แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเก็บประจุ: สูตร

ในบทความนี้เราจะพยายามครอบคลุมหัวข้อการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุในรูปแบบต่างๆ จากบทความเกี่ยวกับการเชื่อมต่อตัวต้านทาน เรารู้ว่ามีการเชื่อมต่อแบบขนานและแบบผสม กฎเดียวกันนี้เป็นจริงสำหรับบทความนี้ คอนเดนเซอร์ (จากคำภาษาละติน "condensare" - "to condense", "to thicken") เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แพร่หลายมาก

เหล่านี้เป็นตัวนำ (แผ่น) สองตัวซึ่งมีวัสดุเป็นฉนวน หากใช้แรงดันไฟฟ้า (U) ประจุไฟฟ้า (Q) จะสะสมบนตัวนำไฟฟ้า ลักษณะเด่นคือความจุ (C) คุณสมบัติของตัวเก็บประจุอธิบายโดยสมการ Q = UC ประจุบนเพลตและแรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงต่อกัน

สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุบนไดอะแกรม

ปล่อยให้ตัวเก็บประจุถูกป้อน แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ. มันชาร์จเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ประจุไฟฟ้าบนเพลตจะเพิ่มขึ้น หากแรงดันไฟฟ้าลดลง ประจุบนเพลตก็จะลดลงและคายประจุออกมาด้วย

ตามมาด้วยสายไฟที่เชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับส่วนที่เหลือของวงจร กระแสไฟฟ้าจะไหลเมื่อแรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุเปลี่ยนแปลง ไม่สำคัญว่าจะเกิดอะไรขึ้นในอิเล็กทริกระหว่างตัวนำ ความแรงของกระแสเท่ากับประจุทั้งหมดที่ไหลต่อหน่วยเวลาผ่านลวดที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุ ขึ้นอยู่กับความจุและอัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า

ความจุขึ้นอยู่กับลักษณะของฉนวน เช่นเดียวกับขนาดและรูปร่างของตัวนำ หน่วยวัดความจุของคอนเดอร์คือฟารัด (F), 1 F = 1 C / V. อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ความจุมักจะวัดเป็นไมโคร (10-6) หรือพิโก (10-12) ฟารัด

ตัวเก็บประจุส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างวงจรที่ขึ้นกับความถี่ เพื่อให้ได้แรงกระตุ้นไฟฟ้าสั้นอันทรงพลัง ซึ่งจำเป็นต้องเก็บพลังงานไว้ โดยการเปลี่ยนคุณสมบัติของช่องว่างระหว่างเพลต สามารถใช้วัดระดับของเหลวได้

การเชื่อมต่อแบบขนาน

การเชื่อมต่อแบบขนาน- นี่คือการเชื่อมต่อที่ขั้วของตัวเก็บประจุทั้งหมดมีจุดร่วมสองจุด - เรียกว่าอินพุตและเอาต์พุตของวงจร ดังนั้นอินพุตทั้งหมดจะรวมกันที่จุดหนึ่ง และเอาต์พุตทั้งหมดในอีกจุดหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุทั้งหมดจะเท่ากัน:

การเชื่อมต่อแบบขนานเกี่ยวข้องกับการกระจายประจุที่ได้รับจากแหล่งกำเนิดบนเพลตของตัวเก็บประจุหลายตัวซึ่งสามารถเขียนได้ดังนี้:

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุทั้งหมดเท่ากัน ประจุบนเพลตจึงขึ้นอยู่กับความจุเท่านั้น:

ความจุรวมของกลุ่มตัวเก็บประจุแบบขนาน:

ความจุรวมของกลุ่มตัวเก็บประจุดังกล่าวเท่ากับผลรวมของความจุที่รวมอยู่ในวงจร

ธนาคารตัวเก็บประจุใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มพลังและความเสถียรของระบบไฟฟ้าในสายไฟ ในขณะเดียวกันก็สามารถลดต้นทุนขององค์ประกอบเส้นที่ทรงพลังกว่าได้ ความเสถียรของการทำงานของสายไฟ ความต้านทานของสายไฟต่อความล้มเหลวและการโอเวอร์โหลดเพิ่มขึ้น

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมตัวเก็บประจุ - นี่คือการเชื่อมต่อโดยตรงโดยไม่ต้องแยกตัวนำ จากแหล่งจ่ายแรงดัน ประจุจะเข้าสู่เพลตของวงจรตัวเก็บประจุตัวแรกและตัวสุดท้าย

