Paralelní a sériové zapojení

Dva nejdůležitější pojmy v jakémkoli obvodu jsou napětí a proud, které se měří v čase, protože jinak by jejich měření nemělo pro pochopení fungování obvodu žádný význam.

Stres — (U nebo méně často E) je rozdíl potenciálů mezi dvěma body nebo energie (práce) vynaložená na přesun kladného náboje z bodu s nízkým potenciálem do bodu s vysokým potenciálem. Měří se ve voltech.

1 V * 1000 = kilovolt

1V * 0.001 = milivolt

1V * 0.000001 = mikrovolt

Ток (I) je rychlost pohybu elektrického náboje v bodě, měřená v ampérech (A) a obvykle se nachází v rozsahu mikroampérů (10-6) nebo miliampérů (10-3), méně časté jsou nanoampéry (10-9) a pikoampéry (10-12).

Napětí se měří mezi dvěma body v obvodu a proud protéká bodem nebo prvkem v obvodu.

Často můžete slyšet lidi říkat napětí v relé nebo na triaku, tj. v určitém bodě obvodu. Teoreticky to není správné říkat, ale v praxi každý chápe, že se tím myslí napětí mezi prvkem a „zemí“ (bod v obvodu s potenciálem známým všem).

Fyzika je obecně věda o předpokladech, tj. u některých napětí a proudů se délka vodičů a jejich vzájemný vliv přehlíží jako nevýznamný, zatímco v našich ostatních příkladech se jedná o velmi důležitý prvek, který nelze ignorovat.

Proudy tekoucí do bodu se rovnají proudům z něj vytékajícím, což se nazývá Kirchhoffův zákon pro proudy. Z toho vyplývá, že v důsledně Proud ve všech bodech obvodu je stejný a v paralelním obvodu se skládá ze součtů proudů všech částí obvodu. Pro snazší pochopení si představme vodovodní systém a spočítejme, kolik kbelíků vody můžeme načerpat z napůl otevřeného kohoutku, předpokládejme, že nabereme kbelík za 5 minut, pokud po tomto kohoutku prodloužíme potrubí a otevřeme další kohoutek do poloviny, pak také nabereme kbelík za 5 minut, ale pokud dáme dva kohoutky paralelně a nabereme do dvou kbelíků, pak za 2.5 minuty budeme mít dvě poloviny nebo 1 celý kbelík.

na paralelní Pokud je připojovací napětí na všech prvcích stejné, nebo jak říká Kirchhoffův zákon pro napětí, součet úbytků napětí v uzavřeném obvodu se rovná 0.

Výkon je práce vykonaná za jednotku času. Výkon může být jak rozptýlený (vytápění), tak akumulovaný (baterie). Moderním příkladem rozptýleného výkonu je počítač, kde se část vynaložené energie přeměňuje na teplo, a pokud to pro notebook není zásadní a nevýznamné, pak pro moderní servery s webovými stránkami je odvod tepla neboli chladicí systém jedním z nejdůležitějších.

Mezi proudem a napětím vždy existuje vztah a existuje mnoho prvků obvodu, které mají určité charakteristiky související s tímto vztahem, například

-Rezistor (proud je přímo úměrný napětí)

-Kondenzátor (proud je úměrný rychlosti změny napětí)

-Dioda (Proud teče pouze jedním směrem)

-Termistoru (odpor závisí na teplotě)

– Tenzometr (odpor závisí na deformaci)

Jakékoli dráty nebo vodiče v obvodu mají odpor, ale při vývoji nebo návrhu inženýři volí takový průřez, aby pro proudy tohoto obvodu byl jejich odpor tak nevýznamný, že jej lze zanedbat. Takže pro rozsvícení LED, kde je proud 0.02 A a napětí 5 V, stačí velmi tenké vodiče a zároveň, pokud zvýšíte napětí na 220 voltů a proud na 20 ampérů, pak dráty takový proud jednoduše nevydrží a roztaví se, což pro obvod bude představovat značný odpor.

Odpor se měří v ohmech a nejčastěji se pohybuje od 1 ohmu do 20 MOhm (20 000 000 ohmů), rezistory se často nazývají odpor, ale odpor je charakteristikou rezistoru, takže není úplně správné to tak říkat, je to jako nazývat všechna auta diesely nebo Mercedesy. Druhým nejdůležitějším parametrem rezistoru je výkon, který dokáže rozptýlit, nejběžnější hodnota je ¼ wattu nebo 0.25 W, ale kromě toho mají rezistory i takové hodnoty jako

– Stabilita v čase

Rezistory se používají k převodu napětí na proud a naopak.

