V čem se vzporedno vezje razlikuje od serijskega vezja?

Električna vezja, ki se uporabljajo v vsakdanji elektroniki in napravah, se morda zdijo zmedena. Toda razumevanje temeljnih načel električne energije in magnetizma, zaradi katerih delujeta, vam omogoča razumeti, kako se različna vezja med seboj razlikujejo.

Za začetek razlage razlike med serijskimi in vzporednimi povezavami v vezjih morate najprej razumeti, kako se vzporedna in serijska vezja med seboj razlikujejo.Vzporedna vezjauporabljajte veje, ki imajo različne elemente vezja, naj bodo med njimi upori, induktorji, kondenzatorji ali drugi električni elementi.

​Serijska vezjanasprotno pa vse njihove elemente razvrsti v eno samo zaprto zanko. To pomeni datrenutno, pretok naboja v tokokrogu inNapetost, elektromotorna sila, ki povzroči pretok toka, se razlikujejo tudi meritve med vzporednimi in zaporednimi tokokrogi.

Vzporedna vezja se običajno uporabljajo v scenarijih, v katerih je več naprav odvisno od enega vira napajanja. To zagotavlja, da se lahko obnašajo neodvisno drug od drugega, tako da bi drugi, če bi prenehali delati, nadaljevali z delom. Lučke, ki uporabljajo veliko žarnic, lahko vsako žarnico uporabljajo vzporedno, tako da se lahko vsaka prižge neodvisno druga od druge. Električne vtičnice v gospodinjstvih običajno uporabljajo eno vezje za upravljanje različnih naprav.

Čeprav se vzporedna in serijska vezja med seboj razlikujejo, lahko z enakimi principi električne energije preučite njihov tok, napetost in napetostodpornost, sposobnost elementa vezja, da nasprotuje toku naboja.

Za primere vzporednih in zaporednih vezij lahko slediteKirchhoffova pravila. Prvi je ta, da lahko v zaporednem in vzporednem vezju vsoto padcev napetosti na vseh elementih v zaprti zanki nastavite na nič. Drugo pravilo je, da lahko vzamete tudi katero koli vozlišče ali točko v vezju in nastavite vsote toka, ki vstopa v to točko, enak vsoti toka, ki zapušča to točko.

V serijskih tokokrogih je tok konstanten v celotni zanki, tako da lahko izmerite tok posamezne komponente v serijskem vezju, da določite tok vseh elementov vezja. V vzporednih tokokrogih so padci napetosti na vsaki veji konstantni.

V obeh primerih uporabiteOhmov zakon​ ​V = IRza napetostV(v voltih), tokjaz(v amperih ali amperih) in odpornostR(v ohmih) za vsako komponento ali za celotno vezje samo. Če bi na primer poznali tok v serijskem vezju, bi lahko napetost izračunali tako, da bi sešteli upora in pomnožili tok s celotnim uporom.

​Seštevanje uporovse razlikuje med primeri vzporednih in zaporednih vezij. Če imate serijsko vezje z različnimi upori, lahko seštejete upore tako, da dodate vrednost vsakega upora, da dobiteskupni upor, podana z enačbo

za vsak upor.

V vzporednih tokokrogih se upor na vsaki veji sešteje doinverzna celotnemu uporuz dodajanjem njihovih inverzov. Z drugimi besedami, upor vzporednega vezja je podan z

za vsak vzporedni upor, da predstavlja razliko med zaporednimi in vzporednimi kombinacijami uporov.

Te razlike v seštevanju upora so odvisne od notranjih lastnosti upora. Upor predstavlja nasprotovanje elementa vezja pretoku naboja. Če bi naboj tekel v zaprti zanki zaporednega vezja, obstaja samo ena smer, da tok teče, in ta tok ni razdeljen ali povzet zaradi sprememb poti za tok toka.

To pomeni, da na vsakem uporu pretok naboja ostane konstanten, napetost pa koliko potenciala polnjenje je na voljo na vsaki točki, se razlikuje, ker vsak upor dodaja vedno večjo odpornost tej poti trenutno.

Po drugi strani pa, če bi tok iz napetostnega vira, kot je baterija, imel več poti, bi se razdelil, kot je to primer v vzporednem vezju. Kot že omenjeno, mora biti količina toka, ki vstopa v določeno točko, enaka količini toka, ki odhaja.

Po tem pravilu bi moral biti tok, če se od določene točke odcepi na različne poti, enak toku, ki ponovno vstopi v eno točko na koncu vsake veje. Če se upori na vsaki veji razlikujejo, se nasprotje vsake količine toka razlikuje, kar bi povzročilo razlike v padcih napetosti na vejah vzporednega vezja.

Končno, nekatera vezja imajo elemente, ki so vzporedni in zaporedni. Pri analizi le-tehserijsko vzporedni hibridi, vezje bi morali obravnavati kot zaporedno ali vzporedno, odvisno od tega, kako so povezani. To vam omogoča, da znova narišete celotno vezje z uporabo enakovrednih vezij, enega od zaporednih komponent in drugega vzporedno. Nato uporabite Kirchhoffova pravila tako za serijo kot za vzporedno vezje.

Z uporabo Kirchhoffovih pravil in narave električnih vezij lahko izdelate splošno metodo za pristop k vsem vezjem, ne glede na to, ali so zaporedna ali vzporedna. Najprej vsako točko v vezju označite s črkami A, B, C,... olajšati navajanje posamezne točke.

