Definisjon av en enkel elektrisk seriekrets

Å bli kjent med det grunnleggende om elektronikk betyr å forstå kretser, hvordan de fungerer og hvordan man kan beregne ting som total motstand rundt forskjellige typer kretser. Virkelige kretser kan bli kompliserte, men du kan forstå dem med grunnleggende kunnskap du henter fra enklere, idealiserte kretser.

De to hovedtyper kretser er serier og parallelle. I en seriekrets er alle komponentene (for eksempel motstander) ordnet i en linje, med en enkelt trådsløyfe som utgjør kretsen. En parallell krets deler seg i flere baner med en eller flere komponenter på hver. Det er enkelt å beregne seriekretser, men det er viktig å forstå forskjellene og hvordan man kan arbeide med begge typer.

Elektrisitet strømmer bare i kretser. Med andre ord, det trenger en komplett løkke for at noe skal fungere. Hvis du bryter den løkken med en bryter, slutter strømmen å strømme, og lyset ditt (for eksempel) vil slå seg av. En enkel kretsdefinisjon er en lukket sløyfe av en leder som elektroner kan bevege seg rundt, vanligvis bestående av en kraft kilde (for eksempel et batteri) og en elektrisk komponent eller enhet (som en motstand eller en lyspære) og ledningsledning.

Du må ta tak i noen grunnleggende terminologier for å forstå hvordan kretser fungerer, men du vil være kjent med de fleste begrepene fra det daglige livet.

En "spenningsforskjell" er et begrep for forskjellen i elektrisk potensiell energi mellom to steder, per enhetsladning. Batterier fungerer ved å skape en potensialforskjell mellom de to terminalene, noe som gjør at en strøm kan strømme fra den ene til den andre når de er koblet til en krets. Potensialet på et tidspunkt er teknisk spenningen, men forskjeller i spenning er det viktigste i praksis. Et 5-volts batteri har en potensialforskjell på 5 volt mellom de to terminalene, og 1 volt = 1 joule per coulomb.

Å koble en leder (for eksempel en ledning) til begge polene på et batteri skaper en krets med en elektrisk strøm som strømmer rundt den. Strømmen måles i ampere, noe som betyr coulombs (avgift) per sekund.

Enhver leder vil ha elektrisk "motstand", som betyr materialets motstand mot strømmen. Motstand måles i ohm (Ω), og en leder med 1 ohm motstand koblet over en spenning på 1 volt vil tillate en strøm på 1 amp å strømme.

Forholdet mellom disse er innkapslet av Ohms lov:

Med ord, "spenning er lik strøm multiplisert med motstand."

De to hovedtyper av kretser kjennetegnes av hvordan komponenter er ordnet i dem.

En enkel seriekretsdefinisjon er: "En krets med komponentene ordnet i en rett linje, slik at all strøm strømmer gjennom hver komponent etter tur." Hvis du laget en grunnleggende sløyfekrets med et batteri koblet til to motstander, og så har en forbindelse som går tilbake til batteriet, de to motstandene ville være i serie. Så strømmen vil gå fra den positive terminalen på batteriet (etter konvensjon behandler du strøm som om den kommer fra den positive enden) til den første motstanden, fra den til den andre motstanden og deretter tilbake til batteri.

En parallell krets er forskjellig. En krets med to motstander parallelt ville splittes i to spor, med en motstand på hver. Når strømmen når et kryss, må den samme mengden strøm som går inn i krysset også forlate krysset. Dette kalles bevaring av ladning, eller spesielt for elektronikk, Kirchhoffs gjeldende lov. Hvis de to banene har lik motstand, vil en lik strøm strømme nedover dem, så hvis 6 ampere med strøm når et kryss med lik motstand på begge banene, vil 3 ampere strømme ned hver. Banene går deretter sammen før de kobles til batteriet igjen for å fullføre kretsen.

Beregning av total motstand fra flere motstander understreker skillet mellom serie vs. parallelle kretser. For en seriekrets er den totale motstanden (R​_Total) er bare summen av de individuelle motstandene, så:

Det faktum at det er en seriekrets betyr at den totale motstanden på banen bare er summen av de individuelle motstandene på den.

For et praksisproblem, forestill deg en seriekrets med tre motstander:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω ogR​₃ = 6 Ω. Beregn total motstand i kretsen.

Dette er ganske enkelt summen av de individuelle motstandene, så løsningen er:

For parallelle kretser beregnes beregningen avR​_Total er litt mer komplisert. Formelen er:

Husk at denne formelen gir deg gjensidigheten av motstanden (dvs. en delt av motstanden). Så du må dele en etter svaret for å få total motstand.

Tenk deg at de samme tre motstandene fra før ble arrangert parallelt i stedet. Den totale motstanden vil bli gitt av:

Men dette er 1 /R​_Total, så svaret er:

Du kan dele opp alle kretsene i kombinasjoner av serier og parallelle kretser. En gren av en parallell krets kan ha tre komponenter i serie, og en krets kan være sammensatt av en serie med tre parallelle, forgrenende seksjoner på rad.

Å løse problemer som dette betyr bare å bryte kretsen i seksjoner og utarbeide dem etter tur. Tenk på et enkelt eksempel, der det er tre grener på en parallell krets, men en av disse grenene har en serie på tre motstander festet.

Trikset for å løse problemet er å innlemme seriemotstandsberegningen i den større for hele kretsen. For en parallell krets må du bruke uttrykket:

Men den første grenen,R​₁, er faktisk laget av tre forskjellige motstander i serie. Så hvis du fokuserer på dette først, vet du at:

Se for deg detR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω ogR​₆ = 3 Ω. Den totale motstanden er:

Med dette resultatet for den første grenen, kan du gå videre til hovedproblemet. Med en motstand på hver av de gjenværende stiene, si detR​₂ = 40 Ω ogR​₃ = 10 Ω. Du kan nå beregne:

Så det betyr:

Motstand er mye lettere å beregne på en seriekrets enn en parallell krets, men det er ikke alltid tilfelle. Ligningene for kapasitans (C) i serie og parallelle kretser fungerer i utgangspunktet motsatt vei. For en seriekrets har du en ligning for gjensidighet av kapasitans, så du beregner total kapasitans (C​_Total) med:

Og så må du dele en med dette resultatet for å finneC​_Total.

For en parallell krets har du en enklere ligning:

Imidlertid er den grunnleggende tilnærmingen til å løse problemer med serier vs. parallelle kretser er det samme.