Serieller Kondensatoranschluss

Kondensatoranschluss der Serie

- eine Batterie, die aus einer Kette von Kondensatoren besteht. Es gibt keine Verzweigung, der Ausgang eines Elements ist mit dem Eingang des nächsten verbunden.

Physikalische Prozesse mit serieller Verbindung

Bei einer seriellen Verbindung von Kondensatoren ist deren Ladung gleichwertig. Aufgrund des natürlichen Gleichheitsprinzips. Nur extreme Platten sind mit der Quelle verbunden, andere werden durch Umverteilung der Gebühren zwischen ihnen aufgeladen. Unter Verwendung von Gleichheit finden wir:

q = q1 = q2 = U1 C1 = U2 C2, woraus wir schreiben:

U1 / U2 = C2 / C1.

Die Spannungen zwischen den Kondensatoren sind umgekehrt proportional zu den Nennkapazitäten. In Summe bilden beide die Netzspannung. Beim Entladen kann das Design Ladung q abgeben, egal wie viele Kondensatoren in Reihe geschaltet sind. Die Kapazität der Batterie ergibt sich aus der Formel:

C = q / u = q /( U1 + U2), wobei die oben angegebenen Ausdrücke verwendet werden, was zu einem gemeinsamen Nenner führt:

1 / С = 1 / С1 + 1 / С2.

Berechnung der gesamten Batteriekapazität des

Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird der Batterie das Gegenteil der Nennkapazität hinzugefügt. Wenn Sie den letzten Ausdruck auf einen gemeinsamen Nenner bringen und Brüche drehen, erhalten Sie:

С = C1C2 /( C1 + C2).

Der Ausdruck wird zum Ermitteln der Batteriekapazität verwendet. Wenn mehr als zwei Kondensatoren vorhanden sind, wird die Formel komplizierter. Um die Antwort zu finden, werden die Nennwerte multipliziert und der Zähler des Bruchs wird ausgegeben. Fügen Sie im Nenner paarweise Werke von zwei Konfessionen ein, die Kombinationen durchlaufen. In der Praxis ist es manchmal bequemer, inverse Werte zu berechnen. Das Ergebnis ist eine geteilte Einheit.

Die Formel ist stark vereinfacht, wenn die Batterieleistung gleich ist. Es ist nur erforderlich, die Zahl durch die Gesamtzahl der Elemente zu teilen, um den resultierenden Wert zu erhalten. Die Spannung wird gleichmäßig verteilt, daher reicht es aus, die Nennleistung des Netzteils gleichmäßig in eine Gesamtzahl zu unterteilen. Wenn die Batterie mit 12 Volt betrieben wird, fallen jeweils 4 Tanks und 3 Volt an.

Wir machen eine Vereinfachung für den Fall, dass die Nennwerte gleich sind und ein Kondensator eingeschaltet wird, um das Ergebnis anzupassen. Dann kann die maximale Spannung jedes Elements näherungsweise ermittelt werden, indem die Quellenspannung durch eine reduzierte Menge geteilt wird. Das Ergebnis wird mit einem notorischen Vorsprung sein. Bei variabler Kapazität sind die Anforderungen viel härter. Idealerweise überlappt der Betriebswert die Quellenspannung.

Die Notwendigkeit einer seriellen Verbindung

Auf den ersten Blick scheint die Idee, Kondensatoren sequenziell mit einer Batterie zu verbinden, sinnlos. Der erste Vorteil liegt auf der Hand: Die Anforderungen an die maximale Spannung der Platten sinken. Mehr Arbeitsspannung, teureres Produkt. In ähnlicher Weise wird die Welt von einem Funkamateur gesehen, der eine Anzahl von Niederspannungskondensatoren besitzt und Eisen als Teil eines Hochspannungskreises verwenden möchte.

Wenn Sie die effektiven Spannungen anhand eines Elements anhand der obigen Formeln berechnen, können Sie das gestellte Problem leicht lösen. Betrachten wir ein Beispiel für mehr Klarheit:

Lassen Sie eine Batterie mit einer Spannung von 12 Volt, drei Tanks mit den Nennwerten 1, 2 und 4 nF installieren. Ermitteln Sie die Spannung, wenn die Batterie in Reihe geschaltet ist. Lösung von

:

Um die drei Unbekannten zu finden, nehmen Sie sich die Mühe, um eine gleiche Menge der Gleichung zu machen. Es ist aus dem Verlauf der höheren Mathematik bekannt. Das Ergebnis sieht wie folgt aus:

1. U1 + U2 + U3 = 12;
2. U1 / U2 = 2/1 = 2, woraus wir schreiben: U1 = 2U2;
3. U2 / U3 = 4/2 = 2, von wo aus gesehen wird: U2 = 2U

