Miben különbözik a párhuzamos áramkör a soros áramkörtől?

A mindennapi elektronikában és készülékekben használt elektromos áramkörök zavarónak tűnhetnek. De ha megértjük az elektromosság és a mágnesesség azon alapelveit, amelyek működésükre késztetik, megérthetjük, hogy a különböző áramkörök miben különböznek egymástól.

Az áramkörök soros és párhuzamos kapcsolatai közötti különbségek magyarázatának megkezdéséhez először meg kell értenie, hogy a párhuzamos és a soros áramkörök miben különböznek egymástól.Párhuzamos áramkörökhasználjon olyan ágakat, amelyeknek különféle áramköri elemei vannak, legyenek köztük ellenállások, induktivitások, kondenzátorok vagy más elektromos elemek.

​Soros áramkörökezzel szemben összes elemüket egyetlen, zárt hurokban rendezze el. Ez azt jelentijelenlegi, a töltés áramlása egy áramkörben, ésfeszültség, az áram áramlását okozó elektromotoros erő, a párhuzamos és a soros áramkörök közötti mérések is különböznek.

A párhuzamos áramköröket általában olyan esetekben használják, amikor több eszköz egyetlen áramforrástól függ. Ez biztosítja, hogy egymástól függetlenül viselkedhessenek, így ha az egyik abbahagyná a munkát, a többiek tovább dolgoznának. A sok izzót használó lámpák mindegyik izzót egymással párhuzamosan használhatják, így mindegyik egymástól függetlenül világíthat. A háztartások elektromos aljzatai általában egyetlen áramkört használnak különböző eszközök kezelésére.

Noha a párhuzamos és a soros áramkörök különböznek egymástól, ugyanazokat a villamos energia elveket alkalmazhatja áramuk, feszültségük ésellenállás, egy áramköri elem képes ellenállni a töltés áramlásának.

Mind a párhuzamos, mind a soros áramkörök példáit követhetiKirchhoff két szabálya. Az első az, hogy mind soros, mind párhuzamos áramkörben zárt hurokban az összes elem feszültségesésének összegét nullával megadhatja. A második szabály az, hogy az áramkör bármelyik csomópontját vagy pontját is felveheti, és az adott pontba belépő áram összegét megegyezheti az adott ponttól távozó áram összegével.

Soros áramkörökben az áram állandó az egész ciklusban, így egyetlen alkatrész áramát mérheti soros áramkörben, hogy meghatározza az áramkör összes elemének áramát. A párhuzamos áramkörökben az egyes ágak feszültségesése állandó.

Mindkét esetben használjaOhm törvénye​ ​V = IRfeszültségreV(voltban), áramén(amperben vagy amperben) és az ellenállásR(ohmban) minden egyes alkatrészre vagy magára az egész áramkörre. Ha tudná például az áramot egy soros áramkörben, akkor kiszámíthatja a feszültséget az ellenállások összegzésével és az áram megszorzásával a teljes ellenállással.

​Összefoglalva az ellenállásokatváltozik a párhuzamos és a soros kapcsolási példák között. Ha különféle ellenállásokkal rendelkező soros áramköre van, összesítheti az ellenállásokat az egyes ellenállások értékeinek összeadásával, hogy megkapja ateljes ellenállás, amelyet az egyenlet ad meg

minden ellenálláshoz.

Párhuzamos áramkörökben az egyes ágak közötti ellenállás összege aa teljes ellenállás inverzeinverzük összeadásával. Más szavakkal, a párhuzamos áramkör ellenállását a

minden ellenállásnál párhuzamosan, hogy képviselje az ellenállások soros és párhuzamos kombinációja közötti különbséget.

Ezek a különbségek az ellenállás összegzésében az ellenállás belső tulajdonságaitól függenek. Az ellenállás az áramköri elem ellentétét képviseli a töltés áramlásával. Ha a töltés egy soros áramkör zárt hurkában áramlik, akkor az áramnak csak egy iránya van, és ezt az áramlást nem osztják fel vagy összegzik az áramlás útvonalainak változásai.

