ელექტრული წრეები, რომლებიც გამოიყენება ყოველდღიურ ელექტრონიკაში და ტექნიკაში, შეიძლება გაუგებარია. მაგრამ ელექტროენერგიისა და მაგნეტიზმის ფუნდამენტური პრინციპების გააზრება, რაც მათ მუშაობას იწვევს, საშუალებას მოგცემთ გაიგოთ, თუ რა განსხვავდება სხვადასხვა სქემები ერთმანეთისგან.
პარალელური სერიის წრეები
სქემებში სერიულ და პარალელურ კავშირებს შორის განსხვავების ახსნის დასაწყებად ჯერ უნდა გესმოდეთ, თუ რა განსხვავებაა პარალელური და სერიული წრეები ერთმანეთისგან.პარალელური სქემებიგამოიყენეთ ფილიალები, რომლებსაც აქვთ წრის სხვადასხვა ელემენტები, იქნება ეს რეზისტორები, ინდუქტორები, კონდენსატორები ან სხვა ელექტრული ელემენტები.
სერიის სქემებიპირიქით, მოაწყეთ მათი ყველა ელემენტი ერთ, დახურულ მარყუჟში. Ეს ნიშნავს რომმიმდინარე, მუხტის დინება წრეში დავოლტაჟიასევე განსხვავდება ელექტროძრავის ძალა, რომელიც იწვევს დენის შემოდინებას, ასევე იზომება პარალელურ და სერიულ წრეებს შორის გაზომვები.
პარალელური სქემები ჩვეულებრივ გამოიყენება იმ სცენარებში, როდესაც მრავალი მოწყობილობა დამოკიდებულია ელექტროენერგიის ერთ წყაროსთან. ეს უზრუნველყოფს მათ ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად ქცევას, ასე რომ, თუ ვინმე მუშაობას შეწყვეტს, სხვები მუშაობას განაგრძობენ. შუქებს, რომლებიც ბევრ ბოლქვს იყენებენ, თითოეული ბოლქვის გამოყენება ერთმანეთის პარალელურად არის შესაძლებელი, ასე რომ თითოეულს შეუძლია ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად აანთოს. შინამეურნეობებში ელექტროგადამცემი ხაზები, როგორც წესი, იყენებენ ერთ წრედ სხვადასხვა მოწყობილობის დასამუშავებლად.
მიუხედავად იმისა, რომ პარალელური და სერიული წრეები განსხვავდება ერთმანეთისგან, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ელექტროენერგიის იგივე პრინციპები, რომ შეისწავლოთ მათი მიმდინარეობა, ძაბვა დაწინააღმდეგობა, წრიული ელემენტის შესაძლებლობა დაუპირისპირდეს მუხტის ნაკადს.
პარალელური და სერიული წრეების მაგალითებისთვის შეგიძლიათ მიჰყვეთკირხოფის ორი წესი. პირველი ის არის, რომ, როგორც სერიაში, ასევე პარალელურ წრეში, შეგიძლიათ დააყენოთ ძაბვის წვეთების ჯამი ყველა ელემენტზე დახურულ მარყუჟში, ნულის ტოლი. მეორე წესი არის ის, რომ თქვენ ასევე შეგიძლიათ აიღოთ წრეში ნებისმიერი კვანძი ან წერტილი და დააყენოთ მიმდინარე წერტილში შესული ჯამის თანხები ტოლი იმ წერტილის ტოლი დენის ჯამისა.
სერიისა და პარალელური წრიული მეთოდები
სერიულ წრეებში, მიმდინარეობა მუდმივია მთელ მარყუჟში, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ გაზომოთ ერთი კომპონენტის მიმდინარეობა სერიულ წრეში, წრის ყველა ელემენტის დენის დასადგენად. პარალელური სქემების მიხედვით, ძაბვის ვარდნა თითოეულ ფილიალზე მუდმივია.
ორივე შემთხვევაში იყენებთომის კანონი V = IRძაბვისთვისვ(ვოლტებში), მიმდინარემე(ამპერებში ან ამპერებში) და წინააღმდეგობარ(ომებში) თითოეული კომპონენტისთვის ან მთელი წრისთვის. თუ იცით, მაგალითად, მიმდინარე სერია წრეში, შეგიძლიათ გამოთვალოთ ძაბვა წინააღმდეგობების შეჯამებით და მიმდინარე გამრავლებით მთლიანი წინააღმდეგობით.
