Capacitores em Série e Paralelo: Detalhes Equações e Cálculos

Casos em que é necessário calcular uma capacitância total de um número de capacitores que muitas séries ou paralelos estão entre si.

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O tutorial de capacitância inclui:

Capacitância | Fórmulas de capacitores | Reatância capacitiva | Capacitores Paralelos e Série | Constante dielétrica e permissividade relativa | Fator de dissipação, tangente de perda, ESR | Tabela de conversão de capacitores
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Em uma variedade de áreas de projeto, instalação e uso de circuitos elétricos e eletrônicos, pode ser necessário colocar capacitores em série uns com os outros, ou em outros casos em paralelo.

Nesses casos, é necessário poder calcular a capacitância total das combinações de capacitores em série e em paralelo.

Existem alguns cálculos fáceis de usar, e também incluímos uma calculadora para calcular o valor de dois capacitores em série um com o outro.

Fórmula dos Capacitores Paralelos

É muito fácil calcular a capacitância total de um conjunto de capacitores em paralelo. O valor total é simplesmente a soma dos valores de capacitância dos capacitores individuais.

Em teoria, não há limite para o número de capacitores que podem ser adicionados em paralelo. Obviamente, pode haver limites práticos dependendo da aplicação, espaço e outras limitações físicas.

O valor total de um número de capacitores colocados em paralelo é simples a soma dos valores. Isso pode ser expresso na fórmula abaixo:

Razões para Usar Capacitores em Paralelo

Existem várias razões pelas quais pode ser benéfico colocar capacitores em paralelo:

• Para obter o valor de capacitância não preferencial: Como muitos componentes, os capacitores vêm em valores preferenciais. Para algumas aplicações, podem ser necessários valores específicos que podem não coincidir com os valores preferenciais ou com aqueles que podem estar disponíveis. Quase qualquer valor pode ser obtido a partir da combinação de dois ou mais valores preferenciais, embora esteja ciente de que alguns capacitores possuem amplos níveis de tolerância, de modo que o valor final estará sujeito a esses valores.
• Aumentar o valor do capacitor: A razão mais óbvia para ter dois ou mais capacitores em paralelo é aumentar o valor da capacitância disponível. Pode ser conveniente usar dois ou mais capacitores de valor menor do que um único maior. Novamente, a disponibilidade pode ser um problema e exigir o uso de dois capacitores em paralelo.
• Utilize capacitores diferentes para desacoplar diferentes frequências: Um único capacitor nem sempre é capaz de remover todas as frequências que podem estar presentes em uma linha de alimentação de tensão, etc. como um eletrolítico com um valor maior para remover os componentes de baixa frequência (o capacitor eletrolítico não é bom para passar sinais de alta frequência); e um como um capacitor cerâmico com um valor menor para remover os componentes de alta frequência (o capacitor cerâmico menor não terá uma reatância baixa o suficiente para passar os componentes de baixa frequência).
  
  Ao usar essa abordagem, é necessário estar ciente dos efeitos da indutância em série espúria porque é possível que a indutância parasita de um capacitor ressoe com a capacitância do segundo. Esses efeitos normalmente não causam problemas, mas a execução de dois capacitores em paralelo pode dar origem a esses efeitos combinados.
• Desacoplamento distribuído: Em muitas placas lógicas onde há muitos CIs lógicos, é prática comum distribuir o desacoplamento ao redor da placa, normalmente tendo um capacitor em cada CI, ou possivelmente em cada outro CI, e capacitores de desacoplamento maiores colocados estrategicamente ao redor do circuito. É necessário em circunstâncias como essas poder calcular o nível geral de capacitância. Embora cada capacitor possa não ser grande, a soma de todos os capacitores na placa pode somar. É sempre aconselhável calcular o valor total de todos os capacitores em paralelo.

Colocar capacitores em paralelo pode fornecer as vantagens detalhadas acima. O uso de capacitores em paralelo fornece flexibilidade adicional em seu uso.

Fórmula dos Capacitores em Série

Se os capacitores são colocados em paralelo, isso é um pouco semelhante ao aumento do tamanho das placas do capacitor e, portanto, os valores dos capacitores em paralelo podem ser simplesmente somados. Se os capacitores estiverem em série, eles não podem ser simplesmente adicionados.

Em teoria, não há limite para o número de capacitores que podem ser adicionados em série. Obviamente, pode haver limites práticos dependendo da aplicação, espaço e outras limitações físicas.

Quando os capacitores são conectados em série, a capacitância total pode ser determinada tomando o recíproco da capacitância de cada capacitor e somando-os para obter o recíproco da capacitância total.

Dois Capacitores em Série

Existem vários casos em que os capacitores podem ser necessários para serem colocados em série. Em alguns circuitos, isso ocorre naturalmente, por exemplo, em alguns osciladores pode haver um divisor de tensão CA do capacitor. Em outros casos, os capacitores podem ser colocados em série por várias razões e alguns exemplos são dados abaixo.

Embora a combinação mais comum seja ver dois capacitores em série, é possível colocar três ou mais em série.

Ao calcular o caso geral para o valor de capacitância total para uma série de capacitores em série, o cálculo pode ser um pouco prolixo se feito manualmente. Como a maioria das redes, apenas dois capacitores são colocados em série e é possível simplificar consideravelmente a fórmula. Isso torna o cálculo manual muito mais fácil.

Precauções para Usar Capacitores em Série

Embora os capacitores apareçam em série em várias configurações de circuito, como osciladores e similares, os capacitores podem ser usados ​​em série para aumentar a tensão de trabalho.

Quando dois capacitores são usados ​​em série, o problema geralmente é que os dois capacitores não compartilham a tensão igualmente. Diferenças na corrente de fuga ocorrem entre capacitores, especialmente para capacitores como versões eletrolíticas e isso significa que as tensões entre os dois capacitores podem diferir muito e, como resultado, um pode estar sujeito a condições de sobretensão que podem resultar na destruição de um ou ambos os capacitores. Isso pode ocorrer se os dois capacitores forem colocados em série para fornecer um aumento na tensão de trabalho.

Uma diferença na corrente de fuga pode facilmente resultar de pequenas diferenças na fabricação, ou mesmo diferenças na taxa de envelhecimento dos dois capacitores – a corrente de fuga em capacitores eletrolíticos aumenta com o tempo, especialmente se eles não forem usados.

Para ajudar a compartilhar a tensão igualmente entre os dois capacitores, resistores de alto valor são colocados ao redor dos capacitores como um divisor de potencial. Os valores podem ser da ordem de 100kΩ ou possivelmente até um pouco mais altos, mas o suficiente para que as tensões possam ser divididas de forma confiável em ambos os capacitores.

Em essência, os valores dos dois resistores devem ser tais que a corrente que flui através deles seja pelo menos dez vezes maior que a corrente de fuga. Desta forma, a tensão será compartilhada mais igualmente entre os capacitores em série. Mesmo quando esta abordagem é aplicada é bom deixar uma boa margem na tensão de trabalho, especialmente quando são usados ​​capacitores eletrolíticos.

A conexão de capacitores em série ocorre em muitos circuitos. Saber calcular o valor total, mesmo que seja um cálculo aproximado de cabeça, é muito útil. Se for necessário um valor mais preciso, a calculadora de capacitores em série online pode ser muito útil.

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