Определение простой последовательной электрической цепи

Освоение основ электроники означает понимание схем, принципов их работы и того, как рассчитывать такие вещи, как общее сопротивление различных типов схем. Реальные схемы могут быть сложными, но вы можете понять их с помощью базовых знаний, которые вы получите из более простых, идеализированных схем.

Два основных типа цепей - последовательные и параллельные. В последовательной схеме все компоненты (например, резисторы) выстроены в линию, при этом одна петля из проводов составляет схему. Параллельная цепь разделяется на несколько путей с одним или несколькими компонентами на каждом. Расчет последовательных цепей прост, но важно понимать различия и способы работы с обоими типами.

Электричество течет только по цепям. Другими словами, для того, чтобы что-то работало, ему нужен полный цикл. Если вы разорвите эту петлю с помощью переключателя, питание перестанет течь, и ваш свет (например) погаснет. Простое определение схемы - это замкнутый контур проводника, по которому могут перемещаться электроны, обычно состоящий из силового источник (например, аккумулятор), электрический компонент или устройство (например, резистор или лампочка) и проводящий провод.

Вам нужно будет усвоить базовую терминологию, чтобы понять, как работают схемы, но вы будете знакомы с большинством терминов из повседневной жизни.

«Разница напряжений» - это термин, обозначающий разницу в электрической потенциальной энергии между двумя местами на единицу заряда. Батареи работают, создавая разность потенциалов между двумя их выводами, что позволяет току течь от одного к другому, когда они соединены в цепи. Потенциал в одной точке технически является напряжением, но на практике важна разница в напряжении. У 5-вольтовой батареи разность потенциалов между двумя клеммами составляет 5 вольт, а 1 вольт = 1 джоуль на кулон.

Подключение проводника (например, провода) к обоим клеммам батареи создает цепь, по которой течет электрический ток. Сила тока измеряется в амперах, что означает кулоны (заряда) в секунду.

Любой проводник будет иметь электрическое «сопротивление», что означает сопротивление материала протеканию тока. Сопротивление измеряется в омах (Ом), и провод с сопротивлением 1 Ом, подключенный к напряжению 1 вольт, позволит протекать току в 1 ампер.

Взаимосвязь между ними заключена в законе Ома:

Другими словами, «напряжение равно току, умноженному на сопротивление».

Два основных типа схем различаются по расположению в них компонентов.

Простое определение последовательной цепи: «Схема с компонентами, расположенными по прямой линии, поэтому весь ток течет через каждый компонент по очереди». Если вы сделали базовую контурную схему с батареей, подключенной к двум резисторам, а затем подключили соединение к батарее, два резистора будут в ряд. Таким образом, ток будет идти от положительной клеммы батареи (по соглашению вы относитесь к току, как если бы он выходит из положительного конца) к первому резистору, от него ко второму резистору, а затем обратно к аккумулятор.

Параллельная схема отличается. Схема с двумя параллельными резисторами будет разделена на две дорожки с резистором на каждой. Когда ток достигает соединения, то же количество тока, которое входит в соединение, также должно покинуть соединение. Это называется сохранением заряда или, в частности, для электроники нынешним законом Кирхгофа. Если два пути имеют одинаковое сопротивление, по ним будет течь равный ток, поэтому, если ток 6 ампер достигнет соединения с равным сопротивлением на обоих путях, по каждому из них будет течь по 3 ампера. Затем пути соединяются перед повторным подключением к батарее, чтобы замкнуть цепь.

Вычисление общего сопротивления нескольких резисторов подчеркивает различие между последовательными и последовательными резисторами. параллельные цепи. Для последовательной цепи полное сопротивление (р​_общее) - это просто сумма отдельных сопротивлений, поэтому:

Тот факт, что это последовательная цепь, означает, что полное сопротивление на пути - это просто сумма отдельных сопротивлений на нем.

Для практической задачи представьте последовательную цепь с тремя сопротивлениями:р​₁ = 2 Ω, ​р​₂ = 4 Ом ир​₃ = 6 Ω. Рассчитайте полное сопротивление в цепи.

Это просто сумма отдельных сопротивлений, поэтому решение:

Для параллельных цепей расчетр​_общее немного сложнее. Формула:

Помните, что эта формула дает вам величину, обратную сопротивлению (т. Е. Единицу, деленную на сопротивление). Поэтому вам нужно разделить единицу на ответ, чтобы получить общее сопротивление.

Представьте, что вместо этого параллельно были установлены те же три резистора, что и раньше. Общее сопротивление будет выражаться следующим образом:

Но это 1 /р​_общее, поэтому ответ:

Вы можете разбить все цепи на комбинации последовательных и параллельных цепей. Ветвь параллельной цепи может состоять из трех последовательно соединенных компонентов, а цепь может состоять из трех последовательных параллельных ветвящихся секций.

Решение подобных проблем означает просто разбить схему на участки и проработать их по очереди. Рассмотрим простой пример, где есть три ветви в параллельной цепи, но к одной из этих ветвей присоединены три резистора.

Уловка для решения проблемы состоит в том, чтобы включить расчет последовательного сопротивления в более крупный для всей цепи. Для параллельной схемы необходимо использовать выражение:

Но первая ветка,р​₁, фактически состоит из трех последовательно соединенных резисторов. Итак, если вы сначала сосредоточитесь на этом, вы знаете, что:

Представь этор​₄ = 12 Ω, ​р​₅ = 5 Ом ир​₆ = 3 Ω. Общее сопротивление составляет:

Получив этот результат для первой ветви, вы можете перейти к основной проблеме. С одним резистором на каждом из оставшихся путей, скажем, чтор​₂ = 40 Ом ир​₃ = 10 Ω. Теперь вы можете рассчитать:

Значит:

Сопротивление в последовательной цепи гораздо проще рассчитать, чем в параллельной, но это не всегда так. Уравнения для емкости (C) в последовательных и параллельных цепях в основном работают наоборот. Для последовательной цепи у вас есть уравнение для обратной емкости, поэтому вы рассчитываете общую емкость (C​_общее) с участием:

И затем вам нужно разделить единицу на этот результат, чтобы найтиC​_общее.

Для параллельной схемы у вас есть более простое уравнение:

Однако базовый подход к решению проблем с series vs. параллельные схемы то же самое.