წინააღმდეგობების შეჯამებაიცვლება პარალელურ და სერიულ წრიულ მაგალითებს შორის. თუ სერიული წრე გაქვთ სხვადასხვა რეზისტორებით, შეგიძლიათ შეაჯამოთ წინააღმდეგობები თითოეული რეზისტორის მნიშვნელობის დამატებით, რომ მიიღოთსრული წინააღმდეგობა, მოცემულია განტოლებით
R_ {სულ} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
თითოეული რეზისტორისთვის.
პარალელური სქემების მიხედვით, თითოეული ფილიალის წინააღმდეგობა ჯამდებაშებრუნებული მთლიანი წინააღმდეგობამათი ინვერსიების დამატებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პარალელური წრის წინააღმდეგობა მოცემულია იმით
\ frac {1} {R_ {total}} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2} + \ frac {1} {R_3} + ...
თითოეული რეზისტორისთვის პარალელურად წარმოადგენს განსხვავებას სერიების და რეზისტორების პარალელურ კომბინაციას შორის.
სერიის და პარალელური წრის განმარტება
შემაჯამებელი წინააღმდეგობის ეს განსხვავებები დამოკიდებულია წინააღმდეგობის შინაგან თვისებებზე. წინააღმდეგობა წარმოადგენს წრიული ელემენტის წინააღმდეგობას მუხტის დინებასთან. თუ მუხტი უნდა შემოდიოდეს სერიული წრის დახურულ მარყუჟში, დენი უნდა იყოს მხოლოდ ერთი მიმართულებით და ეს დინება არ იყოფა ან ჯამდება მიმდინარე დინების ბილიკების ცვლილებით.
ეს ნიშნავს, რომ თითოეული რეზისტორის მასშტაბით, მუხტის ნაკადი რჩება მუდმივი და ძაბვა, რამდენის პოტენციალია მუხტი ხელმისაწვდომია თითოეულ წერტილში, განსხვავდება, რადგან თითოეული რეზისტორი უფრო და უფრო მეტ წინააღმდეგობას უწევს ამ ბილიკს მიმდინარე
მეორეს მხრივ, თუ ძაბვის წყაროდან, მაგალითად, აკუმულატორს, მრავალი ბილიკი უნდა ჰქონოდა, ის გაიყოფა, როგორც ეს ხდება პარალელურ წრეში. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მოცემულ წერტილში შესული დენის ოდენობა უნდა იყოს ტოლი რამდენი დენის ტოვებს.
ამ წესის დაცვით, თუ ფიქსირებული წერტილიდან დენი უნდა გაიყოს სხვადასხვა ბილიკებში, ის ტოლი უნდა იყოს დენისა, რომელიც ხელახლა შედის ერთ წერტილში თითოეული ტოტის ბოლოს. თუ წინააღმდეგობები თითოეულ განშტოებაზე განსხვავდება, განსხვავდება დენის თითოეული რაოდენობის წინააღმდეგობა და ეს გამოიწვევს პარალელური წრის განშტოებების ძაბვის ვარდნის სხვაობებს.
დაბოლოს, ზოგიერთ სქემას აქვს ელემენტები, რომლებიც პარალელურად და სერიულადაა. ამის ანალიზისასსერია-პარალელური ჰიბრიდები, წრე უნდა განიხილოთ როგორც სერიულად, ისე პარალელურად, რაც დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა კავშირი აქვთ მათ. ეს საშუალებას გაძლევთ ხელახლა დახაზოთ მთლიანი წრე ეკვივალენტური სქემების გამოყენებით, რომელთაგან ერთი კომპონენტია სერიალში, ხოლო მეორე კომპონენტი პარალელურად. შემდეგ გამოიყენეთ კირხოფის წესები როგორც სერიაზე, ასევე პარალელურ წრეზე.
Kirchhoff- ის წესებისა და ელექტრული წრეების ხასიათის გამოყენებით შეგიძლიათ გამოვიყენოთ ზოგადი მეთოდი, რომ მიუახლოვდეთ ყველა სქემას, მიუხედავად იმისა, ისინი სერიულია თუ პარალელურად. პირველ რიგში, წრიული დიაგრამის თითოეული წერტილი აწერეთ ასოებს A, B, C,... რათა საქმე უფრო მარტივი იყოს თითოეული წერტილის მითითებისას.
