Kuo lygiagreti grandinė skiriasi nuo serijinės grandinės?

Elektros grandinės, naudojamos kasdienėje elektronikoje ir prietaisuose, gali atrodyti painios. Tačiau supratę pagrindinius elektros ir magnetizmo principus, skatinančius juos veikti, galite suprasti, kuo skirtingos grandinės skiriasi viena nuo kitos.

Norėdami pradėti aiškinti skirtumus tarp nuoseklių ir lygiagrečių jungčių grandinėse, pirmiausia turėtumėte suprasti, kuo lygiagrečios ir nuoseklios grandinės skiriasi viena nuo kitos.Lygiagrečios grandinėstarp jų naudokite atšakas, turinčias skirtingus grandinės elementus - rezistorius, induktorius, kondensatorius ar kitus elektrinius elementus.

​Serijinės grandinės, priešingai, sutvarkykite visus jų elementus į vieną, uždarą kilpą. Tai reiškiasrovė, įkrovos srautas grandinėje irĮtampa, elektromotorinė jėga, sukelianti srovės tekėjimą, taip pat skiriasi matavimai tarp lygiagrečių ir nuoseklių grandinių.

Lygiagrečios grandinės paprastai naudojamos scenarijuose, kai keli įrenginiai priklauso nuo vieno energijos šaltinio. Tai užtikrina, kad jie gali elgtis nepriklausomai vienas nuo kito, kad jei vienas nustotų dirbti, kiti dirbtų toliau. Žibintai, kuriuose naudojama daug lempučių, kiekvieną lemputę gali naudoti lygiagrečiai, todėl kiekvienas iš jų gali įsižiebti nepriklausomai vienas nuo kito. Namų ūkių elektros lizdai skirtingiems prietaisams valdyti paprastai naudoja vieną grandinę.

Nors lygiagrečios ir nuoseklios grandinės skiriasi viena nuo kitos, galite naudoti tuos pačius elektros principus, kad ištirtumėte jų srovę, įtampą irpasipriešinimas, grandinės elemento galimybė atsispirti įkrovos srautui.

Galite sekti tiek lygiagrečių, tiek serijinių grandinių pavyzdžiusDvi Kirchhoffo taisyklės. Pirmasis yra tas, kad tiek nuoseklioje, tiek lygiagrečioje grandinėje galite nustatyti įtampos kritimo sumą visuose uždaroje ciklo elementuose lygią nuliui. Antroji taisyklė yra ta, kad jūs taip pat galite paimti bet kurį grandinės mazgą ar tašką ir nustatyti į tą tašką įeinančios srovės sumas, lygias srovės, paliekančios tą tašką, sumai.

Nuosekliose grandinėse srovė yra pastovi per visą kilpą, kad galėtumėte išmatuoti vieno komponento srovę nuoseklioje grandinėje, kad nustatytumėte visų grandinės elementų srovę. Lygiagrečiose grandinėse įtampos kritimas kiekvienoje šakoje yra pastovus.

Abiem atvejais jūs naudojateOhmo įstatymas​ ​V = IRįtampaiV(voltais), srovėAš(amperais arba amperais) ir atsparumasR(omais) kiekvienam komponentui arba visai pačiai grandinei. Pavyzdžiui, jei žinotumėte srovę grandinės grandinėje, įtampą galėtumėte apskaičiuoti susumavus varžas ir padauginus srovę iš bendro pasipriešinimo.

​Apibendrinant pasipriešinimuskinta tarp lygiagrečių ir serijinių grandinių pavyzdžių. Jei turite serijinę grandinę su skirtingais rezistoriais, galite susumuoti varžas, pridedant kiekvieno rezistoriaus vertę, kad gautumėtevisiškas pasipriešinimas, pateiktą lygtimi

kiekvienam rezistoriui.

Lygiagrečiose grandinėse kiekvienos šakos varža lygiatvirkštinė viso pasipriešinimopridedant jų inversijas. Kitaip tariant, lygiagrečios grandinės varža pateikiama

kiekvienam rezistoriui lygiagrečiai, kad būtų galima parodyti skirtumą tarp nuoseklių ir lygiagrečių rezistorių derinių.

