Definition af en enkel elektrisk seriekredsløb

Indhold

• Grundlæggende om elektriske kredsløb
• Serie vs. Parallelle kredsløb
• Beregning af modstand for en seriekredsløb
• Beregning af modstand for en parallel kredsløb
• Sådan løses en serie og parallel kombinationskredsløb
• Andre beregninger

At få fat på det grundlæggende inden for elektronik betyder forståelse af kredsløb, hvordan de fungerer, og hvordan man beregner ting som den totale modstand omkring forskellige typer kredsløb. Virkelige kredsløb kan blive komplicerede, men du kan forstå dem med den grundlæggende viden, du samler op fra enklere, idealiserede kredsløb.

De to hovedtyper af kredsløb er serier og parallelle. I et seriekredsløb er alle komponenter (såsom modstande) arrangeret i en linje, hvor en enkelt trådsløjfe udgør kredsløbet. Et parallelt kredsløb opdeler sig i flere stier med en eller flere komponenter på hver. Det er nemt at beregne seriekredsløb, men det er vigtigt at forstå forskellene og hvordan man arbejder med begge typer.

Grundlæggende om elektriske kredsløb

Elektricitet strømmer kun i kredsløb. Med andre ord har det brug for en komplet løkke for at noget kan fungere. Hvis du bryder løkken med en switch, stopper strømmen med at strømme, og dit lys (for eksempel) slukker. En simpel kredsløbsdefinition er en lukket sløjfe af en leder, som elektroner kan rejse rundt på, som normalt består af en strømkilde (for eksempel et batteri) og en elektrisk komponent eller enhed (som en modstand eller en pære) og ledende ledning.

Du bliver nødt til at få fat på nogle grundlæggende terminologier for at forstå, hvordan kredsløb fungerer, men du vil være fortrolig med de fleste af udtrykkene fra det daglige liv.

En "spændingsforskel" er en betegnelse for forskellen i elektrisk potentialenergi mellem to steder pr. Enhed. Batterier fungerer ved at skabe en forskel i potentialet mellem deres to terminaler, som tillader en strøm at flyde fra den ene til den anden, når de er tilsluttet i et kredsløb. Potentialet på et tidspunkt er teknisk spændingen, men forskelle i spænding er den vigtige ting i praksis. Et 5-volt batteri har en potentialforskel på 5 volt mellem de to klemmer og 1 volt = 1 joule pr. Coulomb.

Tilslutning af en leder (såsom en ledning) til begge batteriets terminaler skaber et kredsløb, hvor en elektrisk strøm strømmer rundt om det. Strømmen måles i ampere, hvilket betyder coulombs (gratis) pr. Sekund.

Enhver leder vil have elektrisk "modstand", hvilket betyder materialets modstand mod strømmen. Modstand måles i ohm (Ω), og en leder med 1 ohm modstand tilsluttet over en spænding på 1 volt ville gøre det muligt for en strøm på 1 amp at strømme.

Forholdet mellem disse er indkapslet af Ohms lov:

V = IR

Med ord "spænding er lig strømmen ganget med modstand."

Serie vs. Parallelle kredsløb

De to hovedtyper af kredsløb er kendetegnet ved, hvordan komponenter er arrangeret i dem.

En simpel seriekredsløbsdefinition er, ”Et kredsløb med komponenterne arrangeret i en lige linje, så al strømmen flyder gennem hver komponent efter tur.” Hvis du lavede et grundlæggende loopkredsløb med et batteri tilsluttet to modstande, og hvis en forbindelse løber tilbage til batteriet, ville de to modstande være i serie. Så strømmen går fra den positive terminal på batteriet (ved konvention behandler du strøm som om den kommer ud fra den positive ende) til den første modstand, fra den til den anden modstand og derefter tilbage til batteriet.

Et parallelt kredsløb er forskelligt. Et kredsløb med to modstande parallelt ville opdeles i to spor, med en modstand på hver. Når strømmen når et kryds, skal den samme mængde strøm, der kommer ind i krydset, også forlade krydset. Dette kaldes bevarelse af opladning, eller specifikt for elektronik, Kirchhoffs nuværende lov. Hvis de to stier har samme modstand, vil en lige strøm strømme ned ad dem, så hvis 6 ampere med strøm når et kryds med lige modstand på begge stier, vil 3 ampere strømme ned langs hver. Stierne går derefter sammen igen, før de tilsluttes igen til batteriet for at afslutte kredsløbet.

Beregning af modstand for en seriekredsløb

Beregning af den totale modstand fra flere modstande understreger sondringen mellem serier vs. parallelle kredsløb. For en seriekredsløb er den totale modstand (R_{i alt}) er bare summen af ​​de individuelle modstande, så:

R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...

Det faktum, at det er et seriekredsløb, betyder, at den totale modstand på stien er blot summen af ​​de individuelle modstande på den.

