Definiția unui circuit simplu de serie electrică

A face cunoștință cu elementele de bază ale electronicii înseamnă a înțelege circuitele, cum funcționează și cum să calculeze lucruri precum rezistența totală în jurul diferitelor tipuri de circuite. Circuitele din lumea reală se pot complica, dar le puteți înțelege cu cunoștințele de bază pe care le obțineți din circuite mai simple și idealizate.

Cele două tipuri principale de circuite sunt seriale și paralele. Într-un circuit de serie, toate componentele (cum ar fi rezistențele) sunt dispuse într-o linie, cu o singură buclă de sârmă care formează circuitul. Un circuit paralel se împarte în mai multe căi cu una sau mai multe componente pe fiecare. Calculul circuitelor seriale este ușor, dar este important să înțelegeți diferențele și cum să lucrați cu ambele tipuri.

Electricitatea circulă numai în circuite. Cu alte cuvinte, are nevoie de o buclă completă pentru ca ceva să funcționeze. Dacă rupeți bucla cu un comutator, curentul nu mai curge și lumina dvs. (de exemplu) se va stinge. O definiție simplă a circuitului este o buclă închisă a unui conductor pe care electronii îl pot călători, constând de obicei dintr-o putere sursă (o baterie, de exemplu) și o componentă electrică sau un dispozitiv (cum ar fi un rezistor sau un bec) și sârmă conductoare.

Va trebui să faceți cunoștință cu o anumită terminologie de bază pentru a înțelege modul în care funcționează circuitele, dar veți fi familiarizați cu majoritatea termenilor din viața de zi cu zi.

O „diferență de tensiune” este un termen pentru diferența de energie electrică potențială între două locuri, pe unitate de încărcare. Bateriile funcționează creând o diferență de potențial între cele două terminale ale acestora, ceea ce permite curentului să curgă de la unul la altul atunci când sunt conectate într-un circuit. Potențialul la un moment dat este din punct de vedere tehnic tensiunea, dar diferențele de tensiune sunt lucrurile importante în practică. O baterie de 5 volți are o diferență de potențial de 5 volți între cele două terminale și 1 volt = 1 joule per coulomb.

Conectarea unui conductor (cum ar fi un fir) la ambele terminale ale unei baterii creează un circuit, cu un curent electric care circulă în jurul său. Curentul este măsurat în amperi, ceea ce înseamnă coulombi (de încărcare) pe secundă.

Orice conductor va avea „rezistență” electrică, ceea ce înseamnă opoziția materialului la fluxul de curent. Rezistența este măsurată în ohmi (Ω), iar un conductor cu rezistență de 1 ohm conectat la o tensiune de 1 volt ar permite curgerea unui curent de 1 amp.

Relația dintre acestea este încapsulată de legea lui Ohm:

În cuvinte, „tensiunea este egală cu curentul înmulțit cu rezistența”.

Cele două tipuri principale de circuite se disting prin modul în care componentele sunt aranjate în ele.

O definiție simplă a circuitului în serie este: „Un circuit cu componentele aranjate în linie dreaptă, astfel încât tot curentul curge prin fiecare componentă la rândul său”. Dacă ați făcut un circuit de buclă de bază cu o baterie conectată la două rezistențe și apoi aveți o conexiune care rulează înapoi la baterie, cele două rezistențe ar fi în serie. Deci, curentul ar trece de la terminalul pozitiv al bateriei (prin convenție, tratați curentul ca și cum ar fi iese din capătul pozitiv) la primul rezistor, de la cel la al doilea rezistor și apoi înapoi la baterie.

Un circuit paralel este diferit. Un circuit cu două rezistențe în paralel s-ar împărți în două piste, cu câte un rezistor pe fiecare. Când curentul ajunge la o joncțiune, aceeași cantitate de curent care intră în joncțiune trebuie să părăsească și joncțiunea. Aceasta se numește legea actuală a lui Kirchhoff conservarea încărcăturii sau, în special, pentru electronice. Dacă cele două căi au rezistență egală, un curent egal va curge pe ele, deci dacă 6 amperi de curent ating o joncțiune cu rezistență egală pe ambele căi, 3 amperi vor curge pe fiecare. Căile se reunesc apoi înainte de a vă reconecta la baterie pentru a finaliza circuitul.

Calculul rezistenței totale din rezistențe multiple subliniază distincția dintre serie vs. circuite paralele. Pentru un circuit de serie, rezistența totală (R​_total) este doar suma rezistențelor individuale, deci:

Faptul că este un circuit în serie înseamnă că rezistența totală pe traseu este doar suma rezistențelor individuale de pe acesta.

Pentru o problemă de practică, imaginați-vă un circuit de serie cu trei rezistențe:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω șiR​₃ = 6 Ω. Calculați rezistența totală în circuit.

Aceasta este pur și simplu suma rezistențelor individuale, deci soluția este:

Pentru circuite paralele, calcululR​_total este ceva mai complicat. Formula este:

Amintiți-vă că această formulă vă oferă reciprocitatea rezistenței (adică una împărțită la rezistență). Deci, trebuie să împărțiți unul la răspuns pentru a obține rezistența totală.

Imaginați-vă că aceleași trei rezistențe dinainte au fost aranjate în paralel. Rezistența totală ar fi dată de:

Dar acesta este 1 /R​_total, deci răspunsul este:

Puteți descompune toate circuitele în combinații de circuite în serie și paralele. O ramură a unui circuit paralel ar putea avea trei componente în serie, iar un circuit ar putea fi compus dintr-o serie de trei secțiuni paralele, ramificate la rând.

Rezolvarea unor astfel de probleme înseamnă doar descompunerea circuitului în secțiuni și rezolvarea lor pe rând. Luați în considerare un exemplu simplu, în care există trei ramuri pe un circuit paralel, dar una dintre acele ramuri are o serie de trei rezistențe atașate.

Trucul pentru rezolvarea problemei este de a încorpora calculul rezistenței seriei în cel mai mare pentru întregul circuit. Pentru un circuit paralel, trebuie să utilizați expresia:

Dar prima ramură,R​₁, este de fapt format din trei rezistențe diferite în serie. Deci, dacă vă concentrați mai întâi pe acest lucru, știți că:

Imaginează-ți astaR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω șiR​₆ = 3 Ω. Rezistența totală este:

Cu acest rezultat pentru prima ramură, puteți trece la problema principală. Cu un singur rezistor pe fiecare dintre căile rămase, spuneți astaR​₂ = 40 Ω șiR​₃ = 10 Ω. Acum puteți calcula:

Deci asta înseamnă:

Rezistența este mult mai ușor de calculat pe un circuit de serie decât pe un circuit paralel, dar nu este întotdeauna cazul. Ecuațiile pentru capacitate (C) în serii și circuite paralele funcționează practic invers. Pentru un circuit de serie, aveți o ecuație pentru reciprocitatea capacității, deci calculați capacitatea totală (C​_total) cu:

Și atunci trebuie să împărțiți unul la acest rezultat pentru a găsiC​_total.

Pentru un circuit paralel aveți o ecuație mai simplă:

Cu toate acestea, abordarea de bază pentru rezolvarea problemelor cu seriile vs. circuitele paralele sunt aceleași.