: una batería formada por una cadena de condensadores. No hay rama, la salida de un elemento está conectada a la entrada del siguiente.
Procesos físicos con una conexión en serie
Con una conexión en serie de condensadores, la carga de cada uno es equivalente. Debido al principio natural del equilibrio. Solo las placas extremas están conectadas a la fuente, otras se cobran al redistribuir las cargas entre ellas. Usando la igualdad, encontramos:
q = q1 = q2 = U1 C1 = U2 C2, desde donde escribimos:
U1 / U2 = C2 / C1.
Los voltajes entre capacitores se distribuyen de manera inversamente proporcional a las capacitancias nominales. En suma, ambos componen la tensión de red. Al descargar, el diseño es capaz de entregar carga q no importa cuántos condensadores estén conectados en serie. La capacidad de la batería se encuentra en la fórmula:
C = q / u = q /( U1 + U2), sustituyendo las expresiones dadas anteriormente, lo que lleva a un denominador común:
1 / С = 1 / С1 + 1 / С2.
Cálculo de la capacidad total de la batería del
Cuando los condensadores están conectados en serie, se agrega a la batería el opuesto de las capacidades nominales. Reduciendo la última expresión a un denominador común, invirtiendo fracciones, obtenemos:
С = C1C2 /( C1 + C2).
La expresión se utiliza para encontrar la capacidad de la batería. Si hay más de dos condensadores, la fórmula se vuelve más complicada. Para encontrar la respuesta, los valores faciales se multiplican juntos, sale el numerador de la fracción. En el denominador se ponen pareadas las obras de dos denominaciones, pasando por combinaciones. En la práctica, a veces es más conveniente calcular a través de valores inversos. El resultado es una unidad dividida.
Condensadores de conexión en serie
La fórmula se simplifica enormemente si las capacidades de la batería son las mismas. Es necesario simplemente dividir la cifra por el número total de elementos, obteniendo el valor resultante. El voltaje se distribuirá de manera uniforme, por lo tanto, es suficiente para dividir la calificación de la fuente de alimentación por igual en un número total. Cuando la batería funciona con 12 voltios, 4 tanques, 3 voltios caerán sobre cada uno.
Haremos una simplificación para el caso cuando las calificaciones son iguales, un capacitor se enciende para ajustar el resultado. Luego, la tensión máxima de cada elemento se puede encontrar aproximadamente al dividir la tensión de la fuente por una cantidad reducida. El resultado será con un margen notorio. En cuanto a la capacidad variable, los requisitos son mucho más duros. Idealmente, el valor operativo se superpone al voltaje de la fuente.
La necesidad de una conexión en serie
A primera vista, la idea de conectar los capacitores con una batería de manera secuencial no tendrá sentido. La primera ventaja es obvia: los requisitos para el voltaje máximo de las placas están disminuyendo. Más tensión de trabajo, producto más caro. De manera similar, un radioaficionado ve al mundo con varios condensadores de bajo voltaje que desean utilizar el hierro como parte de un circuito de alto voltaje.
Al calcular los voltajes efectivos mediante un elemento utilizando las fórmulas anteriores, uno puede resolver fácilmente el problema planteado. Consideremos un ejemplo de mayor claridad:
Deje que se instale una batería con un voltaje de 12 voltios, tres tanques con valores nominales de 1, 2 y 4 nF.Encuentra la tensión cuando la batería está conectada en serie.