เนื่องจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตบนแผ่นด้านในของตัวเก็บประจุที่อยู่ติดกัน ประจุจะถูกทำให้เท่ากันบนเพลตที่เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่อยู่ติดกัน ดังนั้นประจุไฟฟ้าที่มีขนาดเท่ากันและเครื่องหมายตรงข้ามจะปรากฏขึ้น

ด้วยการเชื่อมต่อดังกล่าว ประจุไฟฟ้าบนเพลตของท่อร้อยสายแต่ละเส้นจะมีขนาดเท่ากัน:

แรงดันไฟรวมสำหรับวงจรทั้งหมด:

เห็นได้ชัดว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำสำหรับตัวเก็บประจุแต่ละตัวขึ้นอยู่กับประจุและความจุสะสมเช่น:

ดังนั้น ความจุที่เท่ากันของวงจรอนุกรมคือ:

ตามมาด้วยว่าส่วนกลับของความจุรวมเท่ากับผลรวมของส่วนกลับของความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว:

การเชื่อมต่อแบบผสม

การเชื่อมต่อแบบผสมของตัวเก็บประจุคือการเชื่อมต่อที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานในเวลาเดียวกัน เพื่อให้เข้าใจในรายละเอียดมากขึ้น มาดูการเชื่อมต่อนี้ด้วยตัวอย่าง:

รูปแสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุสองตัวเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่ด้านบนและด้านล่างและสองตัวแบบขนาน คุณสามารถรับสูตรจากสารประกอบข้างต้น:

พื้นฐานของวิศวกรรมวิทยุคือตัวเก็บประจุซึ่งใช้ในวงจรที่หลากหลาย - เหล่านี้เป็นแหล่งจ่ายไฟและแอพพลิเคชั่นสำหรับสัญญาณการจัดเก็บข้อมูลแบบแอนะล็อกตลอดจนในการสื่อสารโทรคมนาคมเพื่อควบคุมความถี่

คำถามเกี่ยวกับวิธีการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุสามารถเกิดขึ้นได้จากผู้ที่สนใจในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการบัดกรี บ่อยครั้งความต้องการสิ่งนี้เกิดขึ้นในกรณีที่อุปกรณ์ที่มีราคาเหมาะสมไม่อยู่ในมือเมื่อประกอบหรือซ่อมแซมอุปกรณ์

ตัวอย่างเช่น บุคคลจำเป็นต้องซ่อมแซมอุปกรณ์โดยเปลี่ยน ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าด้วยความจุ 1,000 microfarads ขึ้นไปไม่มีชิ้นส่วนใดที่เหมาะสมกับมูลค่าที่ตราไว้ แต่มีผลิตภัณฑ์หลายอย่างที่มีพารามิเตอร์ต่ำกว่า ในกรณีนี้ มีสามตัวเลือกในการออกจากสถานการณ์นี้:

1. เปลี่ยนตัวเก็บประจุ 1000 microfarad ด้วยอุปกรณ์ที่มีระดับต่ำกว่า
2. ไปที่ร้านค้าหรือตลาดวิทยุที่ใกล้ที่สุดเพื่อซื้อตัวเลือกที่เหมาะสม
3. เชื่อมต่อหลายองค์ประกอบเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ความจุที่ต้องการ

เป็นการดีกว่าที่จะปฏิเสธที่จะติดตั้งองค์ประกอบวิทยุที่มีระดับต่ำกว่าเนื่องจากการทดลองดังกล่าวไม่ได้จบลงด้วยความสำเร็จเสมอไป คุณสามารถไปตลาดหรือไปที่ร้านได้ แต่ต้องใช้เวลามาก ดังนั้น ในสถานการณ์เช่นนี้ ตัวเก็บประจุหลายตัวจึงถูกเชื่อมต่อและได้ความจุที่จำเป็น

การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุ

วงจรขนานสำหรับเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อเพลตของอุปกรณ์ทั้งหมดออกเป็นสองกลุ่ม ข้อสรุปแรกเชื่อมโยงกันในกลุ่มหนึ่ง และข้อสรุปที่สองเชื่อมโยงกันในอีกกลุ่มหนึ่ง รูปด้านล่างแสดงตัวอย่าง

ตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานกันจะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันเดียวกัน ดังนั้นจึงมีแรงดันไฟหรือความต่างศักย์อยู่สองจุด โปรดทราบว่าในทุกขั้วของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าจะมีค่าเท่ากัน

