Сила тока параллельное соединение. Последовательное и параллельное соединение проводников: ключевые особенности и применение

Что такое последовательное и параллельное соединение проводников. Как рассчитать силу тока, напряжение и сопротивление при разных типах соединений. Где применяются последовательные и параллельные цепи.

Основные понятия последовательного и параллельного соединения

Последовательное и параллельное соединение проводников — это два основных способа подключения элементов электрической цепи. Понимание особенностей каждого типа соединения критически важно для анализа и проектирования электрических схем.

При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом, образуя единый путь для тока. При параллельном соединении элементы подключаются к одним и тем же двум точкам цепи, образуя несколько путей для протекания тока.

Ключевые характеристики последовательного соединения:

• Через все элементы протекает одинаковый ток
• Общее напряжение равно сумме напряжений на каждом элементе
• Общее сопротивление равно сумме сопротивлений всех элементов

Ключевые характеристики параллельного соединения:

• На всех элементах одинаковое напряжение
• Общий ток равен сумме токов через каждый элемент
• Обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений элементов

Расчет параметров при последовательном соединении

При последовательном соединении проводников важно уметь рассчитывать общее сопротивление цепи, падение напряжения на каждом элементе и силу тока. Рассмотрим основные формулы и принципы расчета.

Расчет общего сопротивления

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех элементов:

R = R1 + R2 + R3 + … + Rn

Где R — общее сопротивление, а R1, R2 и т.д. — сопротивления отдельных элементов.

Расчет силы тока

Сила тока одинакова во всех участках последовательной цепи и рассчитывается по закону Ома:

I = U / R

Где I — сила тока, U — общее напряжение, R — общее сопротивление цепи.

Расчет напряжения на элементах

Падение напряжения на каждом элементе пропорционально его сопротивлению:

U1 = I * R1 U2 = I * R2 и т.д.

Где U1, U2 — напряжения на элементах, I — общий ток, R1, R2 — сопротивления элементов.

Особенности расчета параллельного соединения

Расчет параметров при параллельном соединении имеет свои особенности. Рассмотрим основные формулы и принципы.

Расчет общего сопротивления

Обратная величина общего сопротивления равна сумме обратных величин сопротивлений элементов:

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn

Где R — общее сопротивление, R1, R2 и т.д. — сопротивления отдельных элементов.

Расчет силы тока

Общий ток равен сумме токов через каждый элемент:

I = I1 + I2 + I3 + … + In

Где I — общий ток, I1, I2 и т.д. — токи через отдельные элементы.

Расчет токов через элементы

Ток через каждый элемент рассчитывается по закону Ома:

I1 = U / R1 I2 = U / R2 и т.д.

Где I1, I2 — токи через элементы, U — общее напряжение, R1, R2 — сопротивления элементов.

Применение последовательного и параллельного соединения в электронике

Последовательные и параллельные соединения широко используются в различных электронных устройствах и системах. Рассмотрим некоторые примеры их практического применения.

Применение последовательного соединения

• Делители напряжения для получения нужного уровня напряжения
• Стабилизаторы тока
• Измерительные приборы (амперметры)
• Светодиодные гирлянды

Применение параллельного соединения

• Шунты для измерительных приборов
• Параллельное включение потребителей в электросети
• Батареи аккумуляторов для увеличения емкости
• Параллельное включение транзисторов для увеличения мощности

Смешанное соединение проводников

В реальных электрических схемах часто встречается смешанное соединение, сочетающее последовательные и параллельные участки. Такие схемы требуют поэтапного расчета, где сначала определяются параметры отдельных участков, а затем производится расчет всей цепи.

Алгоритм расчета смешанных цепей:

1. Разбить схему на участки с однотипным соединением
2. Рассчитать эквивалентное сопротивление для каждого участка
3. Заменить участки эквивалентными сопротивлениями
4. Рассчитать параметры упрощенной схемы
5. Определить токи и напряжения на отдельных элементах

Сравнение последовательного и параллельного соединения

Для лучшего понимания различий между последовательным и параллельным соединением проведем их сравнительный анализ по ключевым параметрам.

Сравнение по распределению тока:

• Последовательное: одинаковый ток через все элементы
• Параллельное: ток распределяется между элементами

Сравнение по распределению напряжения:

• Последовательное: напряжение распределяется между элементами
• Параллельное: одинаковое напряжение на всех элементах

Сравнение по общему сопротивлению:

• Последовательное: увеличивается при добавлении элементов
• Параллельное: уменьшается при добавлении элементов

Практические примеры расчета цепей

Для закрепления теоретического материала рассмотрим несколько практических примеров расчета параметров электрических цепей с последовательным и параллельным соединением.

