Определение последовательного соединения проводников. Последовательное и параллельное соединение проводников: законы, схемы, формулы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое последовательное и параллельное соединение проводников. Какие законы действуют при разных типах соединения. Как рассчитать общее сопротивление цепи при последовательном и параллельном соединении. Какие формулы используются для расчетов.

Содержание

Что такое последовательное соединение проводников

Последовательное соединение проводников — это такой способ подключения элементов электрической цепи, при котором они соединяются друг за другом, образуя единую неразветвленную цепь. При этом через все элементы протекает один и тот же ток.

Основные характеристики последовательного соединения:

Сила тока одинакова во всех элементах цепи
Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных элементах
Общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных элементов

Законы последовательного соединения проводников

При последовательном соединении проводников действуют следующие законы:

Закон для силы тока: I = I1 = I2 = … = In
Закон для напряжения: U = U1 + U2 + … + Un

Закон для сопротивления: R = R1 + R2 + … + Rn

Где I — сила тока в цепи, U — общее напряжение, R — общее сопротивление, а индексы 1, 2, …, n обозначают отдельные элементы цепи.

Схема последовательного соединения проводников

Схематически последовательное соединение изображается следующим образом:

[Здесь была бы схема последовательного соединения резисторов]

На схеме резисторы R1, R2, R3 соединены последовательно. Ток I проходит через все элементы.

Формулы для расчета параметров при последовательном соединении

Основные формулы для расчетов при последовательном соединении:

Общее сопротивление: R = R1 + R2 + … + Rn
Общее напряжение: U = U1 + U2 + … + Un
Сила тока: I = U / R

Что такое параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников — это такой способ подключения, при котором все элементы присоединяются своими началами к одной точке цепи, а концами — к другой. При этом напряжение на всех элементах одинаково.

Основные характеристики параллельного соединения:

Напряжение одинаково на всех элементах
Общий ток равен сумме токов через отдельные элементы
Общая проводимость равна сумме проводимостей отдельных элементов

Законы параллельного соединения проводников

При параллельном соединении действуют следующие законы:

Закон для напряжения: U = U1 = U2 = … = Un
Закон для силы тока: I = I1 + I2 + … + In
Закон для проводимости: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn

Где U — напряжение на участке цепи, I — общий ток, R — общее сопротивление, а индексы 1, 2, …, n обозначают отдельные элементы.

Схема параллельного соединения проводников

Схема параллельного соединения выглядит следующим образом:

[Здесь была бы схема параллельного соединения резисторов]

На схеме резисторы R1, R2, R3 соединены параллельно. Напряжение U одинаково на всех элементах.

Формулы для расчета параметров при параллельном соединении

Основные формулы для расчетов при параллельном соединении:

Общее сопротивление: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn
Общий ток: I = I1 + I2 + … + In
Напряжение: U = I * R

Отличия последовательного и параллельного соединения

Основные отличия двух типов соединения:

Параметр	Последовательное	Параллельное
Сила тока	Одинакова во всех элементах	Разная в элементах, равна сумме токов
Напряжение	Сумма напряжений на элементах	Одинаково на всех элементах
Сопротивление	Сумма сопротивлений элементов	Обратная величина суммы обратных сопротивлений

Применение различных типов соединения

Последовательное и параллельное соединение проводников применяется в различных электрических цепях:

Последовательное соединение используется в делителях напряжения, например, в реостатах и потенциометрах.
Параллельное соединение применяется для подключения бытовых электроприборов к сети.
В аккумуляторных батареях используется как последовательное (для увеличения напряжения), так и параллельное (для увеличения емкости) соединение.
В осветительных приборах лампы часто соединяются параллельно.

Как рассчитать общее сопротивление при смешанном соединении

При смешанном соединении, когда в цепи присутствуют как последовательные, так и параллельные участки, расчет общего сопротивления производится поэтапно:

Сначала рассчитываются сопротивления параллельных участков.
Затем эти участки заменяются эквивалентными сопротивлениями.
После этого рассчитывается общее сопротивление последовательно соединенных элементов.

Пример расчета:

[Здесь была бы схема смешанного соединения резисторов]

1. Рассчитаем сопротивление параллельного участка R2 и R3: 1/R23 = 1/R2 + 1/R3

2. Заменим этот участок эквивалентным сопротивлением R23

3. Рассчитаем общее сопротивление последовательно соединенных R1 и R23: R = R1 + R23

Какие ошибки часто допускают при расчетах

При расчетах параметров цепей с последовательным и параллельным соединением часто допускаются следующие ошибки:

Применение формулы суммирования сопротивлений для параллельного соединения вместо формулы сложения обратных величин.
Забывание о том, что при параллельном соединении напряжение на всех элементах одинаково.
Неправильное определение типа соединения на сложных схемах.
Ошибки в математических вычислениях при работе с дробями в формуле параллельного соединения.

Чтобы избежать этих ошибок, важно внимательно анализировать схему и правильно применять соответствующие формулы.

Дайте определение последовательного сопротивления проводников

Сопротивление проводников. Параллельное и последовательное соединение проводников.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношениюнапряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему [1] . Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника;

— сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

При последовательном соединении проводников (рис. 1.9.1) сила тока во всех проводниках одинакова:

Последовательное соединение проводников

По закону Ома, напряжения U₁ и U₂ на проводниках равны

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂:

где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует:

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

При параллельном соединении (рис. 1.9.2) напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд IΔt, а утекает от узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно,I = I₁ + I₂.

Параллельное соединение проводников

Записывая на основании закона Ома

где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рис. 1.9.3 приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений.

Расчет сопротивления сложной цепи. Сопротивления всех проводников указаны вомах (Ом)

Следует отметить, что далеко не все сложные цепи, состоящие из проводников с различными сопротивлениями, могут быть рассчитаны с помощью формул для последовательного и параллельного соединения. На рис. 1.9.4 приведен пример электрической цепи, которую нельзя рассчитать указанным выше методом.

Пример электрической цепи, которая не сводится к комбинации последовательно и параллельно соединенных проводников

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R – общее сопротивление, R1 – сопротивление одного элемента, а n – количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является елочная гирлянда, когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный амперметр. Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 – силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 – сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 – значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях – увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

Как я и обещал в статье про переменные резисторы (ссылка), сегодня речь пойдет о возможных способах соединения резисторов, в частности о последовательном соединении и о параллельном.

Последовательное соединение резисторов.

Давайте начнем с рассмотрения цепей, элементы которой соединены последовательно. И хоть мы и будем рассматривать только резисторы в качестве элементов цепи в данной статье, но правила, касающиеся напряжений и токов при разных соединениях будут справедливы и для других элементов. Итак, первая цепь, которую мы будем разбирать выглядит следующим образом:

Здесь у нас классический случай последовательного соединения – два последовательно включенных резистора. Но не будем забегать вперед и рассчитывать общее сопротивление цепи, а для начала рассмотрим все напряжения и токи. Итак, первое правило заключается в том, что протекающие по всем проводникам токи при последовательном соединении равны между собой:

А для определения общего напряжения при последовательном соединении, напряжения на отдельных элементах необходимо просуммировать:

В то же время, по закону Ома для напряжений, сопротивлений и токов в данной цепи справедливы следующие соотношения:

Тогда для вычисления общего напряжения можно будет использовать следующее выражение:

Но для общего напряжение также справедлив закон Ома:

Здесь – это общее сопротивление цепи, которое исходя из двух формул для общего напряжения равно:

Таким образом, при последовательном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет равно сумме сопротивлений всех проводников.

Например для следующей цепи:

Общее сопротивление будет равно:

Количество элементов значения не имеет, правило, по которому мы определяем общее сопротивление будем работать в любом случае 🙂 А если при последовательном соединении все сопротивления равны (), то общее сопротивление цепи составит:

в данной формуле равно количеству элементов цепи.

С последовательным соединением резисторов мы разобрались, давайте перейдем к параллельному.

Параллельное соединение резисторов.

При параллельном соединении напряжения на проводниках равны:

А для токов справедливо следующее выражение:

То есть общий ток разветвляется на две составляющие, а его значение равно сумме всех составляющих. По закону Ома:

Подставим эти выражения в формулу общего тока:

А по закону Ома ток:

Приравниваем эти выражения и получаем формулу для общего сопротивления цепи:

Данную формулу можно записать и несколько иначе:

Таким образом, при параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Аналогичная ситуация будет наблюдаться и при большем количестве проводников, соединенных параллельно:

Смешанное соединение резисторов.

Помимо параллельного и последовательного соединений резисторов существует еще смешанное соединение. Из названия уже понятно, что при таком соединении в цепи присутствуют резисторы, соединенные как параллельно, так и последовательно. Вот пример такой цепи:

Давайте рассчитаем общее сопротивление цепи. Начнем с резисторов и – они соединены параллельно. Мы можем рассчитать общее сопротивление для этих резисторов и заменить их в схеме одним единственным резистором :

Теперь у нас образовались две группы последовательно соединенных резисторов:

Заменим эти две группы двумя резисторами, сопротивление которых равно:

Как видите, схема стала уже совсем простой ) Заменим группу параллельно соединенных резисторов и одним резистором :

И в итоге у нас на схеме осталось только два резистора соединенных последовательно:

Общее сопротивление цепи получилось равным:

Таким вот образом достаточно большая схема свелась к простейшему последовательному соединению двух резисторов 😉

Тут стоит отметить, что некоторые схемы невозможно так просто преобразовать и определить общее сопротивление – для таких схем нужно использовать правила Кирхгофа, о которых мы обязательно поговорим в будущих статьях. А сегодняшняя статья на этом подошла к концу, до скорых встреч на нашем сайте!

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ — это… Что такое ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ?

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ: в электротехнике — 1) соединение двухполюсников, при к-ром через них проходит один и тот же ток, т. к. для него имеется единств. путь. П. с. источников электроэнергии применяется для получения напряжения, превышающего эдс одного источника. При П. с. нагрузок напряжения на них распределяется пропорционально их сопротивлениям. Выключение одного элемента прерывает ток во всей цепи. 2) Соединение четырёхполюсников, при к-ром напряжение и сила тока на выходе предыдущего четырёхполюсника соответственно равны напряжению и силе тока на входе последующего.

ПОСАДОЧНАЯ МАШИНА
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Смотреть что такое «ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ» в других словарях:

Последовательное соединение — проводников. Параллельное соединение проводников. Последовательное и параллельное соединение в электротехнике два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так,… … Википедия
последовательное соединение — Электрическое соединение, при котором через рассматриваемые участки электрической цепи возможен только один и тот же электрический ток. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы последовательное соединение участков… … Справочник технического переводчика
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ — в электротехнике 1) соединение двухполюсников, при котором через них проходит один и тот же ток.2) Соединение четырехполюсников, при котором напряжение и ток на выходе предыдущего четырехполюсника равны напряжению и току на входе последующего … Большой Энциклопедический словарь
последовательное соединение — в электротехнике, 1) соединение двухполюсников, при котором через них проходит один и тот же ток. 2) Соединение четырёхполюсников, при котором напряжение и ток на выходе предыдущего четырёхполюсника равны напряжению и току на входе последующего.… … Энциклопедический словарь
последовательное соединение — nuoseklusis jungimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. connection in series; series connection vok. Reihenschaltung, f; Serienschaltung, f rus. последовательное соединение, n pranc. couplage en série, m; couplage série, m … Automatikos terminų žodynas
последовательное соединение — nuoseklusis jungimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrinės grandinės elementų jungimas vienas paskui kitą (kiekviename jų teka tokio pat stiprio srovė). atitikmenys: angl. series connection rus. последовательное соединение … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
последовательное соединение — nuoseklusis jungimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. connection in series; series connection vok. Reihenschaltung, f; Reihenschluß, m; Serienschaltung, f rus. последовательное соединение, n pranc. connexion en série, f; montage en… … Fizikos terminų žodynas
Последовательное соединение — в электротехнике, 1) соединение Двухполюсников, при котором через них проходит один и тот же ток, т.к. для него имеется один единственный путь. П. с. источников электроэнергии применяется для получения напряжения, превышающего эдс одного… … Большая советская энциклопедия
последовательное соединение — см. в ст. Электрическая цепь. Энциклопедия «Техника». М.: Росмэн. 2006 … Энциклопедия техники
Последовательное соединение элементов системы — [serial linkage] такое соединение элементов в единую систему, при котором выход предыдущего является входом следующего. Таким образом, вход системы совпадает со входом первого звена, а выходом системы служит выход последнего звена. (Рис. П.4).… … Экономико-математический словарь

Последовательное и параллельное соединение элементов электрической цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

На уроке рассматривается параллельное соединение проводников. Изображается схема такого соединения, показывается выражение для вычисления силы тока в такой цепи. Также вводится понятие эквивалентного сопротивления, находится его значение для случая параллельного соединения.

Соединения проводников бывают различные. Они могут быть параллельными, последовательными и смешанными. На данном уроке мы рассмотрим параллельное соединение проводников и понятие эквивалентного сопротивления.

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, при котором начала и концы проводников соединяются вместе. На схеме такое соединение обозначается следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Параллельное соединение трех резисторов

На рисунке изображены три резистора (прибор, основанный на сопротивлении проводника) с сопротивлениями R1, R2, R3. Как видим, начала этих проводников соединены в точке А, концы — в точке Б, а расположены они параллельно друг другу. Также в цепи может быть большее количество параллельно соединенных проводников.

Теперь рассмотрим следующую схему (рис. 2):

Рис. 2. Схема для исследования силы тока при параллельном соединении проводников

В качестве элементов цепи мы взяли две лампы (1а, 1б). Они также имеют свое сопротивление, поэтому мы их можем рассматривать наравне с резисторами. Эти две лампы соединены параллельно, соединяются они в точках А и Б. К каждой лампе подсоединен свой амперметр: соответственно, А 1 и А 2 . Также есть амперметр А 3 , который измеряет силу тока во всей цепи. В цепь еще входит источник питания (3) и ключ (4).

Замкнув ключ, мы будем следить за показаниями амперметров. Амперметр А 1 покажет силу тока, равную I 1 , в лампе 1а, амперметр А 2 — cилу тока, равную I 2 , в лампе 1б. Что же касается амперметра А 3 , то он покажет силу тока, равную сумме токов в каждой отдельной взятой цепи, соединенных параллельно: I = I 1 + I 2 . То есть, если сложить показания амперметров А 1 и А 2 , то получим показания амперметра А 3 .

Стоит обратить внимание, что если одна из ламп перегорит, то вторая будет продолжать работать. При этом весь ток будет проходить через эту вторую лампу. Это очень удобно. Так, например, электроприборы в наших домах включаются в цепь параллельно. И если один из них выходит из строя, то остальные остаются в рабочем состоянии.

Рис. 3. Схема для нахождения эквивалентного сопротивления при параллельном соединении

На схеме рис. 3 мы оставили один амперметр (2), но добавили в электрическую цепь вольтметр (5) для измерения напряжения. Точки А и Б являются общими и для первой (1а), и для второй лампы (1б), а значит, вольтметр измеряет напряжение на каждой из этих ламп (U 1 и U 2) и во всей цепи (U). Тогда U = U 1 = U 2 .

Эквивалентным сопротивлением называется сопротивление, которое может заменить все элементы, входящие в данную цепь. Посмотрим, чему же оно будет равно при параллельном соединении. Из закона Ома можно получить, что:

В данной формуле R — эквивалентное сопротивление, R 1 и R 2 — сопротивление каждой лампочки, U = U 1 = U 2 — напряжение, которое показывает вольтметр (5). При этом мы используем то, что сумма токов в каждой отдельной цепи равна общей силе тока (I = I 1 + I 2). Отсюда можно получить формулу для эквивалентного сопротивления:

Если в цепи будет больше элементов, соединенных параллельно, то и слагаемых будет больше. Тогда придется вспомнить, как работать с простыми дробями.

Стоить отметить, что при параллельном соединении эквивалентное сопротивление будет достаточно малым. Соответственно, сила тока будет достаточно большой. Это стоит учитывать при включении в розетки большого количества электрических приборов. Ведь тогда сила тока возрастет, что может привести к перегреванию проводов и пожарам.

На следующем уроке мы рассмотрим другой тип соединения проводников — последовательное.

Список литературы

Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. — М.: Мнемозина.
Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. — М.: Просвещение.

Физика ().
Сверхзадача ().
Интернет-портал Nado5.ru ().

Домашнее задание

Стр. 114-117: вопросы № 1-6. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
Могут ли быть параллельно соединены более трех проводников?
Что случится, если одна из двух ламп, которые соединены параллельно, перегорит?
Если к любой цепи параллельно подключить еще один проводник, всегда ли её эквивалентное сопротивление будет уменьшаться?

Одним из китов, на котором держатся многие понятия в электронике, является понятие последовательного и параллельного подключения проводников. Знать основные отличия указанных типов подключения просто необходимо. Без этого нельзя понять и прочитать ни одной схемы.

Основные принципы

Электрический ток движется по проводнику от источника к потребителю (нагрузке). Чаще всего в качестве проводника выбирается медный кабель. Связано это с требованием, которое предъявляется к проводнику: он должен легко высвобождать электроны.

Независимо от способа подключения, электрический ток двигается от плюса к минусу. Именно в этом направлении убывает потенциал. При этом стоит помнить, что провод, по котору идет ток, также обладает сопротивлением. Но его значение очень мало. Именно поэтому им пренебрегают. Сопротивление проводника принимают равным нулю. В том случае, если проводник обладает сопротивлением, его принято называть резистором.

Параллельное подключение

В данном случае элементы, входящие в цепь, объединены между собой двумя узлами. С другими узлами у них связей нет. Участки цепи с таким подключением принято называть ветвями. Схема параллельного подключения представлена на рисунке ниже.

Если говорить более понятным языком, то в данном случае все проводники одним концом соединены в одном узле, а вторым — во втором. Это приводит к тому, что электрический ток разделяется на все элементы. Благодаря этому увеличивается проводимость всей цепи.

При подключении проводников в цепь данным способом напряжение каждого из них будет одинаково. А вот сила тока всей цепи будет определяться как сумма токов, протекающих по всем элементам. С учетом закона Ома путем нехитрых математических расчетов получается интересная закономерность: величина, обратная общему сопротивлению всей цепи, определяется как сумма величин, обратных сопротивлениям каждого отдельного элемента. При этом учитываются только элементы, подключенные параллельно.

Последовательное подключение

В данном случае все элементы цепи соединены таким образом, что они не образуют ни одного узла. При данном способе подключения имеется один существенный недостаток. Он заключается в том, что при выходе из строя одного из проводников все последующие элементы работать не смогут. Ярким примером такой ситуации является обычная гирлянда. Если в ней перегорает одна из лампочек, то вся гирлянда перестает работать.

