Elektroonika põhitõdedega tutvumine tähendab ahelate mõistmist, nende toimimist ja seda, kuidas arvutada selliseid asju nagu eri tüüpi vooluahelate kogutakistus. Reaalses maailmas olevad vooluringid võivad muutuda keerukaks, kuid saate neist aru lihtsate, idealiseeritud ahelate põhjal saadud põhiteadmistega.
Kaks peamist ahelatüüpi on järjestikud ja paralleelsed. Järjestikuses vooluahelas on kõik komponendid (näiteks takistid) paigutatud ühte ritta, vooluahela moodustab üks juhtmest. Paralleelne vooluahel jaguneb mitmeks teeks, kus mõlemal on üks või mitu komponenti. Seeriaahelate arvutamine on lihtne, kuid on oluline mõista erinevusi ja seda, kuidas mõlema tüübiga töötada.
Elektriahelate alused
Elekter voolab ainult vooluahelates. Teisisõnu vajab see täielikku tsüklit, et midagi toimiks. Kui katkestate selle ahela lülitiga, lakkab toide voolamast ja teie valgus (näiteks) kustub. Lihtsa vooluahela määratlus on juhi suletud silmus, mille kaudu elektronid saavad ringi liikuda ja mis tavaliselt koosneb võimsusest allikas (näiteks aku) ja elektriline komponent või seade (näiteks takisti või lambipirn) ja juhtmestik.
Vooluringide toimimise mõistmiseks peate tutvuma mõne põhiterminoloogiaga, kuid olete tuttav enamiku igapäevase elu terminitega.
“Pinge erinevus” on mõiste elektrilise potentsiaalse energia erinevuseks kahe koha vahel laadimisühiku kohta. Patareid töötavad, luues potentsiaali erinevuse nende kahe klemmi vahel, mis võimaldab voolu voolata ühest teise, kui nad on vooluahelasse ühendatud. Ühe punkti potentsiaal on tehniliselt pinge, kuid praktikas on oluline pinge erinevus. 5-voldise aku potentsiaalide vahe on kahe klemmi vahel 5 volti ja 1 volp = 1 džaul kuloni kohta.
Juhtme (näiteks juhtme) ühendamine aku mõlema klemmiga loob vooluahela, mille ümber voolab elektrivool. Voolu mõõdetakse amprites, mis tähendab kulonke (laengut) sekundis.
Igal juhil on elektriline takistus, mis tähendab materjali vastuseisu voolu voolule. Takistust mõõdetakse oomides (Ω) ja 1-oomise takistusega juht, mis on ühendatud üle 1-voldise pinge, võimaldaks voolata 1-amprise voolu.
Nende suhe on kapseldatud Ohmi seadusega:
V = IR
Sõnadega "pinge võrdub voolu korrutatuna takistusega".
Seeria vs. Paralleelsed ahelad
Kaht peamist tüüpi vooluahelat eristatakse selle järgi, kuidas komponendid neis paiknevad.
Lihtne jadaahela määratlus on: "Vooluahel koos komponentidega sirgjooneliselt, nii et kogu vool voolab läbi iga komponendi omakorda." Kui tegite põhitõmbeahela, mille aku on ühendatud kahe takisti külge, ja seejärel töötab ühendus akuga, mõlemad takistid oleksid sisse lülitatud seeria. Niisiis läheks vool aku positiivsest klemmist (kokkuleppeliselt suhtute voolu justkui väljub positiivsest otsast) esimese takisti juurde, sellest teise takisti juurde ja seejärel tagasi aku.
Paralleelahel on erinev. Kahe paralleelselt asetseva takistiga vooluahel jaguneks kaheks rajaks, mõlemal oleks takisti. Kui vool jõuab ristmikuni, peab ristmikust lahkuma ka sama palju voolu, mis ristmikku siseneb. Seda nimetatakse Kirchhoffi praeguseks seaduseks laengu säilitamiseks või spetsiaalselt elektroonika jaoks. Kui kahel rajal on võrdne takistus, voolab neist võrdne vool, nii et kui 6 amprit voolu jõuab mõlemal rajal võrdse takistusega ristmikule, voolab kummalegi 3 amprit. Seejärel ühendatakse teed uuesti, enne kui vooluahela lõpuleviimiseks akuga uuesti ühendatakse.
Seeriavooluahela takistuse arvutamine
Mitme takisti kogutakistuse arvutamisel rõhutatakse seeriate vs. paralleelsed ahelad. Järjestikuse vooluahela korral on kogu takistus (Rkokku) on ainult üksikute takistuste summa, seega:
R_ {kokku} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
Asjaolu, et see on jadaahel, tähendab, et kogu takistus teel on vaid sellel olevate üksikute takistuste summa.
Praktika probleemi jaoks kujutage ette kolme takistusega seeriaahelat:R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω jaR3 = 6 Ω. Arvutage kogu voolu takistus.
