Как осуществляется последовательное соединение проводников: Последовательное и параллельное соединение проводников — урок. Физика, 8 класс.

Разное

Содержание

Виды соединения проводников

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 R3. Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R1R2 и резистор R3, 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 R1, R2 и R3

Затем находят общее эквивалентное сопротивление, учитывая, что резисторы R3,R4 и R5,R2 соединены между друг другом последовательно, а в парах параллельно. 

На этом всё! Примеры расчета сопротивления цепей тут.

  • Просмотров: 34390
  • Последовательное соединение проводников Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом

    Последовательное
    и параллельное соединение

     I
    уровень. Прочитайте
    текст.

    Если нам надо, чтобы электроприбор
    работал, мы должны подключить его
    к источнику тока. 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.

    При последовательном
    соединении электрическая цепь не имеет
    разветвлений. На рисунке показано
    последовательное соединение двух
    проводников 1 и
    2, имеющих сопротивления R1 и R2.
    Это могут быть две лампы, две обмотки
    электродвигателя и т.д.

      Сила тока в
    цепи будет одинакова в любой точке,
    так как в проводниках электрический
    заряд в случае постоянного тока не
    накапливается и через любое поперечное
    сечение проводника за определенное
    время проходит один и тот же заряд.
    Поэтому
    сила тока в обоих проводниках:

    Напряжение всей цепи при
    последовательном соединении будет
    равно сумме напряжений на каждом
    включенном в цепь элементе:


    Применяя
    закон Ома для всего участка в целом и
    для участков с сопротивлениями
    проводников R1 и R2,
    можно доказать, что полное сопротивление
    всего участка цепи при последовательном
    соединении равно:

       Это правило
    можно применить для любого числа
    последовательно соединенных проводников.
      
    Напряжения на проводниках и их
    сопротивления при последовательном
    соединении связаны соотношением

    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
    a
    и
    b.
    К этой же паре точек подключают
    источник тока. То есть получается, что
    все элементы подключены к одинаковому
    напряжению между a и b.
    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 a и b
    – это места, где разъединяется и вновь
    соединяется общее русло реки.

    В этом случае
    электрический ток I разветвляется
    на две части. Силу тока в
    первом и втором проводниках обозначим
    через I1 и I2 .
    Так как в точке a —
    разветвлении проводников (такую точку
    называют узлом)
    — электрический заряд не накапливается,
    то заряд, поступающий в единицу времени
    в узел, равен заряду, уходящему из узла
    за это же время. Следовательно общий
    ток цепи будет складываться из токов
    всех отдельных ветвей:

    Напряжение U на
    концах проводников, соединенных
    параллельно, одинаково, так как они
    присоединены к одним и тем же точкам
    цепи.

      
    В осветительной сети обычно поддерживается
    напряжение 220 В. На это напряжение
    рассчитаны приборы, потребляющие
    электрическую энергию. Поэтому
    параллельное соединение — самый
    распространенный способ соединения
    различных потребителей. В этом случае
    выход из строя одного прибора не
    отражается на работе остальных, тогда
    как при последовательном соединении
    выход из строя одного прибора размыкает
    цепь.

    Применяя закон Ома
    для всего участка в целом и для
    участков сопротивлениями проводников R1 и R2,
    можно доказать, что величина, обратная
    полному сопротивлению участка ab,
    равна сумме величин, обратных сопротивлениям
    отдельных проводников:

    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 б как бы увеличивается
    за счет увеличения числа параллельно
    подключенных нагрузок. Поэтому общее
    сопротивление уменьшается.

    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.

     II
    уровень. Выполните задание.

    1. В осветительную сеть с напряжением 220
      В, если каждая лампа имеет сопротивление
      23 Ом и рассчитана на силу тока 0,28 А?

    2. Вычислите сопротивление цепи, состоящей
      из элек­трической лампочки сопротивлением
      9,5 Ом, реостата сопротивлением 12 Ом и
      медных проводов длиной 4 м и сечением
      0,4 мм2, соединенных последовательно.

    3. В электрическую сеть с напряжением 120
      В включе­ны последовательно три
      резистора, сопротивления которых
      соответственно равны 12 Ом, 9 Ом и 3 Ом.
      Вычислите силу тока в цепи и напряжение
      на каж­дом резисторе.

    4. Три лампочки сопротивлением 230 Ом, 345
      Ом и 690 Ом соединены параллельно и
      включены в сеть, сила тока в которой 2
      А. Под каким напряжением работают лампы?

    5. Две электрические лампочки сопротивлением
      100 Ом и 300 Ом соединены параллельно. Сила
      тока в пер­вой лампочке 0,9 А. Какой
      силы ток протекает через вторую лампочку?

    6. Проводники сопротивлением 3 Ом и 15 Ом
      соедине­ны параллельно и включены в
      цепь напряжением 45 В. Определите силу
      тока в каждом проводнике и в общей цепи.

    Последовательное соединение проводников: примеры для домашней электропроводки

    Содержание статьи:

    Каждое помещение имеет несколько точек электропитания для работы различных приборов. Техника работает посредством электрического тока, который проводят через специально установленные кабели – проводники. От качества элементов сети и способа соединения зависит качество напряжения, стабильность и безопасность использования. Существует два основных метода – параллельное и последовательное. Каждое имеет свои преимущества и недостатки, с которыми лучше ознакомиться предварительно.

    Основные электрические величины цепи

    Чтобы разобраться в нюансах подключения и соединения электрических проводников, необходимо выяснить основные моменты и величины токовых цепей. Электроцепь – это не самостоятельное устройство, а совокупность нескольких механизмов и элементов, используемых для проведения электрического тока. Основные детали:

    • источники: трансформаторы, электроустановки, батарейки, генераторы, аккумуляторы и другие;
    • приемники: непосредственно техника – лампы, двигатели, нагреватели, катушки индуктивности, подобные;
    • промежуточные звенья: провода, устройства.

    Основными величинами, с помощью которых устанавливают свойства электрических цепей, являются напряжение, сопротивление и ток. В проводниках электричество представляет множество двигающихся в заданном направлении электрических зарядов. Под током в сети подразумевают интенсивность или силу, которые измеряются числом зарядов одновременно проходящих через поперечное сечение проводника.

    Напряжение – это то количество электрической энергии, которое необходимо для перемещения одного заряда от одного пункта до другого. Выражается в Вольтах. Сопротивление – это силы, воздействующие на поток электрических зарядов во время движения проводников. Записывается в Омах.

    Взаимная зависимость электрических величин

    Связь между величинами в электрической цепи объясняется законами электротехники. Первый – Закон Ома. Открыт и подтвержден Георгом Симоном Омом еще в 1827 году. Заключается в том, что величина интенсивности тока прямо пропорциональна величине напряжения в кабеле проводника. Закон Ома позволяет быстро провести анализ электрической цепи и оценить ее возможности, пределы.

    Кроме основного правила в электротехнике используют Законы Кирхгофа. Один гласит, что сумма токов на входе равна сумме токов на выходе. Второй – что сумма ЭДС равна сумме падений напряжения на внутренних элементах электрического контура.

    Законы Кирхгофа позволяют установить соотношение между токами, проходящими через узлы электрической проводки, и токами на входе в контурную цепь. Анализ и расчеты проводятся по следующему алгоритму:

    • Устанавливается общее число ветвей и узлов конкретной электрической сети.
    • В произвольном порядке выбираются условно-положительные направления токов в проводке, на схеме проставляются соответствующие отметки.
    • Для получения уравнения отмечаются в свободном порядке положительные направления обхода контура;
    • Составляется уравнение по правилам Кирхгофа для получения результата.

    Решение построенных задач позволит определить количество и значение токов в конкретной электрической цепи.

    При помощи законов Ома и Кирхгофа, электрики оценивают состояние сети, ее работоспособность и мощность. На практике редко используют формулы вживую. Практикующие электрики ориентируются в характеристиках более свободно. Начинающим монтажерам может показаться сложным единовременное ориентирование во всех показателях и взаимосвязях, удобнее иметь некоторые вспомогательные материалы под рукой.

    Параллельное соединение проводников

    Соединение кабелей в электропроводке возможно тремя вариантами: параллельно, последовательно, смешанно. Первый метод – параллельное подключение – заключается в том, что проводники соединяются между собой в начальной и конечной точках. Получается, что нагрузки с обоих концов сливаются, а напряжение получается параллельным. В одной электрической сети параллельно могут быть соединены два, три и больше кабелей.

    Чтобы проверить интенсивность прохождения тока при таком подключении, в параллельную сеть подключают две лампочки (показатели должны быть идентичными – сопротивление, напряжение). Чтобы произвести испытание и проконтролировать результат, к каждой подводят амперметр (устройство, измеряющее силу тока). Третий прибор запитывают на сеть в целом, чтобы увидеть показатель на всей сети. Дополнительные элементы – питание, ключ.

    После того как схема собрана, ключом активируют питание и сравнивают результаты на амперметрах. На общем показатель должен быть равен сумме двух, подключенных к лампам. В данном случае считается, что система работает исправно – напряжение при параллельном соединении подается в нормальном режиме.

    Если на одном участке произойдет замыкание, лампочки останутся в рабочем состоянии. Ток поступает по замкнутому контуру с двух сторон. Ремонт будет необходим в любом случае, но свет и питание останутся.

    Если к указанной системе подключить вольтметр, можно оценить показатели сопротивления сети. Эквивалентный показатель укажет на уровень сопротивления сети при той же интенсивности тока.

    Последовательное соединение проводников

    Следующая схема подключения – последовательное соединение проводников в цепи – подразумевает врезку каждого прибора в порядке очередности (один за другим). Интенсивность силы проходящего тока через каждый элемент питания (лампочка, прибор) будет одинаковой. При этом напряжение при последовательном соединении складывается из показателей напряжения с каждого участка (получается суммарным).

    Значение сопротивления может изменяться. Если изменится нагрузка на одном из мест последовательного подключения, изменится и уровень сопротивления. Как следствие, поменяется показатель тока.

    Основной недостаток такой электрической цепи заключается в том, что если на одном из участков произойдет сбой (поломка, замыкание), следующие за ним элементы перестанут функционировать. Наглядно схема соединения представлена в обычных новогодних гирляндах – когда ломается один контакт или провод в любом месте, перестают работать остальные.

    При последовательном подключении проводников конец одного кабеля подсоединяется к началу следующего. Ключевое отличие электроцепи – отсутствие разветвлений, через участки проходит один электроток. При этом разность потенциалов резистора объясняется совокупным напряжением по каждому отдельному резистору (контакту, участку, точке питания).

    Законы последовательного и параллельного соединения проводников

    Примеры схем соединения розеток

    К правилам, объясняющим «поведение» проводников при последовательном и параллельном соединениях, относятся основные законы электротехники и некоторые особенности. Последние не всегда бывают очевидны новичкам, поэтому их разбирают как отдельные законы. При работе со схемами проводников учитывают следующее:

    • Последовательное подключение подразумевает одинаковые показатели токов на каждом участке.
    • Закон Ома для каждого типа соединения имеет свое значение. Например, при последовательном способе включения напряжение будет равно сумме напряжений всех участков сети.
    • Общее сопротивление электрической цепи при поочередном соединении будет равно сумме значений сопротивления элементов, не зависит от числа проводников и точек питания.
    • Параллельный метод – напряжение электроцепи равно напряжению на каждом отдельном элементе, не суммируется, а остается одинаковым.
    • Сила тока для данного способа соединения определяется суммой значений токов участков подключения.

    Данные законы используются при построении схемы электропроводки в помещении.

    Чтобы оптимизировать нагрузку, не создавать чрезмерного напряжения в отдельных частях, проверяют оптимальность каждого типа соединения в конкретной ситуации.

    Смешанное соединение проводников

    Смешанное соединение проводников

    Как правило, в электпроводке используют параллельное и последовательное соединения одновременно. Такой способ подключения проводов называется смешанным или комбинированным. При построении первоначальной схемы питания в помещении, где указывается число и расположения точек питания (розеток, выключателей, трансформаторов), учитывают необходимость каждого из типов подключения на разных участках.

    Электрическая проводка редко состоит из простых элементов. Зачастую получается сложная схема из множества разных участков и соединений. Поэтому при составлении плана важно разобраться в преимуществах и недостатках типов подсоединения проводов, чтобы оптимально использовать каждый. Для этого схему разбивают по участкам и в каждом конкретном случае подбирают собственный метод врезки проводов.

    Как выбрать тип подключения

    Распределительная коробка

    Потребляемая электрическая энергия в квартиру поступает от общедомового электрощитка. Количество израсходованного тока измеряется счетчиком. Вводный провод в помещение имеет большое сечение и является основным «поставщиком» электричества в квартиру. Следующие берут с меньшими показателями, так как нагрузка на них снижается за счет распределения.

    Основной кабель заводится в специальную распределительную коробку, от которой делают разводку в комнаты и санузлы. На этом этапе необходимо определить, какой тип соединения проводов будет использован: последовательный, параллельный, комбинированный.

    Категорического запрета на построение проводки в квартире тем или иным способом нет. Однако следует учитывать практическое применение каждой цепи, недостатки, преимущества и возможности.

    Самым подходящим и часто используемым вариантом является смешанное соединение проводов. От общего щитка к распредкоробке подводится кабель, затем в параллельную сеть замыкается несколько распределительных узлов (в каждом помещении). Далее – в комнатах точки питания соединяются последовательно.

    Последовательное включение элементов позволяет существенно сэкономить на материалах при монтаже электропроводки. Поэтому несмотря на определенные недостатки метод используют в небольших помещениях. На малых участках проще выявить место поломки, нежели в квартире в целом.

    Параллельное подключение розеток

    Параллельное подключение визуально представляет кольцо из проводов. Если на одном участке произошел сбой, ток не прекращает поступать – подача происходит с другой стороны цепи. Однако для такого типа соединения требуется проложить значительное количество кабеля, что не всегда удобно.

    В некоторых ситуациях целесообразно использовать только последовательное соединение проводов. Например, в длинных коридорах необходимо одновременно включать и выключать несколько осветительных приборов разом. Шлейфовое подключение в данной ситуации оптимально. Сложность замены лампочки или узла на участке зависит от типа электропроводки и отделки помещения.

    При составлении схемы электрической сети в квартире и покупке лампочек для осветительных приборов важно учитывать уровень напряжения. Последовательное соединение означает, что напряжение делится поровну на количество лампочек. Например, если устанавливают две подряд, значение на каждой будет по 110В, а не 220В.

    При покупке вторичного жилья следует убедиться, что в технической документации присутствует действующая схема электропроводки. Наличие плана позволит безопасно сделать ремонт и корректно подключить новые точки питания, лампы.

    Электромонтажники в сложных схемах всегда используют оба типа соединения. С одной стороны, такой подход снижает общее количество расходных материалов. С другой, позволяет в каждом конкретном помещении реализовать преимущества обоих методов врезки кабеля. При самостоятельном подключении необходимо детально разобраться в аспектах каждого вида, по возможности – проконсультироваться с мастером. В противном случае, велика вероятность некорректного соединения и сбоев в работе.

    Последовательное и параллельное соединение проводников

     

    Если нам надо, чтобы электроприбор работал, мы должны подключить его к источнику тока. 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  ,

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

    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

    Параллельное соединение проводников | Физика

    При параллельном соединении все проводники (резисторы, лампы и т. д.) подключаются к одной и той же паре точек A и B (рис. 43). Связь между общими значениями силы тока, напряжения и сопротивления с их значениями на отдельных участках цепи при этом отличается от той, что была при последовательном соединении. Теперь соответствующие формулы имеют вид

    I = I1 + I2, (17.1)     U = U1 = U2, (17.2)      R = (R1R2) / (R1 + R2). (17.3)

    Чтобы убедиться в справедливости этих соотношений, следует собрать цепь и с помощью амперметра и вольтметра произвести необходимые измерения.

    Итак, при параллельном соединении проводников напряжение на всех участках цепи одно и то же, общая сила тока равна сумме сил токов на отдельных проводниках, а общее сопротивление двух проводников находится как отношение произведения их сопротивлений к их сумме.

    Первые две из этих закономерностей справедливы для любого числа параллельно соединенных проводников, последняя — только для двух.

