Când înveți fizica electronicii și ai o bună abordare a elementelor de bază - cum ar fi semnificația termenilor cheie, cum ar fiVoltaj, actualșirezistenţă, împreună cu ecuații importante, cum ar fi legea lui Ohm - învățarea modului în care funcționează diferite componente ale circuitului este următorul pas către stăpânirea subiectului.
Acondensatoreste una dintre cele mai importante componente de înțeles, deoarece sunt utilizate pe scară largă în toate domeniile electronice. De la cuplarea și decuplarea condensatoarelor, până la condensatoarele care fac ca blițul unei camere să funcționeze sau să joace un rol cheie în redresoarele necesare conversiilor de la AC la CC, gama imensă de aplicații a condensatorilor este greu de realizat exagerat. Acesta este motivul pentru care este important să știți cum să calculați capacitatea și capacitatea totală a diferitelor aranjamente ale condensatoarelor.
Ce este un condensator?
Un condensator este o componentă electrică simplă compusă din două sau mai multe plăci conductoare care sunt ținute paralel una de alta și fie separate prin aer, fie printr-un strat izolator. Cele două plăci au capacitatea de a stoca încărcătura electrică atunci când sunt conectate la o sursă de alimentare, o placă dezvoltând o sarcină pozitivă, iar cealaltă colectând o sarcină negativă.
În esență, un condensator este ca o baterie mică, producând o diferență de potențial (adică o tensiune) între cele două plăci, separate de separatorul izolator numitdielectric(care poate fi mai multe materiale, dar este adesea ceramică, sticlă, hârtie de ceară sau mică), ceea ce împiedică curentul să curgă de pe o placă pe cealaltă, menținând astfel încărcarea stocată.
Pentru un anumit condensator, dacă este conectat la o baterie (sau altă sursă de tensiune) cu o tensiuneV, va stoca o încărcare electricăÎ. Această capacitate este mai clar definită de „capacitatea” condensatorului.
Ce este capacitatea?
Având în vedere acest lucru, valoarea capacității este o măsură a capacității unui condensator de a stoca energie sub formă de încărcare. În fizică și electronică, capacității i se dă simbolulC, și este definit ca:
C = \ frac {Q} {V}
UndeÎeste sarcina stocată în plăci șiVeste diferența de potențial a sursei de tensiune conectată la acestea. Pe scurt, capacitatea este o măsură a raportului dintre sarcină și tensiune, deci unitățile de capacitate sunt coulombi de sarcină / volți de diferență de potențial. Un condensator cu o capacitate mai mare stochează mai multă sarcină pentru o anumită cantitate de tensiune.
Conceptul de capacitate este atât de important încât fizicienii i-au dat o unitate unică, numităfarad(după fizicianul britanic Michael Faraday), unde 1 F = 1 C / V. Un pic ca coulombul pentru încărcare, un farad este o cantitate destul de mare de capacitate, majoritatea valorilor condensatorilor fiind în intervalul unui picofarad (pF = 10−12 F) la un microfarad (μF = 10−6 F).
Capacitate echivalentă a condensatoarelor de serie
Într-un circuit de serie, toate componentele sunt aranjate pe aceeași cale în jurul buclei și, în același mod, condensatoarele de serie sunt conectate unul după altul pe o singură cale în jurul circuitului. Capacitatea totală pentru un număr de condensatori în serie poate fi exprimată ca capacitate de la un singur condensator echivalent.
Formula pentru aceasta poate fi derivată din expresia principală pentru capacitate din secțiunea anterioară, rearanjată după cum urmează:
V = \ frac {Q} {C}
Deoarece legea tensiunii lui Kirchhoff prevede că suma scăderilor de tensiune în jurul unei bucle complete a unui circuit trebuie să fie egală cu tensiunea de la sursa de alimentare, pentru un număr de condensatorin, tensiunile trebuie să se adauge după cum urmează:
V_ {tot} = V_1 + V_2 + V_3 +... V_n
UndeVtot este tensiunea totală de la sursa de alimentare șiV1, V2, V3 și așa mai departe sunt căderile de tensiune pe primul condensator, al doilea condensator, al treilea condensator și așa mai departe. În combinație cu ecuația anterioară, acest lucru duce la:
\ frac {Q_ {tot}} {C_ {tot}} = \ frac {Q_1} {C_1} + \ frac {Q_2} {C_2} + \ frac {Q_3} {C_3} +... \ frac {Q_n} {C_n }
În cazul în care indicii au același sens ca înainte. Cu toate acestea, încărcarea pe fiecare dintre plăcile condensatorului (adicăÎvalorile) provin de pe placa vecină (adică sarcina pozitivă pe o parte a plăcii 1 trebuie să se potrivească cu sarcina negativă pe partea cea mai apropiată a plăcii 2 și așa mai departe), astfel încât să puteți scrie:
Q_ {tot} = Q_1 = Q_2 = Q_3 = Q_n
Prin urmare, taxele se anulează, lăsând:
\ frac {1} {C_ {tot}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +... \ frac {1} {C_n}
Deoarece capacitatea combinației este egală cu capacitatea echivalentă a unui singur condensator, aceasta poate fi scrisă:
\ frac {1} {C_ {eq}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +... \ frac {1} {C_n}
pentru orice număr de condensatorin.
