Yksinkertaisen sähköisen sarjan piirin määritelmä

Elektroniikan perusteiden käsitteleminen tarkoittaa piirien ymmärtämistä, miten ne toimivat ja kuinka laskea asioita, kuten kokonaisresistanssi erityyppisten piirien ympärillä. Tosielämän piirit voivat monimutkaistua, mutta voit ymmärtää ne perustietojen avulla, jotka hankit yksinkertaisemmista, idealisoiduista piireistä.

Kaksi pääpiirin tyyppiä ovat sarjat ja rinnakkaiset. Sarjapiirissä kaikki komponentit (kuten vastukset) on järjestetty linjaksi, ja piirin muodostaa yksi lankasilmukka. Rinnakkaispiiri hajoaa useiksi poluiksi, joissa kullakin on yksi tai useampi komponentti. Sarjapiirien laskeminen on helppoa, mutta on tärkeää ymmärtää erot ja miten työskennellä molempien tyyppien kanssa.

Sähkö virtaa vain piireissä. Toisin sanoen, se tarvitsee täydellisen silmukan, jotta jokin toimisi. Jos katkaiset silmukan kytkimellä, virta lakkaa virtaamasta ja esimerkiksi valosi sammuu. Yksinkertainen piirimääritelmä on johtimen suljettu silmukka, jonka elektronit voivat kulkea, yleensä koostuen tehosta lähde (esimerkiksi akku) ja sähkökomponentti tai -laite (kuten vastus tai hehkulamppu) ja johdin.

Sinun on perehdyttävä joihinkin perustermeihin, jotta ymmärrät piirien toiminnan, mutta tunnet suurimman osan jokapäiväisen elämän termeistä.

"Jännite-ero" on termi potentiaalienergian erolle kahden paikan välillä latausyksikköä kohti. Paristot toimivat luomalla ero potentiaaliin niiden kahden navan välillä, mikä sallii virran kulkevan yhdestä toiseen, kun ne on kytketty piiriin. Yhden pisteen potentiaali on teknisesti jännite, mutta jännite-erot ovat käytännössä tärkeitä asioita. 5 voltin akun potentiaaliero on kahden voltin välillä 5 volttia ja 1 volttia = 1 joulea kutakin palloa kohden.

Johtimen (kuten johdon) liittäminen akun molempiin napoihin luo piirin, jonka ympärillä virtaa sähkövirta. Virta mitataan ampeereina, mikä tarkoittaa (varauksen) kulmia sekunnissa.

Kaikilla johtimilla on sähköinen "vastus", mikä tarkoittaa materiaalin vastustusta virran virtaukseen. Vastus mitataan ohmeina (Ω), ja johdin, jonka vastus on 1 ohmi kytkettynä 1 voltin jännitteen yli, antaisi virran 1 ampeerin virralle.

Näiden välinen suhde on sisällytetty Ohmin lakiin:

Sanalla "jännite on yhtä suuri kuin virta kerrottuna vastuksella".

Kaksi pääpiirityyppiä erotetaan siitä, miten komponentit on järjestetty niihin.

Yksinkertainen sarjapiirin määritelmä on: "Piiri, jossa komponentit on järjestetty suoralla linjalla, joten koko virta kulkee kunkin komponentin läpi vuorotellen." Jos teit peruspiiripiirin akulla, joka on kytketty kahteen vastukseen, ja sitten yhteys on käynnissä takaisin akkuun, nämä kaksi vastusta olisivat sarja. Joten virta kulkisi akun positiivisesta napasta (sopimuksella käsittelet virtaa ikään kuin se tulee positiivisesta päästä) ensimmäiseen vastukseen, siitä toiseen vastukseen ja sitten takaisin vastukseen akku.