Solución:
Para encontrar las tres incógnitas, tome la molestia de hacer una cantidad igual de la ecuación. Es conocido desde el curso de las matemáticas superiores. El resultado se verá así:
- U1 + U2 + U3 = 12;
- U1 / U2 = 2/1 = 2, desde donde escribimos: U1 = 2U2;
- U2 / U3 = 4/2 = 2, donde se ve: U2 = 2U
No es difícil notar, sustituiremos las dos últimas expresiones por la primera, expresando 12 voltios a través del voltaje del tercer capacitor. Resulta lo siguiente:
4U3 + 2U3 + U3 = 12, de donde encontramos, el voltaje del tercer condensador es 12/7 = 1.714 voltios, U2 - 3.43 voltios, U1 - 6.86 voltios. La suma de los números da 12, cada uno menos que el voltaje de la batería de suministro. Y cuanto mayor es la diferencia, menor es la denominación de los vecinos. Se sigue de esta regla: en serie, los condensadores bajos muestran una tensión de funcionamiento más alta. Para ser definitivos, encontramos el valor nominal de la batería, y al mismo tiempo ilustramos la fórmula, ya que lo anterior se describe puramente verbalmente:
C = C1C2C3 /( C1C2 + C2C3 + C1C3) = 8 /( 2 + 8 + 4) = 8/14 = 571 pF.
El nominal resultante es menor que cada condensador que constituye una conexión en serie. La regla muestra: el efecto máximo sobre la capacidad total tiene una menor. Por lo tanto, si es necesario ajustar la capacidad total de la batería, debe haber un capacitor variable. De lo contrario, girar el tornillo no tendrá un gran impacto en el resultado final.
Vemos otra trampa: después del ajuste, la distribución de voltaje entre los condensadores cambiará.Calcule casos extremos para que el voltaje no exceda el valor de operación de los componentes de la batería.
Software
para investigar circuitos eléctricos Además de las calculadoras en línea para calcular la conexión en serie de los condensadores, también hay herramientas más potentes. El gran inconveniente de las herramientas disponibles públicamente se debe a la reticencia de los sitios a verificar el código del programa, lo que significa que contienen errores. Es malo si un contenedor falla, roto por el proceso de prueba de un circuito ensamblado incorrectamente. No es el único inconveniente. A veces el esquema es mucho más difícil de entender lo complejo imposible.
En algunos instrumentos, hay filtros de alta frecuencia que usan un condensador, conectado en cascada. Luego, además del circuito a través de la resistencia a tierra, se forma una conexión en serie de condensadores en el circuito. Por lo general, no aplique la fórmula que se muestra arriba. Se considera que, cada cascada del filtro existe por separado, el resultado del paso de la señal se describe mediante la característica de frecuencia de amplitud. Un gráfico que muestra la fuerza con que se cortará el componente espectral de la señal en la salida.
A quienes deseen realizar cálculos aproximados se les recomienda que se familiaricen con el paquete de software Electronics Workbench de una computadora personal. La construcción se realiza de acuerdo con los estándares en inglés, tenga en cuenta los matices: la designación de resistencias en el circuito eléctrico por un zigzag roto. Denominaciones, los nombres de los elementos se deletrearán de manera extranjera. No interfiere con el uso de la carcasa, que proporciona al operador una montaña de fuentes de energía de varios tipos.
Y lo más importante: Electronics Workbench le permitirá establecer puntos de prueba en cada uno, en modo de tiempo real, ver el voltaje, la corriente, el espectro y la forma de onda. Se supone que complementa el proyecto con un amperímetro, voltímetro y otros dispositivos similares.
Con este paquete de software, usted simula una situación y observa la cantidad de voltaje que cae en la celda de una batería. Ahorra de incómodos cálculos, lo que acelera en gran medida el proceso de diseño de un circuito. Simultáneamente, se excluyen los errores. Se vuelve fácil y simple de agregar, quite los capacitores con una evaluación de resultados inmediata.
Ejemplo de funcionamiento de
La pantalla muestra el escritorio de Electronics Workbench 5.12 con el diagrama de cableado del condensador ensamblado. Cada uno con una capacidad de 1 microfarad, los mismos elementos se toman para fines de demostración. Para que todos puedan verificar fácilmente la corrección.
Batería serial de condensadores
Primero dirigimos nuestra atención a la fuente. Tensión CA de 60 Hz. En el país del desarrollador, un estándar diferente al ruso. Se recomienda hacer clic derecho en la fuente, visitar las propiedades, establecer:
- La frecuencia( frecuencia) es 50 Hz en lugar de 60 Hz.