Последовательное подключение элементов отличается тем, что сила тока во всех проводниках равна. Что касается напряжения цепи, то оно равно сумме напряжения отдельных элементов.

В данной схеме проводники включаются в цепь поочередно. А это значит, что сопротивление всей цепи будет складываться из отдельных сопротивлений, характерных для каждого элемента. То есть общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех проводников. Эту же зависимость можно вывести и математическим способом, используя закон Ома.

Смешанные схемы

Бывают ситуации, когда на одной схеме можно увидеть одновременно последовательное и параллельное подключение элементов. В таком случае говорят о смешанном соединении. Расчет подобных схем проводится отдельно для каждой из группы проводников.

Так, чтобы определить общее сопротивление, необходимо сложить сопротивление элементов, подключенных параллельно, и сопротивление элементов с последовательным подключением. При этом последовательное подключение является доминантным. То есть его рассчитывают в первую очередь. И только после этого определяют сопротивление элементов с параллельным подключением.

Подключение светодиодов

Зная основы двух типов подключения элементов в цепи, можно понять принцип создания схем различных электроприборов. Рассмотрим пример. во многом зависит от напряжения источника тока.

При небольшом напряжении сети (до 5 В) светодиоды подключают последовательно. Снизить уровень электромагнитных помех в данном случае поможет конденсатор проходного типа и линейные резисторы. Проводимость светодиодов увеличивают за счет использования системных модуляторов.

При напряжении сети 12 В может использоваться и последовательное, и параллельное подключение сети. В случае последовательного подключения используют импульсные блоки питания. Если собирается цепь из трех светодиодов, то можно обойтись без усилителя. Но если цепь будет включать большее количество элементов, то усилитель необходим.

Во втором случае, то есть при параллельном подключении, необходимо использование двух открытых резисторов и усилителя (с пропускной способностью выше 3 А). Причем первый резистор устанавливается перед усилителем, а второй — после.

При высоком напряжении сети (220 В) прибегают к последовательному подключению. При этом дополнительно используют операционные усилители и понижающие блоки питания.

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассмотрел , применительно к электрическим цепям, содержащие источники энергии. Но в основе анализа и проектирования электронных схем вместе с законом Ома лежат также законы баланса , называемым первым законом Кирхгофа, и баланса напряжения на участках цепи, называемым вторым законом Кирхгофа, которые рассмотрим в данной статье. Но для начала выясним, как соединяются между собой приёмники энергии и какие при этом взаимоотношения между токами, напряжениями и .

Приемники электрической энергии можно соединить между собой тремя различными способами: последовательно, параллельно или смешано (последовательно — параллельно). Вначале рассмотрим последовательный способ соединения, при котором конец одного приемника соединяют с началом второго приемника, а конец второго приемника – с началом третьего и так далее. На рисунке ниже показано последовательное соединение приемников энергии с их подключением к источнику энергии

Пример последовательного подключения приемников энергии.

В данном случае цепь состоит из трёх последовательных приемников энергии с сопротивлением R1, R2, R3 подсоединенных к источнику энергии с U. Через цепь протекает электрический ток силой I, то есть, напряжение на каждом сопротивлении будет равняться произведению силы тока и сопротивления

Таким образом, падение напряжения на последовательно соединённых сопротивлениях пропорциональны величинам этих сопротивлений.

Из вышесказанного вытекает правило эквивалентного последовательного сопротивления, которое гласит, что последовательно соединённые сопротивления можно представить эквивалентным последовательным сопротивлением величина, которого равна сумме последовательно соединённых сопротивлений. Это зависимость представлена следующими соотношениями

где R – эквивалентное последовательное сопротивление.

Применение последовательного соединения

Основным назначением последовательного соединения приемников энергии является обеспечение требуемого напряжения меньше, чем напряжение источника энергии. Одними из таких применений является делитель напряжения и потенциометр

Делитель напряжения (слева) и потенциометр (справа).

В качестве делителей напряжения используют последовательно соединённые резисторы, в данном случае R1 и R2, которые делят напряжение источника энергии на две части U1 и U2. Напряжения U1 и U2 можно использовать для работы разных приемников энергии.

Довольно часто используют регулируемый делитель напряжения, в качестве которого применяют переменный резистор R. Суммарное сопротивление, которого делится на две части с помощью подвижного контакта, и таким образом можно плавно изменять напряжение U2 на приемнике энергии.

Ещё одним способом соединения приемников электрической энергии является параллельное соединение, которое характеризуется тем, что к одним и тем же узлам электрической цепи присоединены несколько преемников энергии. Пример такого соединения показан на рисунке ниже

Пример параллельного соединения приемников энергии.

Электрическая цепь на рисунке состоит из трёх параллельных ветвей с сопротивлениями нагрузки R1, R2 и R3. Цепь подключена к источнику энергии с напряжением U, через цепь протекает электрический ток с силой I. Таким образом, через каждую ветвь протекает ток равный отношению напряжения к сопротивлению каждой ветви

Так как все ветви цепи находятся под одним напряжением U, то токи приемников энергии обратно пропорциональны сопротивлениям этих приемников, а следовательно параллельно соединённые приемники энергии можно заметь одним приемником энергии с соответствующим эквивалентным сопротивлением, согласно следующих выражений

Таким образом, при параллельном соединении эквивалентное сопротивление всегда меньше самого малого из параллельно включенных сопротивлений.

Смешанное соединение приемников энергии

Наиболее широко распространено смешанное соединение приемников электрической энергии. Данной соединение представляет собой сочетание последовательно и параллельно соединенных элементов. Общей формулы для расчёта данного вида соединений не существует, поэтому в каждом отдельном случае необходимо выделять участки цепи, где присутствует только лишь один вид соединения приемников – последовательное или параллельное. Затем по формулам эквивалентных сопротивлений постепенно упрощать данные участи и в конечном итоге приводить их к простейшему виду с одним сопротивлением, при этом токи и напряжения вычислять по закону Ома. На рисунке ниже представлен пример смешанного соединения приемников энергии

Пример смешанного соединения приемников энергии.

В качестве примера рассчитаем токи и напряжения на всех участках цепи. Для начала определим эквивалентное сопротивление цепи. Выделим два участка с параллельным соединением приемников энергии. Это R1||R2 и R3||R4||R5. Тогда их эквивалентное сопротивление будет иметь вид

В результате получили цепь из двух последовательных приемников энергии R 12 R 345 эквивалентное сопротивление и ток, протекающий через них, составит

Тогда падение напряжения по участкам составит

Тогда токи, протекающие через каждый приемник энергии, составят

Как я уже упоминал, законы Кирхгофа вместе с законом Ома являются основными при анализе и расчётах электрических цепей. Закон Ома был подробно рассмотрен в двух предыдущих статьях, теперь настала очередь для законов Кирхгофа. Их всего два, первый описывает соотношения токов в электрических цепях, а второй – соотношение ЭДС и напряжениями в контуре. Начнём с первого.

Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Описывается это следующим выражением

где ∑ — обозначает алгебраическую сумму.

Слово «алгебраическая» означает, что токи необходимо брать с учётом знака, то есть направления втекания. Таким образом, всем токам, которые втекают в узел, присваивается положительный знак, а которые вытекают из узла – соответственно отрицательный. Рисунок ниже иллюстрирует первый закон Кирхгофа

Изображение первого закона Кирхгофа.

На рисунке изображен узел, в который со стороны сопротивления R1 втекает ток, а со стороны сопротивлений R2, R3, R4 соответственно вытекает ток, тогда уравнение токов для данного участка цепи будет иметь вид

Первый закон Кирхгофа применяется не только к узлам, но и к любому контуру или части электрической цепи. Например, когда я говорил о параллельном соединении приемников энергии, где сумма токов через R1, R2 и R3 равна втекающему току I.

Как говорилось выше, второй закон Кирхгофа определяет соотношение между ЭДС и напряжениями в замкнутом контуре и звучит следующим образом: алгебраическая сумма ЭДС в любом контуре цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на элементах этого контура. Второй закон Кирхгофа определяется следующим выражением

В качестве примера рассмотрим ниже следующую схему, содержащую некоторый контур

Схема, иллюстрирующая второй закон Кирхгофа.

Для начала необходимо определится с направлением обхода контура. В принципе можно выбрать как по ходу часовой стрелки, так и против хода часовой стрелки. Я выберу первый вариант, то есть элементы будут считаться в следующем порядке E1R1R2R3E2, таким образом, уравнение по второму закону Кирхгофа будет иметь следующий вид

Второй закон Кирхгофа применяется не только к цепям постоянного тока, но и к цепям переменного тока и к нелинейным цепям.
В следующей статье я рассмотрю основные способы расчёта сложных цепей с использованием закона Ома и законов Кирхгофа.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.

Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно. При этом последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами соединений, а смешанное соединение это их совокупность.

Последовательным соединением проводников называется такое соединение, когда конец первого проводника соединен с началом второго, конец второго проводника соединен с началом третьего и так далее (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема последовательного соединения проводников

Общее сопротивление цепи, состоящее из нескольких последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

r = r 1 + r 2 + r 3 + … + r n .

Ток на отдельных участках последовательной цепи везде одинаков:

I 1 = I 2 = I 3 = I .

Видео 1. Последовательное соединение проводников

Пример 1. На рисунке 2 представлена электрическая цепь, состоящая из трех последовательно включенных сопротивлений r 1 = 2 Ом, r 2 = 3 Ом, r 3 = 5 Ом. Требуется определить показания вольтметров V 1 , V 2 , V 3 и V 4 , если ток в цепи равен 4 А.

Сопротивление всей цепи

r = r 1 + r 2 + r 3 = 2 + 3 + 5 =10 Ом.

Рисунок 2. Схема измерения напряжений на отдельных участках электрической цепи

В сопротивлении r 1 при протекании тока будет падение напряжения:

U 1 = I × r 1 = 4 × 2 = 8 В.

Вольтметр V 1 , включенный между точками а и б , покажет 8 В.

В сопротивлении r 2 также происходит падение напряжения:

U 2 = I × r 2 = 4 × 3 = 12 В.

Вольтметр V 2 , включенный между точками в и г , покажет 12 В.

Падение напряжения в сопротивлении r 3:

U 3 = I × r 3 = 4 × 5 = 20 В.

Вольтметр V 3 , включенный между точками д и е , покажет 20 В.

Если вольтметр присоединить одним концом к точке а , другим концом к точке г , то он покажет разность потенциалов между этими точками, равную сумме падений напряжения в сопротивлениях r 1 и r 2 (8 + 12 = 20 В).

Таким образом, вольтметр V , измеряющий напряжение на зажимах цепи и включенный между точками а и е , покажет разность потенциалов между этими точками или сумму падений напряжения в сопротивлениях r 1 , r 2 и r 3 .

Отсюда видно, что сумма падений напряжения на отдельных участках электрической цепи равна напряжению на зажимах цепи.

Так как при последовательном соединении ток цепи на всех участках одинаков, то падение напряжения пропорционально сопротивлению данного участка.

Пример 2. Три сопротивления 10, 15 и 20 Ом соединены последовательно, как показано на рисунке 3. Ток в цепи 5 А. Определить падение напряжения на каждом сопротивлении.

U 1 = I × r 1 = 5 ×10 = 50 В,
U 2 = I × r 2 = 5 ×15 = 75 В,
U 3 = I × r 3 = 5 ×20 = 100 В.

Рисунок 3. К примеру 2

Общее напряжение цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2 + U 3 = 50 + 75 + 100 = 225 В.

Параллельное соединение проводников

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, когда начала всех проводников соединены в одну точку, а концы проводников – в другую точку (рисунок 4). Начало цепи присоединяется к одному полюсу источника напряжения, а конец цепи – к другому полюсу.

Из рисунка видно, что при параллельном соединении проводников для прохождения тока имеется несколько путей. Ток, протекая к точке разветвления А , растекается далее по трем сопротивлениям и равен сумме токов, уходящих от этой точки:

I = I 1 + I 2 + I 3 .

Если токи, приходящие к точке разветвления, считать положительными, а уходящие – отрицательными, то для точки разветвления можно написать:

то есть алгебраическая сумма токов для любой узловой точки цепи всегда равна нулю. Это соотношение, связывающее токи в любой точке разветвления цепи, называется первым законом Кирхгофа . Определение первого закона Кирхгофа может звучать и в другой формулировке, а именно: сумма токов втекающих в узел электрической цепи равна сумме токов вытекающих из этого узла.

Видео 2. Первый закон Кирхгофа

Обычно при расчете электрических цепей направление токов в ветвях, присоединенных к какой либо точке разветвления, неизвестны. Поэтому для возможности самой записи уравнения первого закона Кирхгофа нужно перед началом расчета цепи произвольно выбрать так называемые положительные направления токов во всех ее ветвях и обозначить их стрелками на схеме.

Пользуясь законом Ома, можно вывести формулу для подсчета общего сопротивления при параллельном соединении потребителей.

Общий ток, приходящий к точке А , равен:

Токи в каждой из ветвей имеют значения:

По формуле первого закона Кирхгофа

I = I 1 + I 2 + I 3

Вынося U в правой части равенства за скобки, получим:

Сокращая обе части равенства на U , получим формулу подсчета общей проводимости:

g = g 1 + g 2 + g 3 .

Таким образом, при параллельном соединении увеличивается не сопротивление, а проводимость .

Пример 3. Определить общее сопротивление трех параллельно включенных сопротивлений, если r 1 = 2 Ом, r 2 = 3 Ом, r 3 = 4 Ом.

Пример 4. Пять сопротивлений 20, 30 ,15, 40 и 60 Ом включены параллельно в сеть. Определить общее сопротивление:

Следует заметить, что при подсчете общего сопротивления разветвления оно получается всегда меньше, чем самое меньшее сопротивление, входящее в разветвление.

Если сопротивления, включенные параллельно, равны между собой, то общее сопротивление r цепи равно сопротивлению одной ветви r 1 , деленному на число ветвей n :

Пример 5. Определить общее сопротивление четырех параллельно включенных сопротивлений по 20 Ом каждое:

Для проверки попробуем найти сопротивление разветвления по формуле:

Как видим, ответ получается тот же.

Пример 6. Пусть требуется определить токи в каждой ветви при параллельном их соединении, изображенном на рисунке 5, а .

Найдем общее сопротивление цепи:

Теперь все разветвления мы можем изобразить упрощенно как одно сопротивление (рисунок 5, б ).

Падение напряжения на участке между точками А и Б будет:

U = I × r = 22 × 1,09 = 24 В.

Возвращаясь снова к рисунку 5, а видим, что все три сопротивления окажутся под напряжением 24 В, так как они включены между точками А и Б .

Рассматривая первую ветвь разветвления с сопротивлением r 1 , мы видим, что напряжение на этом участке 24 В, сопротивление участка 2 Ом. По закону Ома для участка цепи ток на этом участке будет:

Ток второй ветви

Ток третьей ветви

Проверим по первому закону Кирхгофа

При решении задач принято преобразовывать схему, так, чтобы она была как можно проще. Для этого применяют эквивалентные преобразования. Эквивалентными называют такие преобразования части схемы электрической цепи, при которых токи и напряжения в не преобразованной её части остаются неизменными.

Существует четыре основных вида соединения проводников: последовательное, параллельное, смешанное и мостовое.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – это такое соединение, при котором сила тока на всем участке цепи одинакова. Ярким примером последовательного соединения является старая елочная гирлянда. Там лампочки подключены последовательно, друг за другом. Теперь представьте, одна лампочка перегорает, цепь нарушена и остальные лампочки гаснут. Выход из строя одного элемента, ведет за собой отключение всех остальных, это является существенным недостатком последовательного соединения.

При последовательном соединении сопротивления элементов суммируются.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором напряжение на концах участка цепи одинаково. Параллельное соединение наиболее распространено, в основном потому, что все элементы находятся под одним напряжением, сила тока распределена по-разному и при выходе одного из элементов все остальные продолжают свою работу.

При параллельном соединении эквивалентное сопротивление находится как:

В случае двух параллельно соединенных резисторов

В случае трех параллельно подключенных резисторов:

Смешанное соединение

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.

Сначала найдем эквивалентное сопротивление для параллельного участка цепи, а затем прибавим к нему оставшееся сопротивление R 3 . Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R 1 R 2 и резистор R 3 , соединены последовательно.

Итак, остается самое интересное и самое сложное соединение проводников.

Мостовая схема

Мостовая схема соединения представлена на рисунке ниже.

Для того чтобы свернуть мостовую схему, один из треугольников моста, заменяют эквивалентной звездой.

И находят сопротивления R 1 , R 2 и R 3 .

Задачи на последовательное соединение проводников

Теоретические материал для решения задач на последовательное соединение проводников (сопротивлений).

Задача №1.

Четыре проводника соединены последовательно сопротивлением. R1 = 1 Oм, R2 = 2 Oм, R3 = 3 Oм и R4 = 4 Oм. Каждый проводник можно замкнуть накоротко. Определить эквивалентное сопротивление цепи, если:

- а) замкнут проводник R2;
- б) замкнутых проводников нет;

Вариант а)

Дано: R1=1 Ом; R2=0 Ом; R3=3 Ом; R4=4 Ом;

Найти: R_экв-?

Решение: R_экв=R1+R2+R3+R4=1+0+3+4=8 Ом.

Вариант б)

Дано: R1=1 Ом; R2=2 Ом; R3=3 Ом; R4=4 Ом;

Найти: R_экв-?

Решение: RЭкв=R1+R2+R3+R4=1+2+3+4=10 Ом.

Ответ: а) R_экв=8 Ом; б) R_экв=10 Ом

Задача №2.

Два резистора R1=1 кОм и R2=10 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи 1,5 А. Определить падение напряжения на каждом сопротивлении и эквивалентное сопротивление цепи.

Дано: R1=1 кОм; R2=10 Ом, I1=1,5А.

Найти: U1, U2, R_экв -?

Решение: Переведём сопротивление R1=1 кОм = 1000 Ом.

Так как резисторы соединены последовательно – ток в цепи одинаковый I1= I2=1,5А.

- U1=I1*R1= 1,5*1000 = 1500 В.
- U2=I1*R2= 1,5*10 = 15 В.
- Rэкв=R1+R2=1000+10=1010 Ом.

Ответ: U1=1500 В, U2=15 В, Rэкв=1010 Ом.

Задача №3.

Участок цепи состоит из двух сопротивлений, соединённых последовательно R1=20 Ом, R2=30 Ом. Напряжение на участке цепи 100 В. Определить силу тока в цепи и напряжение на каждом резисторе.

Дано: R1=20 Ом; R2=30 Ом. U12=100 В.

Найти: U1, U2, I1 -?

Решение: согласно закону Ома найдём ток в цепи.

Где Rэкв – Эквивалентное сопротивление двух проводников Rэкв=R1+R2.

Так как проводники соединены последовательно – ток в цепи одинаковый I1= I2 = 2А.

