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串联电路电容器的容值计算方法

2019-12-23| 发布者: 深圳市福正升电子有限公司

摘要:当电容器以菊花链形式连接在一起时,电容器串联在一起,对于串联电容器, 流经电容器的充电电流( i C)对于所有电容器都是相同的,因为它只有一条路径可循。...

当电容器以菊花链形式连接在一起时,电容器串联在一起,对于串联电容器, 流经电容器的充电电流(  i C)对于所有电容器都是相同的,因为它只有一条路径可循。

 

然后,串联的电容器都流过相同的电流,如i T  = i 1  = i 2  = i 3等。因此,每个电容器都将在其极板上存储相同数量的电荷,即Q,而不管其电容如何。这是因为任何一个电容器的极板所存储的电荷必须来自其相邻电容器的极板。因此,串联在一起的电容器必须具有相同的电荷。

 

Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3 ….etc

 

考虑以下电路,其中三个电容器C 1,C 2  和C 3   都在点A和B之间的电源电压上以串联支路的形式连接在一起。

 

串联电容器

 

在前面的并联电路中,我们看到电路的总电容C T等于所有加在一起的单个电容器的总和。然而,在串联电路中,总电容或等效电容C T的计算方法不同。

 

在第一电容器的右手板上方的串联电路中,C 1连接到第二电容器的右手板C 2,其右手板连接到第三电容器的左手板C 3。那么,该串联连接意味着在直流连接的电路中,电容器C 2有效地与电路隔离。

 

这样的结果是有效极板面积减小到串联链中连接的最小单个电容。因此,每个电容器上的电压降将取决于各个电容的值而有所不同。

 

然后通过将基尔霍夫电压定律(  KVL  )应用于上述电路,我们得到:

 

由于Q = C * V和重新排列为V = Q / C,用Q / C为每个电容器电压V c ^上述KVL方程将给予我们在:

 

将每个术语通过Q给出

 

串联电容器方程式

 

当串联添加电容器时, 单个电容器的倒数(  1 / C)都被添加到一起(就像并联的电阻一样),而不是电容本身。然后,串联电容器的总值等于各个电容的倒数之和的倒数。

 

串联电容器示例1

从上面的示例中获得三个电容器值,我们可以计算出三个串联电容器的总电容C T为:

 

要记住的是,在串联配置连接在一起的电容器,其中一个重要的一点是,总电路的电容(  c ^ Ť  任何数量的串联连接在一起的电容器的)总是LESS比最小的电容器的该系列中的值和在上面的示例中,  C T  =0.055μF,串联链中最小的电容器的值仅为0.1μF。

 

这种对等的计算方法可用于计算在单个串联网络中连接在一起的任意数量的单个电容器。但是,如果仅串联两个电容器,则可以使用更简单,更快捷的公式,公式为:

 

 

如果两个串联的电容器相等且具有相同的值,即:C 1  = C 2,我们可以进一步简化上述方程,以求出串联组合的总电容。

 

然后我们可以看到,当且仅当两个串联电容器相同且相等时,总电容C T才等于电容值的一半,即:C / 2。

 

使用串联电阻,串联电路上所有电压降的总和将等于施加的电压V S(基尔霍夫电压定律),对于串联电容器也是如此。

 

对于串联电容器,由于电源频率,电容器的电容电抗充当阻抗。这种电容性电抗会在每个电容器上产生一个电压降,因此串联的电容器起着电容性分压器网络的作用。

 

结果是,应用于电阻器的分压器公式也可以用于找到串联的两个电容器的各个电压。然后:

 

其中:C X是所述电容器的电容,V S是串联链上的电源电压,V CX是目标电容器上的压降。

 

串联电容器示例2

当连接到12V交流电源时,找出以下两组串联的两个电容器的总电容和均方根电压降。

 

a)   两个电容均为47nF的电容器

b)   一个470nF的电容器串联连接到1μF的电容器

a)总平等电容,

 

 

两个相同的47nF电容器两端的压降,

 

b)总不平等电容,

 

两个不同的电容器上的电压降:C 1  = 470nF和C 2  =1μF。

 

由于基尔霍夫电压定律应用于此以及每串联连接电路,所述单独的电压降的总和将在值与电源电压,等于V 小号。然后8.16 + 3.84 = 12V。

 

还要注意,如果电容器的值相同,在我们的第一个示例中为47nF,则如图所示,电源电压将在每个电容器上平均分配。这是因为串联链中的每个电容器共享相等且精确的电荷量(  Q = C x V =0.564μC  ),因此具有所施加电压V S的一半(或两个以上电容器的百分比)。

 

但是,当串联电容器的值不同时,较大值的电容器将自己充电至较低的电压,较小值的电容器将充电至较高的电压,在上面的第二个示例中,该电容器分别显示为3.84伏和8.16伏。如图所示,这种电压差允许电容器在每个电容器的极板上保持相同的电荷量Q。

 

请注意,无论电源频率如何,串联连接的两个电容器上的压降之比将始终保持相同,因为它们的电抗X C将按比例保持相同。

 

然后,即使电源频率从100Hz增至100kHz,在我们的简单示例中,高于上述8.16伏和3.84伏的两个压降也将保持不变。

 

尽管对于不同的电容值,每个电容器两端的电压降将有所不同,但由于所有电容器均以相同数量或数量供电,因此串联电路中存在相同数量的电流,因此跨极板的库仑电荷将相等。电子。

 

换句话说,如果每个电容器板上的电荷相同,则Q恒定,则随着其电容减小,电容器板上的电压降会增加,这是因为电荷相对于电容而言较大。同样,较大的电容将导致其板上的电压降较小,因为相对于电容而言,电荷较小。

 

串联电容器

总而言之,包含串联电容器的电路的总电容或等效电容C T是所有单个电容相加后的总和的倒数。

 

也为串联连接的电容器,所有的串联连接的电容器将具有流过它们的相同的充电电流作为我Ť  = I 1  = I 2  = I 3等。两个或更多个串连的电容器将始终具有跨越库仑电荷的等量他们的盘子。

 

当电荷(  Q  )相等且恒定时,电容器两端的电压降仅由电容器的值决定,即V = Q÷C。较小的电容值将导致较大的电压,而较大的电容值将导致较小的电压降。

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