Zawartość
- Podstawy obwodów elektrycznych
- Obwody szeregowe a równoległe
- Obliczanie rezystancji dla obwodu szeregowego
- Obliczanie rezystancji dla obwodu równoległego
- Jak rozwiązać szeregowy i równoległy obwód kombinacyjny
- Inne obliczenia
Zapoznanie się z podstawami elektroniki oznacza zrozumienie obwodów, jak działają i jak obliczyć takie rzeczy, jak całkowity opór wokół różnych rodzajów obwodów. Obwody w świecie rzeczywistym mogą się komplikować, ale można je zrozumieć dzięki podstawowej wiedzy, którą można uzyskać z prostszych, wyidealizowanych obwodów.
Dwa główne typy obwodów są szeregowe i równoległe. W obwodzie szeregowym wszystkie elementy (takie jak rezystory) są ułożone w jednej linii, z pojedynczą pętlą drutu tworzącą obwód. Obwód równoległy dzieli się na wiele ścieżek z jednym lub więcej elementami na każdym. Obliczanie obwodów szeregowych jest łatwe, ale ważne jest, aby zrozumieć różnice i pracować z oboma typami.
Podstawy obwodów elektrycznych
Energia elektryczna płynie tylko w obwodach. Innymi słowy, potrzebuje pełnej pętli, aby coś zadziałało. Jeśli przerwiesz tę pętlę przełącznikiem, moc przestanie płynąć, a twoje światło (na przykład) zgaśnie. Prosta definicja obwodu to zamknięta pętla przewodnika, po którym mogą przemieszczać się elektrony, zwykle składająca się ze źródła zasilania (na przykład baterii) i elementu elektrycznego lub urządzenia (takiego jak rezystor lub żarówka) i przewodu przewodzącego.
Musisz zrozumieć podstawową terminologię, aby zrozumieć, jak działają obwody, ale zapoznasz się z większością terminów z codziennego życia.
„Różnica napięć” to termin określający różnicę energii potencjalnej elektrycznej między dwoma miejscami na jednostkę ładunku. Baterie działają, tworząc różnicę potencjału między ich dwoma zaciskami, co pozwala na przepływ prądu z jednego do drugiego, gdy są one połączone w obwodzie. Potencjał w jednym punkcie jest technicznie napięciem, ale różnice w napięciu są ważne w praktyce. 5-woltowy akumulator ma różnicę potencjałów 5 woltów między dwoma zaciskami i 1 wolt = 1 dżul na kulomb.
Podłączenie przewodnika (takiego jak drut) do obu zacisków akumulatora tworzy obwód, wokół którego przepływa prąd elektryczny. Prąd jest mierzony w amperach, co oznacza kulomb (ładunku) na sekundę.
Każdy przewodnik będzie miał „oporność elektryczną”, co oznacza przeciwstawienie się materiału do przepływu prądu. Rezystancja jest mierzona w omach (Ω), a przewodnik o rezystancji 1 om podłączony do napięcia 1 wolta umożliwi przepływ prądu o natężeniu 1 A.
Zależność między nimi zawarta jest w prawie Ohma:
V. = IR
Innymi słowy „napięcie równa się prądowi pomnożonemu przez rezystancję”.
Obwody szeregowe a równoległe
Dwa główne typy obwodów wyróżniają się tym, w jaki sposób są w nich rozmieszczone komponenty.
Prosta definicja obwodu szeregowego brzmi: „Obwód z komponentami ułożonymi w linii prostej, więc cały prąd przepływa kolejno przez każdy komponent”. Jeśli wykonałeś podstawowy obwód pętlowy z baterią podłączoną do dwóch rezystorów, a następnie masz połączenie z powrotem do akumulatora, dwa oporniki byłyby szeregowo. Tak więc prąd płynie od dodatniego bieguna akumulatora (zgodnie z konwencją traktujesz prąd tak, jakby wyłaniał się z dodatniego końca) do pierwszego rezystora, od tego do drugiego rezystora, a następnie z powrotem do akumulatora.
Obwód równoległy jest inny. Obwód z dwoma opornikami równolegle podzieliłby się na dwie ścieżki, z rezystorem na każdym. Kiedy prąd dociera do złącza, taka sama ilość prądu, który wpływa do złącza, musi również opuścić złącze. Nazywa się to zachowaniem ładunku, a konkretnie w przypadku elektroniki, obowiązującym prawem Kirchhoffa. Jeśli dwie ścieżki mają równy opór, popłynie z nich równy prąd, więc jeśli 6 amperów prądu osiągnie złącze o jednakowej rezystancji na obu ścieżkach, 3 ampery przepłyną po każdej z nich. Ścieżki ponownie łączą się przed ponownym podłączeniem do akumulatora w celu ukończenia obwodu.
Obliczanie rezystancji dla obwodu szeregowego
Obliczanie całkowitej rezystancji z wielu rezystorów podkreśla różnicę między obwodami szeregowymi a równoległymi. W przypadku obwodu szeregowego całkowita rezystancja (Rcałkowity) to tylko suma poszczególnych oporów, więc:
R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...Fakt, że jest to obwód szeregowy, oznacza, że całkowity opór na ścieżce jest tylko sumą poszczególnych rezystancji na nim.
