Визначення простого електричного ланцюга серії

Ознайомлення з основами електроніки означає розуміння схем, їх роботи та обчислення таких речей, як загальний опір навколо різних типів схем. Реальні схеми можуть ускладнитися, але ви можете зрозуміти їх, отримавши базові знання, які ви отримаєте з більш простих, ідеалізованих схем.

Два основних типи ланцюгів бувають послідовними та паралельними. У послідовному ланцюзі всі компоненти (наприклад, резистори) розташовані в лінію, з єдиною петлею дроту, що складає схему. Паралельний контур розпадається на кілька шляхів з одним або декількома компонентами на кожному. Розрахувати послідовні схеми легко, але важливо зрозуміти відмінності та як працювати з обома типами.

Електроенергія тече лише по ланцюгах. Іншими словами, йому потрібен повний цикл, щоб щось запрацювало. Якщо ви розірвете цю петлю перемикачем, живлення перестане надходити, і ваше світло (наприклад) вимкнеться. Просте визначення ланцюга - це замкнутий контур провідника, по якому можуть рухатися електрони, як правило, що складається з потужності джерело (наприклад, акумулятор) та електричний компонент або пристрій (наприклад, резистор або лампочка) та провідний провід.

Вам потрібно буде ознайомитися з деякою базовою термінологією, щоб зрозуміти, як працюють схеми, але ви будете знайомі з більшістю термінів із повсякденного життя.

"Різниця напруги" - це термін, що означає різницю в електричній потенціальній енергії між двома місцями на одиницю заряду. Батареї працюють, створюючи різницю в потенціалі між двома їх клемами, що дозволяє струму протікати від одного до іншого, коли вони з'єднані в ланцюг. Потенціал в одній точці - це технічно напруга, але різниця в напрузі - це головне на практиці. 5-вольтовий акумулятор має різницю потенціалів у 5 вольт між двома клемами і 1 вольт = 1 джоуль на кулон.

Підключення провідника (наприклад, дроту) до обох клем акумулятора створює ланцюг, навколо якого протікає електричний струм. Струм вимірюється в амперах, що означає кулони (заряду) в секунду.

Будь-який провідник матиме електричний «опір», що означає протиставлення матеріалу потоку струму. Опір вимірюється в Омах (Ом), а провідник з опором 1 Ом, підключений через напругу в 1 вольт, дозволить протікати струму в 1 ампер.

Співвідношення між ними укладено законом Ома:

Словами, «напруга дорівнює струму, помноженому на опір».

Два основних типи ланцюгів розрізняють за тим, як в них розташовані компоненти.

Просте визначення послідовної схеми: "Схема з компонентами, розташованими прямолінійно, тому весь струм протікає по черзі через кожен компонент". Якщо ви створили схему базового циклу з акумулятором, підключеним до двох резисторів, а потім у вас є з'єднання, що повертається до акумулятора, два резистори серії. Отже, струм буде йти від плюсової клеми акумулятора (за домовленістю ви ставитеся до струму так, ніби він виходить з позитивного кінця) до першого резистора, від цього до другого резистора, а потім назад до акумулятор.

Паралельний контур відрізняється. Схема з двома паралельно розташованими резисторами розбилася б на дві доріжки, на кожній з яких був би резистор. Коли струм досягає місця переходу, стільки ж струму, що надходить у місце переходу, також повинен вийти з місця переходу. Це називається збереженням заряду, або, зокрема, для електроніки, чинний закон Кірхгофа. Якщо два шляхи мають однаковий опір, по них буде текти рівний струм, тому, якщо 6 ампер струму досягають місця з’єднання з однаковим опором на обох шляхах, по 3 ампера будуть текти по кожному. Потім шляхи знову з’єднуються перед повторним підключенням до акумулятора для завершення схеми.

Розрахунок загального опору від декількох резисторів підкреслює різницю між серіями та паралельні схеми. Для послідовного кола загальний опір (Р​_усього) - це лише сума окремих опорів, отже:

Той факт, що це послідовна схема, означає, що загальний опір на шляху є лише сумою індивідуальних опорів на ній.

Для практичної задачі уявіть послідовну схему з трьома опорами:Р​₁ = 2 Ω, ​Р​₂ = 4 Ом іР​₃ = 6 Ω. Обчисліть загальний опір в ланцюзі.

Це просто сума індивідуальних опорів, тому рішення:

Для паралельних схем розрахунокР​_усього трохи складніше. Формула:

Пам’ятайте, що ця формула дає вам зворотну величину опору (тобто таку, що ділиться на опір). Отже, вам потрібно розділити одного на відповідь, щоб отримати загальний опір.

Уявіть, що ті самі три резистори раніше були замість них розташовані паралельно. Загальний опір визначався б:

Але це 1 /Р​_усього, тож відповідь така:

Ви можете розбити всі схеми на комбінації послідовних і паралельних схем. Гілка паралельної схеми може мати три компоненти послідовно, і схема може складатися з серії з трьох паралельних ділянок розгалуження в ряд.

Вирішення подібних проблем просто означає розбиття схеми на секції та їх почергову розробку. Розглянемо простий приклад, коли на паралельній схемі є три гілки, але до однієї з цих гілок приєднана серія з трьох резисторів.

Фокус для вирішення проблеми полягає у включенні розрахунку послідовного опору в більший для всієї схеми. Для паралельної схеми потрібно використовувати вираз:

Але перша гілка,Р​₁, насправді виготовляється з трьох різних резисторів послідовно. Отже, якщо ви спершу зосередитесь на цьому, ви знаєте, що:

Уяви щоР​₄ = 12 Ω, ​Р​₅ = 5 Ом іР​₆ = 3 Ω. Загальний опір становить:

Отримавши цей результат для першої гілки, ви можете перейти до основної проблеми. Скажіть це з одним резистором на кожному з решти шляхівР​₂ = 40 Ом іР​₃ = 10 Ω. Тепер ви можете розрахувати:

Це означає:

Опір розрахувати на послідовному ланцюзі набагато простіше, ніж паралельному, але це не завжди так. Рівняння ємності (C.) послідовно і паралельні схеми в основному працюють навпаки. Для послідовної схеми у вас є рівняння для зворотної ємності, тому ви розраховуєте загальну ємність (C.​_усього) з:

І тоді вам потрібно розділити одного на цей результат, щоб знайтиC.​_усього.

Для паралельної схеми у вас є простіше рівняння:

Однак основний підхід до вирішення задач із серіями vs. паралельні схеми однакові.