Конденсатор, виды соединений конденсаторов, RC-цепь.


Последовательное соединение

Конденсатор, а в просторечии — «ёмкость», та деталь, без которой не обходится ни одна электрическая или электронная плата. Даже в современных гаджетах он присутствует, правда, уже в измененном виде.

Определение ёмкости последовательно или параллельно соединённых конденсаторов - формула

Вспомним, что представляет собой этот радиотехнический элемент. Это накопитель электрических зарядов и энергии, 2 проводящие пластины, между которыми расположен диэлектрик. При прикладывании к пластинам источника постоянного тока через устройство кратковременно потечет ток, и оно зарядится до напряжения источника. Его емкость используют для решения технических задач.

Само это слово произошло задолго до того, как придумали устройство. Термин появился ещё тогда, когда люди считали, что электричество — это что-то типа жидкости, и ею можно наполнить какой-нибудь сосуд. Применительно к конденсатору — он неудачен, т.к. подразумевает, что прибор может вместить только конечное количество электричества. Хотя это и не так, но термин остался неизменным.

Чем больше пластины, и меньше расстояние между ними, тем больше ёмкость конденсатора. Если его обкладки соединить с каким-либо проводником, то через этот проводник произойдет быстрый разряд.

Определение ёмкости последовательно или параллельно соединённых конденсаторов - формула

В координатных телефонных станциях с помощью этой особенности происходит обмен сигналами между приборами. Длина импульсов, необходимых для команд, таких как: «соединение линии», «ответ абонента», «отбой», регулируется величиной ёмкости установленных в цепь конденсаторов.

Единица измерения ёмкости — 1 Фарад. Т.к. это большая величина, то пользуются микрофарадами, пикофарадами и нанофарадами, (мкФ, пФ, нФ).

На практике, выполнив последовательное соединение, можно добиться увеличения прикладываемого напряжения. В этом случае поданное напряжение получают 2 внешние обкладки собранной системы, а обкладки, находящиеся внутри, заряжаются с помощью распределения зарядов. К таким приемам прибегают, когда под рукой не оказывается нужных элементов, зато есть детали других номиналов по напряжению.

Как рассчитать емкость конденсатора

Расчеты, производимые с помощью онлайн калькулятора, позволяют вычислить емкость конденсатора в течение нескольких секунд. Кроме этого параметра, можно определить показатели заряда, мощности, тока, энергии и прочих качеств конденсатора, необходимых в конкретном устройстве.

Наиболее часто встречаются электролитические конденсаторы, применяемые в схеме асинхронного электродвигателя. Конструкции этих устройств могут быть полярными или неполярными. В первом случае отмечается более высокая емкость, поэтому перед подключением конденсатора к двигателю, необходимо в обязательном порядке выполнить расчеты. С помощью проводимых вычислений устанавливается необходимая емкость, соответствующая конкретному двигателю.

Особое значение придается дополнительным расчетам при эксплуатации трехфазных электродвигателей. В обычном режиме конденсатор функционирует нормально, однако при включении в однофазную сеть, его емкость заметно снижается. Это приводит к увеличению частоты вращения вала. Предварительные расчеты и правильное подключение позволяют избежать подобных ситуаций.

Калькулятор расчета емкости конденсатора

При запуске асинхронного двигателя, работающего от напряжения 220 вольт, требуется конденсатор с высокой емкостью. В связи с этим, невозможно обойтись без проведения расчетов с помощью онлайн калькулятора. Проведение расчетов полностью зависит от способа соединения обмоток электродвигателя. Данное соединение может быть выполнено двумя способами – звездой и треугольником. В первом случае применяется формула Ср=2800хI/U, а для второго случая используется немного измененная формула Ср=4800хI/U.

Следует учитывать, что в цепочке соединенных конденсаторов емкость пускового устройства должна быть примерно в три раза выше, чем в рабочем приборе. Для расчета применяется формула Сп=2.5хСр, в которой Сп и Ср являются соответственно пусковым и рабочим конденсатором.

Смешанное соединение

При расчете цепи, представляющей собой совокупность рассмотренных выше комбинаций, поступают так. Сначала ищем в сложной цепи конденсаторы, которые соединены между собой либо параллельно, либо последовательно. Заменив их эквивалентным элементом, получим более простую схему. Потом в новой схеме с участками цепи проводим те же манипуляции. Упрощаем до тех пор, пока не останется только параллельное или последовательное соединение. Их рассчитывать мы уже научились в этой статье.

Определение ёмкости последовательно или параллельно соединённых конденсаторов - формула

Параллельно-последовательное соединение применимо для увеличения емкости, батареи или для того, чтобы приложенное напряжение не превышало рабочего напряжения конденсатора.