იპოვნეთ კვანძები, სადაც სამი ან მეტი მავთულია დაკავშირებული და ეტიკეტირება მოახდინეთ მათში და შიგნით მიმავალი დინების გამოყენებით. განსაზღვრეთ წრეებში მარყუჟები და დაწერეთ განტოლებები, სადაც აღწერილია, თუ როგორ ჯდება ძაბვები ნულამდე თითოეულ დახურულ მარყუჟში.
AC წრეები
პარალელური და სერიული წრიული მაგალითები განსხვავდება სხვა ელექტრული ელემენტებითაც. დენის, ძაბვისა და წინააღმდეგობის გარდა, არსებობს კონდენსატორები, ინდუქტორები და სხვა ელემენტები, რომლებიც განსხვავდება პარალელურია თუ სერიული. წრეების ტიპებს შორის სხვაობა ასევე დამოკიდებულია იმაზე, იყენებს თუ არა ძაბვის წყაროს პირდაპირი მიმდინარე (DC) ან ალტერნატიული მიმდინარე (AC).
DC სქემები უშვებენ მიმდინარეობას ერთი მიმართულებით, ხოლო AC სქემები რეგულარული ინტერვალებით ანაცვლებს წინ და უკანა მიმართულებებს და იღებს სინუსური ტალღის ფორმას. აქამდე მაგალითები იყო DC სქემები, მაგრამ ეს სექცია ყურადღებას ამახვილებს AC– ებზე.
AC სქემებში, მეცნიერები და ინჟინრები ცვლის წინააღმდეგობას, როგორცწინაღობა, და ეს შეიძლება ითვალისწინებდესკონდენსატორები, წრიული ელემენტები, რომლებიც დროთა განმავლობაში ინახავენ მუხტს დაინდუქტორები, წრიული ელემენტები, რომლებიც აწარმოებენ მაგნიტურ ველს წრეში მიმდინარე დენის საპასუხოდ. AC წრეებში, წინაღობა იცვლება დროთა განმავლობაში AC ენერგიის შეყვანის შესაბამისად, ხოლო მთლიანი წინააღმდეგობა არის რეზისტორის ელემენტების ჯამი, რომელიც დროთა განმავლობაში მუდმივი რჩება. ეს ქმნის წინააღმდეგობას და წინაღობას სხვადასხვა რაოდენობას.
AC წრეებში ასევე აღწერილია, არის თუ არა დენის მიმართულება ფაზაში ჩართვის ელემენტებს შორის. თუ ორი ელემენტიაფაზაში, მაშინ ელემენტების დინების ტალღა სინქრონიზირებულია ერთმანეთთან. ამ ტალღური ფორმების საშუალებით შეგიძლიათ გამოთვალოთტალღის სიგრძე, სრული ტალღის ციკლის მანძილი,სიხშირე, ტალღების რაოდენობა, რომლებიც ყოველ წამს გადიან მოცემულ წერტილზე დადიაპაზონი, ტალღის სიმაღლე, AC სქემებისთვის.
AC წრეების თვისებები
თქვენ გაზომავთ სერიული AC წრის წინაღობას
Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L-X_C) ^ 2}
სთვისკონდენსატორის წინაღობა Xგდაინდუქტორული წინაღობა Xლ რადგან წინაღობები, როგორც წინააღმდეგობები, შეჯამებულია წრფივად, როგორც ეს არის DC წრეების შემთხვევაში.
მიზეზი, რის გამოც იყენებთ სხვაობას ინდუქტორისა და კონდენსატორის წინაღობებს შორის მათი ჯამის ნაცვლად არის ეს ორი წრიული ელემენტი იცვლება რამდენი დრო და ძაბვა აქვთ დროთა განმავლობაში AC ძაბვის რყევების გამო წყარო.
ეს სქემები არისRLC სქემებითუ ისინი შეიცავს რეზისტორს (R), ინდუქტორს (L) და კონდენსატორს (C). პარალელური RLC სქემები აჯამებს წინააღმდეგობებს, როგორც
\ frac {1} {Z} = \ sqrt {\ frac {1} {R ^ 2} + (\ frac {1} {X_L} - \ frac {1} {X_C}) ^ 2}
პარალელურად რეზისტორების შეჯამება ხდება მათი ინვერსიის გამოყენებით და ეს მნიშვნელობა1 / ზასევე ცნობილია როგორცდაშვებაწრიული.
