Содержание
Умельцы, собирая прибор, часто задумываются, как соединить конденсаторы параллельным или последовательным соединением. Далеко не любой номинал выпускается промышленностью, задача обеспечить конструкцию связкой ёмкостей встречается повсеместно. При параллельном включении номиналы складываются, а при последовательном используется более сложная формула. Вдобавок конденсаторы бывают подстроечными, подобные совершенно точно включаются в цепи, где требуется обеспечить нужные резонансные характеристики. И тоже требуется решить указанную выше задачу.
Последовательные и параллельные соединения конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются. Несложно посчитать нужный номинал. Допустим, требуется 7 мкФ, но промышленность подобные конденсаторов не выпускает. Зато присутствуют на 6,8 мкФ и 200 нФ. Их сложением образуется связка в искомые 7 мкФ. Заводские номиналы специально выбраны так, чтобы создать любые значения.
Когда применяется последовательное соединение конденсаторов, результирующее значение номинала определяется как произведение ёмкостей, делённое на их сумму. К примеру, если поставить друг за другом две одинаковые ёмкости, суммарный конденсатор заработает номинал, равный половине исходных. Когда складываются различные конденсаторы, больший вклад вносит именно меньший. Бессмысленно последовательно соединять мощные ёмкости со слабыми. Конденсаторы, идущие друг за другом, по номиналу выбираются приблизительно равноценные.
Детали соединения
Возникает вопрос – зачем использовать последовательное соединение. В физике часто рассматривается тема, но не говорится, зачем уменьшать ёмкость конденсаторов. Ведь цена конструкции от этого увеличивается, массу сложностей представляет расчёт режима. Причина в практической стороне. В обзорах уже писали, что рабочее напряжение конденсатора сильно зависит от типа диэлектрика и толщины его слоя. Повысить указанный параметр проблематично.
Тогда требуется составить последовательное соединение конденсаторов, при котором напряжение между ними разделится пропорционально номиналам ёмкостей: чем меньше фарад, тем больше приложится. Импеданс элементов находится по формуле R =j 1/W C, где W – круговая частота цепи (f х 2 П; 6,28 f). Литера j означает, что сопротивление ёмкости переменному току носит мнимый характер (хотя, в отличие от идеала, считается комплексным числом из-за потерь на обкладках и прочих явлений).
Рассмотрим, как проявится конденсатор в цепи постоянного тока. Ёмкости заполнятся зарядами, а напряжение поделится между элементами, обратно пропорционально ёмкостям составляющих цепь элементов. Представьте ситуацию, когда разница потенциалов в цепи явно превышает рабочую. Потребуется набрать последовательную цепь из конденсаторов с пониженным рабочим напряжением, пожертвовав величиной ёмкости.
Порой выгодным оказывается смешанное соединение конденсаторов. Допустим, часть номинала набрать параллельным включением, а остальные элементы предназначены для работы с более низким напряжением. Тогда пробуем набрать из последних последовательную ветку нужного размера в фарадах.
Ряды номиналов ёмкостей конденсаторов
Известны ряды стандартных номиналов конденсаторов: Е3, Е6, Е12, Е24. После войны 45-го года, когда страны сели за стол переговоров, выяснилось, что у собеседников присутствует два основных стандарта на ряду ёмкостей. Смысл заключался в возможности набрать любой номинал из составляющих путём параллельного соединения.
Оказалось, что это делается двумя способами:
- Взять ряды, где любое значение равняется корню десятой степени из возведённой в некоторую степень десятки. Такой ряд пропорционален единому значению: корню десятой степени из десятки.
- Второй ряд использовал аналогичные соотношения, но корень брался в двенадцатой степени. Поясним с точки зрения математики. Стандартно обращаемся к квадратному корню. Что соответствует степени 2. К примеру, корень из 9 равняется 3. Кубический корень – число, возводимое в третью степень, чтобы вышло подкоренное выражение. К примеру, кубический корень из 27 также равняется 3.
Теперь читатели понимают, что ряды стандартных номиналов конденсаторов сложны. Итак, выяснилось, что часть стран уже использует вторую методику, но теоретически большую выгоду несёт первая. В угоду неким условиям решили применять именно корень двенадцатой степени. Туда входит ряд конденсаторов Е12. Все его значения пропорциональны степеням десятки, над которыми произведена указанная математическая операция. На практике это выглядит, как 1, 1,2, 1,5, 1,8 и пр.
Прочие ряды кратны этому. Там корень берётся, соответственно, третьей, шестой, двадцать четвертой, сорок восьмой, девяносто шестой и даже сто девяносто второй степеней. В результате образуются стандартные ряды. Установлены собственные допуски номиналов конденсаторов. К примеру, для:
- Е12 плюс минус 10%.
- Е24 плюс минус 5%.
- Для допусков жёстче 5% применяются ряды Е48 и выше.