    Если R1 = R2, то

    R = (R1R2) / (R1 + R2) = R12/2R1 = R1/2      (17.4)

    Мы видим, что общее сопротивление двух одинаковых проводников в 2 раза меньше сопротивления одного проводника. Эта закономерность допускает обобщение: если параллельно соединено n одинаковых потребителей электроэнергии (резисторов, ламп и т.д.), то их общее сопротивление в n раз меньше сопротивления каждого из них:

    R = R1/n      (17.5)

    Отсюда следует, что с увеличением числа проводников общее сопротивление будет становиться все меньше и меньше. Это может показаться странным. На самом деле ничего удивительного в этом нет: ведь при параллельном соединении проводников происходит как бы увеличение общей площади их поперечного сечения, а с увеличением площади сечения проводника, как известно, его сопротивление уменьшается.

    Отличительной особенностью параллельного соединения нескольких потребителей является то, что при выключении одного из них остальные продолжают работать. Так, например, вывернув одну лампу в цепи, изображенной на рисунке 44, мы увидим, что другая будет по-прежнему гореть.

    Большинство потребителей электроэнергии — электронагревательные приборы, холодильники, швейные машины, магнитофоны, телевизоры и т. д. — рассчитаны на напряжение сети 220 В. Поэтому все они должны включаться в сеть параллельно, ибо только в этом случае они окажутся под одним и тем же напряжением (220 В) и будут продолжать работать при выключении одного из них.

    На рисунке 45 приведена упрощенная схема квартирной электропроводки. Провода сети, между которыми существует напряжение 220 В, обозначены буквами Ф и О. Первый из них называют фазным, второй — нулевым. Нулевой провод соединен с землей. Именно с ним соединяют все потребители. И наоборот, все выключатели соединяют с фазным проводом. Такой порядок подключения потребителей и выключателей обеспечивает наибольшую безопасность человека.

    ??? 1. Какое соединение называют параллельным? 2. Начертите схему цепи, изображенной на рисунке 44. 3. Какие три закономерности справедливы для параллельного соединения проводников? 4. Как находится общее сопротивление параллельно соединенных проводников, когда они одинаковые? 5. Перечислите все элементы электрической цепи, изображенной на рисунке 45. 6. Предположим, что при замене лампы человек случайно коснулся металлического контакта в патроне лампы и одновременно с этим какой-либо заземленной части здания (например, батареи отопления). Под каким напряжением он окажется? Рассмотрите ситуацию, когда лампа и выключатель подсоединены к проводам сети так, как это показано на рисунке 45. Что произойдет, если лампу и выключатель поменять местами? 7. Почему у вольтметров делают большое внутреннее сопротивление, а у амперметров — малое?

    Как осуществляется параллельное соединение проводников. Параллельное и последовательное соединение


    Параллельные соединения резисторов, формула расчёта которых выводится из закона Ома и правил Кирхгофа, являются наиболее распространённым типом включения элементов в электрическую цепь. При параллельном соединении проводников два или несколько элементов объединяются своими контактами с обеих из сторон соответственно. Подключение их к общей схеме осуществляется именно этими узловыми точками.

    Gif?x15027″ alt=»Общий вид»>

    Общий вид

    Особенности включения

    Включённые таким образом проводники нередко входят в состав сложных цепочек, содержащих, помимо этого, последовательное соединение отдельных участков.

    Для такого включения типичны следующие особенности:

    • Общее напряжение в каждой из ветвей будет иметь одно и то же значение;
    • Протекающий в любом из сопротивлений электрический ток всегда обратно пропорционален величине их номинала.

    В частном случае, когда все включённые в параллель резисторы имеют одинаковые номинальные значения, протекающие по ним «индивидуальные» токи также будут равны между собой.

    Расчёт

    Сопротивления ряда соединённых в параллель проводящих элементов определяются по общеизвестной форме расчёта, предполагающей сложение их проводимостей (обратных сопротивлению величин).

    Протекающий в каждом из отдельных проводников ток в соответствие с законом Ома, может быть найден по формуле:

    I= U/R (одного из резисторов).

    После ознакомления с общими принципами обсчёта элементов сложных цепочек можно перейти к конкретным примерам решения задач данного класса.

    Типичные подключения

    Пример №1

    Нередко для решения стоящей перед конструктором задачи требуется путём объединения нескольких элементов получить в итоге конкретное сопротивление. При рассмотрении простейшего варианта такого решения допустим, что общее сопротивление цепочки из нескольких элементов должно составлять 8 Ом. Этот пример нуждается в отдельном рассмотрении по той простой причине, что в стандартном ряду сопротивлений номинал в 8 Ом отсутствует (есть только 7,5 и 8,2 Ом).

    Решение этой простейшей задачи удаётся получить за счёт соединения двух одинаковых элементов с сопротивлениями по 16 Ом каждое (такие номиналы в резистивном ряду существуют). Согласно приводимой выше формуле общее сопротивление цепочки в этом случае вычисляется очень просто.

    Из неё следует:

    16х16/32=8 (Ом), то есть как раз столько, сколько требовалось получить.

    Таким сравнительно простым способом удаётся решить задачу формирования общего сопротивления, равного 8-ми Омам.

    Пример №2

    В качестве ещё одного характерного примера образования требуемого сопротивления можно рассмотреть построение схемы, состоящей из 3-х резисторов.

    Общее значение R такого включения может быть рассчитано по формуле последовательного и параллельного соединения в проводниках.

    Gif?x15027″ alt=»Пример»>

    В соответствии с указанными на картинке значениями номиналов, общее сопротивление цепочки будет равно:

    1/R = 1/200+1/220+1/470 = 0,0117;

    R=1/0,0117 = 85,67Ом.

    В итоге находим суммарное сопротивление всей цепочки, получаемой при параллельном соединении трёх элементов с номинальными значениями 200, 240 и 470 Ом.

    Важно!
    Указанный метод применим и при расчёте произвольного числа соединенных в параллель проводников или потребителей.

    Также необходимо отметить, что при таком способе включения различных по величине элементов общее сопротивление будет меньше, чем у самого малого номинала.

    Расчёт комбинированных схем

    Рассмотренный метод может применяться и при расчёте сопротивления более сложных или комбинированных схем, состоящих из целого набора компонентов. Их иногда называют смешанными, поскольку при формировании цепочек используются сразу оба способа. Смешанное соединение резисторов представлено на размещенном ниже рисунке.

    Gif?x15027″ alt=»Смешанная схема»>

    Смешанная схема

    Для упрощения расчета сначала разбиваем все резисторы по типу включения на две самостоятельные группы. Одна из них представляет собой последовательное соединение, а вторая – имеет вид подключения параллельного типа.

    Из приведённой схемы видно, что элементы R2 и R3 соединяются последовательно (они объединены в группу 2), которая, в свою очередь, включена в параллель с резистором R1, принадлежащим группе 1.

    Проверим справедливость показанных здесь формул на простом эксперименте.

    Возьмём два резистора МЛТ-2
    на 3
    и 47 Ом
    и соединим их последовательно. Затем измерим общее сопротивление получившейся цепи цифровым мультиметром. Как видим оно равно сумме сопротивлений резисторов, входящих в эту цепочку.

    Замер общего сопротивления при последовательном соединении

    Теперь соединим наши резисторы параллельно и замерим их общее сопротивление.

    Измерение сопротивления при параллельном соединении

    Как видим, результирующее сопротивление (2,9 Ом) меньше самого меньшего (3 Ом), входящего в цепочку. Отсюда вытекает ещё одно известное правило, которое можно применять на практике:

    При параллельном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет меньше наименьшего сопротивления, входящего в эту цепь.

    Что ещё нужно учитывать при соединении резисторов?

    Во-первых, обязательно
    учитывается их номинальная мощность. Например, нам нужно подобрать замену резистору на 100 Ом
    и мощностью 1 Вт
    . Возьмём два резистора по 50 Ом каждый и соединим их последовательно. На какую мощность рассеяния должны быть рассчитаны эти два резистора?

    Поскольку через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же постоянный ток (допустим 0,1 А
    ), а сопротивление каждого из них равно 50 Ом
    , тогда мощность рассеивания каждого из них должна быть не менее 0,5 Вт
    . В результате на каждом из них выделится по 0,5 Вт
    мощности. В сумме это и будет тот самый 1 Вт
    .

    Данный пример достаточно грубоват. Поэтому, если есть сомнения, стоит брать резисторы с запасом по мощности.

    Подробнее о мощности рассеивания резистора читайте .

    Во-вторых, при соединении стоит использовать однотипные резисторы, например, серии МЛТ. Конечно, нет ничего плохого в том, чтобы брать разные. Это лишь рекомендация.

    Ток в цепи протекает по проводникам к нагрузке от источника. Чаще всего в качестве таких элементов используют медь. Цепь может иметь несколько электрических приемников. Их сопротивления разнятся. В схеме электроприборов проводники могут иметь параллельное или последовательное соединение. Встречаются также смешанные его типы. Отличие каждого из них следует знать перед выбором структуры электроцепи.

    Проводники и элементы цепи

    Ток идет через проводники. Он следует от источника к нагрузке. При этом проводник обязан легко высвобождать электроны.

    Проводник, имеющий сопротивление, называется резистором. Напряжение этого элемента — это разность потенциалов между концами резистора, которое согласовывается с направлением протекания питания.

    Последовательное и параллельное соединение проводников характеризуется одним общим принципом. Ток течет в цепи от плюса (его называют источником) к минусу, где потенциал становится все меньшим, убывает. На электрических схемах сопротивление проводов считается равным нулю, так как оно пренебрежительно мало.

    Поэтому, просчитывая последовательное или параллельное соединение, прибегают к идеализации. Это упрощает их изучение. В реальных цепях потенциал постепенно уменьшается при передвижении по проводу и элементам, имеющим параллельное или последовательное соединение.

    Последовательное соединение проводников

    При наличии последовательного сочетания проводников сопротивления включаются одно за другим. При таком положении сила тока во всех элементах цепи одинакова. Последовательно соединенные проводники создают на участке напряжение, которое равно их сумме на всех элементах.

    Заряды не имеют возможности накапливаться в узлах цепи. Это бы привело к изменению напряжения электрического поля и силы тока.

    При наличии постоянного напряжения ток будет зависеть от сопротивления цепи. Поэтому при последовательном соединении сопротивление будет меняться из-за перемены одной нагрузки.

    Последовательное соединение проводников имеет недостаток. При поломке одного из элементов схемы будет прервана работа всех остальных ее составляющих. Например, как в гирлянде. Если в ней перегорит одна лампочка, все изделие не будет работать.

    Если проводники были подсоединены в цепи последовательно, их сопротивление в каждой точке будет одинаковым. Сопротивление в сумме всех элементов схемы будет равняться сумме уменьшения напряжений на участках цепи.

    Это может подтвердить опыт. Последовательное соединение сопротивлений подсчитывается при помощи приборов и математической проверки. Например, берутся три постоянных сопротивления известной величины. Их последовательно соединяют и подключают к питанию в 60 В.

    После этого подсчитывают предполагаемые показатели приборов, если замкнуть цепь. По закону Ома находится ток в цепи, что позволит определить падение напряжения на всех ее участках. После этого суммируются полученные результаты и получается общая величина снижения сопротивления во внешней цепи. Последовательное соединение сопротивлений можно подтвердить примерно. Если не брать во внимание внутреннее сопротивление, создающееся источником энергии, то падение напряжения будет меньше, чем сумма сопротивлений. По приборам можно убедиться, что равенство приблизительно соблюдается.

    Параллельное соединение проводников

    При последовательном и параллельном соединении проводников в цепи применяют резисторы. Параллельное соединение проводников представляет собой систему, в которой одни концы всех резисторов сходятся в один общий узел, а другие — в другой узел. В этих местах схемы сходятся более двух проводников.

    При таком соединении к элементам прикладывается одинаковое напряжение. Параллельные участки цепи называются ветвями. Они проходят между двумя узлами. Параллельное и последовательное соединение имеют свои свойства.

    Если в электросхеме есть ветви, то напряжение на каждой из них будет одинаковым. Оно равняется напряжению на неразветвленном участке. В этом месте сила тока будет рассчитываться как сумма ее в каждой ветви.

    Величина, равная сумме показателей, обратных сопротивлениям разветвлений, будет обратна и сопротивлению участка параллельного соединения.

    Параллельное соединение сопротивлений

    Параллельное и последовательное соединение отличаются расчетом сопротивлений ее элементов. При параллельном соединении ток разветвляется. Это увеличивает проводимость цепи (уменьшает общее сопротивление), которая будет равна сумме проводимости ветвей.

    Если несколько резисторов, имеющих одинаковую величину, соединены параллельно, то суммарное сопротивление цепи будет меньше одного резистора во столько раз, сколько их включено в схему.

    Последовательное и параллельное соединение проводников имеют ряд особенностей. В параллельном подключении ток обратно пропорционален сопротивлению. Токи в резисторах не зависят друг от друга. Поэтому выключение одного из них не отразится на работе остальных. Поэтому множество электроприборов имеют именно этот тип соединения элементов цепи.

    Смешанное

    Параллельное и последовательное соединение проводников может комбинироваться в одной и той же схеме. Например, элементы, подключенные между собой параллельно, могут быть соединены последовательно с другим резистором или их группой. Это смешанное соединение. Общее сопротивление цепей вычисляется путем отдельного суммирования значений для параллельно подключенного блока и для последовательного соединения.

    Причем сначала вычисляются эквивалентные сопротивления последовательно подключенных элементов, а потом уже рассчитывается общее сопротивление параллельных участков цепи. Последовательное соединение в вычислениях является приоритетнее. Такие типы электросхем довольно часто встречаются в различных приборах и оборудовании.

    Ознакомившись с видами соединения элементов цепи, можно понять принцип организации схем различных электрических приборов. Параллельное и последовательное соединение обладают рядом особенностей расчета и функционирования всей системы. Зная их, можно правильно применять каждый из представленных видов для подключения элементов электрических цепей.

    Содержание:


    Во всех электрических схемах используются резисторы, представляющие собой элементы, с точно установленным значением сопротивления. Благодаря специфическим качествам этих устройств, становится возможной регулировка напряжения и силы тока на любых участках схемы. Данные свойства лежат в основе работы практически всех электронных приборов и оборудования. Так, напряжение при параллельном и последовательном соединении резисторов будет отличаться. Поэтому каждый вид соединения может применяться только в определенных условиях, чтобы та или иная электрическая схема могла в полном объеме выполнять свои функции.

    Напряжение при последовательном соединении

    При последовательном соединении два резистора и более соединяются в общую цепь таким образом, что каждый из них имеет контакт с другим устройством только в одной точке. Иначе говоря, конец первого резистора соединяется с началом второго, а конец второго — с началом третьего и т.д.

    Особенностью данной схемы является прохождение через все подключенные резисторы одного и того же значения электрического тока. С возрастанием количества элементов на рассматриваемом участке цепи, течение электрического тока становится все более затрудненным. Это происходит из-за увеличения общего сопротивления резисторов при их последовательном соединении. Данное свойство отражается формулой: R общ = R 1 + R 2 .

    Распределение напряжения, в соответствии с законом Ома, осуществляется на каждый резистор по формуле: V Rn = I Rn x R n . Таким образом, при увеличении сопротивления резистора, возрастает и падающее на него напряжение.

    Напряжение при параллельном соединении

    При параллельном соединении, включение резисторов в электрическую цепь выполняется таким образом, что все элементы сопротивлений подключаются друг к другу сразу обоими контактами. Одна точка, представляющая собой электрический узел, может соединять одновременно несколько резисторов.

    Такое соединение предполагает течение отдельного тока в каждом резисторе. Сила этого тока находится в обратно пропорциональной . В результате, происходит увеличение общей проводимости данного участка цепи, при общем уменьшении сопротивления. В случае параллельного соединения резисторов с различным сопротивлением, значение общего сопротивления на этом участке всегда будет ниже самого маленького сопротивления отдельно взятого резистора.