- U1=I1*R1= 2*20 = 40 В.
- U2=I1*R2= 2*30 = 60 В.

Ответ: U1=40 В, U2=60 В, I1=2 А.

Задача №4.

Электрическая цепь состоит из двух проводников с сопротивлением R1=0,2 кОм, R2=300 Ом. Падение напряжение на первом резисторе составляет 20 В. Определить силу тока в цепи и падение напряжения на втором сопротивлении.

Дано: R1=0,2 кОм; R2=300 Ом. U1=20 В.

Найти: U2, I1 -?

Решение: согласно закону Ома найдём ток в первом сопротивлении.

I1=U1/R1 = 20/200 = 0,1 А.

Так как сопротивления соединены последовательно – ток в цепи одинаковый I1= I2=0,1 А.

U2=I1*R2= 0,1*300 = 30 В.

Ответ: U2=30 В, I1=0,1 А.

Задача №5.

Определить показание вольтметра если амперметр, включенный в цепь показывает 1 А. Сопротивление первого проводника составляет 10 Ом, а второго в два раза больше.

Дано: R1=10 Ом; R2=2*R1 Ом. I1=1 A.

Найти: U12 -?

Решение:

Rэкв=R1+2*R1 = 10 + 2*10 =30 Ом
U12 = Rэкв*I1= 30*1 = 30 В.

Ответ: U12=30 В.

Для последовательного соединения двух проводников выполняются следующие. Электрическая цепь с последовательным соединением элементов

Содержание:

Последовательное соединение проводников

Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R — общее сопротивление, R1 — сопротивление одного элемента, а n — количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является , когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный . Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 — силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 — сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 — значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях — увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Смешанное соединение проводников

Если нам надо, чтобы электроприбор работал, мы должны подключить его к . При этом ток должен проходить через прибор и возвращаться вновь к источнику, то есть цепь должна быть замкнутой.

Но подключение каждого прибора к отдельному источнику осуществимо, в основном, в лабораторных условиях. В жизни же приходится иметь дело с ограниченным количеством источников и довольно большим количеством потребителей тока. Поэтому создают системы соединений, позволяющие нагрузить один источник большим количеством потребителей. Системы при этом могут быть сколь угодно сложными и разветвленными, но в их основе лежит всего два вида соединения: последовательное и параллельное соединение проводников. Каждый вид имеет свои особенности, плюсы и минусы. Рассмотрим их оба.

Последовательное соединение проводников

Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом. Электроприборы в данном случае можно сравнить с людьми в хороводе, а их руки, держащие друг друга – это провода, соединяющие приборы. Источник тока в данном случае будет одним из участников хоровода.

Напряжение всей цепи при последовательном соединении будет равно сумме напряжений на каждом включенном в цепь элементе. Сила тока в цепи будет одинакова в любой точке. А сумма сопротивлений всех элементов составит общее сопротивление всей цепи. Поэтому последовательное сопротивление можно выразить на бумаге следующим образом:

I=I_1=I_2=⋯=I_n ; U=U_1+U_2+⋯+U_n ; R=R_1+R_2+⋯+R_n ,

Плюсом последовательного соединения является простота сборки, а минусом – то, что если один элемент выйдет из строя, то ток пропадет во всей цепи. В такой ситуации неработающий элемент будет подобен ключу в выключенном положении. Пример из жизни неудобства такого соединения наверняка припомнят все люди постарше, которые украшали елки гирляндами из лампочек.

Если в такой гирлянде выходила из строя хотя бы одна лампочка, приходилось перебирать их все, пока не найдешь ту самую, перегоревшую. В современных гирляндах эта проблема решена. В них используют специальные диодные лампочки, в которых при перегорании сплавляются вместе контакты, и ток продолжает беспрепятственно проходить дальше.

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении проводников все элементы цепи подключаются к одной и той же паре точек, можно назвать их А и В. К этой же паре точек подключают источник тока. То есть получается, что все элементы подключены к одинаковому напряжению между А и В. В то же время ток как бы разделяется на все нагрузки в зависимости от сопротивления каждой из них.

Параллельное соединение можно сравнить с течением реки, на пути которой возникла небольшая возвышенность. Вода в таком случае огибает возвышенность с двух сторон, а потом вновь сливается в один поток. Получается островок посреди реки. Так вот параллельное соединение – это два отдельных русла вокруг острова. А точки А и В – это места, где разъединяется и вновь соединяется общее русло реки.

Напряжение тока в каждой отдельной ветви будет равно общему напряжению в цепи. Общий ток цепи будет складываться из токов всех отдельных ветвей. А вот общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет меньше сопротивления тока на каждой из ветвей. Это происходит потому, что общее сечение проводника между точками А и В как бы увеличивается за счет увеличения числа параллельно подключенных нагрузок. Поэтому общее сопротивление уменьшается. Параллельное соединение описывается следующими соотношениями:

U=U_1=U_2=⋯=U_n ; I=I_1+I_2+⋯+I_n ; 1/R=1/R_1 +1/R_2 +⋯+1/R_n ,

где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление, 1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь.

Огромным плюсом параллельного соединения является то, что при выключении одного из элементов, цепь продолжает функционировать дальше. Все остальные элементы продолжают работать. Минусом является то, что все приборы должны быть рассчитаны на одно и то же напряжение. Именно параллельным образом устанавливают розетки сети 220 В в квартирах. Такое подключение позволяет включать различные приборы в сеть совершенно независимо друг от друга, и при выходе их строя одного из них, это не влияет на работу остальных.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Расчёт сопротивления проводников и реостаты: формулы
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРабота и мощность тока

Последовательное и параллельное соединение проводников это основные виды соединения проводников, встречающиеся на практике. Так как электрические цепи, как правило, не состоят из однородных проводников одинакового сечения. Как же найти сопротивление цепи, если известны сопротивления ее отдельных частей.

Рассмотрим два типичных случая. Первый из них это когда два или боле проводников обладающих сопротивлением включены последовательно. Последовательно значит, что конец первого проводника подключен к началу второго и так далее. При таком включении проводников сила тока в каждом из них будет одинакова. А вот напряжение на каждом из них будет различным.

Рисунок 1 — последовательное соединение проводников

Падение напряжения на сопротивлениях можно определить исходя из закона Ома.

Формула 1 — Падение напряжения на сопротивлении

Сумма этих напряжений будет равна полному напряжению, приложенному к цепи. Напряжение на проводниках будет распределяться пропорционально их сопротивлению. То есть можно записать.

Формула 2 — соотношение между сопротивлением и напряжением

Суммарное же сопротивление цепи будет равно сумме всех сопротивлений включенных последовательно.

Формула 3 — вычисление суммарного сопротивления при параллельном включении

Второй случай, когда сопротивления в цепи включены параллельно друг другу. То есть в цепи есть два узла и все проводники обладающие сопротивлением подключаются к этим узлам. В такой цепи токи во всех ветвях в общем случае не равны друг другу. Но сумма всех токов в цепи после разветвления будет равна току до разветвления.

Рисунок 2 — Параллельное соединение проводников

Формула 4 — соотношение между токами в параллельных ветвях

Сила тока в каждой из разветвлённой цепи также подчиняется закону Ома. Напряжение на всех проводниках будет одинаково. Но сила тока будет разлучаться. В цепи, состоящей из параллельно соединенных проводников, токи распределяются пропорционально сопротивлениям.

Формула 5 — Распределение токов в параллельных ветвях

Чтобы найти полное сопротивление цепи в этом случае необходимо сложить величины обратные сопротивлениям то есть проводимости.

Формула 6 — Сопротивление параллельно включённых проводников

Также существует упрощённая формула для частного случая когда параллельно включены два одинаковых сопротивления.

Подробности Категория: Статьи Создано: 06.09.2017 19:48

Как подключить в кукольном домике несколько светильников

Когда вы задумываетесь о том как сделать освещение в кукольном домике или румбоксе, где не один, а несколько светильников, то встает вопрос о том, как их подключить, объединить в сеть. Существует два типа подключения: последовательное и параллельное, о которых мы слышали со школьной скамьи. Их и рассмотрим в этой статье.

Я постараюсь описать всё простым доступным языком, чтобы всё было понятно даже самым-самым гуманитариям, не знакомым с электрическими премудростями.

Примечание : в этой статье рассмотрим только цепь с лампочками накаливания. Освещение диодами более сложное и будет рассмотрено в другой статье.

Для понимания каждая схема будет сопровождена рисунком и рядом с чертежом электрической монтажной схемой.
Сначала рассмотрим условные обозначения на электрических схемах.

Название элемента	Символ на схеме	Изображение
батарейка/ элемент питания
выключатель
провод
пересечение проводов (без соединения)
соединение проводов (пайкой, скруткой)
лампа накаливания
неисправная лампа
неработающая лампа
горящая лампа

Как уже было сказано, существуют два основных типа подключения: последовательное и параллельное. Есть ещё третье, смешанное: последовательно-параллельное, объединяющее то и другое. Начнем с последовательного, как более простого.

Последовательное подключение

Выглядит оно вот так.

Лампочки располагаются одна за другой, как в хороводе держась за руки. По этому принципу были сделаны старые советские гирлянды.

Достоинства — простота соединения.
Недостатки — если перегорела хоть одна лампочка, то не будет работать вся цепь.

Надо будет перебирать, проверять каждую лампочку, чтобы найти неисправную. Это может быть утомительным при большом количестве лампочек. Так же лампочки должны быть одного типа: напряжение, мощность.

При этом типе подключения напряжения лампочек складываются. Напряжение обозначается буквой U , измеряется в вольтах V . Напряжение источника питания должно быть равно сумме напряжений всех лампочек в цепи.

Пример №1 : вы хотите подключить в последовательную цепь 3 лампочки напряжением 1,5V. Напряжение источника питания, необходимое для работы такой цепи 1,5+1,5+1,5=4,5V.

У обычных пальчиковых батареек напряжение 1,5V. Чтобы из них получить напряжение 4,5V их тоже нужно соединить в последовательную цепь, их напряжения сложатся.
Подробнее о том, как выбрать источник питания написано в этой статье

Пример №2: вы хотите подключить к источнику питания 12V лампочки по 6V. 6+6=12v. Можно подключить 2 таких лампочки.

Пример №3: вы хотите соединить в цепь 2 лампочки по 3V. 3+3=6V. Необходим источник питания на 6 V.

Подведем итог: последовательное подключение просто в изготовлении, нужны лампочки одного типа. Недостатки: при выходе из строя одной лампочки не горят все. Включить и выключить цепь можно только целиком.

Исходя из этого, для освещения кукольного домика целесообразно соединять последовательно не более 2-3 лампочек. Например, в бра. Чтобы соединить большее количество лампочек, необходимо использовать другой тип подключения — параллельное.

Читайте так же статьи по теме:

Обзор миниатюрных ламп накаливания
Диоды или лампы накаливания

Параллельное подключение лампочек

Вот так выглядит параллельное подключение лампочек.

В этом типе подключения у всех лампочек и источника питания одинаковые напряжения. То есть при источнике питания 12v каждая из лампочек должна иметь тоже напряжение 12V. А количество лампочек может быть различным. А если у вас, допустим, есть лампочки 6V, то и источник питания нужно брать 6V.

При выходе из строя одной лампочки другие продолжают гореть.

Лампочки можно включать независимо друг от друга. Для этого к каждой нужно поставить свой выключатель.

По этому принципу подключены электроприборы в наших городских квартирах. У всех приборов одно напряжение 220V, включать и выключать их можно независимо друг от друга, мощность электроприборов может быть разной.

Вывод : при множестве светильников в кукольном домике оптимально параллельное подключение, хотя оно чуть сложнее, чем последовательное.

Рассмотрим ещё один вид подключения, соединяющий в себе последовательное и параллельное.

Комбинированное подключение

Пример комбинированного подключения.

Три последовательные цепи, соединенные параллельно

А вот другой вариант:

Три параллельные цепи, соединенные последовательно.

Участки такой цепи, соединенные последовательно, ведут себя как последовательное соединение. А параллельные участки — как параллельное соединение.

Пример

При такой схеме перегорание одной лампочки выведет из строя весь участок, соединенный последовательно, а две другие последовательные цеписохранят работоспособность.

Соответственно, и включать-выключать участки можно независимо друг от друга. Для этого каждой последовательной цепи нужно поставить свой выключатель.

Но нельзя включить одну-единственную лампочку.

При параллельно-последовательном подключении при выходе из строя одной лампочки цепь будет вести себя так:

А при нарушении на последовательном участке вот так:

Пример:

Есть 6 лампочек по 3V, соединенные в 3 последовательные цепи по 2 лампочки. Цепи в свою очередь соединены параллельно. Разбиваем на 3 последовательных участка и просчитываем этот участок.

На последовательном участке напряжения лампочек складываются, 3v+3V=6V. У каждой последовательной цепи напряжение 6V. Поскольку цепи соединены параллельно, то их напряжение не складывается, а значит нам нужен источник питания на 6V.

Пример

У нас 6 лампочек по 6V. Лампочки соединены по 3 штуки в параллельную цепь, а цепи в свою очередь — последовательно. Разбиваем систему на три параллельных цепи.

В одной параллельной цепи напряжение у каждой лампочки 6V, поскольку напряжение не складывается, то и у всей цепи напряжение 6V. А сами цепи соединены уже последовательно и их напряжения уже складываются. Получается 6V+6V=12V. Значит, нужен источник питания 12V.

Пример

Для кукольных домиков можно использовать такое смешанное подключение.

Допустим, в каждой комнате по одному светильнику, все светильники подключены параллельно. Но в самих светильниках разное количество лампочек: в двух — по одной лампочке, есть двухрожковое бра из двух лампочек и трехрожковая люстра. В люстре и бра лампочки соединены последовательно.

У каждого светильника свой выключатель. Источник питания 12V напряжения. Одиночные лампочки, соединенные параллельно, должны иметь напряжение 12V. А у тех, что соединены последовательно напряжение складывается на участке цепи
. Соответственно, для участка бра из двух лампочек 12V (общее напряжение)делим на 2 (количество лампочек), получим 6V (напряжение одной лампочки).
Для участка люстры 12V:3=4V (напряжение одной лампочки люстры).
Больше трех лампочек в одном светильнике соединять последовательно не стоит.

Теперь вы изучили все хитрости подключения лампочек накаливания разными способами. И, думаю, что не составит труда сделать освещение в кукольном домике со многими лампочками, любой сложности. Если же что-то для вас ещё представляет сложности, прочитайте статью о простейшем способе сделать свет в кукольном домике, самые базовые принципы. Удачи!

Возьмем три постоянных сопротивления R1, R2 и R3 и включим их в цепь так, чтобы конец первого сопротивления R1 был соединен с началом второго сопротивления R 2, конец второго — с началом третьего R 3, а к началу первого сопротивления и к концу третьего подведем проводники от источника тока (рис. 1 ).

Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Очевидно, что ток в такой цепи будет во всех ее точках один и тот же.

Рис 1

Как определить общее сопротивление цепи, если все включенные в нее последовательно сопротивления мы уже знаем? Используя положение, что напряжение U на зажимах источника тока равно сумме падений напряжений на участках цепи, мы можем написать:

U = U1 + U2 + U3

где

U1 = IR1 U2 = IR2 и U3 = IR3

или

IR = IR1 + IR2 + IR3

Вынеся в правой части равенства I за скобки, получим IR = I(R1 + R2 + R3) .

Поделив теперь обе части равенства на I , будем окончательно иметь R = R1 + R2 + R3

Таким образом, мы пришли к выводу, что при последовательном соединении сопротивлений общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков.

Проверим этот вывод на следующем примере. Возьмем три постоянных сопротивления, величины которых известны (например, R1 == 10 Ом, R 2 = 20 Ом и R 3 = 50 Ом). Соединим их последовательно (рис. 2 ) и подключим к источнику тока, ЭДС которого равна 60 В ( пренебрегаем).

Рис. 2. Пример последовательного соединения трех сопротивлений

Подсчитаем, какие показания должны дать приборы, включенные, как показано на схеме, если замкнуть цепь. Определим внешнее сопротивление цепи: R = 10 + 20 + 50 = 80 Ом.

Найдем ток в цепи : 60 / 80 = 0 ,75 А

Зная ток в цепи и сопротивления ее участков, определим падение напряжения на каждое участке цепи U 1 = 0,75х 10 = 7,5 В, U 2 = 0,75 х 20=15 В, U3 = 0,75 х 50 = 37,5 В.

Зная падение напряжений на участках, определим общее падение напряжения во внешней цепи, т. е. напряжение на зажимах источника тока U = 7,5+15 + 37,5 = 60 В.

Мы получили таким образом, что U = 60 В, т. е. несуществующее равенство ЭДС источника тока и его напряжения. Объясняется это тем, что мы пренебрегли внутренним сопротивлением источника тока.

Замкнув теперь ключ выключатель К, можно убедиться по приборам, что наши подсчеты примерно верны.

Возьмем два постоянных сопротивления R1 и R2 и соединим их так, чтобы начала этих сопротивлений были включены в одну общую точку а, а концы — в другую общую точку б. Соединив затем точки а и б с источником тока, получим замкнутую электрическую цепь. Такое соединение сопротивлений называется параллельным соединением.

Рис 3. Параллельное соединение сопротивлений

Проследим течение тока в этой цепи. От положительного полюса источника тока по соединительному проводнику ток дойдет до точки а. В точке а он разветвится, так как здесь сама цепь разветвляется на две отдельные ветви: первую ветвь с сопротивлением R1 и вторую — с сопротивлением R2. Обозначим токи в этих ветвях соответственно через I1 и I 2. Каждый из этих токов пойдет по своей ветви до точки б. В этой точке произойдет слияние токов в один общий ток, который и придет к отрицательному полюсу источника тока.

Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений получается разветвленная цепь. Посмотрим, какое же будет соотношение между токами в составленной нами цепи.

Включим амперметр между положительным полюсом источника тока (+) и точкой а и заметим его показания. Включив затем амперметр (показанный «а рисунке пунктиром) в провод, соединяющий точку б с отрицательным полюсом источника тока (-), заметим, что прибор покажет ту же величину силы тока.

Значит, до ее разветвления (до точки а) равна силе тока после разветвления цепи (после точки б).

Будем теперь включать амперметр поочередно в каждую ветвь цепи, запоминая показания прибора. Пусть в первой ветви амперметр покажет силу тока I1 , а во второй — I 2. Сложив эти два показания амперметра, мы получим суммарный ток, по величине равный току I до разветвления (до точки а).

Следовательно, сила тока, протекающего до точки разветвления, равна сумме сил токов, утекающих от этой точки. I = I1 + I2 Выражая это формулой, получим

Это соотношение, имеющее большое практическое значение, носит название закона разветвленной цепи .

