У цій статті ми спробуємо розкрити тему з'єднання конденсаторів у різний спосіб. Зі статті про з'єднання резисторів ми знаємо, що існує послідовне, паралельне і змішане з'єднання, це правило справедливо і для цієї статті. Конденсатор (від лат. слова "condensare" - "ущільнювати", "згущувати") - це дуже широко розповсюджений електричний прилад.
Це два провідники (обкладки), між якими знаходиться ізоляційний матеріал. Якщо на нього подати напругу (U), на його провідниках накопичиться електричний заряд (Q). Основна його характеристика – ємність (C). Властивості конденсатора описуються рівнянням Q = UC, заряд на обкладках та напруга прямо пропорційні один одному.
Умовне позначення конденсатора на схемі
Нехай на конденсатор подається змінна напруга. Він заряджається зі зростанням напруги, електричний заряд на обкладках збільшується. Якщо зменшується напруга, то зменшується і заряд на його обкладках і він розряджається.
Звідси випливає, що по проводах, що з'єднують конденсатор з рештою ланцюга, електричний струм протікає тоді, коли напруга на конденсаторі змінюється. При цьому не важливо, що відбувається у діелектриці між провідниками. Сила струму дорівнює загальному заряду, що пройшов в одиницю часу по підключеному до конденсатора дроту. Вона залежить від його ємності та швидкості зміни напруги живлення.
Місткість залежить від характеристик ізоляції, а також розмірів та форми провідника. Одиниця виміру ємності кондера - фарада (Ф), 1 Ф = 1 Кл / Ст. Однак на практиці ємність вимірюється частіше в мікро-(10-6) або пико-(10-12) фарадах.
В основному використовуються конденсатори для побудови ланцюгів із частотною залежністю, для отримання потужного короткого електричного імпульсу там, де необхідно накопичувати енергію. За рахунок зміни властивостей простору між обкладками можна використовувати для вимірювання рівня рідини.
Паралельне з'єднання
Паралельне з'єднання– це з'єднання, при якому висновки всіх конденсаторів мають дві спільні точки – назвемо їх входом та виходом схеми. Так, всі входи об'єднані в одній точці, а всі виходи – в іншій, напруги на всіх конденсаторах рівні: 
Паралельне з'єднання передбачає розподіл отриманого джерела заряду на обкладках кількох конденсаторів, що можна записати так: 
Так як напруга на всіх конденсаторах однакова, заряди на обкладках залежать тільки від ємності:
Сумарна ємність паралельної групи конденсаторів:
Сумарна ємність такої групи конденсаторів дорівнює сумі ємностей, включених у схему.
Блоки конденсаторів широко використовуються для підвищення потужності та стійкості роботи енергосистем у лініях електропередач. При цьому витрати на потужніші елементи ліній можна знизити. Підвищується стабільність роботи ЛЕП, стійкість ЛЕП до збоїв та перевантажень.
Послідовне з'єднання
Послідовне з'єднанняконденсаторів – це їхнє підключення безпосередньо один за одним без розгалужень провідника. Від джерела напруги заряди надходять на обкладки першого та останнього в ланцюзі конденсаторів.
В силу електростатичної індукції на внутрішніх обкладинках суміжних конденсаторів відбувається вирівнювання заряду на електрично з'єднаних обкладинках суміжних конденсаторів, тому на них з'являються рівні за величиною та зворотні за знаком електричні заряди.
При такому з'єднанні електричні заряди на обкладинках окремих кондерів за величиною дорівнюють:
Загальна напруга для всього ланцюга: 
Очевидно, що напруга між провідниками для кожного конденсатора залежить від накопиченого заряду та ємності, тобто:
Тому еквівалентна ємність послідовного ланцюга дорівнює:
Звідси випливає, що величина, обернена до загальної ємності, дорівнює сумі величин, обернених до ємностей окремих конденсаторів:
Змішане з'єднання
Змішаним з'єднання конденсаторів називають таке з'єднання, при якому є з'єднання послідовне і паралельне одночасно. Щоб детальніше розібратися, давайте розглянемо це з'єднання на прикладі:
На малюнку видно, що з'єднані два конденсатори послідовно вгорі і внизу і два паралельно. Можна вивести формулу з описаних вище з'єднанні:
Основою будь-якої радіотехніки є конденсатор, він використовується в найрізноманітніших схемах-це і джерела живлення та застосування для аналогових сигналів зберігання даних, а також у телекомунікаційних зв'язках для регулювання частоти.
