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串聯(lián)電路電容器的容值計(jì)算方法

2019-12-23| 發(fā)布者: 深圳市福正升電子有限公司

摘要:當(dāng)電容器以菊花鏈形式連接在一起時(shí),電容器串聯(lián)在一起,對(duì)于串聯(lián)電容器, 流經(jīng)電容器的充電電流( i C)對(duì)于所有電容器都是相同的,因?yàn)樗挥幸粭l路徑可循。...

當(dāng)電容器以菊花鏈形式連接在一起時(shí),電容器串聯(lián)在一起,對(duì)于串聯(lián)電容器, 流經(jīng)電容器的充電電流(  i C)對(duì)于所有電容器都是相同的,因?yàn)樗挥幸粭l路徑可循。

 

然后,串聯(lián)的電容器都流過(guò)相同的電流,如i T  = i 1  = i 2  = i 3等。因此,每個(gè)電容器都將在其極板上存儲(chǔ)相同數(shù)量的電荷,即Q,而不管其電容如何。這是因?yàn)槿魏我粋€(gè)電容器的極板所存儲(chǔ)的電荷必須來(lái)自其相鄰電容器的極板。因此,串聯(lián)在一起的電容器必須具有相同的電荷。

 

Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3 ….etc

 

考慮以下電路,其中三個(gè)電容器C 1,C 2  C 3   都在點(diǎn)AB之間的電源電壓上以串聯(lián)支路的形式連接在一起。

 

串聯(lián)電容器

 

在前面的并聯(lián)電路中,我們看到電路的總電容C T等于所有加在一起的單個(gè)電容器的總和。然而,在串聯(lián)電路中,總電容或等效電容C T的計(jì)算方法不同。

 

在第一電容器的右手板上方的串聯(lián)電路中,C 1連接到第二電容器的右手板C 2,其右手板連接到第三電容器的左手板C 3。那么,該串聯(lián)連接意味著在直流連接的電路中,電容器C 2有效地與電路隔離。

 

這樣的結(jié)果是有效極板面積減小到串聯(lián)鏈中連接的最小單個(gè)電容。因此,每個(gè)電容器上的電壓降將取決于各個(gè)電容的值而有所不同。

 

然后通過(guò)將基爾霍夫電壓定律(  KVL  )應(yīng)用于上述電路,我們得到:

 

由于Q = C * V和重新排列為V = Q / C,用Q / C為每個(gè)電容器電壓V c ^上述KVL方程將給予我們?cè)冢?span>

 

將每個(gè)術(shù)語(yǔ)通過(guò)Q給出

 

串聯(lián)電容器方程式

 

當(dāng)串聯(lián)添加電容器時(shí), 單個(gè)電容器的倒數(shù)(  1 / C)都被添加到一起(就像并聯(lián)的電阻一樣),而不是電容本身。然后,串聯(lián)電容器的總值等于各個(gè)電容的倒數(shù)之和的倒數(shù)。

 

串聯(lián)電容器示例1

從上面的示例中獲得三個(gè)電容器值,我們可以計(jì)算出三個(gè)串聯(lián)電容器的總電容C T為:

 

要記住的是,在串聯(lián)配置連接在一起的電容器,其中一個(gè)重要的一點(diǎn)是,總電路的電容(  c ^ ?  任何數(shù)量的串聯(lián)連接在一起的電容器的)總是LESS比最小的電容器的該系列中的值和在上面的示例中,  C T  =0.055μF,串聯(lián)鏈中最小的電容器的值僅為0.1μF。

 

這種對(duì)等的計(jì)算方法可用于計(jì)算在單個(gè)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中連接在一起的任意數(shù)量的單個(gè)電容器。但是,如果僅串聯(lián)兩個(gè)電容器,則可以使用更簡(jiǎn)單,更快捷的公式,公式為:

 

 

如果兩個(gè)串聯(lián)的電容器相等且具有相同的值,即:C 1  = C 2,我們可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化上述方程,以求出串聯(lián)組合的總電容。

 

然后我們可以看到,當(dāng)且僅當(dāng)兩個(gè)串聯(lián)電容器相同且相等時(shí),總電容C T才等于電容值的一半,即:C / 2

 