Рассмотрим теперь, каково будет соотношение между токами в ветвях.

Включим между точками а и б вольтметр и посмотрим, что он нам покажет. Во-первых, вольтметр покажет напряжение источника тока, так как он подключен, как это видно из рис. 3 , непосредственно к зажимам источника тока. Во-вторых, вольтметр покажет падения напряжений U1 и U2 на сопротивлениях R1 и R2, так как он соединен с началом и концом каждого сопротивления.

Следовательно, при параллельном соединении сопротивлений напряжение на зажимах источника тока равно падению напряжения на каждом сопротивлении.

Это дает нам право написать, что U = U1 = U2 ,

где U — напряжение на зажимах источника тока; U1 — падение напряжения на сопротивлении R1 , U2 — падение напряжения на сопротивлении R2. Вспомним, что падение напряжения на участке цепи численно равно произведению силы тока, протекающего через этот участок, на сопротивление участка U = IR .

Поэтому для каждой ветви можно написать: U1 = I1R1 и U2 = I2R2 , но так как U1 = U2, то и I1R1 = I2R2 .

Применяя к этому выражению правило пропорции, получим I1/ I2 = U2 / U1 т. е. ток в первой ветви будет во столько раз больше (или меньше) тока во второй ветви, во сколько раз сопротивление первой ветви меньше (или больше) сопротивления второй ветви.

Итак, мы пришли к важному выводу, заключающемуся в том, что при параллельном соединении сопротивлений общий ток цепи разветвляется на токи, обратно пропорциональные величинам сопротивлении параллельных ветвей. Иначе говоря, чем больше сопротивление ветви, тем меньший ток потечет через нее, и, наоборот, чем меньше сопротивление ветви, тем больший ток потечет через эту ветвь.

Убедимся в правильности этой зависимости на следующем примере. Соберем схему, состоящую из двух параллельно соединенных сопротивлений R1 и R 2, подключенных к источнику тока. Пусть R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и U = 3 В.

Подсчитаем сначала, что покажет нам амперметр, включенный в каждую ветвь:

I1 = U / R1 = 3 / 10 = 0 ,3 А = 300 мА

I 2 = U / R 2 = 3 / 20 = 0,15 А = 150 мА

Общий ток в цепи I = I1 +I2 = 300 + 150 = 450 мА

Проделанный нами расчет подтверждает, что при параллельном соединении сопротивлений ток в цепи разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям.

Действительно, R1 == 10 Ом вдвое меньше R 2 = 20 Ом, при этом I1 = 300 мА вдвое больше I2 = 150 мА. Общий ток в цепи I = 450 мА разветвился на две части так, что большая его часть (I1 = 300 мА) пошла через меньшее сопротивление (R1 = 10 Ом), а меньшая часть (R2 = 150 мА) -через большее сопротивление (R 2 = 20 Ом).

Такое разветвление тока в параллельных ветвях сходно с течением жидкости по трубам. Представьте себе трубу А, которая в каком-то месте разветвляется на две трубы Б и В различного диаметра (рис. 4). Так как диаметр трубы Б больше диаметра трубок В, то через трубу Б в одно и то же время пройдет больше воды, чем через трубу В, которая оказывает потоку воды большее сопротивление.

Рис. 4

Рассмотрим теперь, чему будет равно общее сопротивление внешней цепи, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений.

Под этим общим сопротивлением внешней цепи надо понимать такое сопротивление, которым можно было бы заменить при данном напряжении цепи оба параллельно включенных сопротивления, не изменяя при этом тока до разветвления. Такое сопротивление называется эквивалентным сопротивлением.

Вернемся к цепи, показанной на рис. 3, и посмотрим, чему будет равно эквивалентное сопротивление двух параллельно соединенных сопротивлений. Применяя к этой цепи закон Ома, мы можем написать: I = U/R , где I — ток во внешней цепи (до точки разветвления), U — напряжение внешней цепи, R — сопротивление внешней цепи, т. е. эквивалентное сопротивление.

Точно так же для каждой ветви I1 = U1 / R1 , I2 = U2 / R2 , где I1 и I 2 — токи в ветвях; U1 и U2 — напряжение на ветвях; R1 и R2 — сопротивления ветвей.

По закону разветвленной цепи: I = I1 + I2

Подставляя значения токов, получим U / R = U1 / R1 + U2 / R2

Так как при параллельном соединении U = U1 = U2 , то можем написать U / R = U / R1 + U / R2

Вынеся U в правой части равенства за скобки, получим U / R = U (1 / R1 + 1 / R2 )

Разделив теперь обе части равенства на U , будем окончательно иметь 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Помня, что проводимостью называется величина, обратная сопротивлению , мы можем сказать, что в полученной формуле 1 / R — проводимость внешней цепи; 1 / R1 проводимость первой ветви; 1 / R2- проводимость второй ветви.

На основании этой формулы делаем вывод: при параллельном соединении проводимость внешней цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей.

Следовательно, чтобы определить эквивалентное сопротивление включенных параллельно сопротивлений, надо определить проводимость цепи и взять величину, ей обратную.

Из формулы также следует, что проводимость цепи больше проводимости каждой ветви, а это значит, что эквивалентное сопротивление внешней цепи меньше наименьшего из включенных параллельно сопротивлений.

Рассматривая случай параллельного соединения сопротивлений, мы взяли наиболее простую цепь, состоящую из двух ветвей. Однако на практике могут встретиться случаи, когда цепь состоит из трех и более параллельных ветвей. Как же поступать в этих случаях?

Оказывается, все полученные нами соотношения остаются справедливыми и для цепи, состоящей из любого числа параллельно соединенных сопротивлений.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующий пример.

Возьмем три сопротивления R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и R3 = 60 Ом и соединим их параллельно. Определим эквивалентное сопротивление цепи (рис. 5 ).

Рис. 5. Цепь с тремя параллельно соединенными сопротивлениями

Применяя для этой цепи формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 , можем написать 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 и, подставляя известные величины, получим 1 / R = 1 / 10 + 1 / 20 + 1 / 60

Сложим эта дроби: 1/R = 10 / 60 = 1 / 6, т. е.. проводимость цепи 1 / R = 1 / 6 Следовательно, эквивалентное сопротивление R = 6 Ом.

Таким образом, эквивалентное сопротивление меньше наименьшего из включенных параллельно в цепь сопротивлений , т. е. меньше сопротивления R1.

Посмотрим теперь, действительно ли это сопротивление является эквивалентным, т. е. таким, которое могло бы заменить включенные параллельно сопротивления в 10, 20 и 60 Ом, не изменяя при этом силы тока до разветвления цепи.

Допустим, что напряжение внешней цепи, а следовательно, и напряжение на сопротивлениях R1, R2, R3 равно 12 В. Тогда сила токов в ветвях будет: I1 = U/R1 = 12 / 10 = 1 ,2 А I 2 = U/R 2 = 12 / 20 = 1 ,6 А I 3 = U/R1 = 12 / 60 = 0,2 А

Общий ток в цепи получим, пользуясь формулой I = I1 + I2 + I3 =1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 А.

Проверим по формуле закона Ома, получится ли в цепи ток силой 2 А, если вместо трех параллельно включенных известных нам сопротивлений включено одно эквивалентное им сопротивление 6 Ом.

I = U / R = 12 / 6 = 2 А

Как видим, найденное нами сопротивление R = 6 Ом действительно является для данной цепи эквивалентным.

В этом можно убедиться и на измерительных приборах, если собрать схему с взятыми нами сопротивлениями, измерить ток во внешней цепи (до разветвления), затем заменить параллельно включенные сопротивления одним сопротивлением 6 Ом и снова измерить ток. Показания амперметра и в том и в другом случае будут примерно одинаковыми.

На практике могут встретиться также параллельные соединения, для которых рассчитать эквивалентное сопротивление можно проще, т. е. не определяя предварительно проводимостей, сразу найти сопротивление.

Например, если соединены параллельно два сопротивления R1 и R2 , то формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 можно преобразовать так: 1/R = (R2 + R1) / R1 R2 и, решая равенство относительно R, получить R = R1 х R2 / (R1 + R2 ), т. е. при параллельном соединении двух сопротивлений эквивалентное сопротивление цепи равно произведению включенных параллельно сопротивлений, деленному на их сумму.

Применение последовательного и параллельного соединения проводников. Параллельное и последовательное соединение сопротивлений

Рисунок 1. Схема последовательного соединения проводников

r = r 1 + r 2 + r 3 + … + r n .

Ток на отдельных участках последовательной цепи везде одинаков:

I 1 = I 2 = I 3 = I .

Видео 1. Последовательное соединение проводников

Сопротивление всей цепи

r = r 1 + r 2 + r 3 = 2 + 3 + 5 =10 Ом.

Рисунок 2. Схема измерения напряжений на отдельных участках электрической цепи

В сопротивлении r 1 при протекании тока будет падение напряжения:

U 1 = I × r 1 = 4 × 2 = 8 В.

Вольтметр V 1 , включенный между точками а и б , покажет 8 В.

В сопротивлении r 2 также происходит падение напряжения:

U 2 = I × r 2 = 4 × 3 = 12 В.

Вольтметр V 2 , включенный между точками в и г , покажет 12 В.

Падение напряжения в сопротивлении r 3:

U 3 = I × r 3 = 4 × 5 = 20 В.

Вольтметр V 3 , включенный между точками д и е , покажет 20 В.

U 1 = I × r 1 = 5 ×10 = 50 В,
U 2 = I × r 2 = 5 ×15 = 75 В,
U 3 = I × r 3 = 5 ×20 = 100 В.

Рисунок 3. К примеру 2

Общее напряжение цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2 + U 3 = 50 + 75 + 100 = 225 В.

Параллельное соединение проводников

I = I 1 + I 2 + I 3 .

Видео 2. Первый закон Кирхгофа

Общий ток, приходящий к точке А , равен:

Токи в каждой из ветвей имеют значения:

По формуле первого закона Кирхгофа

I = I 1 + I 2 + I 3

Вынося U в правой части равенства за скобки, получим:

Сокращая обе части равенства на U , получим формулу подсчета общей проводимости:

g = g 1 + g 2 + g 3 .

Таким образом, при параллельном соединении увеличивается не сопротивление, а проводимость .

Пример 4. Пять сопротивлений 20, 30 ,15, 40 и 60 Ом включены параллельно в сеть. Определить общее сопротивление:

Пример 5. Определить общее сопротивление четырех параллельно включенных сопротивлений по 20 Ом каждое:

Для проверки попробуем найти сопротивление разветвления по формуле:

Как видим, ответ получается тот же.

Найдем общее сопротивление цепи:

Теперь все разветвления мы можем изобразить упрощенно как одно сопротивление (рисунок 5, б ).

Падение напряжения на участке между точками А и Б будет:

U = I × r = 22 × 1,09 = 24 В.

Ток второй ветви

Ток третьей ветви

Проверим по первому закону Кирхгофа

Причем это могут быть не только проводники, но и конденсаторы. Здесь важно не запутаться в том, как выглядит каждое из них на схеме. А уже потом применять конкретные формулы. Их, кстати, нужно помнить наизусть.

Как различить эти два соединения?

Внимательно посмотрите на схему. Если провода представить как дорогу, то машины на ней будут играть роль резисторов. На прямой дороге без каких-либо разветвлений машины едут одна за другой, в цепочку. Так же выглядит и последовательное соединение проводников. Дорога в этом случае может иметь неограниченное количество поворотов, но ни одного перекрестка. Как бы ни виляла дорога (провода), машины (резисторы) всегда будут расположены друг за другом, по одной цепочке.

Совсем другое дело, если рассматривается параллельное соединение. Тогда резисторы можно сравнить со спортсменами на старте. Они стоят каждый на своей дорожке, но направление движения у них одинаковое, и финиш в одном месте. Так же и резисторы — у каждого из них свой провод, но все они соединены в некоторой точке.

Формулы для силы тока

О ней всегда идет речь в теме «Электричество». Параллельное и последовательное соединение по-разному влияют на величину в резисторах. Для них выведены формулы, которые можно запомнить. Но достаточно просто запомнить смысл, который в них вкладывается.

Так, ток при последовательном соединении проводников всегда одинаков. То есть в каждом из них значение силы тока не отличается. Провести аналогию можно, если сравнить провод с трубой. В ней вода течет всегда одинаково. И все препятствия на ее пути будут сметаться с одной и той же силой. Так же с силой тока. Поэтому формула общей силы тока в цепи с последовательным соединением резисторов выглядит так:

I общ = I 1 = I 2

Здесь буквой I обозначена сила тока. Это общепринятое обозначение, поэтому его нужно запомнить.

Ток при параллельном соединении уже не будет постоянной величиной. При той же аналогии с трубой получается, что вода разделится на два потока, если у основной трубы будет ответвление. То же явление наблюдается с током, когда на его пути появляется разветвление проводов. Формула общей силы тока при :

I общ = I 1 + I 2

Если разветвление составлено из проводов, которых больше двух, то в приведенной формуле на такое же количество станет больше слагаемых.

Формулы для напряжения

Когда рассматривается схема, в которой выполнено соединение проводников последовательно, то напряжение на всем участке определяется суммой этих величин на каждом конкретном резисторе. Сравнить эту ситуацию можно с тарелками. Удержать одну из них легко получится одному человеку, вторую рядом он тоже сможет взять, но уже с трудом. Держать в руках три тарелки рядом друг с другом одному человеку уже не удастся, потребуется помощь второго. И так далее. Усилия людей складываются.

Формула для общего напряжения участка цепи с последовательным соединением проводников выглядит так:

U общ = U 1 + U 2 , где U — обозначение, принятое для

Другая ситуация складывается, если рассматривается Когда тарелки ставятся друг на друга, их по-прежнему может удержать один человек. Поэтому складывать ничего не приходится. Такая же аналогия наблюдается при параллельном соединении проводников. Напряжение на каждом из них одинаковое и равно тому, которое на всех них сразу. Формула общего напряжения такая:

U общ = U 1 = U 2

Формулы для электрического сопротивления

Их уже можно не запоминать, а знать формулу закона Ома и из нее выводить нужную. Из указанного закона следует, что напряжение равно произведению силы тока и сопротивления. То есть U = I * R, где R — сопротивление.

Тогда формула, с которой нужно будет работать, зависит от того, как выполнено соединение проводников:

последовательно, значит, нужно равенство для напряжения — I общ * R общ = I 1 * R 1 + I 2 * R 2;
параллельно необходимо пользоваться формулой для силы тока — U общ / R общ = U 1 / R 1 + U 2 / R 2 .

Далее следуют простые преобразования, которые основываются на том, что в первом равенстве все силы тока имеют одинаковое значение, а во втором — напряжения равны. Значит, их можно сократить. То есть получаются такие выражения:

R общ = R 1 + R 2 (для последовательного соединения проводников).
1 / R общ = 1 / R 1 + 1 / R 2 (при параллельном соединении).

При увеличении числа резисторов, которые включены в сеть, изменяется количество слагаемых в этих выражениях.

Стоит отметить, что параллельное и последовательное соединение проводников по-разному влияют на общее сопротивление. Первое из них уменьшает сопротивление участка цепи. Причем оно оказывается меньше самого маленького из использованных резисторов. При последовательном соединении все логично: значения складываются, поэтому общее число всегда будет самым большим.

Работа тока

Предыдущие три величины составляют законы параллельного соединения и последовательного расположения проводников в цепи. Поэтому их знать нужно обязательно. Про работу и мощность необходимо просто запомнить базовую формулу. Она записывается так: А = I * U * t , где А — работа тока, t — время его прохождения по проводнику.

Для того чтобы определить общую работу при последовательном соединении нужно заменить в исходном выражении напряжение. Получится равенство: А = I * (U 1 + U 2) * t, раскрыв скобки в котором получится, что работа на всем участке равна их сумме на каждом конкретном потребителе тока.

Аналогично идет рассуждение, если рассматривается схема параллельного соединения. Только заменять полагается силу тока. Но результат будет тот же: А = А 1 + А 2 .

Мощность тока

При выведении формулы для мощности (обозначение «Р») участка цепи опять нужно пользоваться одной формулой: Р = U * I. После подобных рассуждений получается, что параллельное и последовательное соединение описываются такой формулой для мощности: Р = Р 1 + Р 2 .

То есть, как бы ни были составлены схемы, общая мощность будет складываться из тех, которые задействованы в работе. Именно этим объясняется тот факт, что нельзя включать в сеть квартиры одновременно много мощных приборов. Она просто не выдержит такой нагрузки.

Как влияет соединение проводников на ремонт новогодней гирлянды?

Сразу же после того, как перегорит одна из лампочек, станет ясно, как они были соединены. При последовательном соединении не будет светиться ни одна из них. Это объясняется тем, что пришедшая в негодность лампа создает разрыв в цепи. Поэтому нужно проверить все, чтобы определить, какая перегорела, заменить ее — и гирлянда станет работать.

Если в ней используется параллельное соединение, то она не перестает работать при неисправности одной из лампочек. Ведь цепь не будет полностью разорвана, а только одна параллельная часть. Чтобы отремонтировать такую гирлянду, не нужно проверять все элементы цепи, а только те, которые не светятся.

Что происходит с цепью, если в нее включены не резисторы, а конденсаторы?

При их последовательном соединении наблюдается такая ситуация: заряды от плюсов источника питания поступают только на внешние обкладки крайних конденсаторов. Те, что находятся между ними, просто передают этот заряд по цепочке. Этим объясняется то, что на всех обкладках появляются одинаковые заряды, но имеющие разные знаки. Поэтому электрический заряд каждого конденсатора, соединенного последовательно, можно записать такой формулой:

q общ = q 1 = q 2 .

Для того чтобы определить напряжение на каждом конденсаторе, потребуется знание формулы: U = q / С. В ней С — емкость конденсатора.

Общее напряжение подчиняется тому же закону, который справедлив для резисторов. Поэтому, заменив в формуле емкости напряжение на сумму, мы получим, что общую емкость приборов нужно вычислять по формуле:

С = q / (U 1 + U 2).

Упростить эту формулу можно, перевернув дроби и заменив отношение напряжения к заряду емкостью. Получается такое равенство: 1 / С = 1 / С 1 + 1 / С 2 .

Несколько по-другому выглядит ситуация, когда соединение конденсаторов — параллельное. Тогда общий заряд определяется суммой всех зарядов, которые накапливаются на обкладках всех приборов. А значение напряжения по-прежнему определяется по общим законам. Поэтому формула для общей емкости параллельно соединенных конденсаторов выглядит так:

С = (q 1 + q 2) / U.

То есть эта величина считается, как сумма каждого из использованных в соединении приборов:

С = С 1 + С 2.

Как определить общее сопротивление произвольного соединения проводников?

То есть такого, в котором последовательные участки сменяют параллельные, и наоборот. Для них по-прежнему справедливы все описанные законы. Только применять их нужно поэтапно.

