Paprastos elektros serijos grandinės apibrėžimas

Susipažinti su elektronikos pagrindais reiškia suprasti grandines, kaip jos veikia ir kaip apskaičiuoti tokius dalykus kaip bendras pasipriešinimas aplink skirtingų tipų grandines. Tikrojo pasaulio grandinės gali komplikuotis, tačiau jas galite suprasti turėdami pagrindines žinias, kurias įgyjate iš paprastesnių, idealizuotų grandinių.

Du pagrindiniai grandinių tipai yra nuoseklūs ir lygiagretūs. Nuoseklioje grandinėje visi komponentai (pvz., Rezistoriai) yra išdėstyti linijoje, o grandinę sudaro viena laido kilpa. Lygiagreti grandinė išskaidoma į kelis kelius, kurių kiekviename yra vienas ar keli komponentai. Apskaičiuoti serijų grandines yra lengva, tačiau svarbu suprasti skirtumus ir kaip dirbti su abiem tipais.

Elektra teka tik grandinėmis. Kitaip tariant, tam, kad kažkas veiktų, reikia visos ciklo. Jei pertraukite tą kilpą jungikliu, maitinimas nustoja tekėti ir jūsų šviesa (pavyzdžiui) išsijungs. Paprastas grandinės apibrėžimas yra uždara laidininko kilpa, kurią elektronai gali keliauti, paprastai susideda iš galios šaltinis (pavyzdžiui, baterija) ir elektrinis komponentas ar įtaisas (pvz., rezistorius ar lemputė) ir laidus laidas.

Turėsite susipažinti su pagrindine terminologija, kad suprastumėte, kaip veikia grandinės, tačiau jūs būsite susipažinę su dauguma kasdienio gyvenimo terminų.

„Įtampos skirtumas“ yra elektros potencialo energijos skirtumo tarp dviejų vietų, tenkantis įkrovos vienetui, terminas. Baterijos veikia sukuriant potencialo skirtumą tarp jų dviejų gnybtų, o tai leidžia srovei tekėti iš vieno į kitą, kai jie yra prijungti grandinėje. Vieno taško potencialas techniškai yra įtampa, tačiau įtampos skirtumai yra svarbus praktikoje. 5 voltų akumuliatoriaus potencialų skirtumas tarp dviejų gnybtų yra 5 voltai, o kulonui - 1 voltas = 1 džaulis.

Prijungus laidininką (pvz., Laidą) prie abiejų akumuliatoriaus gnybtų, sukuriama grandinė, aplink kurią teka elektros srovė. Srovė matuojama amperais, o tai reiškia kulonus (įkrovos) per sekundę.

Bet kuris laidininkas turės elektrinę "varžą", o tai reiškia medžiagos prieštaravimą srovės srautui. Varža matuojama omais (Ω), o laidininkas, kurio 1 omų varža sujungta per 1 voltų įtampą, leistų tekėti 1 ampero srovei.

Santykį tarp jų įtvirtina Ohmo įstatymas:

Žodžiais, „įtampa lygi srovei, padaugintai iš varžos“.

Du pagrindiniai grandinių tipai išskiriami pagal tai, kaip juose išdėstyti komponentai.

Paprastas serijinės grandinės apibrėžimas yra toks: „Grandinė, kurios komponentai išdėstyti tiesia linija, taigi visa srovė eina per kiekvieną komponentą paeiliui“. Jei jūs sukūrėte pagrindinę grandinės grandinę su baterija, prijungta prie dviejų rezistorių, ir tada ryšys grįžta prie akumuliatoriaus, abu rezistoriai būtų serijos. Taigi srovė eitų nuo teigiamo akumuliatoriaus gnybto (pagal susitarimą jūs elgiatės taip, tarsi su ja iš teigiamo galo) į pirmąjį rezistorių, iš to į antrąjį rezistorių ir tada atgal į baterija.