使用串聯(lián)電阻,串聯(lián)電路上所有電壓降的總和將等于施加的電壓V S(基爾霍夫電壓定律),對(duì)于串聯(lián)電容器也是如此。

 

對(duì)于串聯(lián)電容器,由于電源頻率,電容器的電容電抗充當(dāng)阻抗。這種電容性電抗會(huì)在每個(gè)電容器上產(chǎn)生一個(gè)電壓降,因此串聯(lián)的電容器起著電容性分壓器網(wǎng)絡(luò)的作用。

 

結(jié)果是,應(yīng)用于電阻器的分壓器公式也可以用于找到串聯(lián)的兩個(gè)電容器的各個(gè)電壓。然后:

 

其中:C X是所述電容器的電容,V S是串聯(lián)鏈上的電源電壓,V CX是目標(biāo)電容器上的壓降。

 

串聯(lián)電容器示例2

當(dāng)連接到12V交流電源時(shí),找出以下兩組串聯(lián)的兩個(gè)電容器的總電容和均方根電壓降。

 

a   兩個(gè)電容均為47nF的電容器

b   一個(gè)470nF的電容器串聯(lián)連接到1μF的電容器

a)總平等電容,

 

 

兩個(gè)相同的47nF電容器兩端的壓降,

 

b)總不平等電容,

 

兩個(gè)不同的電容器上的電壓降:C 1  = 470nFC 2  =1μF

 

由于基爾霍夫電壓定律應(yīng)用于此以及每串聯(lián)連接電路,所述單獨(dú)的電壓降的總和將在值與電源電壓,等于V 小號(hào)。然后8.16 + 3.84 = 12V。

 

還要注意,如果電容器的值相同,在我們的第一個(gè)示例中為47nF,則如圖所示,電源電壓將在每個(gè)電容器上平均分配。這是因?yàn)榇?lián)鏈中的每個(gè)電容器共享相等且精確的電荷量(  Q = C x V =0.564μC  ),因此具有所施加電壓V S的一半(或兩個(gè)以上電容器的百分比)。

 

但是,當(dāng)串聯(lián)電容器的值不同時(shí),較大值的電容器將自己充電至較低的電壓,較小值的電容器將充電至較高的電壓,在上面的第二個(gè)示例中,該電容器分別顯示為3.84伏和8.16伏。如圖所示,這種電壓差允許電容器在每個(gè)電容器的極板上保持相同的電荷量Q。

 

請(qǐng)注意,無(wú)論電源頻率如何,串聯(lián)連接的兩個(gè)電容器上的壓降之比將始終保持相同,因?yàn)樗鼈兊碾娍?span>X C將按比例保持相同。

 

然后,即使電源頻率從100Hz增至100kHz,在我們的簡(jiǎn)單示例中,高于上述8.16伏和3.84伏的兩個(gè)壓降也將保持不變。

 

盡管對(duì)于不同的電容值,每個(gè)電容器兩端的電壓降將有所不同,但由于所有電容器均以相同數(shù)量或數(shù)量供電,因此串聯(lián)電路中存在相同數(shù)量的電流,因此跨極板的庫(kù)侖電荷將相等。電子。

 

換句話說(shuō),如果每個(gè)電容器板上的電荷相同,則Q恒定,則隨著其電容減小,電容器板上的電壓降會(huì)增加,這是因?yàn)殡姾上鄬?duì)于電容而言較大。同樣,較大的電容將導(dǎo)致其板上的電壓降較小,因?yàn)橄鄬?duì)于電容而言,電荷較小。

 

串聯(lián)電容器

總而言之,包含串聯(lián)電容器的電路的總電容或等效電容C T是所有單個(gè)電容相加后的總和的倒數(shù)。

 

也為串聯(lián)連接的電容器,所有的串聯(lián)連接的電容器將具有流過(guò)它們的相同的充電電流作為我?  = I 1  = I 2  = I 3等。兩個(gè)或更多個(gè)串連的電容器將始終具有跨越庫(kù)侖電荷的等量他們的盤(pán)子。

 

當(dāng)電荷(  Q  )相等且恒定時(shí),電容器兩端的電壓降僅由電容器的值決定,即V = Q÷C。較小的電容值將導(dǎo)致較大的電壓,而較大的電容值將導(dǎo)致較小的電壓降。