Ορισμός ενός απλού ηλεκτρικού κυκλώματος

Περιεχόμενο

• Τα βασικά των ηλεκτρικών κυκλωμάτων
• Σειρά έναντι παράλληλων κυκλωμάτων
• Υπολογισμός αντίστασης για κύκλωμα σειρών
• Υπολογισμός αντοχής για παράλληλο κύκλωμα
• Πώς να λύσετε ένα κύκλωμα σειράς και παράλληλου συνδυασμού
• Άλλοι υπολογισμοί

Η αντιμετώπιση των βασικών στοιχείων των ηλεκτρονικών συσκευών σημαίνει την κατανόηση των κυκλωμάτων, τον τρόπο λειτουργίας τους και τον τρόπο υπολογισμού στοιχείων όπως η συνολική αντίσταση γύρω από διαφορετικούς τύπους κυκλωμάτων. Τα κυκλώματα του πραγματικού κόσμου μπορούν να γίνουν πολύπλοκα, αλλά μπορείτε να τα κατανοήσετε με τις βασικές γνώσεις που αντλούν από απλούστερα, ιδανικά κυκλώματα.

Οι δύο κύριοι τύποι κυκλωμάτων είναι σειρές και παράλληλοι. Σε ένα κύκλωμα σειράς, όλες οι συνιστώσες (όπως οι αντιστάτες) είναι διατεταγμένες σε μια γραμμή, με έναν ενιαίο βρόχο σύρματος που συνθέτει το κύκλωμα. Ένα παράλληλο κύκλωμα χωρίζεται σε πολλαπλές διαδρομές με ένα ή περισσότερα στοιχεία σε κάθε ένα. Ο υπολογισμός κυκλωμάτων σειράς είναι εύκολος, αλλά είναι σημαντικό να κατανοήσετε τις διαφορές και πώς να εργαστείτε και με τους δύο τύπους.

Τα βασικά των ηλεκτρικών κυκλωμάτων

Η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μόνο σε κυκλώματα. Με άλλα λόγια, χρειάζεται ένα πλήρες βρόχο για να λειτουργήσει κάτι. Εάν διακόψετε αυτόν τον βρόχο με διακόπτη, η παροχή ενέργειας σταματά να ρέει και το φως σας (για παράδειγμα) θα σβήσει. Ένας απλός ορισμός κυκλώματος είναι ένας κλειστός βρόγχος ενός αγωγού που μπορούν να μετακινούνται με ηλεκτρόνια, που αποτελούνται συνήθως από μια πηγή ενέργειας (μια μπαταρία, για παράδειγμα) και από ένα ηλεκτρικό εξάρτημα ή συσκευή (όπως αντίσταση ή λάμπα) και καλώδιο μεταφοράς.

Θα χρειαστεί να ασχοληθείτε με κάποια βασική ορολογία για να κατανοήσετε πώς λειτουργούν τα κυκλώματα, αλλά θα είστε εξοικειωμένοι με τους περισσότερους όρους από την καθημερινή ζωή.

Μια "διαφορά τάσης" είναι ένας όρος για τη διαφορά ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας μεταξύ δύο θέσεων ανά μονάδα φόρτισης. Οι μπαταρίες λειτουργούν δημιουργώντας μια διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο ακροδεκτών τους, η οποία επιτρέπει στο ρεύμα να ρέει από το ένα στο άλλο όταν συνδέεται σε ένα κύκλωμα. Το δυναμικό σε ένα σημείο είναι τεχνικά η τάση, αλλά οι διαφορές στην τάση είναι το σημαντικό πράγμα στην πράξη. Μια μπαταρία 5 βολτ έχει διαφορά δυναμικού 5 βολτ μεταξύ των δύο ακροδεκτών και 1 volt = 1 joule ανά coulomb.

Η σύνδεση ενός αγωγού (όπως ενός καλωδίου) και στους δύο ακροδέκτες μιας μπαταρίας δημιουργεί ένα κύκλωμα, με ένα ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει γύρω του. Το ρεύμα μετράται σε ενισχυτές, που σημαίνει coulombs (του φορτίου) ανά δευτερόλεπτο.

Οποιοσδήποτε αγωγός θα έχει ηλεκτρική "αντίσταση", που σημαίνει ότι το υλικό αντιτίθεται στη ροή του ρεύματος. Η αντίσταση μετριέται σε ohms (Ω) και ένας αγωγός με αντίσταση 1 ohm που συνδέεται σε τάση 1 volt θα επιτρέψει τη ροή ρεύματος 1 amp.

Η σχέση μεταξύ αυτών είναι εγκλωβισμένη από το νόμο του Ohm:

V = IR

Με λέξεις, "η τάση ισούται με το ρεύμα πολλαπλασιασμένο με αντίσταση".

Σειρά έναντι παράλληλων κυκλωμάτων

Οι δύο κύριοι τύποι κυκλωμάτων διακρίνονται από τον τρόπο με τον οποίο τα στοιχεία είναι τοποθετημένα σε αυτά.

