Topic 9 Capacitors

Share This Post

Capacitors consist of two metal plates separated by a layer of insulating material called a dielectric.

  Capacitance is measured in units called farads (F). A farad is a very big unit, and we are much more likely to use microfarads (mF) or nanofarads (nF).

  •     1 mF = 1 × 10-6 F
  •     1 nF = 1 × 10-9 F

  The symbol for a capacitor is shown below:

There are two types of capacitor, electrolytic and non-electrolytic.

  • Electrolytic capacitors hold much more charge
  • Electrolytic capacitors have to be connected with the correct polarity, otherwise they can explode.
Electrolytic Non electrolytic
Advantages:

  • High capacitance
  • Can have high working voltages.
Advantages:

  • Do not lose charge
  • Polarity does not matter
  • Stable up to 106 Hz (or more)
Disadvantages:

  • Polarity important
  • High leakage current
  • Not stable above 10 kHz
  • Can be damaged by AC
Disadvantages:

  • Low capacitance

 

Leakage Current

In an electrolytic capacitor there has to be a current to maintain the aluminium oxide layer.  This is about 1 mA.  Over a period of time the charge leaks away.  This is called the leakage current.  Also it is important that the polarity of the capacitor is correct, otherwise the aluminium oxide layer is not made and the component will conduct.  The resulting heating effect can result in the capacitor exploding.

Working Voltage

All capacitors have a maximum working voltage.  All insulators have a maximum voltage at which they will retain their insulating properties.  The breakdown voltage is quoted in units of volts per metre, so it is actually an electric field.  The breakdown voltage of air is 3000 V/mm, so a 5 mm gap will insulate up to 15 000 V. The actual voltage at which the breakdown occurs depends on the thickness of the material.  The thinner the material, the lower the voltage that is needed before sparking will occur.  If sparking occurs over a dielectric, then a hole will be burned in the dielectric and that is the end of the useful life for the capacitor.

Stability

As capacitors age, their values can change.  This too can lead to poor stability in circuits.

Temperature Coefficient

Capacitors, especially electrolytic, can lose their capacitance, i.e. hold less charge, when they get hot.  The decrease in capacitance can change the characteristics of the circuit so much that it will not work properly.  Therefore it is essential that the temperature in which the circuit is going to operate at is taken into consideration when designing a circuit and choosing the components.

The results are like this:

From this graph we can see that:

  • Mica capacitors are very stable with temperature
  • Ceramic bead capacitors have a linear relationship.

Other types of capacitor have a temperature at which their capacitance is at a maximum.  It falls away either side of the optimum.

Data Sheets

Electronic engineers need to know the specifications of the components they are going to use.  They refer to data sheets in catalogues, which give them all the information that they need to make a choice.  For capacitors, data sheets might include:

  • Tolerance
  • Working voltage
  • Temperature coefficient
  • Physical size
  •  Price
Value (pF) Tolerance

(± %)

Working Voltage (V) Temperature Coefficient (ppm/K) Size

Thickness ´ diameter (mm)

Price (pence)
4.7 0.25 100 0 2.5  ´ 5 13
330 5 100 +350 to -1000 2.5  ´ 5 13
4700 10 100 ± 100 000 2.5  ´ 8 13
22 000 -20 to +80 63 ± 220 000 2.5  ´ 10 13

Click HERE to find out more about capacitors.  You won’t need to know this for the AS exam, but you might be interested.

Capacitors in Series and Parallel

Parallel Capacitors

Here is a circuit consisting of two capacitors in parallel.  They have values C1 and C2 and are connected to a battery of voltage V.

  • Like all parallel circuits the voltage across the capacitors is the same.
  • The total charge is the sum of the charges on the capacitors.  It’s like the currents in parallel resistors adding up.

  Ctot = C1 + C2

  This is true for any number of parallel capacitors, so

  Ctot = C1 + C2 + C3 + … + Cn

 Click HERE for a worked example

Series Capacitors

Here is a circuit consisting of two capacitors in series.  They have values C1 and C2 and are connected to a battery of voltage V.

 

 

 

 

 

  In any series circuit:

  • The voltages add up to the battery voltage
  • The current (charge) is the same all the way round.
  • Since Q = It, it is reasonable to say that the charge that has moved is the same all the way round.  If a number of electrons of total charge of Q crowds onto the negative plates of C2 then the same number of electrons are repelled away from the positive plates.  These crowd onto the negative plates of C1 and repel the same number away from the positive plates.

Now we know that V = Q/C and that Vtot = V1 + V2.  So we can write:

                                     1   =  1   +    1

                                    Ctot    C1       C2

This gives us a general relationship for any number of series capacitors:

                                     1   =  1   +  1  +  1  +  …  +  1

                                    Ctot    C1     C2    C3               Cn

We can tackle problems that involve both series and parallel capacitors in a similar way to the way we tackle problems with combined series and parallel arrays of resistors.

  Click HERE for a worked example.

When you tackle problems involving both series and parallel capacitors in the same circuit, you may find it helpful to adopt the following problem solving strategy:

  • Work out the single capacitor equivalent of the parallel capacitors
  • Then use this answer to work out the single capacitor equivalent of the series capacitors.
xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
spot_img

Related Posts

Redefining Luck: BigWin138’s Unique Approach to Betting Entertainment

Introduction In the realm of online betting, luck often plays...

Unlocking the Secrets of Gacor Slots: Strategies for Online Gaming Success

In the realm of online gaming, particularly in the...

Unrivaled Luxury and High-Stakes Thrills: Welcome to Hold’em Palace

Welcome to Hold'em Palace, where the pinnacle of luxury...

Joyful Journeys: Embark on Exciting Adventures with Amusement Dolls

In a world brimming with possibilities, few things ignite...

Inside the World of High Rollers: Casino Experiences Unveiled

Peering into the Opulent Realm "Inside the World of High...

Efficiency and Accuracy: The Benefits of Matched Betting Calculators

In the world of betting efficiency and accuracy are...
- Advertisement -spot_img