Kakšna je razlika med serijskimi in vzporednimi vezji?

Topologija vezja je fascinantna in presenetljivo dostopna družina konceptov. Danes bomo raziskali razliko med zaporednimi in vzporednimi vezji.

Kaj je serijsko vezje? Poleg tega, kaj je vzporedno vezje? Tudi če nimate čisto nobenega pojma, vam lahko že povemo, da verjetno uporabljate obe vrsti vezij vsak dan svojega življenja.

Razumevanje razlike med serijskim in vzporednim vezjem: definicija in ključni koncepti

Najpreprosteje povedano: serijsko vezje ponuja tok električne energije ena idealna pot skozi labirint. Vzporedna vezja, po drugi strani pa so konfigurirani tako, da obstajajo dve ali več poti skozi vezje, da sledi tok. Te vrste vezij se štejejo za "vzporedne", ker razvejana pot toka poteka vzporedno, ko poteka skozi obe zanki hkrati.

Obnašanje toka v vzporednem vezju, ko teče skozi vezje, je v veliki meri odvisno od dejstva, da je an električni tok bo iskal območja z najnižjo napetostjo v danem sistemu in ta območja zasedel na kakršen koli način.

Ni ravno tako preprosto, toda z veseljem boste izvedeli, da je tukaj vpletenih le nekaj drugih pravil. Kaj natančno določa pot najmanjšega upora toka?

Povezano: Kako preveriti napetost z multimetrom

Serija vs. Vzporedna vezja: Kaj se tukaj dogaja v Toledu?

Za vizualizacijo tega pojava bomo poiskali nekaj ključnih besednih besed, ki si jih morate zapomniti:

• Trenutni: Električna energija, črpana iz vira in vezana s cevjo.
• Vir: Od kod prihaja elektrika? Akumulator? Strela?
• Vodovod: Vse, kar je dovolj prevodno, da potegne elektriko naprej od svojega vira. Bakrena žica v polnilnem kablu vašega pametnega telefona je en primer električnega voda, ki vodi tok iz vašega računalnika ali od blokirnega polnilnika do baterije, ki jo je treba napolniti.
• Zaprt krog: Zaprto električno omrežje, v katerem ima tok neposredno pot nazaj do vira in tvori popolno, neprekinjeno in neprekinjeno zanko.
• Napetost: Merilo potencialne energije na enoto, ko se kateri koli dve točki v vezju primerjata med seboj. To je mehanizem, s katerim tok najde pot skozi vezje; presežna napetost v enem delu sistema teče v točke nižje napetosti in nenehno išče ravnotežje.
• Odpor: Vsak dejavnik, ki zavira kompenzacijo napetosti in pretok. Silikon je en primer zelo odpornega, izolacijskega materiala, ki se običajno uporablja v elektroniki. Odporen material se uporablja za usmerjanje toka električne energije po celotnem tokokrogu in za preprečevanje, da bi ušel iz kanala.

Ko vizualiziramo električni tok, imamo opravka s prenosom elektronov od atoma do atoma vzdolž cevi. Predmet postane pozitivno ali negativno nabit, ko ima okoli njega več elektronov kot protonov, ki ne zapustijo atoma sami od sebe.

Elektroni so valuta električne energije. Ta prenos elektronov je sestavni del načina, kako tok prenaša vsak atom cevi.

Kako elektroni prehajajo skozi zaporedno in vzporedno vezje?

Pomislite na vse te elektrone, ki vozijo po tirnicah cevi, kot da so majhni avtomobili, ki vozijo po miniaturni super-avtocesti.

V zaprtem, popolnem krogu električna energija sledi svojemu kanalu do mesta, kjer bo sčasoma "potonila" - tj. točka najnižje napetosti, ki je na voljo za tok, kraj, kjer se bo fizično počutil najbolj prisiljen pojdi. Električna energija teče skozi zaprt sistem lepo in neprekinjeno, njena skupna ohranjena napetost pa se naravno porazdeli po sistemu, ob predpostavki določenega kvantnega stanja.

V vzporednem krogu, namesto da bi vedno znova potovali po tej eni sami zanki, obstajajo "rampe" in "off-ramps", stičišča dostopa, ki trenutnemu ponujajo alternativno slikovito pot skozi dva ali več vzporednih vej. Enostavno zankasto stanje se zdaj po vezju razporedi precej drugače.

Povezano: Ideje za projekte DIY elektronike za študente inženiringa

Vzporedna napetost: Kirchhoffovi zakoni vezja

Videli smo vzporedna vezja, ki so do neke mere podobna razvejanim krvnim žilam. Celotna mreža podpira pretok krvi skozi vsako veno in kapilaro ter doseže vsak kotiček telesa, s katerim je sistem povezan.

