En kondensator har en specifik kapacitans. Om den erforderliga kapacitansen inte är tillgänglig kan två eller flera kondensatorer anslutas för att uppnå den erforderliga kapacitansen. För att korrekt ansluta kondensatorer är en grundlig förståelse av kondensatorkretsar avgörande.
Innan du studerar kondensatorkretsar, förstå först symbolerna.
Följande. De två vertikala linjerna i kondensatorsymbolen representerar de två ledarna i en parallellplattkondensator. I batterisymbolen representerar den längre vertikala linjen den höga potentialen (+) och den kortare vertikala linjen den låga potentialen (-). De horisontella linjerna i både kondensator- och batterisymbolerna representerar ledningarna.
Seriekrets
Två kondensatorer kopplade som visas till vänster kallas kondensatorer i serie. Bilden till höger visar en ersättningskondensator med en kapacitans lika med de två kondensatorerna kopplade i serie.
Inledningsvis är båda kondensatorerna inte elektriskt laddade. Efter att ha anslutits till batteriet blir den övre plattan på kondensator C1 , som är ansluten till batteriets positiva pol, positivt laddad eftersom elektroner rör sig ut ur den, och den nedre plattan på kondensator C2, som är ansluten till batteriets negativa pol, blir negativt laddad eftersom den tar emot elektroner. Negativt laddade elektroner rör sig eftersom de attraheras av batteriets positiva pol, som är positivt laddad. Därefter stöts dessa elektroner bort av batteriets negativa pol, som är negativt laddad mot kondensatorns C2 bottenplatta . Den positivt laddade toppplattan på kondensator C1 attraherar elektroner från kondensatorns C2 toppplatta så att elektronerna rör sig mot kondensatorns C1 bottenplatta . Som ett resultat blir kondensatorns C1 bottenplatta negativt laddad och kondensatorns C2 toppplatta blir positivt laddad.
Den negativa laddningen som kommer ut ur kondensatorn C1 :s topplatta är densamma som den negativa laddning som kommer in i kondensatorn C2:s bottenplatta , och kondensatorn C1 :s topplatta får en positiv laddning som är densamma som den negativa laddningen som kommer ut ur den. På samma sätt är den negativa laddningen på kondensatorn C1:s bottenplatta densamma som den positiva laddningen på kondensatorn C2 :s topplatta . Så varje ledarplatta har samma mängd laddning men tecknet är annorlunda, där kondensatorn C1 :s topplatta har en laddning på +Q, kondensatorn C1 :s bottenplatta har en laddning på -Q, kondensatorn C2: s topplatta har en laddning på +Q och kondensatorn C2 :s bottenplatta har en laddning på -Q. I en seriekrets är mängden elektrisk laddning på kondensatorn C1 ( Q1 ) = mängden elektrisk laddning på kondensatorn C2 ( Q2 ) = Q.
Hur är det med den elektriska potentialen? I en seriekrets är den elektriska potentialen på ersättningskondensatorn densamma som den elektriska potentialen på varje kondensator, V = V1 + V2. Elektrisk potential på kondensator C1 är V1 = Q/C1, den elektriska potentialen på kondensatorn C2 är V2 = Q/C2 och den elektriska potentialen på ersättningskondensatorn är V = Q/C.
V = V1 + V2
Q/C = Q/C1 + Frågor och svar2
Q/C = Q (1/C1 + 1/C2)
1/C = 1/C1 + 1/C2
Om det finns tre kondensatorer kopplade i serie ändras formeln ovan till:
1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
Om det finns fyra kondensatorer, lägg då till 1/C4Likaså, om det finns fem kondensatorer, och så vidare. Detta är formeln för att bestämma kapacitansen hos ersättningskondensatorn för kondensatorer kopplade i serie.
Antag C1 är 2 och C2 är 1 så är ersättningskondensatorns kapacitans:
1/C = 1/C1 + 1/C2 = 1/2 + 1/1 = 1/2 + 2/2 = 3/2
C/1 = C = 2/3
Baserat på denna beräkning dras slutsatsen att kapacitansen hos ersättningskondensatorn är mindre än kapacitansen hos varje seriekopplad kondensator.
Parallellkrets
Två kondensatorer kopplade som visas till vänster kallas parallella kondensatorer. Bilden till höger visar en ekvivalent kondensator med en kapacitans lika med de två parallellkopplade kondensatorerna.
De övre plattorna på kondensatorerna C1 och C2 är anslutna till batteriets positiva pol, så de har en hög elektrisk potential. Samtidigt är de nedre plattorna på kondensatorerna C1 och C2 anslutna till batteriets negativa pol, så de har också en låg elektrisk potential. Därför kan man dra slutsatsen att varje parallellkopplad kondensator har en potentialskillnad lika med batteriets potentialskillnad (V1 = V2 = V).
När två parallella kondensatorer är anslutna till ett batteri, attraherar batteriets positiva pol elektroner till den övre plattan medan batteriets negativa pol stöter bort elektroner till den nedre plattan, vilket får elektroner att röra sig från den övre plattan till den nedre plattan. De två övre plattorna förlorar elektroner och blir positivt laddade, och de två nedre plattorna får elektroner och blir negativt laddade. Elektronöverföringen upphör när potentialskillnaden mellan de två ledarplattorna är lika med batteriets potentialskillnad.
Den övre platta på kondensatorn C1 och den nedre platta på kondensatorn C1 lagrar samma elektriska laddning men har motsatta tecken. På samma sätt lagrar den övre platta på kondensatorn C2 och den nedre platta på kondensatorn C2 samma elektriska laddning men har motsatta tecken. Om den elektriska laddningen som lagras i kondensatorn C1 är Q1 och den elektriska laddningen som lagras i kondensatorn C2 är Q2 , då är den totala elektriska laddningen som lagras i båda parallellkopplade kondensatorerna Q = Q1 + Q2 . Så den totala elektriska laddningen i de parallellkopplade kondensatorerna är lika med summan av laddningarna i varje kondensator.
Storleken på den elektriska laddningen på varje parallellkopplad kondensator beräknas med hjälp av ekvationen Q1 = C1 ΔV och Q2 = C2 ΔV medan storleken på den elektriska laddningen på ersättningskondensatorn beräknas med hjälp av ekvationen Q = C ΔV, där Q är den elektriska laddningen, C är kapacitansen och ΔV är den elektriska potentialskillnaden. Ekvationen Q = Q1 + Q2 omformulerad genom att ersätta Q:
Q = Q1 + Q2
C ΔV = C1 ΔV + C2 ΔV
C ΔV = ΔV (C1 + C2)
C = C1 + C2
Potentialskillnaden ΔV är densamma och elimineras därför ur ekvationen.
Om det finns tre kondensatorer parallellt kopplade ändras formeln ovan till:
C = C1 + C2 + C3
Om det finns fyra kondensatorer läggs C till4Likaså, om det finns fem kondensatorer, och så vidare. Detta är formeln för att bestämma kapacitansen hos ersättningskondensatorn för parallellkopplade kondensatorer.
Antag C1 är 2 och C2 är 1 så är ersättningskondensatorns kapacitans:
C = C1 + C2 = 2 + 1 = 3
Baserat på denna beräkning dras slutsatsen att kapacitansen hos ersättningskondensatorn är större än kapacitansen hos varje parallellt ansluten kondensator.