Пример расчета последовательной цепи:

Дано: три резистора с сопротивлениями R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, R3 = 30 Ом соединены последовательно. Напряжение источника U = 12 В.

Решение: 1. Общее сопротивление: R = R1 + R2 + R3 = 10 + 20 + 30 = 60 Ом 2. Сила тока: I = U / R = 12 / 60 = 0.2 А 3. Напряжения на резисторах: U1 = I * R1 = 0.2 * 10 = 2 В U2 = I * R2 = 0.2 * 20 = 4 В U3 = I * R3 = 0.2 * 30 = 6 В

Пример расчета параллельной цепи:

Дано: три резистора с сопротивлениями R1 = 30 Ом, R2 = 60 Ом, R3 = 120 Ом соединены параллельно. Напряжение источника U = 12 В.

Решение: 1. Общее сопротивление: 1/R = 1/30 + 1/60 + 1/120 = 4/60 + 2/60 + 1/60 = 7/60 R = 60/7 ≈ 8.57 Ом 2. Общий ток: I = U / R = 12 / 8.57 ≈ 1.4 А 3. Токи через резисторы: I1 = U / R1 = 12 / 30 = 0.4 А I2 = U / R2 = 12 / 60 = 0.2 А I3 = U / R3 = 12 / 120 = 0.1 А

Влияние типа соединения на характеристики электрической цепи

Выбор типа соединения элементов может существенно влиять на характеристики электрической цепи. Рассмотрим, как тип соединения влияет на основные параметры.

Влияние на общее сопротивление:

• Последовательное соединение увеличивает общее сопротивление
• Параллельное соединение уменьшает общее сопротивление

Влияние на распределение мощности:

• В последовательной цепи большая часть мощности выделяется на элементах с большим сопротивлением
• В параллельной цепи большая часть мощности выделяется на элементах с меньшим сопротивлением

Влияние на надежность:

• При последовательном соединении выход из строя одного элемента приводит к разрыву всей цепи
• При параллельном соединении выход из строя одного элемента не нарушает работу остальных

Особенности последовательного и параллельного соединения в цепях переменного тока

В цепях переменного тока последовательное и параллельное соединение имеет свои особенности, связанные с наличием реактивных элементов — катушек индуктивности и конденсаторов.

Особенности последовательного соединения в цепях переменного тока:

• Полное сопротивление (импеданс) цепи зависит от частоты тока
• Возможно явление резонанса напряжений
• Сдвиг фаз между током и напряжением зависит от соотношения активного и реактивного сопротивлений

Особенности параллельного соединения в цепях переменного тока:

• Полная проводимость цепи зависит от частоты тока
• Возможно явление резонанса токов
• Сдвиг фаз между током и напряжением зависит от соотношения активной и реактивной проводимостей

Понимание особенностей последовательного и параллельного соединения проводников является фундаментальным для анализа и проектирования электрических цепей. Правильный выбор типа соединения позволяет оптимизировать характеристики электрических устройств и систем, повышая их эффективность и надежность.

Параллельное соединение проводников — Без Сменки

29 июня, 2022

1 мин

Физ 🔬

При параллельном соединении все входящие в него проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи А, а вторым концом — к другой точке В.

При параллельном соединении сила тока, напряжение и сопротивление высчитываются:

▪️ I = I1 + I2
▪️U = U1 + U2
▪️1/R = 1/R1 + 1/R2

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter. Мы обязательно поправим!

Редакция Без Сменки

Честно. Понятно. С душой.

44 подписчиков

+ Подписаться

Редакция Без Сменки

17 сентября, 2021

1 мин

Лит 📚

Все темы для ЕГЭ по литературе

В голове перемешались уже все произведения по литературе для подготовки к ЕГЭ? Не беда, мы. ..

Редакция Без Сменки

06 июня, 2022

1 мин

Общ 👨‍👩‍👧

Права потребителей

Каждый из нас потребитель, а поэтому очень важно знать наши права) 📌 Закон РФ «О защите прав…

Редакция Без Сменки

30 июня, 2022

1 мин

Рус 📖

ИТОГОВОЕ СОЧИНЕНИЕ

Что нужно сделать, чтобы получить зачёт? 🔸 Во-первых, работа должна содержать минимум 250 слов….