Способы соединения конденсаторов

Составление батарей конденсаторов позволяет изменить суммарную ёмкость или рабочее напряжение. Для этого могут применяться такие способы соединения:

  • последовательное;
  • параллельное;
  • смешанное.

Последовательное соединение

Суммарная ёмкость последовательно соединённых элементов можно рассчитать по формуле, которая для трёх компонентов будет иметь вид, показанный на рис. 1, е.

После преобразования в более привычную для нас форму, формула примет вид рис. 1, ж.

Если, соединённые последовательно, компоненты имеют одинаковые ёмкости, то расчёт значительно упрощается. В этом случае суммарную величину можно определить, разделив номинал одного элемента на их количество. Например, если требуется определить, какова ёмкость при последовательном соединении двух конденсаторов по 100 мкФ, то эту величину можно рассчитать, разделив 100 мкФ на два, то есть суммарная ёмкость равна 50 мкФ.

Максимально упростить расчёты последовательно соединённых компонентов, позволяет использование онлайн-калькуляторов, которые без проблем можно найти в сети.

Параллельное подключение

Параллельное подключение конденсаторов показано на рис. 1, г. При таком соединении рабочее напряжение не изменяется, а ёмкости складываются. Поэтому для получения батарей большой ёмкости, используют параллельное соединение конденсаторов. Калькулятор для расчёта суммарной ёмкости не понадобится, так как формула имеет простейший вид:

С сум = С 1 + С 2 + С 3.

Собирая батарею для запуска трёхфазных асинхронных электродвигателей, часто применяют параллельное соединение электролитических конденсаторов. Обусловлено это большой ёмкостью этого типа элементов и небольшим временем запуска электродвигателя. Такой режим работы электролитических компонентов допустим, но следует выбирать те элементы, у которых номинальное напряжение минимум в два раза превышает напряжение сети.

Параллельное соединение

Параллельное соединение характеризуется тем, что все пластины электрических конденсаторов присоединяются к точкам включения и образовывают собой батареи. В таком случае, во время заряда конденсаторов каждый из них будет иметь различное число электрических зарядов при одинаковом количестве подводимой энергии

Емкость при параллельной установке рассчитывается исходя из емкостей всех конденсаторов в схеме. При этом, количество электрической энергии, поступающей на все отдельные двухполюсные элементы цепи, можно будет рассчитать, суммировав сумму энергии, помещающейся в каждый конденсатор. Вся схема, подключенная таким образом, рассчитывается как один двухполюсник.

В отличие от соединения звездой, на обкладки всех конденсаторов попадает одинаковое напряжение. Например, на схеме выше мы видим, что:

Схема подключения конденсатора к сабвуферу: рассмотрим подробно

Схема подключения конденсаторов для сабвуфера с магнитолой, усилителем и другими потребителями

Как подключить конденсатор к сабвуферу и зачем он нужен, знают только те, кто уже сталкивался с работой по улучшению автозвука, потому что, когда самостоятельно устанавливаете аудиосистему, поневоле приходится изучить множество различных материалов. Среди материалов, встречаются те, что рекомендуют совместно с усилителем обязательно установить накопитель либо конденсатор своими руками. Действительно ли необходим конденсатор, или это очередная выдумка, а если нужен, то для чего, сейчас разберемся.

Немного о конденсаторах

Вот так выглядит современный накопитель для сабвуфера

В наши дни все чаще встречаются накопители для сабвуфера, в устройстве которых применяются конденсаторы, фото выше (от латинского Condense — накапливать):

  • Раньше подобные фильтры для сабвуферов встречались лишь в навороченных системах топового уровня, однако сегодня все чаще они встречаются и среди бюджетных вариантов инсталляций
  • Сейчас подробно разберемся для чего так необходим конденсатор (далее кондер) в аудио системе автомобиля
  • Сегодня современный активный сабвуфер при воспроизведении музыки на кратковременных пиках звучания потребляет значительный (повышенный) ток
  • Однако необходимую мощность тока сегодня не в состоянии будут обеспечить даже наиболее мощные аккумуляторы
  • Без применения кондеров в эти моменты появляется ощутимые провалы при работе сабвуфера, что значительно снижает качество его звучания Чтобы решить проблемы с накоплением дополнительного напряжения и применяются накопители
  • Главным назначением этой детали в схеме является аккумулирование заряда, который, в случае необходимости отдается в сеть к усилителю для сабвуфера
  • Сразу после отдачи заряда, конденсатор заряжается вновь (см.Как зарядить конденсатор для сабвуфера самостоятельно) для обеспечения нового пика баса сабвуфера
  • Схема установки сабвуфера и конденсатора показана на первом рисунке
  • Происходит весь процесс за долю секунды, что позволяет постоянно обеспечивать качественное звучание
  • При этом даже в дешевых инсталляциях с использованием сабвуфера качество звучания улучшается кардинальным образом
  • Сразу исчезает столь неприятное каждому невнятное бубнение, которое возникает при провалах (недостатке) напряжения
  • Так ли нужен этот конденсатор?
  • Ведь известно, что цена за него увы, не маленькая, поэтому не далеко не каждый автомобилист, даже среди любители качественного звука, может себе позволить подобную роскошь
  • Но с другой стороны, практически каждый меломан обзаводится рано или поздно мощной музыкальной аппаратурой и доводит её звучание до совершенства
  • Мощность звучания – это хорошо, однако, чем мощнее ваша система, тем больше она требует энергии