Pokud jsou rezistory zapojeny sériově, jejich odpor se rovná součtu a pokud jsou rezistory zapojeny paralelně, jejich celkový odpor je vždy menší než odpor kteréhokoli z rezistorů. Například pokud si vezmeme klasickou moskevskou dopravní zácpu, pak kapacita vozovky se skládá z hlavní části, krajnice a přilehlé dvorní plochy, pokud do dvora umístíme závoru a podél krajnice uděláme plot, pak se napětí řidičů v této oblasti zvýší, protože budou jezdit pomaleji.

Většina prvků obvodu má vstup a výstup, nejčastěji je na vstup přiváděno napětí a z výstupu ho také odebíráme. Například audio zesilovač přijímá na vstup malé napětí a na výstupu má napětí stejného tvaru, ale výrazně vyšší hodnoty. Dělič napětí hraje v mnoha obvodech významnou roli, ve skutečnosti se jedná o protizesilovač znázorněný na obrázku.

Nejjednodušší dělič napětí se skládá ze dvou rezistorů a jak víme, proud se rovná vstupnímu napětí dělenému celkovým odporem I = Uin./(R1+R2). Pokud nás zajímá výstupní napětí, pak vezmeme stejný proud, protože máme sériové zapojení a je stejný ve všech úsecích obvodu, a vydělíme ho odporem tohoto obvodu neboli R2,

Uvýstup = Uvstup R2 / (R1 + R2)

Dva klíčové pojmy, o kterých mluvíme, jsou napětí a proud, které mají své vlastní zdroje. Jednoduchým příkladem zdroje napětí je baterie, která poskytuje napětí 1.5 voltu, má vnitřní odpor 0.25 ohmu a energetickou rezervu přibližně 10 000 W*s. Během používání se tyto vlastnosti zhoršují a napětí klesá pod 1 volt a vnitřní odpor se zvyšuje na 2–3 ohmy.

Kromě zdroje napětí existuje také koncept zdroje proudu, což je v ideálních situacích „černá skříňka“ se dvěma svorkami, která mezi nimi udržuje konstantní proud bez ohledu na velikost odporu zátěže a napětí. Zdroj proudu preferuje zátěž ve formě uzavřeného obvodu, na rozdíl od zdroje napětí, který preferuje otevřený obvod.

Pokud máme mnoho zdrojů napětí a mnoho rezistorů, pak je lze podle teorie ekvivalence nahradit ekvivalentním zdrojem napětí a ekvivalentním rezistorem, viz obrázek

Ekvivalentní odpor nebo odpor zdroje nebo vnitřní odpor musí být vždy výrazně nižší než odpor zátěže, aby se neztrácel významný výkon a nebyly potřeba velké proudy.

Jak připojit kondenzátory a vypočítat jejich celkovou kapacitu již bylo diskutováno na stránkách webu. Jak zapojit odpory a vypočítat jejich celkový odpor? To je přesně to, o čem bude řeč v tomto článku.

Rezistory jsou přítomny v jakémkoli elektronickém obvodu a jejich jmenovitý odpor se může lišit ne 2–3krát, ale o desítky a stovkykrát. Takže v obvodu můžete najít odpor 1 Ohm a hned vedle je odpor 1000 1 Ohm (XNUMX kOhm)!

Proto při sestavování obvodu nebo opravě elektronického zařízení možná budete potřebovat rezistor s určitým nominálním odporem, ale nemáte jej po ruce. V důsledku toho není vždy možné rychle najít vhodný rezistor s požadovanou hodnotou. Tato okolnost zpomaluje proces montáže nebo opravy obvodu. Cestou z této situace může být použití kompozitního odporu.

Abyste mohli sestavit kompozitní rezistor, musíte zapojit několik rezistorů paralelně nebo sériově a získat tak jmenovitý odpor, který potřebujeme. V praxi se to hodí neustále. Znalosti o správném zapojení rezistorů a výpočtu jejich celkového odporu pomáhají jak opravářům při restaurování vadné elektroniky, tak radioamatérům zaneprázdněným montáží svých elektronických zařízení.

Sériové zapojení rezistorů

V reálném životě vypadá sériové zapojení rezistorů takto:

Sériově zapojené rezistory řady MLT

Schéma sériového připojení vypadá takto:

Diagram ukazuje, že nahrazujeme jeden odpor několika, jejichž celkový odpor se rovná tomu, který potřebujeme.

Výpočet celkového odporu v sériovém zapojení je velmi jednoduchý. Je nutné sečíst všechny jmenovité odpory rezistorů obsažených v tomto obvodu. Podívejte se na vzorec.