See on lihtsalt üksikute takistuste summa, seega on lahendus:
\ algab {joondatud} R_ {kokku} & = R_1 + R_2 + R_3 \\ & = 2 \; \ Omega \; + 4 \; \ Omega \; +6 \; \ Omega \\ & = 12 \; \ Omega \ end {joondatud}
Paralleelse vooluahela takistuse arvutamine
Paralleelsete ahelate korral arvutatakseRkokku on natuke keerulisem. Valem on:
{1 \ üle {2pt} R_ {total}} = {1 \ üle {2pt} R_1} + {1 \ üle {2pt} R_2} + {1 \ üle {2pt} R_3}
Pidage meeles, et see valem annab teile vastupanu vastastikuse (st jagatud vastupanuga). Nii et kogu vastupanu saamiseks peate jagama ühe vastusega.
Kujutage ette, et need kolm varasemat takistit olid paigutatud hoopis paralleelselt. Kogu vastupanu annaks:
\ alusta {joondatud} {1 \ kohal {2pt} R_ {kokku}} ja = {1 \ üle {2pt} R_1} + {1 \ üle {2pt} R_2} + {1 \ üle {2pt} R_3} \\ & = {1 \ üle {2pt} 2 \; Ω} + {1 \ üle {2pt} 4 \; Ω} + {1 \ üle {2pt} 6 \; Ω} \\ & = {6 \ üle {2pt} 12 \; Ω} + {3 \ üle {2pt} 12 \; Ω} + {2 \ üle {2pt} 12 \; Ω} \\ & = {11 \ üle {2pt} 12Ω} \\ & = 0,917 \; Ω ^ {- 1} \ end {joondatud}
Aga see on 1 /Rkokku, nii et vastus on:
\ alusta {joondatud} \ R_ {kokku} & = {1 \ üle {2pt} 0,917 \; Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \ Omega \ end {joondatud}
Kuidas lahendada seeria- ja paralleelkombinatsioonilülitust
Võite jaotada kõik vooluahelad seeria- ja paralleelahelate kombinatsioonideks. Paralleelse vooluahela harul võib olla järjestikku kolm komponenti ja vooluahel võib koosneda reast kolmest paralleelsest hargnevast osast.
Selliste probleemide lahendamine tähendab lihtsalt vooluringi jaotamist osadeks ja nende kordamööda töötamist. Mõelgem lihtsale näitele, kus paralleelsel vooluahelal on kolm haru, kuid ühel neist harudest on ühendatud kolme takisti seeria.
Probleemi lahendamise nipp on seeriatakistuse arvutamise kaasamine kogu vooluahela suuremasse. Paralleelse vooluringi jaoks peate kasutama väljendit:
{1 \ üle {2pt} R_ {total}} = {1 \ üle {2pt} R_1} + {1 \ üle {2pt} R_2} + {1 \ üle {2pt} R_3}
Kuid esimene haruR1, on tegelikult valmistatud kolmest erinevast jadast takistist. Nii et kui keskendute kõigepealt sellele, teate, et:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6
Kujuta etteR4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω jaR6 = 3 Ω. Kogu takistus on:
\ alusta {joondatud} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 \\ & = 12 \; \ Omega \; + 5 \; \ Omega \; + 3 \; \ Omega \\ & = 20 \; \ Omega \ end {joondatud}
Selle esimese haru tulemusega saate minna põhiprobleemi juurde. Öelge seda nii, et igal ülejäänud rajal on üks takistiR2 = 40 Ω jaR3 = 10 Ω. Nüüd saate arvutada:
\ alusta {joondatud} {1 \ kohal {2pt} R_ {kokku}} ja = {1 \ üle {2pt} R_1} + {1 \ üle {2pt} R_2} + {1 \ üle {2pt} R_3} \\ & = {1 \ üle {2pt} 20 \; Ω} + {1 \ üle {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ üle {2pt} 10 \; Ω} \\ & = {2 \ üle {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ üle {2pt} 40 \; Ω} + {4 \ üle {2pt} 40 \; Ω} \\ & = {7 \ üle {2pt} 40 \; Ω}\\ &= 0.175 \; Ω ^ {- 1} \ end {joondatud}
See tähendab:
\ alusta {joondatud} \ R_ {kokku} & = {1 \ üle {2pt} 0,175 \; Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \ Omega \ end {joondatud}
Muud arvutused
Takistust on seeriaahelal palju lihtsam arvutada kui paralleelset vooluahelat, kuid see pole alati nii. Mahtuvuse võrrandid (C) seeria- ja paralleelahelates töötavad põhimõtteliselt vastupidi. Seeriaahelate jaoks on teil mahtuvuse vastastikuse võrrand, nii et arvutate kogu mahtuvuse (Ckokku) koos:
{1 \ üle {2pt} C_ {total}} = {1 \ üle {2pt} C_1} + {1 \ üle {2pt} C_2} + {1 \ üle {2pt} C_3} + ...
Ja siis peate leidmiseks selle tulemuse jagamaCkokku.
Paralleelse vooluahela jaoks on teil lihtsam võrrand:
C_ {kokku} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
Põhiline lähenemisviis sarjade probleemide lahendamisele vs. paralleelsed ahelad on sama.