ความหมายของวงจรซีรีย์ไฟฟ้าแบบง่าย

เนื้อหา

• พื้นฐานของวงจรไฟฟ้า
• ซีรี่ส์เทียบกับวงจรขนาน
• การคำนวณความต้านทานสำหรับวงจรซีรีย์
• การคำนวณความต้านทานสำหรับวงจรขนาน
• วิธีการแก้ปัญหาอนุกรมและวงจรรวมแบบขนาน
• การคำนวณอื่น ๆ

การยึดเกาะกับพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หมายถึงการทำความเข้าใจกับวงจรวิธีการทำงานและวิธีการคำนวณสิ่งต่าง ๆ เช่นความต้านทานรวมรอบประเภทต่างๆของวงจร วงจรในโลกแห่งความเป็นจริงอาจมีความซับซ้อน แต่คุณสามารถเข้าใจได้ด้วยความรู้พื้นฐานที่คุณเลือกจากวงจรที่เรียบง่ายและเป็นอุดมคติ

วงจรหลักสองประเภทคืออนุกรมและขนาน ในวงจรอนุกรมส่วนประกอบทั้งหมด (เช่นตัวต้านทาน) จะถูกจัดเรียงเป็นเส้นโดยมีเส้นลวดเพียงเส้นเดียวที่ทำหน้าที่เป็นวงจร วงจรขนานแยกออกเป็นหลายเส้นทางด้วยหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งองค์ประกอบในแต่ละ การคำนวณวงจรอนุกรมเป็นเรื่องง่าย แต่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจความแตกต่างและวิธีการทำงานกับทั้งสองประเภท

พื้นฐานของวงจรไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าไหลเป็นวงจรเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งมันต้องมีการวนซ้ำอย่างสมบูรณ์เพื่อให้บางสิ่งบางอย่างทำงานได้ หากคุณทำลายลูปนั้นด้วยสวิตช์ไฟจะหยุดไหลและแสงของคุณ (เช่น) จะปิด คำจำกัดความของวงจรอย่างง่ายคือวงปิดของตัวนำที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ได้โดยปกติจะประกอบด้วยแหล่งพลังงาน (เช่นแบตเตอรี่) และส่วนประกอบหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า (เช่นตัวต้านทานหรือหลอดไฟ) และตัวนำลวด

คุณจะต้องเข้าใจคำศัพท์พื้นฐานบางอย่างเพื่อทำความเข้าใจว่าวงจรทำงานอย่างไร แต่คุณจะคุ้นเคยกับคำศัพท์ส่วนใหญ่จากชีวิตประจำวัน

“ ความต่างศักย์ไฟฟ้า” เป็นคำศัพท์สำหรับความแตกต่างของพลังงานศักย์ไฟฟ้าระหว่างสองแห่งต่อการประจุหนึ่งหน่วย แบตเตอรี่ทำงานโดยการสร้างความแตกต่างในศักยภาพระหว่างขั้วทั้งสองของพวกเขาซึ่งช่วยให้กระแสไหลจากที่หนึ่งไปยังอีกเมื่อพวกเขากำลังเชื่อมต่อในวงจร ศักยภาพ ณ จุดหนึ่งคือเทคนิคแรงดันไฟฟ้า แต่ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญในทางปฏิบัติ แบตเตอรี่ 5 โวลต์มีความต่างศักย์ 5 โวลต์ระหว่างขั้วทั้งสองและ 1 โวลต์ = 1 จูลต่อคูลอมบ์

การต่อตัวนำ (เช่นสาย) เข้ากับขั้วทั้งสองของแบตเตอรี่จะสร้างวงจรโดยมีกระแสไฟฟ้าไหลรอบ ๆ กระแสมีหน่วยวัดเป็นแอมป์ซึ่งหมายถึง coulombs (เสียค่าใช้จ่าย) ต่อวินาที

ตัวนำใด ๆ จะมี“ ความต้านทาน” ทางไฟฟ้าซึ่งหมายถึงการต่อต้านของวัสดุต่อการไหลของกระแสไฟฟ้า วัดความต้านทานเป็นโอห์ม (Ω) และตัวนำที่มีความต้านทาน 1 โอห์มเชื่อมต่อกับแรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์จะอนุญาตให้กระแส 1 แอมป์ไหล

ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านี้ถูกห่อหุ้มด้วยกฎของโอห์ม:

V = IR

ในคำว่า“ แรงดันเท่ากับกระแสคูณกับความต้านทาน”

ซีรี่ส์เทียบกับวงจรขนาน

วงจรหลักสองประเภทนั้นมีความโดดเด่นด้วยการจัดเรียงส่วนประกอบต่างๆ

คำนิยามวงจรอนุกรมอย่างง่ายคือ“ วงจรที่มีส่วนประกอบต่าง ๆ เรียงกันเป็นเส้นตรงดังนั้นกระแสทั้งหมดไหลผ่านแต่ละองค์ประกอบในทางกลับกัน” หากคุณสร้างวงจรวงพื้นฐานพร้อมแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานสองตัว การเชื่อมต่อกลับไปที่แบตเตอรี่ตัวต้านทานทั้งสองจะเป็นอนุกรม ดังนั้นกระแสจะไปจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ (โดยการประชุมคุณถือว่ากระแสไฟฟ้าราวกับว่ามันโผล่ออกมาจากปลายขั้วบวก) ไปยังตัวต้านทานตัวแรกจากตัวต้านทานตัวที่สองแล้วกลับไปที่แบตเตอรี่

วงจรขนานนั้นแตกต่างกัน วงจรที่มีตัวต้านทานสองตัวในแบบขนานจะแบ่งออกเป็นสองแทร็กโดยมีตัวต้านทานแต่ละตัว เมื่อกระแสไฟฟ้ามาถึงทางแยกจำนวนกระแสไฟฟ้าเดียวกันที่เข้าสู่ทางแยกจะต้องออกจากทางแยกด้วย สิ่งนี้เรียกว่าการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้าหรือกฎหมายอิเล็กทรอนิกส์ของ Kirchhoff โดยเฉพาะ หากทั้งสองเส้นทางมีความต้านทานเท่ากันกระแสไฟฟ้าที่เท่ากันจะไหลลงมาดังนั้นถ้ากระแส 6 แอมป์ถึงจุดเชื่อมต่อที่มีความต้านทานเท่ากันทั้งสองทาง 3 แอมป์จะไหลลงแต่ละอัน เส้นทางจากนั้นเข้าร่วมอีกครั้งก่อนที่จะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่เพื่อให้วงจรเสร็จสมบูรณ์

การคำนวณความต้านทานสำหรับวงจรซีรีย์

การคำนวณความต้านทานรวมจากตัวต้านทานหลายตัวจะเน้นความแตกต่างระหว่างอนุกรมกับวงจรขนาน สำหรับวงจรอนุกรมความต้านทานรวม (R_รวม) เป็นเพียงผลรวมของความต้านทานส่วนบุคคลดังนั้น:

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

ความจริงที่ว่ามันเป็นวงจรอนุกรมหมายถึงความต้านทานรวมบนเส้นทางนั้นเป็นเพียงผลรวมของความต้านทานแต่ละตัวของมัน

สำหรับปัญหาการฝึกลองนึกภาพวงจรอนุกรมที่มีตัวต้านทานสามตัว: R₁ = 2 Ω, R₂ = 4 Ωและ R₃ = 6 Ω คำนวณค่าความต้านทานรวมในวงจร

นี่เป็นเพียงผลรวมของความต้านทานแต่ละตัวดังนั้นวิธีแก้ไข:

start {จัดชิด} R_ {ทั้งหมด} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 ; Omega ; +6 ; Omega & = 12 ; Omega end {จัดชิด}

การคำนวณความต้านทานสำหรับวงจรขนาน

สำหรับวงจรคู่ขนานการคำนวณของ R_รวม ค่อนข้างซับซ้อนกว่าเล็กน้อย สูตรคือ:

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

โปรดจำไว้ว่าสูตรนี้ให้ค่าความต้านทานซึ่งกันและกัน (นั่นคือหารด้วยค่าความต้านทาน) ดังนั้นคุณต้องหารด้วยคำตอบเพื่อให้ได้ความต้านทานรวม