Внимание: Ни один аккумулятор не способен отдавать такую мощную энергию, в результате этого происходит просадка напряжения, которая выражается в том, что фары у вас начинают «моргать», заметно падает мощность усилителя, от этого бас исходящий от сабвуфера, ранее абсолютно четкий, становится «размытым». В особо тяжелых случаях такое резкое падение напряжения на усилителе приводит к клиппингу, это грозит вам повреждением динамиков.

  • И по сегодняшний день в Интернете, на форумах, в блогах и сайтах ведутся горячие дискуссии, относительно необходимости либо бесполезности подобного накопителя
  • Споры эти, к большому сожалению всех любителей хорошего автозвука, не приводят к истине («в споре истина умирает»- как сказал ещё древнегреческий философ)
  • Они бесполезны, просто потому, что зачастую оппоненты не имеют даже начального, «школьного» представления, относительно физики протекающих процессов

Примечание: Самой большой глупостью, которую легко можно отыскать на подобных форумах, является утверждение, что — надо выбирать конденсатор исходя из расчета исключительно количества фарад на киловатт, подобные рекомендации не верны в корне, абсолютно не понятно, откуда они берутся.

  • Чтобы раскрыть завесу хоть в некоторой степени, сейчас вернемся к урокам физики
  • И по мере обновления (освежения) в нашей памяти полезных знаний, все мифы развеются, как утренний туман

Различия аккумулятора и конденсатора

Прежде чем изучать вопрос, как правильно подключить конденсатор для сабвуфера, нужно понимать для чего, поэтому давайте разберемся:

  • Конденсатор является тем же потребителем питания, он не способен самостоятельно вырабатывать электроэнергию, однако он способен накапливать её, а затем расходовать на собственные утечки, не на утечки аккумулятора
  • Задачей конденсатора является накопление энергии, а затем её отдача потребителю
  • Накопитель обладает низким внутренним сопротивлением, по этой причине он «расстается» с накопленной энергией быстро (кстати, накапливает энергию он так же быстро)

Примечание: Отличается конденсатор от аккумулятора тем, что вершина отдачи энергии в конденсаторе приходится лишь на первый миг, затем происходит резкое падение заряда, а вместе с зарядом падает и скорость его отдачи. В аккумуляторе отдача идет без скачков и падений в течение продолжительного времени.

  • Сегодня существует альтернатива конденсаторам – ионисторы, рассмотрим их плюсы и минусы

Ионисторы

Ионисторы – модные заменители накопителей, то, что зачастую возит в багажнике большинство меломанов, они отличаются от конденсаторов следующими параметрами:

  • Большими потерями энергии
  • Огромным сопротивлением
  • Отдают заряд намного медленнее накопителей
  • Стоят дешевле в несколько раз, чем накопители такой же емкости
  • Оптимальным временем работы ионистора является: 1 секунда/83 кул.

Проверяем ионистор

Инструкция рекомендует проверить ионистор, чтобы понять, работает ли он, и как он работает:

  • Цепляете ионистор к акустической системе с просадками питания
  • Заводите мотор и наблюдаете, если напряжение на его клеммах усиливается, значит пока все у вас в порядке
  • Увеличиваете громкость и замечаете, как напряжение садится от 13-ти до 10-ти вольт

Примечание: Это означает одно, при первом же ударе мощности саба заряд падает и ионистор превращается в лишний компонент в системе питания, поскольку активным и полезным он бывает тогда, когда заряд его выше напряжения внутри сети.

  • Подобную ситуацию любители автозвука называют просадкой, она может стать значительно большей, если вы применяете в системе питания тонкие и некачественные провода из дешевого обмедненного алюминия
  • В таком случае к стандартной просадке добавляется просадка от кабеля

Примечание: Стоит знать, чем грозит вам просадка кабеля. Причина в том, что от резкого возрастания потребления происходит возрастание реактивного сопротивления.