Condensatoare de serie: Exemplu funcționat
Pentru a găsi capacitatea totală (sau capacitatea echivalentă) a unui rând de condensatoare în serie, pur și simplu aplicați formula de mai sus. Pentru trei condensatori cu valori de 3 μF, 8 μF și 4 μF (adică micro-farade), aplicați formula cun = 3:
\ begin {align} \ frac {1} {C_ {eq}} & = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} \\ & = \ frac {1} {3 × 10 ^ {- 6} \ text {F}} + \ frac {1} {8 × 10 ^ {- 6} \ text {F}} + \ frac {1} {4 × 10−6 \ text {F}} \\ & = 708333.333 \ text {F} ^ {- 1} \ end {align}
Așadar:
\ begin {align} C_ {eq} & = \ frac {1} {708333.333 \ text {F} ^ {- 1}} \\ & = 1.41 × 10 ^ {- 6} \ text {F} \\ & = 1,41 \ text {μF} \ end {align}
Capacitate echivalentă a condensatoarelor paralele
Pentru condensatorii paraleli, rezultatul analog este derivat din Q = VC, faptul că căderea de tensiune pe toți condensatorii conectați în paralel (sau orice componente dintr-o circuit paralel) este același și faptul că sarcina pe condensatorul echivalent unic va fi sarcina totală a tuturor condensatorilor individuali din paralel combinaţie. Rezultatul este o expresie mai simplă pentru capacitatea totală sau capacitatea echivalentă:
C_ {eq} = C_1 + C_2 + C_3 +... C_n
unde din nou,neste numărul total de condensatori.
Pentru aceleași trei condensatoare ca în exemplul anterior, cu excepția acestei perioade conectate în paralel, calculul pentru capacitatea echivalentă este:
\ begin {align} C_ {eq} & = C_1 + C_2 + C_3 +... C_n \\ & = 3 × 10 ^ {- 6} \ text {F} + 8 × 10 ^ {- 6} \ text {F} + 4 × 10 ^ {- 6} \ text {F} \\ & = 1,5 × 10 ^ {- 5} \ text {F} \\ & = 15 \ text {μF} \ end {align}
Combinații de condensatori: prima problemă
Găsirea capacității echivalente pentru combinații de condensatori aranjați în serie și aranjați în paralel implică pur și simplu aplicarea pe rând a acestor două formule. De exemplu, imaginați-vă o combinație de condensatori cu doi condensatori în serie, cuC1 = 3 × 10−3 F șiC2 = 1 × 10−3 F, și un alt condensator în paralel cuC3 = 8 × 10−3 F.
În primul rând, abordați cei doi condensatori în serie:
\ begin {align} \ frac {1} {C_ {eq}} & = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} \\ & = \ frac {1} {3 × 10 ^ { −3} \ text {F}} + \ frac {1} {1 × 10 ^ {- 3} \ text {F}} \\ & = 1333.33 \ text {F} ^ {- 1} \ end {align}
Asa de:
\ begin {align} C_ {eq} & = \ frac {1} {1333.33 \ text {F} ^ {- 1}} \\ & = 7.5 × 10 ^ {- 4} \ text {F} \ end {align }
Acesta este condensatorul echivalent unic pentru porțiunea de serie, deci puteți trata acest lucru ca pe un singur condensator pentru a găsi capacitatea totală a circuitului, utilizând formula pentru condensatori paraleli și valoare pentruC3:
\ begin {align} C_ {tot} & = C_ {eq} + C_3 \\ & = 7.5 × 10 ^ {- 4} \ text {F} + 8 × 10 ^ {- 3} \ text {F} \\ & = 8,75 × 10 ^ {- 3} \ text {F} \ end {align}
Combinații de condensatori: problema a doua
Pentru o altă combinație de condensatori, trei cu o conexiune paralelă (cu valori deC1 = 3 μF,C2 = 8 μF șiC3 = 12 μF) și una cu o conexiune în serie (cuC4 = 20 μF):
Abordarea este practic aceeași ca și în ultimul exemplu, cu excepția faptului că vă ocupați mai întâi de condensatoarele paralele. Asa de:
\ begin {align} C_ {eq} & = C_1 + C_2 + C_3 \\ & = 3 \ text {μF} + 8 \ text {μF} + \ text {12 μF} \\ & = 23 \ text {μF} \ end {align}
Acum, tratându-le ca pe un singur condensator și combinându-le cuC4, capacitatea totală este:
\ begin {align} \ frac {1} {C_ {tot}} & = \ frac {1} {C_ {eq}} + \ frac {1} {C_4} \\ & = \ frac {1} {23 \ text {μF}} + \ frac {1} {20 \ text {μF}} \\ & = 0.09348 \ text {μF} ^ {- 1} \ end {align}
Asa de:
\ begin {align} C_ {tot} & = \ frac {1} {0.09348 \ text {μF} ^ {- 1}} \\ & = 10.7 \ text {μF} \ end {align}
Rețineți că, deoarece toate capacitățile individuale erau în microfarade, întregul calcul se poate să fie completat în microfarade fără conversie - atâta timp cât vă amintiți când ați citat finalul raspunsuri!