Ez azt jelenti, hogy az egyes ellenállásokon a töltés áramlása állandó marad, és a feszültség mekkora potenciállal rendelkezik töltés minden ponton elérhető, különbözik, mert minden ellenállás egyre nagyobb ellenállást ad a jelenlegi.

Másrészt, ha egy feszültségforrásból, például egy akkumulátorból származó áramnak több útja van, akkor feloszlik, mint egy párhuzamos áramkör esetében. De, mint korábban említettük, az adott pontba belépő áram mennyiségének meg kell egyeznie azzal, hogy mekkora áram távozik.

Ezt a szabályt követve, ha az áram egy rögzített ponttól különböző utakra ágazik el, akkor annak meg kell egyeznie azzal az árammal, amely az egyes elágazások végén ismét egyetlen pontba kerül. Ha az egyes ágak közötti ellenállások különböznek, akkor az áram egyes mennyiségeivel szembeni ellentét különbözik, és ez a párhuzamos áramkörök feszültségesés-különbségeihez vezet.

Végül néhány áramkörnek vannak elemei, amelyek párhuzamosan és sorosan is vannak. Ezek elemzésekorsorozat-párhuzamos hibridek, az áramkört sorozatosan vagy párhuzamosan kell kezelni, attól függően, hogy kapcsolódnak-e. Ez lehetővé teszi az egész áramkör újrarajzolását egyenértékű áramkörök használatával, az egyik alkatrész sorozatban, a másik pedig párhuzamosan. Ezután használja Kirchhoff szabályait mind a sorozatra, mind a párhuzamos áramkörre.

Kirchhoff szabályainak és az elektromos áramkörök jellegének felhasználásával előállhat egy általános módszer, amely az összes áramkört megközelíti, függetlenül attól, hogy sorban vagy párhuzamosan vannak-e. Először jelölje meg a kapcsolási rajz minden egyes pontját A, B, C,... betűkkel. hogy megkönnyítsék az egyes pontok megjelölését.

Keresse meg a csomópontokat, ahol három vagy több vezeték csatlakozott, és jelölje meg őket a beléjük és kifelé áramló áramok segítségével. Határozza meg az áramkörök hurkjait, és írjon egyenleteket, amelyek leírják, hogy az egyes zárt hurkokban a feszültségek összeadódnak-e nulláig.

A párhuzamos és a soros áramköri példák más elektromos elemekben is különböznek. Az áram, a feszültség és az ellenállás mellett vannak kondenzátorok, induktivitások és más elemek, amelyek attól függően változnak, hogy párhuzamosak vagy sorosak. Az áramkörtípusok közötti különbségek attól is függenek, hogy a feszültségforrás egyenáramot (DC) vagy váltakozó áramot (AC) használ-e.

Az egyenáramú áramkörök az áramot egyetlen irányban engedik áramolni, míg az AC áramkörök szabályos időközönként váltakozva áramolják az előre- és a hátramenet irányát, és szinuszhullám formájában jelentkeznek. Eddig a DC áramkörök voltak a példák, de ez a szakasz az AC áramkörökre összpontosít.

A váltakozó áramú áramkörökben a tudósok és mérnökök a változó ellenállásra utalnakimpedancia, és ez elszámolhatókondenzátorok, áramköri elemek, amelyek idővel tárolják a töltést, ésinduktorok, áramköri elemek, amelyek mágneses teret hoznak létre az áram áramára reagálva. A váltakozó áramú áramkörökben az impedancia az AC váltakozó áramfelvétel függvényében változik az idő múlásával, míg a teljes ellenállás az ellenállás elemek összessége, amely idővel állandó marad. Ez az ellenállást és az impedanciát különböző mértékben teszi meg.

Az AC áramkörök azt is leírják, hogy az áram iránya fázisban van-e az áramköri elemek között. Ha két elem vanszakaszban, akkor az elemek áramának hulláma szinkronban van egymással. Ezek a hullámalakok lehetővé teszik a számításthullámhossz, a teljes hullámciklus távolsága,frekvencia, másodpercenként egy adott ponton áthaladó hullámok száma, ésamplitúdó, a hullám magassága váltakozó áramú áramköröknél.