    На представленной схеме, напряжение между точками А и В представляет собой не только общее напряжение для всего участка, но и напряжение, поступающее к каждому отдельно взятому резистору. Таким образом, в случае параллельного соединения, напряжение, подаваемое ко всем резисторам, будет одинаковым.

    В результате, напряжение при параллельном и последовательном соединении будет отличаться в каждом случае. Благодаря этому свойству, имеется реальная возможность отрегулировать данную величину на любом участке цепи.

    Последовательное соединение сопротивлений

    Возьмем три неизменных сопротивления R1, R2 и R3
    и включим их в цепь так, чтоб 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 именуется поочередным. Разумеется, что ток в таковой цепи будет во всех ее точках один и тот же.

    Рис 1
    . Последовательное соединение сопротивлений

    Как найти общее сопротивление цепи, если все включенные в нее поочередно 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

    либо

    IR = IR1 + IR2 + IR3

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

    Поделив сейчас обе части равенства на I
    , будем совсем иметь R = R1 + R2 + R3

    Таким макаром, мы сделали вывод, что при поочередном соединении сопротивлений общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков.

    Проверим этот вывод на последующем примере. Возьмем три неизменных сопротивления, величины которых известны (к примеру, R1
    == 10 Ом, R
    2 = 20 Ом и R
    3 = 50 Ом). Соединим их поочередно (рис. 2
    ) и подключим к источнику тока, ЭДС которого равна 60 В (внутренним сопротивлением источника тока пренебрегаем).

    Рис. 2. Пример поочередного соединения 3-х сопротивлений

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

    Найдем ток в цепи по закону Ома: 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 наружной цепи, т. е. напряжение на зажимах источника тока U
    = 7,5+15 + 37,5 = 60 В.

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

    Замкнув сейчас ключ выключатель К, можно убедиться по устройствам, что наши подсчеты приблизительно верны.

    Возьмем два неизменных сопротивления R1 и R2 и соединим их так, чтоб начала этих сопротивлений были включены в одну общую точку а, а концы — в другую общую точку б. Соединив потом точки а и б с источником тока, получим замкнутую электронную цепь. Такое соединение сопротивлений именуется 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, потому что тут сама цепь разветвляется на две отдельные ветки: первую ветвь с сопротивлением R1 и вторую — с сопротивлением R2. Обозначим токи в этих ветвях соответственно через I1
    и I
    2. Любой из этих токов пойдет по собственной ветки до точки б. В этой точке произойдет слияние токов в один общий ток, который и придет к отрицательному полюсу источника тока.

    Таким макаром, при параллельном соединении сопротивлений выходит разветвленная цепь. Поглядим, какое же будет соотношение меж токами в составленной нами цепи.

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

    Означает, сила тока в цепи до ее разветвления
    (до точки а) равна силе тока после разветвления цепи
    (после точки б).

    Будем сейчас включать амперметр попеременно в каждую ветвь цепи, запоминая показания прибора. Пусть в первой ветки амперметр покажет силу тока I1
    , а во 2-ой — I
    2. Сложив эти два показания амперметра, мы получим суммарный ток, по величине равный току I

    до разветвления (до точки а).

    Как следует, сила тока, протекающего до точки разветвления, равна сумме сил токов, утекающих от этой точки.
    I = I1 + I2

    Выражая это формулой, получим

    Это соотношение, имеющее огромное практическое значение, носит заглавие закона разветвленной цепи
    .

    Разглядим сейчас, каково будет соотношение меж токами в ветвях.

    Включим меж точками а и б вольтметр и поглядим, что он нам покажет. Во-1-х, вольтметр покажет напряжение источника тока, потому что он подключен, как это видно из рис. 3
    , конкретно к зажимам источника тока. Во-2-х, вольтметр покажет падения напряжений U1
    и U2 на сопротивлениях R1
    и R2, потому что он соединен с началом и концом каждого сопротивления.

    Как следует, 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
    .

    Потому для каждой ветки можно написать: U1 = I1R1
    и U2 = I2R2
    , но потому что U1
    = U2, то и I1R1 = I2R2
    .

    Применяя к этому выражению правило пропорции, получим I1/ I2 = U2 / U1
    т. е. ток в первой ветки будет во столько раз больше (либо меньше) тока во 2-ой ветки, во сколько раз сопротивление первой ветки меньше (либо больше) сопротивления 2-ой ветки.

    Итак, мы пришли к принципиальному выводу, заключающемуся в том, что при параллельном соединении сопротивлений общий ток цепи разветвляется на токи, назад пропорциональные величинам сопротивлении параллельных веток.
    По другому говоря, чем больше сопротивление ветки, тем наименьший ток потечет через нее, и, напротив, чем меньше сопротивление ветки, тем больший ток потечет через эту ветвь.

    Убедимся в корректности этой зависимости на последующем примере. Соберем схему, состоящую из 2-ух параллельно соединенных сопротивлений R1
    и R
    2, присоединенных к источнику тока. Пусть R1
    = 10 Ом, R2 = 20 Ом и U = 3 В.

    Подсчитаем поначалу, 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 назад пропорционально сопротивлениям.

    Вправду, R1
    == 10 Ом в два раза меньше R
    2 = 20 Ом, при всем этом I1
    = 300 мА в два раза 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 наименьшее сопротивление (R1
    = 10 Ом), а наименьшая часть (R2
    = 150 мА) -через большее сопротивление (R
    2 = 20 Ом).

    Такое разветвление тока в параллельных ветвях сходно с течением воды по трубам. Представьте для себя трубу А, которая в каком-то месте разветвляется на две трубы Б и В различного поперечника (рис. 4). Потому что поперечник трубы Б больше поперечника трубок В, то через трубу Б в одно и то же время пройдет больше воды, чем через трубу В, которая оказывает сгустку воды большее сопротивление.

    Рис. 4

    Разглядим сейчас, чему будет равно общее сопротивление наружной цепи, состоящей из 2-ух параллельно соединенных сопротивлений.

    Под этим общим сопротивлением наружной цепи нужно осознавать такое сопротивление, которым можно было бы поменять при данном напряжении цепи оба параллельно включенных сопротивления, не изменяя при всем этом тока до разветвления.
    Такое сопротивление именуется эквивалентным сопротивлением.

    Вернемся к цепи, показанной на рис. 3, и поглядим, чему будет равно эквивалентное сопротивление 2-ух параллельно соединенных сопротивлений. Применяя к этой цепи закон Ома, мы можем написать: I = U/R
    , где I
    — ток во наружной цепи (до точки разветвления), U — напряжение наружной цепи, R — сопротивление наружной цепи, т. е. эквивалентное сопротивление.

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

    По закону разветвленной цепи: I = I1 + I2

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

    Потому что 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 сейчас обе части равенства на U
    , будем совсем иметь 1 / R
    =
    1 / R1 +
    1 / R2

    Помня, что проводимостью именуется величина, оборотная сопротивлению
    , мы можем сказать, что в приобретенной формуле 1 / R —
    проводимость наружной цепи; 1 / R1
    проводимость первой ветки; 1 / R2-
    проводимость 2-ой ветки.

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

    Как следует, чтоб найти эквивалентное сопротивление включенных параллельно сопротивлений, нужно найти проводимость цепи и взять величину, ей оборотную.

    Из формулы также следует, что проводимость цепи больше проводимости каждой ветки, а это означает, что эквивалентное сопротивление наружной цепи меньше меньшего из включенных параллельно сопротивлений.

    Рассматривая случай параллельного соединения сопротивлений, мы взяли более ординарную цепь, состоящую из 2-ух веток. Но на практике могут повстречаться случаи, когда цепь состоит из 3-х и поболее параллельных веток. Как поступать в этих случаях?

    Оказывается, все приобретенные нами соотношения остаются справедливыми и для цепи, состоящей из хоть какого числа параллельно соединенных сопротивлений.

    Чтоб убедиться в этом, разглядим последующий пример.

    Возьмем три сопротивления R1 = 10 Ом, R2
    = 20 Ом и R3
    = 60 Ом и соединим их параллельно. Определим эквивалентное сопротивление цепи (рис. 5
    ).
    R = 1 / 6
    Как следует, эквивалентное сопротивление
    R = 6 Ом.

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

    Поглядим сейчас, вправду ли это сопротивление является эквивалентным, т. е. таким, которое могло бы поменять включенные параллельно сопротивления в 10, 20 и 60 Ом, не изменяя при всем этом силы тока до разветвления цепи.

    Допустим, что напряжение наружной цепи, а как следует, 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 заместо 3-х параллельно включенных узнаваемых нам сопротивлений включено одно эквивалентное им сопротивление 6 Ом.

    I = U
    /
    R
    = 12 / 6 = 2
    А

    Как лицезреем, отысканное нами сопротивление R = 6 Ом вправду является для данной цепи эквивалентным.

    В этом можно убедиться и на измерительных устройствах, если собрать схему с взятыми нами сопротивлениями, измерить ток во наружной цепи (до разветвления), потом поменять параллельно включенные сопротивления одним сопротивлением 6 Ом и опять измерить ток. Показания амперметра и в том и в другом случае будут приблизительно схожими.

    На практике могут повстречаться также параллельные соединения, для которых высчитать эквивалентное сопротивление можно проще, т. е. не определяя за ранее проводимостей, сходу отыскать сопротивление.

    К примеру, если соединены параллельно два сопротивления R1
    и R2
    , то формулу 1 / R
    =
    1 / R1 +
    1 / R2
    можно конвертировать так: 1/R = (R2 + R1) / R1 R2
    и, решая равенство относительно R, получить R = R1
    х R2 /
    (R1 + R2
    ), т. е. при параллельном соединении 2-ух сопротивлений эквивалентное сопротивление цепи равно произведению включенных параллельно сопротивлений, деленному на их сумму.

    Проводники: последовательное и параллельное соединение

    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 разным 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 заранее учитывать при проектировании цепей.

    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.

    Последовательный порт и кабели модема

    Последовательный порт на вашем компьютере можно использовать одним из двух способов:

    1. Для подключения компьютера, терминала или другого оконечного оборудования данных (DTE)
      к модему или другому оборудованию передачи данных (DCE).

    2. Для подключения одного DTE напрямую к другому, например ПК к другому
      компьютер или какое-то устройство.

    В каждом случае требуется отдельный кабель. Соединения между ПК и
    модем используйте модемный кабель (в котором провода проходят «прямо»,
    pin), тогда как соединения между двумя компьютерами используют нуль-модем
    кабель (в котором пары жил перекрещены).Чтобы усложнить дело,
    на каждом конце могут потребоваться различные типы разъемов. Хотя DCE
    порт почти всегда женский DB25, а порт ПК всегда должен
    мужского пола, порт ПК может принимать разные формы: DB25, DB9, Din8, RJ45,
    USB и др .; таким образом, возможно множество комбинаций.

    Подключение последовательного порта к внешнему модему обычно несложно.
    потому что все внешние модемы имеют одинаковый разъем данных (розетка DB25) и
    для любого компьютера, у которого есть последовательный порт, 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 идти. 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
    RD 104 Полученные данные К DTE 3 2 Данные на 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 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
    RI 125 Индикатор звонка К DTE 22 9 Телефон звонит

    1. V.24 — это эквивалент европейского стандарта 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.

    Рисунок II-5 из с использованием C-Kermit показывает
    три распространенных типа разъемов (DB25, DB9, Mini Din8) с нумерацией контактов
    для используется для каждого пола.Как видите, два пола — зеркало
    изображения друг друга, поэтому, когда они сопрягаются, контакт 1 соединяется с контактом 1, контактом 2
    к контакту 2 и так далее.

    Нажмите на диаграмму, чтобы увеличить

    Описание сигналов модема

    Последовательный порт компьютера или терминала разработан и предназначен для
    подключен к модему. Драйвер устройства и / или контроллер для порта
    обрабатывайте схемы следующим образом:

    Переданные данные (TD)
    Переносит данные с компьютера на модем.Обратите внимание, что модем
    получает данные на свой вывод передачи данных.

    Полученные данные (RD)
    Переносит данные с модема на компьютер. Обратите внимание, что модем
    отправляет данные 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
    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 ней общается.Когда сигнал CD идет от
    Off на On, это означает, что другой модем только что «ответил на звонок». Когда это
    меняется с Вкл на Выкл, это означает, что соединение с телефоном просто прервано.
    Готовность терминала данных (DTR)

    Указывает, что компьютер включен, находится в режиме данных и «платит»
    внимание »на модем. При появлении сигнала DTR
    меняется с Вкл на 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 правильного функционирования модемного соединения.

    Большинство компьютеров имеют штекерный разъем последовательного порта: DB25 или DB9. Если оно
    это DB25, тогда все провода в кабеле «прямые», контакт 1 на
    один конец к выводу 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 на компьютере есть разъем DB-9, то провода соединяют
    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 женский. Если последовательный порт имеет
    женский 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 — модем (DCE). Уловка
    сделано полностью с проводами, которые соединяют 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, и 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 некоторых программ или драйверов устройств, для которых требуется серийный
    подключение к порту для представления сигналов CD, DSR и / или CTS перед разрешением
    Передача данных.

    Кабель Fakeout

    Этот кабель (модель A на рисунке II-6) также имеет только три функциональных провода
    идет от конца до конца, 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
    сквозные, а не перемычки 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 таблицу выше, чтобы получить соответствующие контакты для DB9.

    Кстати, хотя в былые времена для нас было обычным делом создавать 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.

    Подробнее см. Книги Кермита.


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

    Учебное пособие по физике: два типа соединений

    Когда в цепи с источником энергии присутствуют два или более электрических устройства, существует несколько основных способов их соединения. Их можно соединить последовательно или соединить параллельно .Предположим, что в одну цепь включены три лампочки. Если они соединены последовательно, то они соединяются таким образом, чтобы отдельный заряд проходил через каждую из лампочек последовательно. При последовательном соединении заряд проходит через каждую лампочку. При параллельном подключении один заряд, проходящий через внешнюю цепь, будет проходить только через одну из лампочек. Лампочки помещаются в отдельную ветвь, и заряд, проходящий по внешней цепи, проходит только через одну из ветвей на обратном пути к клемме с низким потенциалом.Способы подключения резисторов будут иметь большое влияние на общее сопротивление цепи, общий ток в цепи и ток в каждом резисторе. В Уроке 4 мы исследуем влияние типа подключения на общий ток и сопротивление цепи.

    Обычная физическая лаборатория состоит в построении обоих типов цепей с лампами, соединенными последовательно, и лампочками, соединенными параллельно. Эти две схемы сравниваются и противопоставляются.

    Основные вопросы, вызывающие беспокойство при такой лабораторной деятельности, как правило, следующие:

    • Что происходит с общим током в цепи при увеличении количества резисторов (лампочек)?
    • Что происходит с общим сопротивлением в цепи при увеличении количества резисторов (лампочек)?
    • Если один из резисторов выключен (т. Е. Лампочка гаснет ), что происходит с другими резисторами (лампочками) в цепи? Они остаются на (т.е., лит)?

    Изучение последовательных соединений

    При проведении лабораторных работ для двух типов цепей производятся совершенно разные наблюдения. Последовательная цепь может быть построена путем соединения лампочек таким образом, чтобы оставался единственный путь для потока заряда; луковицы добавляются к той же линии без точки ветвления. По мере того, как добавляется все больше и больше лампочек, яркость каждой лампочки постепенно уменьшается. Это наблюдение является индикатором того, что ток в цепи уменьшается.

    Итак, для последовательных цепей по мере добавления резисторов общий ток в цепи уменьшается. Это уменьшение тока согласуется с выводом о том, что общее сопротивление увеличивается.

    Последнее наблюдение, которое является уникальным для последовательных цепей, — это эффект извлечения лампы из розетки. Если одна из трех лампочек в последовательной цепи вывинчивается из патрона, то наблюдается, что остальные лампочки сразу же гаснут.Чтобы устройства в последовательной цепи работали, каждое устройство должно работать. Если один погаснет, погаснут все. Предположим, что вся бытовая техника на домашней кухне подключена последовательно. Чтобы холодильник работал на этой кухне, должны быть включены тостер, посудомоечная машина, система вывоза мусора и верхний свет. Чтобы одно устройство, включенное последовательно, работало, все они должны работать. Если ток равен , отрежьте от любого из них, он отключается от всех из них. Совершенно очевидно, что приборы на кухне не подключены последовательно.