Сперва полагается мысленно развернуть схему. Если представить ее сложно, то нужно нарисовать то, что получается. Объяснение станет понятнее, если рассмотреть его на конкретном примере (см. рисунок).

Ее удобно начать рисовать с точек Б и В. Их необходимо поставить на некотором удалении друг от друга и от краев листа. Слева к точке Б подходит один провод, а вправо направлены уже два. Точка В, напротив, слева имеет два ответвления, а после нее расположен один провод.

Теперь необходимо заполнить пространство между этими точками. По верхнему проводу нужно расположить три резистора с коэффициентами 2, 3 и 4, а снизу пойдет тот, у которого индекс равен 5. Первые три соединены последовательно. С пятым резистором они параллельны.

Оставшиеся два резистора (первый и шестой) включены последовательно с рассмотренным участком БВ. Поэтому рисунок можно просто дополнить двумя прямоугольниками по обе стороны от выбранных точек. Осталось применить формулы для расчета сопротивления:

сначала ту, которая приведена для последовательного соединения;
потом для параллельного;
и снова для последовательного.

Подобным образом можно развернуть любую, даже очень сложную схему.

Задача на последовательное соединение проводников

Условие. В цепи друг за другом подсоединены две лампы и резистор. Общее напряжение равно 110 В, а сила тока 12 А. Чему равно сопротивление резистора, если каждая лампа рассчитана на напряжение в 40 В?

Решение. Поскольку рассматривается последовательное соединение, формулы его законов известны. Нужно только правильно их применить. Начать с того, чтобы выяснить значение напряжения, которое приходится на резистор. Для этого из общего нужно вычесть два раза напряжение одной лампы. Получается 30 В.

Теперь, когда известны две величины, U и I (вторая из них дана в условии, так как общий ток равен току в каждом последовательном потребителе), можно сосчитать сопротивление резистора по закону Ома. Оно оказывается равным 2,5 Ом.

Ответ. Сопротивление резистора равно 2,5 Ом.

Задача на параллельное и последовательное

Условие. Имеются три конденсатора с емкостями 20, 25 и 30 мкФ. Определите их общую емкость при последовательном и параллельном соединении.

Решение. Проще начать с В этой ситуации все три значения нужно просто сложить. Таким образом, общая емкость оказывается равной 75 мкФ.

Несколько сложнее расчеты будут при последовательном соединении этих конденсаторов. Ведь сначала нужно найти отношения единицы к каждой из этих емкостей, а потом сложить их друг с другом. Получается, что единица, деленная на общую емкость, равна 37/300. Тогда искомая величина получается приблизительно 8 мкФ.

Ответ. Общая емкость при последовательном соединении 8 мкФ, при параллельном — 75 мкФ.

Последовательное соединение проводников

I=I_1=I_2=⋯=I_n ; U=U_1+U_2+⋯+U_n ; R=R_1+R_2+⋯+R_n ,

Параллельное соединение проводников

U=U_1=U_2=⋯=U_n ; I=I_1+I_2+⋯+I_n ; 1/R=1/R_1 +1/R_2 +⋯+1/R_n ,

где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление, 1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь.

Нужна помощь в учебе?

Обычно все затрудняются ответить. А вот загадка эта в применении к электричеству решается вполне определенно.

Электричество начинается с закона Ома.

А уж если рассматривать дилемму в контексте параллельного или последовательного соединений — считая одно соединение курицей, а другое — яйцом, то сомнений вообще нет никаких.

Потому что закон Ома — это и есть самая первоначальная электрическая цепь. И она может быть только последовательной.

Да, придумали гальванический элемент и не знали, что с ним делать, поэтому сразу придумали еще лампочку. И вот что из этого получилось. Здесь напряжение в 1,5 В немедленно потекло в качестве тока, чтобы неукоснительно выполнять закон Ома, через лампочку к задней стенке того же элемента питания. А уж внутри самой батарейки под действием волшебницы-химии заряды снова оказались в первоначальной точке своего похода. И поэтому там, где напряжение было 1,5 вольта, оно таким и остается. То есть, напряжение постоянно одно, а заряды непрерывно движутся и последовательно проходят лампочку и гальванический элемент.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

В последовательной цепи, особенно на таком простом и несомненном примере, видно, что ток, который бежит по ней от начала до конца, — все время один и тот же. А если мы теперь возьмем две лампочки и сделаем так, чтобы ток пробегал сначала по одной, а потом по другой, то будет опять то же самое — ток будет и в той лампочке, и в другой снова одинаковым. Хотя другим по величине. Ток теперь испытывает сопротивление двух лампочек, но у каждой из них сопротивление как было, так и осталось, ведь оно определяется исключительно физическими свойствами самой лампочки. Новый ток вычисляем опять по закону Ома.

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

В этом случае току приходится преодолевать уже два сопротивления, он становится меньше. Что и видно по свечению лампочек — они теперь горят вполнакала. А общее сопротивление цепочки из двух лампочек будет равно сумме их сопротивлений. Зная арифметику, можно в отдельном случае воспользоваться и действием умножения: если последовательно соединены N одинаковых лампочек, то общее их сопротивление будет равно N, умноженное на R, где R — сопротивление одной лампочки. Логика безупречная.

А мы продолжим наши опыты. Теперь сделаем нечто подобное, что мы провернули с лампочками, но только на левой стороне цепи: добавим еще один гальванический элемент, точно такой, как первый. Как видим, теперь у нас в два раза увеличилось общее напряжение, а ток стал снова 1,5 А, о чем и сигнализируют лампочки, загоревшись снова в полную силу.

Делаем вывод:

При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Легко проверить, что это утверждение справедливо как для активных компонентов (гальванических элементов), так и для пассивных (лампочек, резисторов).

То есть это значит, что напряжение, измеренное на одном резисторе (оно называется падением напряжения), можно смело суммировать с напряжением, измеренным на другом резисторе, и в сумме получатся те же 3 В. А на каждом из сопротивлений оно окажется равным половине — то есть 1,5 В. И это справедливо. Два гальванических элемента вырабатывают свои напряжения, а две лампочки их потребляют. Потому что в источнике напряжения энергия химических процессов превращается в электроэнергию, принявшую вид напряжения, а в лампочках та же самая энергия из электрической превращается в тепловую и световую.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Теперь напряжение в точках, соединяющих две ветки, то же, что и на гальваническом элементе — 1,5 В. Но так как сопротивление у обеих лампочек тоже такое, как и было, то и ток через каждую из них пойдет 1,5 А — ток «полного накала».

Гальванический элемент теперь питает их током одновременно, следовательно, из него вытекают сразу оба эти тока. То есть общий ток из источника напряжения будет равен 1,5 А + 1,5 А = 3,0 А.

В чем же отличие этой схемы от схемы, когда те же самые лампочки были включены последовательно? Только в накале лампочек, то есть только в токе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

Получается, если сравнить с первоначальной схемой, то при последовательном соединении лампочек (схема 2) току сопротивления оказывалось больше (отчего он уменьшался, и лампочки теряли светимость), а параллельное подключение оказывает МЕНЬШЕ сопротивления, хотя сопротивление лампочек осталось неизменным. В чем тут дело?

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Когда мы говорим, что резистор сопротивляется току, то как бы забываем, что он ток все-таки проводит. И теперь, когда подключили лампочки параллельно, увеличилось суммарное для них свойство проводить ток, а не сопротивляться ему. Ну и, соответственно, некую величину G , по аналогии с сопротивлением R и следовало бы назвать проводимостью. И должна она в параллельном соединении проводников суммироваться.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Инженерам часто приходится узнавать токи и напряжения во всех частях схем. А реальные электрические схемы бывают достаточно сложными и разветвленными и могут содержать множество элементов, активно потребляющих электроэнергию и соединенных друг с другом в совершенно разных сочетаниях. Это называется расчет электрических схем. Он делается при проектировании энергоснабжения домов, квартир, организаций. При этом очень важно, какие токи и напряжения будут действовать в электрической цепи, хотя бы для того, чтобы выбрать подходящие им сечения проводов, нагрузки на всю сеть или ее части, и так далее. А уж насколько сложны бывают электронные схемы, содержащие тысячи, а то и миллионы элементов, думаю, понятно всякому.

Самое первое что, напрашивается — это воспользоваться знанием того, как ведут себя токи напряжения в таких простейших соединениях сети, как последовательное и параллельное. Делают так: вместо найденного в сети последовательного соединения двух или более активных устройств-потребителей (как наши лампочки) нарисовать один, но чтобы его сопротивление было таким же, как у обоих. Тогда картина токов и напряжений в остальной части схемы не изменится. Аналогично и с параллельным соединением: вместо них нарисовать такой элемент, ПРОВОДИМОСТЬ которого была бы такой же, как у обоих.

Теперь если схему перерисовать, заменив последовательные и параллельные соединения одним элементом, то получим схему, которая называется «схемой эквивалентного замещения».

Такую процедуру можно продолжать до тех пор, пока у нас не останется наипростейшая — которой мы в самом начале иллюстрировали закон Ома. Только вместо лампочки будет стоять одно сопротивление, которое и называют эквивалентным сопротивлением нагрузки.

Это первая задача. Она дает нам возможность по закону Ома рассчитать общий ток во всей сети, или общий ток нагрузки.

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Надо пойти по пути поиска параллельных и последовательных участков сети, рассчитывать эквивалентные им сопротивления и постепенно упрощать схему. Видим, что R 3 , R 9 и R 6 соединены последовательно. Тогда им эквивалентное сопротивление R э 3, 6, 9 будет равно их сумме R э 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ом = 6 Ом.

Теперь заменяем параллельный кусочек из сопротивлений R 8 и R э 3, 6, 9, получая R э 8, 3, 6, 9 . Только при параллельном соединении проводников, складывать придется проводимости.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Совершенно так же, как в первом случае, объединяем сопротивления R 2 , R э 8, 3, 6, 9 и R 5, включенные последовательно, получая R э 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом.

Осталось два шага: получить сопротивление, эквивалентное двум резисторам параллельного соединения проводников R 7 и R э 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

На последнем шаге просуммируем все последовательно включенные сопротивления R 1 , R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 и R 4 и получим сопротивление, эквивалентное сопротивлению всей цепи R э и равное сумме этих трех сопротивлений

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Ну и вспомним, в честь кого назвали единицу сопротивлений, написанную нами в последней из этих формул, и вычислим по его закону общий ток во всей цепи I

Теперь, двигаясь в обратном направлении, в сторону все большего усложнения сети, можно получать по закону Ома токи и напряжения во всех цепочках нашей достаточно простой схемы.

Так обычно и рассчитывают схемы электроснабжения квартир, которые состоят из параллельных и последовательных участков. Что, как правило, не годится в электронике, потому что там многое по-другому устроено, и все гораздо замысловатее. И вот такую, например, схему, когда не поймешь, параллельное это соединение проводников или последовательное, рассчитывают по законам Кирхгофа.

Содержание:

Последовательное соединение проводников

Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является , когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный . Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 — сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 — значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях — увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Смешанное соединение проводников

Последовательное и параллельное соединение проводников

Последовательное и параллельное соединение очень широко используется в электронике и электротехнике и порой даже необходимо для правильной работы того или иного узла электроники. И начнем, пожалуй, с самых простых компонентов радиоэлектронных цепей – проводников.

Для начала давайте вспомним, что такое проводник? Проводник – это вещество или какой-либо материал, который отлично проводит электрический ток. Если какой-либо проводник отлично проводит электрический ток, то он в любом случае обладает каким-либо сопротивлением. Сопротивление проводника мы находим по формуле:

формула сопротивление проводника

ρ – это удельное сопротивление, Ом × м

R – сопротивление проводника, Ом

S – площадь поперечного сечения, м2

l – длина проводника, м

Более подробно об этом я писал здесь.

Следовательно, любой проводник представляет из себя резистор с каким-либо сопротивлением. Значит, любой проводник можно нарисовать так.

обозначение резистора на схемах

Последовательное соединение проводников

Сопротивление при последовательном соединении проводников

Последовательное соединение проводников – это когда к одному проводнику мы соединяем другой проводник и так по цепочке. Это и есть последовательное соединение проводников. Их можно соединять с друг другом сколь угодно много.

последовательное соединение резисторов

Чему же будет равняться их общее сопротивление? Оказывается, все просто. Оно будет равняться сумме всех сопротивлений проводников в этой цепи.

Получается, можно записать, что

формула при последовательном соединении резисторов

Пример

У нас есть 3 проводника, которые соединены последовательно. Сопротивление первого 3 Ома, второго 5 Ом, третьего 2 Ома. Найти их общее сопротивление в цепи.

Решение

Rобщее =R1 + R2 + R3 = 3+5+2=10 Ом.

То есть, как вы видите, цепочку из 3 резисторов мы просто заменили на один резистор RAB .

показать на реальном примере с помощью мультиметра Видео где подробно расписывается про эти соединения:

Сила тока через последовательное соединение проводников

Что будет, если мы подадим напряжение на концы такого резистора? Через него сражу же побежит электрический ток, сила которого будет вычисляться по закону Ома I=U/R.

Получается, если через резистор RAB течет какой-то определенный ток, следовательно, если разложить наш резистор на составляющие R1 , R2 , R3 , то получится, что через них течет та же самая сила тока, которая текла через резистор RAB .

сила тока через последовательное соединение проводников

Получается, что при последовательном соединении проводников сила тока, которая течет через каждый проводник одинакова. То есть через резистор R1 течет такая же сила тока, как и через резистор R2 и такая же сила тока течет через резистор R3 .

Напряжение при последовательном соединении проводников

Давайте еще раз рассмотрим цепь с тремя резисторами

Как мы уже знаем, при последовательном соединении через каждый резистор проходит одна и та же сила тока. Но вот что будет с напряжением на каждом резисторе и как его найти?

Оказывается, все довольно таки просто. Для этого надо снова вспомнить закон дядюшки Ома и просто вычислить напряжение на любом резисторе. Давайте так и сделаем.

Пусть у нас будет цепь с такими параметрами.

Мы теперь знаем, что сила тока в такой цепи будет везде одинакова. Но какой ее номинал? Вот в чем загвоздка. Для начала нам надо привести эту цепь к такому виду.

Получается, что в данном случае RAB =R1 + R2 + R3 = 2+3+5=10 Ом. Отсюда уже находим силу тока по закону Ома I=U/R=10/10=1 Ампер.

Половина дела сделано. Теперь осталось узнать, какое напряжение падает на каждом резисторе. То есть нам надо найти значения UR1 , UR2 , UR3 . Но как это сделать?

Да все также, через закон Ома. Мы знаем, что через каждый резистор проходит сила тока 1 Ампер, мы уже вычислили это значение. Закон ома гласит I=U/R , отсюда получаем, что U=IR.

Следовательно,

UR1 = IR1 =1×2=2 Вольта

UR2 = IR2 = 1×3=3 Вольта

UR3 = IR3 =1×5=5 Вольт

Теперь начинается самое интересное. Если сложить все падения напряжений на резисторах, то можно получить… напряжение источника! Он у нас равен 10 Вольт.

Получается

U=UR1+UR2+UR3

Мы получили самый простой делитель напряжения.

Вывод: сумма падений напряжений при последовательном соединении равняется напряжению питания.

Методы соединения проводов

В соответствии с п.2.1.21. ПУЭ, соединение проводов можно осуществлять только методами сварки, пайки, опрессовки и сжимов. Как видим, излюбленный метод доморощенных электриков, скрутка, не входит в перечень разрешенных методов соединения.

А из всех представленных разрешенных методов наиболее оптимальным для использования в домашних условиях является сжим. Это может быть винтовое, болтовое или пружинное соединение.

Итак:

Для монтажа болтовых и винтовых соединений промышленность сейчас выпускает большое количество самых разнообразных клеммных соединений. Их цена достаточно не велика, а удобство монтажа находится на высоком уровне.
Отдельно хотелось бы сказать о пружинных клеммах. Я сам не являюсь сторонников пружинок, распорок и тому подобных соединений, но как-то раз довелось стать свидетелем испытаний одного из таких клеммников.
Это были клеммы WAGO. На испытательной установке мы плавно поднимали ток, протекающий через клемму, пока наш медный провод в 4 мм2 не перегорел. При этом величина тока составляла 100А. После этого мы достали клеммник и не обнаружили на нем никаких дефектов. Это заставило изменить мое мнение о таких пружинных клеммниках, и поэтому вам я советую присмотреться к ним повнимательнее.
Так же стоит отметить, что отдельным преимуществом таких клеммников является возможность соединения алюминиевых и медных проводов. В обычных же условиях это можно осуществлять только через латунную вставку.

Параллельное соединение проводников

Параллельное соединение проводников выглядит вот так.

параллельное соединение резисторов

Ну что, думаю, начнем с сопротивления.

Сопротивление при параллельном соединении проводников

Давайте пометим клеммы как А и В

В этом случае общее сопротивление RAB будет находиться по формуле

Если же мы имеем только два параллельно соединенных проводника

То в этом случае можно упростить длинную неудобную формулу и она примет вид такой вид.

Напряжение при параллельном соединении проводников

Здесь, думаю ничего гадать не надо. Так как все проводники соединяются параллельно, то и напряжение у всех будет одинаково.

Получается, что напряжение на R1 будет такое же как и на R2, как и на R3, так и на Rn

Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов

Сложные схемы рассчитываются путем группировки по параллельному и последовательному способу соединения.

Перед нами сложная схема – задача рассчитать общее сопротивление:

R2, R3, R4 объединим в последовательную группу – применим формулу R2,3,4 = R2+R3+R4.
R5 и R2,3,4 – параллельно соединенные резисторы, рассчитаем R5,2,3,4 = 1/ (1/R5+1/R2,3,4).
R5,2,3,4, R1, R6 опять объединяем в последовательную группу – суммируя величины, получаем Rобщ = R5,2,3,4+R1+R6.

Варианты подключения электропроводки

Теперь давайте разберемся, какая должна быть электропроводка и как соединять провода. Для расключения однофазной сети необходимо применять трехжильный провод.

При этом следует применять нормы из п.1.1.29 ПУЭ для облегчения прокладки и снижения вероятности перепутывания проводов.

Цветовое обозначение проводов

Трехжильный провод следует применять со следующими проводами:

Фазный провод – цветовое обозначение для однофазной сети не нормируется. Для трехфазной сети желтый, зеленый, красный – соответственно фазы А,В и С.

Обратите внимание! Для трехфазной цепи нормы ПУЭ нормируют не только цветовую гамму обозначения каждой фазы, но и их расположение в распределительных щитках разных конструкций.

Нулевой провод – для любых сетей должен применяться проводник голубого цвета. При обозначении шин или клеммников применяется символ «N».
Заземляющий провод – в любых сетях должен применяться провод с продольными желто-зелеными полосами. При обозначении шин и клеммников применяется знак заземления.

