Iepazīšanās ar elektronikas pamatiem nozīmē ķēžu izpratni, to darbību un aprēķināšanu, piemēram, kopējo pretestību ap dažāda veida ķēdēm. Reālās pasaules shēmas var kļūt sarežģītas, taču jūs varat tās saprast, izmantojot pamata zināšanas, kuras iegūstat no vienkāršākām, idealizētām shēmām.
Divi galvenie ķēžu veidi ir virkne un paralēli. Sērijveida ķēdē visi komponenti (piemēram, rezistori) ir sakārtoti līnijā, ķēdi veido viena stieples cilpa. Paralēla ķēde sadalās vairākos ceļos ar vienu vai vairākiem komponentiem katrā. Sēriju ķēžu aprēķināšana ir vienkārša, taču ir svarīgi saprast atšķirības un to, kā strādāt ar abiem tipiem.
Elektrisko ķēžu pamati
Elektrība plūst tikai ķēdēs. Citiem vārdiem sakot, tam ir nepieciešama pilnīga cilpa, lai kaut kas darbotos. Ja jūs pārtraucat šo cilpu ar slēdzi, barošana pārtrauc plūst, un jūsu gaisma (piemēram) izslēgsies. Vienkārša ķēdes definīcija ir vadītāja slēgta cilpa, pa kuru elektroni var pārvietoties, parasti sastāv no jaudas avots (piemēram, akumulators) un elektriska sastāvdaļa vai ierīce (piemēram, rezistors vai spuldze) un vads.
Lai saprastu, kā darbojas ķēdes, jums būs jāapgūst dažas pamatterminoloģijas, taču jūs pārzināsiet lielāko daļu ikdienas dzīves jēdzienu.
“Sprieguma starpība” ir termins elektriskās potenciālās enerģijas atšķirībai starp divām vietām uz vienu lādiņa vienību. Baterijas darbojas, radot potenciāla atšķirību starp abiem spailēm, kas ļauj strāvai plūst no vienas uz otru, kad tās ir savienotas ķēdē. Vienā brīdī potenciāls ir tehniski spriegums, bet praksē svarīga ir sprieguma atšķirības. 5 voltu akumulatoram ir 5 voltu potenciāla starpība starp diviem spailēm un 1 volts = 1 džouls uz kulona.
Savienojot vadītāju (piemēram, vadu) ar abiem akumulatora spailēm, tiek izveidota ķēde, kurai apkārt plūst elektriskā strāva. Strāvu mēra ampēros, kas nozīmē kulonus (lādiņu) sekundē.
Jebkuram vadītājam būs elektriskā "pretestība", kas nozīmē materiāla pretestību strāvas plūsmai. Pretestību mēra omos (Ω), un vadītājs ar 1 omu pretestību, kas savienots pāri 1 volta spriegumam, ļautu plūst 1 ampēra strāvai.
Attiecības starp tām ir ietvertas Omas likumā:
V = IR
Vārdos "spriegums ir vienāds ar strāvu, kas reizināta ar pretestību".
Sērija vs. Paralēlās ķēdes
Divi galvenie ķēžu veidi atšķiras pēc tā, kā komponenti tajos ir izvietoti.
Vienkārša virknes ķēdes definīcija ir: "Ķēde ar komponentiem, kas izvietoti taisnā līnijā, tāpēc visa strāva pēc kārtas plūst caur katru komponentu." Ja jūs izveidojāt pamata cilpas shēmu ar akumulatoru, kas savienots ar diviem rezistoriem, un pēc tam savienojums darbojas atpakaļ uz akumulatoru, abi rezistori būtu sērija. Tātad strāva iet no akumulatora pozitīvā spailes (pēc vienošanās jūs strāvu izturaties tā it kā no pozitīvā gala) uz pirmo rezistoru, no tā uz otro rezistoru un pēc tam atkal uz akumulatoru.
Paralēlā ķēde ir atšķirīga. Ķēde ar diviem paralēliem rezistoriem sadalītos divos sliežu ceļos ar rezistoru katrā. Kad strāva sasniedz krustojumu, arī krustojumam jāatstāj tāds pats strāvas daudzums, kas nonāk krustojumā. To sauc par pašreizējo Kirhofa likumu par lādiņa saglabāšanu vai tieši elektronikai. Ja abiem ceļiem ir vienāda pretestība, pa tiem plūst vienāda strāva, tādēļ, ja 6 ampēri strāvas sasniegs krustojumu ar vienādu pretestību abos ceļos, pa 3 ampēri plūst pa katru. Tad ceļi atkal pievienojas, pirms tiek atkārtoti pievienots akumulatoram, lai pabeigtu ķēdi.
Aprēķinot pretestību sērijas ķēdei
Aprēķinot kopējo pretestību no vairākiem rezistoriem, tiek uzsvērta atšķirība starp sērijām vs. paralēlās ķēdes. Sērijveida ķēdei kopējā pretestība (RKopā) ir tikai atsevišķo pretestību summa, tātad:
R_ {kopā} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
Fakts, ka tā ir virknes ķēde, nozīmē, ka kopējā pretestība ceļā ir tikai atsevišķo pretestību summa uz tā.
Prakses problēmai iedomājieties virknes ķēdi ar trim pretestībām:R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω unR3 = 6 Ω. Aprēķiniet ķēdes kopējo pretestību.