    Исследование параллельных подключений

    Используя тот же набор проводов, D-элементов и лампочек, можно исследовать параллельные цепи таким же образом. Можно исследовать влияние количества резисторов на общий ток и общее сопротивление. На схемах ниже изображены обычные способы построения цепи с параллельным подключением лампочек. Следует отметить, что исследование общего тока для параллельных соединений требует добавления индикаторной лампы .Лампа индикатора размещена вне ветвей и позволяет наблюдать влияние дополнительных резисторов на общий ток. Лампочки, которые размещены в параллельных ветвях, служат только индикатором тока через эту конкретную ветвь. Поэтому, исследуя влияние количества резисторов на общий ток и сопротивление, нужно внимательно следить за лампочкой индикатора, а не за лампочками, помещенными в ответвления. На приведенной ниже диаграмме показаны типичные наблюдения.

    Из показаний лампочек индикаторов на приведенных выше схемах видно, что добавление дополнительных резисторов приводит к тому, что лампочка индикатора становится ярче. Для параллельных цепей с увеличением количества резисторов увеличивается и общий ток. Это увеличение тока согласуется с уменьшением общего сопротивления. Добавление резисторов в отдельную ветвь приводит к неожиданному результату снижения общего сопротивления!

    Если отдельная лампочка в параллельной ветви вывинчивается из патрона, то ток в общей цепи и в других ветвях все равно остается.Удаление третьей лампы из патрона приводит к преобразованию схемы из параллельной цепи с тремя лампами в параллельную цепь с двумя лампами. Если бы приборы на домашней кухне были подключены параллельно, то холодильник мог бы работать без необходимости включения посудомоечной машины, тостера, мусоропровода и верхнего освещения. Одно устройство может работать без включения других. Поскольку каждое устройство находится в своей отдельной ветви, выключение этого устройства просто прекращает подачу заряда в эту ветвь. Через другие ответвления к другим устройствам будет по-прежнему проходить заряд. Совершенно очевидно, что бытовая техника подключена параллельно.

    Аналогия с телефонной будки

    Эффект добавления резисторов совершенно иной, если они добавляются параллельно, по сравнению с добавлением их последовательно. Последовательное добавление резисторов означает увеличение общего сопротивления; однако добавление большего количества резисторов параллельно означает уменьшение общего сопротивления.Тот факт, что можно добавить больше резисторов параллельно и добиться меньшего сопротивления, многих очень беспокоит. Аналогия может помочь прояснить причину этой изначально надоедливой правды.

    Поток заряда по проводам цепи можно сравнить с потоком автомобилей по платной дороге в очень многолюдном мегаполисе. Основными источниками сопротивления на платных дорогах являются посты. Остановка автомобилей и принуждение их к уплате дорожных сборов не только замедляет движение автомобилей, но и в районе с интенсивным движением, также вызовет узкое место с резервной копией на многие мили. Скорость, с которой автомобили проезжают через точку на этой платной системе, значительно снижается из-за наличия платы за проезд. Понятно, что пункты пропуска дороги являются главным препятствием для движения машин.

    Теперь предположим, что в попытке увеличить скорость потока Управление взимания платы за проезд решает добавить еще два пункта взимания платы за проезд на конкретном пункте взимания платы, где узкое место создает проблемы для путешественников. Они рассматривают два возможных способа подключения своих платных пунктов оплаты — последовательно или параллельно. При добавлении платных постов (т.е., резисторы) последовательно, они добавляли бы их таким образом, чтобы каждая машина, движущаяся по шоссе, должна была бы последовательно останавливаться у каждой платы за проезд. При наличии только одного пути через пункты взимания платы за проезд каждая машина должна будет останавливаться и платить за проезд в каждой будке. Вместо того, чтобы платить 60 центов один раз в одной будке, теперь им придется платить по 20 центов три раза в каждой из трех платных. Совершенно очевидно, что добавление платных постов последовательно имело бы общий эффект увеличения общего сопротивления и уменьшения общей скорости потока автомобилей (т.е.э., ток).

    Другим средством добавления двух дополнительных пунктов взимания платы на этой конкретной станции сбора платы за проезд является параллельное добавление пунктов взимания платы. Каждую будку можно разместить в отдельном филиале. Машины, проезжающие по платной дороге, останавливались только у одной из трех будок. У автомобилей будет три возможных пути, по которым они будут проезжать через станцию ​​взимания платы, и каждая машина выберет только один из маршрутов. Совершенно очевидно, что параллельное добавление платных постов приведет к уменьшению общего сопротивления и увеличению общей скорости потока автомобилей (т.е.е., ток) по платной дороге. Как и в случае добавления дополнительных электрических резисторов параллельно, добавление дополнительных плат в параллельных ветвях создает меньшее общее сопротивление. Обеспечивая большее количество путей (то есть ответвлений), по которым заряд и автомобили могут проходить через узкие места, скорость потока может быть увеличена.

    Мы хотели бы предложить …

    Зачем просто читать об этом и когда можно с этим взаимодействовать? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете одну из интерактивных функций The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного средства построения цепей постоянного тока. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Построитель цепей постоянного тока предоставляет учащемуся набор для построения виртуальных цепей. Вы можете легко перетащить источники напряжения, резисторы и провода на рабочее место, а также расположить и подключить их так, как хотите. Вольтметры и амперметры позволяют измерять ток и падение напряжения. Нажав на резистор или источник напряжения, вы можете изменить сопротивление или входное напряжение. Это просто. Это весело. И это безопасно (если вы не используете его в ванной).

    Проверьте свое понимание

    1. Обратите внимание на электропроводку, указанную ниже. Укажите, являются ли соединения последовательными или параллельными. Объясните каждый выбор.

    2. Ниже показаны две электрические схемы. Для каждой цепи укажите, какие два устройства подключены последовательно, а какие — параллельно.

    Последовательно? ___________________

    Параллельно? _________________

    Последовательно? ___________________

    Параллельно? _________________

    Последовательные и параллельные резисторы

    Резисторы

    серии

    Общее сопротивление в цепи с последовательно включенными резисторами равно сумме отдельных сопротивлений.

    Цели обучения

    Рассчитайте общее сопротивление в цепи с последовательно включенными резисторами

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Одинаковый ток протекает последовательно через каждый резистор.
    • Отдельные последовательно включенные резисторы не получают полное напряжение источника, а делят его.
    • Общее сопротивление в последовательной цепи равно сумме отдельных сопротивлений: [латекс] \ text {RN} (\ text {series}) = \ text {R} _1 + \ text {R} _2 + \ text {R} _3 +… + \ text {R} _ \ text {N} [/ latex].
    Ключевые термины
    • серия : ряд элементов, которые следуют одно за другим или связаны друг за другом.
    • сопротивление : Противодействие прохождению электрического тока через этот элемент.

    Обзор

    В большинстве схем есть более одного компонента, называемого резистором, который ограничивает поток заряда в цепи. Мера этого предела расхода заряда называется сопротивлением. Самыми простыми комбинациями резисторов являются последовательное и параллельное соединение.Общее сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от того, как они подключены.

    Последовательные цепи : Краткое введение в анализ последовательных и последовательных цепей, включая закон Кирхгофа по току (KCL) и закон Кирхгофа по напряжению (KVL).

    Резисторы серии

    Резисторы включены последовательно, если заряд или ток должны проходить через компоненты последовательно.

    Резисторы в серии : Эти четыре резистора соединены последовательно, потому что, если бы ток подавался на один конец, он бы протекал через каждый резистор последовательно до конца.

    показывает резисторы, последовательно подключенные к источнику напряжения. Общее сопротивление в цепи равно сумме отдельных сопротивлений, так как ток должен последовательно проходить через каждый резистор.

    Резисторы, подключенные последовательно : три резистора, подключенные последовательно к батарее (слева), и эквивалентное одиночное или последовательное сопротивление (справа).

    Использование закона Ома для расчета изменений напряжения в резисторах серии

    В соответствии с законом Ома падение напряжения V на резисторе при протекании через него тока рассчитывается по формуле V = IR, где I — ток в амперах (A), а R — сопротивление в омах (Ω). .

    Таким образом, падение напряжения на R 1 равно V 1 = IR 1 , на R 2 равно V 2 = IR 2 , а на R 3 равно V 3 = IR 3 .Сумма напряжений будет равна: V = V 1 + V 2 + V 3 , исходя из сохранения энергии и заряда. Если подставить значения отдельных напряжений, получим:

    [латекс] \ text {V} = \ text {IR} _1 + \ text {IR} _2 + \ text {IR} _3 [/ latex]

    или

    [латекс] \ text {V} = \ text {I} (\ text {R} _1 + \ text {R} _2 + \ text {R} _3) [/ латекс]

    Это означает, что полное сопротивление в серии равно сумме отдельных сопротивлений. Следовательно, для каждой цепи с N количество резисторов, включенных последовательно:

    [латекс] \ text {RN} (\ text {series}) = \ text {R} _1 + \ text {R} _2 + \ text {R} _3 +… + \ text {R} _ \ text {N }.[/ латекс]

    Поскольку весь ток должен проходить через каждый резистор, он испытывает сопротивление каждого, и последовательно соединенные сопротивления просто складываются.

    Поскольку напряжение и сопротивление имеют обратную зависимость, отдельные последовательно включенные резисторы не получают полное напряжение источника, а делят его. Об этом свидетельствует пример, когда две лампочки соединены в последовательную цепь с аккумулятором. В простой схеме, состоящей из одной батареи 1,5 В и одной лампочки, падение напряжения на лампе равно 1.5V через него. Однако, если две лампочки были соединены последовательно с одной и той же батареей, на каждой из них было бы падение напряжения 1,5 В / 2 или 0,75 В. Это будет очевидно по яркости света: каждая из двух последовательно соединенных лампочек будет вдвое слабее, чем одиночная лампочка. Следовательно, резисторы, подключенные последовательно, потребляют такое же количество энергии, как и один резистор, но эта энергия распределяется между резисторами в зависимости от их сопротивлений.

    Параллельные резисторы

    Общее сопротивление в параллельной цепи равно сумме обратных сопротивлений каждого отдельного сопротивления.

    Цели обучения

    Рассчитать полное сопротивление в цепи с резисторами, включенными параллельно

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Общее сопротивление в параллельной цепи меньше наименьшего из отдельных сопротивлений.
    • Каждый резистор, включенный параллельно, имеет то же напряжение, что и источник, приложенный к нему (напряжение в параллельной цепи постоянно).
    • Параллельные резисторы не получают суммарный ток каждый; они делят его (ток зависит от номинала каждого резистора и общего количества резисторов в цепи).
    Ключевые термины
    • сопротивление : Противодействие прохождению электрического тока через этот элемент.
    • параллельно : расположение электрических компонентов, при котором ток течет по двум или более путям.

    Обзор

    Резисторы в цепи могут быть включены последовательно или параллельно. Общее сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от того, как они подключены.

    Параллельные схемы : Краткий обзор анализа параллельных цепей с использованием таблиц VIRP для студентов-физиков средней школы.

    Параллельные резисторы

    Резисторы включены параллельно, когда каждый резистор подключен непосредственно к источнику напряжения путем соединения проводов, имеющих незначительное сопротивление. Таким образом, к каждому резистору приложено полное напряжение источника.

    Параллельное соединение резисторов : Параллельное соединение резисторов.

    Каждый резистор потребляет такой же ток, как если бы он был единственным резистором, подключенным к источнику напряжения. Это верно для схем в доме или квартире. Каждая розетка, подключенная к прибору («резистор»), может работать независимо, и ток не должен проходить через каждое устройство последовательно.

    Законные и параллельные резисторы Ом

    Каждый резистор в цепи имеет полное напряжение. Согласно закону Ома, токи, протекающие через отдельные резисторы, равны [латекс] \ text {I} _1 = \ frac {\ text {V}} {\ text {R} _1} [/ latex], [latex] \ text {I} _2 = \ frac {\ text {V}} {\ text {R} _2} [/ latex] и [latex] \ text {I} _3 = \ frac {\ text {V}} {\ text {R} _3} [/ латекс]. Сохранение заряда подразумевает, что полный ток является суммой этих токов:

    Параллельные резисторы : три резистора, подключенные параллельно батарее, и эквивалентное одиночное или параллельное сопротивление.

    [латекс] \ text {I} = \ text {I} _1 + \ text {I} _2 + \ text {I} _3. [/ Latex]

    Подстановка выражений для отдельных токов дает:

    [латекс] \ text {I} = \ frac {\ text {V}} {\ text {R} _1} + \ frac {\ text {V}} {\ text {R} _2} + \ frac {\ текст {V}} {\ text {R} _3} [/ latex]

    или

    [латекс] \ text {I} = \ text {V} (\ frac {1} {\ text {R} _1} + \ frac {1} {\ text {R} _2} + \ frac {1} { \ text {R} _3}) [/ latex]

    Это означает, что полное сопротивление в параллельной цепи равно сумме обратных сопротивлений каждого отдельного сопротивления.Следовательно, для каждой схемы с числом [latex] \ text {n} [/ latex] или параллельно подключенных резисторов

    [латекс] \ text {R} _ {\ text {n} \; (\ text {parallel})} = \ frac {1} {\ text {R} _1} + \ frac {1} {\ text { R} _2} + \ frac {1} {\ text {R} _3}… + \ frac {1} {\ text {R} _ \ text {n}}. [/ Latex]

    Это соотношение приводит к общему сопротивлению, которое меньше наименьшего из отдельных сопротивлений. Когда резисторы подключены параллельно, от источника течет больше тока, чем протекает для любого из них по отдельности, поэтому общее сопротивление ниже.

    Каждый резистор, включенный параллельно, имеет такое же полное напряжение источника, как и он, но делит общий ток между ними. Примером может служить соединение двух лампочек в параллельную цепь с аккумулятором на 1,5 В. В последовательной цепи две лампочки будут вдвое менее тусклыми при подключении к одному источнику батареи. Однако, если бы две лампочки были подключены параллельно, они были бы столь же яркими, как если бы они были подключены к батарее по отдельности. Поскольку к обеим лампочкам подается одинаковое полное напряжение, батарея также разряжается быстрее, поскольку она по существу обеспечивает полную энергию обеими лампочками.В последовательной цепи батарея будет работать столько же, сколько и с одной лампочкой, только тогда яркость будет разделена между лампочками.

    Комбинированные схемы

    Комбинированная схема может быть разбита на аналогичные части, которые работают последовательно или параллельно.

    Цели обучения

    Описать расположение резисторов в комбинированной цепи и его практическое значение

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Более сложные соединения резисторов иногда представляют собой просто комбинации последовательного и параллельного.
    • Различные части комбинированной схемы могут быть идентифицированы как последовательные или параллельные, уменьшены до их эквивалентов, а затем уменьшены до тех пор, пока не останется единственное сопротивление.
    • Сопротивление в проводах снижает ток и мощность, подаваемые на резистор. Если сопротивление в проводах относительно велико, как в изношенном (или очень длинном) удлинителе, то эти потери могут быть значительными и повлиять на выходную мощность в бытовые приборы.
    Ключевые термины
    • серия : ряд элементов, которые следуют одно за другим или связаны друг за другом.
    • параллельно : расположение электрических компонентов, при котором ток течет по двум или более путям.
    • Комбинированная цепь : электрическая цепь, содержащая несколько резисторов, которые соединены как последовательным, так и параллельным соединением.

    Комбинированные схемы

    Более сложные соединения резисторов иногда представляют собой просто комбинации последовательного и параллельного. Это часто встречается, особенно если учитывать сопротивление проводов.В этом случае сопротивление провода включено последовательно с другими сопротивлениями, включенными параллельно.

    Комбинированная цепь может быть разбита на аналогичные части, которые являются последовательными или параллельными, как показано на схеме. На рисунке общее сопротивление может быть вычислено путем соединения трех резисторов друг с другом последовательно или параллельно. R 1 и R 2 соединены параллельно друг другу, поэтому мы знаем, что для этого подмножества сопротивление, обратное сопротивлению, будет равно:

    Сеть резисторов : В этой комбинированной схеме цепь может быть разбита на последовательный компонент и параллельный компонент.