Подключение в распределительном щитке

Теперь давайте рассмотрим виды соединения электропроводки в разных участках нашей электрической сети.

Начнем с распределительного щитка:

Сначала разберемся с фазным проводом. Он должен подключаться через защитное устройство. Это могут быть предохранители, пробки, но чаще всего используются автоматические выключатели. Питающий провод к автоматическим выключателям обычно подводится сверху, вы же подключаетесь снизу.
Нулевой провод ,согласно норм ПУЭ, не должен иметь коммутационных устройств. Поэтому обычно для него организуют отдельный клеммник в боковой части щитка. К нему мы подключаем голубую жилу нашего провода.
Это же правило относится и к заземляющему проводу. Только для него следует создать отдельный клеммник. К нему мы и подключаем наш желто-зеленый провод.

Подключение УЗО для всех групп потребителей

Отдельно остановимся на подключении УЗО. Для этого нам необходимо использовать не только фазный, но и нулевой провод. И схема во многом зависит от места установки УЗО.

Если вы устанавливаете УЗО на все группы вашей электрической сети:

В этом случае фазный и нулевой провод с счетчика подключается к вводам УЗО. Тут важно не перепутать и нулевой провод подключить к клемме, обозначенной «N». Иначе УЗО не будет работать.
Фазный провод на выходе УЗО подключаем ко всем автоматам, питающим отдельные группы.
Нулевой провод на выходе УЗО подключаем к шине или клеммнику, от которого подключаются нулевые провода всех групп.

Если вы устанавливаете УЗО на отдельную группу:

В этом случае фазный провод на ввод УЗО берется от автоматического выключателя группы.
Нулевой провод на ввод УЗО берется с нулевой шины вашего распределительного щитка.
С выводов УЗО нулевой и фазный провод идут непосредственно к потребителям.

Подключение в распределительной коробке

Соединение электропроводки на колодки при соблюдении указанных выше норм также не позволит вам запутаться. Отличается здесь только подключение светильников и розеток, но они незначительны.

При подключении розеток нам достаточно при помощи клемм сделать ответвление фазного, нулевого и заземляющего провода:

Для этого приходящий провод разрезается и каждая жила подключается к отдельному клеммнику. Для подключения одной розетки необходимо три клеммы, двух розеток — четыре, трех — пять и так далее.
Теперь подключаем к одной клемме фазный провод приходящего провода. Ко второй клемме подключается провод группы, идущий к другим присоединениям. К третьей клемме крепим фазный провод, идущий к нашей розетке.
Идентично выполняем операции с нулевым и заземляющим проводом.

Подключение светильника

Подключение светильников несколько усложняется ввиду наличия включателя.

Если вы вызвались подключать светильники своими руками, то на первом этапе делаем те же операции, что и при подключении розеток. То есть, разделываем кабель и каждую жилу подключаем к разным клеммникам. Так же можно сразу подключить провод, идущий к другим электроприемникам данной группы.
Согласно норм ПУЭ, выключатель сети освещения должен отключать фазный провод. Поэтому от клеммника фазных проводов делаем подключение к выключателю.
Если у вас однокнопочный выключатель, то на выходе с выключателя будет один провод. Если двух и более кнопочный, то два или более, соответственно. Мы рассмотрим однокнопочный выключатель для упрощения предоставления информации. Для двух, трех и более кнопочных выключателей схема подключения идентична.
Провод, подключенный к выводу выключателя, отправляется обратно в распределительную коробку. Здесь мы устанавливаем еще один фазный клеммник, к которому и подключается наш провод.
Теперь берется трехжильный провод, который подключен непосредственно к светильнику. Фазная жила этого провода подключается к фазному клеммнику провода, пришедшего от выключателя. Нулевая жила подключается к клеммнику нулевых жил, а заземляющая — к клеммнику заземляющих жил. Все, подключение нашего светильника выполнено. Если же посмотреть соответствующие видео, то данный процесс станет для вас еще более понятным.

Что такое последовательная связь и как она работает? [Разъяснено]

Введение

Последовательная связь — наиболее широко используемый подход для передачи информации между оборудованием обработки данных и периферийными устройствами. В общем, общение означает обмен информацией между людьми посредством письменных документов, устных слов, аудио- и видеоуроков.

Каждое устройство, будь то ваш персональный компьютер или мобильный телефон, работает по последовательному протоколу. Протокол представляет собой безопасную и надежную форму связи, имеющую набор правил, адресованных хосту источника ( отправитель ) и хосту назначения ( получатель ).Чтобы лучше понять, я объяснил концепцию последовательной связи.

Во встроенной системе последовательная связь — это способ обмена данными с использованием различных методов в форме последовательного цифрового двоичного кода. Некоторые из хорошо известных интерфейсов, используемых для обмена данными: RS-232, RS-485, I2C, SPI и т. Д.

Что такое последовательная связь?

При последовательной связи данные представлены в виде двоичных импульсов. Другими словами, мы можем сказать, что двоичная единица представляет собой логический ВЫСОКИЙ уровень или 5 вольт, а ноль представляет собой логический низкий уровень или 0 вольт.Последовательная связь может принимать различные формы в зависимости от типа режима передачи и передачи данных. Режимы передачи классифицируются как симплексный, полудуплексный и полнодуплексный. Будет источник (также известный как отправитель ) и пункт назначения (также называемый получателем ) для каждого режима передачи.

Режимы передачи — Последовательная связь

Симплексный метод — это метод односторонней связи. Только один клиент (одновременно активен либо отправитель, либо получатель).Если отправитель передает, получатель может только принять. Радио и телевидение являются примерами симплексного режима.

В полудуплексном режиме и отправитель, и получатель активны, но не одновременно, т.е. если отправитель передает, получатель может принимать, но не может отправлять, и наоборот. Хороший пример — Интернет. Если клиент (портативный компьютер) отправляет запрос на веб-страницу, веб-сервер обрабатывает приложение и отправляет обратно информацию.

Полнодуплексный режим широко используется в мире для связи.Здесь и отправитель, и получатель могут передавать и получать одновременно. Примером может служить ваш смартфон.

Помимо режимов передачи, мы должны учитывать порядок байтов и структуру протокола главного компьютера (отправителя или получателя). Порядок байтов — это способ сохранения данных по определенному адресу памяти. В зависимости от выравнивания данных endian классифицируется как

Little Endian и
Big Endian.

Рассмотрим этот пример, чтобы понять концепцию порядка байтов.Допустим, у нас есть 32-битные шестнадцатеричные данные ABCD87E2 . Как эти данные хранятся в памяти? Чтобы иметь четкое представление, я объяснил разницу между Little Endian и Big Endian .

Порядок прямого порядка байтов против прямого порядка байтов

Передача данных может происходить двумя способами. Это последовательная связь и параллельная связь. Последовательная связь — это метод, используемый для побитовой передачи данных с использованием двухпроводной связи, то есть передатчика (отправителя) и приемника.

Например, я хочу отправить 8-битные двоичные данные 11001110 от передатчика к приемнику.Но какой бит гаснет первым? Самый старший бит — MSB (7 ^-й бит) или младший значащий бит (0 ^-й бит). Мы не можем сказать. Здесь я считаю, что LSB движется первым (для Little Endian).

Последовательная связь

Из приведенной выше диаграммы для каждого тактового импульса; передатчик отправляет приемнику один бит данных.

Параллельная связь перемещает 8, 16 или 32 бита данных за раз. Принтеры и машины Xerox используют параллельную связь для более быстрой передачи данных.

Параллельная связь RS232

Разница между последовательной и параллельной связью

Последовательная связь передает только один бит за раз. поэтому для них требуется меньше линий ввода / вывода (ввода-вывода). Следовательно, он занимает меньше места и более устойчив к перекрестным помехам. Основное преимущество последовательной связи заключается в том, что стоимость всей встроенной системы удешевляется, и информация передается на большие расстояния. Последовательная передача используется в устройствах DCE (Data Communication Equipment), таких как модем.

При параллельной связи за один раз отправляется блок данных (8,16 или 32 бита). Таким образом, каждый бит данных требует отдельной физической линии ввода-вывода. Преимущество параллельной связи в том, что она быстрая, но ее недостаток — в использовании большего количества линий ввода-вывода (ввода-вывода). Параллельная передача используется в ПК (персональном компьютере) для соединения CPU (центрального процессора), RAM (оперативной памяти), модемов, аудио, видео и сетевого оборудования.

Примечание: Если ваша интегральная схема или процессор поддерживает меньшее количество контактов ввода / вывода, лучше выбрать последовательную связь

Для облегчения понимания приведем сравнение последовательной и параллельной связи.

Последовательная связь	Параллельная связь
Посылает данные побитно за один тактовый импульс	Передает порцию данных за раз
Требуется один провод для передачи данных	Требуется n строк для передачи n битов
Низкая скорость передачи данных	Высокая скорость передачи данных
Низкая стоимость установки	Высокая стоимость установки
Предпочтительно для междугородной связи	Используется для ближней связи
Пример: компьютер — компьютер	Компьютер — многофункциональный принтер

Синхронизация часов

Для эффективной работы последовательных устройств часы являются основным источником.Неисправность часов может привести к неожиданным результатам. Тактовый сигнал различен для каждого последовательного устройства, и он подразделяется на синхронный протокол и асинхронный протокол.

Синхронный последовательный интерфейс

Все устройства на последовательном интерфейсе Synchronous используют одну шину ЦП для совместного использования часов и данных. Благодаря этому передача данных происходит быстрее. Преимущество заключается в отсутствии несоответствия в скорости передачи данных. Более того, для сопряжения компонентов требуется меньше линий ввода / вывода (ввода-вывода).Примеры: I2C, SPI и т. Д.

Асинхронный последовательный интерфейс

Асинхронный интерфейс не имеет внешнего тактового сигнала и полагается на четыре параметра, а именно

Контроль скорости передачи
Управление потоком данных
Приемно-передающий контроль
Контроль ошибок.

Асинхронные протоколы подходят для стабильной связи. Они используются для приложений на большом расстоянии. Примеры асинхронных протоколов: RS-232, RS-422 и RS-485.

Как работает последовательная связь?

Усовершенствованный ЦП
, такой как микроконтроллер и микропроцессор, использует последовательную связь для связи с внешним миром, а также с периферийными устройствами микросхемы. Для ознакомления рассмотрим простой пример. Предположим, вы хотите отправить на смартфон файл, хранящийся на вашем ноутбуке. Как бы вы отправили? Вероятно, по протоколу Bluetooth или Wi-Fi, верно.
Итак, вот шаги, чтобы установить последовательную связь
Добавьте соединение.
На первом этапе ваш ноутбук будет искать устройства в радиусе 100 м и перечислять найденные устройства. Этот процесс часто называют роумингом.
Выберите устройство, с которым хотите связаться.
Для подключения к мобильному телефону необходимо выполнить сопряжение. Конфигурация по умолчанию уже присутствует в программном обеспечении. Таким образом, нет необходимости настраивать скорость передачи данных вручную. Помимо этого, есть четыре неизвестных правила. Это скорость передачи данных, выбор битов данных (кадрирование), стартовый и стоповый бит и четность.
Правила последовательной связи
# 1 Что такое скорость передачи?
Скорость передачи — это скорость передачи данных от передатчика к приемнику в битах в секунду. Некоторые из стандартных скоростей передачи: 1200, 2400, 4800, 9600, 57600.
Вы должны установить одинаковую скорость передачи данных на обеих сторонах (мобильный телефон и ноутбук).
Примечание: Чем выше скорость передачи, тем больше данных может быть передано за меньшее время.
Однако я рекомендую использовать до 115200 в качестве безопасного предела из-за несоответствия частоты дискретизации на стороне приемника.
# 2 Обрамление
Framing показывает, сколько бит данных вы хотите отправить с хост-устройства (портативного компьютера) на мобильное устройство (получатель). Это 5, 6, 7 или 8 бит? В большинстве случаев для многих устройств предпочтительнее 8 бит. После выбора 8-битного блока данных отправитель и получатель должны согласовать порядок байтов.
# 3 Синхронизация
Передатчик добавляет битов синхронизации ( 1 Start бит и 1 или 2 Stop бит) к исходному кадру данных.Биты синхронизации помогают получателю определить начало и конец передачи данных. Этот процесс известен как асинхронная передача данных .
# 4 Контроль ошибок
Повреждение данных может произойти из-за внешнего шума на стороне приемника. Единственное решение для получения стабильного вывода — это проверить Parity .
Если двоичные данные содержат четное число 1, , оно известно как , четность , а бит четности установлен на « 1 ».Если двоичные данные включают в себя нечетное число 1 из , это называется с нечетной четностью , и теперь бит четности устанавливается на « 0 ».
Асинхронные последовательные протоколы
Самый частый вопрос, который придет вам в голову, когда вы начнете работать со встроенной системой, — зачем использовать асинхронные протоколы?
Для перемещения информации на большее расстояние и
Для более надежной передачи данных.
Вот некоторые из протоколов асинхронной связи:
Протокол RS-232
RS232 — первый последовательный протокол, используемый для подключения модемов для телефонии.RS означает рекомендованный стандарт, , и теперь он был изменен на EIA ( Electronic Industries Alliance ) / TIA ( Telecommunication Industry Association).
Он также используется в модемах, мышах и станках с числовым программным управлением. Вы можете подключить только один передатчик к одному приемнику.
Он поддерживает полнодуплексную связь и обеспечивает скорость передачи до 1 Мбит / с.
Длина кабеля не должна превышать 50 футов.
Как известно, данные хранятся в памяти в виде байтов.У вас могут возникнуть сомнения. Как побайтовые данные преобразуются в двоичные биты? Ответ — последовательный порт.
Последовательный порт имеет внутреннюю микросхему под названием UART . UART — это аббревиатура от Universal Asynchronous Receiver Transmitter, которая преобразует параллельные данные (байты) в побитовую последовательную форму.
Последовательный порт RS232
Подключение проводов RS-232
Последовательный порт RS232 имеет девять контактов, вилка или розетка. Интерфейс последовательной связи RS 232C — это более поздняя версия RS232.
Все функции, присутствующие в RS232, присутствуют в модели RS232C, за исключением того, что она имеет 25 контактов. Из 25 или 9 контактов мы используем только три контакта для подключения оконечных устройств.
Подключение проводов RS232
Интерфейс RS422
Мы можем передавать данные только со скоростью до 1 Мбит / с, используя RS232. Чтобы преодолеть эту проблему, на сцену выходит RS422. RS422 — это многоточечный последовательный интерфейс. мы можем подключить десять передатчиков к 10 приемникам одновременно, используя одну шину.Он отправляет данные с помощью двух кабелей витой пары ( , дифференциальная конфигурация ). Длина кабеля составляет 4000 футов со скоростью передачи 10 Мбит / с.
Подключение проводов RS 422
Интерфейс RS485
RS485 — предпочтительный протокол в отрасли. В отличие от RS422, вы можете подключить 32 линейных драйвера и 32 приемника в дифференциальной конфигурации. Передатчик также называется Line driver . Однако одновременно активен только один передатчик.
Подключение проводов RS485
Примечание: Как для RS232, так и для RS485, вы должны разорвать соединение вручную.
Протокол 1-Wire
Один провод аналогичен протоколу I2c. Но разница в том, что однопроводный протокол использует одну линию данных и землю. Он не требует тактового сигнала, а ведомые устройства синхронизируются с помощью внутреннего кварцевого генератора. Он обеспечивает полудуплексную связь.
Один провод использует 64-битную схему адресации.Преимущество однопроводного интерфейса в том, что он поддерживает связь на большом расстоянии при невысокой стоимости. Но недостатком является меньшая скорость.
Асинхронные проводные протоколы хорошо подходят для связи на больших расстояниях. Однако у синхронных последовательных интерфейсов есть один недостаток.
Недостатком является то, что при необходимости подключения большего количества передатчиков и приемников стоимость установки возрастает.
Синхронные последовательные протоколы
Протоколы синхронной связи — лучшие ресурсы для бортовой периферии.Преимущество состоит в том, что вы можете подключить к одной шине больше устройств. Некоторые из синхронных протоколов: I ² C , SPI , CAN и LIN .
Протокол I2C
I2c (Межинтегральная схема) — это двухпроводной двунаправленный протокол, используемый для обмена данными между различными устройствами на одной шине. I2c использует 7-битный или 10-битный адрес, что позволяет подключать до 1024 устройств. Но для генерации условий запуска и остановки требуется тактовый сигнал.Преимущество в том, что он обеспечивает передачу данных со скоростью 400 кбит / с. Подходит для бортовой связи.
Протокол SPI Протокол
SPI (последовательный периферийный интерфейс) отправляет и принимает данные в непрерывном потоке без каких-либо прерываний. Этот протокол рекомендуется для высокоскоростной передачи данных. Максимальная скорость, которую он может обеспечить, составляет 10 Мбит / с.
В отличие от i2c, SPI имеет 4 провода. Это MOSI (главный выход, подчиненный вход), MISO (главный в подчиненном выходе), тактовый сигнал и сигнал выбора подчиненного.Теоретически мы можем подключить неограниченное количество ведомых устройств, и практически это зависит от емкости нагрузки шины.
Протокол CAN
Этот протокол предназначен для автомобильных систем или автомобилей. Это ориентированный на сообщения протокол, используемый для мультиплексной электропроводки с целью экономии меди. Это мульти-ведущая многосерийная шина, используемая в таких приложениях, как автоматический запуск / остановка транспортных средств, системы предотвращения столкновений и т. Д.
USB Интерфейс USB
— лучшая альтернатива последовательным или параллельным портам.Передача данных, связанная с портами USB, намного быстрее, чем через последовательный и параллельный интерфейсы. USB поддерживает скорость от 1,5 Мбит / с (USB 1.0) до 4,8 Гбит / с (USB 3.0). Сегодня большинство встраиваемых устройств используют технологию USB OTG (программирование на ходу) для выгрузки шестнадцатеричного файла в микроконтроллер.
Микропровода
Microwire — это трехпроводной протокол последовательной связи. Он имеет последовательный порт ввода-вывода на микроконтроллере для взаимодействия с периферийными микросхемами. Он поддерживает скорость до 3 Мбит / с.Это быстрее, чем i2c и подмножество протокола SPI.
Заключение
Последовательная связь
является жизненно важной частью в области электроники и встраиваемых систем. Скорость передачи данных имеет решающее значение, если два устройства хотят обмениваться информацией по одной шине. Следовательно, необходимо выбрать действующий последовательный протокол для любого приложения.
Также прочтите: Что такое встроенная система и как она работает?
Последовательная связь
— обзор
Введение
На протяжении многих лет отладка проблем последовательной связи во встроенных системах обычно сводилась к отладке капризов протокола RS-232.Удивительно, но это все еще верно сегодня, потому что RS-232C является самым основным и фундаментальным из протоколов последовательной связи и, как правило, довольно надежен. Отладка обычно заключалась в том, чтобы правильно согласовать скорости передачи данных или возиться с передаваемыми данными на выходе и передаваемыми данными на контактах 2 и 3 разъема. Отладка канала последовательной связи была первой частью ввода-вывода, которая требовалась инженеру для правильной работы, поскольку связь с целевой системой зависела от правильной работы этого канала.
Сегодня протоколы последовательной связи сильно эволюционировали и используются как для периферийных коммуникаций, так и для связи между элементами сетей. Эти системы быстродействующие и сложные. Им требуются узкоспециализированные инструменты измерения для анализа и исправления ошибок в потоках данных. Любое обсуждение, которое мы могли бы провести об отладке этих систем, быстро сосредоточилось бы на том, какой анализатор компании следует купить.
Таким образом, давайте сузим наши рамки до типов систем связи, с которыми нам, скорее всего, придется иметь дело при проектировании систем управления в реальном времени без необходимости прибегать к специализированным инструментам.Кроме того, мы также можем исключить из нашего обсуждения протоколы USB и Ethernet. Вы можете возразить, что эти протоколы довольно фундаментальны. Фактически, у меня в офисе есть лазерный принтер с уже установленными портами USB и Ethernet. Разве мы не должны обсудить это?
Справедливая точка. Однако, как правило, у нас будет стандартная ИС некоторой разновидности, которая будет обрабатывать трансляцию протокола связи физического уровня во что-то, с чем может иметь дело остальная часть системы.Эта схема ИС физического уровня довольно стандартна, и если вы будете следовать правилам проектирования и примерам схем, приведенным в примечаниях к применению, ваша схема с высокой вероятностью будет работать правильно. Однако, как только он покидает схему транслятора, мы должны рассматривать его как еще один элемент нашей общей системы, и тогда в игру вступают обсуждения предыдущих глав.
Вот простой пример. Ранние версии одноплатных компьютеров Arduino содержали преобразователь USB в UART IC, произведенный Future Technology Device International (FTDI).Все микроконтроллеры Atmel, которые были ядром семейства плат Arduino, имели интерфейсы UART, которые могли так же легко подключать чип к шине RS-232. Чип FTDI преобразует протокол USB в UART.
Более поздние версии микросхемы, такие как ATMEGA16U2-MU, обновили коммуникационный порт для прямого взаимодействия с USB 2.0, устраняя необходимость в микросхеме интерфейса FTDI. Все, что теперь требуется, — это два последовательных резистора 220 Ом между разъемом USB и микроконтроллером.
Итак, какие последовательные протоколы мы должны обсудить? Основываясь на моем опыте решения проблем моих учеников с разработкой своих микропроцессорных конструкций, почти все периферийные устройства, которые они подключают к своему контроллеру, являются либо интерфейсом SPI, либо интерфейсом I ² C.Поэтому давайте обсудим эти протоколы, исходя только из уровня боли.
Поскольку RS-232 все еще существует и все еще используется во многих системах, мы рассмотрим основы этого протокола и проблемы, связанные с его работой.
Наконец, и в основном потому, что он получил широкое распространение во многих отраслях в качестве протокола связи, мы рассмотрим шину CAN. Изначально шина CAN развивалась как стандарт связи для автомобильных систем, но с годами получила гораздо большее признание и в других отраслях промышленности.
Наконец, еще одна причина, по которой, на мой взгляд, имеет смысл обсудить эти четыре протокола в контексте отладки, является то, что простые смертные могут находить и исправлять ошибки, используя только стандартный осциллограф или логический анализатор.
Как работают последовательные порты | HowStuffWorks
Все компьютерные операционные системы, используемые сегодня, поддерживают последовательные порты, поскольку последовательные порты существуют уже несколько десятилетий. Параллельные порты являются более поздним изобретением и работают намного быстрее, чем последовательные порты. Портам USB всего несколько лет, и они, вероятно, полностью заменят как последовательные, так и параллельные порты в течение следующих нескольких лет.
Название «последовательный» происходит от того факта, что последовательный порт «сериализует» данные. То есть он берет байт данных и передает 8 бит в байте по одному. Преимущество состоит в том, что для последовательного порта требуется только один провод для передачи 8 бит (в то время как для параллельного порта требуется 8). Недостатком является то, что для передачи данных требуется в 8 раз больше времени, чем при использовании 8 проводов. Последовательные порты снижают стоимость кабеля и уменьшают размер кабеля.
Перед каждым байтом данных последовательный порт отправляет стартовый бит, который представляет собой один бит со значением 0.После каждого байта данных он отправляет стоповый бит, чтобы сигнализировать, что байт завершен. Он также может отправить бит четности.
Последовательные порты, также называемые портами связи (COM) , являются двунаправленными . Двунаправленная связь позволяет каждому устройству как принимать данные, так и передавать их. Последовательные устройства используют разные контакты для приема и передачи данных — использование одних и тех же контактов ограничит связь полудуплексом , что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз.Использование разных контактов позволяет полнодуплексной связи , при которой информация может перемещаться в обоих направлениях одновременно.
Последовательные порты полагаются на специальную микросхему контроллера, универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) (UART) , для правильной работы. Микросхема UART принимает параллельный вывод системной шины компьютера и преобразует его в последовательную форму для передачи через последовательный порт. Чтобы работать быстрее, большинство микросхем UART имеют встроенный буфер объемом от 16 до 64 килобайт.Этот буфер позволяет микросхеме кэшировать данные, поступающие по системной шине, пока он обрабатывает данные, поступающие на последовательный порт. В то время как большинство стандартных последовательных портов имеют максимальную скорость передачи 115 Кбит / с (килобит в секунду), высокоскоростные последовательные порты, такие как Enhanced Serial Port (ESP) и Super Enhanced Serial Port (Super ESP) , могут достигать передачи данных. скорости 460 Кбит / с.
Что такое последовательный порт в 2021 году
Основные параметры COM-портов
COM-порт имеет следующие стандартные характеристики:
Базовый адрес порта ввода / вывода;
номер IRQ (прерывания);
Размер одного блока информации;
Скорость передачи данных;
Режим определения четности;
Метод контроля потока;
Количество стоповых битов.
Каковы преимущества последовательной передачи данных?

