Mitä eroa on sarja- ja rinnakkaispiireillä?

Piiritopologia on kiehtova ja yllättävän helposti saavutettavissa oleva käsiteperhe. Tänään aiomme tutkia eroa sarja- ja rinnakkaispiirien välillä.

Mikä on sarjapiiri? Lisäksi mikä on rinnakkaispiiri? Vaikka sinulla ei ole aavistustakaan, voimme jo kertoa sinulle, että käytät todennäköisesti molempia piirejä joka ikinen päivä elämäsi.

Sarjapiirin ja rinnakkaispiirin välisen eron ymmärtäminen: määritelmä ja keskeiset käsitteet

Yksinkertaisimmalla mahdollisella tavalla: sarjapiiri tarjoaa sähkövirran yksi ihanteellinen polku sokkelon läpi. Rinnakkaiset piirit, toisaalta, on määritetty siten, että niitä on kaksi tai useampia polkuja piirin läpi, jotta virta seuraa. Tämän tyyppisiä piirejä pidetään "rinnakkaisina", koska virran haarautumispolku kulkee itsensä rinnalla, kun se kulkee molempien silmukoiden läpi samanaikaisesti.

Virran käyttäytyminen rinnakkaispiirissä sen kulkiessa piirin läpi määräytyy suurelta osin sen perusteella, että an sähkövirta etsii tietyn järjestelmän alhaisimman jännitteen alueita miehittäen nämä alueet millä tahansa tavalla.

Se ei ole aivan näin yksinkertaista, mutta sinun on ilo tietää, että tähän liittyy todella vain muutama muu sääntö. Mikä tarkalleen määrittää virran pienimmän vastuksen polun?

Aiheeseen liittyvä: Kuinka tarkistaa jännite yleismittarilla

Sarja vs. Rinnakkaispiirit: Mitä Toledossa tapahtuu?

Tämän ilmiön visualisoimiseksi kutsumme esiin muutamia keskeisiä sanastoa, jotka on pidettävä mielessä:

• Nykyinen: Sähköenergia, joka on otettu lähteestä ja sidottu putkeen.
• Lähde: Mistä sähkö tulee? Akku? Salama?
• Kanava: Mikä tahansa, joka on tarpeeksi johtava vetääkseen sähköä eteenpäin lähteestään. Älypuhelimesi latauskaapelin sisällä oleva kuparijohto on yksi esimerkki sähköputkesta, joka johtaa virran tietokoneeltasi tai lohkolaturista latausta tarvitsevaan akkuun.
• Suljettu virtapiiri: Suljettu sähköverkko, jossa virralla on suora reitti takaisin lähteeseen muodostaen täydellisen, jatkuvan ja katkeamattoman silmukan.
• Jännite: Potentiaalienergian mitta yksikköä kohti, kun mitä tahansa kahta piirin pistettä verrataan toisiinsa. Tämä on mekanismi, jolla virta löytää tiensä piirin läpi; ylijännite yhdessä järjestelmän osassa virtaa pienemmän jännitteen pisteisiin etsien jatkuvasti tasapainoa.
• Resistanssi: Mikä tahansa tekijä, joka estää jännitteen kompensoinnin ja virtauksen. Silikoni on yksi esimerkki erittäin kestävästä, eristävästä materiaalista, jota käytetään yleisesti elektroniikassa. Kestävää materiaalia käytetään ohjaamaan sähkövirtaa koko piirissä ja estämään sitä karkaamasta kanavastaan.

Kun visualisoidaan sähkövirtaa, käsittelemme elektronien siirtymistä atomista atomiin kanavaa pitkin. Esine varautuu positiivisesti tai negatiivisesti, kun sen ympärillä on enemmän elektroneja kuin protoneja, jotka eivät poistu atomista itsestään.

Elektronit ovat sähkön valuutta. Tämä elektronien siirto on olennainen tapa, jolla kanavan jokainen atomi kuljettaa virtaa.

Kuinka elektronit kulkevat sekä sarja- että rinnakkaispiirien läpi?

Ajattele kaikkia näitä elektroneja, jotka ajavat putkijohdon kiskoilla ikään kuin ne olisivat pieniä autoja, jotka ajavat miniatyyrillä supervaltatiellä.

Suljetussa, täydellisessä piirissä sähkö seuraa kanavaansa sinne, missä se lopulta "uppoaa" eli virran pienimmän käytettävissä olevan jännitteen piste, paikka, johon sen fyysisesti tuntuu olevan eniten pakko mennä. Sähkö kiertää suljetun järjestelmän läpi siististi ja jatkuvasti, ja sen kokonaissäilönnyt jännite jakautuu luonnollisesti kaikkialle järjestelmään olettaen tietyn kvanttitilan.

Rinnakkaisessa piirissä sen sijaan, että kulkisi yhä uudelleen tämän yhden, yhden silmukan polun läpi, on "on ramppeja" ja "off-ramppeja", liittymäkohtia, jotka tarjoavat nykyiselle vaihtoehtoisen luonnonkauniin reitin kahden tai useamman rinnakkaisen haaran läpi. Yksinkertainen silmukkatila jakautuu nyt paljon eri tavalla koko piirissä.