W przypadku problemu praktycznego wyobraź sobie obwód szeregowy z trzema rezystancjami: R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω i R3 = 6 Ω. Obliczyć całkowitą rezystancję w obwodzie.
Jest to po prostu suma poszczególnych oporów, więc rozwiązaniem jest:
początek {wyrównany} R_ {ogółem} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 ; Omega ; +6 ; Omega & = 12 ; Omega end {wyrównany}Obliczanie rezystancji dla obwodu równoległego
W przypadku obwodów równoległych obliczenie Rcałkowity jest nieco bardziej skomplikowane. Formuła jest następująca:
{1 powyżej {2pt} R_ {total}} = {1 powyżej {2pt} R_1} + {1 powyżej {2pt} R_2} + {1 powyżej {2pt} R_3}Pamiętaj, że ta formuła daje odwrotność oporu (tj. Dzieloną przez opór). Musisz podzielić jeden przez odpowiedź, aby uzyskać całkowity opór.
Wyobraź sobie, że te same trzy poprzednie rezystory zostały ustawione równolegle. Całkowity opór dałby:
begin {wyrównany} {1 powyżej {2pt} R_ {total}} & = {1 powyżej {2pt} R_1} + {1 powyżej {2pt} R_2} + {1 powyżej {2pt} R_3} & = {1 powyżej {2pt} 2 ; Ω} + {1 powyżej {2pt} 4 ; Ω} + {1 powyżej {2pt} 6 ; Ω} & = {6 powyżej {2pt} 12 ; Ω} + {3 powyżej {2pt} 12 ; Ω} + {2 powyżej {2pt} 12 ; Ω} & = {11 powyżej {2pt} 12Ω} & = 0,917 ; Ω ^ {- 1} end {wyrównany}Ale to jest 1 / Rcałkowity, więc odpowiedź brzmi:
begin {aligned} R_ {total} & = {1 powyżej {2pt} 0,917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 ; Omega end {wyrównany}Jak rozwiązać szeregowy i równoległy obwód kombinacyjny
Możesz podzielić wszystkie obwody na kombinacje obwodów szeregowych i równoległych. Gałąź równoległego obwodu może mieć trzy komponenty w szeregu, a obwód może składać się z szeregu trzech równoległych, rozgałęziających się sekcji w rzędzie.
Rozwiązanie takich problemów oznacza po prostu rozbicie obwodu na sekcje i ich rozwiązywanie. Rozważ prosty przykład, w którym w obwodzie równoległym znajdują się trzy gałęzie, ale do jednej z tych gałęzi dołączono szereg trzech rezystorów.
Sposób na rozwiązanie tego problemu polega na włączeniu obliczania rezystancji szeregowej do większego dla całego obwodu. W przypadku obwodu równoległego należy użyć wyrażenia:
{1 powyżej {2pt} R_ {total}} = {1 powyżej {2pt} R_1} + {1 powyżej {2pt} R_2} + {1 powyżej {2pt} R_3}Ale pierwsza gałąź R1, składa się z trzech różnych rezystorów połączonych szeregowo. Jeśli więc skupisz się na tym pierwszym, wiesz, że:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6Wyobraź sobie, że R4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω i R6 = 3 Ω. Całkowity opór wynosi:
begin {wyrównany} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 & = 12 ; Omega ; + 5 ; Omega ; + 3 ; Omega & = 20 ; Omega end {wyrównany}Z tym wynikiem dla pierwszego oddziału możesz przejść do głównego problemu. Powiedz to z jednym opornikiem na każdej z pozostałych ścieżek R2 = 40 Ω i R3 = 10 Ω. Możesz teraz obliczyć:
begin {wyrównany} {1 powyżej {2pt} R_ {total}} & = {1 powyżej {2pt} R_1} + {1 powyżej {2pt} R_2} + {1 powyżej {2pt} R_3} & = {1 powyżej {2pt} 20 ; Ω} + {1 powyżej {2pt} 40 ; Ω} + {1 powyżej {2pt} 10 ; Ω} & = {2 powyżej {2pt} 40 ; Ω} + {1 powyżej {2pt} 40 ; Ω} + {4 powyżej {2pt} 40 ; Ω} & = {7 powyżej {2pt} 40 ; Ω} & = 0,175 ; Ω ^ {- 1} end {wyrównany}Wiec to znaczy:
begin {aligned} R_ {total} & = {1 powyżej {2pt} 0,175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 ; Omega end {wyrównany}Inne obliczenia
Opór jest znacznie łatwiejszy do obliczenia w obwodzie szeregowym niż równoległym, ale nie zawsze tak jest. Równania dla pojemności (do) w obwodach szeregowych i równoległych działają w zasadzie w drugą stronę. W przypadku obwodu szeregowego masz równanie na odwrotność pojemności, więc obliczasz całkowitą pojemność (docałkowity) z:
{1 powyżej {2pt} C_ {total}} = {1 powyżej {2pt} C_1} + {1 powyżej {2pt} C_2} + {1 powyżej {2pt} C_3} + ....A potem musisz podzielić jeden przez ten wynik, aby znaleźć docałkowity.
W przypadku obwodu równoległego masz prostsze równanie:
C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ....Jednak podstawowe podejście do rozwiązywania problemów z obwodami szeregowymi a równoległymi jest takie samo.