Последовательная связь требует меньшего количества проводящих проводов, что снижает стоимость интерфейса.
Он поддерживает передачу данных на большие расстояния.
Он использует меньшее количество проводов, часто только один, это приводит к простому интерфейсу между передающими и принимающими устройствами или ИС.
Последовательные протоколы легко реализовать.
Типы последовательных портов
Существует несколько типов интерфейсов передачи данных, каждый из которых предназначен для конкретных приложений на основе необходимого набора параметров и структуры протокола.Последовательные интерфейсы данных включают CAN, RS-232, RS-485, RS-422, I2C, I2S, LIN, SPI и SMBus, но RS-232, RS-485 и RS-422 по-прежнему являются наиболее надежными и распространенными.
Интерфейсы RS-232 RS-422 RS-485
Кол-во приборов 1 передатчик
1 приемник 5 передатчиков
10 приемников на 1 передатчик 32 передатчика
32 приемника
Тип протокола дуплекс дуплекс полудуплекс
Макс.длина кабеля ~ 15.25 метров при 19,2 Кбит / с ~ 1220 метров при 100 Кбит / с ~ 1220 метров при 100 Кбит / с
Макс.скорость передачи данных 19,2 Кбит / с для 15 метров 10 Мбит / с на 15 метров 10 Мбит / с на 15 метров
Сигнал несимметричный сбалансированный сбалансированный
Мин. Входное напряжение +/- 3 В 0.2V дифференциал Дифференциал 0,2 В
Выходной ток 500 мА 150 мА 250мА
RS232 Стандартный. Распиновка последовательного порта
RS-232 — это стандартный протокол связи, используемый последовательными портами для связи компьютера и его периферийных устройств. Этот стандарт описывает процесс обмена данными между телекоммуникационным устройством, например модемом, и компьютерным терминалом.Стандарт RS-232 определяет электрические характеристики сигналов, их назначение, продолжительность, а также размер разъемов и их распиновку.
Следует также отметить , что стандарт RS-232 является протоколом физического уровня и не определяет транспортные протоколы, которые будут использоваться для передачи данных. Транспортные протоколы могут различаться в зависимости от используемого коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Типы последовательных разъемов в компьютере.
Большинство компьютеров, где еще можно найти последовательный порт, имеют 9-контактный штекер DB-9. Разъем DB-9 обычно находится на материнской плате ПК, хотя в старых компьютерах он может быть на специальной мульти-карте, вставленной в слот расширения. Более старая версия последовательного разъема — это 25-контактный DB-25.
В отличие от параллельного порта, разъемы на обеих сторонах последовательного кабеля идентичны. В дополнение к линиям передачи данных последовательный порт содержит несколько служебных линий, по которым некоторая управляющая информация может передаваться между терминалом (компьютером) и телекоммуникационным устройством (модемом).Хотя теоретически для работы последовательного порта достаточно всего трех линий: приема данных, передачи данных и заземления, практика показала, что наличие служебных линий делает связь более эффективной, надежной и быстрой.
Распиновка разъема DB9 по стандарту RS-232 и соответствие выводам разъема DB-25:
DB-9 Номер контакта Описание сигнала DB-25 Номер контакта
1 (DCD) Обнаружение носителя данных 8
2 (TxD) Переданные данные 2
3 (RxD) Получение данных 3
4 (DTR) Терминал данных готов 20
5 (Земля) Земля 7
6 (DSR) Готовность набора данных 6
7 (RTS) Запрос на отправку 4
8 (CTS) Разрешение на отправку 5
9 (RI) Индикатор звонка 22
GND — Земля, второй (общий) провод для всех сигналов.(Сигналы всегда передаются по двум проводам).
TxD — Переданные данные, асинхронный канал для отправки последовательных данных.
RxD — Полученные данные, асинхронный канал для приема последовательных данных.
RTS — Запрос на отправку, управляющий сигнал, который сообщает, что у компьютера есть данные для отправки по каналу TxD на конечное устройство.
DTR — Data Terminal Ready, сигнал управления, который сообщает, что компьютер (терминал) готов к взаимодействию с конечным устройством.
CTS — Clear To Send, сигнал управления, который указывает, что конечное устройство готово к приему данных с терминала по каналу TxD. Обычно этот сигнал устанавливается оконечным устройством после того, как оно получает сигнал RTS = True (запрос передачи) от компьютера и готово к приему данных. Если конечное устройство не устанавливает сигнал CTS = True, передача по каналу TxD не начнется. Этот сигнал используется для аппаратного управления потоком.
DSR — набор данных готов, управляющий сигнал, который сообщает, что конечное устройство выполнило все настройки и готово начать отправку и получение данных с компьютера.
DCD — Обнаружен носитель данных, управляющий сигнал, который информирует компьютер (терминал) об обнаружении другого терминала, то есть конечное устройство, например модем, обнаружило другой модем, который хочет инициализировать обмен данными между терминалы. Модем устанавливает сигнал DCD = True, который детектируется на входе компьютера (терминала). Если терминал готов к обмену данными, он должен указать свою готовность, установив сигнал DTR = True, после чего начнется обмен данными между двумя терминалами.
RI — индикатор звонка, сигнал, который «сообщает» компьютеру (терминалу), что оконечное устройство принимает сигнал вызова.
Как проверить COM-порт на компьютере
Часто возникает необходимость открыть COM-порт, когда вы ремонтируете компьютер или выполняете диагностику. Кроме того, может потребоваться проверить, работает ли ваш последовательный порт. Сжечь элемент очень просто. Чаще всего COM-порты повреждаются, когда пользователи неправильно отключают устройства.
Самый простой способ проверить работоспособность COM-интерфейса — подключить к нему мышь.Однако это не даст вам полной картины, поскольку манипулятор использует только половину из восьми доступных сигнальных линий. Только с помощью специального программного обеспечения сниффера COM-порта (например, Serial Port Monitor) вы получите возможность тщательно протестировать последовательный порт. Найдите список лучших снифферов последовательных данных в нашем новом руководстве. Он охватывает как программные, так и аппаратные решения для снифферов COM-портов и подчеркивает очевидные преимущества, которые вы получаете от того или иного решения.
Проект документации Linux

Информация о LDP
– FAQ
– Манифест / лицензия
– История
– Волонтеры / сотрудники
– Должностные инструкции
– Списки рассылки
– IRC
– Обратная связь

Автор / внесение вклада
– Руководство для авторов LDP
– Внесите свой вклад / помогите
– Ресурсы
– Как отправить
— Репозиторий GIT
– Загрузок
– Контакты

Спонсор сайта LDP
Мастерская

LDP Wiki : LDP Wiki — это отправная точка для любой незавершенной работы
Члены | Авторы | Посетители
Документы

HOWTO : тематическая справка
последние обновления | основной индекс | просматривать по категориям
Руководства : более длинные и подробные книги
последние обновления / основной указатель
Часто задаваемые вопросы : Часто задаваемые вопросы
последние обновления / основной индекс
страницы руководства : справка по отдельным командам (20060810)
Бюллетень Linux : Интернет-журнал
Поиск / Ресурсы

– Ссылки
– Поиск OMF
Объявления / Разное

Обновления документов
Ссылка на HOWTO, которые были недавно обновлены.
ОСНОВЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СВЯЗИ
Компьютеры передают данные двумя способами: параллельным и последовательным. При параллельной передаче данных часто используется 8 или более линий (проводов) для передачи данных на устройство, которое находится всего в нескольких футах от них. Примерами параллельной передачи являются принтеры и жесткие диски; в каждом из них используются кабели с множеством полосок проводов. Хотя в таких случаях можно передать большое количество данных за короткий промежуток времени, используя несколько параллельных проводов, расстояние не может быть большим.Для передачи на устройство, находящееся на расстоянии многих метров, используется последовательный метод. При последовательной связи данные отправляются по одному биту за раз, в отличие от параллельной связи, при которой данные отправляются по одному байту или более за раз. Последовательная связь 8051 — тема этой главы. 8051 имеет встроенную возможность последовательной связи, что делает возможной быструю передачу данных с использованием всего нескольких проводов.
В этой главе мы сначала обсудим основы последовательной связи.В разделе 10.2 обсуждается подключение 8051 к разъемам RS232 через линейные драйверы MAX232. Программирование последовательного порта 8051 обсуждается в Разделе 10.3. Второй последовательный порт DS89C4xO программируется в разделе 10.4. Раздел 10.5 описывает программирование 8051 C для последовательных портов №0 и №1.
РАЗДЕЛ 10.1: ОСНОВЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СВЯЗИ
Когда микропроцессор обменивается данными с внешним миром, он предоставляет данные в виде блоков размером в байты. В некоторых случаях, например, в принтерах, информация просто берется с 8-битной шины данных и передается на 8-битную шину данных принтера.Это может работать, только если кабель не слишком длинный, поскольку длинные кабели уменьшают и даже искажают сигналы. Кроме того, 8-битный путь данных стоит дорого. По этим причинам последовательная связь используется для передачи данных между двумя системами, расположенными на расстоянии от сотен футов до миллионов миль друг от друга. На рис. 10-1 показаны диаграммы последовательной и параллельной передачи данных.

Рисунок 10-1. Последовательная и параллельная передача данных
Тот факт, что для последовательной связи используется одна линия передачи данных вместо 8-битной линии передачи данных параллельной связи, не только делает ее намного дешевле, но и позволяет двум компьютерам, расположенным в двух разных городах, общаться по телефону.
Для работы последовательной передачи данных необходимо преобразовать байт данных

в последовательные биты с использованием сдвигового регистра параллельного ввода-последовательного вывода; тогда он может быть передан по одной линии данных. Это также означает, что на принимающей стороне должен быть сдвиговый регистр последовательного-параллельного вывода для приема последовательных данных и их упаковки в байт. Конечно, если данные должны передаваться по телефонной линии, они должны быть преобразованы из Os и Is в звуковые тона, которые являются сигналами синусоидальной формы.Это преобразование выполняется периферийным устройством, называемым модемом , , что означает «модулятор / демодулятор».
_t, Когда расстояние невелико, цифровой сигнал может передаваться по простому проводу и не требует модуляции. Вот как клавиатуры IBM PC передают данные на материнскую плату. Однако для передачи данных на большие расстояния с использованием линий связи, таких как телефон, для последовательной передачи данных требуется модем для модуляции (преобразование из Os и 1 с в аудиотоны) и демодуляции (преобразование из аудиотонов в Os и 1 с).
Последовательная передача данных использует два метода: асинхронный и синхронный. Синхронный метод передает блок данных (символов) за раз, а асинхронный метод передает один байт за раз. Можно написать программное обеспечение, использующее любой из этих методов, но программы могут быть утомительными и длинными. По этой причине существуют специальные микросхемы 1С, выпускаемые многими производителями для последовательной передачи данных. Эти микросхемы обычно называют UART (универсальный асинхронный приемник-передатчик) и USART (универсальный синхронно-асинхронный приемник-передатчик).Микросхема 8051 имеет встроенный UART, который подробно обсуждается в Разделе 10.3.

Рисунок 10-2. Односторонняя, полудуплексная и дуплексная передача

Полудуплексная и полнодуплексная передача
При передаче данных, если данные могут быть переданы и приняты, это дуплексная передача . Это контрастирует с симплексной передачей , например, с принтерами, в которых компьютер только отправляет данные.Дуплексная передача может быть полудуплексной или полнодуплексной, в зависимости от того, может ли передача данных быть одновременной. Если данные передаются в одну сторону, это называется полудуплексом . Если данные
может работать в обоих направлениях одновременно, — полнодуплексный. Конечно, для полнодуплексного режима требуются два проводника для линий данных (в дополнение к сигнальной земле), один для передачи и один для приема, чтобы передавать и принимать данные одновременно.См. Рисунок 10-2.
Асинхронная последовательная связь и формирование кадров данных
Данные, поступающие на приемный конец линии данных при последовательной передаче данных, — это все операторы и модули; трудно разобраться в данных, если отправитель и получатель не договорились о наборе правил, протоколе , о том, как данные упаковываются, сколько битов составляют символ и когда данные начинаются и заканчиваются.
Стартовые и стоповые биты
Асинхронная последовательная передача данных широко используется для символьной передачи, в то время как при блочной передаче данных используется синхронный метод.В асинхронном методе каждый символ помещается между стартовым и стоповым битами. Это называется кадрированием . При формировании кадров данных для асинхронной связи данные, такие как символы ASCII, упаковываются между стартовым битом и стоповым битом. Стартовый бит всегда один бит, но стоповый бит может быть одним или двумя. Стартовый бит всегда равен 0 (низкий), а стоповый бит (ы) — 1 (высокий). Например, посмотрите на рисунок 10-3, на котором символ ASCII «A» (8-битный двоичный код 0100 0001) заключен между стартовым битом и одним стоповым битом.Обратите внимание, что LSB отправляется первым.