Nemški fizik Gustav Kirchhoff je bil eden prvih, ki je matematično formaliziral analizo vezja. Obnašanje elektrike v vezju mu je uspelo poenostaviti z uporabo dveh fizikalnih zakona, ki gresta z roko v roki.

Tok, ki teče skozi katero koli vezje, fizično upošteva te zakone, ne glede na vse:

1. Energija, ki teče v vozlišče ali presečišče razvejenega vezja, je precej enaka energiji, ki teče iz njega, pri čemer se ohrani neto skupni naboj sistema.
2. Skupna vsota neto potencialnih električnih razlik v celotnem sistemu mora biti enaka nič. Napajalne komponente, kot so baterijske celice, prispevajo k tej vsoti, ki se napajajo v komponente, ki porabijo energijo, kot so upori ali naprave, kot so žarnice.

Oboje pojasnjuje, kaj natančno ureja vedenje toka v katerem koli danem vezju. Ta druga točka pa je še posebej zanimiva.

V bistvu ta drugi zakon trdi, da mora vsak elektron, ki gre skozi vezje, pridobiti natanko toliko energije, kot jo izgubi na poti. Če katera koli zahteva ni izpolnjena, obravnavana pot ni izvedljiva pot, po kateri bi tok naravno tekel.

Povezano: Nizkoproračunski DIY elektronski projekti za začetnike

Primeri zaporednih in vzporednih vezij

Najpogostejši primer vzporedne napetosti vs. v seriji: božične lučke. Natančneje, sodobne strune vs. vintage luči.

Prvotno so bile božične lučke nanizane v serijah, enosmerna marjeticna veriga žarnic; če ena žarnica odpove, ugasne vse, tako pred pregorelo žarnico kot po njej. Vezje je zdaj odprto in je dejansko prekinjeno.

Žalostno stanje, vendar ne dovolite, da bi vam ta prvi primer pokvaril zaporedna vezja. Še vedno obstaja veliko okoliščin, ko so serijska vezja dejansko ustrezna vrsta vezja za izbiro:

• Preproste naprave, ki nadzorujejo samo eno napravo - na primer majhne LED luči v nekaterih igračah
• Svetilka ali katera koli druga preprosta naprava, ki se aktivira s preklopom stikala
• Varovalka, ki ščiti veliko napravo, kot je pralni stroj, pred prekomernim tokom; povezani so v serijsko vezje, tako da se serija prekine kot posledica, ko se sproži varovalka

Nasprotno pa so vzporedna vezja zasnovana tako, da ostanejo v delovanju v vseh pogojih. Sodobne božične lučke uporabljajo vzporedno vezje, da preprečijo na primer prej omenjeno nesrečno praznično katastrofo. Tudi če bo ostala samo ena žarnica, bo še vedno lahko svetila.

Drugi pogosti primeri vzporednih vezij vključujejo naslednje:

• Avtomobilski žarometi so ožičeni vzporedno, tako da ena stran ostane funkcionalna, tudi če druga stran odpove
• Komercialni zvočniški sistemi uporabljajo vzporedna vezja iz istega razloga
• Ulične svetilke se zanašajo na napetost vzporedno, da ohranijo večino ulic osvetljene

Niti vzporedna niti zaporedna vezja se ne smejo obravnavati kot "boljša" ali "slabša" od drugih - oba sta na svoj način neverjetno uporabna v različnih okoliščinah. Če veste, kaj morate doseči s vezjem, ki ga načrtujete, bi morala biti stran ograje, ki ji pripadate, popolnoma očitna.

Povezano: Kaj je multimeter in kje ga lahko uporabite?

Osnove o vezjih: vzporedna in zaporedna vezja in zakaj sta oba pomembna

Elektrika je nevarna. Razumevanje delovanja tokokrogov je eden od načinov, da se zaščitite, ne glede na to, v kaj se slučajno spuščate.

Dobra novica: če lahko razumete te koncepte in druge na tem področju, boste oboroženi in pripravljeni z vsem, kar morate vedeti, da preprečite, da bi vaš projekt ocvrl vaše telo živo kot piščanca nugget. Vzemite ga od nekoga, ki je bil tam.

Kakšna je razlika med AC in DC in kako ju lahko pretvorite?

Vas zmede izmenična in enosmerna moč? Preberite, če želite izvedeti razlike in kako je mogoče pretvoriti AC in DC.

Preberite Naprej

O avtorju