Conexão do capacitor serial

Conexão do capacitor da série

- uma bateria formada por uma cadeia de capacitores. Não há ramificação, a saída de um elemento é conectada à entrada do próximo.

Processos físicos com uma conexão serial

Com uma conexão serial de capacitores, a carga de cada um é equivalente. Devido ao princípio natural do equilíbrio. Apenas placas extremas são conectadas à fonte, outras são cobradas redistribuindo as cargas entre elas. Usando igualdade, encontramos:

q = q1 = q2 = U1 C1 = U2 C2, do qual nós escrevemos:

U1 / U2 = C2 / C1.

As tensões entre capacitores são distribuídas inversamente proporcionais às capacitâncias nominais. Em suma, ambos compõem a tensão da rede. Ao descarregar, o projeto é capaz de fornecer carga, não importa quantos capacitores estejam conectados em série. A capacidade da bateria é encontrada a partir da fórmula:

C = q / u = q /( U1 + U2), substituindo as expressões dadas acima, levando a um denominador comum:

1 / С = 1/11 + 1 / С2.

Cálculo da capacidade total da bateria do

Quando os capacitores são conectados em série, o oposto das capacidades nominais é adicionado à bateria. Reduzindo a última expressão para um denominador comum, transformando frações, obtemos:

С = C1C2 /( C1 + C2).

A expressão é usada para encontrar a capacidade da bateria. Se houver mais de dois capacitores, a fórmula se torna mais complicada. Para encontrar a resposta, os valores de face são multiplicados juntos, o numerador da fração é exibido. No denominador colocamos trabalhos em pares de duas denominações, passando por combinações. Na prática, às vezes é mais conveniente calcular através de valores inversos. O resultado é uma unidade dividida.

A fórmula é muito simplificada se as classificações da bateria forem as mesmas.É necessário apenas dividir a figura pelo número total de elementos, obtendo o valor resultante. A tensão será distribuída uniformemente, portanto, é suficiente dividir a classificação da fonte de alimentação igualmente em um número total. Quando a bateria é alimentada por 12 volts, 4 tanques, 3 volts irão cair em cada um.

Vamos fazer uma simplificação para o caso quando as classificações são iguais, um capacitor é ligado para ajustar o resultado. Em seguida, a tensão máxima de cada elemento pode ser encontrada aproximadamente dividindo a tensão da fonte por uma quantidade reduzida. O resultado será com uma margem notória. Quanto à capacidade variável, os requisitos são muito mais difíceis. Idealmente, o valor operacional sobrepõe a tensão da fonte.

A necessidade de uma conexão serial

À primeira vista, a idéia de conectar capacitores com uma bateria de maneira seqüencial parecerá sem sentido. A primeira vantagem é óbvia: os requisitos para a tensão máxima das placas estão caindo. Mais voltagem de trabalho, produto mais caro. Da mesma forma, o mundo é visto por um radioamador que possui um número de capacitores de baixa voltagem, desejando usar o ferro como parte de um circuito de alta voltagem.

Calculando as tensões efetivas por um elemento usando as fórmulas acima, pode-se resolver facilmente o problema colocado. Vamos considerar um exemplo para maior clareza:

Deixe uma bateria com uma voltagem de 12 volts, três tanques com valores nominais de 1, 2 e 4 nF, seja instalada. Encontre a tensão quando a bateria está conectada em série. Solução

:

Para encontrar as três incógnitas, dê o trabalho de fazer uma quantidade igual da equação. Conhece-se do curso da matemática superior. O resultado será parecido com isto:

1. U1 + U2 + U3 = 12;
2. U1 / U2 = 2/1 = 2, do qual escrevemos: U1 = 2U2;
3. U2 / U3 = 4/2 = 2, onde é visto: U2 = 2U

Não é difícil notar, substituiremos as duas últimas expressões pela primeira, expressando 12 volts através da tensão do terceiro capacitor. Acontece o seguinte:

4U3 + 2U3 + U3 = 12, de onde encontramos, a tensão do terceiro capacitor é 12/7 = 1.714 volts, U2 - 3,43 volts, U1 - 6,86 volts. A soma dos números dá 12, cada um menor que a tensão da bateria de suprimento. E quanto maior a diferença, menor a denominação dos vizinhos. Segue-se desta regra: em série, os capacitores de baixa potência apresentam uma tensão de operação mais alta. Para a exatidão, encontramos o valor nominal da bateria e ao mesmo tempo ilustramos a fórmula, pois o descrito acima é puramente verbal:

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

A nominal resultante é menor que cada capacitor constituindo uma conexão em série. A regra mostra: o efeito máximo na capacidade total é menor. Portanto, se for necessário ajustar a classificação total da bateria, deve haver um capacitor variável. Caso contrário, girar o parafuso não terá um grande impacto no resultado final.

Nós vemos outra armadilha: após o ajuste, a distribuição de voltagem através dos capacitores mudará.Calcule casos extremos para que a tensão não exceda o valor operacional para os componentes da bateria.

Software

para pesquisa de circuitos elétricos Além das calculadoras on-line para calcular a conexão em série de capacitores, também existem ferramentas mais poderosas. A grande desvantagem das ferramentas disponíveis publicamente é devido à relutância dos sites em verificar o código do programa, o que significa que eles contêm erros.É ruim se um contêiner falhar, quebrado pelo processo de teste de um circuito montado incorretamente. Não é o único inconveniente.Às vezes, o esquema é muito mais difícil de entender o complexo impossível.

