Kā paralēlā shēma atšķiras no sērijas ķēdes?

Elektriskās ķēdes, ko izmanto ikdienas elektronikā un ierīcēs, var šķist mulsinošas. Bet, izprotot elektrības un magnētisma pamatprincipus, kas liek tiem darboties, varat saprast, kā dažādas ķēdes atšķiras viena no otras.

Lai sāktu izskaidrot atšķirību starp virknes un paralēliem savienojumiem ķēdēs, vispirms jums vajadzētu saprast, kā paralēlās un sērijiskās ķēdes atšķiras viena no otras.Paralēlās ķēdesizmantojiet atzarus, kuriem ir dažādi ķēdes elementi, vai tie būtu rezistori, induktori, kondensatori vai citi elektriskie elementi.

​Sēriju shēmasturpretī sakārtojiet visus to elementus vienā, slēgtā kontūrā. Tas nozīmē kapašreizējais, lādiņa plūsma ķēdē unspriegums, elektromotora spēks, kas izraisa strāvas plūsmu, atšķiras arī mērījumi starp paralēlajām un virknes ķēdēm.

Paralēlās ķēdes parasti izmanto scenārijos, kad vairākas ierīces ir atkarīgas no viena enerģijas avota. Tas nodrošina, ka viņi var uzvesties neatkarīgi viens no otra, lai, ja viens pārtrauc darbu, citi turpinātu strādāt. Lukturos, kuros tiek izmantotas daudzas spuldzes, katru spuldzi var izmantot paralēli, tāpēc visi var iedegties neatkarīgi viens no otra. Mājsaimniecību elektrības kontaktligzdās parasti izmanto vienu ķēdi, lai apstrādātu dažādas ierīces.

Lai gan paralēlās un virknes ķēdes atšķiras viena no otras, varat izmantot tos pašus elektrības principus, lai pārbaudītu to strāvu, spriegumu unpretestība, ķēdes elementa spēja pretoties lādiņa plūsmai.

Varat sekot gan paralēlu, gan virkņu ķēžu piemēriemKirhofa divi noteikumi. Pirmais ir tas, ka gan virknē, gan paralēlā ķēdē jūs varat iestatīt sprieguma kritumu summu visos elementos slēgtā lokā, kas vienāds ar nulli. Otrais noteikums ir tāds, ka jūs varat arī paņemt jebkuru ķēdes mezglu vai punktu un iestatīt strāvas summas, kas ienāk šajā punktā, ir vienāda ar strāvas summu, kas atstāj šo punktu.

Sērijveida ķēdēs strāva visā kontūrā ir nemainīga, lai jūs varētu izmērīt viena komponenta strāvu virknes ķēdē, lai noteiktu visu ķēdes elementu strāvu. Paralēlās ķēdēs sprieguma kritumi katrā zarā ir nemainīgi.

Abos gadījumos jūs izmantojatOhma likums​ ​V = IRspriegumamV(voltos), strāvaEs(ampēros vai ampēros) un pretestībaR(omos) katram komponentam vai visai ķēdei. Ja jūs zinātu, piemēram, strāvu virknes ķēdē, jūs varētu aprēķināt spriegumu, summējot pretestības un reizinot strāvu ar kopējo pretestību.

​Apkopojot pretestībasatšķiras starp paralēlu un virkņu ķēžu piemēriem. Ja jums ir virknes ķēde ar dažādiem rezistoriem, varat summēt pretestības, pievienojot katra rezistora vērtību, lai iegūtukopējā pretestība, ko dod vienādojums

katram rezistoram.

Paralēlās ķēdēs katra filiāles pretestība ir līdzapgrieztā pretestība pret kopējo pretestībupievienojot to apgrieztos skaitļus. Citiem vārdiem sakot, paralēlās ķēdes pretestību dod

katram rezistoram paralēli, lai attēlotu atšķirību starp rezistoru virkni un paralēlu kombināciju.

Šīs rezistences summēšanas atšķirības ir atkarīgas no rezistences raksturīgajām īpašībām. Pretestība apzīmē ķēdes elementa pretestību lādiņa plūsmai. Ja lādiņš plūst slēgtajā virknes ķēdes lokā, strāvai ir tikai viens virziens, un šī plūsma nav sadalīta vai apkopota ar izmaiņām ceļos, lai strāva plūst.