Ένας απλός ορισμός κυκλώματος σειράς είναι: "Ένα κύκλωμα με τα εξαρτήματα που είναι διατεταγμένα σε ευθεία γραμμή, έτσι ώστε όλο το ρεύμα να ρέει διαμέσου κάθε εξαρτήματος με τη σειρά". Εάν κάνατε ένα κύκλωμα βασικού βρόχου με μια μπαταρία συνδεδεμένη σε δύο αντιστάτες, μια σύνδεση που τρέχει πίσω στην μπαταρία, οι δύο αντιστάσεις θα είναι σε σειρά. Έτσι το ρεύμα θα πήγαινε από το θετικό τερματικό της μπαταρίας (με συμβατικό τρόπο που αντιμετωπίζεις το ρεύμα σαν να βγαίνει από το θετικό τέλος) στην πρώτη αντίσταση, από εκείνη στη δεύτερη αντίσταση και έπειτα πίσω στην μπαταρία.

Ένα παράλληλο κύκλωμα είναι διαφορετικό. Ένα κύκλωμα με δύο αντιστάτες παράλληλα θα χωριζόταν σε δύο κομμάτια, με αντίσταση σε κάθε μία. Όταν το ρεύμα φτάσει σε μια διασταύρωση, η ίδια ποσότητα ρεύματος που εισέρχεται στη διασταύρωση πρέπει να εγκαταλείψει και τη διασταύρωση. Αυτό ονομάζεται συντήρηση του φορτίου, ή ειδικά για τις ηλεκτρονικές συσκευές, του ισχύοντος νόμου του Kirchhoff. Εάν τα δύο μονοπάτια έχουν την ίδια αντίσταση, ένα ίσο ρεύμα θα ρέει κάτω από αυτά, έτσι εάν 6 ενισχυτές ρεύματος φτάσουν μια διασταύρωση με την ίδια αντίσταση και στις δύο διαδρομές, 3 ενισχυτές θα ρέουν κάτω από κάθε ένα. Τα μονοπάτια επανεντάσσονται πριν επανασυνδεθούν με την μπαταρία για να ολοκληρωθεί το κύκλωμα.

Υπολογισμός αντίστασης για κύκλωμα σειρών

Ο υπολογισμός της συνολικής αντίστασης από πολλαπλές αντιστάσεις υπογραμμίζει τη διάκριση μεταξύ σειρών έναντι παράλληλων κυκλωμάτων. Για κύκλωμα σειράς, η συνολική αντίσταση (R_σύνολο) είναι ακριβώς το άθροισμα των ατομικών αντιστάσεων, έτσι:

R_ {σύνολο} = R_1 + R_2 + R_3 + ...

Το γεγονός ότι είναι ένα κύκλωμα σειράς σημαίνει ότι η συνολική αντίσταση στο μονοπάτι είναι μόνο το άθροισμα των μεμονωμένων αντιστάσεων σε αυτό.

Για ένα πρόβλημα πρακτικής, φανταστείτε ένα κύκλωμα σειράς με τρεις αντιστάσεις: R₁ = 2 Ω, R₂ = 4 Ω και R₃ = 6 Ω. Υπολογίστε τη συνολική αντίσταση στο κύκλωμα.

Αυτό είναι απλά το άθροισμα των μεμονωμένων αντιστάσεων, οπότε η λύση είναι:

begin {ευθυγραμμισμένο} R_ {σύνολο} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 Omega ; + 6 Omega & = 12 Omega end {ευθυγραμμισμένο}

Υπολογισμός αντοχής για παράλληλο κύκλωμα

Για τα παράλληλα κυκλώματα, ο υπολογισμός του R_σύνολο είναι λίγο πιο περίπλοκο. Ο τύπος είναι:

{1 πάνω από {2pt} R_ {σύνολο}} = {1 πάνω από {2pt} R_1} + {1 πάνω από {2pt} R_2} + {1

Θυμηθείτε ότι αυτός ο τύπος σας δίνει την αντίστροφη αντίσταση (δηλ. Μία που διαιρείται με την αντίσταση). Έτσι, πρέπει να διαιρέσετε ένα από την απάντηση για να πάρετε τη συνολική αντίσταση.

Φανταστείτε ότι οι ίδιες τρεις αντιστάσεις από πριν είχαν τοποθετηθεί παράλληλα. Η συνολική αντίσταση θα δίνεται από:

start {ευθυγραμμισμένο} {1 πάνω από {2pt} R_ {σύνολο}} & = {1 επάνω {2pt} R_1} + {1 επάνω {2pt} R_2} + {1 επάνω {2pt} R_3} & = {1 πάνω από {2pt} 2 ; Ω} + {1 πάνω από {2pt} 4 ; Ω} + {1 πάνω από {2pt} 6 ; Ω} & = {6 πάνω από {2pt} 12 ; Ω} + {3 πάνω από {2pt} 12 ; Ω} + {2 πάνω από {2pt} 12 ; Ω} & = {11 πάνω από {2pt} 12Ω} & = 0.917 ; Ω ^ {- 1} end {ευθυγραμμισμένο}