    Комбинированные схемы : Два параллельных резистора, соединенные последовательно с одним резистором.

    [латекс] \ frac {1} {\ text {R} _1} + \ frac {1} {\ text {R} _2} [/ latex] или [латекс] \ frac {\ text {R} _1 \ text {R} _2} {\ text {R} _1 + \ text {R} _2} [/ latex]

    R 3 соединен последовательно с и R 1 и R 2 , поэтому сопротивление будет рассчитываться как:

    [латекс] \ text {R} = \ frac {\ text {R} _1 \ text {R} _2} {\ text {R} _1 + \ text {R} _2} + \ text {R} _3 [/ латекс ]

    Сложные комбинированные схемы

    Для более сложных комбинированных схем различные части могут быть идентифицированы как последовательные или параллельные, уменьшены до их эквивалентов, а затем уменьшены до тех пор, пока не останется одно сопротивление, как показано на. На этом рисунке комбинация из семи резисторов идентифицирована как включенные последовательно или параллельно. На исходном изображении две обведенные кружком секции показывают резисторы, включенные параллельно.

    Сокращение комбинированной схемы : Эта комбинация из семи резисторов имеет как последовательные, так и параллельные части. Каждый из них идентифицируется и уменьшается до эквивалентного сопротивления, а затем уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто одно эквивалентное сопротивление.

    Уменьшение этих параллельных резисторов до одного значения R позволяет нам визуализировать схему в более упрощенном виде.На верхнем правом изображении мы видим, что обведенная кружком часть содержит два последовательно соединенных резистора. Мы можем еще больше уменьшить это до другого значения R, добавив их. Следующий шаг показывает, что два обведенных резистора включены параллельно. Уменьшение тех ярких моментов, что последние два включены последовательно и, таким образом, могут быть уменьшены до одного значения сопротивления для всей цепи.

    Практическое применение комбинированной схемы состоит в том, что сопротивление в проводах снижает ток и мощность, подаваемую на резистор.Комбинированная цепь может быть преобразована в последовательную цепь на основе понимания эквивалентного сопротивления параллельных ветвей комбинированной цепи. Последовательная цепь может использоваться для определения общего сопротивления цепи. По сути, сопротивление провода является последовательным с резистором. Таким образом, увеличивается общее сопротивление и уменьшается ток. Если сопротивление провода относительно велико, как в изношенном (или очень длинном) удлинителе, то эти потери могут быть значительными. Если потребляется большой ток, падение ИК-излучения в проводах также может быть значительным.

    Зарядка аккумулятора: последовательные и параллельные ЭДС

    При последовательном включении источников напряжения их ЭДС и внутренние сопротивления складываются; параллельно они остаются прежними.

    Цели обучения

    Сравните сопротивления и электродвижущие силы для источников напряжения, подключенных с одинаковой и противоположной полярностью, последовательно и параллельно

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • ЭДС, соединенные последовательно с одинаковой полярностью, являются аддитивными и приводят к более высокой общей ЭДС.
    • Две ЭДС, соединенные последовательно с противоположной полярностью, имеют общую ЭДС, равную разнице между ними, и могут использоваться для зарядки источника более низкого напряжения.
    • Два источника напряжения с идентичными ЭДС, соединенные параллельно, имеют чистую ЭДС, эквивалентную одному источнику ЭДС, однако общее внутреннее сопротивление меньше, и, следовательно, вырабатывается более высокий ток.
    Ключевые термины
    • параллельно : расположение электрических компонентов, при котором ток течет по двум или более путям.
    • электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
    • серия : ряд элементов, которые следуют одно за другим или связаны друг за другом.

    Когда используется более одного источника напряжения, они могут быть подключены последовательно или параллельно, аналогично резисторам в цепи. Когда источники напряжения включены последовательно в одном направлении, их внутренние сопротивления складываются, а их электродвижущая сила, или ЭДС, складывается алгебраически. Эти типы источников напряжения распространены в фонариках, игрушках и других устройствах. Обычно ячейки включены последовательно, чтобы обеспечить большую суммарную ЭДС.

    Фонарик и лампочка : Последовательное соединение двух источников напряжения в одном направлении. Эта схема представляет собой фонарик с двумя последовательно включенными ячейками (источниками напряжения) и одной лампочкой (сопротивление нагрузки).

    Батарея представляет собой соединение нескольких гальванических элементов. Однако недостатком такого последовательного соединения ячеек является то, что их внутреннее сопротивление увеличивается. Иногда это может быть проблематично. Например, если вы поместите в машину две батареи на 6 В вместо обычной батареи на 12 В, вы должны добавить как ЭДС, так и внутреннее сопротивление каждой батареи. Таким образом, вы получите ту же ЭДС 12 В, хотя внутреннее сопротивление тогда будет удвоено, что вызовет у вас проблемы, когда вы захотите запустить двигатель.

    Но если ячейки противостоят друг другу — например, когда одна вставляется в прибор задом наперед, — общая ЭДС меньше, поскольку она является алгебраической суммой отдельных ЭДС. Когда он перевернут, он создает ЭДС, которая противодействует другой, и приводит к разнице между двумя источниками напряжения.

    Зарядное устройство : представляет два источника напряжения, соединенных последовательно с противоположными ЭДС. Ток течет в направлении большей ЭДС и ограничивается суммой внутренних сопротивлений.(Обратите внимание, что каждая ЭДС представлена ​​на рисунке буквой E.) Зарядное устройство, подключенное к аккумулятору, является примером такого соединения. Зарядное устройство должно иметь большую ЭДС, чем аккумулятор, чтобы через него протекал обратный ток.

    Когда два источника напряжения с идентичными ЭДС соединены параллельно и также подключены к сопротивлению нагрузки, общая ЭДС будет такой же, как и отдельные ЭДС. Но общее внутреннее сопротивление уменьшается, поскольку внутренние сопротивления параллельны. Таким образом, параллельное соединение может производить больший ток.

    Две идентичные ЭДС : Два источника напряжения с одинаковыми ЭДС (каждый помечен буквой E), соединенные параллельно, создают одинаковую ЭДС, но имеют меньшее общее внутреннее сопротивление, чем отдельные источники. Параллельные комбинации часто используются для подачи большего тока.

    ЭДС и напряжение на клеммах

    Выходное напряжение или напряжение на клеммах источника напряжения, такого как аккумулятор, зависит от его электродвижущей силы и внутреннего сопротивления.

    Цели обучения

    Выразите взаимосвязь между электродвижущей силой и напряжением на клеммах в виде уравнения

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Электродвижущая сила (ЭДС) — это разность потенциалов источника при отсутствии тока.
    • Напряжение на клеммах — это выходное напряжение устройства, измеренное на его клеммах.
    • Напряжение на клеммах рассчитывается по формуле V = ЭДС — Ir.
    Ключевые термины
    • электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
    • напряжение на клеммах : выходное напряжение устройства, измеренное на его клеммах.
    • разность потенциалов : разница в потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле; разница в заряде между двумя точками в электрической цепи; Напряжение.

    Когда вы забываете выключить автомобильные фары, они постепенно тускнеют по мере разряда аккумулятора. Почему они просто не мигают, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных или перегруженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления.

    Электродвижущая сила

    Все источники напряжения создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к сопротивлению. В небольшом масштабе разность потенциалов создает электрическое поле, которое воздействует на заряды, вызывая ток. Мы называем эту разность потенциалов электродвижущей силой (сокращенно ЭДС). ЭДС — это вообще не сила; это особый тип разности потенциалов источника при отсутствии тока. Единицы измерения ЭДС — вольт.

    Электродвижущая сила напрямую связана с источником разности потенциалов, например с конкретной комбинацией химических веществ в батарее.Однако при протекании тока ЭДС отличается от выходного напряжения устройства. Напряжение на выводах батареи, например, меньше, чем ЭДС, когда батарея подает ток, и оно уменьшается дальше, когда батарея разряжается или разряжается. Однако, если выходное напряжение устройства можно измерить без потребления тока, то выходное напряжение будет равно ЭДС (даже для сильно разряженной батареи).

    Напряжение на клеммах

    представляет схематическое изображение источника напряжения.Выходное напряжение устройства измеряется на его клеммах и называется напряжением на клеммах В . Напряжение на клеммах определяется уравнением:

    Схематическое изображение источника напряжения : Любой источник напряжения (в данном случае углеродно-цинковый сухой элемент) имеет ЭДС, связанную с источником разности потенциалов, и внутреннее сопротивление r, связанное с его конструкцией. (Обратите внимание, что сценарий E означает ЭДС.) Также показаны выходные клеммы, на которых измеряется напряжение на клеммах V.Поскольку V = ЭДС-Ir, напряжение на клеммах равно ЭДС, только если ток не течет.

    [латекс] \ text {V} = \ text {emf} — \ text {Ir} [/ latex],

    где r — внутреннее сопротивление, а I — ток, протекающий во время измерения.

    I является положительным, если ток течет от положительного вывода. Чем больше ток, тем меньше напряжение на клеммах. Точно так же верно, что чем больше внутреннее сопротивление, тем меньше напряжение на клеммах.

    Введение в стандарт и интерфейс.

    Информация, передаваемая между оборудованием обработки данных и периферийными устройствами, находится в форме цифровых данных, которые передаются в последовательном или параллельном режиме. Параллельная связь используется в основном для соединений между тестовыми приборами или компьютерами и принтерами, а последовательная связь часто используется между компьютерами и другими периферийными устройствами.

    Передача по протоколу RS232 подразумевает посылку данных по одному биту за раз по одной линии связи. Напротив, для параллельной связи требуется, по крайней мере, столько строк, сколько битов в передаваемом слове (для 8-битного слова необходимо минимум 8 строк).RS232 Последовательная передача полезна для связи на большие расстояния, тогда как параллельная предназначена для коротких расстояний или когда требуется очень высокая скорость передачи.

    Стандарты RS232

    Одним из преимуществ протокола RS232 является то, что он подходит для передачи по телефонным линиям. Последовательные цифровые данные могут быть преобразованы модемом, помещены в стандартную телефонную линию голосового уровня и преобразованы обратно в последовательные цифровые данные на приемном конце линии с помощью другого модема.

    Официально RS-232 определяется как «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и оборудованием передачи данных с использованием последовательного обмена двоичными данными». Это определение определяет оконечное оборудование данных (DTE) как компьютер, а оборудование передачи данных (DCE) — модем. Кабель модема имеет контактные соединения и предназначен для подключения устройства DTE к устройству DCE.

    RS-232 широко используется для соединения между устройствами сбора данных и компьютерными системами. Устройства RS-232 определяются как DTE (обычно компьютер) или DCE (обычно интерфейсное устройство). При подключении устройства DCE к компьютеру (DTE) требуется прямое соединение. Однако не все интерфейсные устройства или системы сбора данных являются DCE, поэтому требуется нуль-модемный кабель, который «пересекает» необходимые сигнальные провода.

    RS232 порт

    Помимо связи между компьютерным оборудованием по телефонным линиям, протокол RS-232 в настоящее время широко используется для соединений между устройствами сбора данных и компьютерными системами. Как и в определении RS232, компьютер — это оборудование передачи данных (DTE).Однако многие продукты интерфейса не являются оборудованием передачи данных (DCE). Нуль-модемные кабели предназначены для этой ситуации; Вместо штыревых соединений модемных кабелей, нуль-модемные кабели имеют другую внутреннюю проводку, позволяющую устройствам DTE взаимодействовать друг с другом.

    Варианты кабелей

    Кабели RS-232 обычно доступны с 4, 9 или 25-контактной разводкой. 25-контактный кабель RS232 соединяет каждый контакт; 9-контактные кабели Rs232 не имеют многих редко используемых соединений; 4-контактные кабели Rs232 обеспечивают минимум соединений и имеют перемычки для обеспечения «квитирования» для тех устройств, которым это необходимо.Эти перемычки соединяют контакты 4, 5 и 8, а также контакты 6 и 20.

    Появление IBM PC AT создало новую морщину в коммуникациях RS-232. Вместо стандартного 25-контактного разъема этот компьютер и многие новые платы расширения для ПК оснащены 9-контактным последовательным портом. Чтобы подключить этот порт к стандартному 25-контактному порту, можно использовать переходной кабель с 9 на 25 контактов или пользователь может создать свой собственный кабель специально для этой цели.

    Выбор кабеля RS232

    Основные соображения при выборе кабеля RS-232 основаны на подключаемых устройствах.Во-первых, подключаете ли вы два устройства DTE (нуль-модемный кабель) или устройство DTE к устройству DCE (модемный кабель)? Во-вторых, какие разъемы требуются на каждом конце, вилка или розетка, а также 25 или 9-контактные (тип AT)? Обычно рекомендуется, чтобы пользователь получил два подключаемых устройства, а затем определил, какой кабель требуется.

    Подключение интерфейса RS232

    Большинство устройств RS-232 будут работать только с 3 сигнальными проводами: передача (TX), прием (RX) и земля (GND).Чтобы два устройства RS-232 могли обмениваться данными, необходимо подключить TX одного инструмента к RX второго инструмента, и наоборот.

    Контакты заземления должны быть соединены вместе. Имейте в виду, что 25-контактный порт RS-232 на ПК передает сигнал на контакт 2 и принимает на контакт 3, а Земля — ​​на контакт 7. 9-контактный порт RS-232 на ПК передает сигнал на контакт 3, принимает на контакт 2. и заземление — контакт 5.

    Вы не можете просто соединить два устройства последовательным кабелем просто потому, что разъемы подходят.Вы должны проверить функции каждого контакта на каждом устройстве, а также проверить, является ли кабель прямым или нуль-модемным.

    Распиновка RS-232

    1. ПЕРЕДАВАЕМЫЙ СИГНАЛ
    2. УРОВНИ НАПРЯЖЕНИЯ:
    3. Двоичный 0: от +5 до +15 В постоянного тока (так называемый «пробел» или «вкл»)
    4. Двоичный 1: от -5 до -15 В постоянного тока (называется «отметкой» или «выключено»)
    5. ПРИЕМНЫЙ СИГНАЛ
    6. УРОВНИ НАПРЯЖЕНИЯ:
    7. Двоичный 0: от +3 до +13 В постоянного тока
    8. Двоичный 1: от -3 до -13 В постоянного тока
    9. ФОРМАТ ДАННЫХ
    10. Стартовый бит: двоичный 0
    11. Данные: 5, 6, 7 или 8 бит
    12. Четность: нечетная, четная, метка или пробел (не используется с 8-битными данными)
    13. Стоповый бит: двоичная 1, один или два бита

    Основы последовательной связи RS-232

    Аннотация: Из-за своей относительной простоты и низких накладных расходов на оборудование (по сравнению с параллельным интерфейсом) последовательная связь широко используется в электронной промышленности. Сегодня самым популярным стандартом последовательной связи, безусловно, является спецификация EIA / TIA-232-E. Этот стандарт, разработанный Ассоциацией электронной промышленности и Ассоциацией индустрии телекоммуникаций (EIA / TIA), чаще называется просто RS-232, где RS означает «рекомендуемый стандарт». Хотя этот префикс RS был заменен в В последние годы, когда EIA / TIA помогло определить источник стандарта, в этой статье используется общепринятая нотация RS-232.

    Введение

    Официальное название стандарта EIA / TIA-232-E — «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и оборудованием для оконечной передачи данных, использующим последовательный обмен двоичными данными».«Хотя название может показаться устрашающим, стандарт просто касается последовательной передачи данных между хост-системой (оконечное оборудование данных или DTE) и периферийной системой (оконечное оборудование для цепей данных или DCE).

    EIA / TIA- Стандарт 232-E был представлен в 1962 году и с тех пор обновлялся четыре раза для удовлетворения растущих потребностей приложений последовательной связи. Буква «E» в названии стандарта указывает на то, что это пятая редакция стандарта.

    RS-232 Технические характеристики

    RS-232 — это полный стандарт.Это означает, что стандарт обеспечивает совместимость между хост-системами и периферийными системами, указывая:

    1. Общие уровни напряжения и сигналов
    2. Общие конфигурации разводки контактов
    3. Минимальный объем управляющей информации между хостом и периферийными системами.