ลองนึกภาพตัวต้านทานสามตัวที่เหมือนกันเหล่านั้นจากก่อนหน้านี้ถูกจัดเรียงในแบบขนานแทน ความต้านทานรวมจะได้รับจาก:

start {aligned} {1 above {2pt} R_ {total}} & = {1 above {2pt} R_1} + {1 above {2pt} R_2} + {1 above {2pt} R_3} & = {1 above {2pt} 2 ; Ω} + {1 above {2pt} 4 ; Ω} + {1 above {2pt} 6 ; Ω} & = {6 above {2pt} 12 ; Ω} + {3 above {2pt} 12 ; Ω} + {2 above {2pt} 12 ; Ω} & = {11 above {2pt} 12Ω} & = 0.917 ; Ω ^ {- 1} end {จัดชิด}

แต่นี่คือ 1 / R_รวมดังนั้นคำตอบคือ:

start {aligned} R_ {total} & = {1 above {2pt} 0.917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 ; Omega end {จัดชิด}

วิธีการแก้ปัญหาอนุกรมและวงจรรวมแบบขนาน

คุณสามารถแยกวงจรทั้งหมดออกเป็นการรวมกันของอนุกรมและวงจรขนาน สาขาของวงจรขนานอาจมีสามองค์ประกอบในอนุกรมและวงจรอาจประกอบด้วยชุดของสามส่วนขนานส่วนย่อยในแถว

การแก้ปัญหาเช่นนี้หมายถึงการแยกส่วนของวงจรออกเป็นส่วน ๆ ลองพิจารณาตัวอย่างง่ายๆที่มีสามสาขาในวงจรขนาน แต่สาขาหนึ่งในนั้นมีชุดตัวต้านทานสามตัวติดอยู่

เคล็ดลับในการแก้ปัญหาคือการรวมการคำนวณความต้านทานแบบอนุกรมเข้ากับตัวที่ใหญ่กว่าสำหรับทั้งวงจร สำหรับวงจรขนานคุณต้องใช้นิพจน์:

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

แต่สาขาแรก R₁ทำมาจากตัวต้านทานที่แตกต่างกันสามตัวในอนุกรม ดังนั้นหากคุณมุ่งเน้นที่สิ่งนี้ก่อนคุณจะรู้ว่า:

R_1 = R_4 + R_5 + R_6

ลองจินตนาการว่า R₄ = 12 Ω, R₅ = 5 Ωและ R₆ = 3 Ω ความต้านทานรวมคือ:

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

ด้วยผลลัพธ์นี้สำหรับสาขาแรกคุณสามารถไปสู่ปัญหาหลัก ด้วยตัวต้านทานเพียงตัวเดียวในแต่ละเส้นทางที่เหลือบอกว่า R₂ = 40 Ωและ R₃ = 10 Ω ตอนนี้คุณสามารถคำนวณ:

start {aligned} {1 above {2pt} R_ {total}} & = {1 above {2pt} R_1} + {1 above {2pt} R_2} + {1 above {2pt} R_3} & = {1 above {2pt} 20 ; Ω} + {1 above {2pt} 40 ; Ω} + {1 above {2pt} 10 ; Ω} & = {2 above {2pt} 40 ; Ω} + {1 above {2pt} 40 ; Ω} + {4 above {2pt} 40 ; Ω} & = {7 above {2pt} 40 ; Ω} & = 0.175 ; Ω ^ {- 1} end {จัดชิด}

ดังนั้นหมายความว่า:

start {aligned} R_ {total} & = {1 above {2pt} 0.175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 ; Omega end {จัดชิด}

การคำนวณอื่น ๆ

ความต้านทานนั้นง่ายกว่าในการคำนวณในวงจรอนุกรมมากกว่าวงจรขนาน แต่นั่นไม่ใช่กรณี สมการสำหรับความจุ (C) ในซีรีย์และวงจรขนานโดยทั่วไปทำงานในทางตรงกันข้าม สำหรับวงจรอนุกรมคุณมีสมการสำหรับส่วนกลับของความจุดังนั้นคุณจึงคำนวณความจุทั้งหมด (C_รวม) ด้วย:

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

แล้วคุณต้องหารด้วยผลลัพธ์นี้เพื่อค้นหา C_รวม.

สำหรับวงจรขนานคุณมีสมการที่ง่ายกว่า:

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

อย่างไรก็ตามวิธีการพื้นฐานในการแก้ปัญหาด้วยอนุกรมกับวงจรแบบขนานนั้นเหมือนกัน