Aiheeseen liittyvä: Tee-se-itse-elektroniikkaprojekti-ideoita tekniikan opiskelijoille

Rinnakkainen jännite: Kirchhoffin piirilait

Olemme nähneet rinnakkaisia ​​piirejä, joiden kuvataan jossain määrin muistuttavan haarautuvia verisuonia. Koko verkosto tukee veren virtausta jokaisen laskimon ja kapillaarin läpi saavuttaen kehon joka kolkkaan, johon järjestelmä on yhteydessä.

Saksalainen fyysikko Gustav Kirchhoff oli yksi ensimmäisistä, joka formalisoi piirianalyysin matemaattisesti. Hän pystyi yksinkertaistamaan sähkön käyttäytymistä piirissä käyttämällä kahta fysikaalista lakia, jotka kulkevat käsi kädessä.

Minkä tahansa piirin läpi kulkeva virta noudattaa fyysisesti näitä lakeja riippumatta siitä, mitä:

1. Solmuun tai haarapiirin leikkauspisteeseen virtaava energia on paljon yhtä suuri kuin siitä virtaava energia, mikä säästää järjestelmän nettokokonaisvarausta.
2. Sähköisten nettopotentiaalierojen kokonaissumman koko järjestelmässä on oltava nolla. Syöttökomponentit, kuten akkukennot, osallistuvat tähän summaan, syöttäen ne energiaa kuluttaviin komponentteihin, kuten vastuksiin tai laitteisiin, kuten hehkulamppuihin.

Molemmat selventävät, mikä tarkalleen ohjaa virran käyttäytymistä missä tahansa piirissä. Tämä toinen kohta on kuitenkin erityisen mielenkiintoinen.

Pohjimmiltaan tämä toinen laki väittää, että jokaisen piirin läpi kulkevan elektronin on saatava täsmälleen yhtä paljon energiaa kuin se menettää matkan varrella. Jos jompikumpi vaatimuksista ei täyty, tarkasteltava reitti ei ole käyttökelpoinen virran läpikulku luonnollisesti.

Aiheeseen liittyvä: Pienen budjetin tee-se-itse-elektroniikkaprojektit aloittelijoille

Esimerkkejä sarja- ja rinnakkaispiireistä

Yleisin esimerkki jännitteestä rinnakkain vs. sarjassa: Jouluvalot. Erityisesti modernit jouset vs. vintage valot.

Alun perin jouluvalot käytettiin sarjaan, yksisuuntainen päivänkakkara ketju sipulit; jos yksi polttimo menee rikki, sammuu koko laite, sekä ennen palanutta polttimoa että sen jälkeen. Piiri on nyt auki ja käytännössä katkennut.

Se on valitettavaa, mutta älä anna tämän ensimmäisen esimerkin pilata sarjassa olevia piirejä puolestasi. On edelleen monia tilanteita, joissa sarjapiirit ovat itse asiassa sopiva piirityyppi valita:

• Yksinkertaiset laitteet, jotka ohjaavat vain yhtä laitetta – esimerkiksi joidenkin lelujen pienet LED-valot
• Taskulamppu tai mikä tahansa muu yksinkertainen laite, joka toimii kytkimellä
• Sulake, joka suojaa suurta laitetta, kuten pesukonetta, ylivirralta; ne on kytketty sarjaan niin, että sarja katkeaa sulakkeen lauetessa

Sitä vastoin rinnakkaispiirit on suunniteltu pysymään toiminnassa kaikissa olosuhteissa. Nykyaikaiset jouluvalot käyttävät rinnakkaispiiriä esimerkiksi edellä mainitun valitettavan lomakatastrofin estämiseksi. Vaikka vain yksi lamppu olisi pystyssä, se voi silti loistaa.

Muita yleisiä esimerkkejä rinnakkaisista piireistä ovat seuraavat:

• Auton ajovalot on kytketty rinnan niin, että toinen puoli pysyy toimivana, vaikka toinen puoli epäonnistuisi
• Kaupalliset kaiutinjärjestelmät käyttävät rinnakkaispiirejä samasta syystä
• Katuvalaisimet luottavat rinnakkaiseen jännitteeseen pitääkseen suurimman osan kadusta valaistuna

Rinnakkaisia ​​piirejä tai sarjapiirejä ei pidä nähdä "parempina" tai "huonompina" kuin toiset - molemmat ovat uskomattoman hyödyllisiä omalla tavallaan eri olosuhteissa. Jos tiedät, mitä sinun on saatava aikaan suunnittelemallasi piirillä, aidan puolen, jolle kuulut, pitäisi olla täysin ilmeinen.

Aiheeseen liittyvä: Mikä on yleismittari ja missä sitä voi käyttää?

Piirien perusteet: Rinnakkais- ja sarjapiirit ja miksi molemmilla on merkitystä

Sähkö on vaarallista. Piirien toiminnan ymmärtäminen on yksi tapa pitää itsesi turvassa riippumatta siitä, mihin olet joutunut.

Hyvä uutinen: jos pystyt ymmärtämään nämä ja muut käsitteet tällä alalla, olet aseistettu ja valmis sisältää kaiken, mitä sinun tulee tietää, jotta projektisi ei paista kehoasi elossa kuin kana nugget. Ota se joltakulta, joka on ollut siellä.

Mikä on ero AC: n ja DC: n välillä ja kuinka voit muuntaa ne?

Oletko hämmentynyt vaihto- ja tasavirtalähteestä? Lue lisää eroista ja siitä, miten AC ja DC voidaan muuntaa.

Lue Seuraava

Kirjailijasta