В первой статье данной рубрики «Электроника для детей» мы рассмотрели светодиоды; во второй статье мы исследовали конденсаторы; в третьей статье мы подробно рассмотрели электрические измерения.
В этой же статье мы сосредоточимся на многих типах электрических соединений различных компонентов. Последовательное и параллельное соединения являются двумя наиболее важными. Оба позволяют нам максимально использовать возможности устройств, позволяя достичь значительных результатов.
Соединительные компоненты
Соединение электронных компонентов вместе для изменения эффективности электрических цепей является обычной практикой. Последовательное и параллельное соединения являются двумя наиболее распространенными типами соединений. Все компоненты последовательной цепи подключаются к одной линии. Все они имеют один и тот же ток, который проходит через все подключенные компоненты. В последовательной цепи отказа одного компонента достаточно, чтобы вывести из строя все остальные компоненты. Каждый компонент в параллельной цепи имеет свою собственную цепь. Общий ток представляет собой сумму отдельных токов. В параллельной цепи, в отличие от последовательной, если один компонент выходит из строя, другие компоненты продолжают нормально функционировать.
Последовательные цепи
Электрический ток, представленный в данном случае, на картинке ниже, муравьями, может проходить только по одному пути при последовательном соединении. Если остановится хотя бы один муравей, остальные последуют его примеру. Муравьи могут двигаться только в одном направлении и не могут избегать препятствий. Последовательная цепь используется, например, для соединения огоньков на новогодней елке. Если перегорит один огонек, все остальные перестанут работать.
Параллельные цепи
Ток при параллельном соединении, показано на картинке ниже, протекает по абсолютно случайным путям. Если один муравей останавливается, другие муравьи могут свободно переходить на другие дорожки. Например, точечные светильники на потолке соединены параллельной цепью. Если одна лампочка перегорит, остальные продолжат нормально работать.
Какие компоненты можно соединять последовательно и параллельно?
Почти все электрические и электронные компоненты могут быть соединены последовательно и параллельно. В приведенных ниже примерах показаны реальные применения, а наши тесты будут сосредоточены на следующих компонентах:
- Батареи
- Лампочки
Соединение батарей последовательно и параллельно
Очень важно, чтобы подключаемые аккумуляторы или батареи были одинаковыми, и чтобы все они имели одинаковую степень заряда. На картинке ниже показаны различия измерений между последовательными и параллельными цепями аккумуляторов. Последовательное соединение аккумуляторов – наиболее распространенный и простой способ. Он предусматривает расположение всех генераторов с отрицательным полюсом, соединенным с положительным полюсом другого. Этот тип соединения можно наблюдать, например, в пультах дистанционного управления телевизора или в игрушечных машинках. Полученное общее напряжение равно сумме напряжений отдельных генераторов и считается по следующей формуле:
Когда необходимо поднять напряжение питания в цепи, применяют последовательное соединение. С помощью этого метода можно получить очень релевантные значения напряжения. Достаточно подключить 100 или 200 генераторов, чтобы получить сотни вольт, что крайне опасно. Последовательное соединение двух и более аккумуляторов обеспечивает большее номинальное напряжение на выходе по сравнению с одиночными аккумуляторами при сохранении той же емкости. Очень важно соблюдать правильную полярность при подключении. Параллельное соединение, с другой стороны, осуществляется путем соединения всех положительных полюсов и всех отрицательных полюсов многочисленных генераторов. Параллельное подключение двух или более одинаковых батарей обеспечивает увеличение емкости при сохранении того же номинального напряжения. Важно, чтобы генераторы имели одинаковое напряжение; в противном случае могут возникнуть проблемы.
Подключение лампочек последовательно и параллельно
Кроме аккумуляторов и батарей возможно последовательное и параллельное соединение лампочек (и светодиодов). Получается всегда зажигание ламп, но совершенно по-другому. На картинке ниже, в разделе разделе А схемы 14 лампочек, соединенных последовательно. Если перегорает только одна из них, все остальные гаснут, потому что электрический ток уже не находит пути. В разделе B схемы семь лампочек соединены параллельно. Каждая из них независима от других и выход из строя одной из них не вызывает отключения всех остальных. Наконец, на участке С схемы показано смешанное подключение ламп. Поток тока на практике ведет себя так же, как и многие автомобили, следующие и движущиеся по свободным дорогам.
Соединение резисторов последовательно и параллельно
Резисторы могут быть соединены последовательно и параллельно, как показано на картинке ниже. В зависимости от назначения схемы необходимо выполнить один из двух типов соединений. Начнем с определения последовательных и параллельных резисторов.
Два или более резистора соединены последовательно, когда выход одного соединен со входом другого. Другими словами, компоненты соединены последовательно, и по ним будет проходить один и тот же ток и один и тот же поток электронов, как это происходит с батареями и лампочками. Два или более резистора соединены параллельно, когда входные и выходные концы соединены. Резисторы параллельно расположены не на одном проводе последовательно, а соединены на нескольких проводах. Следовательно, токи неодинаковы, потому что ток может проходить через первый или последующие резисторы:
- При последовательном соединении двух или более резисторов получают номинал одного эквивалентного резистора. Он определяется суммой одиночных сопротивлений, поэтому эквивалентное сопротивление будет больше, чем одиночные сопротивления. В последовательных резисторах величина тока одинакова для каждого из резисторов. Например, последовательное соединение трех резисторов сопротивлением 220 Ом, 330 Ом и 470 Ом аналогично использованию одного резистора сопротивлением 1020 Ом.
- При параллельном соединении двух и более резисторов получается номинал одного резистора, который меньше всех остальных. Например, параллельное соединение трех резисторов номиналом 220 Ом, 330 Ом и 470 Ом соответственно равноценно использованию одного резистора номиналом 103 056 Ом.
Другими словами, последовательное соединение резисторов увеличивает омическое значение и пропускает меньший ток. И наоборот, параллельное соединение резисторов снижает омическое сопротивление и позволяет пропускать больший ток.
Итог
Все электрические цепи в любом секторе требуют соединений между различными компонентами. Соединение аккумуляторов последовательно и параллельно позволяет получить от генераторов высокое напряжение или более длительную автономию. Соединение ламп последовательно и параллельно позволяет получить освещение, распределенное по нескольким комнатам.
Наконец, последовательное и параллельное соединение резисторов позволяет получить номиналы резисторов, которых нет в продаже, или создать более прочные резисторы, способные выдерживать большую мощность.
С Уважением, МониторБанк