Питання про те, як з'єднати конденсатори може виникнути у будь-якої людини, яка цікавиться електронікою та пайкою. Найчастіше, необхідність у цьому виникає у випадках відсутності під рукою пристрою відповідного номіналу при складанні чи ремонті будь-якого приладу.
Наприклад, людині необхідно відремонтувати пристрій, замінивши в ньому електролітичний конденсаторємністю 1000 мікрофарад або більше, на руках відповідні за номіналом деталі відсутні, але є кілька виробів із меншими параметрами. У цьому випадку є три варіанти виходу із ситуації:
- Поставити замість конденсатора на 1000 мікрофарад пристрій із меншим номіналом.
- Поїхати в найближчий магазин або радіоринок для покупки відповідного варіанту.
- Поєднати кілька елементів разом для отримання необхідної ємності.
Від установки радіоелемента меншого номіналу краще відмовитись, оскільки подібні експерименти не завжди закінчуються успішно. Можна з'їздити на ринок або магазин, але це вимагає чимало часу. Тому в ситуації, що склалася, частіше з'єднують кілька конденсаторів і отримують необхідну ємність.
Паралельне з'єднання конденсаторів
Паралельна схема підключення конденсаторів передбачає з'єднання дві групи всіх обкладок приладів. В одну групу поєднуються перші висновки, а в іншу групу – другі висновки. На малюнку нижче наведено приклад.
Конденсатори, з'єднані паралельно між собою, підключаються до одного джерела напруги, тому на них існує дві точки напруги або різниці потенціалів. Слід враховувати, що на всіх висновках підключених паралельно конденсаторів напруга матиме однакову величину.
Паралельна схема утворює з елементів єдину ємність, величина якої дорівнює сумі ємностей всіх підключених до групи конденсаторів. При цьому через конденсатори в процесі роботи пристрою протікатиме струм різної величини. Параметри струму, що проходить через вироби, залежать від індивідуальної ємності пристрою. Чим вище ємність, тим більший за величиною струм пройде крізь нього. Формула, що характеризує паралельне з'єднання, має такий вигляд:
Паралельна схема найчастіше використовується в побуті, вона дозволяє зібрати необхідну ємність з будь-якої кількості окремих, різних за номіналом елементів.
Послідовне з'єднання конденсаторів
Схема послідовного підключення є ланцюжком, в якому перша обкладка конденсатора з'єднується з другою обкладкою попереднього пристрою, а друга обкладка - з першою обкладкою наступного приладу. Перший висновок першого конденсатора та другий висновок останньої деталі в ланцюзі з'єднуються з джерелом електричного струмузавдяки чому між ними здійснюється перерозподіл електричних зарядів. Усі проміжні обкладки мають однакові за величиною заряди, що чергуються за знаком.
На малюнку нижче наведено приклад послідовного підключення.
Через з'єднані групу конденсатори протікає струм однакової величини. Загальна потужністьобмежується площею обкладок пристрою з найменшим номіналом, оскільки після зарядки найменшого за ємністю пристрою весь ланцюг перестане пропускати струм.
Незважаючи на явні недоліки, цей спосіб забезпечує збільшення ізоляції між окремими обкладками до суми відстаней між висновками на всіх послідовно з'єднаних конденсаторах. Тобто, при послідовному з'єднанні двох елементів з робочою напругою 200 В, ізоляція між їх висновками зможе витримувати напругу до 1000 В.
Даний спосіб дозволяє отримати еквівалент меншого за ємністю конденсатора в групі, здатної працювати при високих напругах. Усього цього можна досягти шляхом купівлі одного єдиного елемента відповідного номіналу, тому на практиці послідовні сполуки практично не зустрічаються.
