Kuinka rinnakkaispiiri eroaa sarjapiiristä?

Jokapäiväisessä elektroniikassa ja laitteissa käytetyt sähköpiirit voivat tuntua hämmentäviltä. Mutta ymmärtämällä sähkön ja magneettisuuden perusperiaatteet, jotka saavat heidät toimimaan, voit antaa ymmärtää, kuinka erilaiset piirit eroavat toisistaan.

Aloita selittää piirien sarja- ja rinnakkaisliitäntöjen välinen ero, sinun on ensin ymmärrettävä, kuinka rinnakkaiset ja sarjapiirit eroavat toisistaan.RinnakkaispiiritKäytä haaroja, joissa on erilaisia ​​piirielementtejä, olivatpa ne sitten vastuksia, induktoreita, kondensaattoreita tai muita sähköelementtejä.

​Sarjapiirit, sen sijaan, järjestää kaikki elementit yhteen, suljettuun silmukkaan. Se tarkoittaa, ettänykyinen, latauksen virta piirissä jaJännite, sähkövirta, joka saa virran virtaamaan, myös rinnakkaisten ja sarjapiirien väliset mittaukset eroavat toisistaan.

Rinnakkaispiirejä käytetään yleensä tilanteissa, joissa useita laitteita riippuu yhdestä virtalähteestä. Tämä varmistaa, että he voivat käyttäytyä toisistaan ​​riippumatta, niin että jos toinen lopettaa työskentelyn, muut jatkavat työskentelyään. Monia polttimoita käyttävät valot voivat käyttää kutakin polttimoa rinnakkain, joten kukin voi syttyä kaikki toisistaan ​​riippumatta. Kotitalouksien pistorasiat käyttävät yleensä yhtä virtapiiriä eri laitteiden käsittelemiseen.

Vaikka rinnakkais- ja sarjapiirit eroavat toisistaan, voit käyttää samoja sähkön periaatteita niiden virran, jännitteen javastus, piirielementin kyky vastustaa varauksen virtausta.

Voit seurata sekä rinnakkais- että sarjapiirin esimerkkejäKirchhoffin kaksi sääntöä. Ensimmäinen on se, että sekä sarjassa että rinnakkaisessa piirissä voit asettaa jännitehäviöiden summan suljetussa silmukassa kaikkien elementtien välillä nolla. Toinen sääntö on, että voit myös ottaa minkä tahansa piirin solmun tai pisteen ja asettaa siihen pisteeseen tulevan virran summat yhtä suuriksi kuin pisteestä lähtevän virran summa.

Sarjapiireissä virta on vakio koko silmukassa, jotta voit mitata yhden komponentin virran sarjapiirissä määrittääksesi virtapiirin kaikki elementit. Rinnakkaisissa piireissä jännitehäviöt jokaisen haaran yli ovat vakioita.

Molemmissa tapauksissa käytätOhmin laki​ ​V = IRjännitteelleV(voltteina), virtaMinä(ampeereina tai ampeereina) ja vastusR(ohmina) kullekin komponentille tai koko piirille. Jos tiesit esimerkiksi sarjapiirin virran, voit laskea jännitteen laskemalla yhteen resistanssit ja kertomalla virta kokonaisvastuksella.

​Yhteenveto resistansseistavaihtelee rinnakkais- ja sarjapiiriesimerkkien välillä. Jos sinulla on sarjapiiri, jossa on eri vastukset, voit laskea yhteen resistanssit lisäämällä kunkin vastuksen arvon saadaksesitäydellinen vastus, saadaan yhtälöllä

jokaiselle vastukselle.

Rinnakkaisissa piireissä kunkin haaran vastus on sama kuinkäänteinen kokonaisvastuksestalisäämällä niiden käänteiset. Toisin sanoen rinnakkaispiirin vastus saadaan

kutakin vastusta varten rinnakkain edustamaan vastusten sarja- ja rinnakkaisten yhdistelmien välistä eroa.

Nämä erot resistanssin summaamisessa riippuvat resistanssin luontaisista ominaisuuksista. Vastus edustaa piirielementin vastustusta varausvirtaan. Jos varaus virtaisi sarjapiirin suljetussa silmukassa, virralle on vain yksi suunta, ja tätä virtausta ei jaeta eikä summatta muutoksilla poluissa virran virtaamiseksi.