    В отличие от многих стандартов, которые просто определяют электрические характеристики данного интерфейса, RS-232 определяет электрические, функциональные и механические характеристики для удовлетворения трех вышеуказанных критериев.Каждый из этих аспектов стандарта RS-232 обсуждается ниже.

    Электрические характеристики

    Раздел электрических характеристик стандарта RS-232 определяет уровни напряжения, скорость изменения уровней сигнала и полное сопротивление линии.

    Поскольку исходный стандарт RS-232 был определен в 1962 году, то есть до появления логики TTL, неудивительно, что в стандарте не используются уровни 5 В и заземления. Вместо этого высокий уровень для выхода драйвера определяется как от + 5В до + 15В, а низкий уровень для выхода драйвера определяется как от -5В до -15В.Логические уровни приемника были определены с учетом запаса помехоустойчивости 2 В. Таким образом, высокий уровень для приемника определяется как от + 3В до + 15В, а низкий уровень — от -3В до -15В. На рисунке 1 показаны логические уровни, определенные стандартом RS-232. Необходимо отметить, что для связи RS-232 низкий уровень (от -3 В до -15 В) определяется как логическая 1 и исторически упоминается как «маркировка». Точно так же высокий уровень (от + 3В до + 15В) определяется как логический 0 и называется «интервалом».»

    Рисунок 1. Технические характеристики логического уровня RS-232.

    Стандарт RS-232 также ограничивает максимальную скорость нарастания выходного напряжения на выходе драйвера. Это ограничение было включено, чтобы помочь снизить вероятность перекрестных помех между соседними сигналами. Чем медленнее время нарастания и спада, тем меньше вероятность перекрестных помех. С учетом этого максимальная допустимая скорость нарастания составляет 30 В / мс. Кроме того, стандарт определяет максимальную скорость передачи данных 20 кбит / с, опять же, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех.

    Также был определен импеданс интерфейса между драйвером и приемником.Нагрузка, которую видит драйвер, составляет от 3 кОм до 7 кОм. В исходном стандарте RS-232 длина кабеля между драйвером и приемником была указана как максимум 15 метров. Редакция «D» (EIA / TIA-232-D) изменила эту часть стандарта. Вместо указания максимальной длины кабеля в стандарте указана максимальная емкостная нагрузка 2500 пФ, что явно является более адекватной спецификацией. Максимальная длина кабеля определяется емкостью на единицу длины кабеля, которая указана в технических характеристиках кабеля.

    В таблице 1 приведены электрические характеристики в текущем стандарте.

    Таблица 1. Технические характеристики RS-232

    RS-232
    Кабели несимметричный
    Количество устройств 1 передача, 1 прием
    Режим связи Полный дуплекс
    Расстояние (макс.) 50 футов при 19,2 кбит / с
    Скорость передачи данных (макс.) 1 Мбит / с
    Сигнализация несимметричный
    Марка (данные 1) -5В (мин.) -15В (макс.)
    Пространство (данные 0) 5 В (мин.) 15 В (макс.)
    Входной уровень (мин.) ± 3 В
    Выходной ток 500 мА (обратите внимание, что драйверы IC, обычно используемые в ПК, ограничены до 10 мА)
    Импеданс 5 кОм (внутренний)
    Архитектура автобуса точка-точка

    Функциональные характеристики

    Поскольку RS-232 является полным стандартом, он включает больше, чем просто технические характеристики. Стандарт также касается функциональных характеристик интерфейса, №2 в нашем списке выше. По сути, это означает, что RS-232 определяет функции различных сигналов, используемых в интерфейсе. Эти сигналы делятся на четыре категории: общие, данные, управляющие и временные. См. Таблица 2 . Стандарт обеспечивает множество управляющих сигналов и поддерживает первичный и вторичный каналы связи. К счастью, немногие приложения, если таковые имеются, требуют всех этих определенных сигналов.Например, для типичного модема используется только восемь сигналов. Примеры того, как стандарт RS-232 используется в реальных приложениях, обсуждаются позже. Полный список определенных сигналов включен здесь для справки. Однако рассмотрение функциональности всех этих сигналов выходит за рамки данной статьи.

    Таблица 2. Сигналы, определяемые RS-232

    Синхронизация элемента сигнала передатчика

    Мнемоника цепи Название цепи * Направление цепи Тип цепи
    AB Общий сигнал Обычный
    BA
    BB
    Переданные данные (TD)
    Полученные данные (RD)
    К DCE
    От DCE
    Данные
    CA
    CB
    CC
    CD
    CE
    CF
    CG
    CH
    CI
    CJ
    RL
    LL
    TM
    Запрос на отправку (RTS)
    Готовность к отправке (CTS)
    Готовность DCE (DSR)
    Готовность DTE (DTR)
    Индикатор звонка (RI)
    Детектор принятого линейного сигнала ** (DCD)
    Детектор качества сигнала
    Скорость передачи данных Детектор от DTE
    Детектор скорости передачи сигнала от DCE
    Готов к приему
    Удаленный шлейф
    Локальный шлейф
    Тестовый режим
    В DCE
    Из DCE
    Из DCE
    В DCE
    Из DCE
    Из DCE
    Из DCE
    В DCE
    Из DCE
    В DCE
    В DCE
    В DCE
    Из DCE
    Контроль
    DA от DTE К DCE
    DB
    DD
    Синхронизация элемента сигнала передатчика от DCE
    Синхронизация элемента сигнала приемника от DCE
    От DCE
    От DCE
    Сроки
    SBA
    SBB
    Вторичные переданные данные
    Вторичные полученные данные
    К DCE
    От DCE
    Данные
    SCA
    SCB
    SCF
    Вторичный запрос на отправку
    Вторичный сброс для передачи
    Детектор вторичного принятого линейного сигнала
    К DCE
    От DCE
    От DCE
    Контроль

    * Сигналы с сокращениями в скобках — это восемь наиболее часто используемых сигналов.
    ** Этот сигнал чаще называют обнаружением носителя данных (DCD).

    Характеристики механического интерфейса

    Третья область, охватываемая RS-232, — это механический интерфейс. В частности, RS-232 определяет 25-контактный разъем как минимальный размер разъема, который может принимать все сигналы, определенные в функциональной части стандарта. Распределение контактов для этого разъема показано на Рисунок 2 . Разъем для оборудования DCE — вилка для корпуса разъема и розетка для соединительных контактов.Аналогичным образом, разъем DTE представляет собой гнездовой корпус с штыревыми контактами. Хотя RS-232 определяет 25-контактный разъем, этот разъем часто не используется. Для большинства приложений не требуются все определенные сигналы, поэтому 25-контактный разъем больше, чем необходимо. Следовательно, обычно используются другие типы разъемов. Возможно, самым популярным разъемом является 9-контактный разъем DB9S, также показанный на Рисунке 2. Этот 9-контактный разъем обеспечивает, например, средства для передачи и приема необходимых сигналов для модемных приложений. Этот тип приложения pf будет рассмотрен более подробно позже.

    Рис. 2. Назначение контактов разъема RS-232.

    Эволюция дизайна ИС RS-232

    Регулируемые нагнетательные насосы

    Оригинальный драйвер / приемник MAX232 и связанные с ним части просто удваивали и инвертировали входное напряжение для питания схемы драйвера RS-232. Эта конструкция позволила получить гораздо большее напряжение, чем фактически требовалось; это трата энергии. Уровни EIA-232 определены как ± 5 В на 5 кОм. С новым выходным каскадом с малым падением напряжения компания Maxim представила приемопередатчики RS-232 с внутренними насосами заряда, обеспечивающими регулируемое ± 5.Выходы 5В. Такая конструкция позволяет выходам передатчика поддерживать уровни, совместимые с RS-232, с минимальным током питания.

    Работа при низком напряжении

    Пониженное выходное напряжение новых регулируемых насосов заряда и передатчиков с малым падением напряжения позволяет использовать пониженные напряжения питания. Большинство современных приемопередатчиков Maxim для RS-232 работают с напряжением питания до +3,0 В.

    AutoShutdown ™

    В нескончаемой битве за продление срока службы батареи Максим впервые применил метод, называемый автоматическим отключением.Когда устройство не определяет действительную активность RS-232, оно переходит в режим выключения с низким энергопотреблением. Выходной сигнал, соответствующий RS-232, указывает системному процессору, подключен ли активный порт RS-232 к другому концу кабеля. MAX3212 идет еще дальше: он включает схему обнаружения перехода, фиксированный выход которой, применяемый как прерывание, может разбудить систему, когда изменение состояния происходит на любой входящей линии.

    AutoShutdown Plus ™

    Основываясь на успехе AutoShutdown, устройства с функцией AutoShutdown Plus от Maxim достигают потребляемого тока 1 мкА.Эти устройства автоматически переходят в режим отключения с низким энергопотреблением, когда кабель RS-232 отсоединен или передатчики подключенных периферийных устройств неактивны, или когда UART, управляющий входами передатчика, неактивен более 30 секунд. Устройства снова включаются, когда обнаруживают допустимый переход на любом входе передатчика или приемника. AutoShutdown Plus экономит электроэнергию без внесения изменений в существующую BIOS или операционную систему.

    мегабод

    За пределами спецификации EIA-232 выходит режим мегабод, который позволяет увеличить скорость нарастания драйвера, тем самым обеспечивая скорость передачи данных до 1 Мбит / с.Режим MegaBaud полезен для связи между высокоскоростными периферийными устройствами, такими как модемы DSL или ISDN, на короткие расстояния.

    Высокий ESD

    Некоторые ИС предназначены для обеспечения высокой защиты от электростатического разряда. Эти ИС определяют и обеспечивают защиту от электростатического разряда ± 15 кВ с использованием модели человеческого тела и метода разряда с воздушным зазором IEC 801-2. Высокая степень защиты от электростатических разрядов Maxim устраняет необходимость в дорогостоящих внешних устройствах защиты, таких как TransZorbs ™, предотвращая при этом дорогостоящие отказы в полевых условиях.

    Проблемы поддержки

    Выбор конденсатора

    Зарядные насосы приемопередатчиков Maxim RS-232 используют конденсаторы для преобразования и хранения энергии, поэтому выбор этих конденсаторов влияет на общую производительность схемы.Хотя в некоторых таблицах данных указаны поляризованные конденсаторы в их типичных схемах применения, эта информация показана только для клиентов, которые хотят использовать поляризованные конденсаторы. На практике керамические конденсаторы лучше всего подходят для большинства микросхем Maxim RS-232.

    Выбор керамического конденсатора также важен. Конденсаторные диэлектрические типы Z5U и Y5V неприемлемы из-за их невероятных напряжений и температурных коэффициентов. Типы X5R и X7R обеспечивают необходимую производительность.

    Неиспользуемые входы

    Входы приемника RS-232 содержат внутренний понижающий резистор 5 кОм.Если этот вход приемника не используется, его можно оставить плавающим без каких-либо проблем. Входы передатчика CMOS имеют высокий импеданс и должны быть доведены до допустимых логических уровней для правильной работы IC. Если вход передатчика не используется, подключите его к V CC или GND.

    Рекомендации по компоновке

    ИС Maxim RS-232 следует рассматривать как преобразователи постоянного тока в постоянный для целей компоновки. Прохождение переменного тока необходимо анализировать как на стадии зарядки, так и на стадии разрядки цикла зарядки-накачки. Чтобы облегчить простую и эффективную компоновку, Maxim удобно размещает все критические выводы в непосредственной близости от их внешних компонентов.

    Приемопередатчики RS-232 в миниатюрных корпусах

    Приемопередатчики RS-232 с низким энергопотреблением доступны в компактных корпусах микросхемы (UCSP), TQFN и TSSOP. MAX3243E в тонком 32-контактном (7 мм x 7 мм) корпусе QFN экономит 20% места на плате по сравнению с решениями TSSOP. MAX3222E, также доступный в 20-контактном корпусе TQFN (5 мм x 5 мм), улучшает и, таким образом, экономит место на плате на 40%. Другие семейства приемопередатчиков, упакованные в TQFN, MAX3222E и MAX3232E с двумя драйверами и двумя приемниками и MAX3221E с одним драйвером и одним приемником, имеют возможность AutoShutdown для снижения тока питания до 1 мкА (см. , таблица 3, ).Эти трансиверы RS-232 идеально подходят для оборудования с батарейным питанием.

    Семейство MAX3228E / MAX3229E в корпусе UCSP с 30 выступами (3 мм x 2,5 мм) экономит около 70% места на плате, что делает эти ИС идеальными для приложений с ограниченным пространством, таких как ноутбуки, сотовые телефоны и портативное оборудование. Маломощные приемопередатчики RS-232 в компактном корпусе UCSP с низким током отключения 1 мкА идеально подходят для систем со сверхнизким энергопотреблением.

    Таблица 3. Приемопередатчики RS232 в компактных корпусах

    Деталь Пакет Ток отключения питания (мкА) Скорость передачи данных (кбит / с) №Драйверов / Ресиверов Защита от электростатического разряда (± кВ)
    MAX3221E 20-контактный TQFN 1 250 1/1 15
    MAX3222E 16-контактный TQFN 1 250 2/2 15
    MAX3223E 20-контактный TQFN 1 250 2/2 15
    MAX3230E UCSP с 20 отбойниками 1 250 2/2 15
    MAX3231E UCSP с 20 отбойниками 1 250 1/1 15
    MAX3232E 16-контактный TQFN 1 250 2/2 15
    MAX3237E 28-контактный SSOP 10 нА 1 Мбит / с 5/3 15
    MAX3243E 32-контактный TQFN 1 250 3/5 15
    MAX3246E UCSP с 36 отбойниками 1 250 3/5

    Практическая реализация RS-232

    Большинство разработанных сегодня систем не работают с уровнями напряжения RS-232. Следовательно, преобразование уровня необходимо для реализации связи RS-232. Преобразование уровней выполняется специальными микросхемами RS-232 с линейными драйверами, которые генерируют уровни напряжения, необходимые для RS-232, и линейными приемниками, которые могут принимать уровни напряжения RS-232 без повреждения. Эти линейные драйверы и приемники обычно также инвертируют сигнал, поскольку логическая 1 представлена ​​низким уровнем напряжения для связи RS-232, а логический 0 представлен высоким логическим уровнем.

    На рисунке 3 показана функция драйвера / приемника линии RS-232 в типичном модемном приложении.В этом примере сигналы, необходимые для последовательной связи, генерируются и принимаются универсальным асинхронным приемником / передатчиком (UART). ИС линейного драйвера / приемника RS-232 выполняет необходимое преобразование уровней между CMOS / TTL и интерфейсом RS-232.

    Рис. 3. Типичное применение модема RS-232.

    UART выполняет «служебные» задачи, необходимые для асинхронной последовательной связи. Асинхронная связь обычно требует, например, чтобы хост-система инициировала стартовые и стоповые биты, чтобы указать периферийной системе, когда связь начнется и остановится.Биты четности также часто используются, чтобы гарантировать, что отправленные данные не были повреждены. UART обычно генерирует стартовый, стоповый биты и биты четности при передаче данных и может обнаруживать ошибки связи при получении данных. UART также функционирует как посредник между байтовой (параллельной) и битовой (последовательной) связью; он преобразует байт данных в последовательный битовый поток для передачи и преобразует последовательный битовый поток в байт данных при получении.

    Теперь, когда дано элементарное объяснение интерфейса TTL / CMOS — RS-232, мы можем рассмотреть некоторые реальные приложения RS-232.В разделе «Функциональные характеристики» выше уже отмечалось, что приложения RS-232 редко точно соответствуют стандарту RS-232. Ненужные сигналы RS-232 обычно опускаются. Для многих приложений, таких как модем, требуется всего девять сигналов (два сигнала данных, шесть сигналов управления и заземление). Другим приложениям требуется только пять сигналов (два для данных, два для подтверждения связи и заземление), в то время как другим требуется только сигналы данных без управления подтверждением. Мы начинаем исследование реальных реализаций с рассмотрения типичного модемного приложения.

