Tụ điện là linh kiện tiêu chuẩn trong mạch điện tử. Thực tế, các kết hợp khác nhau của tụ điện được sử dụng trong các mạch điện. Bài viết này giải thích về kết hợp nối tiếp và song song của tụ điện. Hãy tham khảo với hocwiki
Tụ điện mắc nối tiếp
Làm thế nào để kết nối các tụ điện song song?
Tụ điện mắc nối tiếp có nghĩa là hai hoặc nhiều tụ điện mắc nối tiếp trên một đường dây. Bản dương của tụ điện này được nối với bản cực âm của tụ điện kế tiếp.
Ở đây,
QT = Q1 = Q2 = Q3 = ———- = Q
IC = I1 = I2 = I3 = ——— = IN
Khi các tụ điện mắc nối tiếp Điện tích và cường độ dòng điện trên tất cả các tụ điện là như nhau.
Tại sao điện tích của các tụ điện mắc nối tiếp lại giống nhau?
Đối với tụ điện nối tiếp, cùng một lượng electron sẽ chạy qua mỗi tụ điện vì điện tích trên mỗi bản là đến từ bản bên cạnh. Vì vậy, điện tích coulomb là giống nhau, vì dòng điện không là gì khác ngoài dòng electron, nên dòng điện cũng giống nhau.
Điện dung tương đương là gì?
Điện dung tương đương là điện dung tổng thể của các tụ điện. Hãy cùng mình xem cách tính điện dung khi chúng mắc nối tiếp.
Dưới đây là hình cho thấy ba tụ điện mắc nối tiếp với pin. Khi mắc nối tiếp các tụ điện thì các bản bên cạnh bị nhiễm điện do hiện tượng cảm ứng tĩnh điện.
Mỗi tấm sẽ có điện thế khác nhau. Nhưng độ lớn của điện tích trên các tấm là như nhau.
Tấm thứ nhất của C1 sẽ có điện thế V1 bằng hiệu điện thế của pin và tấm thứ hai sẽ có thế năng nhỏ hơn V1. Hãy để nó là V2.
Bây giờ tấm thứ nhất của C2 sẽ có thế năng bằng V2 và tấm thứ hai sẽ có thế năng nhỏ hơn V3 để nó là V4.
Tấm thứ nhất của C3 sẽ có thế năng V5 (V5 = V4) và thế năng của tấm thứ hai nhỏ hơn V5. Hãy để nó là V6.
Nhưng sự khác biệt điện thế tổng thể giữa các tấm bằng emf của pin.
Vậy VT = V1 + V2 + V3
Nhưng mình biết rằng, Q = CV
C = Q / V
Ceq = Q / V1 + Q / V2 + Q / V3 (Vì điện tích giống nhau)
1 / Ceq = (V1 + V2 + V3) / Q
VT = Q / Ceq = Q / C1 + Q / C2 + Q / C3
Do đó, 1 / Ceq = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3
Nếu mắc nối tiếp N tụ điện thì có thể cho điện dung tương đương như sau.
1 / Ceq = 1 / C1 + 1 / C2 + ……… + 1 / CN
Như vậy khi các tụ điện mắc nối tiếp thì nghịch đảo của điện dung tương đương bằng tổng nghịch đảo của điện dung riêng của các tụ điện trong mạch.
Tụ điện nối tiếp ví dụ
Tính điện dung tương đương và hiệu điện thế riêng giảm trên bộ hai tụ điện mắc nối tiếp có giá trị lần lượt là 0,1uF và 0,2uF khi mắc vào nguồn điện xoay chiều 12V.
Điện dung tương đương,
1 / Ceq = 1 / C1 + 1 / C2
Cec = (C1C2) / (C1 + C2)
Ceq = (0,1uF * 0,2uF) / (0,1uF + 0,2uF)
Ceq = 0,066uF = 66nF
Điện áp giảm trên hai bản tụ đã cho mắc nối tiếp là,
V1 = (C2 * VT) / (C1 + C2) = (0,2uF * 12V) / (0,1uF + 0,2uF) = 8Volts
V2 = (C1 * VT) / (C1 + C2) = (0,1uF * 12V) / (0,1uF + 0,2uF) = 4Volts
Từ kết quả này, mình nhận thấy rằng điện dung tương đương 66nF nhỏ hơn điện dung nhỏ nhất 0,1uF của hai tụ điện đã cho. Hiệu điện thế riêng rẽ qua hai bản tụ điện đã cho là khác nhau.
Nhưng tổng số lần giảm điện áp riêng của cả hai bản tụ bằng tổng hiệu điện thế. tức là 8V + 4V = 12V.
Bây giờ mình tính toán điện tích được lưu trữ trong từng tụ điện,
Q1 = V1 * C1 = 8V * 0,1uF = 0,8uC
Q2 = V2 * C2 = 4V * 0,2uF = 0,8uC
Ở đây mình quan sát thấy rằng điện tích bằng nhau 0,8uC được lưu trữ trong cả hai tụ điện C1 và C2 mắc nối tiếp.
