Sambungan seri kapasitor sebagai pilihan untuk memilih kapasitansi

Kapasitor adalah komponen radio yang sangat umum ditemukan di semua perangkat diagram sirkuit. Ini terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh dielektrik (berbagai jenis digunakan tergantung pada jenis kapasitor), yaitu, secara fisik ini adalah pemutusan sirkuit, tetapi muatan dapat terakumulasi dalam dielektrik. Karakteristik utama dari setiap kapasitor adalah kemampuan untuk mengakumulasi kapasitas muatan, dan muatan ini. Kapasitor elektrolitik mempunyai polaritas dan dicirikan oleh kapasitas yang besar dan rentang tegangan yang lebar; kapasitor kertas dapat menahan tegangan tinggi, namun mempunyai kapasitas kecil. Ada juga perangkat dengan kapasitas bervariasi, namun masing-masing jenis memiliki kegunaannya masing-masing.

Seringkali amatir radio dihadapkan pada masalah dalam memilih kapasitor berdasarkan kapasitas atau tegangan. Para profesional tahu: jika Anda tidak memiliki apa yang Anda butuhkan, Anda dapat merakit kombinasi beberapa perangkat dan baterai dari perangkat tersebut. Kombinasi kapasitor diperbolehkan dalam baterai.

Dengan menghubungkan perangkat secara paralel, Anda dapat mencapai peningkatan kapasitas. Total baterai tersebut akan sama dengan jumlah semua kapasitas (Urutan = C1 + C2 + ...), tegangan pada setiap elemen akan sama. Artinya, tegangan minimum kapasitor yang diterapkan pada sambungan adalah tegangan maksimum yang diperbolehkan untuk seluruh baterai.

Sambungan seri kapasitor digunakan bila diperlukan untuk meningkatkan tegangan yang dapat ditahan perangkat atau mengurangi kapasitansinya. Dalam versi ini, elemen-elemen dihubungkan sesuai dengan skema berikut: awal dari satu dengan akhir yang lain, yaitu, "plus" dari satu dengan "minus" dari yang lain. Kapasitas kapasitor setara dalam hal ini dihitung dengan rumus berikut: 1/Sequ.=1/C1+1/C2+... Oleh karena itu, untuk dua kapasitor Seq=C1*C2/(C1+C2), yang artinya kapasitas baterai akan kurang dari kapasitas minimum yang digunakan di dalamnya.

Bank kapasitor sering kali menyediakan gabungan (campuran)
menggabungkan. Untuk menghitung kapasitansi alat tersebut, yang menggunakan sambungan kapasitor paralel dan seri, rangkaian dibagi menjadi beberapa bagian, kemudian kapasitansi masing-masing dihitung secara bergantian. Jadi dihitung kapasitas C12 = C1 + C2, lalu Seq = C12 * C3 / (C12 + C3).

Berkat penciptaan bank kapasitor dengan konfigurasi yang berbeda dan diagram
koneksi, Anda dapat memilih kapasitansi apa pun untuk tegangan apa pun yang diinginkan. kapasitor, serta kapasitor gabungan, digunakan dalam banyak produk jadi sirkuit radio amatir. Dalam hal ini, perlu diperhitungkan bahwa setiap kapasitor memiliki parameter individual yang sangat penting - arus bocor; ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan tegangan dalam sambungan paralel dan kapasitansi dalam sambungan seri. Sangat penting untuk memilih resistansi shunt yang diperlukan.

Saat bekerja dengan kapasitor dan elektronik, ingatlah untuk mengikuti peraturan keselamatan pribadi dan risiko sengatan listrik.

5.1 Kapasitas listrik mencirikan kemampuan konduktor atau sistem beberapa konduktor untuk mengakumulasi muatan listrik.

Perbedaan dibuat antara kapasitas listrik konduktor tunggal dan sistem konduktor (khususnya kapasitor).

Terpencil disebut konduktor yang letaknya jauh dari benda bermuatan dan tidak bermuatan lainnya sehingga tidak mempunyai pengaruh apapun terhadap konduktor tersebut.

Kapasitas listrik suatu konduktor soliter- besaran fisis yang sama dengan perbandingan muatan listrik suatu konduktor soliter terhadap potensialnya =q/φ

Satuan SI untuk kapasitas listrik adalah Farad (P).

