Конденсаторы при последовательном и параллельном соединении

Как пользоваться калькулятором

1. Выберите тип соединения: последовательное или параллельное.
2. Введите номиналы конденсаторов в поле «Значения конденсаторов», разделяя их пробелами, точками с запятой или переводами строк (например, 10; 22; 47). Допускается запятая в качестве десятичного разделителя, например 4,7.
3. Выберите единицу ёмкости, соответствующую вашим значениям: µF, nF, pF, mF или F.
4. При желании укажите приложенное напряжение в вольтах. Тогда калькулятор дополнительно покажет заряд и напряжение на каждом отдельном конденсаторе; оставьте поле пустым, чтобы пропустить этот шаг.
5. Результат «Эквивалентная ёмкость» выводится в выбранной вами единице, а также пересчитывается в F, mF, µF, nF и pF.

Последовательное и параллельное соединение: в чём разница

При параллельном соединении обкладки всех конденсаторов фактически объединяются. Общая площадь обкладок увеличивается, поэтому ёмкости просто складываются: два конденсатора по 10 µF, соединённые параллельно, ведут себя как один на 20 µF. Параллельное соединение — стандартный способ получить бо́льшую ёмкость и запасаемый заряд, при этом каждый конденсатор находится под полным приложенным напряжением.

При последовательном соединении конденсаторы следуют друг за другом в одной ветви, и каждый из них хранит одинаковый заряд. Общая ёмкость при этом уменьшается — эквивалентная ёмкость всегда меньше самого малого конденсатора в цепочке. Взамен приложенное напряжение распределяется между конденсаторами, поэтому последовательные цепочки используют, когда отдельный конденсатор сам по себе не выдерживает полное напряжение.

Распределение напряжения в последовательной цепочке неравномерно: наибольшая доля напряжения приходится на конденсатор с наименьшей ёмкостью, поскольку \(V_i = Q/C_i\), а заряд \(Q\) везде одинаков. В рассмотренном примере с 10, 22 и 47 µF на конденсаторе 10 µF падает 7,20 V, а на 47 µF — лишь 1,53 V. Всегда проверяйте, чтобы напряжение на отдельном конденсаторе не превышало его номинальное — именно это самая частая причина выхода из строя последовательных цепочек.

Обратите внимание на контраст с резисторами: последовательные резисторы складываются напрямую, а параллельные — через обратные величины, и с конденсаторами всё ровно наоборот. Если вы работаете и с резисторными схемами, загляните в калькуляторы «Последовательное сопротивление» и «Параллельное сопротивление».

Допущения, ограничения и практические советы

• Калькулятор считает конденсаторы идеальными: без тока утечки, без эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и без потерь в диэлектрике. Реальные компоненты, особенно электролитические, на высокой частоте или при изменении температуры могут заметно отклоняться от расчёта.
• Поддерживаются только чисто последовательные или чисто параллельные схемы. Смешанную схему сводите шаг за шагом: замените каждую параллельную группу одной эквивалентной ёмкостью, каждую последовательную цепочку — одной ёмкостью и повторяйте, пока не останется единственное значение.
• Допуск конденсаторов обычно составляет ±10 % или ±20 %, поэтому расчётные 5,998 µF на практике — это «примерно 6 µF». Керамические конденсаторы 2-го класса под постоянным смещением могут терять до половины маркированной ёмкости.
• В реальной последовательной цепочке токи утечки у разных конденсаторов различаются, из-за чего распределение постоянного напряжения постепенно смещается. В высоковольтных схемах параллельно каждому конденсатору добавляют выравнивающие резисторы, чтобы управлять этим распределением.
• Одинаковые конденсаторы упрощают расчёт: \(n\) одинаковых конденсаторов ёмкостью \(C\) дают \(C/n\), и на каждый приходится лишь \(V/n\) напряжения питания.

Смежные калькуляторы

Эквивалентная ёмкость нередко лишь один из шагов при проектировании схемы. Чтобы узнать, как быстро батарея конденсаторов заряжается или разряжается через резистор, воспользуйтесь калькулятором «Постоянная времени RC». Чтобы определить резонансную частоту контура из конденсатора и катушки индуктивности, откройте калькулятор «Резонанс LC».