Tụ Điện Nối Tiếp và Song Song

Tụ điện nối tiếp và song song

Tụ điện là các linh kiện tiêu chuẩn trong các mạch điện tử. Các tổ hợp khác nhau của tụ điện thường được sử dụng trong các mạch. Bài viết này giải thích về các tổ hợp tụ điện nối tiếp và song song.

Tụ Điện Nối Tiếp

Cách Nối Tụ Điện Nối Tiếp?
Tụ điện nối tiếp có nghĩa là hai hoặc nhiều tụ điện được kết nối thành một đường thẳng. Bề mặt dương của một tụ điện được kết nối với bề mặt âm của tụ điện tiếp theo.

Khi các tụ điện được kết nối nối tiếp, điện tích và dòng điện là như nhau trên tất cả các tụ điện.

Tại sao điện tích của các tụ điện nối tiếp lại giống nhau?

Đối với các tụ điện nối tiếp, cùng một lượng electron sẽ chảy qua mỗi tụ điện vì điện tích trên mỗi bề mặt đến từ bề mặt liền kề. Do đó, điện tích coulomb là như nhau. Vì dòng điện không gì khác ngoài dòng chảy của electron, nên dòng điện cũng sẽ giống nhau.

Điện dung tương đương là gì?

Điện dung tương đương là điện dung tổng thể của các tụ điện. Hãy xem cách tính toán điện dung khi chúng ở chế độ nối tiếp.
Dưới đây là hình minh họa ba tụ điện được kết nối nối tiếp với nguồn điện. Khi các tụ điện được kết nối nối tiếp, các bề mặt liền kề sẽ được nạp điện do cảm ứng tĩnh điện.

Mỗi bề mặt sẽ có điện thế khác nhau. Nhưng độ lớn của điện tích trên các bề mặt là giống nhau.
Bề mặt đầu tiên của tụ điện C1 sẽ có điện thế V1 bằng với điện áp của pin, và bề mặt thứ hai sẽ có điện thế nhỏ hơn V1. Gọi điện thế đó là V2.
Bây giờ, bề mặt đầu tiên của C2 sẽ có điện thế bằng V2, và bề mặt thứ hai sẽ có điện thế nhỏ hơn V3, gọi là V4.
Bề mặt đầu tiên của C3 sẽ có điện thế V5 (với V5=V4), và điện thế của bề mặt thứ hai sẽ nhỏ hơn V5, gọi là V6.
Tuy nhiên, hiệu điện thế tổng thể giữa các bề mặt bằng với suất điện động (emf) của pin.
VT = V1+V2+V3
But we know that, Q=CV
C=Q/V
Ceq = Q/V1 + Q/V2 + Q/V3 (As charge is same)
1/Ceq = (V1+ V2+ V3 )/Q
VT = Q/Ceq = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3
Hence,1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
Nếu N tụ điện được kết nối nối tiếp thì điện dung tương đương có thể được đưa ra như bên dưới.
1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 +……… + 1/CN
Vì vậy, khi các tụ điện được kết nối nối tiếp, nghịch đảo của điện dung tương đương bằng tổng các nghịch đảo của điện dung cá nhân của các tụ điện trong mạch.

Ví dụ về Tụ Điện Nối Tiếp

Tính toán điện dung tương đương và các điện áp rơi riêng lẻ trên bộ hai tụ điện nối tiếp có điện dung lần lượt là 0.1uF và 0.2uF khi kết nối với nguồn điện xoay chiều 12V.

Điện dung tương đương

Công thức tính điện dung tương đương CeqC_{eq}Ceq cho các tụ điện nối tiếp là:
1/Ceq = 1/C1 + 1/C2
Ceq = (C1C2) / (C1 + C2)
Ceq = (0.1uF*0.2uF) / (0.1uF+0.2uF)
Ceq = 0.066uF = 66nF
Voltage drops across the two given capacitors in series are,
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 những kết quả này, chúng ta thấy rằng điện dung tương đương 66nF nhỏ hơn điện dung nhỏ nhất 0.1uF của hai tụ điện đã cho. Các điện áp rơi riêng lẻ trên hai tụ điện này là khác nhau.
Tuy nhiên, tổng điện áp rơi của cả hai tụ điện bằng tổng điện áp, tức là 8V+4V=12V8V + 4V = 12V8V+4V=12V.
Bây giờ chúng ta sẽ tính 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
Tại đây, chúng ta thấy rằng điện tích bằng nhau 0.8uC được lưu trữ trong cả hai tụ điện C1 và C2, những tụ điện được kết nối nối tiếp.

