Kondenzatori u nizu i paraleli: što je to, formula, napon (sa dijagramima)

Kada učite fiziku elektronike i dobro se snalazite u osnovama - poput značenja ključnih pojmova poputnapon​, ​Trenutnoiotpornost, zajedno s važnim jednadžbama kao što je Ohmov zakon - učenje kako rade različite komponente sklopa sljedeći je korak u svladavanju predmeta.

Akondenzatorjedna je od najvažnijih komponenata koju treba razumjeti jer se široko koriste u osnovi u svim područjima elektronike. Od kondenzatora za spajanje i odvajanje, do kondenzatora koji rade bljeskalicu fotoaparata ili igraju ključnu ulogu u tome ispravljači potrebni za pretvorbu izmjeničnog u istosmjerni, teško je primijeniti ogroman spektar primjena kondenzatora pretjerivati. Zbog toga je važno da znate izračunati kapacitet i ukupni kapacitet različitih rasporeda kondenzatora.

Kondenzator je jednostavna električna komponenta sastavljena od dvije ili više provodnih ploča koje se drže paralelno jedna drugoj i odvojene zrakom ili izolacijskim slojem. Dvije ploče imaju mogućnost pohranjivanja električnog naboja kad su spojene na izvor napajanja, pri čemu jedna ploča razvija pozitivan naboj, a druga skuplja negativni naboj.

U osnovi je kondenzator poput male baterije koja stvara potencijalnu razliku (tj. Napon) između dviju ploča, odvojenih izolacijskim razdjelnikom koji se nazivadielektrik(što može biti mnogo materijala, ali često je keramika, staklo, voštani papir ili tinjac), koji sprječava strujanje struje s jedne ploče na drugu, čime održava pohranjeni naboj.

Za dati kondenzator, ako je napon povezan na bateriju (ili drugi izvor napona)V, pohranit će električni nabojP. Ova sposobnost je jasnije definirana "kapacitetom" kondenzatora.

Imajući to na umu, vrijednost kapacitivnosti mjeri sposobnost kondenzatora da pohranjuje energiju u obliku naboja. U fizici i elektronici kapacitivnost dobiva simbolC, a definira se kao:

GdjePje naboj pohranjen u pločama iVje potencijalna razlika izvora napona spojenog na njih. Ukratko, kapacitivnost je mjera omjera naboja i napona, pa su jedinice kapacitivnosti kulomi naboja / volti razlike potencijala. Kondenzator većeg kapaciteta sprema više naboja za datu količinu napona.

Koncept kapacitivnosti toliko je važan da su mu fizičari dali jedinstvenu jedinicu pod nazivomfarad(nakon britanskog fizičara Michaela Faradaya), gdje je 1 F = 1 C / V. Slično kao kulon za punjenje, farad je prilično velika količina kapacitivnosti, s tim da je većina vrijednosti kondenzatora u opsegu pikofarada (pF = 10⁻¹² F) na mikrofarad (μF = 10⁻⁶ F).

U serijskom krugu sve su komponente smještene na istom putu oko petlje, a na isti su način serijski kondenzatori povezani jedan za drugim na jednom putu oko kruga. Ukupni kapacitet za određeni broj kondenzatora u seriji može se izraziti kao kapacitet jednog ekvivalentnog kondenzatora.

Formula za to može se izvesti iz glavnog izraza za kapacitivnost iz prethodnog odjeljka, preuređenog na sljedeći način:

Budući da Kirchhoffov zakon o naponu kaže da zbroj padova napona oko cijele petlje kruga mora biti jednak naponu iz napajanja, za određeni broj kondenzatoran, naponi se moraju dodavati kako slijedi:

GdjeV​_mališan ukupni napon iz izvora napajanja iV​₁, ​V​₂, ​V​₃ i tako dalje su padovi napona na prvom kondenzatoru, drugom kondenzatoru, trećem kondenzatoru i tako dalje. To u kombinaciji s prethodnom jednadžbom dovodi do:

Tamo gdje indeksi imaju isto značenje kao i prije. Međutim, naboj na svakoj od ploča kondenzatora (tj.,Pvrijednosti) dolaze sa susjedne ploče (tj. pozitivni naboj na jednoj strani ploče 1 mora odgovarati negativnom naboju na najbližoj strani ploče 2 i tako dalje), tako da možete napisati:

Naknade se stoga otkazuju, ostavljajući:

Budući da je kapacitet kombinacije jednak ekvivalentnom kapacitetu pojedinog kondenzatora, to možemo zapisati:

za bilo koji broj kondenzatoran​.

Da biste pronašli ukupni kapacitet (ili ekvivalentni kapacitet) reda serijskih kondenzatora, jednostavno primijenite gornju formulu. Za tri kondenzatora s vrijednostima od 3 μF, 8 μF i 4 μF (tj. Mikrofarade), primjenjujete formulu sn​ = 3:

I tako:

Za paralelne kondenzatore analogni rezultat izveden je iz Q = VC, činjenice da pad napona na svim paralelno povezanim kondenzatorima (ili bilo kojim komponentama u paralelni krug) je isti, a činjenica da će naboj na jednom ekvivalentnom kondenzatoru biti ukupni naboj svih pojedinačnih kondenzatora u paraleli kombinacija. Rezultat je jednostavniji izraz za ukupni kapacitet ili ekvivalentni kapacitet:

gdje opet,nje ukupan broj kondenzatora.

Za ista tri kondenzatora kao u prethodnom primjeru, osim ovog paralelno spojenog vremena, izračun ekvivalentne kapacitivnosti je:

Pronalaženje ekvivalentne kapacitivnosti za serijski poredane i paralelno raspoređene kondenzatore jednostavno uključuje primjenu ove dvije formule redom. Na primjer, zamislite kombinaciju kondenzatora s dva kondenzatora u nizu, saC​₁ = 3 × 10⁻³ F iC​₂ = 1 × 10⁻³ F, i još jedan kondenzator paralelno sC​₃ = 8 × 10⁻³ F.

Prvo se uhvatite u koštac s dva kondenzatora u nizu:

Tako:

Ovo je jedan ekvivalentni kondenzator za serijski dio, tako da ga možete tretirati kao jedan kondenzator za pronalaženje ukupne kapacitivnosti kruga, koristeći formulu za paralelne kondenzatore i vrijednost zaC​₃:

Za drugu kombinaciju kondenzatora, tri s paralelnom vezom (s vrijednostima odC​₁ = 3 μF,C​₂ = 8 μF iC​₃ = 12 μF) i jedan s serijskim priključkom (sC​₄ = 20 μF):

Pristup je u osnovi isti kao u prošlom primjeru, osim što prvo obrađujete paralelne kondenzatore. Tako:

Sada, tretirajući ih kao jedan kondenzator i kombinirajući ih sC​₄, ukupni kapacitet je:

Tako:

Imajte na umu da, budući da su svi pojedinačni kapaciteti bili u mikrofaradima, cijeli izračun može biti dovršen u mikrofaradima bez pretvorbe - sve dok se sjećate kad citirate svoj konačni odgovori!