    RS-232 в модемных приложениях

    Приложения модема — одно из самых популярных применений стандарта RS-232. На рисунке 4 показано типичное модемное приложение. Как видно на схеме, ПК — это DTE, а модем — это DCE. Связь между каждым ПК и связанным с ним модемом осуществляется с использованием стандарта RS-232. Связь между двумя модемами осуществляется посредством телекоммуникации. Следует отметить, что, хотя микроконтроллер обычно является DTE в приложениях RS-232, это не требуется строгой интерпретацией стандарта.

    Рисунок 4. Модемная связь между двумя компьютерами.

    Хотя некоторые разработчики предпочитают использовать для этого приложения 25-контактный разъем, в этом нет необходимости, поскольку между DTE и DCE имеется только девять интерфейсных сигналов (включая землю). Помня об этом, многие разработчики используют 9- или 15-контактные разъемы. (На Рисунке 2 выше показана конструкция 9-контактного разъема.) «Девять основных» сигналов, используемых в модемной связи, показаны на Рисунке 3 выше; Для DTE необходимы три драйвера RS-232 и пять приемников.Функциональность этих сигналов описана ниже. Обратите внимание, что для следующих описаний сигналов, ВКЛ относится к высокому уровню напряжения RS-232 (от + 5В до + 15В), а ВЫКЛ относится к низкому уровню напряжения RS-232 (от -5В до -15В). Имейте в виду, что высокий уровень напряжения RS-232 фактически представляет собой логический 0, а низкий уровень напряжения RS-232 относится к логической 1.

    Переданные данные (TD) : Один из двух отдельных сигналов данных, это сигнал генерируется DTE и принимается DCE.

    Полученные данные (RD) : Второй из двух отдельных сигналов данных, эти сигналы генерируются DCE и принимаются DTE.

    Запрос на отправку (RTS) : Когда хост-система (DTE) готова передать данные в периферийную систему (DCE), RTS включается. В симплексных и дуплексных системах это условие поддерживает DCE в режиме приема. В полудуплексных системах это условие поддерживает DCE в режиме приема и отключает режим передачи. Состояние OFF поддерживает DCE в режиме передачи. После подтверждения RTS DCE должна подтвердить CTS, прежде чем может начаться связь.

    Готовность к отправке (CTS) : CTS используется вместе с RTS для обеспечения установления связи между DTE и DCE.После того, как DCE видит подтвержденное RTS, оно включает CTS, когда готово начать обмен данными.

    Готовность набора данных (DSR) : Этот сигнал включается DCE, чтобы указать, что он подключен к линии связи.

    Обнаружение несущей данных (DCD) : Этот сигнал включается, когда DCE получает сигнал от удаленной DCE, который соответствует подходящим критериям сигнала. Этот сигнал остается включенным, пока может быть обнаружен подходящий сигнал несущей.

    Data Terminal Ready (DTR) : DTR указывает на готовность DTE. Этот сигнал включается DTE, когда оно готово передать или принять данные от DCE. DTR должен быть включен, прежде чем DCE сможет подтвердить DSR.

    Индикатор звонка (RI) : RI, когда заявлено, указывает, что сигнал вызова принимается по каналу связи.

    Описанные выше сигналы составляют основу модемной связи. Возможно, лучший способ понять, как эти сигналы взаимодействуют, — это изучить пошаговый пример взаимодействия модема с ПК.Следующие шаги описывают транзакцию, в которой удаленный модем вызывает локальный модем.

    1. Локальный ПК использует программное обеспечение для отслеживания сигнала RI (индикация звонка).
    2. Когда удаленный модем хочет установить связь с локальным модемом, он генерирует сигнал RI. Этот сигнал передается локальным модемом на локальный ПК.
    3. Локальный ПК отвечает на сигнал RI, выдавая сигнал DTR (готовность терминала данных), когда он готов к обмену данными.
    4. После распознавания заявленного сигнала DTR модем отвечает, подтверждая DSR (готовность набора данных) после того, как он подключен к линии связи. DSR указывает ПК, что модем готов к дальнейшему обмену управляющими сигналами с DTE, чтобы начать связь. При подтверждении DSR ПК начинает мониторинг DCD для индикации того, что данные передаются по линии связи.
    5. Модем подтверждает DCD (обнаружение носителя данных) после того, как он получил сигнал несущей от удаленного модема, который соответствует подходящим критериям сигнала.
    6. С этого момента можно начинать передачу данных. Если локальный модем имеет полнодуплексный режим, сигналы CTS (Clear to Send) и RTS (Request to Send) сохраняются в установленном состоянии.Если модем имеет только полудуплексную связь, CTS и RTS обеспечивают квитирование, необходимое для управления направлением потока данных. Данные передаются по сигналам RD и TD.
    7. Когда передача данных завершена, ПК отключает сигнал DTR. Модем следует, подавляя сигналы DSR и DCD. На данный момент ПК и модем находятся в исходном состоянии, описанном в шаге 1.

    RS-232 в приложениях с минимальным квитированием

    Хотя описанное выше модемное приложение упрощено по сравнению со стандартом RS-232 из-за количества необходимых сигналов, оно все же более сложное, чем многие системные требования. Для многих приложений необходимы только две линии данных и две линии управления подтверждением связи, чтобы установить и контролировать связь между хост-системой и периферийной системой. Например, системе управления окружающей средой может потребоваться взаимодействие с термостатом с использованием полудуплексной схемы связи. Иногда системы управления считывают температуру с термостата, а иногда загружают в термостат точки отключения по температуре. В этом типе простого приложения может потребоваться только пять сигналов (два для данных, два для управления подтверждением связи и земля).

    Рисунок 5 иллюстрирует простой полудуплексный интерфейс связи. Как можно видеть, данные передаются через выводы TD (передача данных) и RD (получение данных), а выводы RTS (Готовность к отправке) и CTS (Готовность к отправке) обеспечивают контроль установления связи. RTS управляется DTE для управления направлением данных. Когда это установлено, DTE переводится в режим передачи. Когда RTS запрещен, DTE переводится в режим приема. CTS, генерируемый DCE, управляет потоком данных. Когда заявлено, данные могут передаваться.Однако, когда CTS запрещен, передача данных прерывается. Передача данных останавливается до повторного подтверждения CTS.

    Рисунок 5. Схема полудуплексной связи.

    Ограничения применения RS-232

    За более чем четыре десятилетия, прошедшие с момента введения стандарта RS-232, электронная промышленность сильно изменилась. Таким образом, стандарт RS-232 имеет некоторые ограничения. Одно ограничение — тот факт, что в стандарте определено более двадцати сигналов — уже устранено.Дизайнеры просто не используют все сигналы или 25-контактный разъем.

    Другие ограничения стандарта не всегда легко исправить.

    Генерация уровней напряжения RS-232

    Как объясняется в разделе «Электрические характеристики », RS-232 не использует стандартные уровни 0 и 5 В, реализованные в схемах TTL и CMOS. Драйверы должны подавать от +5 В до + 15 В для логического 0 и от -5 до -15 В для логики 1. Это означает, что для управления уровнями напряжения RS-232 требуются дополнительные источники питания.Обычно для управления выходами RS-232 используются источники питания +12 В и -12 В. Это большое неудобство для систем, у которых нет других требований к этим источникам питания. Имея это в виду, продукты RS-232, производимые Dallas Semiconductor, имеют встроенные схемы накачки заряда, которые генерируют необходимые уровни напряжения для связи RS-232. Первый насос заряда по существу удваивает стандартный источник питания + 5 В, чтобы обеспечить уровень напряжения, необходимый для управления логическим 0. Второй насос заряда инвертирует это напряжение и обеспечивает уровень напряжения, необходимый для управления логической 1.Эти два нагнетательных насоса позволяют устройствам с интерфейсом RS-232 работать от одного источника питания +5 В.

    Максимальная скорость передачи данных

    Еще одно ограничение стандарта RS-232 — максимальная скорость передачи данных. Стандарт определяет максимальную скорость передачи данных 20 кбит / с, что излишне медленно для многих современных приложений. Продукты RS-232, производимые Dallas Semiconductor, гарантируют скорость до 250 кбит / с и обычно могут передавать до 350 кбит / с. Обеспечивая скорость связи на этой частоте, устройства по-прежнему поддерживают максимальную скорость нарастания 30 В / мс, чтобы уменьшить вероятность перекрестных помех между соседними сигналами.

    Максимальная длина кабеля

    Как мы видели, спецификация длины кабеля, когда-то включенная в стандарт RS-232, была заменена спецификацией максимальной емкости нагрузки 2500 пФ. Чтобы определить допустимую общую длину кабеля, необходимо определить общую емкость линии. Рисунок 6 показывает простую аппроксимацию полной линейной емкости проводника. Как можно видеть, общая емкость аппроксимируется суммой взаимных емкостей между сигнальными проводниками и проводником к емкости экрана (или паразитной емкости в случае неэкранированного кабеля).

    В качестве примера предположим, что пользователь решил использовать неэкранированный кабель при соединении оборудования между собой. Взаимная емкость (см) кабеля согласно спецификации кабеля составляет 20 пФ на фут. Предполагая, что входная емкость приемника составляет 20 пФ, пользователю остается 2480 пФ для соединительного кабеля. Из уравнения на Рисунке 6 общая емкость на фут составляет 30 пФ. Разделив 2480 пФ на 30 пФ, мы получим, что максимальная длина кабеля составляет примерно 80 футов. Если требуется более длинная длина кабеля, пользователь должен найти кабель с меньшей взаимной емкостью.

    Рисунок 6. Емкостная модель интерфейсного кабеля, на единицу длины.

    6.2 Последовательные и параллельные резисторы — Введение в электричество, магнетизм и схемы

    ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

    К концу раздела вы сможете:

    • Определите термин эквивалентное сопротивление
    • Рассчитайте эквивалентное сопротивление резисторов, подключенных последовательно
    • Рассчитайте эквивалентное сопротивление резисторов, включенных параллельно

    В книге «Ток и сопротивление» мы описали термин «сопротивление» и объяснили основную конструкцию резистора. По сути, резистор ограничивает поток заряда в цепи и представляет собой омическое устройство, где. В большинстве схем имеется более одного резистора. Если несколько резисторов соединены вместе и подключены к батарее, ток, подаваемый батареей, зависит от эквивалентного сопротивления цепи.

    Эквивалентное сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от способа их подключения. Самыми простыми комбинациями резисторов являются последовательное и параллельное соединение (рисунок 6.2.1). В последовательной цепи выходной ток первого резистора течет на вход второго резистора; следовательно, ток одинаков в каждом резисторе. В параллельной схеме все выводы резистора на одной стороне резисторов соединены вместе, а все выводы на другой стороне соединены вместе. В случае параллельной конфигурации каждый резистор имеет одинаковое падение потенциала, и токи через каждый резистор могут быть разными в зависимости от резистора. Сумма отдельных токов равна току, протекающему по параллельным соединениям.

    (рисунок 6.2.1)

    Рисунок 6.2.1 (a) При последовательном соединении резисторов ток одинаков в каждом резисторе. (b) При параллельном соединении резисторов напряжение на каждом резисторе одинаковое.

    Резисторы серии

    Считается, что резисторы

    включены последовательно, если ток течет через резисторы последовательно. Рассмотрим рисунок 6.2.2, на котором показаны три последовательно включенных резистора с приложенным напряжением, равным.Поскольку заряды проходят только по одному пути, ток через каждый резистор одинаков. Эквивалентное сопротивление набора резисторов при последовательном соединении равно алгебраической сумме отдельных сопротивлений.

    (рисунок 6.2.2)

    Рисунок 6.2.2 (a) Три резистора, последовательно подключенных к источнику напряжения. (b) Исходная схема сокращается до эквивалентного сопротивления и источника напряжения.

    На рисунке 6. 2.2 ток, идущий от источника напряжения, протекает через каждый резистор, поэтому ток через каждый резистор одинаков.Ток в цепи зависит от напряжения, подаваемого источником напряжения, и сопротивления резисторов. Для каждого резистора происходит падение потенциала, равное потере электрической потенциальной энергии, когда ток проходит через каждый резистор. В соответствии с законом Ома падение потенциала на резисторе при протекании через него тока рассчитывается с использованием уравнения, где — ток в амперах (), а — сопротивление в омах (). Поскольку энергия сохраняется, а напряжение равно потенциальной энергии на заряд, сумма напряжения, приложенного к цепи источником, и падения потенциала на отдельных резисторах вокруг контура должны быть равны нулю:

    Это уравнение часто называют законом петли Кирхгофа, который мы рассмотрим более подробно позже в этой главе.На рисунке 6.2.2 сумма падения потенциала каждого резистора и напряжения, подаваемого источником напряжения, должна равняться нулю:

    Поскольку ток через каждый компонент одинаков, равенство можно упростить до эквивалентного сопротивления, которое представляет собой просто сумму сопротивлений отдельных резисторов.

    Любое количество резисторов может быть подключено последовательно. Если резисторы соединены последовательно, эквивалентное сопротивление составляет

    Ом.

    (6.2.1)

    Одним из результатов включения компонентов в последовательную цепь является то, что если что-то происходит с одним компонентом, это влияет на все остальные компоненты. Например, если несколько ламп соединены последовательно и одна лампа перегорела, все остальные лампы погаснут.

    ПРИМЕР 6.2.1


    Эквивалентное сопротивление, ток и мощность в последовательной цепи

    Батарея с напряжением на клеммах подключена к цепи, состоящей из четырех и одного последовательно соединенных резисторов (рисунок 6.2.3). Предположим, что батарея имеет незначительное внутреннее сопротивление. (а) Рассчитайте эквивалентное сопротивление цепи. (b) Рассчитайте ток через каждый резистор. (c) Рассчитайте падение потенциала на каждом резисторе. (d) Определите общую мощность, рассеиваемую резисторами, и мощность, потребляемую батареей.

    (рисунок 6.2.3)

    Рисунок 6.2.3 Простая последовательная схема с пятью резисторами.

    Стратегия

    В последовательной цепи эквивалентное сопротивление представляет собой алгебраическую сумму сопротивлений.Ток в цепи можно найти из закона Ома и равен напряжению, деленному на эквивалентное сопротивление. Падение потенциала на каждом резисторе можно найти с помощью закона Ома. Мощность, рассеиваемая каждым резистором, может быть найдена с помощью, а общая мощность, рассеиваемая резисторами, равна сумме мощности, рассеиваемой каждым резистором. Мощность, обеспечиваемую аккумулятором, можно найти с помощью.

    Решение

    а. Эквивалентное сопротивление — это алгебраическая сумма сопротивлений:

    г.Ток в цепи одинаков для каждого резистора в последовательной цепи и равен приложенному напряжению, деленному на эквивалентное сопротивление:

    с. Падение потенциала на каждом резисторе можно найти с помощью закона Ома:

    Обратите внимание, что сумма падений потенциала на каждом резисторе равна напряжению, подаваемому батареей.

    г. Мощность, рассеиваемая резистором, равна, а мощность, отдаваемая аккумулятором, равна:

    Значение

    Есть несколько причин, по которым мы будем использовать несколько резисторов вместо одного резистора с сопротивлением, равным эквивалентному сопротивлению цепи.Возможно, резистора необходимого размера нет в наличии, или нам нужно отводить выделяемое тепло, или мы хотим минимизировать стоимость резисторов. Каждый резистор может стоить от нескольких центов до нескольких долларов, но при умножении на тысячи единиц экономия затрат может быть значительной.

    ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.2

    Некоторые гирлянды миниатюрных праздничных огней закорачиваются при перегорании лампочки. Устройство, вызывающее короткое замыкание, называется шунтом, который позволяет току течь по разомкнутой цепи.«Короткое замыкание» похоже на протягивание куска проволоки через компонент. Луковицы обычно сгруппированы в серии по девять луковиц. Если перегорает слишком много лампочек, в конце концов открываются шунты. Что вызывает это?

    Давайте кратко обозначим основные характеристики последовательно соединенных резисторов:

      Сопротивления серии

    1. суммируются, чтобы получить эквивалентное сопротивление:

    2. Одинаковый ток протекает последовательно через каждый резистор.
    3. Отдельные последовательно включенные резисторы не получают полное напряжение источника, а делят его.Общее падение потенциала на последовательной конфигурации резисторов равно сумме падений потенциала на каждом резисторе.