1 F adalah satuan kapasitas yang sangat besar; digunakan subkelipatan:

1 pF (picoFarad) = 10-12F, 1 nF (nanoFarad) = 10-9F, 1 µF (mikroFarad) = 10-6F, dst.

Kapasitas listrik suatu konduktor tidak bergantung pada jenis zat dan muatannya, tetapi bergantung pada bentuk dan ukurannya, serta keberadaan konduktor atau dielektrik lain di dekatnya.

Biasanya dalam praktiknya mereka mungkin berurusan dengan dua konduktor atau lebih. milik mereka kapasitansi listrik lebih dari sekedar pemandu soliter.

Dua konduktor yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik disebut kapasitor.

Kapasitor- alat yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik(energi listrik).

Kapasitor paling sederhana berbentuk datar (dua pelat dipisahkan oleh dielektrik - udara, kertas yang diminyaki, dll.) Kapan ukuran kecil Kapasitor memiliki kapasitansi yang signifikan yang tidak bergantung pada keberadaan muatan atau konduktor lain di dekatnya.

Pelat kapasitor diberi muatan dengan besaran yang sama, tetapi berlawanan tanda, yang berkontribusi terhadap akumulasi muatan, karena muatan yang berbeda tarik menarik dan oleh karena itu terletak di permukaan bagian dalam piring Muatan pada kapasitor mengacu pada muatan pada satu pelat.

Kapasitansi kapasitor ditelepon kuantitas fisik, secara numerik sama dengan rasio muatan kapasitor terhadap beda potensial antara pelat-pelatnya: =q/ Δφ

Untuk kapasitor datar kapasitas dapat dihitung dengan menggunakan rumus C= ε 0 ε S/hari

Di mana S- luas pelat (plating),

D- jarak antar pelat,

ε - konstanta dielektrik substansi antara pelat kapasitor,

ε 0 = 8,85 *10 -12 F/m - konstanta listrik

Jadi, kapasitansi kapasitor datar bergantung pada luas pelat, jarak antara pelat, dan konstanta dielektrik dari dielektrik yang mengisi ruang antara pelat kapasitor, tetapi tidak bergantung pada bahan dari mana pelat tersebut. dibuat untuk.

Energi kapasitor bermuatan dalam E el = CU 2 /2 =q 2 /(2C)

Kapasitor dapat diklasifikasikan menurut tanda-tanda berikut dan properti:

1. dengan janji- kapasitor dengan kapasitas konstan dan variabel;

2. sesuai dengan bentuk lapisannya Ada kapasitor datar, bulat, silinder, dll;

3. berdasarkan jenis dielektrik- udara, kertas, mika, keramik, elektrolitik, dll.

Koneksi kapasitor

Untuk memperoleh kapasitas yang dibutuhkan, kapasitor dihubungkan satu sama lain menjadi baterai, menggunakan sambungan paralel, seri, dan campuran.

Pada koneksi paralel kapasitor dihubungkan satu sama lain melalui pelat dengan nama yang sama menjadi satu kesatuan.

Muatan total sama dengan jumlah aljabar muatan masing-masing pelat kapasitor: q=q 1 +q 2 +q 3

Beda potensial antara pelat semua kapasitor adalah sama: U=U 1 =U 2 =U 3

Kapasitas baterai kapasitor yang dihubungkan paralel sama dengan jumlah kapasitansi masing-masing kapasitor. C = C 1 + C 2 + C 3

Jika ada dua dielektrik yang berbeda antara pelat kapasitor datar, yang pertama menempati sebagian luas S1 dan yang kedua menempati sebagian luas S2 (misalnya, kapasitor udara direndam sebagian dalam minyak tanah), maka sistem seperti itu dapat dianggap sebagai dua kapasitor yang dihubungkan secara paralel.

Ketika kapasitor dihubungkan secara seri, pelat yang berlawanan dihubungkan satu sama lain.

Muatan semua pelat akan sama (besarnya) q=q 1 =q 2 =q 3

Tegangan pada baterai sama dengan jumlah tegangan pada semua kapasitor: U=U 1 +U 2 +U 3

Kebalikan dari kapasitansi kumpulan kapasitor yang dihubungkan seri sama dengan jumlah kebalikan dari kapasitansi masing-masing kapasitor. 1/C = 1/C 1 +1/C 2 +1/C 3

1. Kapasitansi terbesar kapasitor adalah 60 µF. Berapa muatan yang terakumulasi bila dihubungkan ke sumber tegangan 60V DC?