- Valor de voltaje real( voltaje) 220 voltios en lugar de 120.
- Fase( imitación de reactividad de fase) para tomar según sus necesidades.
Para los cebadores será útil examinar las propiedades de los elementos de la cadena. La fuente es libre de establecer la tolerancia de voltaje( porcentaje de tolerancia) en porcentaje. Basta con agregar una resistencia de 1 kΩ, el circuito se convierte en un filtro de paso alto. Se recomienda no simplificar acciones. Coloque la marca de conexión a tierra correcta, asegúrese de que: el circuito sea completamente trivial. De lo contrario, los resultados te harán pensar duro durante mucho tiempo.
Plotting
El filtro de paso alto ilustrado por la pantalla detecta un aumento en la característica de frecuencia de amplitud en la región de 1 kHz. Al encontrar el ancho de banda se debe considerar: la escala vertical es logarítmica. Por lo tanto, el corte a nivel del 70% del máximo no corresponde a siete décimas de la altura de la parte plana del pico. Los fanáticos de Avid estarán interesados en la característica de respuesta de fase, ubicada en la ventana de abajo.
El uno y el otro gráfico se construyen desde el menú Análisis en la sección Frecuencia de CA.Y también aquí. .. Fourier. Disponible para ver el espectro de la señal de salida. En nuestro caso, no habrá nada interesante, ya que hemos recopilado un filtro pasivo sin brillo, la oscilación en la entrada es armónica. Es mucho más interesante observar el espectro de la señal de pulso.
Gráfico de respuesta La sección Transitoria muestra la respuesta al suministro del frente de la tensión de suministro. El gráfico realmente muestra el proceso de carga de la batería, desde donde encontramos la constante de tiempo en el nivel de 0.7 máximo. Las sutilezas son comprensibles para quienes desean ensamblar un detector de amplitud de filtro de suavizado. Como se puede ver en el gráfico, el valor es de 250 μs. El parámetro se determina a partir de la ventana de la siguiente manera:
- Se considera que, para tres constantes de tiempo del circuito, la carga de los condensadores, la descarga es de aproximadamente el 95%.
- Es fácil notar que el punto está en la región de 800 μs.
- Divide el valor en tres, obtienes la constante de tiempo de la batería de los condensadores conectados en serie.
De una manera diferente, la constante de tiempo se calcula por el producto de la resistencia y la capacidad total de la batería. Usando las fórmulas anteriores, calculamos: C = 1 μF / 4 = 250 nF.Queda por multiplicar el valor por 1000 ohmios, obtienes 250 μs. El paquete de software Electronics Workbench 5.12, con un uso hábil, libera mucho tiempo libre. Versión del software
Obtenga el software de cálculo eléctrico del software
Hay una opinión en Internet: el autor de Electronics Workbench es una subsidiaria de desarrollo de software de National Instruments Corporation. No es verdadDesde la ventana de derechos de autor de la aplicación mencionada, puede ver: el desarrollo lo realiza el departamento de Interactive Image Technologies.
La unidad antes mencionada se independizó en 1995.El departamento se centró en publicidad y materiales de capacitación. Electronics Workbench está diseñado para estudiantes canadienses. Luego, el producto de software se extendió por todo el mundo, durante algún tiempo llamado Multisim.
El producto de software actualizado es vendido por distribuidores oficiales, la lista es presentada por el sitio oficial de la compañía National Instruments: engussia.ni.com/contact. En el momento del estudio, a los afortunados que tienen derecho a comprar software sin salir de la ciudad, los llamamos residentes de Moscú, San Petersburgo. Buena suerte al ponerse en contacto con los representantes oficiales, se han agregado nuevos chips a Multisim:
- Más de 36,000 elementos de circuito.
- Capacidad para diseñar tableros de circuitos impresos basados en los circuitos ensamblados.
- Opciones avanzadas de análisis en lugar de la desdicha mostrada por las capturas de pantalla, una versión de hace 20 años.