Rinnakkaispiiri on erilainen. Piiri, jossa on kaksi vastusta rinnakkain, jakautuu kahteen raitaan, kummassakin vastus. Kun virta saavuttaa risteyksen, saman määrän risteykseen tulevaa virtaa on poistuttava myös risteyksestä. Tätä kutsutaan Kirchhoffin nykyiseksi laiksi varauksen säilyttämiseksi tai erityisesti elektroniikkaa varten. Jos kahdella polulla on sama vastus, sama virta virtaa niitä alaspäin, joten jos 6 ampeeria virtaa saavuttaa yhtäläisen vastuksen risteyksen molemmilla poluilla, 3 ampeeria virtaa kumpaankin. Polut yhdistyvät sitten uudelleen, ennen kuin liitetään takaisin akkuun piirin loppuun saattamiseksi.

Useiden vastusten kokonaisvastuksen laskeminen korostaa eroa sarjojen vs. rinnakkaiset piirit. Sarjapiirin kokonaisresistanssi (R​_{kaikki yhteensä}) on vain yksittäisten vastusten summa, joten:

Se, että se on sarjapiiri, tarkoittaa polun kokonaisvastusta vain sen yksittäisten vastusten summana.

Kuvittele käytäntöongelmaksi sarjapiiri, jossa on kolme vastusta:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω jaR​₃ = 6 Ω. Laske piirin kokonaisresistanssi.

Tämä on yksinkertaisesti yksittäisten vastusten summa, joten ratkaisu on:

Rinnakkaispiireille lasketaanR​_{kaikki yhteensä} on vähän monimutkaisempi. Kaava on:

Muista, että tämä kaava antaa sinulle vastuksen vastavuoroisuuden (ts. Jaettuna vastuksella). Joten sinun on jaettava yksi vastauksella saadaksesi kokonaisvastuksen.

Kuvittele, että samat kolme aikaisempaa vastusta oli järjestetty rinnakkain sen sijaan. Kokonaisvastuksen antaisi:

Mutta tämä on 1 /R​_{kaikki yhteensä}, joten vastaus on:

Voit jakaa kaikki piirit sarja- ja rinnakkaispiirien yhdistelmiksi. Rinnakkaispiirin haarassa voi olla kolme komponenttia sarjassa, ja piiri voisi koostua sarjasta, jossa on kolme rinnakkaista, haarautuvaa osaa rivissä.

Tällaisten ongelmien ratkaiseminen tarkoittaa vain piirin jakamista osiin ja niiden kehittämistä vuorotellen. Tarkastellaan yksinkertaista esimerkkiä, jossa rinnakkaispiirissä on kolme haaraa, mutta yhteen haaroista on kiinnitetty kolmen vastuksen sarja.

Temppu ongelman ratkaisemiseen on sisällyttää sarjaresistanssin laskenta isompaan koko piiriin. Rinnakkaispiiriä varten on käytettävä lauseketta:

Mutta ensimmäinen haara,R​₁, on itse asiassa valmistettu kolmesta eri vastuksesta sarjaan. Joten jos keskityt ensin tähän, tiedät sen:

Kuvittele sitäR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω jaR​₆ = 3 Ω. Kokonaisvastus on:

Tämän ensimmäisen haaran tuloksen avulla voit siirtyä pääongelmaan. Kun jokaisella jäljellä olevalla polulla on yksi vastus, sano seR​₂ = 40 Ω jaR​₃ = 10 Ω. Voit nyt laskea:

Joten se tarkoittaa:

Vastus on paljon helpompi laskea sarjapiirissä kuin rinnakkaispiiri, mutta näin ei aina ole. Kapasitanssin yhtälöt (C) sarja- ja rinnakkaispiireissä toimivat periaatteessa päinvastoin. Sarjapiirissä sinulla on yhtälö kapasitanssin vastavuoroiselle, joten lasket kokonaiskapasitanssin (C​_{kaikki yhteensä}) kanssa:

Ja sitten sinun on jaettava yksi tällä tuloksella löytääksesiC​_{kaikki yhteensä}.

Rinnakkaispiirille sinulla on yksinkertaisempi yhtälö:

Peruslähestymistapa sarjan ongelmien ratkaisemiseen vs. rinnakkaispiirit on sama.