For et praksisproblem, forestil dig et seriekredsløb med tre modstande: R₁ = 2 Ω, R₂ = 4 Ω og R₃ = 6 Ω. Beregn den samlede modstand i kredsløbet.

Dette er simpelthen summen af ​​de individuelle modstande, så løsningen er:

begynde {justeret} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 ; Omega ; +6 ; Omega & = 12 ; Omega end {alignet}

Beregning af modstand for en parallel kredsløb

For parallelle kredsløb beregnes beregningen af R_{i alt} er lidt mere kompliceret. Formlen er:

{1 over {2pt} R_ {total}} = {1 ovenfor {2pt} R_1} + {1 ovenfor {2pt} R_2} + {1 ovenfor {2pt} R_3}

Husk, at denne formel giver dig gensidighed af modstanden (dvs. en divideret med modstanden). Så du er nødt til at dele en af ​​svaret for at få den totale modstand.

Forestil dig de samme tre modstande fra før blev arrangeret parallelt i stedet. Den totale modstand ville blive givet ved:

begynde {linje} {1 over {2pt} R_ {total}} & = {1 ovenfor {2pt} R_1} + {1 over {2pt} R_2} + {1 over {2pt} R_3} & = {1 ovenfor {2pt} 2 ; Ω} + {1 ovenfor {2pt} 4 ; Ω} + {1 ovenfor {2pt} 6 ; Ω} & = {6 over {2pt} 12 ; Ω} + {3 over {2pt} 12 ; Ω} + {2 over {2pt} 12 ; Ω} & = {11 over {2pt} 12Ω} & = 0,917 ; Ω ^ {- 1} ende {justeret}

Men dette er 1 / R_{i alt}, så svaret er:

begynde {justeret} R_ {total} & = {1 over {2pt} 0.917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 ; Omega end {alignet}

Sådan løses en serie og parallel kombinationskredsløb

Du kan opdele alle kredsløb i kombinationer af serier og parallelle kredsløb. En gren af ​​et parallelt kredsløb kan have tre komponenter i serie, og et kredsløb kan være sammensat af en serie af tre parallelle, forgrenede sektioner i række.

At løse problemer som dette betyder bare at nedbryde kredsløbet i sektioner og udarbejde dem efter tur. Overvej et simpelt eksempel, hvor der er tre grene på et parallelt kredsløb, men en af ​​disse grene har en serie på tre modstande knyttet.

Tricket til at løse problemet er at integrere seriemodstandsberegningen i den større for hele kredsløbet. For et parallelt kredsløb skal du bruge udtrykket:

{1 over {2pt} R_ {total}} = {1 ovenfor {2pt} R_1} + {1 ovenfor {2pt} R_2} + {1 ovenfor {2pt} R_3}

Men den første gren, R₁, er faktisk lavet af tre forskellige modstande i serie. Så hvis du først fokuserer på dette, ved du at:

R_1 = R_4 + R_5 + R_6

Forestil dig det R₄ = 12 Ω, R₅ = 5 Ω og R₆ = 3 Ω. Den samlede modstand er:

begynde {linje} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 & = 12 ; Omega ; + 5 ; Omega ; + 3 ; Omega & = 20 ; Omega end {alignet}

Med dette resultat for den første gren kan du gå ind på hovedproblemet. Sig det med en enkelt modstand på hver af de resterende stier R₂ = 40 Ω og R₃ = 10 Ω. Du kan nu beregne:

begynde {linje} {1 over {2pt} R_ {total}} & = {1 ovenfor {2pt} R_1} + {1 over {2pt} R_2} + {1 over {2pt} R_3} & = {1 over {2pt} 20 ; Ω} + {1 over {2pt} 40 ; Ω} + {1 ovenfor {2pt} 10 ; Ω} & = {2 over {2pt} 40 ; Ω} + {1 over {2pt} 40 ; Ω} + {4 over {2pt} 40 ; Ω} & = {7 over {2pt} 40 ; Ω} & = 0.175 ; Ω ^ {- 1} ende {justeret}

Så det betyder:

begynde {justeret} R_ {total} & = {1 over {2pt} 0.175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 ; Omega end {alignet}

Andre beregninger

Modstand er meget lettere at beregne på et seriekredsløb end et parallelt kredsløb, men det er ikke altid tilfældet. Ligningerne for kapacitet (C) i serier og parallelle kredsløb fungerer dybest set den modsatte vej rundt. For en seriekredsløb har du en ligning for det gensidige kapacitans, så du beregner den samlede kapacitet (C_{i alt}) med:

{1 over {2pt} C_ {total}} = {1 ovenfor {2pt} C_1} + {1 ovenfor {2pt} C_2} + {1 over {2pt} C_3} + ....

Og så er du nødt til at dele en ved dette resultat for at finde C_{i alt}.

For et parallelt kredsløb har du en enklere ligning:

C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ....

Den grundlæggende tilgang til løsning af problemer med serier kontra parallelle kredsløb er imidlertid den samme.