Definisjon av en enkel elektrisk seriekrets

Innhold

• Grunnleggende om elektriske kretser
• Series vs. Parallel Circuits
• Beregne motstand for en seriekrets
• Beregne motstand for en parallell krets
• Slik løser du en serie og parallell kombinasjonskrets
• Andre beregninger

Å få tak i det grunnleggende innen elektronikk betyr å forstå kretsløp, hvordan de fungerer og hvordan man beregner ting som total motstand rundt forskjellige typer kretsløp. Virkelige kretsløp kan bli kompliserte, men du kan forstå dem med den grunnleggende kunnskapen du henter fra enklere, idealiserte kretsløp.

De to hovedtyper av kretsløp er serier og parallelle. I en seriekrets er alle komponentene (for eksempel motstander) anordnet i en linje, med en enkelt trådsløyfe som utgjør kretsen. En parallell krets deler seg i flere baner med en eller flere komponenter på hver. Det er enkelt å beregne seriekretser, men det er viktig å forstå forskjellene og hvordan du jobber med begge typene.

Grunnleggende om elektriske kretser

Elektrisitet strømmer bare i kretser. Det trenger med andre ord en komplett sløyfe for at noe skal fungere. Hvis du bryter den loopen med en bryter, slutter strømmen å strømme, og lyset (for eksempel) slås av. En enkel kretsdefinisjon er en lukket sløyfe for en leder som elektroner kan bevege seg rundt, vanligvis består av en strømkilde (for eksempel et batteri) og en elektrisk komponent eller enhet (som en motstand eller en lyspære) og ledende ledning.

Du må få tak i noen grunnleggende terminologier for å forstå hvordan kretsløp fungerer, men du vil være kjent med de fleste begrepene fra det daglige.

En "spenningsforskjell" er et begrep for forskjellen i elektrisk potensiell energi mellom to steder, per enhet. Batterier fungerer ved å skape en potensialforskjell mellom de to terminalene, noe som gjør at en strøm kan strømme fra den ene til den andre når de er koblet til i en krets. Potensialet på et tidspunkt er teknisk spenningen, men forskjeller i spenning er det viktigste i praksis. Et 5-volts batteri har en potensiell forskjell på 5 volt mellom de to terminalene, og 1 volt = 1 joule per coulomb.

Hvis du kobler en leder (for eksempel en ledning) til begge polene på et batteri, opprettes en krets med en elektrisk strøm som strømmer rundt seg. Strømmen måles i ampere, som betyr coulombs (gratis) per sekund.

Enhver leder vil ha elektrisk "motstand", som betyr at materialet er motstand mot strømmen. Motstand måles i ohm (Ω), og en leder med 1 ohm motstand koblet over en spenning på 1 volt vil tillate en strøm på 1 amp å strømme.

Forholdet mellom disse er innkapslet av Ohms lov:

V = IR

Med ord, "spenning tilsvarer strøm multiplisert med motstand."

Series vs. Parallel Circuits

De to hovedtyper av kretser utmerker seg ved hvordan komponenter er ordnet i dem.

En enkel seriekretsdefinisjon er, "En krets med komponentene ordnet i en rett linje, slik at all strømmen strømmer gjennom hver komponent etter tur." Hvis du har laget en grunnleggende krets med et batteri koblet til to motstander, og så har en forbindelse som løper tilbake til batteriet, ville de to motstandene være i serie. Så strømmen vil gå fra den positive terminalen på batteriet (ved konvensjon behandler du strøm som om den kommer ut fra den positive enden) til den første motstanden, fra den til den andre motstanden og deretter tilbake til batteriet.

En parallell krets er forskjellig. En krets med to motstander i parallell ville dele seg i to spor, med en motstand på hver. Når strømmen når et veikryss, må den samme mengden strøm som kommer inn i krysset også forlate krysset. Dette kalles bevaring av lading, eller spesifikt for elektronikk, Kirchhoffs gjeldende lov. Hvis de to banene har lik motstand, vil en lik strøm strømme nedover dem, så hvis 6 ampere strøm når et veikryss med lik motstand på begge baner, vil 3 ampere strømme nedover hver. Banene blir deretter på nytt før de kobles til batteriet for å fullføre kretsen.

Beregne motstand for en seriekrets

Beregning av den totale motstanden fra flere motstander understreker skillet mellom serier kontra parallelle kretsløp. For en seriekrets er totalmotstanden (R_Total) er bare summen av de individuelle motstandene, så:

R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...

At det er en seriekrets, betyr at den totale motstanden på banen er bare summen av individuelle motstander på den.