Điện dung tương đương tụ điện nối tiếp
• Sạc trên các tụ điện giống nhau khi mắc nối tiếp.
• Điện dung tương đương của các tụ nhỏ hơn điện dung nhỏ nhất mắc nối tiếp.
• Điện dung tương đương của n tụ điện mắc nối tiếp được cho là
1 / Ceq = 1 / C1 + 1 / C2 + ……… + 1 / CN
Tụ điện trong mạch song song
Tại sao mình nối các tụ điện song song?
Có một ưu điểm là kết nối các tụ điện song song hơn là mắc nối tiếp. Khi mắc song song các tụ điện thì tổng giá trị điện dung tăng lên. Có một số ứng dụng yêu cầu giá trị điện dung cao hơn.
Làm thế nào để kết nối các tụ điện trong song song?
Hình dưới đây cho thấy kết nối của các tụ điện song song. Tất cả các cực dương được kết nối với một điểm và các cực âm được kết nối với một điểm khác.
Điện dung tương đương của các tụ điện mắc song song là gì?
- Tất cả các tụ điện được mắc song song có cùng hiệu điện thế và bằng VT đặt giữa các cực đầu vào và đầu ra của mạch.
- Khi đó, các tụ điện song song có nguồn cung cấp ‘điện áp chung’ qua chúng .ie VT = V1 = V2, v.v.
- Điện dung tương đương, Ceq của đoạn mạch mà các tụ điện mắc song song bằng tổng tất cả các điện dung riêng của các tụ điện ghép lại với nhau.
- Điều này là do bản trên cùng của mỗi tụ điện trong mạch được nối với bản trên của các tụ điện liền kề, theo cách tương tự, bản dưới cùng của mỗi tụ điện trong mạch được nối với bản dưới cùng của các tụ điện liền kề.
mình hãy xem cách tính điện dung tương đương của các tụ điện khi mắc song song. Hãy xem xét hai tụ điện được mắc như hình bên dưới.
Tổng điện tích (Q) trên toàn mạch được chia giữa hai bản tụ điện, nghĩa là điện tích Q tự phân bố giữa các bản tụ điện mắc song song. điện tích Q bằng tổng tất cả các điện tích riêng của tụ điện.
Như vậy Q = Q1 + Q2
Trong đó Q1, Q2 là các điện tích ở tụ điện C1 và C2.
mình biết rằng,
Q = Ceq VT
Ở đây, Q = Q1 + Q2
Ceq VT = C1xV1 + C2xV2
Vì VT = V1 = V2 = V
Ceq VT = C1xV + C2xV
Ceq VT = (C1 + C2) V
Do đó Ceq = C1 + c2
Nếu N tụ điện được mắc song song thì Ceq = C1 + C2 + C3 + —— Cn
Do đó điện dung tương đương của các tụ điện mắc song song bằng tổng điện dung riêng của các tụ điện trong đoạn mạch.
Tụ điện trong ví dụ song song Ví dụ
Xét giá trị điện dung của hai tụ C1 = 0,2uF và C2 = 0,3uF được biểu diễn trên hình 4. Bây giờ hãy tính điện dung tương đương của đoạn mạch.
mình biết rằng điện dung tương đương,
Ceq = C1 + C2
Ceq = 0,2uF + 0,3uF
Ceq = 0,5uF
Một điểm quan trọng cần nhớ về các mạch tụ điện được kết nối song song, điện dung tương đương (Ceq) của các hai hoặc nhiều tụ điện được kết nối song song với nhau sẽ luôn lớn hơn giá trị của tụ điện lớn nhất trong mạch khi mình cộng các giá trị với nhau. Vì vậy, trong ví dụ của mình ở trên Ceq = 0,5uF trong khi tụ điện có giá trị lớn nhất trong mạch chỉ là 0,3uF.
Khi các tụ điện được mắc song song?
Dưới đây là một số ứng dụng mà các tụ điện được kết nối song song.
- Trong một số nguồn cung cấp DC để lọc tốt hơn, các tụ điện nhỏ với hệ số gợn sóng vượt trội được sử dụng. Chúng được kết nối song song để tăng giá trị điện dung.
- Điều này có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô trên các phương tiện lớn như xe điện để phanh tái sinh. Ứng dụng này có thể yêu cầu giá trị điện dung lớn hơn điện dung thường có trên thị trường.
Tụ điện song song Tóm tắt
- Hiệu điện thế trên các tụ điện như nhau khi mắc song song. Hiệu điện thế tương đương của các tụ song song bằng hiệu điện thế nhỏ nhất của tụ mắc song song.
- Giá trị điện dung chung của các tụ điện là tổng của tất cả các giá trị điện dung mắc song song.
- Điện dung tương đương của n tụ điện mắc song song là Ceq = C1 + C2 + C3… Cn.