A soros váltakozó áramú áramkör impedanciáját a segítségével mérheti

akondenzátor impedanciája​ ​x_Césinduktív impedancia​ ​x​_L mert az ellenállásokként kezelt impedanciákat lineárisan összegezzük, mint a DC áramkörök esetében.

Az ok, amiért az induktivitás és a kondenzátor impedanciái közötti különbséget használja összegük helyett, azért van, mert ezek két áramköri elem ingadozik abban, hogy mekkora áramerősségük és feszültségük van az idő múlásával az AC feszültség ingadozása miatt forrás.

Ezek az áramkörökRLC áramkörökha tartalmaznak egy ellenállást (R), induktivitást (L) és kondenzátort (C). A párhuzamos RLC áramkörök az ellenállásokat összegezik

ugyanígy az ellenállásokat párhuzamosan összesítik inverzeik segítségével, és ezt az értéket1 / Znéven is ismertbejárásegy áramkör.

Mindkét esetben úgy mérheti az impedanciákatx_C = 1 / ωCésx_L = ωLaz "omega" ω szögfrekvenciához a kapacitásC(Farádokban) és az induktivitásL(Henriesben).

KapacitanciaCösszefüggésbe hozható as feszültséggelC = Q / VvagyV = Q / Ckondenzátor töltéséreQ(Coulomb-ban) és a kondenzátor feszültségeV(voltban). Az induktivitás a feszültségre vonatkozikV = LdI / dtaz áram időbeli változásáhozdI / dt, induktív feszültségVés az induktivitásL. Ezekkel az egyenletekkel oldhatja meg az RLC áramkörök áramát, feszültségét és egyéb tulajdonságait.

Bár a zárt hurok körüli feszültségeket nullával egyenlő lehet egy párhuzamos áramkörben, az áramok összegzése bonyolultabb. Ahelyett, hogy maguk az aktuális értékek összegét állítanák be, amelyek a csomópontból kilépő aktuális értékek összegével megegyező csomópontot írnak be, az egyes áramok négyzetét kell használni.

Párhuzamos RLC áramkör esetén az áram a kondenzátoron és az induktoron, mint

tápfeszültségreén_S, ellenállás áramén_R, induktív áramén_Lés a kondenzátor áramátén​_C ugyanazokat az elveket alkalmazva az impedancia értékek összegzéséhez.

Az RLC áramkörökben a "phi" fázisszög egyenletének felhasználásával kiszámíthatja a fázisszöget, hogy az egyik áramköri elem mennyire fázison kívül van a másiktól.ΦmintΦ = barnul^-1((X_L -X_C) / R)amibenCser​​^-1 ()az inverz tangens függvényt képviseli, amely bevesz egy arányt, és visszaadja a megfelelő szöget.

Soros áramkörökben a kondenzátorokat az inverzük segítségével as összegezzük

míg az induktorokat lineárisan összegezzük

minden induktivitáshoz. Ezzel párhuzamosan a számítások megfordulnak. Párhuzamos áramkör esetén a kondenzátorokat lineárisan összegezzük

és az induktorokat inverzük segítségével összegzik

minden induktivitáshoz.

A kondenzátorok úgy mérnek, hogy megmérik a két lemez közötti töltéskülönbséget, amelyeket dielektromos anyag választ el egymástól, amely csökkenti a feszültséget, miközben növeli a kapacitást. A tudósok és mérnökök is mérik a kapacitástCmintC = ε₀ε_rHirdetés"epsilon naught" ε-val₀ mint a levegőre jutó permittivitás értéke, amely 8,84 x 10-12 F / m.ε_ra kondenzátor két lemeze között használt dielektromos közeg permittivitása. Az egyenlet a lemezek területétől is függAm-ben² és a lemezek közötti távolságdm-ben.