Соединение конденсаторов
Со снижением степени корня растёт расстояние между номиналами. Поэтому для перекрытия всего диапазона и допуски следует взять менее жёсткие. На практике, как говорили ранее в обзорах, номинал постепенно выходит за указанные рамки. Люди измеряют реальное значение тестером и продолжают пользоваться изделием на собственный страх и риск. Стоит заметить, что в рядах Е48 и Е96 исключены чётные члены (чётные степени числа десять под корнем), а в Е192 впервые появляются отрицательные значения (к примеру, 10 в степени минус один).
Приведённая информация позволит читателям лучше понять смысл маркировки конденсаторов, чтобы правильно набрать нужные последовательные и параллельные цепочки. Вдобавок ясно, какие номиналы искать с тем либо иным допуском, либо таковых нет в природе. Со времени съезда 1948 года в Стокгольме в большинстве стран номиналы конденсаторов унифицированы. Поэтому американские ёмкости полностью годятся для российских условий. Лишь сетевое напряжение за океаном показывает иной номинал, предлагается проявлять осторожность.
Ряд рабочих напряжений также прописан в ГОСТ 28884, как и номиналы. Причём учтены интересы всех стран. Допустим, для сетевых фильтров в Российской Федерации подойдут конденсаторы на 250 В, для Соединённых Штатов Америки уместны изделия с номиналов на 127 В. Ряды постоянных напряжений изолированы. В блоках питания, к примеру, значение зависит от типа выпрямителя (однополупериодный, двухполупериродный и пр.). Нужно учитывать, что большинство конденсаторов в подобных цепях находится под удвоенной нагрузкой (к примеру, в блоке питания персонального компьютера напряжение на обкладках достигает 600 В).
Как физически соединить конденсаторы последовательными или параллельными цепочками
Типы клемм
Часто при сборке прибор до тестирования не имеет чётких рамок. Приходится добавлять или убирать различные элементы. Чаще применяют скрутки. Наравне с пожароопасностью это создаёт угрозу поражения током. Вдобавок скрутки сложно выполнить для большого количества присоединяемых проводов. А паять не вариант.
Здесь порекомендуем использовать групповые клеммы (клеммник, шина) в особо проблемных узлах. Во-первых, купить шину (по типу заземления) в ближайшем хозяйственном магазине. Продаются вместе с изолирующим основанием, которое без труда крепится саморезами на деревянное основание. В результате получается надёжный мост, причём в любое гнездо возможно завести по несколько жил. Сложности предвидятся, если проводки тонкие (высокочастотная часть). Но связки конденсаторов как раз часто набирают для силовых цепей, не видим большой беды в использовании прямо предназначенных для таких случаев колодок. Цена 50 рублей за штуку.
Плюс: клеммы допустимо использовать при отладке регулярно. Но, допустим, размеры корпуса малы и не позволяют внутри разместить колодку. Как объединить множество параллельных проводов после тестирования? Методик на этот счёт не предусматривается. Либо выполняется разводка на печатной плате (допустимо специально протравить небольшой отрезок нужным образом), либо воспользуйтесь одиночными клеммами. Подобные обжимаются вокруг жилы, потом допустимо целыми связками объединять при помощи резьбовых соединений.
К примеру, закрепить на планке из дерева болт резьбой вверх, установить на прочное деревянное основание. Описанное допускается на период тестирования. В случае прямого соединения аппаратуры или электрики (допустим, в тесной распаечной коробке) возможно применить обычный болт. Читатели скажут, что параллельное соединение конденсаторов удобнее набрать, прокладывая разделительные шайбы между витками проводки, а не применением индивидуальных клемм. Ответим – попробуйте сделать, особенно с жилой высокого класса гибкости (состоящей из множества тончайших проволочек), разницу почувствуете немедленно. Особенно если часто придётся выполнять перекоммутацию.
Конденсатор в цепи переменного тока обычно стоит под низким напряжением, следовательно, все жилы тонкие, покажется, что клемму сложно обжать. Рекомендуем на этапе тестирования под общее кольцо заделывать ряд жил одновременно – те, что не изменятся. А прочие допустимо скруткой сделать. Помните, последовательное и параллельное соединения принципиально отличаются числом входящих и исходящих проводов. Отсюда способы коммутации различны.
Как проверить качество соединения конденсаторов в цепи
Идеальный случай, когда берём соответствующего типа вольтметр. Стоит в пределах тысячи рублей, учитывая, что получаем прибор для измерения сопротивлений, постоянного и переменного напряжения, токов. Гнездо под измерение конденсатором (см. фото) представляет собой две узкие щели, куда вставляются ножки. По наблюдениям авторов нет разницы, какой стороной вставлять электролитический конденсатор. Лучше руководствоваться инструкцией по эксплуатации.
Гнездо для измерения конденсатора
Рекомендуется до начала работ измерить номиналы, промаркировать их либо разложить по нарисованной на бумаге схеме, где уже проставлять цифры (кстати, так делается в китайской технике). Потом вычислить по формулам, какое значение получится и проверить тестером. Не получается? Значит, качество контактов плохое – меньше применяйте скруток.