Tas nozīmē, ka pāri katram rezistoram lādiņa plūsma paliek nemainīga un spriegums - cik liela potenciāla lādiņš ir pieejams katrā punktā, atšķiras, jo katrs rezistors palielina un palielina pretestību šim pašreizējais.

No otras puses, ja strāvai no sprieguma avota, piemēram, akumulatora, būtu jāveic vairāki ceļi, tā sadalītos tāpat kā paralēlās ķēdes gadījumā. Bet, kā minēts iepriekš, strāvas daudzumam, kas nonāk noteiktā punktā, jābūt vienādam ar to, cik strāvas atstāj.

Ievērojot šo noteikumu, ja strāva no fiksēta punkta sazarojas dažādos ceļos, tai jābūt vienādai ar strāvu, kas atkārtoti nonāk vienā punktā katras atzarojuma galā. Ja pretestības katrā atzarā atšķiras, tad pretestība katram strāvas lielumam atšķiras, un tas novestu pie sprieguma kritumu atšķirībām paralēlās ķēdes atzaros.

Visbeidzot, dažās shēmās ir elementi, kas atrodas gan paralēli, gan virknē. Analizējot tossērijveidīgi hibrīdi, jums vajadzētu izturēties pret ķēdi vai nu virknē, vai paralēli atkarībā no tā, kā tie ir savienoti. Tas ļauj jums atkārtoti uzzīmēt kopējo ķēdi, izmantojot līdzvērtīgas shēmas, vienu no komponentiem sērijveidā un otru paralēli. Pēc tam izmantojiet Kirchhoff noteikumus gan sērijā, gan paralēlajā ķēdē.

Izmantojot Kirhofa noteikumus un elektrisko ķēžu raksturu, jūs varat nākt klajā ar vispārēju metodi, kā tuvoties visām ķēdēm neatkarīgi no tā, vai tās atrodas virknē vai paralēli. Vispirms iezīmējiet katru ķēdes diagrammas punktu ar burtiem A, B, C,... lai atvieglotu katra punkta norādīšanu.

Atrodiet krustojumus, kur savienoti trīs vai vairāk vadi, un iezīmējiet tos, izmantojot strāvas, kas plūst no tām un no tām. Nosakiet ķēdes ķēdēs un uzrakstiet vienādojumus, aprakstot, kā katrā slēgtajā lokā spriegumi summējas līdz nullei.

Paralēlās un virknes ķēdes piemēri atšķiras arī citos elektriskajos elementos. Papildus strāvai, spriegumam un pretestībai ir kondensatori, induktori un citi elementi, kas mainās atkarībā no tā, vai tie atrodas paralēli vai sērijveidā. Atšķirības starp ķēžu tipiem ir atkarīgas arī no tā, vai sprieguma avots izmanto līdzstrāvu (DC) vai maiņstrāvu (AC).

Līdzstrāvas ķēdes ļauj strāvai plūst vienā virzienā, savukārt maiņstrāvas ķēdes ar regulāru intervālu maina strāvu starp priekšu un atpakaļgaitu un ir sinusa viļņa formā. Līdz šim piemēri ir bijuši līdzstrāvas ķēdes, taču šī sadaļa koncentrējas uz maiņstrāvas ķēdēm.

Maiņstrāvas ķēdēs zinātnieki un inženieri atsaucas uz mainīgo pretestību kāpretestība, un tas var atspoguļotkondensatori, ķēdes elementi, kas laika gaitā uzglabā lādiņu, uninduktori, ķēdes elementi, kas rada magnētisko lauku, reaģējot uz strāvu ķēdē. Maiņstrāvas ķēdēs pretestība laika gaitā svārstās atkarībā no maiņstrāvas jaudas, bet kopējā pretestība ir rezistoru elementu kopsumma, kas laika gaitā paliek nemainīga. Tas padara pretestību un pretestību dažādus.

