Теперь рассмотрим способы подключения конденсаторов в схемах.

Параллельное соединение

Такое соединение применяется для реализации нескольких задач:

Увеличение емкости при соединении конденсаторов в батарею.

С = С₁+ С₂

Если таким образом соединить три одинаковых конденсатора, общая емкость увеличится в три раза. При этом напряжение на обкладках будет одинаковым и равным общему напряжению на батарее.

Распределение габарита батареи по плате.
Уменьшение силы возможного взрыва.

Последовательное соединение

1/C = 1/C₁+ 1/C₂

1. Величина, обратная емкости батареи, равна сумме величин, обратных емкости каждого конденсатора. Эта емкость меньше самой малой из всех емкостей конденсаторов.

Если батарея состоит из трех одинаковых конденсаторов, общая емкость будет в три раза меньше.

2. При таком подключении заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга.

При этом, если C=q\U, то напряжения на конденсаторах распределятся обратно пропорционально емкости. Сумма этих напряжений будет равна напряжению на зажимах батареи.

На этом свойстве построена работа емкостного делителя напряжения. Если емкости конденсаторов равны, напряжение на средней точке равно половине напряжения батареи.

Эквивалентная схема конденсатора.

На этой схеме:

C0 — собственная ёмкость конденсатора;

Rd — сопротивление изоляции и диэлектрика конденсатора;

Rs — эквивалентное последовательное сопротивление обкладок и выводов;

Li — эквивалентная индуктивность, образованная рулоном обкладок, материалом выводов.

Сопротивление изоляции и диэлектрика Rd— это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением Rd = U / Iут, где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.

Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд (саморазряд конденсатора).

Часто в спецификациях на конденсаторы сопротивление утечки указывают через постоянную времени T саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению ёмкости на сопротивление утечки: Т=C*R_ут. T — это время, за которое начальное напряжение на конденсаторе, не подключенном к внешней цепи уменьшится в e раз(примерно е=2.7).

Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда достигающие многих сотен тысяч часов.

Эквивалентное последовательное сопротивление Rs - (англ. Equivalent series resistance; ESR, ЭПС, внутреннее сопротивление) обусловлено, главным образом, электрическим сопротивлением материала обкладок, выводов конденсатора и контактов между ними, а также учитывает потери в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.

В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но, иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания), достаточно малое его значение существенно для надёжности и устойчивости работы устройства. В электролитических конденсаторах, где один из электродов является электролитом, этот параметр при эксплуатации со временем деградирует: испаряется растворитель из жидкого электролита; изменяется его химический состав вследствие взаимодействия с металлическими обкладками, что происходит относительно быстро в низкокачественных изделиях («конденсаторная чума»).

Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике (ФЧХ) обратной связи стабилизатора. Существенное изменение ЭПС со временем может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования и даже к самовозбуждению.

Этот параметр можно измерить специальным прибором и принять решение, стоит ли использовать при ремонте старый конденсатор в определенной схеме.

Эквивалентная последовательная индуктивность Li обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса. Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

Для построения векторной диаграммы нам нужно знать, что:

-Ток в индуктивной цепи отстает по фазе от напряжения на 90⁰.

-Ток в активной цепи с резистором совпадает по фазе с напряжением.

-Ток в емкостной цепи опережает по фазе напряжение на 90⁰.

Построим векторную диаграмму токов и напряжений в этой схеме:

И изучим её подробно.

Мы видим, что к участку цепи, представляющему собой эквивалентную схему конденсатора, приложено переменное напряжение U _ЭКВ, вызывающее ток I_CR в цепи.
На начальном участке этот ток разветвляется на I_Rd и I_C ₀.
Теперь –внимание на диаграмму. По горизонтали отложено напряжение U_CR. Вектор тока через активное сопротивление I_Rd направлен вдоль этого напряжения в том же направлении, а вектор тока через конденсатор I_C ₀ направлен под прямым углом с опережением по фазе. В итоге получается их векторная сумма I_CR. Этот ток является общим для последовательно соединенных R_S и L_i, то есть токи I_CR = I_RS = I_Li равны по направлению и по абсолютной величине.
Вектор напряжения на активном сопротивлении U_RS направлен вдоль вектора тока I_CR.
Вектор напряжения на индуктивности U_Li направлен перпендикулярно вектору тока I_CR и опережает его. Найдем векторную сумму U_RS+ U_Li
Теперь этот результат сложим с вектором U_CR. В результате получим вектор эквивалентного напряжения U _ЭКВ, приложенного к нашей цепочке.
Теперь смотрите внимательно: угол между векторами тока I_C ₀ и эквивалентного напряжения U _ЭКВ – не прямой, в нем не хватает угла «фи» - угла электрических потерь реального конденсатора.

Какие выводы мы можем сделать исходя из данных векторной диаграммы, построенной для эквивалентной схемы конденсатора?

Чем больше будет сопротивление диэлектрика Rd и чем меньше сопротивление выводов и обкладок Rs, тем ниже будут электрические потери реального конденсатора, тем меньше будет ток утечки, тем меньше саморазряд.

Чем меньше паразитная индуктивность, тем меньше будет угол потерь. Наименьшей паразитной индуктивностью обладают плоские конденсаторы, а также изготовленные по порошковой и микропористой технологии, где нет свернутой в рулон ленты с обкладками.

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 37; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!