Редакция Без Сменки

07 июня, 2022

1 мин

Англ 🇬🇧

Отрицательные префиксы un-, in-/im

❗️Префикс in- (im-, il-, ir-) образует слова со значением, противоположным значению основы,.

..

Редакция Без Сменки

09 июня, 2022

1 мин

Био 🦠

Строение побега и его видоизменение

На рисунке слева видные все составные элементы побега: узел — это место выхода (отрастания) листа…

---

Подпишитесь на еженедельную рассылку полезных материалов про ЕГЭ, высшее образование и вузы и получите скидку на курсы Вебиума

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд:

Напряжение на концах данного участка цепи складывается из напряжений на каждом проводнике:

(1)

По закону Ома для участка цепи:

и (2),

где R – полное сопротивление участка цепи из последовательно соединенных проводников. Из выражений (1) и (2) получаем: . Таким образом:

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

Из соотношений (2) следует, что напряжения на последовательно включенных проводниках прямо пропорциональны их сопротивлениям:

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время:

(1)

Для всех параллельно включенных проводников на основании закона Ома для участка цепи запишем:

(2)

Обозначив общее сопротивление участка электрической цепи через R, для силы тока в неразветвленной цепи получим

(3)

Из выражений (1), (2) и (3) следует:

Пи параллельном соединении проводников, общая проводимость цепи равна сумме проводимостей всех параллельно соединенных проводников.

Шунтирование приборов. Сила тока в цепи измеряется амперметром. Сопротивление амперметра мало, так как он включается в цепь последовательно и не должен существенно влиять на значение силы тока в цепи. Если сила тока I в цепи больше, чем максимальное значение силы тока, которую может измерить амперметр I_Amax, то к амперметру параллельно подключают шунт, так что часть тока Iш начинает течь через шунт. Для существенного увеличения диапазона измерений необходимо, чтобы сопротивлений шунта было много меньше сопротивления амперметра. Если необходимо измерить силу тока, в n раз большую, чем можно измерит данным амперметром, т.е. I/I_A=n, то следует подключить шунт с сопротивлением Rш=R_A/(n-1). Напряжение на различных участках цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно. Показания вольтметра определяются падением напряжения на сопротивлении вольтметра Uv=IvRv и равны падению напряжения на сопротивлении R. Если надо измерить напряжение больше, чем максимальное напряжение, которое может измерить данный вольтметр, то к вольтметру последовательно подключают добавочное сопротивление. Если нужно измерить напряжение в n раз большее, чем то напряжение, которое может измерить данный вольтметр, т.е. n=U/Uvmax, то необходимо подключить добавочное сопротивление R_доб=(n-1)R_v.

напряжение — Параллельное соединение = увеличение общего тока?

спросил 4 года, 1 месяц назад

Изменено 4 года, 1 месяц назад

Просмотрено 262 раза

\$\начало группы\$

Учитывая схему ниже

^{смоделируйте эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Am, я правильно понимаю, в реальной жизни, если я буду постепенно добавлять параллельные резисторы, общий ток будет расти, и даже там всего 1В, значение тока может быть более 10 50 100 и более А? И, следовательно, даже источник напряжения 1 В может расплавить провод или создать сильное магнитное поле?

• напряжение
• сопротивление
• электромагнетизм
• параллель
• тепло

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Да, если различные сопротивления достаточно малы.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Это верно до тех пор, пока вы не превысите способность источника 1 В поддерживать свое выходное напряжение.

Аккумуляторы имеют некоторое внутреннее сопротивление, которое при увеличении потребляемого тока приводит к падению напряжения на клеммах. Это известно как «эквивалентное последовательное сопротивление». Вы можете убедиться в этом сами, если измерите напряжение холостого хода аккумулятора, а затем измерите еще раз при значительной нагрузке.

Нерегулируемые блоки питания с питанием от сети могут иметь аналогичный спад напряжения при увеличении тока.

Регулируемые источники питания будут иметь некоторые активные схемы для поддержания постоянного выходного напряжения до заданного максимального тока. Далее блок питания переходит в ограничение по току и напряжение снижается до того значения, которое будет поддерживать максимальный ток через сопротивление нагрузки. В вашем примере источник питания 1 В с ограничением тока 1 А будет работать нормально, пока не будет добавлен 101-й резистор. Тогда напряжение уменьшится до \$V = IR = 1 \times \frac {100}{101} = 0,99\ \text V \$ и будет уменьшаться для каждого дополнительного резистора, добавленного параллельно.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

если я постепенно добавлю параллельные резисторы, общий ток вырастет?

Да, при добавлении сопротивлений параллельно эффективное сопротивление будет уменьшаться.

