Чем параллельная схема отличается от последовательной схемы?

Электрические схемы, которые используются в бытовой электронике и бытовой технике, могут показаться запутанными. Но понимание фундаментальных принципов электричества и магнетизма, которые заставляют их работать, может позволить вам понять, чем разные схемы отличаются друг от друга.

Чтобы начать объяснять разницу между последовательным и параллельным подключением в схемах, вы должны сначала понять, чем параллельные и последовательные схемы отличаются друг от друга.Параллельные схемыиспользуйте ветви, которые имеют различные элементы схемы, будь то резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы или другие электрические элементы, в том числе.

​Последовательные схемынапротив, все их элементы располагаются в едином замкнутом цикле. Это значит, чтоТекущий, поток заряда в контуре, иНапряжение, электродвижущая сила, которая вызывает протекание тока, измерения между параллельными и последовательными цепями также различаются.

Параллельные схемы обычно используются в сценариях, в которых несколько устройств зависят от одного источника питания. Это гарантирует, что они могут вести себя независимо друг от друга, так что, если один перестанет работать, другие продолжат работать. Лампы, в которых используется несколько лампочек, могут использовать каждую лампочку параллельно друг другу, поэтому каждая из них может загораться независимо друг от друга. Электрические розетки в домах обычно используют одну цепь для подключения различных устройств.

Хотя параллельные и последовательные цепи отличаются друг от друга, вы можете использовать одни и те же принципы электричества для проверки их тока, напряжения исопротивление, способность элемента схемы противодействовать потоку заряда.

Для примеров как параллельных, так и последовательных схем вы можете следоватьДва правила Кирхгофа. Во-первых, как в последовательной, так и в параллельной схеме вы можете установить сумму падений напряжения на всех элементах замкнутого контура равной нулю. Второе правило состоит в том, что вы также можете взять любой узел или точку в цепи и установить суммы тока, входящего в эту точку, равными сумме тока, выходящего из этой точки.

В последовательных цепях ток постоянен во всем контуре, поэтому вы можете измерить ток отдельного компонента в последовательной цепи, чтобы определить ток всех элементов схемы. В параллельных цепях падения напряжения на каждой ветви постоянны.

В обоих случаях вы используетеЗакон Ома​ ​V = ИКдля напряженияV(в вольтах), токя(в амперах или амперах) и сопротивлениер(в омах) для каждого компонента или для всей цепи. Если бы вы знали, например, ток в последовательной цепи, вы могли бы вычислить напряжение, суммируя сопротивления и умножая ток на общее сопротивление.

​Подведение итогов сопротивленийварьируется между примерами параллельной и последовательной схемы. Если у вас есть последовательная цепь с разными резисторами, вы можете суммировать сопротивления, добавляя каждое значение резистора, чтобы получитьполное сопротивление, задаваемый уравнением

для каждого резистора.

В параллельных цепях сопротивление каждой ветви в сумме составляетинверсия полного сопротивлениядобавив их обратные. Другими словами, сопротивление параллельной цепи определяется выражением

для каждого резистора, включенного параллельно, чтобы представить разницу между последовательной и параллельной комбинацией резисторов.

Эти различия в суммирующем сопротивлении зависят от внутренних свойств сопротивления. Сопротивление представляет собой сопротивление элемента схемы потоку заряда. Если заряд должен протекать в замкнутом контуре последовательной цепи, ток имеет только одно направление, и этот поток не разделяется и не суммируется изменениями в путях прохождения тока.

Это означает, что на каждом резисторе поток заряда остается постоянным, а напряжение, сколько потенциала заряд доступен в каждой точке, отличается, потому что каждый резистор добавляет все больше и больше сопротивления к этому пути Текущий.

С другой стороны, если ток от источника напряжения, такого как батарея, проходил по нескольким путям, он разделился бы, как в случае параллельной цепи. Но, как указывалось ранее, величина тока, входящего в данную точку, должна равняться величине тока, выходящей из нее.

Следуя этому правилу, если ток будет ответвляться по разным путям от фиксированной точки, он должен быть равен току, который повторно входит в одну точку в конце каждой ветви. Если сопротивления на каждой ветви различаются, тогда сопротивление каждой величине тока будет различным, и это приведет к различиям в падении напряжения на ветвях параллельной цепи.

Наконец, в некоторых схемах есть элементы, которые включены как параллельно, так и последовательно. Анализируя этипоследовательно-параллельные гибриды, вы должны рассматривать схему как последовательно или параллельно, в зависимости от того, как они подключены. Это позволяет вам заново нарисовать общую схему, используя эквивалентные схемы, один из компонентов последовательно, а другой - параллельно. Затем используйте правила Кирхгофа как для последовательной, так и для параллельной цепи.

Используя правила Кирхгофа и природу электрических цепей, вы можете придумать общий метод подхода ко всем цепям, независимо от того, включены ли они последовательно или параллельно. Сначала пометьте каждую точку на принципиальной схеме буквами A, B, C,... чтобы упростить указание каждой точки.