Nicht schwer zu bemerken, werden wir die letzten beiden Ausdrücke durch die ersten beiden Ausdrücke ersetzen, wobei 12 Volt durch die Spannung des dritten Kondensators ausgedrückt werden. Es stellt sich folgendes dar:

4U3 + 2U3 + U3 = 12, von wo wir finden, dass die Spannung des dritten Kondensators 12/7 = 1,714 Volt ist, U2 - 3,43 Volt, U1 - 6,86 Volt. Die Summe der Zahlen ergibt 12, jeweils weniger als die Spannung der Versorgungsbatterie. Und je größer der Unterschied ist, desto kleiner ist die Benennung der Nachbarn. Aus dieser Regel folgt: In Reihe zeigen niedrige Kondensatoren eine höhere Betriebsspannung. Zur Feststellung finden wir den Nominalwert der Batterie und veranschaulichen gleichzeitig die Formel, da das Vorstehende rein verbal beschrieben wird:

C = C1C2C3 /( C1C2 + C2C3 + C1C3) = 8 /( 2 + 8 + 4) = 8/14 = 571 pF

Der resultierende Nennwert ist geringer als jeder Kondensator, der eine Serienschaltung bildet. Die Regel zeigt: Die maximale Auswirkung auf die Gesamtkapazität ist geringer. Wenn es daher erforderlich ist, die volle Kapazität der Batterie anzupassen, sollte ein variabler Kondensator vorhanden sein. Andernfalls hat das Drehen der Schraube keinen großen Einfluss auf das Endergebnis.

Wir sehen eine weitere Gefahr: Nach der Einstellung ändert sich die Spannungsverteilung über die Kondensatoren. Berechnen Sie Extremfälle, damit die Spannung den Betriebswert für die Batteriekomponenten nicht überschreitet.

Software

zur Erforschung elektrischer Schaltungen Neben den Online-Rechnern zur Berechnung der Reihenschaltung von Kondensatoren gibt es auch leistungsfähigere Werkzeuge. Das große Minus öffentlich verfügbarer Tools liegt in der Zurückhaltung der Websites, den Programmcode zu überprüfen, was bedeutet, dass sie Fehler enthalten. Es ist schlecht, wenn ein Container ausfällt, weil ein nicht ordnungsgemäß zusammengestellter Schaltkreis getestet wurde. Nicht der einzige Nachteil. Manchmal ist das Schema viel schwieriger zu verstehen, um den Komplex unmöglich zu machen.

In einigen Geräten gibt es Hochfrequenzfilter, die einen Kondensator verwenden, der in Kaskaden geschaltet ist. Dann wird zusätzlich zu der Schaltung durch den Widerstand gegen Erde eine Reihenschaltung von Kondensatoren in der Schaltung gebildet.Übernehmen Sie nicht die oben gezeigte Formel. Es wird angenommen, dass jede Kaskade des Filters separat existiert, das Ergebnis des Signaldurchlaufs wird durch die Amplituden-Frequenz-Charakteristik beschrieben. Eine Grafik, die zeigt, wie stark die spektrale Komponente des Signals am Ausgang abgeschnitten wird.

Wer ungefähre Berechnungen anstellen möchte, sollte sich mit dem Software-Paket Electronics Workbench eines PCs vertraut machen. Das Konstrukt ist nach englischen Standards gebaut, achten Sie auf die Nuance: die Bezeichnung der Widerstände am Stromkreis durch ein gebrochenes Zickzack. Bezeichnungen, die Namen der Elemente werden auf fremde Weise angegeben. Beeinträchtigt nicht die Verwendung der Schale, die dem Bediener einen Berg von Stromquellen verschiedener Art bietet.

Und das Wichtigste: Mit der Electronics Workbench können Sie im Echtzeitmodus Testpunkte einstellen, um Spannung, Strom, Spektrum und Wellenform zu überprüfen. Es soll das Projekt mit einem Amperemeter, Voltmeter und anderen ähnlichen Geräten ergänzen.

Mit diesem Softwarepaket simulieren Sie eine Situation und sehen, wie viel Spannung in einer Batteriezelle abfällt. Es erspart mühsame Berechnungen und beschleunigt den Entwurf einer Schaltung erheblich. Gleichzeitig werden Fehler ausgeschlossen. Das Hinzufügen und Entfernen von Kondensatoren mit sofortiger Ergebnisauswertung wird einfach und einfach.

- Funktionsbeispiel Der Bildschirm zeigt den Desktop der Electronics Workbench 5.12 mit dem zusammengesetzten Kondensatorschaltplan. Jeweils mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad werden die gleichen Elemente zu Demonstrationszwecken verwendet. Damit kann jeder leicht die Richtigkeit überprüfen.