Lygiagreti grandinė yra skirtinga. Grandinė, turinti du lygiagrečius rezistorius, būtų padalinta į du takelius, kiekviename esant rezistoriui. Kai srovė pasiekia sankryžą, tokia pati srovės dalis, kuri patenka į sankryžą, taip pat turi palikti sankryžą. Tai vadinama dabartiniu Kirchhoffo įstatymu krūvio išsaugojimu arba specialiai elektronikai. Jei abu keliai turi vienodą varžą, vienoda srovė tekės jais žemyn, taigi, jei 6 amperų srovė pasiekia vienodos varžos jungtį abiejuose keliuose, po 3 amperus tekės žemyn. Tada keliai vėl prisijungia, prieš vėl prisijungdami prie akumuliatoriaus, kad užbaigtų grandinę.

Apskaičiuojant bendrą atsparumą iš daugelio rezistorių pabrėžiamas skirtumas tarp serijų ir lygiagrečios grandinės. Nuoseklios grandinės atveju bendras atsparumas (R​_viso) yra tik atskirų varžų suma, taigi:

Tai, kad tai yra nuosekli grandinė, reiškia, kad bendras pasipriešinimas kelyje yra tik jame esančių atskirų varžų suma.

Praktikos problemai įsivaizduokite serijos grandinę su trimis varžomis:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω irR​₃ = 6 Ω. Apskaičiuokite bendrą grandinės varžą.

Tai tiesiog atskirų varžų suma, taigi sprendimas yra toks:

Skaičiuojant lygiagrečias grandines,R​_viso yra šiek tiek sudėtingesnė. Formulė yra:

Atminkite, kad ši formulė suteikia jums abipusį pasipriešinimą (t. Y. Padalytą iš pasipriešinimo). Taigi, norėdami gauti bendrą pasipriešinimą, turite padalyti vieną iš atsakymo.

Įsivaizduokite, kad tie patys trys prieš tai buvę rezistoriai buvo išdėstyti lygiagrečiai. Visą pasipriešinimą suteiktų:

Bet tai yra 1 /R​_viso, todėl atsakymas yra toks:

Galite suskaidyti visas grandines į serijinių ir lygiagrečių grandinių derinius. Lygiagrečios grandinės atšaka gali turėti tris komponentus nuosekliai, o grandinė gali būti sudaryta iš trijų lygiagrečių, išsišakojančių sekcijų iš eilės.

Tokių problemų sprendimas reiškia tik grandinės padalijimą į sekcijas ir jų paeilį. Apsvarstykite paprastą pavyzdį, kai lygiagrečioje grandinėje yra trys šakos, tačiau vienoje iš tų šakų yra pritvirtinta trijų rezistorių serija.

Apgaulė išspręsti problemą yra įtraukti serijos varžos skaičiavimą į didesnį visos grandinės skaičiavimą. Lygiagrečiai grandinei turite naudoti išraišką:

Tačiau pirmoji šakaR​₁, iš tikrųjų yra pagamintas iš trijų skirtingų rezistorių. Taigi, jei pirmiausia sutelksite dėmesį į tai, žinote:

Įsivaizduok taiR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω irR​₆ = 3 Ω. Bendras atsparumas yra:

Turėdami šį rezultatą pirmajai šakai, galite pereiti prie pagrindinės problemos. Kiekviename likusiame kelyje turėkite po vieną rezistoriųR​₂ = 40 Ω irR​₃ = 10 Ω. Dabar galite apskaičiuoti:

Tai reiškia:

Atsparumą yra daug lengviau apskaičiuoti nuoseklioje grandinėje nei lygiagrečią grandinę, tačiau tai ne visada būna. Talpos lygtys (C) iš eilės ir lygiagrečios grandinės veikia atvirkščiai. Nuosekliai grandinei turite abipusės talpos lygtį, taigi jūs apskaičiuosite bendrą talpą (C​_viso) su:

Tada turite padalyti vieną iš šio rezultato, kad rastumėteC​_viso.

Lygiagrečiai grandinei turite paprastesnę lygtį:

Tačiau pagrindinis požiūris į serijų problemų sprendimą vs. lygiagrečios grandinės yra tas pats.