Найдите соединения, к которым подключены три или более проводов, и пометьте их, используя токи, текущие в них и выходящие из них. Определите контуры в цепях и напишите уравнения, описывающие, как напряжения в сумме равны нулю в каждом замкнутом контуре.

Примеры параллельной и последовательной схемы также отличаются другими электрическими элементами. Помимо тока, напряжения и сопротивления, существуют конденсаторы, катушки индуктивности и другие элементы, которые различаются в зависимости от того, подключены они параллельно или последовательно. Различия между типами цепей также зависят от того, использует ли источник напряжения постоянный ток (DC) или переменный ток (AC).

Цепи постоянного тока позволяют току течь в одном направлении, в то время как в цепях переменного тока переменный ток между прямым и обратным направлениями через равные промежутки времени принимает форму синусоидальной волны. До сих пор примерами были цепи постоянного тока, но в этом разделе основное внимание уделяется цепям переменного тока.

В цепях переменного тока ученые и инженеры называют изменяющееся сопротивление каксопротивление, и это может объяснитьконденсаторы, элементы схемы, которые накапливают заряд с течением времени, ииндукторы, элементы схемы, которые создают магнитное поле в ответ на ток в цепи. В цепях переменного тока импеданс колеблется во времени в зависимости от входной мощности переменного тока, в то время как полное сопротивление представляет собой сумму элементов резистора, которая остается неизменной во времени. Это делает сопротивление и импеданс разными величинами.

Цепи переменного тока также определяют, совпадает ли направление тока между элементами схемы. Если два элементав фазе, то волны токов элементов синхронизируются друг с другом. Эти формы сигналов позволяют рассчитатьдлина волны, расстояние полного волнового цикла,частота, количество волн, которые проходят над данной точкой каждую секунду, иамплитуда, высота волны, для цепей переменного тока.

Вы измеряете импеданс последовательной цепи переменного тока, используя

длясопротивление конденсатора​ ​Икс_Cа такжесопротивление индуктора​ ​Икс​_L потому что импедансы, рассматриваемые как сопротивления, суммируются линейно, как в случае цепей постоянного тока.

Причина, по которой вы используете разницу между импедансами катушки индуктивности и конденсатора вместо их суммы, заключается в том, что они два элемента схемы колеблются в том, сколько тока и напряжения они имеют с течением времени из-за колебаний напряжения переменного тока источник.

Эти схемыЦепи RLCесли они содержат резистор (R), катушку индуктивности (L) и конденсатор (C). В параллельных цепях RLC сопротивления суммируются как

таким же образом резисторы, включенные параллельно, суммируются с помощью их обратной стороны, и это значение1 / Zтакже известен какдопусксхемы.

В обоих случаях вы можете измерить импедансы какИкс_C = 1 / ωCа такжеИкс_L = ωLдля угловой частоты «омега» ω, емкостьC(в фарадах) и индуктивностьL(в Генрие).

ЕмкостьCможет быть связано с напряжением какC = Q / Vили жеV = Q / Cдля заряда конденсатораQ(в кулонах) и напряжение конденсатораV(в вольтах). Индуктивность относится к напряжению какV = LdI / dtдля изменения тока с течением времениdI / dt, напряжение индуктораVи индуктивностьL. Используйте эти уравнения для определения тока, напряжения и других свойств цепей RLC.

Хотя вы можете суммировать напряжения в замкнутом контуре как равные нулю в параллельной цепи, суммирование токов является более сложным. Вместо того, чтобы устанавливать сумму самих текущих значений, входящих в узел, равную сумме текущих значений, выходящих из узла, вы должны использовать квадраты каждого тока.

Для параллельной цепи RLC, ток через конденсатор и катушку индуктивности равен

для тока питанияя_S, ток резисторая_р, ток индукторая_Lи конденсаторный токя​_C используя те же принципы для суммирования значений импеданса.

В схемах RLC вы можете рассчитать фазовый угол, насколько один элемент схемы не в фазе относительно другого, используя уравнение для фазового угла "phi".Φв видеΦ = загар^-1((ИКС_L -ИКС_C)/Р)в которомзагар​​^-1 ()представляет функцию арктангенса, которая принимает на вход пропорцию и возвращает соответствующий угол.

В последовательных цепях конденсаторы суммируются с использованием их обратных точек как

а индукторы суммируются линейно как

для каждого индуктора. Параллельно производятся обратные вычисления. Для параллельной схемы конденсаторы суммируются линейно.

и индукторы суммируются с помощью их обратных

для каждого индуктора.

Конденсаторы работают, измеряя разницу в заряде между двумя пластинами, которые разделены между собой диэлектрическим материалом, который снижает напряжение при одновременном увеличении емкости. Ученые и инженеры также измеряют емкостьCв видеC = ε₀ε_рОбъявлениес "эпсилон ноль" ε₀ как значение диэлектрической проницаемости для воздуха, которое составляет 8,84 x 10-12 Ф / м.ε_р- диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды, используемой между двумя пластинами конденсатора. Уравнение также зависит от площади пластинАв м² и расстояние между пластинамиdв м.