Egyszerű elektromos sorozatú áramkör meghatározása

Az elektronika alapjainak megismerése azt jelenti, hogy meg kell érteni az áramköröket, azok működését és a különböző áramkörök körüli teljes ellenállás kiszámítását. A valós áramkörök bonyolulttá válhatnak, de az egyszerűbb, idealizált áramkörökből megszerzett alapismeretekkel megértheti őket.

Az áramkörök két fő típusa soros és párhuzamos. Soros áramkörben az összes alkatrész (például az ellenállások) egy vonalban vannak elrendezve, egyetlen huzal huzal alkotja az áramkört. Egy párhuzamos áramkör több útra szakad, egy vagy több alkatrésszel. A soros áramkörök kiszámítása egyszerű, de fontos megérteni a különbségeket és azt, hogy hogyan kell működni mindkét típusnál.

A villamos energia csak áramkörökben áramlik. Más szavakkal, teljes ciklusra van szüksége ahhoz, hogy valami működjön. Ha egy kapcsolóval megszakítja ezt a hurkot, akkor az áram leáll, és a fénye (például) kialszik. Az áramkör egyszerű meghatározása egy olyan vezető zárt hurkja, amely körül az elektronok körbe tudnak közlekedni, általában teljesítményből állnak forrás (például akkumulátor) és elektromos alkatrész vagy eszköz (például ellenállás vagy izzó) és vezető vezeték.

Meg kell ismernie néhány alapvető terminológiát, hogy megértsük az áramkörök működését, de ismerni fogja a legtöbb fogalmat a mindennapi életből.

A „feszültségkülönbség” kifejezés az elektromos potenciálenergiának a különbségét jelenti két helyen, egységnyi töltésenként. Az elemek úgy működnek, hogy potenciálkülönbséget hoznak létre a két termináljuk között, ami lehetővé teszi az áram áramlását egyikről a másikra, amikor áramkörbe vannak kapcsolva. Az egy pontban rejlő potenciál technikailag a feszültség, de a gyakorlatban fontos a feszültségkülönbség. Az 5 voltos akkumulátor potenciálkülönbsége 5 volt a két kapocs között, és 1 volt = 1 joule coulombonként.

Vezetõ (például vezeték) csatlakoztatása az akkumulátor mindkét kivezetésére áramkört hoz létre, körülötte elektromos áram folyik. Az áramot amperben mérjük, ami másodpercenként coulombokat (töltést) jelent.

Bármely vezetőnek elektromos "ellenállása" lesz, ami azt jelenti, hogy az anyag ellenáll az áram áramlásának. Az ellenállást ohmban (Ω) mérjük, és egy 1 ohmos ellenállással rendelkező vezető 1 volt feszültségen keresztül 1 amper áramot enged.

Ezek közötti kapcsolatot Ohm törvénye foglalja magában:

Szóval: „a feszültség megegyezik az árammal, szorozva az ellenállással”.

Az áramkörök két fő típusát megkülönböztetik az alkatrészek elrendezése bennük.

Egyszerű soros áramkör-meghatározás: „Egy áramkör, amelynek alkatrészei egyenes vonalban vannak elrendezve, így az összes áram egymás után folyik át az egyes alkatrészeken.” Ha csináltál egy alap hurok áramkört két ellenállással összekapcsolt akkumulátorral, majd egy kapcsolat fut vissza az akkumulátorhoz, a két ellenállás sorozat. Tehát az áram az akkumulátor pozitív kivezetéséből származna (az egyezmény szerint úgy kezeled az áramot, mintha az lenne a pozitív végből kerül ki) az első ellenállásra, onnan a második ellenállásra, majd vissza a akkumulátor.

A párhuzamos áramkör eltér. Egy áramkör, amelynek két ellenállása van párhuzamosan, két sávra szakadna, mindegyiken ellenállással. Amikor az áram eléri a csomópontot, ugyanolyan mennyiségű áramnak, amely belép a csomópontba, el kell hagynia a csomópontot is. Ezt hívják a töltés megőrzésének, vagy kifejezetten az elektronikának, Kirchhoff jelenlegi törvényének. Ha a két útnak egyenlő az ellenállása, akkor egyenlő áram folyik le rajtuk, tehát ha 6 amper áram mindkét úton azonos ellenállású csomópontot ér el, akkor mindegyiken 3 amper áramlik. Ezután az utak újra csatlakoznak, mielőtt újra csatlakoznának az akkumulátorhoz az áramkör befejezéséhez.

Több ellenállás teljes ellenállásának kiszámítása hangsúlyozza a sorozatok vs. párhuzamos áramkörök. Soros áramkör esetén a teljes ellenállás (R​_teljes) csak az egyes ellenállások összege, tehát:

Az a tény, hogy ez egy soros áramkör, az út teljes ellenállását jelenti, csak a rajta lévő egyes ellenállások összege.

Gyakorlati probléma esetén képzeljen el egy soros áramkört három ellenállással:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω ésR​₃ = 6 Ω. Számítsa ki az áramkör teljes ellenállását.

Ez egyszerűen az egyes ellenállások összege, tehát a megoldás:

Párhuzamos áramkörök esetén aR​_teljes egy kicsit bonyolultabb. A képlet:

Ne feledje, hogy ez a képlet adja meg az ellenállás reciprokját (vagyis osztva az ellenállással). Tehát el kell osztani egyet a válasszal, hogy megkapja a teljes ellenállást.

Képzelje el, hogy ugyanaz a három ellenállás a korábbiakból párhuzamosan volt elrendezve. A teljes ellenállást a következők adnák:

De ez 1 /R​_teljes, így a válasz:

Az összes áramkört szétbonthatja soros és párhuzamos áramkörök kombinációira. A párhuzamos áramkör ágának három összetevője lehet sorban, és egy áramkör három párhuzamos, elágazó szakasz sorozatából állhat sorban.

Az ilyen problémák megoldása csak azt jelenti, hogy az áramkört szakaszokra bontják, és sorra dolgozzák ki. Vegyünk egy egyszerű példát, ahol három ág van egy párhuzamos áramkörön, de az egyik ághoz három ellenállás sora van csatlakoztatva.

A probléma megoldásának trükkje az, hogy a sorozatellenállás-számítást beépíti a nagyobbba az egész áramkörre. Párhuzamos áramkör esetén a következő kifejezést kell használnia:

De az első ág,R​₁, valójában három különböző ellenállásból áll sorba. Tehát, ha először erre koncentrál, akkor tudja:

Képzeld elR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω ésR​₆ = 3 Ω. A teljes ellenállás:

Ezzel az első ág eredményével rátérhet a fő problémára. Egyetlen ellenállással a fennmaradó útvonalakon mondja eztR​₂ = 40 Ω ésR​₃ = 10 Ω. Most kiszámíthatja:

Tehát ez azt jelenti:

Az ellenállást sokkal könnyebb kiszámítani egy soros áramkörön, mint egy párhuzamos áramkört, de ez nem mindig így van. A kapacitás egyenletei (C) soros és párhuzamos áramkörökben alapvetően fordítva működnek. Soros áramkör esetén megvan a kapacitás reciprokának egyenlete, így kiszámítja a teljes kapacitást (C​_teljes) val vel:

És akkor egyet kell osztania ennek az eredménynek a megtalálásáhozC​_teljes.

Párhuzamos áramkör esetén egyszerűbb egyenlete van:

Azonban a sorozatokkal kapcsolatos problémák megoldásának alapvető megközelítése vs. párhuzamos áramkörök megegyeznek.