2.Ketika dimasukkan ke dalam ruang di antara pelat kondensor udara dielektrik padat, tegangan melintasi kapasitor berkurang dari 400 menjadi 100 V. Berapa konstanta dielektrik dielektrik tersebut?

3. Kapasitas bank kapasitor yang dibentuk oleh dua kapasitor yang dihubungkan seri adalah 100 pF dan muatannya 20 nC. Tentukan kapasitansi kapasitor kedua, serta beda potensial pada pelat masing-masing kapasitor, jika kapasitansi kapasitor pertama adalah 200 pF.

4. Tentukan kapasitas bank kapasitor yang ditunjukkan pada gambar. Kapasitas masing-masing kapasitor adalah 10 µF.

5. Sebuah kapasitor berkapasitas 20 μF diberi muatan 5 μC. Berapa energi kapasitor bermuatan?

Topik 6. Konstan listrik. Hukum Ohm untuk suatu bagian dan untuk rangkaian lengkap. Hubungan pendek.

6.1 .Listrik- ini adalah pergerakan terarah dari partikel bebas bermuatan di bawah pengaruh Medan listrik.

KONDISI:

1. Konduktor (bebas biaya) Biaya bebas adalah pembawa saat ini.

2. Medan listrik. Medan listrik diperlukan untuk menggerakkan muatan bebas.

Kedua kondisi ini diperlukan untuk menciptakan arus. Jika setidaknya satu kondisi tidak terpenuhi, tidak akan ada arus dalam rangkaian.

Utama karakteristik arus dan rangkaian adalah:

Perbedaan tegangan potensial antara ujung-ujung konduktor ( kamu- satuan pengukuran B)

Resistansi (karakteristik rangkaian itu sendiri) adalah besaran yang mencirikan resistansi suatu penghantar terhadap aliran arus listrik yang melaluinya ( R- satuan pengukuran Ohm)

Kuat arus adalah muatan yang melewati penampang suatu penghantar per satuan waktu ( SAYA– satuan pengukuran A)

Jika arus listrik tidak berubah terhadap waktu, maka arus listrik disebut arus searah.

Bagian rangkaian adalah bagian, bagian dari suatu rangkaian yang belum tentu diketahui dari mana tegangan pada terminalnya berasal

Hukum Ohm untuk bagian rantai.

Kuat arus pada suatu rangkaian sebanding dengan tegangan pada ujung-ujung bagian rangkaian dan berbanding terbalik dengan hambatan bagian tersebut. Saya=U/R

6.2 Lengkap paling sederhana rantai arus searah terdiri dari sumber arus dan beban (resistor). Sirkuit seperti itu harus ditutup.

Sumber saat ini- ini adalah perangkat di mana pemisahan muatan terjadi karena kerja gaya eksternal yang bersifat non-listrik (misalnya, kimia, mekanik).

Ciri utama dari sumber adalah sifatnya gaya gerak listrik– EMF. Ini sama dengan tegangan maksimum yang dihasilkan sumber di rangkaian.

Hambatan listrik dari sumber arus disebut resistensi internal.

Hambatan listrik seluruh rangkaian tanpa sumber listrik disebut hambatan luar rangkaian. Tegangan yang sesuai disebut tegangan internal dan eksternal dalam rangkaian, dan bagian-bagiannya disebut bagian eksternal dan internal rangkaian.

Hukum Ohm untuk rangkaian lengkap. Saya = ε / (R + r)

Kekuatan saat ini di rangkaian listrik berbanding lurus gaya gerak listrik sumber arus dan berbanding terbalik dengan besarnya hambatan listrik eksternal dan bagian dalam rantai.

Ketika catu daya mengalami hubungan pendek ke dirinya sendiri (korsleting), terjadi korsleting. Dalam hal ini, kekuatan arus meningkat beberapa kali lipat. Saya pendek = ε /r

Tugas:

1. Hambatan sumber arus adalah 0,5 Ohm, gglnya 24 V. Tentukan arus yang timbul pada rangkaian jika beban 9,5 Ohm dihubungkan.