Celkový jmenovitý odpor kompozitního odporu je označen jako R_celkový.

Jmenovité odpory rezistorů obsažených v obvodu jsou označeny jako R₁, R₂, R₃,…R_N.

Při použití sériového připojení stojí za to pamatovat si jedno jednoduché pravidlo:

Ze všech sériově zapojených rezistorů hraje hlavní roli ten s nejvyšším odporem. Právě to velmi ovlivňuje celkový odpor.

Pokud tedy například připojíme tři odpory, jejichž hodnoty jsou 1, 10 a 100 ohmů, výsledkem bude kompozit 111 ohmů. Pokud odstraníte odpor 100 Ohmů, celkový odpor řetězu prudce klesne na 11 Ohmů! A pokud odstraníte například odpor 10 ohmů, odpor bude již 101 ohmů. Jak vidíte, nízkoodporové odpory v sériovém obvodu nemají prakticky žádný vliv na celkový odpor.

Paralelní zapojení rezistorů

Rezistory můžete zapojit paralelně:

Dva rezistory MLT-2 zapojené paralelně

Schéma zapojení paralelního připojení je následující:

Abyste mohli vypočítat celkový odpor několika paralelně zapojených rezistorů, musíte znát vzorec. Ta vypadá takto:

Tento vzorec lze výrazně zjednodušit, pokud použijeme pouze dva odpory. V tomto případě bude mít vzorec tvar:

Existuje několik jednoduchých pravidel, která vám umožní zjistit bez předběžného výpočtu, jaký by měl být odpor dvou rezistorů, abyste získali požadovanou hodnotu při jejich paralelním zapojení.

Pokud jsou dva rezistory se stejným odporem zapojeny paralelně, pak bude celkový odpor těchto rezistorů přesně dvakrát menší než odpor každého z rezistorů obsažených v tomto řetězci.

Toto pravidlo vychází z jednoduchého vzorce pro výpočet celkového odporu paralelního obvodu. obvod sestávající z rezistorů stejné hodnoty. Je to velmi jednoduché. Musíte vydělit jmenovitý odpor jednoho z rezistorů jejich celkovým počtem:

Zde R₁ – jmenovitý odpor rezistoru. N – počet rezistorů se stejným jmenovitým odporem.

Po přečtení výše uvedených vzorců si řeknete, že všechny platí pro výpočet kapacity paralelně a sériově zapojených kondenzátorů. Ano, pouze ve vztahu ke kondenzátorům vše funguje přesně naopak. Více o připojení kondenzátorů se můžete dozvědět zde.

Ověřte si platnost zde uvedených vzorců pomocí jednoduchého experimentu.

Vezměme dva rezistory MLT-2 o hodnotách 3 a 47 Ohmů a zapojíme je sériově. Poté změříme celkový odpor výsledného obvodu pomocí digitálního multimetru. Jak vidíme, rovná se součtu odporů rezistorů zapojených do tohoto obvodu.

Měření celkového odporu v sériovém zapojení

Nyní zapojíme naše rezistory paralelně a změříme jejich celkový odpor.

Měření odporu v paralelním zapojení

Jak vidíte, výsledný odpor (2,9 Ohmů) je menší než nejmenší (3 Ohmy) obsažený v řetězci. To vede k dalšímu známému pravidlu, které lze aplikovat v praxi:

Když jsou odpory zapojeny paralelně, celkový odpor obvodu bude menší než nejmenší odpor obsažený v tomto obvodu.

Co dalšího je třeba vzít v úvahu při zapojování rezistorů?

Za prvé určitě jejich jmenovitý výkon se bere v úvahuNapříklad potřebujeme najít náhradu za rezistor 100 Ohmů s výkonem 1 W. Vezměme dva rezistory o hodnotě 50 Ohmů a zapojíme je do série. Na jaký ztrátový výkon by měly tyto dva rezistory sloužit?

Protože sériově zapojenými rezistory protéká stejný stejnosměrný proud (řekněme 0,1 A) a odpor každého z nich je 50 Ohmů, pak musí být ztrátový výkon každého z nich alespoň 0,5 W. V důsledku toho se na každém z nich uvolní 0,5 W výkonu. Celkem to bude stejný 1 W.

Tento příklad je docela hrubý. Proto, pokud máte pochybnosti, měli byste vzít odpory s výkonovou rezervou.

Přečtěte si více o ztrátovém výkonu rezistoru zde.

Za druhé, při připojování byste měli použít odpory stejného typu, například řady MLT. Samozřejmě není nic špatného, ​​když si vezmete různé. Toto je pouze doporučení.