วงจรขนานสร้างความจุเดียวจากองค์ประกอบ ซึ่งมีค่าเท่ากับผลรวมของความจุของตัวเก็บประจุทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับกลุ่ม ในกรณีนี้ กระแสที่มีขนาดต่างกันจะไหลผ่านตัวเก็บประจุระหว่างการทำงานของอุปกรณ์ พารามิเตอร์ของกระแสที่ไหลผ่านผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับความจุของอุปกรณ์ ยิ่งความจุสูงเท่าไหร่กระแสก็จะไหลผ่านมากขึ้นเท่านั้น สูตรที่แสดงลักษณะการเชื่อมต่อแบบขนานมีดังนี้:

วงจรคู่ขนานมักใช้ในชีวิตประจำวันซึ่งช่วยให้คุณสามารถรวบรวมความสามารถที่จำเป็นจากองค์ประกอบต่างๆของนิกายต่างๆ

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเก็บประจุ

รูปแบบการเชื่อมต่อแบบอนุกรมคือห่วงโซ่ที่แผ่นตัวเก็บประจุแรกเชื่อมต่อกับแผ่นที่สองของอุปกรณ์ก่อนหน้า และแผ่นที่สองเชื่อมต่อกับแผ่นแรกของอุปกรณ์ถัดไป ขั้วต่อแรกของตัวเก็บประจุตัวแรกและขั้วที่สองของส่วนสุดท้ายในวงจรเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิด กระแสไฟฟ้าเนื่องจากมีการแจกจ่ายซ้ำระหว่างกัน ค่าไฟฟ้า. เพลตกลางทั้งหมดมีประจุเท่ากัน สลับกันเป็นสัญลักษณ์

รูปภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

กระแสที่มีขนาดเท่ากันไหลผ่านตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อในกลุ่ม พลังทั่วไปจำกัดโดยพื้นที่ของเพลตของอุปกรณ์ที่มีเรตติ้งน้อยที่สุด เนื่องจากหลังจากชาร์จอุปกรณ์ที่มีความจุน้อยที่สุด วงจรทั้งหมดจะหยุดส่งกระแสไฟ

แม้จะมีข้อเสียที่ชัดเจน แต่วิธีนี้ช่วยเพิ่มฉนวนระหว่างแผ่นแต่ละแผ่นจนถึงผลรวมของระยะห่างระหว่างขั้วของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมทั้งหมด นั่นคือเมื่อเชื่อมต่อสององค์ประกอบที่มีแรงดันไฟฟ้าทำงาน 200 V แบบอนุกรม ฉนวนระหว่างขั้วของพวกมันสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้สูงถึง 1,000 V ความจุตามสูตร:

วิธีนี้ช่วยให้คุณได้ตัวเก็บประจุขนาดเล็กในกลุ่มที่สามารถทำงานได้ที่ไฟฟ้าแรงสูง ทั้งหมดนี้สามารถทำได้โดยการซื้อองค์ประกอบเดียวของสกุลเงินที่เหมาะสม ดังนั้นในทางปฏิบัติจะไม่พบการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

สูตรนี้เกี่ยวข้องกับการคำนวณความจุรวมของวงจรของตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ในการกำหนดความจุรวมของวงจรที่มีอุปกรณ์จำนวนมาก คุณต้องใช้สูตร:

โครงการผสม

ตัวอย่างของรูปแบบการเชื่อมต่อแบบผสมแสดงไว้ด้านล่าง

ในการกำหนดความจุรวมของอุปกรณ์ต่าง ๆ วงจรทั้งหมดจะต้องแบ่งออกเป็นกลุ่มที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานและคำนวณพารามิเตอร์ความจุสำหรับแต่ละรายการ

ในทางปฏิบัติ วิธีนี้พบได้ในบอร์ดต่างๆ ที่นักวิทยุสมัครเล่นต้องใช้

การศึกษาชุด การเชื่อมต่อแบบขนานและแบบผสมของตัวเก็บประจุ

วัตถุประสงค์:เรียนรู้วิธีสร้างธนาคารตัวเก็บประจุและกำหนดความจุ

ส่วนทฤษฎี

การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบขนาน

ด้วยวงจรขนานการเชื่อมต่อ แผ่นตัวเก็บประจุทั้งหมดเชื่อมต่อกันเป็นสองกลุ่ม โดยที่หนึ่งเอาต์พุตจากตัวเก็บประจุแต่ละตัวเชื่อมต่อกับกลุ่มหนึ่งกับอีกกลุ่มหนึ่ง และส่วนที่สองไปยังอีกกลุ่มหนึ่ง ตัวอย่างภาพประกอบของการเชื่อมต่อแบบขนานและไดอะแกรม