Tā vienkārši ir atsevišķu pretestību summa, tāpēc risinājums ir:
\ sākt {izlīdzināt} R_ {kopā} & = R_1 + R_2 + R_3 \\ & = 2 \; \ Omega \; + 4 \; \ Omega \; +6 \; \ Omega \\ & = 12 \; \ Omega \ end {izlīdzināts}
Paralēlās ķēdes pretestības aprēķināšana
Paralēlām ķēdēm aprēķinaRKopā ir mazliet sarežģītāka. Formula ir:
{1 \ virs {2pt} R_ {total}} = {1 \ virs {2pt} R_1} + {1 \ virs {2pt} R_2} + {1 \ virs {2pt} R_3}
Atcerieties, ka šī formula dod jums pretestības abpusēju (t.i., dalītu ar pretestību). Tāpēc jums ir jāsadala viens ar atbildi, lai iegūtu pilnīgu pretestību.
Iedomājieties, ka tie paši trīs iepriekšējie rezistori tika izvietoti paralēli. Kopējo pretestību dotu:
\ sākt {izlīdzināt} {1 \ virs {2pt} R_ {kopā}} un = {1 \ virs {2pt} R_1} + {1 \ virs {2pt} R_2} + {1 \ virs {2pt} R_3} \\ & = {1 \ virs {2pt} 2 \; Ω} + {1 \ virs {2pt} 4 \; Ω} + {1 \ virs {2pt} 6 \; Ω} \\ & = {6 \ virs {2pt} 12 \; Ω} + {3 \ virs {2pt} 12 \; Ω} + {2 \ virs {2pt} 12 \; Ω} \\ & = {11 \ virs {2pt} 12Ω} \\ & = 0,917 \; Ω ^ {- 1} \ end {izlīdzināts}
Bet tas ir 1 /RKopā, tāpēc atbilde ir:
\ sākt {izlīdzināt} \ R_ {kopā} & = {1 \ virs {2pt} 0,917 \; Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \ Omega \ end {izlīdzināts}
Kā atrisināt virknes un paralēlās kombinācijas shēmu
Jūs varat sadalīt visas ķēdes virkņu un paralēlu ķēžu kombinācijās. Paralēlās ķēdes atzarojumam var būt trīs komponenti virknē, un ķēde varētu sastāvēt no trīs paralēlu, atzarojošu sekciju virknes.
Šādu problēmu risināšana nozīmē tikai ķēdes sadalīšanu sekcijās un to izstrādi pēc kārtas. Apsveriet vienkāršu piemēru, kur paralēlajā ķēdē ir trīs atzari, bet vienam no šiem atzariem ir pievienota trīs rezistoru virkne.
Problēmas risināšanas triks ir sērijas pretestības aprēķina iekļaušana lielākajā visā ķēdē. Paralēlai ķēdei jāizmanto izteiciens:
{1 \ virs {2pt} R_ {total}} = {1 \ virs {2pt} R_1} + {1 \ virs {2pt} R_2} + {1 \ virs {2pt} R_3}
Bet pirmā filiāle,R1, faktiski ir izgatavots no trim dažādiem rezistoriem virknē. Tātad, ja jūs vispirms koncentrējaties uz to, jūs zināt, ka:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6
Iedomājies šoR4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω unR6 = 3 Ω. Kopējā pretestība ir:
\ sākt {izlīdzināt} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 \\ & = 12 \; \ Omega \; + 5 \; \ Omega \; + 3 \; \ Omega \\ & = 20 \; \ Omega \ end {izlīdzināts}
Izmantojot šo rezultātu pirmajai filiālei, varat pievērsties galvenajai problēmai. Sakiet to ar vienu rezistoru katrā atlikušajā ceļāR2 = 40 Ω unR3 = 10 Ω. Tagad varat aprēķināt:
\ sākt {izlīdzināt} {1 \ virs {2pt} R_ {kopā}} un = {1 \ virs {2pt} R_1} + {1 \ virs {2pt} R_2} + {1 \ virs {2pt} R_3} \\ & = {1 \ virs {2pt} 20 \; Ω} + {1 \ virs {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ virs {2pt} 10 \; Ω} \\ & = {2 \ virs {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ virs {2pt} 40 \; Ω} + {4 \ virs {2pt} 40 \; Ω} \\ & = {7 \ virs {2pt} 40 \; Ω}\\ &= 0.175 \; Ω ^ {- 1} \ end {izlīdzināts}
Tātad tas nozīmē:
\ sākt {izlīdzināt} \ R_ {kopā} & = {1 \ virs {2pt} 0,175 \; Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \ Omega \ end {izlīdzināts}
Citi aprēķini
Izturību ir daudz vieglāk aprēķināt virknes ķēdē nekā paralēlu ķēdi, taču tas ne vienmēr notiek. Kapacitātes vienādojumi (C) virknē un paralēlās ķēdēs principā darbojas tieši otrādi. Sērijveida ķēdei jums ir vienādojums kapacitātes abpusējam, tāpēc jūs aprēķināt kopējo kapacitāti (CKopā) ar:
{1 \ virs {2pt} C_ {total}} = {1 \ virs {2pt} C_1} + {1 \ virs {2pt} C_2} + {1 \ virs {2pt} C_3} + ...
Un tad jums jāatdala viens ar šo rezultātu, lai atrastuCKopā.
Paralēlai ķēdei jums ir vienkāršāks vienādojums:
C_ {kopā} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
Tomēr pamata pieeja problēmu risināšanai ar sērijām vs. paralēlās ķēdes ir vienādas.