эффективное сопротивление параллельной цепи всегда меньше наименьшего сопротивления в этой сети.

даже там всего 1В, значение тока может быть более 10 50 100 и более А?

Да, если источник питания имеет достаточную мощность, а резисторы также способны рассеивать эту мощность.

Значит, даже источник напряжения 1В может расплавить провод?

Да, ток отвечает за плавление, а напряжение является движущей силой тока.

или создать сильное магнитное поле?

да, будет.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Углубленное изучение последовательных и параллельных цепей | Блог о расширенном проектировании печатных плат

Ключевые выводы

• Изучите основы последовательного и параллельного соединения элементов

• Параллельные и последовательные схемы на транзисторах

• Обсуждение последовательных и параллельных резонансных цепей

Рисунок, иллюстрирующий параллельную цепь слева и последовательную цепь справа

В конечном счете, разницу между последовательной и параллельной схемой можно суммировать в следующих двух предложениях.

В последовательной цепи компоненты соединены от конца к концу, создавая единый путь для прохождения тока. Через все элементы цепи протекает одинаковый ток.

В параллельной цепи все компоненты соединены, используя два общих электрических узла. Каждый компонент имеет одинаковое напряжение на нем.

Конечно, большинство схем в настоящее время не являются ни чисто последовательными, ни чисто параллельными, а представляют собой смесь того и другого. Часто вы будете видеть подсхемы в более крупной схеме, которые содержат параллельные или последовательные элементы.

Мы приведем основные примеры с резисторами как с произвольным двухполюсным устройством, но эти определения также применимы к конденсаторам и катушкам индуктивности. Затем мы обсудим более сложные последовательные и параллельные схемы с транзисторами, катушками индуктивности и конденсаторами.

Элементы в серии

Схема с резисторами R1-R4 последовательно

Термин «последовательная цепь» относится к компонентам, соединенным встык, как показано на рисунке выше. Например, источник напряжения подает напряжение и вызывает протекание тока в единственной ветви цепи через резистор R4 до резистора R1.

Чтобы рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, можно воспользоваться законом Ома и умножить ток в ответвлении (одинаковый ток через каждый резистор) на его сопротивление. Другой метод расчета падения напряжения на каждом резисторе состоит в том, чтобы рассматривать его как делитель напряжения и использовать соответствующее уравнение для делителя напряжения.

Параллельные элементы

Схема, показывающая параллельное подключение R1-R3

В параллельной цепи все компоненты имеют два общих электрических узла. В большинстве схем предполагается, что на проводах падение напряжения равно нулю, и поэтому все узлы, соединенные проводами, имеют в этой точке одинаковое напряжение. Как показано на изображении выше, резисторы R1, R2 и R3 имеют электрически общий узел внизу (который оказывается подключенным к отрицательной клемме батареи) и электрически общий режим вверху (что происходит с быть подключен к положительной клемме аккумулятора).

Поскольку все компоненты имеют два общих электрических узла, все они имеют одинаковое падение напряжения. На изображении узлы электрически соединены с положительной и отрицательной клеммами батареи, поэтому падение напряжения на всех резисторах пропорционально V.

Параллельные схемы с транзисторами BJT

регулировать ток в случае, если отдельного транзистора может быть недостаточно. Параллельное подключение нескольких транзисторов позволяет лучше управлять пропускной способностью по току и предотвращает повреждение любого отдельного транзистора.

Например, предположим, что мы хотим питать двигатель, для которого требуется ток (1,5 А), больший, чем может обеспечить один транзистор (1 А). Добавление второго транзистора позволило бы обеспечить общее безопасное потребление тока до 2 А — этого достаточно для питания двигателя. Если бы двигатель был подключен к источнику питания, то коллектор обоих биполярных транзисторов можно было бы подключить ко второй клемме, при этом все три имели бы общий узел. База обоих транзисторов будет подключена к управлению двигателем, а эмиттеры к земле.

Это может быть полезно, если оба транзистора (и любые другие используемые пассивные компоненты) идеально согласованы. В действительности это происходит редко, и может произойти тепловой разгон или несоответствие. Это происходит, когда существует несоответствие при изготовлении транзисторов, в результате чего один транзистор потребляет больше тока, чем другой, что может привести к необратимому повреждению.

По этой причине последовательно с каждым эмиттером следует использовать маломощный резистор. Это обеспечивает отрицательную обратную связь; как и в случае перегрузки по току, узел на эмиттере BJT увеличится, что приведет к меньшему VBE и, следовательно, к меньшему потреблению тока.