บนรูปภาพ

ทั้งหมดเชื่อมต่อแบบขนานตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันเดียวกัน ดังนั้นจึงมีความต่างศักย์หรือแรงดันไฟอยู่สองจุด ขั้วทั้งหมดของตัวเก็บประจุจะมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันทุกประการ

เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน ตัวเก็บประจุทั้งหมดจะรวมกันเป็นหนึ่งความจุโดยพื้นฐานแล้ว ค่าที่จะเท่ากับผลรวมของความจุทั้งหมดของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่ออยู่ในวงจร เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน กระแสที่ต่างกันจะไหลผ่านตัวเก็บประจุแต่ละตัว ซึ่งจะขึ้นอยู่กับค่าความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว ยิ่งความจุสูงเท่าไหร่กระแสก็จะไหลผ่านมากขึ้นเท่านั้น

การเชื่อมต่อแบบขนานธรรมดามากในชีวิต ด้วยคุณสามารถรวบรวมความจุที่จำเป็นจากกลุ่มตัวเก็บประจุ ตัวอย่างเช่น การสตาร์ทมอเตอร์ 3 เฟสใน เครือข่ายเฟสเดียว 220 โวลต์ จากการคำนวณ คุณได้รับว่าต้องใช้ความจุในการทำงาน 125 ไมโครฟารัด คุณจะไม่พบความจุของตัวเก็บประจุลดราคา เพื่อให้ได้ความจุที่ต้องการ คุณจะต้องซื้อและเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ 3 ตัวแบบขนาน หนึ่งตัวสำหรับ 100 ไมโครฟารัด ตัวที่สองสำหรับ 20 ตัว และตัวที่สามสำหรับ 5 ไมโครฟารัด

การต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม

เมื่อต่อเป็นอนุกรมตัวเก็บประจุ แต่ละแผ่นเชื่อมต่อกันที่จุดหนึ่งกับอีกแผ่นหนึ่งของตัวเก็บประจุอีกแผ่นหนึ่ง ปรากฎเป็นห่วงโซ่ของตัวเก็บประจุ เอาต์พุตสองรายการสุดท้ายเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสซึ่งเป็นผลมาจากการกระจายประจุไฟฟ้าระหว่างกัน ประจุบนเพลตกลางทั้งหมดมีขนาดเท่ากัน สลับกันในเครื่องหมาย

ปริมาณกระแสเท่ากันไหลผ่านตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อทั้งหมดเป็นอนุกรม เนื่องจากไม่มีเส้นทางอื่น
ความจุรวมจะถูกจำกัดโดยพื้นที่ของเพลตที่มีขนาดที่เล็กที่สุด เพราะทันทีที่ตัวเก็บประจุที่มีความจุน้อยที่สุดถูกชาร์จจนเต็ม ห่วงโซ่ทั้งหมดจะหยุดส่งกระแสไฟและประจุที่เหลือจะถูกขัดจังหวะ มันคำนวณ

กระดูกตามสูตรนี้:

แต่ด้วยความต่อเนื่องการเชื่อมต่อจะเพิ่มระยะห่าง (หรือฉนวน) ระหว่างเพลตเป็นค่าเท่ากับผลรวมของระยะทางระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุที่ต่ออนุกรมทั้งหมด ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้ตัวเก็บประจุสองตัวที่มีแรงดันไฟฟ้าทำงาน 200 โวลต์ และเชื่อมต่อเป็นอนุกรม ฉนวนระหว่างแผ่นของพวกมันสามารถทนต่อ 1,000 โวลต์เมื่อเชื่อมต่อกับวงจร

จากที่กล่าวข้างต้นสรุปได้ว่าซึ่งต้องต่อกันเป็นชุด:

1. เพื่อรับตัวเก็บประจุขนาดเล็กเทียบเท่า

2. หากคุณต้องการคอนเทนเนอร์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น

3. สำหรับการสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบ capacitive ซึ่งช่วยให้คุณได้รับแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจากที่สูงกว่า

ในทางปฏิบัติเพื่อให้ได้ตัวเก็บประจุตัวแรกและตัวที่สองก็เพียงพอแล้วที่จะซื้อตัวเก็บประจุหนึ่งตัวที่มีความจุหรือแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ ดังนั้นวิธีการเชื่อมต่อในชีวิตจึงไม่เกิดขึ้น