Basit Elektrik Serisi Devre Tanımı

Elektroniğin temellerini kavramak, devreleri, nasıl çalıştıklarını ve farklı devre türleri etrafındaki toplam direnç gibi şeyleri nasıl hesaplayacağınızı anlamak anlamına gelir. Gerçek dünya devreleri karmaşıklaşabilir, ancak bunları daha basit, idealleştirilmiş devrelerden edindiğiniz temel bilgilerle anlayabilirsiniz.

İki ana devre türü seri ve paraleldir. Bir seri devrede, tüm bileşenler (dirençler gibi), devreyi oluşturan tek bir tel döngüsü ile bir hatta düzenlenir. Bir paralel devre, her birinde bir veya daha fazla bileşen bulunan birden çok yola ayrılır. Seri devreleri hesaplamak kolaydır, ancak farklılıkları ve her iki tiple nasıl çalışılacağını anlamak önemlidir.

Elektrik sadece devrelerde akar. Başka bir deyişle, bir şeyin çalışması için tam bir döngüye ihtiyacı vardır. Bu döngüyü bir anahtarla kırarsanız, güç akışı durur ve ışığınız (örneğin) kapanır. Basit bir devre tanımı, genellikle bir güçten oluşan, elektronların dolaşabileceği bir iletkenin kapalı döngüsüdür. kaynak (örneğin bir pil) ve bir elektrikli bileşen veya cihaz (direnç veya ampul gibi) ve iletken tel.

Devrelerin nasıl çalıştığını anlamak için bazı temel terminolojiyi kavramanız gerekecek, ancak günlük yaşamdaki terimlerin çoğuna aşina olacaksınız.

Bir "voltaj farkı", birim yük başına iki yer arasındaki elektrik potansiyel enerjisindeki fark için kullanılan bir terimdir. Piller, bir devreye bağlandıklarında bir akımın birinden diğerine akmasına izin veren iki terminali arasında bir potansiyel farkı yaratarak çalışır. Bir noktadaki potansiyel teknik olarak voltajdır, ancak voltajdaki farklılıklar pratikte önemli olan şeydir. 5 voltluk bir pilin iki terminal arasında 5 voltluk bir potansiyel farkı vardır ve coulomb başına 1 volt = 1 jul.

Bir iletkenin (tel gibi) bir pilin her iki terminaline bağlanması, etrafından elektrik akımı akan bir devre oluşturur. Akım amper cinsinden ölçülür, bu da saniyede coulomb (şarj) anlamına gelir.

Herhangi bir iletken, malzemenin akım akışına karşı olduğu anlamına gelen elektriksel "direnç" e sahip olacaktır. Direnç ohm (Ω) cinsinden ölçülür ve 1 voltluk bir gerilime bağlı 1 ohm dirençli bir iletken 1 amperlik bir akımın akmasına izin verir.

Bunlar arasındaki ilişki, Ohm yasası tarafından özetlenir:

Başka bir deyişle, "voltaj, dirençle çarpılan akıma eşittir."

İki ana devre türü, bileşenlerin içlerinde nasıl düzenlendiği ile ayırt edilir.

Basit bir seri devre tanımı, "Bileşenlerin düz bir çizgide düzenlendiği bir devre, böylece tüm akım sırayla her bir bileşenden akar" şeklindedir. Eğer iki dirence bağlı bir pil ile temel bir döngü devresi yaptınız ve ardından pile geri giden bir bağlantınız var, iki direnç dizi. Böylece akım, pilin pozitif terminalinden gider (geleneksel olarak, akımı sanki pozitif uçtan çıkar) birinci dirence, bundan ikinci dirence ve sonra geri pil.

Paralel devre farklıdır. İki direnci paralel olan bir devre, her birinde bir direnç bulunan iki yola bölünür. Akım bir bağlantı noktasına ulaştığında, bağlantıya giren aynı miktarda akım da bağlantıdan çıkmak zorundadır. Buna, Kirchhoff'un mevcut yasası, yükün korunumu veya özellikle elektronik için denir. Eğer iki yol eşit dirence sahipse, aşağı doğru eşit bir akım akacaktır, bu nedenle 6 amperlik akım her iki yolda da eşit dirençli bir bağlantıya ulaşırsa, her biri 3 amper akacaktır. Yollar daha sonra devreyi tamamlamak için aküye yeniden bağlanmadan önce yeniden birleşir.

Birden fazla dirençten toplam direnci hesaplamak, seri ile direnç arasındaki farkı vurgular. paralel devreler. Seri bir devre için toplam direnç ($​_Toplam) sadece bireysel dirençlerin toplamıdır, yani:

Seri bir devre olması, yoldaki toplam direncin sadece üzerindeki bireysel dirençlerin toplamı olduğu anlamına gelir.

Bir alıştırma problemi için, üç dirence sahip bir seri devre hayal edin:$​₁ = 2 Ω, ​$​₂ = 4 Ω ve$​₃ = 6 Ω. Devredeki toplam direnci hesaplayın.

Bu basitçe bireysel dirençlerin toplamıdır, dolayısıyla çözüm şudur:

Paralel devreler için hesaplama$​_Toplam biraz daha karmaşıktır. Formül:

Bu formülün size direncin karşılığını verdiğini unutmayın (yani, bir bölü dirence). Yani toplam direnci elde etmek için cevaba bölmeniz gerekir.

Aynı üç direncin daha önce paralel olarak düzenlendiğini hayal edin. Toplam direnç şu şekilde verilir:

Ama bu 1 /$​_Toplam, yani cevap:

Tüm devreleri seri ve paralel devre kombinasyonlarına ayırabilirsiniz. Bir paralel devrenin bir dalı, seri olarak üç bileşene sahip olabilir ve bir devre, arka arkaya üç paralel, dallanan bölümden meydana gelebilir.

Bunun gibi sorunları çözmek, devreyi bölümlere ayırmak ve sırayla çalışmak anlamına gelir. Paralel bir devrede üç dalın olduğu basit bir örnek düşünün, ancak bu dallardan birine bir dizi üç direnç eklenmiş.

Sorunu çözmenin püf noktası, seri direnç hesaplamasını tüm devre için daha büyük olana dahil etmektir. Paralel devre için şu ifadeyi kullanmanız gerekir:

Ama ilk şube,$​₁, aslında seri olarak üç farklı dirençten yapılmıştır. Yani önce buna odaklanırsanız, şunu bilirsiniz:

hayal et$​₄ = 12 Ω, ​$​₅ = 5 Ω ve$​₆ = 3 Ω. Toplam direnç:

İlk dal için bu sonuçla ana soruna geçebilirsiniz. Kalan yolların her birinde tek bir dirençle şunu söyleyin:$​₂ = 40 Ω ve$​₃ = 10 Ω. Şimdi hesaplayabilirsiniz:

Bu şu anlama gelir:

Bir seri devrede direnci hesaplamak paralel bir devreden çok daha kolaydır, ancak bu her zaman böyle değildir. Kapasitans denklemleri (C) seri ve paralel devrelerde temel olarak tam tersi şekilde çalışır. Seri bir devre için, kapasitansın tersi için bir denkleminiz vardır, böylece toplam kapasitansı hesaplarsınız (C​_Toplam) ile:

Bulmak için birini bu sonuca bölmeniz gerekir.C​_Toplam.

Paralel devre için daha basit bir denkleminiz var:

Bununla birlikte, serilere karşı serilerle problemleri çözmenin temel yaklaşımı. paralel devreler aynıdır.