For et praksisproblem, tenk deg en seriekrets med tre motstander: R₁ = 2 Ω, R₂ = 4 Ω og R₃ = 6 Ω. Beregn den totale motstanden i kretsen.

Dette er ganske enkelt summen av de individuelle motstandene, så løsningen er:

begynne {justert} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 ; Omega ; +6 ; Omega & = 12 ; Omega end {lined}

Beregne motstand for en parallell krets

For parallelle kretsløp er beregningen av R_Total er litt mer komplisert. Formelen er:

{1 over {2pt} R_ {total}} = {1 over {2pt} R_1} + {1 over {2pt} R_2} + {1 over {2pt} R_3}

Husk at denne formelen gir deg gjensidigheten til motstanden (dvs. en delt av motstanden). Så du må dele en etter svaret for å få total motstand.

Se for deg at de samme tre motstandene fra før ble arrangert parallelt i stedet. Den totale motstanden vil bli gitt av:

begynne {linje} {1 over {2pt} R_ {total}} & = {1 over {2pt} R_1} + {1 over {2pt} R_2} + {1 over {2pt} R_3} & = {1 over {2pt} 2 ; Ω} + {1 over {2pt} 4 ; Ω} + {1 over {2pt} 6 ; Ω} & = {6 over {2pt} 12 ; Ω} + {3 over {2pt} 12 ; Ω} + {2 over {2pt} 12 ; Ω} & = {11 over {2pt} 12Ω} & = 0,917 ; Ω ^ {- 1} slutt {justert}

Men dette er 1 / R_Total, så svaret er:

begynne {justert} R_ {total} & = {1 over {2pt} 0.917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 ; Omega end {lined}

Slik løser du en serie og parallell kombinasjonskrets

Du kan dele ned alle kretser i kombinasjoner av serier og parallelle kretsløp. En gren av en parallell krets kan ha tre komponenter i serie, og en krets kan være sammensatt av en serie med tre parallelle, forgrenede seksjoner på rad.

Å løse problemer som dette betyr bare å bryte ned kretsen i seksjoner og utarbeide dem etter tur. Tenk på et enkelt eksempel, der det er tre grener på en parallell krets, men en av disse grenene har en serie med tre motstander festet.

Trikset for å løse problemet er å innlemme seriemotstandberegningen i den større for hele kretsen. For en parallell krets må du bruke uttrykket:

{1 over {2pt} R_ {total}} = {1 over {2pt} R_1} + {1 over {2pt} R_2} + {1 over {2pt} R_3}

Men den første grenen, R₁, er faktisk laget av tre forskjellige motstander i serie. Så hvis du fokuserer på dette først, vet du at:

R_1 = R_4 + R_5 + R_6

Se for deg det R₄ = 12 Ω, R₅ = 5 Ω og R₆ = 3 Ω. Den totale motstanden er:

begynne {justert} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 & = 12 ; Omega ; + 5 ; Omega ; + 3 ; Omega & = 20 ; Omega end {lined}

Med dette resultatet for den første grenen, kan du gå inn på hovedproblemet. Si det med en enkelt motstand på hver av de gjenværende banene R₂ = 40 Ω og R₃ = 10 Ω. Du kan nå beregne:

begynne {linje} {1 over {2pt} R_ {total}} & = {1 over {2pt} R_1} + {1 over {2pt} R_2} + {1 over {2pt} R_3} & = {1 over {2pt} 20 ; Ω} + {1 over {2pt} 40 ; Ω} + {1 over {2pt} 10 ; Ω} & = {2 over {2pt} 40 ; Ω} + {1 over {2pt} 40 ; Ω} + {4 over {2pt} 40 ; Ω} & = {7 over {2pt} 40 ; Ω} & = 0.175 ; Ω ^ {- 1} slutt {justert}

Så det betyr:

begynn {linje} R_ {total} & = {1 over {2pt} 0.175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 ; Omega end {lined}

Andre beregninger

Motstand er mye lettere å beregne på en seriekrets enn en parallell krets, men det er ikke alltid tilfelle. Ligningene for kapasitans (C) i serier og parallelle kretsløp fungerer i utgangspunktet motsatt vei. For en seriekrets har du en ligning for gjensidig kapasitans, slik at du beregner den totale kapasitansen (C_Total) med:

{1 over {2pt} C_ {total}} = {1 over {2pt} C_1} + {1 over {2pt} C_2} + {1 over {2pt} C_3} + ...

Og så må du dele en etter dette resultatet for å finne C_Total.

For en parallell krets har du en enklere ligning:

C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ...

Den grunnleggende tilnærmingen til å løse problemer med serier kontra parallelle kretsløp er imidlertid den samme.