Αλλά αυτό είναι 1 / R_σύνολο, οπότε η απάντηση είναι:

begin {ευθυγραμμισμένο} R_ {σύνολο} & = {1 πάνω από {2pt} 0.917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 Omega end {ευθυγραμμισμένο}

Πώς να λύσετε ένα κύκλωμα σειράς και παράλληλου συνδυασμού

Μπορείτε να σπάσετε όλα τα κυκλώματα σε συνδυασμούς σειριακών και παράλληλων κυκλωμάτων. Ένας κλάδος ενός παράλληλου κυκλώματος μπορεί να έχει τρία εξαρτήματα σε σειρά και ένα κύκλωμα θα μπορούσε να αποτελείται από μια σειρά από τρία παράλληλα, διακλαδισμένα τμήματα στη σειρά.

Η επίλυση παρόμοιων προβλημάτων σημαίνει ακριβώς να σπάσουμε το κύκλωμα σε τμήματα και να το επεξεργαστούμε με τη σειρά του. Εξετάστε ένα απλό παράδειγμα, όπου υπάρχουν τρία κλαδιά σε ένα παράλληλο κύκλωμα, αλλά ένας από αυτούς τους κλάδους έχει μια σειρά από τρεις αντιστάσεις που συνδέονται.

Το κόλπο για την επίλυση του προβλήματος είναι να ενσωματωθεί ο υπολογισμός της αντίστασης σειράς στη μεγαλύτερη για το σύνολο του κυκλώματος. Για ένα παράλληλο κύκλωμα, πρέπει να χρησιμοποιήσετε την έκφραση:

{1 πάνω από {2pt} R_ {σύνολο}} = {1 πάνω από {2pt} R_1} + {1 πάνω από {2pt} R_2} + {1

Αλλά ο πρώτος κλάδος, R₁, αποτελείται από τρεις διαφορετικές αντιστάσεις σε σειρά. Επομένως, αν εστιάσετε πρώτα σε αυτό, ξέρετε ότι:

R_1 = R_4 + R_5 + R_6

Φαντάσου το R₄ = 12 Ω, R₅ = 5 Ω και R₆ = 3 Ω. Η συνολική αντίσταση είναι:

begin {ευθυγραμμισμένο} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 & = 12 ; Omega ; + 5 Omega ; + 3 Omega & = 20 Omega end {ευθυγραμμισμένο}

Με αυτό το αποτέλεσμα για τον πρώτο κλάδο, μπορείτε να πάτε στο κύριο πρόβλημα. Με μία μόνο αντίσταση σε κάθε ένα από τα υπόλοιπα μονοπάτια, πείτε R₂ = 40 Ω και R₃ = 10 Ω. Τώρα μπορείτε να υπολογίσετε:

start {ευθυγραμμισμένο} {1 πάνω από {2pt} R_ {σύνολο}} & = {1 επάνω {2pt} R_1} + {1 επάνω {2pt} R_2} + {1 επάνω {2pt} R_3} & = {1 πάνω από {2pt} 20 . Ω} + {1 πάνω από {2pt} 40 ; Ω} + {1 πάνω από {2pt} 10 ; Ω} & = {2 πάνω από {2pt} 40 ; Ω} + {1 πάνω από {2pt} 40 ; Ω} + {4 πάνω από {2pt} 40 ; Ω} & = {7 πάνω από {2pt} 40 ; Ω} & = 0.175 ; Ω ^ {- 1} end {ευθυγραμμισμένο}

Αυτό σημαίνει:

begin {ευθυγραμμισμένο} R_ {σύνολο} & = {1 πάνω από {2pt} 0.175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 Omega end {ευθυγραμμισμένο}

Άλλοι υπολογισμοί

Η αντίσταση είναι πολύ πιο εύκολη για τον υπολογισμό σε ένα κύκλωμα σειράς παρά ένα παράλληλο κύκλωμα, αλλά αυτό δεν συμβαίνει πάντα. Οι εξισώσεις για την χωρητικότητα (ντο) σε σειριακά και παράλληλα κυκλώματα λειτουργούν βασικά με τον αντίθετο τρόπο. Για ένα κύκλωμα σειράς, έχετε μια εξίσωση για την αντίστροφη χωρητικότητα, έτσι ώστε να υπολογίσετε τη συνολική χωρητικότητα (ντο_σύνολο) με:

{1 πάνω από {2pt} C_ {σύνολο}} = {1 πάνω από {2pt} C_1} + {1 πάνω από {2pt} C_2} + {1 πάνω από {2pt} C_3} +.

Και τότε πρέπει να διαιρέσετε ένα από αυτό το αποτέλεσμα για να το βρείτε ντο_σύνολο.

Για ένα παράλληλο κύκλωμα έχετε μια απλούστερη εξίσωση:

C_ {σύνολο} = C_1 + C_2 + C_3 + ....

Ωστόσο, η βασική προσέγγιση για την επίλυση προβλημάτων με σειριακά και παράλληλα κυκλώματα είναι η ίδια.