串联连接中的电容器

描述

当电容器以菊花链形式连接在一起时,电容器串联连接

对于串联电容器,充电电流( i C )所有电容器都流过电容器相同,因为它只有一条路径可供使用。

然后,串联电容器所有都有相同的电流流过它们 i T = i 1 = i 2 = i 3 等因此,无论电容如何,每个电容器都会在其板上存储相同数量的电荷 Q 。这是因为任何一个电容器的板存储的电荷必须来自其相邻电容器的极板。因此,串联连接在一起的电容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 C 1 , C 2 和 C 3 都通过串联电源电压串联连接在一起 A 和 B 。

串联连接中的电容

电容器

在之前的并联电路中,我们看到电路的总电容 C T 等于所有单个电容的总和加在一起。然而,在串联电路中,总电容或等效电容 C T 的计算方式不同。

在右侧板上方的串联电路中。第一个电容, C 1 连接到第二个电容的左侧板, C 2 ,其右手板连接到第三电容器的左侧板, C 3 。然后,这个串联连接意味着在直流连接电路中,电容 C 2 与电路有效隔离。

这样做的结果是有效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根据各个电容的值而不同。

然后通过应用基尔霍夫电压定律( KVL )到上述电路,我们得到:

电容器

由于 Q = C * V 并重新排列 V = Q / C ,用 Q / C 代替上述KVL方程中的每个电容器电压 V C 将给出:

电容器

将每个术语除以 Q 给出

系列电容器方程

电容器

在一起加入串联电容器时,倒数( 1 / C )将各个电容器加在一起(就像电阻并联)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No1

从上例中的三个电容器值,我们可以计算总电容, C T 串联的三个电容器:

电容器

要记住串联配置中连接在一起的电容器的一个要点,是串联连接在一起的任意数量电容器的总电路电容( C T )总是LESS。系列中最小的电容器和上面的示例 C T =0.055μF,串联链中最小电容的值仅0.1μF。

这种倒数计算方法可用于计算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,如果串联只有两个电容器,则可以使用更简单,更快速的公式,并给出如下:

电容器

如果两个串联电容相等且值相同,即: C 1 = C 2 ,我们可以进一步简化上述等式以下是查找系列组合的总电容。

电容器

然后我们可以看到,当且仅当两个串联的电容相同且相等,那么总电容 C T 将完全等于电容值的一半,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所施加的电压 V S Kirchhoff的电压定律)对于串联电容器也是如此。

对于串联电容器,电容器的容抗作为阻抗,因为供电频率。该容性电抗在每个电容上产生电压降,因此串联电容充当电容分压网络。

结果是应用于电阻的分压器公式也可用于寻找个体串联两个电容器的电压。然后:

电容器

其中: C X 是有问题的电容器的电容, V S 是串联链上的电源电压, V CX 是目标电容两端的电压降。

串联电容器示例No2

当连接到12V交流电源时,查看以下两组串联电容器的总电容和单个均方根电压降。

a)两个电容器,每个电容器的电容 47nF

b)一个 470nF 的电容串联连接到1μF的电容

a)总等于电容,

电容器

两个相同的 47nF 电容器的电压降,

电容器

b)总不等电容,

电容器

两个不相同的电容器上的电压降: C 1 = 470nF 和 C <子> 2 =1μF

由于基尔霍夫电压定律适用于此电路和每个串联电路,因此各个电压降的总和将等于电源电压的值, V S 。然后 8.16 + 3.84 = 12V 。

另请注意,如果电容值相同,在第一个示例中 47nF ,电源电压将为如图所示,在每个电容器上均分。这是因为串联链中的每个电容共享相同且精确的电荷量( Q = CxV =0.564μC),因此所施加电压的一半(或多于两个电容的百分比) , V S

但是,当串联电容值不同时,较大值的电容会将自身充电至较低的电压值和较小的值电容器到更高的电压,在上面的第二个例子中,它分别显示为3.84和8.16伏。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,如图所示。

电容器

请注意,无论电源频率如何,串联连接的两个电容器上的电压降的比率始终保持不变, X C 将保持按比例相同。

然后,即使供电频率从100Hz增加到100kHz,我们简单示例中的两个电压降8.16伏和3.84伏也将保持不变。

虽然每个电容器的电压降对于不同的电容值会有所不同,但是电路板上的库仑电荷将是相等的,因为在整个串联电路中存在相同的电流量,因为所有电容器都提供相同数量或电子数量。

换句话说,如果每个电容器板上的电荷相同,则 Q 为c然后,当电容减小时,电容器板上的电压降增加,因为相对于电容的电荷很大。同样,较大的电容会导致其电路板上的电压降较小,因为相对于电容的电荷较小。

串联电容器摘要

然后总结一下,总数或等效电容 C T 包含串联电容的电路是所有单个电容的倒数之和的倒数

对于串联电容,所有串联电容都会有相同的充电电流流过它们 i T = i 1 = i 2 = i 3 等两个或多个串联的电容器总是具有相等的库仑电荷量他们的盘子。

当电荷( Q )相等且恒定时,电容两端的电压降仅由电容值确定为 V = Q÷C 。电容值越小,电压越大,电容值越大,电压降越小。

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