Tämä tarkoittaa, että kunkin vastuksen poikki varausvirta pysyy vakiona ja jännite, kuinka paljon potentiaalia varaus on käytettävissä kussakin kohdassa, eroaa, koska jokainen vastus lisää yhä enemmän vastusta tälle tielle nykyinen.

Toisaalta, jos jännitelähteestä, kuten akusta, tulevalla virralla olisi useita polkuja, se hajoaisi kuten rinnakkaispiirissä. Mutta kuten aiemmin todettiin, tietyn pisteen sisään tulevan virran määrän on oltava yhtä suuri kuin poistuvan virran määrä.

Tämän säännön mukaisesti, jos virta haarautuu eri poluille kiinteästä pisteestä, sen tulisi olla yhtä suuri kuin virta, joka palaa takaisin yhteen pisteeseen jokaisen haaran lopussa. Jos kunkin haaran vastukset eroavat toisistaan, kunkin virtamäärän vastus eroaa, ja tämä johtaisi jännitehäviöiden eroihin rinnakkaisten piirihaarojen yli.

Lopuksi, joissakin piireissä on elementtejä, jotka ovat sekä rinnakkain että sarjana. Näitä analysoitaessasarjan rinnakkaiset hybridit, sinun tulisi käsitellä virtapiiriä joko sarjana tai rinnakkain riippuen siitä, miten ne ovat yhteydessä. Tämän avulla voit piirtää kokonaispiirin uudelleen vastaavilla piireillä, joista toinen on sarjaan kuuluvia komponentteja ja toinen rinnakkain. Käytä sitten Kirchhoffin sääntöjä sekä sarjassa että rinnakkaispiirissä.

Kirchhoffin sääntöjen ja sähköpiirien luonteen avulla voit keksiä yleisen menetelmän lähestyä kaikkia piirejä riippumatta siitä, ovatko ne sarjaan vai rinnakkain. Merkitse ensin piirikaavion jokainen piste kirjaimilla A, B, C,... helpottamaan jokaisen pisteen osoittamista.

Paikanna risteykset, joihin vähintään kolme johtoa on kytketty, ja merkitse ne sisään ja ulos virtaavilla virroilla. Määritä piirien silmukat ja kirjoita yhtälöt, joissa kuvataan, kuinka jännitteet summaavat nollan jokaisessa suljetussa silmukassa.

Rinnakkais- ja sarjapiirien esimerkit eroavat toisistaan ​​myös muissa sähköelementeissä. Virran, jännitteen ja vastuksen lisäksi on olemassa kondensaattoreita, induktoreita ja muita elementtejä, jotka vaihtelevat sen mukaan, ovatko ne rinnakkain vai sarjaan. Piirityyppien erot riippuvat myös siitä, käyttääkö jännitelähde tasavirtaa (DC) vai vaihtovirtaa (vaihtovirta).

DC-piirit antavat virran kulkea yhteen suuntaan, kun taas vaihtovirtapiirit vaihtavat virtaa eteenpäin ja taaksepäin säännöllisin väliajoin ja ovat siniaallon muodossa. Tähän mennessä esimerkit ovat olleet tasavirtapiirejä, mutta tässä osassa keskitytään vaihtovirtapiireihin.

AC-piireissä tutkijat ja insinöörit viittaavat muuttuvaan vastukseenimpedanssi, ja tämä voi selittääkondensaattorit, piirielementit, jotka varastoivat varauksen ajan myötä, jainduktorit, piirielementit, jotka tuottavat magneettikentän vasteena piirin virralle. Vaihtovirtapiireissä impedanssi vaihtelee ajan mittaan vaihtovirransyötön mukaan, kun taas kokonaisresistanssi on vastuselementtien kokonaismäärä, joka pysyy vakiona ajan mittaan. Tämä tekee resistanssista ja impedanssista erilaisia ​​määriä.

Vaihtovirtapiirit kuvaavat myös, onko virran suunta vaiheessa piirielementtien välillä. Jos kaksi elementtiä ovatvaiheessa, sitten elementtien virtojen aalto on synkronoitu keskenään. Näiden aaltomuotojen avulla voit laskeaaallonpituus, täyden aaltosyklin etäisyys,taajuus, tietyn pisteen joka sekunti ylittävien aaltojen määrä, jaamplitudi, aallon korkeus vaihtovirtapiireille.