Poiščite križišča, kjer so povezane tri ali več žic, in jih označite s pomočjo tokov, ki tečejo iz njih in iz njih. Določite zanke v tokokrogih in napišite enačbe, ki opisujejo, kako napetosti seštejejo do nič v vsaki zaprti zanki.

Primeri vzporednih in serijskih vezij se razlikujejo tudi pri drugih električnih elementih. Poleg toka, napetosti in upora obstajajo kondenzatorji, induktorji in drugi elementi, ki se razlikujejo glede na to, ali so vzporedni ali zaporedni. Razlike med vrstami vezij so odvisne tudi od tega, ali vir napetosti uporablja enosmerni tok (DC) ali izmenični tok (AC).

Enosmerna tokokroga pustijo, da tok teče v eni smeri, medtem ko izmenični tokokrogi v rednih intervalih izmenjujejo tok med smerjo naprej in nazaj in je v obliki sinusnega vala. Dosedanji primeri so bili enosmerna vezja, vendar se ta oddelek osredotoča na izmenična.

V tokokrogih z izmeničnim tokom znanstveniki in inženirji spreminjajoči se upor označujejo kotimpedanca, in to lahko predstavljakondenzatorji, elementi vezja, ki shranjujejo naboj skozi čas, ininduktorji, elementi vezja, ki ustvarjajo magnetno polje kot odziv na tok v vezju. V izmeničnih tokokrogih impedanca sčasoma niha glede na vhodno moč izmeničnega toka, medtem ko je skupni upor seštevek uporovnih elementov, ki skozi čas ostane konstanten. Zaradi tega sta upor in impedanca različne količine.

AC vezja tudi opisujejo, ali je smer toka v fazi med elementi vezja. Če sta dva elementav fazi, potem so valovi tokov elementov medsebojno sinhronizirani. Te valovne oblike vam omogočajo izračunvalovna dolžina, razdalja celotnega valovnega cikla,frekvenca, število valov, ki vsako sekundo preidejo določeno točko, inamplitudo, višina vala, za izmenična tokokroga.

Z uporabo merite impedanco serijskega izmeničnega tokokroga

zaimpedanca kondenzatorja​ ​X_Cinimpedanca induktorja​ ​X​_L ker se impedance, obdelane kot upori, seštevajo linearno, kot je to pri enosmernih tokokrogih.

Razlog, zakaj namesto njihove vsote uporabljate razliko med impedancami induktorja in kondenzatorja, je ta dva elementa vezja zaradi nihanja izmenične napetosti skozi čas nihata v toku in napetosti vir.

Ta vezja soRLC vezjače vsebujejo upor (R), induktor (L) in kondenzator (C). Vzporedna vezja RLC seštejejo upore kot

na enak način vzporedni upori seštejejo z uporabo njihovih obratnih vrednosti in to vrednost1 / Zje znan tudi kotsprejemvezja.

V obeh primerih lahko impedance izmerite kotX_C = 1 / ωCinX_L = ωLza kotno frekvenco "omega" ω, kapacitivnostC(v Farads) in induktivnostL(v Henries).

ZmogljivostCje lahko povezana z napetostjo kotC = Q / ValiV = Q / Cza polnjenje na kondenzatorjuV(v Coulombs) in napetost kondenzatorjaV(v voltih). Induktivnost se nanaša na napetost kotV = LdI / dtza spremembo toka skozi časdI / dt, napetost induktorjaVin induktivnostL. Te enačbe uporabite za reševanje tokovnih, napetostnih in drugih lastnosti RLC vezij.

Čeprav lahko v vzporednem vezju napetosti okoli zaprte zanke seštejemo kot nič, je seštevanje tokov bolj zapleteno. Namesto da bi nastavili vsoto trenutnih vrednosti, ki vstopajo v vozlišče, enako vsoti trenutnih vrednosti, ki zapustijo vozlišče, morate uporabiti kvadratke vsakega toka.

Za vzporedno vezje RLC je tok čez kondenzator in induktor kot

za napajalni tokjaz_S, uporni tokjaz_R, induktorski tokjaz_Lin kondenzatorski tokjaz​_C z uporabo istih načel za seštevanje vrednosti impedance.

V vezjih RLC lahko izračunate fazni kot, kako en element vezja je izven faze, z uporabo enačbe za fazni kot "phi"ΦkotΦ = tan^-1((X_L -X_C) / R)v kateriporjavela​​^-1 ()predstavlja inverzno tangentno funkcijo, ki ima vhodni delež in vrne ustrezen kot.

V serijskih vezjih se kondenzatorji seštejejo z uporabo njihovih obratnih vrednosti kot

medtem ko so induktorji linearno povzeti kot

za vsak induktor. Vzporedno se izračuni obrnejo. Za vzporedni krog se kondenzatorji seštevajo linearno

in induktorji so povzeti z uporabo njihovih inverz

za vsak induktor.

Kondenzatorji delujejo tako, da merijo razliko v naboju med dvema ploščama, ki sta med seboj ločeni z dielektričnim materialom, ki zmanjšuje napetost in hkrati povečuje kapacitivnost. Znanstveniki in inženirji merijo tudi kapacitivnostCkotC = ε₀ε_rA / dz "epsilon nič" ε₀ kot vrednost propustnosti za zrak, ki je 8,84 x 10-12 F / m.ε_rje propustnost dielektričnega medija, uporabljenega med obema ploščama kondenzatorja. Enačba je odvisna tudi od površine ploščAv m² in razdalja med ploščamidv m.