Serie- och parallellkoppling av kondensatorer

Kondensatorer används i många tillämpningar i serie-, parallell- eller blandade kopplingar. Parallellkopplingen är enklast att förstå, så den tar vi först.

Vid parallellkoppling står fler plattor mot varandra och plattytan ökar därmed proportionellt. Motsvarande ökar kapacitansen i den samlade kopplingen.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
Sammanfattning: Kopplingsschema med tre kondensatorer C1, C2 och C3 i en rektangulär ledarram och en central vertikal ledare med två anslutningsklämmor upptill och nedtill.
Detaljerad beskrivning: En rektangulär trådram bildar den yttre strömvägen med en övre och en nedre horisontell ledning samt vänstra och högra vertikala grenar. I den vänstra vertikala grenen är en kondensator med två parallella plattor ritad, bredvid märkningen ”C1”. I den högra vertikala grenen syns en likadan kondensatorsymbol märkt ”C3”. I mitten löper en lodrät ledare som förbinder den övre och den nedre horisontella ledningen; vid de båda korsningspunkterna är fyllda knutpunkter (svarta punkter) markerade. Mellan dessa båda knutpunkter ligger i mitten av den lodräta ledaren ytterligare en kondensator, likaså ritad som två parallella plattor, märkt ”C2”. Den mittersta ledaren fortsätter över övre kanten uppåt och över nedre kanten nedåt och slutar vardera i en liten öppen anslutningsmarkering (en cirkel). Inga värden, polaritetstecken eller andra texter finns.
Figur HAREC-9.7.1: Parallellkoppling av 3 kondensatorer

Vid parallellkoppling av lika stora kondensatorer fördubblas kapacitansen medan spänningståligheten förblir densamma. Totalkapacitansen kan naturligtvis beräknas. Formeln finns i formelsamlingen:

$$C_{\mathrm{tot}} = C_{1} + C_{2} + C_{3} + \dots$$

Totalkapacitansen vid parallellkoppling är alltid större än den minsta enskilda kapacitansen.

I följande uppgift tillkommer en extra svårighet, eftersom kapacitansvärdena har olika prefix. Man måste först räkna om alla värden till ett gemensamt prefix. Talen ska varken bli för stora eller för små, och därför rekommenderas prefixet nano ($\unit{\nano}$).

$$\begin{split} \qty{0,1}{\micro\farad} &= \qty{100}{\nano\farad} \\ \qty{50000}{\pico\farad} &= \qty{50}{\nano\farad}\end{split}$$

Sedan behöver man bara addera alla värden i $\unit{\nano\farad}$.

Den här alternativtexten har inte granskats ännu.

1. Kort sammanfattning:
Fyra stora, svarta elektrolytkondensatorer är monterade i ett metallhölje och förbundna via två påskruvade aluminiumskenor med röda anslutningskablar, med handskrivna plus/minus-markeringar och texten ”+50V” samt ”7 × 10000 µF”.

2. Detaljerad beskrivning:
I förgrunden står fyra cylinderformade, svarta kondensatorer på rad, med ljusa tryck som ”10000 µF -10…+30%” och märket ”BEKO”; de står i ett metallkar. Ovanför ligger två parallella, silverfärgade aluminiumskenor som är fastskruvade med flera sexkantsskruvar och brickor. På den övre skenan syns handskrivna markeringar: ett rött ”+”, ett svart ”-” samt med svart text ”7 × 10000 µF”. På den undre skenan står med röd text ”+50V”. I skenornas ändar och på flera ställen är röda ledningar med ringkabelskor anslutna; vissa anslutningar har genomskinliga isolerslangar. I bakgrunden syns ytterligare komponenter, ledare, lödpunkter och flerfärgade kablar inne i metallchassit. Scenen visar ordnad, skruvad ledningsdragning, numrerade markeringar vid enskilda skruvar och en överlag snyggt uppbyggd modul inuti en större elektronisk apparat.
Figur HAREC-9.7.2: Parallellkoppling av $7 \times \qty{10000}{\micro\farad}$ i ett nätaggregat för slutsteg

Vid seriekoppling av kondensatorer, som figur HAREC-9.7.1 visar, ökar spänningståligheten men kapacitansen minskar. Totalkapacitansen kan återigen beräknas. Formeln liknar den för parallellkoppling av motstånd:

$$\frac{1}{C_{\mathrm{tot}}} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} + \frac{1}{C_{3}}$$
Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Ett kopplingsschema visar tre seriekopplade kondensatorer mellan två runda anslutningsknutpunkter.
2) Detaljerad beskrivning: På en vågrät ledning finns till vänster en liten öppen cirkel som anslutningspunkt; ledningen leder åt höger till den första kondensatorsymbolen C1 (två lodräta, parallella plattor med litet mellanrum), ovanför står märkningen ”C1”. Därifrån löper ledningen vidare åt höger till den andra, likadant ritade kondensatorn med märkningen ”C2” ovanför, därefter vidare till den tredje likadana kondensatorn med märkningen ”C3” ovanför. Till höger slutar ledningen i en andra liten öppen cirkel som anslutningspunkt. Inga andra komponenter, skalor eller märkningar finns.
Figur HAREC-9.7.1: Seriekoppling av 3 kondensatorer

Totalkapacitansen vid seriekoppling är alltid mindre än den minsta enskilda kapacitansen.

Vid lösning av uppgifter rekommenderas följande arbetssätt:

  1. Skissa kopplingen
  2. Skriv kapacitansvärdena vid komponenterna.
  3. Räkna om till samma prefix.
  4. Förenkla kopplingen genom att slå ihop likartade delar
  5. Beräkna totalkapacitansen steg för steg

Om alla kondensatorer har samma kapacitans kan man enkelt beräkna totalkapacitansen genom att dividera en enskild kapacitans med 3. I ett sådant fall räknar man $\qty{0,33}{\micro\farad} / 3 = \qty{0,11}{\micro\farad}$.

Vid seriekoppling av kondensatorer med både $\unit{\micro\farad}$ och $\unit{\nano\farad}$ som prefix är det mycket klokt att först räkna om $\qty{200000}{\nano\farad}$ till $\qty{200}{\micro\farad}$. Vid seriekoppling kan man sedan använda formeln ur formelsamlingen.

$$C_{\mathrm{tot}} =\frac{1}{\frac{1}{\qty{100}{\micro\farad}} + \frac{1}{\qty{200}{\micro\farad}} + \frac{1}{\qty{200}{\micro\farad}}}$$

I nästa exempel kombineras 3 kondensatorer i serie- och parallellkoppling.

Vilken del av kopplingen kan förenklas först? Rätt: seriekopplingen. Den delgruppen har som totalkapacitans hälften av $\qty{10}{\nano\farad}$, alltså $\qty{5}{\nano\farad}$. Nu är det enklare att räkna vidare, eftersom kapacitanserna adderas vid parallellkoppling. Grattis till resultatet $\qty{10}{\nano\farad}$.

Liknande uppgifter är lätta att lösa på samma sätt.


Fortsätt till nästa avsnitt: Seriekoppling av spolar