Kondensatoren sind Geräte, die elektrische Ladung ansammeln und speichern können. In einigen Situationen ist es notwendig, mehrere Kondensatoren miteinander zu verbinden. Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, ist die Gesamtkapazität dieser Kombination kleiner als die Kapazität jedes einzelnen Kondensators. Dieses Phänomen kann durch die Merkmale der Wechselwirkung der elektrischen Felder von Kondensatoren in einer Schaltung erklärt werden.
Wenn Kondensatoren an einen Stromkreis angeschlossen werden, interagieren sie über einen gemeinsamen Stromkreis miteinander. In diesem Fall dringt das elektrische Feld jedes Kondensators in den Bereich der anderen Kondensatoren ein. Das elektrische Feld, das von einem Kondensator erzeugt wird, beeinflusst die Kapazität anderer Kondensatoren in einem gemeinsamen Stromkreis.
Der Effekt der seriellen Verbindung von Kondensatoren besteht darin, dass das elektrische Feld eine Änderung der Ladungen an den Kondensatorelektroden bewirkt. Jeder Kondensator hat seine eigene Ladeebene, die in den Bereich der anderen Kondensatoren gelangt. Aufgrund dieser Wechselwirkung der elektrischen Felder ändern sich die Ladungen auf den Ladeebenen entsprechend den Wechselwirkungen.
Aufgrund der Wechselwirkung der elektrischen Felder der Kondensatoren nimmt die Kapazität der gesamten Kombination während der seriellen Verbindung ab. Der Grund dafür sind zusätzliche Ladungen, die auf den Ladeebenen der Kondensatoren auftreten. Daher erhalten wir beim Summieren der Kondensatorbehälter in einer Reihe einen Gesamtkapazitätswert, der kleiner ist als wenn die Kondensatoren parallel geschaltet wären.
Warum nimmt die Kapazität ab
Die Kapazität eines Kondensators wird durch seine geometrischen Parameter wie die Fläche und den Abstand zwischen den Platten sowie die Dielektrizitätskonstante des Mediums bestimmt, die den Raum zwischen den Platten füllt. Wenn die Kondensatoren seriell verbunden sind, ändern sich diese Parameter, was zu einer Verringerung ihrer Gesamtkapazität führt.
In erster Linie werden ihre Platten kleiner, wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden. Dies liegt daran, dass die Gesamtfläche der Platten jedes Kondensators als die Summe der Flächen seiner Platten berechnet wird, und im Falle einer seriellen Verbindung wird die Gesamtfläche gleich der Fläche der kleinsten Platte.
Darüber hinaus erhöht sich der Abstand zwischen den Platten jedes Kondensators auch bei serieller Verbindung. Dies liegt daran, dass der Gesamtabstand zwischen den Platten der Summe der Abstände zwischen den Platten jedes Kondensators entspricht. Bei einer seriellen Verbindung wird die Entfernung also gleich der Summe der Entfernungen aller Kondensatoren.
Ein weiterer Faktor, der die Verkleinerung der Kapazität bei serieller Kondensatorverbindung beeinflusst, ist die Dielektrizitätszahl des Mediums zwischen den Platten. Wenn die Kondensatoren in Folge verbunden sind, entspricht die Gesamtdielektrizitätszahl des Mediums der Summe der Dielektrizitätszahl jedes Kondensators. Wenn also die Dielektrizitätszahl des Mediums zwischen den Platten jedes Kondensators geringer ist als die Dielektrizitätszahl des Mediums zwischen den Platten anderer Kondensatoren, ist die Gesamtdielektrizitätszahl des Mediums geringer, was zu einer Verringerung der Kapazität führt.
Bei serieller Kondensatorverbindung
In elektrischen Schaltungen können Kondensatoren parallel oder in Reihe geschaltet werden. Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, verringert sich die Gesamtkapazität der Schaltung.
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird der positive Pol eines Kondensators mit dem negativen Pol des anderen verbunden. Diese Verbindung ermöglicht es, die gleiche Potentialdifferenz an beiden Enden der verbundenen Kondensatoren zu bilden.
Die Verringerung der Gesamtkapazität erfolgt aufgrund einer Erhöhung der Gesamtdielektroschicht und der Effizienz der Kondensatorbindung, was zu einer Erhöhung der Potentialdifferenz zwischen den Platten jedes Kondensators führt. Infolgedessen wird das elektrische Feld in jedem Kondensator verstärkt und die Kapazität wird reduziert.
Der Effekt der Verkleinerung der Kapazität
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, verringert sich die Gesamtkapazität der Schaltung im Vergleich zur Kapazität jedes einzelnen Kondensators. Dieser Effekt wird dadurch erklärt, dass die Gesamtkapazität des Stromkreises bei serieller Verbindung von Kondensatoren von der inverse Summe der inverse Kapazitätswerte jedes Kondensators abhängt.
Wenn wir zwei Kondensatoren mit C-Kapazitäten haben1 und C2 dann wird die Gesamtkapazität der Kette durch die Formel bestimmt:
| Gesamtkapazität der Schaltung (Callgemein) | = | 1 / (1/C1 + 1/C2) |
|---|
Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass sich die Summe der umgekehrten Kapazitätswerte jedes Kondensators im Nenner befindet. Je größer das umgekehrte Element im Nenner ist, desto geringer ist die Gesamtkapazität der Kette.
Die Wirkung der Verkleinerung der Kapazität wird deutlich, wenn eine große Anzahl von Kondensatoren in Reihe geschaltet wird. Wenn Sie zum Beispiel 10 Kondensatoren mit den gleichen Kapazitäten nehmen, ist die Gesamtkapazität der Schaltung 10 Mal kleiner als die Kapazität jedes einzelnen Kondensators.
Gründe für die Verringerung der Kapazität
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, verringert sich die Kapazität der Schaltung aus mehreren Gründen:
| 1. Verkleinerung der Plattenfläche | Wenn die Kondensatoren an einen Stromkreis angeschlossen werden, werden die Platten der parallelen Kondensatoren sequenziell. Dies führt zu einer Verringerung der Gesamtfläche der Platten, wodurch die Kapazität der Kette verringert wird. Eine kleinere Plattenfläche bedeutet eine geringere Fähigkeit des Kondensators, eine Ladung zu akkumulieren. |
| 2. Erhöhung des Abstands zwischen den Platten | Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird der Abstand zwischen den Platten eines Kondensators erhöht, da die Platten eines anderen Kondensators in den Stromkreis einbezogen werden. Ein größerer Abstand zwischen den Platten verringert die Kapazität des Kondensators gemäß der Kondensatorkapazitätsgleichung, die von der Fläche und dem Abstand zwischen den Platten abhängt. |
| 3. Erhöhte Dielektrizitätszahl | Wenn die in Reihe geschalteten Kondensatoren unterschiedliche Dielektrizitätswerte aufweisen, wird die Gesamtkapazität der Schaltung durch einen Kondensator mit einem niedrigeren Dielektrizitätswert bestimmt. Ein Kondensator mit einer höheren Dielektrizitätszahl hat einen geringeren Einfluss auf die Gesamtkapazität der Schaltung. |
Somit führt die serielle Verbindung der Kondensatoren zu einer Verringerung der Schaltkreiskapazität aufgrund der Verringerung der Plattenfläche, der Erhöhung des Abstands zwischen den Platten und der unterschiedlichen Dielektrizitätszahl.
