Електричні конденсатори: паралельне та послідовне з’єднання, розрахунок необхідної ємності c прикладами
Електричні конденсатори широко використовуються в радіоелектронній апаратурі. Вони лідирують за кількістю застосування в блоках апаратури і за деякими критеріями поступаються лише резистори. Конденсатори присутні в будь-якому електронному пристрої і їх потреба у сучасній електроніці постійно зростає. Поряд з наявною широкою номенклатурою, тривають розробки нових типів, які мають поліпшені електричні і експлуатаційні характеристики.
Що таке конденсатор?
Конденсатором називається елемент електричного кола, який складається з провідних електродів, ізольованих один від одного діелектриком.
Конденсатори відрізняють по ємності, а саме по відношенню заряду до різниці потенціалів, який передається цим зарядом.
У міжнародній системі СІ за одиницю ємності беруть ємність конденсатора з зростанням потенціалу на один вольт при повідомленні заряд в один кулон. Ця одиниця називається фарадой. Вона занадто велика для застосування в практичних цілях. Тому прийнято використовувати більш дрібні одиниці виміру, такі як пікофарад (пФ), нанофарад (нФ) і микрофарад (мкФ).
Групи за видом діелектрика
Діелектрики застосовують для ізоляції пластин один від одного. Вони виготовляються з органічних і неорганічних матеріалів. Нерідко, в якості діелектрика, застосовують оксидні плівки металів.
За видом діелектрика елементи ділять на групи:
- органічні;
- неорганічні;
- газоподібні;
- оксидні.
Елементи з органічним діелектриком виготовляють шляхом намотування тонких стрічок спеціального паперу або плівки. Також застосовують комбінований діелектрик з фольговыми або металізованою електродами. Такі елементи можуть бути як високовольтні (понад 1600), так і низьковольтні (до 1600 В).
У виробах з неорганічним діелектриком використовують кераміку, слюду, скло і склокераміку, склоемаль. Їх обкладки складаються з тонкого шару металу, який нанесений на діелектрик шляхом металізації. Бувають високовольтні, низьковольтні та помехоподавляющие.
В якості газоподібного діелектрика використовують стиснений газ (фреон, азот, элегаз), повітря або вакуум. За характером зміни ємності і виконуваної функції такі елементи бувають постійними і змінними.
Найбільшого поширення набули елементи з вакуумним діелектриком. Вони мають великі питомі ємності (порівняно з газоподібним діелектриком) і більш високу електричну міцність. Елементи з вакуумним діелектриком володіють стабільністю параметрів при температурних змінах навколишнього середовища.
Область застосування – передавальні пристрої, що працюють на коротких, середніх і довгих хвилях діапазонів з частотою до 30-80 МГц.
Елементи з оксидним діелектриком бувають:
- загального призначення;
- пускові;
- імпульсні;
- неполярні;
- високочастотні;
- помехоподавляющие.
Діелектриком є оксидний шар, який наноситься на анод електрохімічним шляхом.
Умовні позначення
Елементи позначаються за скороченою і повною системі.
При скороченій системі наносяться букви і цифри, де буквою позначається підклас, цифрою — група в залежності від застосовуваного діелектрика. Третій елемент зазначає реєстраційний номер типу виробу.
При повному умовному позначенні вказуються параметри та характеристики в наступній послідовності:
- умовне позначення конструктивного виконання виробу;
- номінальна напруга вироби;
- номінальна ємність виробу;
- допустиме відхилення ємності;
- температурна стабільність ємності виробу;
- номінальна реактивна потужність виробу.
Підбір номіналу
Конденсатори можуть з’єднуватися один з одним різними способами.
На практиці нерідко виникають ситуації, коли при монтажі схеми або заміни несправного елемента, доводиться використовувати обмежену кількість радіодеталей. Не завжди вдається підібрати елементи потрібного номіналу.
У цьому випадку доводиться застосовувати послідовне і паралельне з’єднання конденсаторів.
Паралельне з’єднання конденсаторів
При паралельній схемі з’єднання, їх сумарна величина складе суму ємностей окремих елементів. При цій схемі підключення все обкладки елементів з’єднуються за групами. Один з висновків кожного елемента, що з’єднується в одну групу, а інший висновок в іншу групу.
При цьому напруга на всіх обкладинках буде однаково, тому що всі групи підключені до одного джерела живлення. Фактично виходить одна ємність, сумарної величини всіх ємностей в даній ланцюга.
Щоб отримати більшу ємність, застосовують паралельне з’єднання конденсаторів.
Наприклад, необхідно підключити двигун з трьома фазами до однофазної мережі 220 В. Для робочого режиму двигуна необхідна ємність величиною в 135 мкФ. Її знайти дуже важко, але можна отримати, застосувавши паралельне з’єднання елементів на 5, 30 та 100 мкФ. В результаті складання отримуємо необхідну одиницю в 135 мкФ.
Послідовно з’єднання конденсаторів
Послідовне з’єднання конденсаторів використовують, якщо необхідно отримати меншу ємність ємності елемента. Такі елементи витримують більш високі напруги. При послідовному з’єднанні конденсаторів, зворотна величина загальної ємності дорівнює сумі зворотних величин окремих елементів. Для одержання необхідної величини потрібні певні конденсатори, послідовне з’єднання яких дасть необхідну величину.
При послідовному з’єднанні конденсаторів кожен його висновок з’єднується з одним висновком іншого елемента. Виходить якась ланцюжок з послідовно з’єднаних конденсаторів, де крайні висновки підключаються до джерела живлення.
Ємність загальної батареї завжди менше мінімальної ємності елементів, що входять у неї. Тобто, половина від ємності кожної з цих ємностей.
При послідовному з’єднанні конденсаторів збільшується відстань між обкладками елементів.
Наприклад, при послідовному з’єднанні двох елементів напругою 200 В, можна сміливо включати в схему напругою до 1000 В.
Даний метод з’єднання використовується набагато рідше, тому що ємності такої величини і робочої напруги можна придбати в магазинах.
Таким чином, знаючи принцип загального розрахунку паралельного і послідовного з’єднання конденсаторів, завжди можна вийти з скрутного становища, маючи під рукою обмежена кількість номіналів.
