Образовака🌡️ Физика10 классОсновы электродинамики

Параллельное соединение конденсаторов

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 87.

Компоненты электрической цепи могут быть соединены различными способами, чаще всего используется параллельное и последовательное соединение. Рассмотрим работу параллельно соединенных конденсаторов.

Виды соединений в электрической цепи

Любая электрическая цепь состоит из одного или нескольких источников тока и одного или нескольких потребителей. Все эти компоненты связаны между собой проводниками.

Как бы ни сложна была электрическая цепь, в ней всегда можно выделить узлы и звенья:

узел — это точка, в которой сходятся три и более проводника;
звено — это участок цепи между двумя соседними узлами.

Каждое звено может быть простым проводником, может состоять из одного потребителя, а может содержать несколько потребителей, соединенных «цепочкой», один за другим. Такое соединение потребителей называется последовательным.

Если несколько звеньев подключаются к одним и тем же двум узлам, такое соединение называется параллельным.

Если три и более звена соединяются так, что некоторые звенья будут соединены параллельно, а некоторые — последовательно, то такое соединение называется смешанным.

Рис. 1. Виды соединений в электрической цепи.

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении к двум выводам звена подключается каждый из соединенных конденсаторов. Получается, что при подключении к внешней цепи электрический ток будет поступать сразу на все конденсаторы. Произведем расчет емкости такой батареи конденсаторов.

Напомним, что емкость конденсатора показывает, насколько легко сообщить конденсатору заряд, и равна отношению заряда к напряжению на обкладках:

$$C={q\over U}$$

Если сообщить батарее конденсаторов некоторый заряд, то по закону сохранения этот заряд может лишь распределиться между конденсаторами, однако суммарно он останется прежним:

$$q_{общ}=q_1+q_2+…+q_n$$

При параллельном соединении конденсаторов напряжение на каждом из них будет одинаково. Действительно, если на каком-то из конденсаторов напряжение было бы больше, то заряд из этого конденсатора сразу же перешел бы к другому, тем самым уменьшив напряжение на первом и увеличив на втором.

Таким образом, общая емкость батареи конденсаторов равна:

$$C_{общ}={q_1+q_2+…+q_n\over U}={q_1\over U}+{q_2\over U}+…+{q_n\over U}$$

Каждый компонент полученной суммы равен отношению заряда на одном из конденсаторов к напряжению на нем, а это — емкость данного конденсатора. Заменяя каждую дробь на соответствующую емкость, получаем формулу для определения общей емкости параллельно соединенных конденсаторов:

$$C_{общ}=C_1+C_2+…+Cn$$

При параллельном соединении конденсаторов общая емкость батареи равна сумме емкостей отдельных элементов.

Рис. 2. Параллельное соединение конденсаторов.

Использование параллельного соединения конденсаторов

Казалось бы, смысла в параллельном соединении конденсаторов нет. Зачем брать два конденсатора, если можно взять один, большей емкости?

Основная причина состоит в том, что выпускаемые номиналы конденсаторов имеют не любые значения. Например, конденсаторы емкостью 7 мкФ не выпускаются. Однако выпускаются конденсаторы емкостью 6,8 мкФ и 0,2 мкФ. Соединив их параллельно, можно получить требуемые 7 мкФ.

Рис. 3. Стандартные ряды номиналов радиодеталей.

Существует еще одна причина использования параллельного соединения конденсаторов — их неидеальность. Например, у больших конденсаторов имеется заметная на высоких частотах паразитная индуктивность. Из-за этого высокочастотная составляющая сигнала, которая в идеале должна легко проходить через большую емкость конденсатора, не проходит через него. Поэтому в этом случае параллельно конденсатору большой емкости ставится еще один, малой емкости, но имеющий очень малую паразитную индуктивность, которой можно пренебречь. В результате высокочастотная составляющая будет проходить через него.

Что мы узнали?

Общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. Такое соединение используется чаще всего для того, чтобы получить номиналы, не выпускающиеся промышленностью.