Mitataan sarjan AC-piirin impedanssi käyttämällä

vartenkondensaattorin impedanssi​ ​X_Cjainduktorin impedanssi​ ​X​_L koska impedanssit, joita käsitellään vastuksina, summataan lineaarisesti, kuten DC-piireissä.

Syy miksi käytät induktorin ja kondensaattorin impedanssien eroa niiden summan sijasta, johtuu näistä kaksi piirielementtiä vaihtelevat siinä, kuinka paljon virtaa ja jännitettä heillä on ajan myötä vaihtovirtajännitteen vaihteluiden vuoksi lähde.

Nämä piirit ovatRLC-piiritjos ne sisältävät vastuksen (R), induktorin (L) ja kondensaattorin (C). Rinnakkaiset RLC-piirit summaavat resistanssit seuraavasti

samalla tavalla vastukset rinnakkain lasketaan yhteen niiden käänteisarvojen ja tämän arvon avulla1 / Ztunnetaan myös nimelläpääsypiirin.

Molemmissa tapauksissa voit mitata impedanssit muodossaX_C = 1 / ºCjaX_L = ωLkulmataajuudelle "omega" ω, kapasitanssiC(Faradsissa) ja induktanssiL(Henriesissä).

KapasitanssiCvoi liittyä jännitteeseenC = Q / VtaiV = Q / Ckondensaattorin lataamiseksiQ(Coulombs) ja kondensaattorin jänniteV(voltteina). Induktanssi liittyy jännitteeseenV = LdI / dtnykyisen ajan muuttamiseksid / dt, induktorijänniteVja induktanssiL. Käytä näitä yhtälöitä ratkaisemaan RLC-piirien virta, jännite ja muut ominaisuudet.

Vaikka voit laskea suljetun silmukan ympärillä olevat jännitteet yhtä suuriksi kuin nolla rinnakkaispiirissä, virtojen yhteenlaskeminen on monimutkaisempaa. Sen sijaan, että asetat niiden nykyisten arvojen summan, jotka syöttävät solmun, joka on yhtä suuri kuin solmusta lähtevien nykyisten arvojen summa, sinun on käytettävä kunkin virran neliöitä.

RLC-piirin ollessa rinnakkain virta kondensaattorin ja induktorin yli on

syöttövirralleMinä_S, vastusvirtaMinä_R, induktorivirtaMinä_Lja kondensaattorin virtaMinä​_C käyttämällä samoja periaatteita impedanssiarvojen yhteenlaskemiseen.

RLC-piireissä voit laskea vaihekulman, kuinka vaiheiden ulkopuolella yksi piirielementti on toisesta, käyttämällä vaihekulman "phi" yhtälöäΦkutenTan = rusketus^-1((X_L -X_C) / R)jossarusketus​​^-1 ()edustaa käänteistä tangenttifunktiota, joka ottaa osan syötteeksi ja palauttaa vastaavan kulman.

Sarjapiireissä kondensaattorit summataan käyttämällä niiden käänteisiä kuten

kun taas induktorit summataan lineaarisesti

jokaiselle induktorille. Samanaikaisesti laskelmat ovat päinvastaiset. Rinnakkaispiiriä varten kondensaattorit summataan lineaarisesti

ja induktorit summataan käänteisensä avulla

jokaiselle induktorille.

Kondensaattorit työskentelevät mittaamalla kahden levyjen välisen varauseron, jotka on erotettu niiden välisellä dielektrisellä materiaalilla, mikä vähentää jännitettä ja lisää kapasitanssia. Tutkijat ja insinöörit mittaavat myös kapasitanssiaCkutenC = e₀ε_rIlmoitusjossa "epsilon naught" ε₀ ilman läpäisevyyden arvona, joka on 8,84 x 10-12 F / m.ε_ron kondensaattorin kahden levyn välissä käytetyn dielektrisen väliaineen läpäisevyys. Yhtälö riippuu myös levyjen pinta-alastaAmetreinä² ja levyjen välinen etäisyysdmetreinä.