2. Sebuah sumber arus dengan hambatan dalam 1 Ohm dihubungkan pada suatu rangkaian dengan hambatan 5 Ohm menghasilkan arus sebesar 0,2 A. Tentukan ggl sumber arus, tegangan pada daerah luar rangkaian dan kekuatan arus pada saat terjadi hubung singkat.

3. Sebuah hambatan luar dihubungkan ke sumber arus dengan ggl 16 V dan hambatan dalam 0,5 Ohm. Berapakah arusnya jika arusnya 2 A? Tentukan tegangan internal dan eksternal pada rangkaian.

4. Baterai ggl 30 V menghasilkan arus sebesar 3 A. Tegangan pada terminal rangkaian adalah 20 V. Tentukan hambatan beban dan resistensi internal baterai.

5. EMF baterai 1,5 V. Arus hubungan pendek sama dengan 30 A. Berapa hambatan dalam baterai? Berapakah tegangan pada kutub-kutubnya jika dihubungkan dengan beban yang hambatannya 1 Ohm?

Kapasitor, seperti halnya resistor, dapat dihubungkan secara seri atau paralel. Mari kita pertimbangkan sambungan kapasitor: kegunaan masing-masing rangkaian, dan karakteristik akhirnya.

Skema ini adalah yang paling umum. Di dalamnya, pelat kapasitor dihubungkan satu sama lain, membentuk kapasitas setara, sama dengan jumlah kapasitas yang terhubung.

Dalam koneksi paralel kapasitor elektrolitik Terminal dengan polaritas yang sama harus dihubungkan satu sama lain.

Keunikan dari hubungan ini adalah tegangan yang sama di semua kapasitor yang terhubung. Tegangan pengenal sekelompok kapasitor yang dihubungkan secara paralel sama dengan tegangan operasi kapasitor kelompok yang minimum.

Arus yang mengalir melalui kapasitor kelompok berbeda: arus yang lebih besar akan mengalir melalui kapasitor dengan kapasitansi yang lebih besar.

Saat latihan koneksi paralel digunakan untuk mendapatkan wadah dengan ukuran yang diperlukan ketika wadah tersebut berada di luar kisaran yang diproduksi oleh industri atau tidak sesuai dengan kisaran standar wadah. Pada sistem kendali faktor daya (cos ϕ), perubahan kapasitansi terjadi karena koneksi otomatis atau melepas kapasitor secara paralel.

Pada sambungan seri, pelat-pelat kapasitor dihubungkan satu sama lain sehingga membentuk suatu rantai. Pelat luar dihubungkan ke sumber, dan arus yang sama mengalir melalui semua kapasitor dalam grup.

Kapasitansi ekivalen kapasitor yang dihubungkan secara seri dibatasi pada kapasitansi terkecil dalam kelompoknya. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa segera setelah terisi penuh, arus akan berhenti. Anda dapat menghitung kapasitansi total dua kapasitor yang dihubungkan seri menggunakan rumus

Namun penggunaan sambungan serial untuk mendapatkan peringkat kapasitansi non-standar tidak seumum yang paralel.

Dalam sambungan seri, tegangan catu daya didistribusikan di antara kapasitor-kapasitor grup. Ini memungkinkan Anda untuk mendapatkannya kumpulan kapasitor yang dirancang untuk tegangan lebih tinggi, Bagaimana Tegangan terukur komponen penyusunnya. Jadi, blok yang mampu menahan tegangan tinggi dibuat dari kapasitor yang murah dan kecil.

Area penerapan lain untuk sambungan seri kapasitor terkait dengan redistribusi tegangan di antara keduanya. Jika kapasitansinya sama, tegangannya dibagi dua; jika tidak, tegangan pada kapasitor dengan kapasitansi lebih besar akan lebih besar. Perangkat yang beroperasi berdasarkan prinsip ini disebut pembagi tegangan kapasitif.

Koneksi campuran kapasitor

Sirkuit seperti itu ada, tetapi di perangkat tujuan khusus, membutuhkan akurasi tinggi dalam memperoleh nilai kapasitansi, serta penyesuaian yang tepat.

