Definícia jednoduchého elektrického sériového obvodu

Osvojiť si základy elektroniky znamená porozumieť obvodom, ich fungovaniu a spôsobu výpočtu vecí, ako je napríklad celkový odpor okolo rôznych typov obvodov. Obvody v reálnom svete sa môžu komplikovať, ale môžete im porozumieť pomocou základných znalostí, ktoré získate z jednoduchších, idealizovaných obvodov.

Dva hlavné typy obvodov sú sériové a paralelné. V sériovom obvode sú všetky komponenty (napríklad rezistory) usporiadané do jednej linky, ktorá tvorí obvod s jednou drôtenou slučkou. Paralelný obvod sa rozdelí na viac ciest s jednou alebo viacerými súčasťami na každej z nich. Výpočet sériových obvodov je jednoduchý, je však dôležité pochopiť rozdiely a spôsob práce s oboma typmi.

Elektrina prúdi iba v obvodoch. Inými slovami, aby niečo fungovalo, potrebuje úplnú slučku. Ak túto slučku prerušíte vypínačom, prestane prúdiť prúd a vaše svetlo (napríklad) sa vypne. Jednoduchá definícia obvodu je uzavretá slučka vodiča, ktorým môžu prechádzať elektróny, zvyčajne pozostávajúca z sily zdroj (napríklad batéria) a elektrické komponenty alebo zariadenie (napríklad rezistor alebo žiarovka) a vodivý vodič.

Aby ste pochopili, ako fungujú obvody, musíte sa oboznámiť s niektorými základnými terminológiami, ale väčšina termínov z bežného života vám bude známa.

„Rozdiel napätia“ je výraz pre rozdiel v elektrickej potenciálnej energii medzi dvoma miestami na jednotku nabitia. Batérie fungujú tak, že vytvárajú rozdiel v potenciáli medzi ich dvoma svorkami, čo umožňuje prúdenie prúdu z jedného do druhého, keď sú pripojené v obvode. Potenciál v jednom bode je technicky napätie, ale rozdiely v napätí sú v praxi dôležité. 5-voltová batéria má potenciálny rozdiel 5 voltov medzi dvoma svorkami a 1 volt = 1 joule na coulomb.

Pripojením vodiča (napríklad drôtu) k obom svorkám batérie sa vytvorí obvod, okolo ktorého preteká elektrický prúd. Prúd sa meria v ampéroch, čo znamená coulomb (náboj) za sekundu.

Akýkoľvek vodič bude mať elektrický „odpor“, čo znamená opozíciu materiálu voči toku prúdu. Odpor sa meria v ohmoch (Ω) a vodič s odporom 1 ohm pripojený na napätie 1 volt by umožnil prúdiť prúd 1 ampér.

Vzťah medzi nimi je obsiahnutý v Ohmovom zákone:

Slovami, „napätie sa rovná prúdu vynásobenému odporom“.

Dva hlavné typy obvodov sa líšia podľa toho, ako sú v nich usporiadané komponenty.

Jednoduchá definícia sériového obvodu je: „Obvod s komponentmi usporiadanými v priamke, takže všetok prúd preteká postupne každým komponentom.“ Ak vytvorili ste základný obvod slučky s batériou pripojenou k dvom rezistorom a potom ste pripojili späť k batérii, dva odpory by boli v série. Prúd by teda išiel z kladného pólu batérie (podľa konvencie považujete prúd za akoby) vystupuje z kladného konca) k prvému odporu, z toho k druhému odporu a potom späť k batéria.

Paralelný obvod je iný. Obvod s dvoma paralelnými rezistormi by sa rozdelil na dve stopy, pričom na každej by bol odpor. Keď prúd dosiahne križovatku, rovnaké množstvo prúdu, ktoré vstupuje do križovatky, musí tiež opustiť križovatku. Tomu sa hovorí ochrana náboja alebo konkrétne pre elektroniku, Kirchhoffov súčasný zákon. Ak majú obe cesty rovnaký odpor, bude po nich prúdiť rovnaký prúd, takže ak 6 ampérov prúdu dosiahne križovatku s rovnakým odporom na oboch cestách, po každej z nich budú prúdiť 3 ampéry. Cesty sa potom znova pripoja pred pripojením k batérii na dokončenie obvodu.

Výpočet celkového odporu z viacerých rezistorov zdôrazňuje rozdiel medzi sériovým vs. paralelné obvody. Pre sériový obvod je celkový odpor (R​_Celkom) je len súčet jednotlivých odporov, takže:

Skutočnosť, že ide o sériový obvod, znamená, že celkový odpor na ceste je iba súčtom jednotlivých odporov na ňom.

Pre praktický problém si predstavte sériový obvod s tromi odpormi:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω aR​₃ = 6 Ω. Vypočítajte celkový odpor v obvode.

Toto je jednoducho súčet jednotlivých odporov, takže riešenie je:

Pre paralelné obvody výpočet:R​_Celkom je trochu komplikovanejšia. Vzorec je:

Pamätajte, že tento vzorec vám dáva prevrátený odpor (t. J. Ten, ktorý sa vydelí odporom). Musíte teda jednu vydeliť odpoveďou, aby ste dosiahli celkový odpor.

Predstavte si, že namiesto nich boli paralelne usporiadané tie isté tri odpory z minulosti. Celkový odpor by bol daný:

Ale toto je 1 /R​_Celkom, takže odpoveď je:

Všetky obvody môžete rozdeliť na kombinácie sériových a paralelných obvodov. Vetva paralelného obvodu môže mať tri komponenty v sérii a obvod môže pozostávať zo série troch paralelných vetviacich sekcií v rade.

Takéto riešenie problémov znamená iba rozdelenie obvodu na jednotlivé časti a ich následné prepracovanie. Zvážte jednoduchý príklad, keď sú na paralelnom obvode tri vetvy, ale jedna z nich má pripojenú sériu troch rezistorov.

Trik na riešenie problému spočíva v začlenení sériového výpočtu odporu do väčšieho pre celý obvod. Pre paralelný obvod musíte použiť výraz:

Ale prvá vetva,R​₁, je v skutočnosti vyrobený z troch rôznych rezistorov v sérii. Takže ak sa najskôr zameriate na toto, viete, že:

Predstav si toR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω aR​₆ = 3 Ω. Celkový odpor je:

S týmto výsledkom pre prvú vetvu môžete prejsť na hlavný problém. Povedzte to s jediným rezistorom na každej zo zvyšných ciestR​₂ = 40 Ω aR​₃ = 10 Ω. Teraz môžete vypočítať:

To znamená:

Odpor je oveľa jednoduchšie vypočítať na sériovom obvode ako na paralelnom obvode, ale nie je to tak vždy. Rovnice pre kapacitu (C.) v sériových a paralelných obvodoch fungujú v zásade opačne. Pre sériový obvod máte rovnicu pre recipročnú kapacitu, takže vypočítate celkovú kapacitu (C.​_Celkom) s:

A potom musíte jedného vydeliť týmto výsledkom, aby ste ho našliC.​_Celkom.

Pre paralelný obvod máte jednoduchšiu rovnicu:

Základný prístup k riešeniu problémov so sériou vs. paralelné obvody sú rovnaké.