Šie atsparumo sumavimo skirtumai priklauso nuo vidinių atsparumo savybių. Atsparumas reiškia grandinės elemento priešingumą įkrovos srautui. Jei krūvis tekėtų uždaroje nuoseklios grandinės grandinėje, srovei tekėti yra tik viena kryptis, ir šis srautas nėra padalintas ar susumuotas pagal srovės tekėjimo takų pokyčius.

Tai reiškia, kad kiekvieno rezistoriaus krūvio srautas išlieka pastovus, o įtampa - kiek potencialo mokestis yra prieinamas kiekviename taške, skiriasi, nes kiekvienas rezistorius vis daugiau ir daugiau atsparumo šiam takui srovė.

Kita vertus, jei srovė iš įtampos šaltinio, pavyzdžiui, akumuliatoriaus, turėtų rinktis kelis kelius, ji pasidalytų, kaip yra lygiagrečioje grandinėje. Bet, kaip minėta anksčiau, srovės kiekis, patenkantis į tam tikrą tašką, turi būti lygus išeinančio srovės kiekiui.

Laikantis šios taisyklės, jei srovė iš fiksuoto taško išsišakotų į skirtingus kelius, ji turėtų būti lygi srovei, kuri vėl patenka į vieną tašką kiekvieno šakos pabaigoje. Jei pasipriešinimai kiekvienoje šakoje skiriasi, tada priešingumas kiekvienam srovės kiekiui skiriasi ir tai lemtų įtampos kritimo skirtumus lygiagrečios grandinės šakose.

Galiausiai, kai kuriose grandinėse yra elementų, kurie yra lygiagrečiai ir nuosekliai. Nagrinėjant šiuosserijiniai lygiagretūs hibridai, turėtumėte traktuoti grandinę kaip nuosekliai arba lygiagrečiai, priklausomai nuo to, kaip jie prijungti. Tai leidžia jums iš naujo nupiešti bendrą grandinę, naudojant lygiavertes grandines, viena iš komponentų yra nuosekliai, o kita - lygiagrečiai. Tada naudokite Kirchhoffo taisykles tiek serijoje, tiek lygiagrečioje grandinėje.

Naudodamiesi Kirchhoffo taisyklėmis ir elektros grandinių pobūdžiu, galite sugalvoti bendrą metodą, kaip kreiptis į visas grandines, neatsižvelgiant į tai, ar jos yra nuosekliai, ar lygiagrečiai. Pirmiausia pažymėkite kiekvieną grandinės schemos tašką raidėmis A, B, C,... kad būtų lengviau nurodyti kiekvieną tašką.

Suraskite sankryžas, kur prijungti trys ar daugiau laidų, ir pažymėkite juos naudodami sroves, tekančias iš jų ir iš jų. Nustatykite grandinių kilpas ir parašykite lygtis, apibūdinančias, kaip kiekvienoje uždaroje kilpoje įtampa lygi nuliui.

Lygiagrečios ir nuoseklios grandinės pavyzdžiai skiriasi ir kitais elektriniais elementais. Be srovės, įtampos ir varžos, yra kondensatorių, induktorių ir kitų elementų, kurie skiriasi priklausomai nuo to, ar jie lygiagrečiai, ar nuosekliai. Skirtumai tarp grandinių tipų taip pat priklauso nuo to, ar įtampos šaltinis naudoja nuolatinę srovę (DC), ar kintamąją (AC).

Nuolatinės srovės grandinės leidžia srovei tekėti viena kryptimi, o kintamosios srovės grandinės reguliariais intervalais keičia kintamą srovę tarp pirmyn ir atgal. Kol kas pavyzdžiai buvo nuolatinės srovės grandinės, tačiau šiame skyriuje daugiausia dėmesio skiriama kintamosios srovės grandinėms.

Kintamosios srovės grandinėse mokslininkai ir inžinieriai keičiasi pasipriešinimu kaipvarža, ir tai gali atsiskaitytikondensatoriaigrandinės elementai, kaupiantys krūvį laikui bėgant, irinduktoriai, grandinės elementai, kurie sukuria magnetinį lauką, reaguodami į grandinės srovę. Kintamosios srovės grandinėse impedancija kinta laikui bėgant, atsižvelgiant į kintamosios srovės įvestį, o bendra varža yra visa rezistoriaus elementų suma, kuri laikui bėgant lieka pastovi. Dėl to atsparumas ir varža skiriasi.