Zuerst richten wir unsere Aufmerksamkeit auf die Quelle. Wechselspannung von 60 Hz. Im Land des Entwicklers gibt es einen anderen Standard als in Russland. Es wird empfohlen, dass Sie mit der rechten Maustaste auf die Quelle klicken, die Eigenschaften aufrufen und folgende Einstellungen vornehmen:

1. Die Frequenz( Frequenz) beträgt 50 Hz anstelle von 60 Hz.
2. Tatsächlicher Spannungswert( Spannung) 220 Volt anstelle von 120.
3. Phase( Phase-Reaktivitätsimitation) je nach Bedarf.

Für Primer ist es hilfreich, die Eigenschaften der Kettenelemente durchzusehen. Die Quelle kann die Spannungstoleranz( Prozent Toleranz) in Prozent festlegen. Es reicht aus, einen 1 kΩ-Widerstand hinzuzufügen, die Schaltung wird zu einem Hochpassfilter. Es wird empfohlen, die Aktionen nicht zu vereinfachen. Setzen Sie die richtige Erdungsmarkierung ein und stellen Sie sicher, dass der Stromkreis völlig unbedeutend ist. Ansonsten werden Sie durch die Ergebnisse lange nachdenken.

Das auf dem Bildschirm dargestellte Hochpassfilter erkennt einen Anstieg der Amplituden-Frequenz-Kennlinie im Bereich von 1 kHz. Beim Ermitteln der Bandbreite sollte berücksichtigt werden: Die vertikale Skala ist logarithmisch. Daher entspricht der Schnitt bei 70% des Maximums nicht sieben Zehntel der Höhe des flachen Teils des Peaks. Avid-Fans interessieren sich für die Phasenanpassung, die sich im Fenster unten befindet.

Das eine und das andere Diagramm werden über das Menü Analyse unter dem Abschnitt AC Frequency erstellt. Und auch hier. .. Fourier. Verfügbar, um das Spektrum des Ausgangssignals zu sehen. In unserem Fall gibt es nichts Interessantes, da wir einen stumpfen Passivfilter gesammelt haben, die Schwingung am Eingang harmonisch ist. Viel interessanter ist es, das Spektrum des Pulssignals zu beobachten.

-Antwortdiagramm Der Abschnitt Transient zeigt die Reaktion auf die Versorgung der Versorgungsspannungsfront. Die Grafik zeigt tatsächlich den Ladevorgang der Batterie, von wo aus wir die Zeitkonstante auf dem Pegel von maximal 0,7 finden. Feinheiten sind für diejenigen verständlich, die einen Glättungsfilter-Amplitudendetektor zusammenbauen möchten. Wie aus der Grafik ersichtlich, beträgt der Wert 250 μs. Der Parameter wird aus dem Fenster wie folgt bestimmt:

1. Es wird angenommen, dass die Entladung der Kondensatoren für drei Zeitkonstanten der Schaltung ungefähr 95% beträgt.
2. Man kann leicht feststellen, dass der Punkt im Bereich von 800 μs liegt.
3. Wenn Sie den Wert in drei Teile teilen, erhalten Sie die Zeitkonstante der Batterie der in Reihe geschalteten Kondensatoren.

Auf andere Weise wird die Zeitkonstante aus dem Produkt des Widerstands und der gesamten Batteriekapazität berechnet. Mit den obigen Formeln berechnen wir: C = 1 μF / 4 = 250 nF.Um den Wert mit 1000 Ohm zu multiplizieren, bleiben 250 µs erhalten. Das Software-Paket Electronics Workbench 5.12 bietet durch geschickte Anwendung viel Freizeit.

Software für Elektrikberechnung abfragen

Im Internet gibt es eine Meinung: Der Autor von Electronics Workbench ist eine Software-Entwicklungstochter der National Instruments Corporation. Das stimmt nicht. Aus dem Copyright-Fenster der erwähnten Anwendung können Sie ersehen: Die Entwicklung wird von der Abteilung für interaktive Bildtechnologien durchgeführt.

Die vorgenannte Einheit wurde 1995 unabhängig. Die Abteilung konzentrierte sich auf Werbe- und Schulungsmaterialien. Die Electronics Workbench wurde für kanadische Studenten entwickelt. Dann verbreitete sich das Softwareprodukt weltweit, seit einiger Zeit Multisim genannt.

Das aktualisierte Softwareprodukt wird von offiziellen Händlern verkauft. Die Liste wird von der offiziellen Website des Unternehmens National Instruments präsentiert: engussia.ni.com/contact. Zum Zeitpunkt der Studie rufen die Glücklichen, die das Recht hatten, Software zu kaufen, ohne die Stadt zu verlassen, die Moskauer in St. Petersburg auf. Viel Glück bei der Kontaktaufnahme mit den offiziellen Vertretern, neue Chips wurden in Multisim hinzugefügt:

1. Mehr als 36.000 Schaltungselemente.
2. Fähigkeit, Leiterplatten basierend auf der bestückten Schaltung zu entwerfen.
3. Erweiterte Analyseoptionen anstelle der Elenden, die Screenshots zeigen, eine Version von vor 20 Jahren.