ორივე შემთხვევაში შეგიძლიათ წინაღობების გაზომვა, როგორცXგ = 1 / ωCდაXლ = ωLკუთხოვანი სიხშირისთვის "ომეგა" ω, ტევადობაგ(ფარადებში) და ინდუქციურილ(ჰენრიზში).
ტევადობაგშეიძლება დაკავშირებული იყოს ძაბვასთან, როგორცC = Q / VანV = Q / Cკონდენსატორზე მუხტისთვისQ(კულონებში) და კონდენსატორის ძაბვავ(ვოლტებში). ინდუქცია დამოკიდებულია ძაბვაზე, როგორცV = LdI / dtდროთა განმავლობაში მიმდინარე ცვლილებისთვისdI / dt, ინდუქციური ძაბვავდა ინდუქციურილ. გამოიყენეთ ეს განტოლებები RLC სქემების დენის, ძაბვის და სხვა მახასიათებლების ამოსახსნელად.
პარალელური და სერიული წრიული მაგალითები
მართალია შეგიძლიათ დახურული მარყუჟის გარშემო ძაბვების ჯამი პარალელურ წრეში ნულის ტოლი იყოს, დენების შეჯამება უფრო რთულია. იმის ნაცვლად, რომ თავად დააყენოთ მიმდინარე მნიშვნელობების ჯამი, რომლებიც შედიან კვანძში, ტოლია მიმდინარე მნიშვნელობების ჯამიდან, რომელიც უნდა დატოვონ კვანძიდან, უნდა გამოიყენოთ თითოეული დენის კვადრატები.
RLC მიკროსქემის პარალელურად, მიმდინარეობა კონდენსატორსა და ინდუქტორზე
I_S = I_R + (I_L-I_C) ^ 2
მომარაგების დენისთვისმეს, რეზისტორული მიმდინარეობამერ, ინდუქციური მიმდინარეობამელდა კონდენსატორის მიმდინარეობამეგ წინა პრინციპების მნიშვნელობების შესაჯამებლად იგივე პრინციპების გამოყენებით.
RLC სქემებში შეგიძლიათ გამოთვალოთ ფაზის კუთხე, თუ რამდენად არ არის ფაზის ერთი წრის ელემენტი მეორისგან, ფაზის კუთხის "phi" განტოლების გამოყენებითΦროგორცΦ = რუჯი-1((Xლ -Xგ) / რ)რომელშიცრუჯი-1 ()წარმოადგენს შებრუნებულ ტანგენულ ფუნქციას, რომელიც შეყვანისას იღებს პროპორციას და აბრუნებს შესაბამის კუთხეს.
სერიულ წრეებში, კონდენსატორები ჯამდება მათი ინვერსიის გამოყენებით
\ frac {1} {C_ {total}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} + ...
ხოლო ინდუქტორები შეჯამებულია ხაზოვნად, როგორც
L_ {სულ} = L_1 + L_2 + L_3 + ...
თითოეული ინდუქტორისთვის. პარალელურად, გამოთვლები შებრუნებულია. პარალელური წრისთვის, კონდენსატორები ხაზობრივად ჯამდება
C_ {სულ} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
და ინდუქტორები ჯამდება მათი ინვერსიის გამოყენებით
\ frac {1} {L_ {total}} = \ frac {1} {L_1} + \ frac {1} {L_2} + \ frac {1} {L_3} + ...
თითოეული ინდუქტორისთვის.
კონდენსატორები მუშაობენ დატვირთვის სხვაობის გაზომვით ორ ფირფიტს შორის, რომლებიც გამოყოფილია დიელექტრიკული მასალით, რაც ამცირებს ძაბვას მოცულობის გაზრდისას მეცნიერები და ინჟინრები ასევე ზომავს ტევადობასგროგორცC = ε0εრა / დ"epsilon naught" - ით ε0 როგორც ნებადართულობის მნიშვნელობა ჰაერისთვის, რომელიც არის 8,84 x 10-12 F / მ.εრარის დიელექტრიკული საშუალების დაშვება, რომელიც გამოიყენება კონდენსატორის ორ ფირფიტს შორის. განტოლება ასევე დამოკიდებულია ფირფიტების ფართობზეამ-ში2 და მანძილი ფირფიტებს შორისდმ-ში