Kintamosios srovės grandinės taip pat apibūdina, ar srovės kryptis yra fazėje tarp grandinės elementų. Jei yra du elementaifazėje, tada elementų srovių banga yra sinchronizuojama tarpusavyje. Šios bangos formos leidžia apskaičiuotibangos ilgis, viso bangos ciklo atstumas,dažnis, bangų, kurios kiekvieną sekundę praeina per tam tikrą tašką, skaičius iramplitudė, bangos aukštis, kintamosios srovės grandinėms.

Jūs matuojate serijinės kintamosios srovės grandinės varžą

užkondensatoriaus varža​ ​X_Cirinduktoriaus varža​ ​X​_L nes varžos, traktuojamos kaip varžos, sumuojamos tiesiškai, kaip tai daroma nuolatinės srovės grandinėse.

Priežastis, kodėl vietoj jų sumos naudojate induktoriaus ir kondensatoriaus impedansų skirtumą, yra ta, kad tai yra šie du grandinės elementai kinta, kiek srovės ir įtampos jie turi laikui bėgant dėl ​​kintamosios įtampos svyravimų šaltinis.

Šios grandinės yraRLC grandinėsjei juose yra rezistorius (R), induktorius (L) ir kondensatorius (C). Lygiagrečios RLC grandinės rezistorius apibendrina kaip

tuo pačiu būdu rezistoriai lygiagrečiai apibendrinami naudojant jų inversijas ir šią vertę1 / Ztaip pat žinomas kaippriėmimasgrandinės.

Abiem atvejais galite įvertinti impedancijas kaipX_C = 1 / ωCirX_L = ωLkampiniam dažniui „omega“ ω, talpaC(Faraduose) ir induktyvumasL(Henriuose).

TalpaCgali būti susijęs su įtampa kaipC = Q / VarbaV = Q / Cuž kondensatoriaus įkrovimąKlausimas(kulonais) ir kondensatoriaus įtampaV(voltais). Induktyvumas susijęs su įtampa kaipV = LdI / dtsrovės pokyčiams bėgant laikuidI / dt, induktoriaus įtampaVir induktyvumasL. Naudokite šias lygtis, kad išspręstumėte RLC grandinių srovę, įtampą ir kitas savybes.

Nors lygiagrečioje grandinėje įtampą aplink uždarą kilpą galite susumuoti lygia nuliui, susumuoti sroves yra sudėtingiau. Užuot nustatę pačių dabartinių verčių sumą, įvedančią mazgą, lygų dabartinių verčių, paliekančių mazgą, sumai, turite naudoti kiekvienos srovės kvadratus.

Lygiagrečiai veikiančiai RLC grandinei srovė per kondensatorių ir induktorių yra kaip

maitinimo sroveiAš_S, rezistoriaus srovėAš_R, induktoriaus srovėAš_Lir kondensatoriaus srovėAš​_C naudojant tuos pačius impedanso verčių sumavimo principus.

RLC grandinėse galite apskaičiuoti fazės kampą, kiek vienas fazės elementas yra be fazės, naudodamas fazinio kampo „phi“ lygtį.ΦkaipΦ = įdegis^-1((X_L -X_C) / R)kuriameįdegis​​^-1 ()žymi atvirkštinę liestinio funkciją, kuri ima dalį kaip įvestį ir grąžina atitinkamą kampą.

Nuosekliose grandinėse kondensatoriai apibendrinami naudojant jų inversijas kaip

o induktoriai apibendrinami tiesiškai kaip

kiekvienam induktoriui. Tuo pačiu metu skaičiavimai yra atvirkštiniai. Lygiagrečiai grandinei kondensatoriai sumuojami tiesiškai

o induktoriai apibendrinami naudojant jų inversijas

kiekvienam induktoriui.

Kondensatoriai dirba matuodami dviejų plokščių, kurias skiria dielektrinė medžiaga, krūvio skirtumą, kuris sumažina įtampą, tuo pačiu padidindamas talpą. Mokslininkai ir inžinieriai taip pat matuoja talpąCkaipC = ε₀ε_rReklamasu „epsilon Naught“ ε₀ kaip oro pralaidumo vertė, kuri yra 8,84 x 10-12 F / m.ε_ryra dielektrinės terpės, naudojamos tarp dviejų kondensatoriaus plokščių, pralaidumas. Lygtis priklauso ir nuo plokščių plotoAm² ir atstumas tarp plokščiųdm.