Tóm tắt Tụ Điện Nối Tiếp

• Điện tích trên các tụ điện là giống nhau trong kết nối nối tiếp.
• Điện dung tương đương của các tụ điện nhỏ hơn điện dung nhỏ nhất trong kết nối nối tiếp.
• Điện dung tương đương của n tụ điện nối tiếp được cho bởi công thức:
1Ceq=1C1+1C2+…+1CN

Tụ Điện Song Song

Tại sao chúng ta lại kết nối tụ điện theo dạng song song?

Có một lợi ích khi kết nối tụ điện theo dạng song song so với nối tiếp. Khi các tụ điện được kết nối song song, tổng giá trị điện dung tăng lên. Có một số ứng dụng yêu cầu các giá trị điện dung cao hơn.
Cách kết nối tụ điện theo dạng song song?
Hình dưới đây cho thấy cách kết nối các tụ điện theo dạng 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 nối song song
• Tất cả các tụ điện được kết nối theo dạng song song đều có cùng một điện áp, và điện áp này bằng VT áp dụng giữa các đầu vào và đầu ra của mạch.
• Khi đó, các tụ điện song song có một nguồn điện áp “chung” áp dụng cho chúng, tức là VT=V1=V2, v.v.
• Điện dung tương đương Ceq của mạch nơi các tụ điện được kết nối theo dạng song song bằng tổng của tất cả các điện dung riêng lẻ của các tụ điện được cộng lại với nhau.
• Điều này xảy ra vì các cực trên của mỗi tụ điện trong mạch được kết nối với cực trên của các tụ điện liền kề. Tương tụ, các cực dưới của mỗi tụ điện trong mạch được kết nối với cực dưới của các tụ điện liền kề.
Bây giờ, hãy xem cách tính điện dung tương đương của các tụ điện khi chúng được kết nối theo dạng song song. Hãy xem xét hai tụ điện được kết nối như trong sơ đồ dưới đây.

Tổng điện tích (Q) trong mạch được phân chia giữa hai tụ điện, nghĩa là điện tích Q phân bổ giữa các tụ điện được kết nối theo kiểu song song. Điện tích Q bằng tổng của tất cả các điện tích của các tụ điện riêng lẻ.
Thus Q=Q1+Q2
Trong đó Q1,Q2 là điện tích tại tụ điện C1 và C2.
Q=Ceq VT
Here, Q = Q1+Q2
Ceq VT = C1xV1+C2xV2
Since VT = V1 = V2 = V
Ceq VT = C1xV+C2xV
Ceq VT = (C1+C2)V
Hence Ceq=C1+c2
Nếu NNN tụ điện được kết nối theo kiểu song song, thì
Ceq=C1+C2+C3+…+CN
Vì vậy, điện dung tương đương của các tụ điện được kết nối theo kiểu song song bằng tổng của điện dung riêng lẻ của các tụ điện trong mạch.

Ví dụ về tụ điện nối song song số 1

Xét các giá trị điện dung của hai tụ điện C1=0.2 μFvà C2=0.3 μF như được thể hiện trong hình trên. Bây giờ hãy tính điện dung tương đương của mạch.
Chúng ta 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 nối song song là điện dung tương đương (Ceq) của bất kỳ hai hoặc nhiều tụ điện được kết nối cùng nhau theo kiểu song song sẽ luôn lớn hơn giá trị của tụ điện lớn nhất trong mạch, vì chúng ta đang cộng dồn các giá trị lại với nhau. Vì vậy, trong ví dụ trên, Ceq=0.5 μF, trong khi giá trị lớn nhất của tụ điện trong mạch chỉ là 0.3 μF

Khi nào tụ điện được kết nối song song?

Dưới đây là một số ứng dụng mà tụ điện được kết nối song song:
• Trong một số nguồn DC, để cải thiện khả năng lọc, các tụ điện nhỏ có hệ số gợn sóng vượt trội được sử dụng. Những tụ điện này được kết nối song song để tăng giá trị điện dung.
• Điều này có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô cho các phương tiện lớn như xe điện để tái tạo phanh. Những ứng dụng này có thể yêu cầu giá trị điện dung lớn hơn so với điện dung thường có trên thị trường.
Tóm tắt về tụ điện nối song song
• Điện áp trên các tụ điện là giống nhau khi được kết nối song song. Điện áp tương đương của các tụ điện song song bằng điện áp định mức nhỏ nhất của tụ điện trong mạch.
• Giá trị điện dung tổng thể của các tụ điện là tổng của tất cả các giá trị điện dung được kết nối song song.
• Điện dung tương đương của nnn tụ điện nối song song là Ceq=C1+C2+C3+…+Cn