Maiņstrāvas ķēdēs arī aprakstīts, vai strāvas virziens ir fāzē starp ķēdes elementiem. Ja divi elementi irfāzē, tad elementu strāvu vilnis ir savstarpēji sinhronizēts. Šīs viļņu formas ļauj aprēķinātviļņa garums, pilna viļņa cikla attālums,biežums, viļņu skaits, kas katru sekundi šķērso noteiktu punktu, unamplitūda, viļņa augstums maiņstrāvas ķēdēm.

Izmantojot virkni, jūs mēra virknes maiņstrāvas ķēdes pretestību

priekškondensatora pretestība​ ​X_Cuninduktora pretestība​ ​X​_L jo pretestības, ko uzskata par pretestībām, summē lineāri, kā tas ir gadījumā ar līdzstrāvas ķēdēm.

Iemesls, kāpēc jūs izmantojat starpību starp induktora un kondensatora pretestībām to summas vietā, ir šāds divi ķēdes elementi mainās, cik daudz strāvas un sprieguma tiem laika gaitā ir maiņstrāvas sprieguma svārstību dēļ avots.

Šīs shēmas irRLC shēmasja tie satur rezistoru (R), induktoru (L) un kondensatoru (C). Paralēlās RLC ķēdes rezistences summē kā

tāpat rezistori paralēli tiek summēti, izmantojot to inversijas, un šo vērtību1 / Zir pazīstams arī kāuzņemšanaķēdes.

Abos gadījumos jūs varat izmērīt pretestības kāX_C = 1 / ωCunX_L = ωLleņķiskajai frekvencei "omega" ω, kapacitāteC(Faradsā) un induktivitāteL(Henrijā).

KapacitāteCvar saistīt ar spriegumu kāC = Q / VvaiV = Q / Cpar kondensatora uzlādiJ(kulonos) un kondensatora spriegumsV(voltos). Induktivitāte attiecas uz spriegumu kāV = LdI / dtlai mainītu pašreizējo laika gaitādI / dt, induktora spriegumsVun induktivitāteL. Izmantojiet šos vienādojumus, lai atrisinātu RLC ķēžu strāvas, sprieguma un citas īpašības.

Lai gan paralēlajā ķēdē spriegumus ap slēgtu loku var saskaitīt ar nulli, strāvu summēšana ir sarežģītāka. Tā vietā, lai iestatītu pašu pašreizējo vērtību summu, kas ievada mezglu, kas vienāds ar pašreizējo vērtību summu, kas atstāj mezglu, jums jāizmanto katras strāvas kvadrāti.

Paralēli RLC ķēdei strāva pāri kondensatoram un induktoram ir

barošanas strāvaiEs_S, rezistora strāvaEs_R, induktora strāvaEs_Lun kondensatora strāvaEs​_C izmantojot tos pašus principus pretestības vērtību summēšanai.

RLC ķēdēs jūs varat aprēķināt fāzes leņķi, cik ārpus fāzes viens ķēdes elements ir no otra, izmantojot fāzes leņķa "phi" vienādojumuΦkāΦ = iedegums^-1((X_L -X_C) / R)kurāiedegums​​^-1 ()apzīmē apgriezto pieskares funkciju, kas ņem daļu kā ievadi un atgriež atbilstošo leņķi.

Sērijveida ķēdēs kondensatori tiek summēti, izmantojot to inversijas kā

savukārt induktori tiek summēti lineāri kā

katram induktoram. Paralēli aprēķini tiek mainīti. Paralēlai ķēdei kondensatori tiek summēti lineāri

un induktori tiek summēti, izmantojot to inversijas

katram induktoram.

Kondensatori darbojas, mērot uzlādes starpību starp divām plāksnēm, kuras starp tām atdala dielektrisks materiāls, kas samazina spriegumu, vienlaikus palielinot kapacitāti. Zinātnieki un inženieri mēra arī kapacitātiCkāC = ε₀ε_rA / dar "epsilon naught" ε₀ kā gaisa caurlaidības vērtība, kas ir 8,84 x 10-12 F / m.ε_rir dielektriskās barotnes caurlaidība, ko izmanto starp divām kondensatora plāksnēm. Vienādojums ir atkarīgs arī no plākšņu laukumaAm² un attālums starp plāksnēmdm.