И чем быстрее и больше пользователь хочет взять через кабель энергию, тем кабель сильнее будет этому мешать (особенно если он у вас тонкий и очень длинный). Проблема от дешевого и низкокачественного кабеля отражается на ионисторе, который после разрядки, не сможет больше снова накопить энергию, поэтому решайте сами

Установка конденсатора

Схема подключения конденсатор для сабвуфера, то с чего следует начинать работу:

Схема подключения в цепь конденсатора

  • Устанавливая кондер, рекомендуется подключить его параллельно, относительно питания усилителя
  • Располагать его нужно, по возможности ближе к усилителю, причем не дальше 60 сантиметров
  • Если вы на место популярного ионистора вы поставите накопитель, тогда результат от него получится намного эффективнее
  • Генератор вашего автомобиля следует отремонтировать или поставить новый
  • От генератора прокладываете провода на плюс и массу
  • Устанавливаете новый аккумулятор, или старый после профилактики
  • Клеммы либо тщательно зачищаете, либо заменяете новыми
  • Прокладываете силовой кабель из меди хорошего качества и с хорошим сечением
  • Подключаете усилитель, не забываете при этом про предохранитель

Совет: Пока не проверите контакт всех клемм и не убедитесь, что в сети есть 14вольт, не подсоединяйте конденсатор.

  • После проверки, можете подключать накопитель
  • Не удивляйтесь, когда замеры на клеммах вам покажут те же значения, если цепь «живая», питания в ней хватает, тогда конденсатору включаться не нужно, он просто ждет своего часа, сработает, когда в этом будет необходимость

Примечание: Еще одно распространенное заблуждение по поводу конденсаторов, якобы они нужны в системах, где вам необходима максимальная громкость либо на соревнованиях в мощности звучания, для фанатов эс пи эль. На самом деле, при обычных случаях, он будет удачно заменять ионистор.

Доказать что кондер необходим в обычных акустических автомобильных системах можно:

  • Замеры накопителя могут длиться долго, при этом «проснется» даже кислотный аккумулятор, и сумеет отдать свой потенциал
  • Среди фанатов звучания (так называемого братства эс пи эль «SPL») более принято применение гелеевых батарей, которые способны «стрелять» с поразительной скоростью сотнями ампер
  • Поэтому как бы ни был хорош кондер, однако такой скорости он не выдержит и окажется не у дел
  • Опять же, в «SPL» конденсатор будет потребителем, а для таких систем, это явное зло
  • Проще говоря в системах эс пи эль никакой конденсатор либо иной накопитель не применяется
  • Сегодня на рынке накопителей, и любой другой звуковой продукции очень много
  • Некоторые из производители усилителей, заранее предусматривают в аппаратуре клеммы, специально для подключения накопителей, и выпускают сами кондеры для своей аппаратуры

Производитель Focal

Вот, например, известный производитель высококачественной аудиотехники и усилителей из Франции, Фокал, использует в своих моделях такое решение:

  • Для кондеров в них предусматривается место, сразу после блока питания в усилителе
  • Именно в них, по утверждению экспертов, эффективность применениям дополнительных накопителей выше во много раз

Примечание: Единственным недостатком этого фирменного конденсатора, является то обстоятельство, что он подходит исключительно к усилителям марки Фокал.

Особенности кондера Фокал следующие:

  • Он значительно повышает характеристики звучания
  • Модуль состоит из нескольких кондеров, работающих параллельно

Примечание: Количество кондеров в модуле соответствует количеству блоков питания в усилителях.

  • Осуществляется подключение через комплектный кабель и специальный разъем
  • При сложных режимах работы стабильность усилителя повышается за счет встроенной технологии High-Cap
  • Схемы подключения конденсатора для сабвуфера прилагаются
  • Как становится понятно, накопитель в системе необходим, он эффективнее ионистора, но и гораздо дороже, выбирать лучше той же фирмы, что и усилитель, чтобы не было проблем
  • Подключать нужно качественными медными проводами, с хорошим сечением, чтобы не появилась просадка из-за проводов
  • Не забывайте про хороший контакт, зачищайте клеммы и про мощный аккумулятор
  • Применяйте исправный генератор
  • Тогда звучание будет просто супер

Остается пожелать вам успешного подключения и порекомендовать видео, для успешного выполнения работы.

avtozvuk-info.ru

Интегрирующая RC-цепь.

Теперь пришло время интегрирующей цепочки. Также ее называют фильтром низких частот. По аналогии несложно догадаться, что интегрирующая цепь пропускает постоянную составляющую, а переменная уходит через конденсатор и не проходит на выход. Схема имеет следующий вид:

Если немножко вспомнить математику и записать выражения для напряжений и токов, то окажется что напряжение на выходе представляет собой интеграл входного напряжения. Из-за этого цепь и получила свое название

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: