желательно разряжать такие конденсаторы через сопротивление от 1 КилоОма, замкнув его выводы этим самым резистором. Старайтесь не задевать голыми руками выводы конденсатора, когда будете проводить эти операции.

Источник: https://www.RusElectronic.com/kondjensatory/