Ця формула актуальна до розрахунку загальної ємності ланцюга послідовно з'єднаних двох конденсаторів. Для визначення загальної ємності ланцюга з великою кількістю приладів необхідно скористатися формулою:
Змішана схема
Приклад змішаної схеми підключення наведено нижче.
Щоб визначити загальну ємність декількох пристроїв, всю схему необхідно розділити на наявні групи послідовного та паралельного з'єднання та розрахувати параметри ємності для кожної з них.
Насправді цей метод зустрічаються різних платах, із якими доводиться працювати радіоаматорам.
ДОСЛІДЖЕННЯ НАСЛІДНОГО, ПАРАЛЕЛЬНОГО І ЗМІШАНОГО СПОЛУЧЕННЯ КОНДЕНСАТОРІВ
Мета роботи:Навчитися складати батареї конденсаторів та визначати їхню ємність.
З'єднання конденсаторів паралельно
При паралельній схеміпідключення всі обкладки конденсаторів з'єднуються в дві групи, причому один висновок з кожного конденсатора з'єднується в одну групу з іншими, а другий в іншу. Наочний приклад паралельного з'єднання та схема
на зображенні
Усі паралельно з'єднаніконденсатори підключаються до одного джерела напруги, тому існує на них дві точки різниці потенціалів чи напруги. На всіх висновках конденсаторів буде абсолютно однакова напруга.
При підключенні паралельно всі конденсатори разом, утворюють принципово одну ємність, величина якої дорівнюватиме сумі всіх ємностей підключених до ланцюга конденсаторів. При паралельному підключенні через кожен конденсатор потече різний струм, який залежатиме від величини ємності кожного з них. Чим вища ємність, тим більший струм потече через неї.
Паралельне з'єднаннядуже часто зустрічається у житті. З його допомогою можна з групи конденсаторів зібрати будь-яку необхідну ємність. Наприклад, для запуску 3 фазного електродвигуна в однофазної мережі 220 Вольт в результаті розрахунків Ви отримали, що необхідна робоча ємність 125 мкФ. Такої ємності конденсаторів Ви не знайдете у продажу. Для того, щоб отримати необхідну ємність доведеться купити і з'єднати паралельно 3 конденсатора один на 100 мкФ, другий - на 20, і третій на 5 мкФ.
З'єднання конденсаторів послідовно
При послідовному з'єднанніконденсаторів, кожна з обкладок з'єднується тільки в одній точці з однією обкладкою іншого конденсатора. Виходить ланцюжок конденсаторів. Останні два висновки підключаються до джерела струму, внаслідок чого відбувається перерозподіл між ними електричних зарядів. Заряди всіх проміжних обкладках однакові величині з чергуванням по знаку.
Через всі з'єднані конденсатори послідовно протікає однакової величини струм, тому що у нього немає іншого шляху проходження.
Загальна ємністьбуде обмежуватися площею обкладок найменшого за величиною, бо щойно зарядиться повністю конденсатор із найменшою ємністю- весь ланцюжок перестане пропускати струм і заряд інших перерветься. Вираховується ж їм
кістка за цією формулою:
Але при послідовномуз'єднанні збільшується відстань (або ізоляція) між обкладками до величини, що дорівнює сумі відстаней між обкладками всіх послідовно підключених конденсаторів. Наприклад, якщо взяти два конденсатори з робочою напругою 200 Вольт і з'єднати послідовно, то ізоляція між їх обкладками зможе витримати 1000 Вольт при підключенні до схеми.
З вище сказаного можна дійти невтішного висновку, Що послідовно з'єднувати необхідно:
1. Для отриманняеквівалентного меншого за ємністю конденсатора.
2. Якщо потрібна ємністьпрацює на більш високих напругах.
3. Для створенняємнісного дільника напруги, який дозволяє отримати меншу величину напруга з вищого.
Практично для отримання першого і другого досить просто купити один конденсатор з необхідною величиною ємності або робочою напругою. Тому даний метод з'єднання у житті не зустрічається.