Параллельные и последовательные схемы с полевыми МОП-транзисторами

Особенно распространено применение в логике КМОП (комплементарных оксидов металлов и полупроводников). Представьте ворота И-НЕ; транзисторы под узлом, помеченным как «выход», являются транзисторами NMOS, а транзисторы над узлом, помеченным как «выход», являются транзисторами PMOS.

Транзисторы NMOS включены последовательно. Если и A, и B имеют высокий уровень, то оба транзистора проводят ток. Тот же самый ток, который входит в верхний NMOS (вход A), на стоке выходит из нижнего NMOS (вход B). Для транзисторов, соединенных последовательно, оба должны иметь низкое сопротивление, соединяющее выход с напряжением питания, по существу создавая логический элемент И.

Два PMOS-транзистора подключены параллельно, и оба узла PMOS-транзисторов подключены к Vdd и к «выходу», что означает, что в непроводящем состоянии падение напряжения на них одинаковое. Когда в цепи тока есть два транзистора, включенных параллельно, один или оба транзистора должны иметь низкое сопротивление, соединяющее напряжение питания с выходом, создавая вентиль ИЛИ.

Резонансные последовательные и параллельные схемы

Другим распространенным применением параллельных и последовательных схем является создание LC-резонансного резервуара. LC-контур, также известный как колебательный контур или резонансный контур, состоит из катушки индуктивности (L) и конденсатора (C), соединенных параллельно или последовательно. Они особенно полезны для генерации сигналов на заданных частотах или фильтрации определенных частот из более сложного фильтра.

При колебаниях на собственной резонансной частоте в LC-контуре конденсатор накапливает энергию в электрическом поле, а индуктор накапливает энергию в магнитном поле. Их можно использовать для различных приложений, включая настройку передатчиков, индукционный нагрев и строительные фильтры.

В некоторых случаях вы сможете преобразовать последовательные резонансные цепи в параллельные и наоборот, в зависимости от интересующей частоты. Использование последовательно-параллельного преобразователя онлайн может помочь.

Series LC Tank

В последовательной конфигурации конденсатор и катушка индуктивности соединены последовательно. Общее напряжение на блоке схемы представляет собой суперпозицию напряжения на конденсаторе и катушке индуктивности, и все они имеют одинаковый ток. По мере увеличения частоты индуктор представляет большее реактивное сопротивление, а конденсатор — меньшее. На данной частоте реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора равны, что является резонансной частотой.

При резонансе реактивные сопротивления компенсируют друг друга, и ток становится максимальным. Эквивалентное сопротивление цепи минимально, поэтому последовательные LC-цепи называют акцепторными цепями. При последовательном соединении с нагрузкой на резонансной частоте схема будет действовать как полосовой фильтр с нулевым импедансом. Последовательный резонансный контур может обеспечить увеличение напряжения.

Параллельная резонансная цепь

В параллельных LC-цепях напряжение на блоке цепи равно напряжению на катушке индуктивности, которое совпадает с напряжением на конденсаторе. Ток, протекающий через блок, равен сумме токов через катушку индуктивности и конденсатор.

При резонансе реактивное сопротивление конденсатора равно реактивному сопротивлению катушки индуктивности, и они компенсируют друг друга. Теоретически ток с клемм будет нулевым, а ток циркулирует просто между катушкой индуктивности и конденсатором.

На резонансной частоте импеданс резонансного параллельного контура достигает бесконечности. Следовательно, последовательное подключение цепи с нагрузкой будет действовать как полосовой фильтр, а параллельное подключение нагрузки будет действовать как полосовой фильтр.

Параллельные резонансные цепи могут обеспечивать усиление тока, а также могут использоваться в качестве импеданса нагрузки на выходах ВЧ-усилителей. Поскольку они имеют высокий импеданс на интересующей частоте, коэффициент усиления усилителя может достигать максимума.

При выборе последовательных и параллельных цепей в своем проекте обязательно оптимизируйте пакет программного обеспечения Cadence для проектирования и анализа. Вы сможете получить доступ к полному набору инструментов для создания схем, возможностям моделирования и другим мощным функциям САПР.

Если вы хотите использовать резонансные последовательные или параллельные схемы в своих ВЧ-проектах, обязательно ознакомьтесь с документом «ВЧ-дизайн: волна будущего» для получения дополнительной информации.

Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений. Если вы хотите узнать больше о наших инновационных решениях, поговорите с нашей командой экспертов или подпишитесь на наш канал YouTube.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.