Opredelitev enostavnega električnega vezja

Spoznavanje osnov elektronike pomeni razumevanje vezij, kako delujejo in kako izračunati stvari, kot je skupni upor okoli različnih vrst vezij. Realna vezja se lahko zapletejo, vendar jih lahko razumete z osnovnim znanjem, ki ga izberete iz preprostejših, idealiziranih vezij.

Dve glavni vrsti vezij sta zaporedni in vzporedni. V serijskem vezju so vsi sestavni deli (kot so upori) razporejeni v črto, pri čemer vezje tvori ena sama zanka žice. Vzporedno vezje se razcepi na več poti z eno ali več komponentami na vsaki. Izračun serijskih vezij je enostaven, vendar je pomembno razumeti razlike in kako delati z obema vrstama.

Elektrika teče samo v tokokrogih. Z drugimi besedami, potrebuje popolno zanko, da nekaj deluje. Če prekinete to zanko s stikalom, napajanje preneha teči in lučka (na primer) se bo ugasnila. Preprosta definicija vezja je zaprta zanka vodnika, po katerem lahko elektroni potujejo, običajno sestavljena iz moči vir (baterija, na primer) in električna komponenta ali naprava (kot je upor ali žarnica) in prevodna žica.

Seznaniti se boste morali z nekaj osnovno terminologijo, da boste razumeli, kako vezja delujejo, vendar boste večino pojmov poznali iz vsakdanjega življenja.

"Napetostna razlika" je izraz za razliko v potencialni električni energiji med dvema mestoma na enoto naboja. Baterije delujejo tako, da ustvarijo razliko v potencialu med obema terminaloma, kar omogoča toku, da tok teče od enega do drugega, ko sta povezana v vezje. Potencial na enem mestu je tehnično napetost, vendar so razlike v napetosti v praksi pomembne. 5-voltna baterija ima potencialno razliko 5 voltov med obema terminaloma in 1 volt = 1 džul na kulon.

Priključitev vodnika (na primer žice) na oba terminala baterije ustvari vezje, okoli katerega teče električni tok. Tok se meri v amperih, kar pomeni kulomi (naboja) na sekundo.

Vsak vodnik bo imel električni "upor", kar pomeni nasprotovanje materiala toku toka. Odpornost se meri v ohmih (Ω), vodnik z 1 ohmskim uporom, priključen na napetost 1 volt, pa omogoča tok 1 amp.

Razmerje med njimi zajema Ohmov zakon:

Z besedami, "napetost je enaka toku, pomnoženemu z uporom."

Dve glavni vrsti vezij se razlikujeta po tem, kako so v njih razporejene komponente.

Preprosta serijska definicija vezja je: "Vezje s komponentami, razporejenimi v ravni črti, tako da ves tok teče skozi vsako komponento po vrsti." Če naredili ste osnovno zančno vezje z baterijo, priključeno na dva upora, nato pa imate povezavo, ki teče nazaj na baterijo, bi bila oba upora v serije. Torej bi tok šel s pozitivnega priključka akumulatorja (po dogovoru tok obravnavate kot da ga ima izhaja iz pozitivnega konca) do prvega upora, od tistega do drugega upora in nato nazaj do baterijo.

Vzporedno vezje je drugačno. Vezje z dvema uporovnima uporoma bi se razdelilo na dva tira, z uporom na vsakem. Ko tok doseže križišče, mora enaka količina toka, ki vstopi v križišče, tudi zapustiti križišče. To se imenuje ohranjanje naboja ali natančneje za elektroniko, sedanji Kirchhoffov zakon. Če imata obe poti enak upor, bo po njih tekel enak tok, tako da če 6 amperov toka doseže križišče z enakim uporom na obeh poteh, bo 3 amperov teklo po vsaki. Nato se poti ponovno povežejo, preden se znova povežete z baterijo, da dokončate vezje.

Izračun skupnega upora več uporov poudarja razliko med serijami in upori vzporedna vezja. Za serijsko vezje je skupni upor (R​_skupaj) je le vsota posameznih uporov, torej:

Dejstvo, da gre za serijsko vezje, pomeni, da je skupni upor na poti le vsota posameznih uporov na njem.

Za praktični problem si predstavljajte serijsko vezje s tremi upori:R​₁ = 2 Ω, ​R​₂ = 4 Ω inR​₃ = 6 Ω. Izračunajte skupni upor v tokokrogu.

To je preprosto vsota posameznih uporov, zato je rešitev:

Za vzporedna vezja je izračunR​_skupaj je nekoliko bolj zapleteno. Formula je:

Ne pozabite, da vam ta formula daje vzajemnost upora (tj. Tiste, deljene z uporom). Torej morate enega deliti z odgovorom, da dobite skupni upor.

Predstavljajte si, da so bili isti trije upori od prej nameščeni vzporedno. Skupni upor bi bil podan:

Ampak to je 1 /R​_skupaj, torej odgovor je:

Vsa vezja lahko razstavite na kombinacije serijskih in vzporednih vezij. Podružnica vzporednega vezja ima lahko tri zaporedne komponente, vezje pa je lahko sestavljeno iz niza treh vzporednih, razvejanih odsekov v vrsti.

Reševanje takšnih težav pomeni le razčlenitev vezja na odseke in njihovo razvijanje po vrsti. Razmislimo o preprostem primeru, kjer so na vzporednem vezju tri veje, vendar ima ena od teh vej pritrjeno vrsto treh uporov.

Trik pri reševanju problema je vključiti izračun serijske upornosti v večji za celotno vezje. Za vzporedno vezje morate uporabiti izraz:

Toda prva veja,R​₁, je pravzaprav narejen iz treh različnih uporov v seriji. Torej, če se najprej osredotočite na to, veste, da:

Predstavljaj si toR​₄ = 12 Ω, ​R​₅ = 5 Ω inR​₆ = 3 Ω. Skupni upor je:

S tem rezultatom za prvo vejo lahko preidete na glavni problem. Povejte to z enim uporom na vsaki od preostalih potiR​₂ = 40 Ω inR​₃ = 10 Ω. Zdaj lahko izračunate:

Torej to pomeni:

Odpornost je veliko lažje izračunati na serijskem vezju kot vzporednem vezju, vendar to ni vedno tako. Enačbe za kapacitivnost (C) v zaporednih in vzporednih vezjih v bistvu delujejo obratno. Za serijsko vezje imate enačbo recipročne kapacitivnosti, zato izračunate skupno kapacitivnost (C​_skupaj) z:

In potem morate enega deliti s tem rezultatom, da ga najdeteC​_skupaj.

Za vzporedno vezje imate preprostejšo enačbo:

Vendar pa je osnovni pristop k reševanju problemov s serijami vs. vzporedna vezja je enaka.