Em alguns dispositivos, existem filtros de alta frequência usando um capacitor conectado em cascatas. Então, além do circuito através do resistor para a terra, uma conexão em série de capacitores é formada no circuito. Geralmente não aplique a fórmula mostrada acima. Considera-se ser, cada cascata do filtro existe separadamente, o resultado da passagem do sinal é descrito pela característica de frequência de amplitude. Um gráfico mostrando quão fortemente o componente espectral do sinal será cortado na saída.

Aqueles que desejam fazer cálculos aproximados são aconselhados a se familiarizar com o pacote de software Electronics Workbench de um computador pessoal. A construção é feita de acordo com os padrões ingleses, tome cuidado para levar em conta a nuança: a designação de resistores no circuito elétrico por um ziguezague quebrado. Denominações, os nomes dos elementos serão explicados de maneira estrangeira. Não interfere com o uso da casca, que fornece ao operador uma montanha de fontes de energia de vários tipos.

E o mais importante - o Electronics Workbench permite que você defina pontos de teste em cada um deles, no modo de tempo real, observe a voltagem, corrente, espectro, forma de onda.É suposto para complementar o projeto com um amperímetro, voltímetro e outros dispositivos semelhantes.

Com este pacote de software, você simula uma situação, vê quanta voltagem cai através de uma célula de bateria. Ele economiza cálculos complicados, acelerando enormemente o processo de projetar um circuito. Simultaneamente, os erros são excluídos. Torna-se fácil e simples de adicionar, remova capacitores com avaliação de resultado imediato. Exemplo de trabalho do

A tela mostra a área de trabalho do Electronics Workbench 5.12 com o diagrama de fiação do capacitor montado. Cada um com uma capacidade de 1 microfarad, os mesmos elementos são tomados para fins de demonstração. Para que todos possam facilmente verificar a exatidão.

Primeiro voltamos nossa atenção para a fonte. Voltagem CA de 60 Hz. No país do desenvolvedor, há um padrão diferente dos padrões russos.É recomendável clicar com o botão direito do mouse na fonte, visitar as propriedades, definir:

1. A freqüência( frequência) é 50 Hz em vez de 60 Hz.
2. Valor real de tensão( tensão) 220 volts em vez de 120.
3. Fase( fase - imitação de reatividade) a ser tomada de acordo com as necessidades.

Para primers, será útil examinar as propriedades dos elementos da cadeia. A fonte está livre para definir a tolerância de tensão( porcentagem de tolerância) em porcentagem.É o suficiente para adicionar um resistor de 1 kΩ, o circuito se torna um filtro de alta passagem. Recomenda-se não simplificar ações. Coloque a marca de aterramento correta, certifique-se: o circuito é completamente trivial. Caso contrário, os resultados vão fazer você pensar muito por um longo tempo. Plotagem

O filtro passa alto ilustrado pela tela detecta um aumento na característica de frequência de amplitude na região de 1 kHz. Ao encontrar a largura de banda deve ser considerado: a escala vertical é logarítmica. Portanto, o corte no nível de 70% do máximo não corresponde a sete décimos da altura da parte plana do pico. Os fãs ávidos estarão interessados ​​na característica de resposta de fase, localizada na janela abaixo.

O um e os outros gráficos são construídos a partir do menu Analysis( Análise) na seção Frequency AC.E também aqui. .. Fourier. Disponível para ver o espectro do sinal de saída. No nosso caso, não haverá nada de interessante, já que coletamos um filtro passivo sem graça, a oscilação na entrada é harmônica.É muito mais interessante observar o espectro do sinal de pulso.

Gráfico de resposta A seção Transiente mostra a resposta ao suprimento da parte frontal da tensão de alimentação. O gráfico realmente mostra o processo de carregamento da bateria, de onde encontramos a constante de tempo no nível máximo de 0,7.As sutilezas são compreensíveis para aqueles que desejam montar um detector de amplitude de filtro de suavização. Como pode ser visto no gráfico, o valor é de 250 μs. O parâmetro é determinado da janela como segue:

1. Considera-se que para três constantes de tempo do circuito a carga dos capacitores, a descarga é aproximadamente 95%.
2. É fácil notar que o ponto está na região de 800 μs.
3. Divida o valor em três, você obtém a constante de tempo da bateria de capacitores conectados em série.

De maneira diferente, a constante de tempo é calculada pelo produto da resistência e pela capacidade total da bateria. Usando as fórmulas acima, calculamos: C = 1 μF / 4 = 250 nF.Resta multiplicar o valor por 1000 ohms, você obtém 250 μs. O pacote de software Electronics Workbench 5.12, com uso habilidoso, libera muito tempo livre.

Obter software software de cálculo elétrico

Existe uma opinião sobre a Internet: o autor da Electronics Workbench é uma subsidiária de desenvolvimento de software da National Instruments Corporation. Não é verdade. A partir da janela de direitos autorais do aplicativo mencionado, você pode ver: o desenvolvimento foi feito pelo departamento Interactive Image Technologies.

A unidade acima mencionada tornou-se independente em 1995.O departamento focou em publicidade e materiais de treinamento. Bancada de eletrônica é projetada para estudantes canadenses. Então o produto de software se espalhou pelo mundo, por algum tempo chamado Multisim.

O produto de software atualizado é vendido por revendedores oficiais, a lista é apresentada pelo site oficial da empresa National Instruments: engussia.ni.com/contact. Na época do estudo, os sortudos que conseguiram o direito de comprar software sem sair da cidade, chamamos os moradores de Moscou, São Petersburgo. Boa sorte ao decidir entrar em contato com os representantes oficiais, novos chips foram adicionados ao Multisim:

1. Mais de 36.000 elementos do circuito.
2. Capacidade de projetar placas de circuito impresso com base no circuito montado.
3. Opções de análise avançadas em vez da miséria mostrada por screenshots, uma versão de 20 anos atrás.