Definition af et simpelt elektrisk seriekredsløb

At få styr på det grundlæggende i elektronik betyder at forstå kredsløb, hvordan de fungerer, og hvordan man beregner ting som den samlede modstand omkring forskellige typer kredsløb. Virkelige kredsløb kan blive komplicerede, men du kan forstå dem med den grundlæggende viden, du henter fra enklere, idealiserede kredsløb.

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

Elektricitet strømmer kun i kredsløb. Med andre ord har det brug for en komplet løkke for at noget skal fungere. Hvis du bryder den løkke med en kontakt, holder strømmen op med at flyde, og dit lys (for eksempel) slukkes. En simpel kredsløbsdefinition er en lukket sløjfe af en leder, som elektroner kan bevæge sig rundt, normalt bestående af en effekt kilde (f.eks. et batteri) og en elektrisk komponent eller enhed (som en modstand eller en pære) og ledende ledning.

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

En "spændingsforskel" er et udtryk for forskellen i elektrisk potentiel energi mellem to steder pr. Enhedsopladning. Batterier fungerer ved at skabe en forskel i potentialet mellem deres to terminaler, hvilket gør det muligt for en strøm at strømme fra den ene til den anden, når de er forbundet 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 potentiel forskel på 5 volt mellem de to terminaler og 1 volt = 1 joule pr. Coulomb.

Tilslutning af en leder (såsom en ledning) til begge poler på et batteri skaber et kredsløb med en elektrisk strøm, der strømmer omkring det. Strømmen måles i ampere, hvilket betyder coulomb (pr. Ladning) 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 forbundet over en spænding på 1 volt ville tillade en strøm på 1 amp at strømme.

Forholdet mellem disse er indkapslet af Ohms lov:

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

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

En simpel seriekredsløbsdefinition er: "Et kredsløb med komponenterne arrangeret i en lige linje, så al strøm strømmer gennem hver komponent igen." Hvis du lavede et grundlæggende kredsløbskredsløb med et batteri tilsluttet to modstande, og derefter har en forbindelse, der kører tilbage til batteriet, de to modstande ville være i serie. Så strømmen går fra den positive terminal på batteriet (ved konvention behandler du strøm som om den kommer fra den positive ende) til den første modstand, fra den til den anden modstand og derefter tilbage til batteri.

Et parallelt kredsløb er anderledes. Et kredsløb med to modstande parallelt ville opdele sig 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 afgift eller specifikt til elektronik, Kirchhoffs nuværende lov. Hvis de to stier har samme modstand, vil en lige strøm strømme ned ad dem, så hvis 6 ampere strøm når et kryds med lige modstand på begge stier, strømmer 3 ampere ned ad hver. Stierne slutter sig derefter sammen igen, før de tilslutter igen til batteriet for at fuldføre kredsløbet.

Beregning af den samlede modstand fra flere modstande understreger forskellen mellem serie vs. parallelle kredsløb. For et seriekredsløb er den samlede modstand (R​_Total) er bare summen af ​​de enkelte modstande, så:

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

For et praksisproblem, forestil dig et seriekredsløb med tre modstande:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω ogR​₃ = 6 Ω. Beregn den samlede modstand i kredsløbet.

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

For parallelle kredsløb beregnes beregningen afR​_Total er lidt mere kompliceret. Formlen er:

Husk, at denne formel giver dig den gensidige modstand (dvs. en divideret med modstanden). Så du skal dele en med svaret for at få den samlede modstand.

Forestil dig, at de samme tre modstande fra før var arrangeret parallelt i stedet. Den samlede modstand ville blive givet af:

Men dette er 1 /R​_Total, så svaret er:

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 kunne være sammensat af en serie af tre parallelle, forgrenende sektioner i træk.

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

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

Men den første gren,R​₁, er faktisk lavet af tre forskellige modstande i serie. Så hvis du først fokuserer på dette, ved du det:

Forestil dig detR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω ogR​₆ = 3 Ω. Den samlede modstand er:

Med dette resultat for den første gren kan du gå videre til hovedproblemet. Med en enkelt modstand på hver af de resterende stier, sig detR​₂ = 40 Ω ogR​₃ = 10 Ω. Du kan nu beregne:

Så det betyder:

Modstand er meget lettere at beregne på et seriekredsløb end et parallelt kredsløb, men det er ikke altid tilfældet. Ligningerne for kapacitans (C) i serie og parallelle kredsløb fungerer grundlæggende den modsatte vej rundt. For et seriekredsløb har du en ligning for den gensidige kapacitans, så du beregner den samlede kapacitans (C​_Total) med:

Og så er du nødt til at dele en efter dette resultat for at findeC​_Total.

For et parallelt kredsløb har du en enklere ligning:

Den grundlæggende tilgang til løsning af problemer med serier vs. parallelle kredsløb er det samme.