Suatu sistem yang terdiri dari beberapa kapasitor disebut baterai. Mari kita pertimbangkan dua jenis penghubung kapasitor ke baterai.

Koneksi paralel(Gbr. 90).

Untuk kapasitor yang dirangkai paralel, beda potensial pada pelat-pelatnya adalah sama dan sama dengan (φ A – φ B). Jika kapasitansi kapasitor adalah C 1, C 2, ... C n, maka

Q 1 = C 1 (φ A – φ B)

Q 2 = C 2 (φ A – φ B)

Q 3 = C 3 (φ A – φ B)

. . . . . . . . . . . . .

Q n = C n (φ A – φ B).

Muatan baterai akan sama dengan jumlah muatan Q = = (C 1 +C 2 +...+C n)(φ A –φ B).

Total kapasitas baterai akan sama dengan

C =

= (C 1 + C 2 + . . . + C n) = .

Koneksi serial(Gbr. 91)

Untuk kapasitor yang dihubungkan seri, muatan semua pelat sama besarnya, dan beda potensial pada terminal baterai sama dengan

Δφ =

,

Di mana

beda potensial untuk setiap kapasitor yang dipertimbangkan adalah sama dengan

.

Jadi, beda potensial bank kapasitor adalah

A-priori

, dari mana kita mendapatkan

Bila dihubungkan secara seri, nilai kebalikan dari kapasitansi dijumlahkan dan kapasitas baterai C yang dihasilkan selalu lebih kecil dari kapasitas terkecil yang digunakan pada baterai.

Energi muatan, konduktor, kapasitor dan medan elektrostatis. Kepadatan energi volumetrik

Energi sistem muatan titik stasioner. Gaya elektrostatis bersifat konservatif dan sistem muatannya mempunyai energi potensial. Misalkan muatan Q 1 dan Q 2 berada pada jarak r satu sama lain. Masing-masing muatan di medan yang lain mempunyai energi potensial

dimana φ 12 dan φ 21 berturut-turut adalah potensial yang ditimbulkan oleh muatan Q 2 pada titik dimana muatan Q 1 berada, dan sebaliknya.

;

.

Oleh karena itu W 1 = W 2 =W = Q 1 φ 12 = Q 2 φ 21 = ½ (Q 1 φ 12 + Q 2 φ 21).

Dengan menambahkan muatan Q 3 , Q 4 , ..., Q n secara berurutan ke sistem dua muatan, kita dapat memverifikasi bahwa energi interaksi sistem muatan sama dengan

dimana i adalah potensial yang tercipta pada titik dimana muatan Q i berada oleh semua muatan kecuali muatan ke-i.

Energi konduktor soliter bermuatan. Misalkan ada sebuah konduktor soliter yang muatan, kapasitas dan potensialnya adalah Q, C, φ.

Mari kita tingkatkan muatannya sebesar dQ. Untuk melakukan ini, perlu untuk memindahkan muatan dQ dari tak terhingga ke permukaan konduktor, menghabiskan usaha yang sama dengan

dA = φdQ = C φd φ

Untuk mengisi suatu benda dari potensial nol ke potensial sama dengan φ, harus dilakukan usaha

Energi konduktor bermuatan akan sama dengan usaha ini

Mengingat bahwa

, energi ini dapat direpresentasikan dalam bentuk

Energi kapasitor bermuatan. Seperti konduktor bermuatan lainnya, kapasitor memiliki energi

dimana Q adalah muatan kapasitor, C adalah kapasitasnya dan Δφ adalah beda potensial antar pelat.

Dengan menggunakan persamaan energi, kita dapat mencari gaya mekanik (ponderomotif) yang menyebabkan pelat kapasitor saling tarik menarik. Untuk melakukannya, asumsikan bahwa jarak x antar pelat berubah sebesar dx. Kemudian kekuatan yang efektif melakukan usaha sama dengan dA = Fdx karena penurunan energi potensial Fdx = - dW, maka

.

Mengganti energi ke dalam rumus

ekspresi kapasitas

, kita mendapatkan

Membedakan W terhadap X, carilah gaya F

dimana tanda minus menunjukkan bahwa gaya F cenderung memperkecil jarak antar pelat, yaitu. adalah kekuatan tarik-menarik. Mengganti ekspresi kerapatan muatan pada pelat

, kita mendapatkan

.