Definicija jednostavnog električnog kruga serije

Upoznavanje osnova elektronike znači razumijevanje sklopova, njihovog rada i izračunavanja stvari poput ukupnog otpora oko različitih vrsta sklopova. Stvarni krugovi mogu se zakomplicirati, ali možete ih razumjeti s osnovnim znanjem koje preuzmete iz jednostavnijih, idealiziranih sklopova.

Dvije su glavne vrste sklopova serijski i paralelni. U serijskom krugu sve su komponente (poput otpornika) poredane u liniju, a krug čini jedna petlja žice. Paralelni krug se razdvaja na više putova s ​​jednom ili više komponenata na svakoj. Izračunavanje serijskih krugova je jednostavno, ali važno je razumjeti razlike i način rada s obje vrste.

Električna energija teče samo u krugovima. Drugim riječima, potrebna mu je potpuna petlja kako bi nešto uspjelo. Ako prekinite tu petlju prekidačem, napajanje prestaje teći i vaše će se svjetlo (na primjer) isključiti. Jednostavna definicija kruga je zatvorena petlja vodiča oko koje se elektroni mogu kretati, obično se sastoji od snage izvor (baterija, na primjer) i električna komponenta ili uređaj (poput otpornika ili žarulje) i provodne žice.

Morat ćete se upoznati s nekom osnovnom terminologijom da biste razumjeli kako krugovi funkcioniraju, ali bit će vam poznati većina pojmova iz svakodnevnog života.

"Razlika napona" izraz je za razliku u električnoj potencijalnoj energiji između dva mjesta, po jedinici naboja. Baterije djeluju stvaranjem razlike u potencijalu između njihova dva terminala, što omogućuje struji da teče iz jednog u drugi kad su spojene u krug. Potencijal u jednom trenutku tehnički je napon, ali razlike u naponu su važna stvar u praksi. Baterija od 5 volti ima potencijalnu razliku od 5 volti između dva terminala i 1 volta = 1 džul po kulonu.

Spajanjem vodiča (poput žice) na oba terminala baterije stvara se krug, oko kojeg teče električna struja. Struja se mjeri u amperima, što znači kulonima (naboja) u sekundi.

Bilo koji vodič imat će električni "otpor", što znači suprotstavljanje materijala protoku struje. Otpor se mjeri u ohima (Ω), a vodič s otporom od 1 ohma spojen preko napona od 1 volta omogućio bi protok struje od 1 amp.

Odnos između njih obuhvaćen je Ohmovim zakonom:

Riječima, "napon je jednak struji pomnoženoj s otporom."

Dvije glavne vrste sklopova razlikuju se po tome kako su u njima raspoređeni dijelovi.

Jednostavna definicija serijskog kruga je: "Krug s komponentama raspoređenim u ravnoj liniji, tako da sva struja zauzvrat teče kroz svaku komponentu." Ako napravili ste osnovni krug petlje s baterijom povezanom s dva otpora, a zatim imate spoj koji se vraća na bateriju, dva otpora bi bila u niz. Dakle, struja bi išla s pozitivnog priključka baterije (prema dogovoru se prema struji ponašate kao da je ona izlazi iz pozitivnog kraja) na prvi otpornik, s tog na drugi otpornik, a zatim natrag na baterija.

Paralelni krug je drugačiji. Krug s dva paralelna otpora podijelio bi se u dva kolosijeka, s otpornikom na svakom. Kad struja dosegne spoj, ista količina struje koja ulazi u spoj mora napustiti i spoj. To se naziva očuvanje naboja, ili posebno za elektroniku, Kirchhoffov trenutni zakon. Ako dvije staze imaju jednak otpor, niz njih će teći jednaka struja, pa ako 6 ampera struje dosegne spoj s jednakim otporom na obje staze, 3 ampera će teći niz svaku. Staze se zatim ponovno spajaju prije ponovnog spajanja na bateriju kako bi se dovršio krug.

Izračunavanje ukupnog otpora više otpornika naglašava razliku između serije vs. paralelni krugovi. Za serijski krug ukupni otpor (R​_ukupno) je samo zbroj pojedinačnih otpora, pa:

Činjenica da se radi o serijskom krugu znači da je ukupni otpor na putu samo zbroj pojedinačnih otpora na njemu.

Za praktični problem zamislite serijski sklop s tri otpora:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω iR​₃ = 6 Ω. Izračunajte ukupni otpor u krugu.

Ovo je jednostavno zbroj pojedinačnih otpora, pa je rješenje:

Za paralelne krugove proračunR​_ukupno je malo kompliciraniji. Formula je:

Ne zaboravite da vam ova formula daje uzajamnu vrijednost otpora (tj. Onaj podijeljen s otporom). Dakle, morate podijeliti jednu s odgovorom da biste dobili ukupni otpor.

Zamislite da su ta ista tri otpora od prije bila paralelno postavljena. Ukupni otpor dao bi:

Ali ovo je 1 /R​_ukupno, pa je odgovor:

Sve krugove možete rastaviti na kombinacije serijskih i paralelnih krugova. Grana paralelnog kruga može imati tri komponente u nizu, a krug se može sastojati od niza od tri paralelna grananja u nizu.

Rješavanje ovakvih problema samo znači rastavljanje kruga na dijelove i njihovu izmjenu. Razmotrimo jednostavan primjer, gdje se na paralelnom krugu nalaze tri grane, ali jedna od tih grana ima priključen niz od tri otpora.

Trik je u rješavanju problema uključiti izračun serijskog otpora u veći za cijeli krug. Za paralelni krug morate upotrijebiti izraz:

Ali prva grana,R​₁, zapravo je napravljen od tri različita otpornika u nizu. Dakle, ako se prvo usredotočite na ovo, znate sljedeće:

Zamisli toR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω iR​₆ = 3 Ω. Ukupni otpor je:

S ovim rezultatom za prvu granu možete prijeći na glavni problem. Recite to s jednim otpornikom na svakom od preostalih putovaR​₂ = 40 Ω iR​₃ = 10 Ω. Sada možete izračunati:

To znači:

Otpor je puno lakše izračunati na serijskom krugu nego na paralelnom krugu, ali to nije uvijek slučaj. Jednadžbe za kapacitet (C) u seriji i paralelnim krugovima u osnovi rade suprotno. Za serijski krug imate jednadžbu recipročne vrijednosti kapaciteta, pa izračunavate ukupni kapacitet (C​_ukupno) sa:

A onda morate jedan podijeliti s ovim rezultatom da biste pronašliC​_ukupno.

Za paralelni krug imate jednostavniju jednadžbu:

Međutim, osnovni pristup rješavanju problema sa serijama vs. paralelni krugovi su isti.