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合成容量とは?(1)

合成容量とは、合成抵抗と同じく

複数の容量(コンデンサ)で表された回路部分を一つの容量(コンデンサ)に置き換えた時の容量値

のことです。合成容量にも、並列接続並列接続の2つがあります。それぞれについてみていきたいと思います。(理論式は Wikipedia の直列回路と並列回路を、公式の算出は合成容量の公式が参考になるかと思います)

並列接続
並列接続とは、容量の2つの端子をそれぞれ接続するやりかたです。例えば、以下の例で考えてみます。
ele3_14.jpg

左側の図では2μFの容量と3μFの容量の2つの端子をそれぞれ接続し、さらに2Vの電源にも接続している並列接続の例です。

並列接続では、それぞれの容量値を足した値が合成容量値になります。イメージにて容量が水(正電荷)を入れる容器としているので理解しやすいと思います。

ele3_15.jpg

並列接続は、増幅回路の周波数特性の基本の理解になくてはならない考え方です。

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合成容量とは?(2)

次に直列接続に移ります。

直列接続
直列接続とは、容量を数珠つなぎに接続するやりかたです。例えば、以下の例で考えてみます。
ele3_16.jpg
左側の図では2μFの容量と3μFの容量を縦に数珠つなぎし、5Vの電源に接続している直列接続の例です。合成容量で表現した場合を右に示します。

容量の直列接続のイメージは少々厄介です。水(正電荷)の入った容器を縦に積むことになりますが、合成容量については以下の5つの手順を踏むことで 1.2uF と求めることができます。

1.真ん中の2つの容器(赤色の容器)をつなぐパイプ(赤のパイプ)は2つの容器以外につながっていないため、赤色の容器の間でしか水が移動できません
2.3μFの容器の目盛が2Vだったとすると、1.の働きで上の2μFの容器の目盛は3Vになります(長さ3×2V=長さ2×3V)
3.3μFの容量の目盛が2V、2μFの容器の目盛が3Vなので、4つの容器で2+3=5V分の水を蓄えていると考えられます
4.合成容量とは、この4つの容器の水の増え方を2つの容器だけで説明することです
5.4つの容器の一番上の容器には長さ2×3V=6の水が増えていますこれと同じ水の量で、かつ目盛が5Vのところにある容器で表そうとすると、6÷5V=1.2uFの長さの容器になります

ele3_17.jpg

直列接続は少し難しいですが、これが理解できると難しい回路を単純化することに役立ちます。(例えば、ミラー効果の説明など)
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目標であったオペアンプの設計に6年かけて到達しました。ここからは応用的な内容を書ける限り書いていきたいと思います。

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