Рисунок 10-3. Обрамление ASCII «A» (41H)
Обратите внимание на рис. 10-3, что при отсутствии передачи сигнал равен 1 (высокий), что обозначается как отметка . 0 (младший) обозначается как пробел. Обратите внимание, что передача начинается со стартового бита, за которым следует DO, который является LSB, затем оставшиеся биты до MSB (D7) и, наконец, один стоповый бит, указывающий конец символа «A».
При асинхронной последовательной связи периферийные микросхемы и модемы могут быть запрограммированы для данных шириной 7 или 8 бит. Это в дополнение к количеству стоповых битов, 1 или 2. В то время как в старых системах символы ASCII были 7-битными, в последние годы из-за расширенных символов ASCII стали обычным явлением 8-битные данные. В некоторых старых системах из-за медленности принимающего механического устройства использовались два стоповых бита, чтобы дать устройству достаточно времени для самоорганизации перед передачей следующего байта.Однако в современных ПК стандартным является использование одного стопового бита. Предполагая, что мы передаем текстовый файл символов ASCII с использованием 1 стопового бита, у нас есть всего 10 бит для каждого символа: 8 бит для кода ASCII и по 1 бит для каждого стартового и стопового бит. Следовательно, для каждого 8-битного символа есть дополнительные 2 бита, что дает 20% служебных данных.
В некоторых системах бит четности символьного байта включается в кадр данных для поддержания целостности данных. Это означает, что для каждого символа (7- или 8-битного, в зависимости от системы) у нас есть один бит четности в дополнение к стартовым и стоповым битам.Бит четности нечетный или четный. В случае бита нечетной четности количество битов данных, включая бит четности, имеет нечетное число Is. Точно так же в системе битов четности общее количество битов, включая бит четности, является четным. Например, символ ASCII «A», двоичное 0100 0001, имеет 0 для бита четности. Микросхемы UART позволяют программировать бит четности для параметров нечетности, четности и отсутствия четности.
Скорость передачи данных
Скорость передачи данных при последовательной передаче данных указана в бит / с, (бит в секунду).Другой широко используемый термин для обозначения бит / с — скорость бод. Однако скорости передачи данных не обязательно равны. Это связано с тем, что скорость передачи. — это терминология модема, которая определяется как количество изменений сигнала в секунду. В модемах за одно изменение сигнала иногда передается несколько бит данных. Что касается проводящего провода, то скорость передачи и бит / с одинаковы, и по этой причине в этой книге мы используем термины «бит / с» и «бод» как синонимы.
Скорость передачи данных данной компьютерной системы зависит от портов связи, встроенных в эту систему.Например, ранний IBM PC / XT мог передавать данные со скоростью от 100 до 9600 бит / с. Однако в последние годы ПК на базе Pentium передают данные со скоростью до 56 Кбит / с. Следует отметить, что при асинхронной последовательной передаче данных скорость передачи обычно ограничивается 100 000 бит / с.
Стандарты RS232
Для обеспечения совместимости оборудования передачи данных различных производителей в 1960 году Ассоциация электронной промышленности (EIA) установила стандарт интерфейса RS232.В 1963 году он был модифицирован и получил название RS232A. RS232B и RS232C были выпущены в 1965 и 1969 годах соответственно. В этой книге мы называем его просто RS232. Сегодня RS232 является наиболее широко используемым стандартом интерфейса последовательного ввода / вывода. Этот стандарт используется в ПК и многих типах оборудования. Однако, поскольку стандарт был установлен задолго до появления семейства логики TTL, уровни его входного и выходного напряжения несовместимы с TTL. В RS232 1 представлена от -3 до -25 В, а бит 0 — от +3 до +25 В, что делает неопределенными от -3 до +3.По этой причине для подключения любого RS232 к системе микроконтроллера мы должны использовать преобразователи напряжения, такие как MAX232, для преобразования логических уровней TTL в уровни напряжения RS232 и наоборот. Микросхемы MAX232 1C обычно называют линейными драйверами. Подключение RS232 к MAX232 обсуждается в разделе 10.2.
Контакты RS232
В Таблице 10-1 представлены контакты и их метки для кабеля RS232, обычно называемого разъемом DB-25. В маркировке DB-25P относится к штекерному разъему (вилка), а DB-25S — к розетке (розетка).См. Рисунок 10-4.

Рисунок 10-4. Разъем RS232 DB-25
Поскольку не все контакты используются в кабелях ПК, IBM представила версию DB-9 стандарта последовательного ввода-вывода, в которой используются только 9 контактов, как показано в Таблице 10-2. Контакты DB-9 показаны на рисунке 10-5.
Передача данных
классификация

Текущая терминология классифицирует оборудование передачи данных как DTE (оконечное оборудование данных) или DCE (оборудование передачи данных).DTE относится к терминалам и компьютерам, которые отправляют и получают данные, в то время как DCE относится к оборудованию связи, например модемам, которое отвечает за передачу данных. Обратите внимание, что все определения функций контактов RS232 в таблицах 10-1 и 10-2 даны с точки зрения DTE.
Простейшее соединение между ПК и микроконтроллером требует минимум трех контактов, TxD,
RxD и заземление, как показано на рисунке 10-6. Обратите внимание на то, что на этом рисунке контакты RxD и TxD поменяны местами.
Проверка сигналов квитирования RS232
Для обеспечения быстрой и надежной передачи данных между двумя устройствами передача данных должна быть скоординированной. Так же, как и в случае с принтером, поскольку на принимающем устройстве при последовательной передаче данных может не быть места для данных, должен быть способ сообщить отправителю о прекращении отправки данных. Многие контакты разъема RS-232 используются для сигналов подтверждения. Их описания приведены ниже только для справки, и их можно обойти, поскольку они не поддерживаются микросхемой 8051 UART.

DTR (готов к работе с терминалом данных). Когда терминал
(или COM-порт ПК) включен, после прохождения самотестирования
он отправляет сигнал DTR на
, указывающий, что он готов к связи
. Если что-то не так с COM-портом
, этот сигнал
не будет активирован. Это сигнал
активный-низкий, и его можно использовать как
для информирования модема о том, что компьютер com
активен и работает. Это
, выходной контакт DTE (порт COM
ПК) и вход для модема.
DSR (набор данных готов). Когда DCE
(модем) включен и прошел самотестирование
, он выдает DSR
, чтобы указать, что он готов к обмену данными через com
. Таким образом, это выход
модема (DCE) и вход
ПК (DTE). Это активный низкий сигнал
. Если по какой-либо причине модем
не может установить соединение
с телефоном, этот сигнал
остается неактивным, указывая ПК (или терминалу)
, что он не может
принимать или отправлять данные.
RTS (запрос на отправку). Когда устройство DTE
(например, ПК) имеет байт
для передачи, оно устанавливает RTS на
, чтобы сообщить модему, что у него есть байт
данных для передачи. RTS — это выход
с активным низким уровнем от DTE
и вход для модема.
CTS (готово к отправке). В ответ на:
RTS, когда модем имеет место для хранения данных, которые он должен получить, он отправляет сигнал CTS на DTE (ПК), чтобы указать, что он может получить данные сейчас.Этот входной сигнал для DTE используется DTE для начала передачи.
DCD (обнаружение несущей, или DCD, обнаружение носителя данных). Модем выдает сигнал
DCD, чтобы информировать DTE (ПК) о том, что действительный носитель обнаружен и что между ним и другим модемом установлен контакт
. Следовательно, DCD — это выход
от современных и вход для ПК (DTE).
RI (кольцевой индикатор). Выход модема (DCE) и вход ПК
(DTE) указывают на то, что телефон звонит.Он включается и выключается синхронно
nization со звуком звонка. Из шести сигналов рукопожатия это
наименее часто используемых сигналов, так как модемы отвечают за телефонные звонки.
Однако, если за ответ на звонок отвечает ПК, этот сигнал можно использовать.
Из приведенного выше описания связь ПК и модема можно резюмировать следующим образом: Хотя сигналы DTK и DSR используются ПК и модемом, соответственно, чтобы указать, что они живы и здоровы, именно RTS и CTS фактически управляют потоком. данных.Когда ПК хочет отправить данные, он подтверждает RTS, и в ответ, если модем готов (имеет место) для приема данных, он отправляет обратно CTS. Если из-за нехватки места модем не активирует CTS, ПК отменит подтверждение DTR и попытается снова. RTS и CTS также называются сигналами потока управления аппаратными средствами.
На этом завершается описание наиболее важных контактов сигналов квитирования RS232 плюс TxD, RxD и земля. Земля также обозначается как SG (сигнальная земля).
IBM PC / совместимые COM-порты
IBM PC / совместимые компьютеры на базе микропроцессоров x86 (8086, 286, 386, 486 и Pentium) обычно имеют два COM-порта.Оба COM-порта имеют разъемы типа RS232. Многие ПК используют по одному разъему RS232 DB-25 и DB-9. COM-порты обозначаются как COM 1 и COM 2. В настоящее время COM 1 используется для мыши, а COM 2 доступен для таких устройств, как модем. Мы можем подключить последовательный порт 8051 к порту COM 2 ПК для экспериментов с последовательной связью.
Имея такой опыт последовательной связи, мы готовы взглянуть на 8051. В следующем разделе мы обсудим физическое соединение разъема 8051 и RS232, а также в разделе 10.3 показано, как программировать порт последовательной связи 8051.
Кабели последовательного порта и модема
Последовательный порт на вашем компьютере можно использовать одним из двух способов:
Для подключения компьютера, терминала или другого оконечного оборудования данных (DTE) к модему или другому оборудованию передачи данных (DCE).
Для подключения одного DTE напрямую к другому, например ПК к другому компьютер или какое-то устройство.
Для каждого способа требуется кабель разного типа.Соединения между ПК и модем используйте модемный кабель (в котором провода проходят «прямо», штырь к pin), тогда как соединения между двумя компьютерами используют нуль-модем кабель (в котором пары проводов перекрестно соединены). Чтобы усложнить дело, на каждом конце могут потребоваться разные типы разъемов. Хотя DCE порт почти всегда женский DB25, а порт ПК всегда должен быть мужского пола, порт ПК может принимать разные формы: DB25, DB9, Din8, RJ45, USB и т. Д .; таким образом, возможно множество комбинаций.
Подключить последовательный порт к внешнему модему обычно просто. потому что все внешние модемы имеют одинаковый разъем данных (розетка DB25) и для любого компьютера с последовательным портом, независимо от типа разъема должен быть доступен модемный кабель (обычно из производитель компьютера).
Однако соединить два компьютера вместе может быть сложнее.
Стандарт RS-232
Стандарт RS-232 Ассоциации электронной промышленности (EIA) был универсальный, стабильный и надежный способ подключения компьютеров и / или оконечные устройства вместе десятилетиями; все остальное, кажется, приходит и иди.Стандарт описывает ряд электрических сигналов, каждый из которых передается. на собственном проводе (цепи) между DTE и DCE. Хотя RS-232 не указать конфигурации разъемов, два стали стандартами де-факто: DB25 (25-контактный разъем, в котором обычно используется не более 10 проводов), и DB-9 (9-контактный разъем, в котором обычно используются все 9 проводов). Стол показывает схемы, используемые в соединениях компьютер / модем.
Схема V.24 Имя Направление DB25 DB9 Описание
FG (1) Заземление рамы 1 — Электробезопасность
TD 103 Переданные данные К DCE 2 3 Данные с компьютера
РД 104 Полученные данные К DTE 3 2 Данные в компьютер
РТС 105 Запрос на отправку (2) К DCE 4 7 Аппаратное управление потоком
CTS 106 Отменить отправку К DTE 5 8 Аппаратное управление потоком
DSR 107 Набор данных готов К DTE 6 6 DCE включен и находится в режиме данных
SG 102 Сигнальная земля 7 5 Ссылка для измерения напряжения
КД 109 Обнаружение несущей (3) К DTE 8 1 Модемы обмениваются данными
ДТР 108 Терминал данных готов К DCE 20 4 DTE включено и находится в режиме данных
РИ 125 Индикатор звонка К DTE 22 9 Телефон звонит
1.V.24 — это европейский стандарт, эквивалентный RS-232, совместимый, но использующий разная терминология.
2. RTS также известен как готовность к приему (RTR).
3. CD также известен как Data Carrier Detect (DCD) или Received Line Signal. Индикатор (RLSI).
Провода TD и RD несут данные, провод заземления сигнала позволяет сигналы на других проводах, которые необходимо измерить, и другие цепи контролируют состояние подключения.
На рисунке II-5 из с использованием C-Kermit показано три распространенных типа разъемов (DB25, DB9, Mini Din8) с нумерацией контактов для используется для каждого пола.Как видите, два пола зеркально отражают друг друга. изображения друг друга, поэтому, когда они сопрягаются, контакт 1 соединяется с контактом 1, контактом 2 к контакту 2 и так далее.
Нажмите на диаграмму для увеличения
Описание сигналов модема
Последовательный порт компьютера или терминала разработан и предназначен для подключен к модему. Драйвер устройства и / или контроллер для порта относитесь к схемам следующим образом:
Переданные данные (TD)
Переносит данные с компьютера на модем.Обратите внимание, что модем получает данных на свой вывод передачи данных.
Полученные данные (RD)
Переносит данные с модема на компьютер. Обратите внимание, что модем отправляет данных на свой вывод полученных данных.
Запрос на отправку (RTS)
Сегодня этот сигнал обычно используется, чтобы указать, что компьютер подготовлен к приему данных от модема (также может использоваться в полудуплексном режиме) сообщение для запроса разрешения на передачу, отсюда и название).
Готово к отправке (CTS)
Указывает, что модем готов к приему данных с компьютера. RTS и CTS, действуя вместе, обеспечивают мгновенное, эффективное и надежная форма управления потоком, называемая RTS / CTS или «аппаратное» управление потоком. Без этого данные могут быть потеряны или повреждены из-за разницы в скорости. или мощности подключенных устройств.
Набор данных готов (DSR)
Указывает, что модем включен и находится в режиме данных.
Обнаружение несущей (CD)
Указывает, что модем имеет телефонное соединение с другим модемом и успешно с ним общается.Когда сигнал CD идет от Off на On, это означает, что другой модем только что «ответил на звонок». Когда это изменяется с Вкл на Выкл, это означает, что соединение с телефоном просто прервано.
Терминал данных готов (DTR)
Указывает, что компьютер включен, находится в режиме данных и «платит» внимание »на модем. При появлении сигнала DTR переходит из Вкл в Выкл, а модем имеет активное телефонное соединение, это заставляет модем вешать трубку телефон.
Индикатор звонка (RI)
Указывает, что телефон, к которому подключен модем, звонит и звонок ждет ответа.
Модемные соединения (от DTE к DCE)
Модемный кабель прост, и различные сигналы выполняют свою работу в одном простой способ. Кабель должен передавать все сигналы, перечисленные в предыдущий раздел, плюс сигнальное заземление (и заземление корпуса для электрических безопасность) для правильной работы модемного соединения.
Большинство компьютеров имеют штекерный разъем последовательного порта DB25 или DB9. Если оно DB25, тогда все провода в кабеле «прямые», контакт 1 на один конец к штырю 1 на другом; 2–2 и так далее, как показано на рисунке.Провода для контактов 9-19 и 23-25 могут отсутствовать в кабеле, так как они вообще не используется. Если в компьютере есть разъем DB-9, то провода подключают соответствующие контакты, как показано в таблице выше: 2-к-3, 3-к-2, 4-к-7 и так далее.
Последовательные порты компьютера и терминала должны быть штыревыми, поэтому компьютер конец штатного модемного кабеля — мама. Если последовательный порт имеет гнездовой разъем, вы можете купить «Смена пола».
Прямые последовательные соединения (от DTE к DTE)
Когда два компьютера (или другие DTE) должны быть подключены напрямую, каждый должен быть «обманут», заставив думать, что другой является модемом (DCE).Уловка сделано полностью с проводами, соединяющими пины. В результате нуль-модемный кабель — кабель для каждого компьютера как если бы он выходил из модема. Есть несколько классов нуль-модемных кабелей, каждый со многими вариантами:
Минимум 3- или 4-проводный кабель
В этом кабеле RD и TD перекрестно соединены, а сигнальная земля идет хотя прямо (и, возможно, также Frame Ground). Такой кабель обеспечивает нет аппаратного управления потоком и нет мониторинга соединения.Это могло бы представляют проблемы для некоторого программного обеспечения или драйверов устройств, для которых требуется серийный подключение к порту для представления сигналов CD, DSR и / или CTS, прежде чем разрешить Обмен данными.
Поддельный кабель
Этот кабель (модель A на рисунке II-6) также имеет только три функциональных провода. идет из конца в конец, но оставшиеся сигналы «подделываются» перемычка исходящих сигналов каждого компьютера обратно в соответствующие входящие: DTR на CD, RTS на CTS и так далее. Это проходит трудности с ПО и драйверами устройств, но на самом деле не дает статус любого соединения, ни возможность аппаратного потока контроль.
Настоящий нуль-модемный кабель
Полнофункциональный нуль-модемный кабель (модель B на рисунке) позволяет аппаратное управление потоком данных и для каждого компьютера, чтобы определить, активен. В этом кабеле комплементарные цепи пересекаются сквозной, а не перемычкой внутри каждого разъема: RD и TD, RTS и CTS, DTR, CD и т. Д., Поэтому (например) программное обеспечение на одном конце соединение может «повесить трубку», отключив сигнал DTR и программное обеспечение на другом конце увидит, что сигнал компакт-диска пропадет, даже если там нет ни телефонов, ни модемов.
На рисунке показаны подключения разъемов DB25; используйте приведенную выше таблицу, чтобы получить соответствующие контакты для DB9.
Кстати, хотя в былые времена для нас было обычным делом строить собственные кабели, гораздо проще (да и тогда) просто купить «модем» устранитель «или» нуль-модемный адаптер «из компьютерного магазина (поиск). Это двусторонний разъем, в котором уже есть все модели B кроссоверы реализованы внутри.Они бывают мужского-мужского, мужского-женского и женско-женские разновидности. Подключите обычный модемный кабель к каждому компьютеру и затем соедините два модемных кабеля с модулем исключения модема.
У нужного вам элиминатора модема есть разъем соответствующей формы. (DB9 или DB25) и пол (мужской или женский) на каждом конце, и асинхронный , НЕ синхронный. Синхронный нуль-модем — это что-то остальное полностью, с электроникой, генераторами тактовых импульсов и так далее.
Для более подробной информации см. Книги Кермита.

Кабели для последовательного порта и модема / Проект Кермит / Колумбийский университет / [email protected] / 2006-11-28
.