    Параллельные резисторы

    На рисунке 6.2.4 показаны резисторы, включенные параллельно, подключенные к источнику напряжения. Резисторы включены параллельно, когда один конец всех резисторов соединен непрерывным проводом с незначительным сопротивлением, а другой конец всех резисторов также соединен друг с другом непрерывным проводом с незначительным сопротивлением. Падение потенциала на каждом резисторе одинаковое. Ток через каждый резистор можно найти с помощью закона Ома, где напряжение на каждом резисторе постоянно. Например, автомобильные фары, радиоприемник и другие системы подключены параллельно, так что каждая подсистема использует полное напряжение источника и может работать полностью независимо. То же самое и с электропроводкой в ​​вашем доме или любом здании.

    (рисунок 6.2.4)

    Рисунок 6.2.4 (a) Два резистора, подключенных параллельно источнику напряжения.(b) Исходная схема сокращается до эквивалентного сопротивления и источника напряжения.

    Ток, протекающий от источника напряжения на рисунке 6.2.4, зависит от напряжения, подаваемого источником напряжения, и эквивалентного сопротивления цепи. В этом случае ток течет от источника напряжения и попадает в переход или узел, где цепь разделяется, протекая через резисторы и. По мере того, как заряды проходят от батареи, некоторые проходят через резистор, а некоторые — через резистор. Сумма токов, текущих в переход, должна быть равна сумме токов, текущих из перехода:

    Это уравнение называется правилом соединения Кирхгофа и будет подробно обсуждено в следующем разделе.На рисунке 6.2.4 показано правило соединения. В этой схеме есть две петли, которые приводят к уравнениям и Обратите внимание, что напряжение на резисторах, включенных параллельно, одинаковое (), а ток является аддитивным:

    Обобщая для любого количества резисторов, эквивалентное сопротивление параллельного соединения связано с отдельными сопротивлениями по

    (6.2.2)

    Это соотношение приводит к эквивалентному сопротивлению, которое меньше наименьшего из отдельных сопротивлений.Когда резисторы подключены параллельно, от источника течет больше тока, чем протекает для любого из них по отдельности, поэтому общее сопротивление ниже.

    ПРИМЕР 6.2.2


    Анализ параллельной цепи

    Три резистора, и соединены параллельно. Параллельное соединение подключается к источнику напряжения. а) Какое эквивалентное сопротивление? (б) Найдите ток, подаваемый источником в параллельную цепь. (c) Рассчитайте токи в каждом резисторе и покажите, что в сумме они равны выходному току источника.(d) Рассчитайте мощность, рассеиваемую каждым резистором. (e) Найдите выходную мощность источника и покажите, что она равна общей мощности, рассеиваемой резисторами.

    Стратегия

    (a) Общее сопротивление для параллельной комбинации резисторов определяется с помощью.
    (Обратите внимание, что в этих вычислениях каждый промежуточный ответ отображается с дополнительной цифрой.)

    (b) Ток, подаваемый источником, можно найти из закона Ома, заменив полное сопротивление.

    (c) Отдельные токи легко вычислить по закону Ома, так как каждый резистор получает полное напряжение.Полный ток — это сумма отдельных токов:.

    (d) Мощность, рассеиваемая каждым резистором, может быть найдена с помощью любого из уравнений, связывающих мощность с током, напряжением и сопротивлением, поскольку все три известны. Давайте использовать, поскольку каждый резистор получает полное напряжение.

    (e) Полная мощность также может быть рассчитана несколькими способами, используйте.

    Решение

    а. Общее сопротивление для параллельной комбинации резисторов находится с помощью уравнения 6.2.2.Ввод известных значений дает

    Общее сопротивление с правильным количеством значащих цифр составляет. Как и предполагалось, меньше минимального индивидуального сопротивления.

    г. Полный ток можно найти из закона Ома, заменив полное сопротивление. Это дает

    Ток для каждого устройства намного больше, чем для таких же устройств, подключенных последовательно (см. Предыдущий пример). Схема с параллельным соединением имеет меньшее общее сопротивление, чем резисторы, включенные последовательно.

    с. Отдельные токи легко вычислить по закону Ома, поскольку каждый резистор получает полное напряжение. Таким образом,

    Аналогично

    и

    Общий ток складывается из отдельных токов:

    г. Мощность, рассеиваемую каждым резистором, можно найти с помощью любого из уравнений, связывающих мощность с током, напряжением и сопротивлением, поскольку все три известны.Давайте использовать, поскольку каждый резистор получает полное напряжение. Таким образом,

    Аналогично

    и

    e. Полная мощность также может быть рассчитана несколькими способами. Выбор и ввод общей текущей доходности

    Значение

    Общая мощность, рассеиваемая резисторами, также составляет:

    Обратите внимание, что общая мощность, рассеиваемая резисторами, равна мощности, подаваемой от источника.

    ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.3


    Рассмотрим одну и ту же разность потенциалов, приложенную к одним и тем же трем последовательно включенным резисторам. Будет ли эквивалентное сопротивление последовательной цепи больше, меньше или равно трем резисторам, включенным параллельно? Будет ли ток в последовательной цепи выше, ниже или равен току, обеспечиваемому тем же напряжением, приложенным к параллельной цепи? Как мощность, рассеиваемая последовательно подключенными резисторами, будет сравниваться с мощностью, рассеиваемой параллельно резисторами?

    ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.

    4


    Как бы вы использовали реку и два водопада для моделирования параллельной конфигурации двух резисторов? Как разрушается эта аналогия?

    Суммируем основные характеристики резисторов параллельно:

    1. Эквивалентное сопротивление находится из

      и меньше любого отдельного сопротивления в комбинации.

    2. Падение потенциала на каждом параллельном резисторе одинаковое.
    3. Параллельные резисторы не получают суммарный ток каждый; они делят это.Ток, поступающий в параллельную комбинацию резисторов, равен сумме токов, протекающих через каждый резистор, включенный параллельно.

    В этой главе мы представили эквивалентное сопротивление резисторов, соединенных последовательно, и резисторов, соединенных параллельно. Вы можете вспомнить, что в разделе «Емкость» мы ввели эквивалентную емкость конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Цепи часто содержат как конденсаторы, так и резисторы. В таблице 6.2.1 приведены уравнения, используемые для эквивалентного сопротивления и эквивалентной емкости для последовательного и параллельного соединения.

    (таблица 6.2.1)

    Комбинация серий Параллельная комбинация
    Эквивалентная емкость
    Эквивалентное сопротивление

    Таблица 10. 1 Сводка по эквивалентному сопротивлению и емкости в последовательной и параллельной комбинациях

    Сочетания последовательного и параллельного

    Более сложные соединения резисторов часто представляют собой просто комбинации последовательного и параллельного соединения.Такие комбинации обычны, особенно если учитывать сопротивление проводов. В этом случае сопротивление провода включено последовательно с другими сопротивлениями, включенными параллельно.

    Комбинации последовательного и параллельного соединения можно уменьшить до одного эквивалентного сопротивления, используя методику, показанную на рисунке 6.2.5. Различные части могут быть идентифицированы как последовательные или параллельные соединения, уменьшенные до их эквивалентных сопротивлений, а затем уменьшенные до тех пор, пока не останется единственное эквивалентное сопротивление. Процесс занимает больше времени, чем труден.Здесь мы отмечаем эквивалентное сопротивление как.

    (рисунок 6. 2.5)

    Обратите внимание, что резисторы и включены последовательно. Их можно объединить в одно эквивалентное сопротивление. Один из методов отслеживания процесса — включить резисторы в индексы. Здесь эквивалентное сопротивление и составляет

    Теперь схема сокращается до трех резисторов, показанных на Рисунке 6.2.5 (c). Перерисовывая, мы теперь видим, что резисторы и составляют параллельную цепь.Эти два резистора можно уменьшить до эквивалентного сопротивления:

    Этот шаг процесса сокращает схему до двух резисторов, показанных на Рисунке 6.2.5 (d). Здесь схема сводится к двум резисторам, которые в данном случае включены последовательно. Эти два резистора можно уменьшить до эквивалентного сопротивления, которое является эквивалентным сопротивлением цепи:

    Основная цель этого анализа схемы достигнута, и теперь схема сведена к одному резистору и одному источнику напряжения.

    Теперь мы можем проанализировать схему. Ток, обеспечиваемый источником напряжения, равен. Этот ток проходит через резистор и обозначен как. Падение потенциала можно найти с помощью закона Ома:

    Глядя на рис. 6.2.5 (c), остается отбросить параллельную комбинацию и. Проходной ток можно найти с помощью закона Ома:

    Резисторы и включены последовательно, поэтому токи и равны

    Используя закон Ома, мы можем найти падение потенциала на двух последних резисторах.Потенциальные падения равны и. Окончательный анализ — это посмотреть на мощность, подаваемую источником напряжения, и мощность, рассеиваемую резисторами. Мощность, рассеиваемая резисторами

    Полная энергия постоянна в любом процессе. Следовательно, мощность, подаваемая источником напряжения, равна. Анализ мощности, подаваемой в схему, и мощности, рассеиваемой резисторами, является хорошей проверкой достоверности анализа; они должны быть равны.

    ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.5


    Учитывайте электрические цепи в вашем доме. Приведите хотя бы два примера схем, в которых для эффективной работы необходимо использовать комбинацию последовательных и параллельных схем.

    Практическое применение

    Одним из следствий этого последнего примера является то, что сопротивление в проводах снижает ток и мощность, подаваемую на резистор. Если сопротивление провода относительно велико, как в изношенном (или очень длинном) удлинителе, то эти потери могут быть значительными. Если протекает большой ток, провал в проводах также может быть значительным и проявляться в виде тепла, выделяемого в шнуре.

    Например, когда вы роетесь в холодильнике и включается мотор, свет холодильника на мгновение гаснет. Точно так же вы можете увидеть тусклый свет в салоне, когда вы запускаете двигатель вашего автомобиля (хотя это может быть связано с сопротивлением внутри самой батареи).

    Что происходит в этих сильноточных ситуациях, показано на Рисунке 6.2.7. Устройство, представленное значком, имеет очень низкое сопротивление, поэтому при его включении протекает большой ток. Этот увеличенный ток вызывает большее падение в проводах, представленных значком, уменьшая напряжение на лампочке (которая есть), которое затем заметно гаснет.

    (рисунок 6.2.7)

    Рисунок 6.2.7 Почему свет тускнеет при включении большого прибора? Ответ заключается в том, что большой ток, потребляемый двигателем прибора, вызывает значительное падение напряжения в проводах и снижает напряжение на свету.

    Стратегия решения проблем: последовательные и параллельные резисторы


    1. Нарисуйте четкую принципиальную схему, пометив все резисторы и источники напряжения.Этот шаг включает список известных значений проблемы, так как они отмечены на вашей принципиальной схеме.
    2. Определите, что именно необходимо определить в проблеме (определите неизвестные). Письменный список полезен.
    3. Определите, включены ли резисторы последовательно, параллельно или в комбинации последовательно и параллельно. Изучите принципиальную схему, чтобы сделать эту оценку. Резисторы включены последовательно, если через них должен последовательно проходить один и тот же ток.
    4. Используйте соответствующий список основных функций для последовательных или параллельных подключений, чтобы найти неизвестные.Есть один список для серий и другой для параллельных.
    5. Проверьте, являются ли ответы разумными и последовательными.

    ПРИМЕР 6.2.4


    Объединение последовательных и параллельных цепей

    Два резистора, соединенных последовательно, подключены к двум резисторам, включенным параллельно. Последовательно-параллельная комбинация подключается к батарее. Каждый резистор имеет сопротивление. Провода, соединяющие резисторы и аккумулятор, имеют незначительное сопротивление.Ток проходит через резистор. Какое напряжение подается от источника напряжения?

    Стратегия

    Используйте шаги предыдущей стратегии решения проблем, чтобы найти решение для этого примера.

    Решение
    1. Нарисуйте четкую принципиальную схему (рисунок 6. 2.8).

      (рисунок 6.2.8)

      Рисунок 6.2.8 Чтобы найти неизвестное напряжение, мы должны сначала найти эквивалентное сопротивление цепи.

    2. Неизвестно напряжение аккумулятора.Чтобы определить напряжение, подаваемое батареей, необходимо найти эквивалентное сопротивление.
    3. В этой схеме мы уже знаем, что резисторы и включены последовательно, а резисторы и включены параллельно. Эквивалентное сопротивление параллельной конфигурации резисторов и последовательно с последовательной конфигурацией резисторов и.
    4. Напряжение, подаваемое батареей, можно найти, умножив ток от батареи на эквивалентное сопротивление цепи.Ток от батареи равен току через и равен. Нам нужно найти эквивалентное сопротивление, уменьшив схему. Чтобы уменьшить схему, сначала рассмотрите два резистора, включенных параллельно. Эквивалентное сопротивление равно. Эта параллельная комбинация включена последовательно с двумя другими резисторами, поэтому эквивалентное сопротивление цепи равно. Таким образом, напряжение, подаваемое батареей, составляет.
    5. Один из способов проверить соответствие ваших результатов — это рассчитать мощность, подаваемую батареей, и мощность, рассеиваемую резисторами.Мощность, подаваемая аккумулятором, составляет

      Поскольку они включены последовательно, сквозной ток равен сквозному току. Т.к. ток через каждый будет. Мощность, рассеиваемая резисторами, равна сумме мощности, рассеиваемой каждым резистором:

      Поскольку мощность, рассеиваемая резисторами, равна мощности, выделяемой батареей, наше решение кажется последовательным.

    Значение

    Если проблема имеет комбинацию последовательного и параллельного соединений, как в этом примере, ее можно уменьшить поэтапно, используя предыдущую стратегию решения проблемы и рассматривая отдельные группы последовательных или параллельных соединений.При поиске параллельного подключения необходимо соблюдать осторожность. Кроме того, единицы и числовые результаты должны быть разумными. Эквивалентное последовательное сопротивление должно быть больше, а эквивалентное параллельное сопротивление, например, должно быть меньше. Мощность должна быть больше для одних и тех же устройств, подключенных параллельно, по сравнению с последовательными и так далее.

    Кандела Цитаты

    Лицензионный контент CC, особая атрибуция

    • Загрузите бесплатно по адресу http: // cnx.org/contents/[email protected] Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution

    Подключение источников питания параллельно или последовательно для увеличения выходной мощности

    В некоторых приложениях использования одного источника питания может быть недостаточно для обеспечения мощности, необходимой для нагрузки. Причины использования нескольких источников питания могут включать избыточную работу для повышения надежности или увеличения выходной мощности. При обеспечении комбинированного питания необходимо следить за тем, чтобы все источники питания обеспечивали сбалансированную подачу питания.

    Источники питания, подключенные для резервирования

    Резервные источники питания — это топология, в которой выходы нескольких источников питания соединены для повышения надежности системы, но не для увеличения выходной мощности. Резервные конфигурации обычно предназначены для получения выходного тока только от основных источников питания и для получения тока от резервных источников питания в случае отказа одного из основных источников питания.Поскольку отбор тока нагрузки создает нагрузку на компоненты в источнике питания, высокая надежность в системе достигается, когда ток от резервных источников питания не поступает до тех пор, пока не возникнет проблема с одним из основных источников питания.

    • Источники питания A и B аналогичны; Vout и максимальный Iout одинаковые
    • Напряжение нагрузки равно напряжению питания
    • Максимальный ток нагрузки равен максимальному выходному току одного источника
    • Электронный переключатель подключает один из выходов питания к нагрузке

    Источники питания с выходами, подключенными параллельно

    Обычная топология, используемая для увеличения выходной мощности, заключается в параллельном подключении выходов двух или более источников питания. В этой конфигурации каждый источник питания обеспечивает необходимое напряжение нагрузки, а параллельное подключение источников увеличивает доступный ток нагрузки и, следовательно, доступную мощность нагрузки.

    Эту топологию можно успешно реализовать, но есть много соображений, чтобы гарантировать эффективность конфигурации. Для параллельных конфигураций предпочтительны источники питания с внутренними цепями, поскольку внутренние цепи повышают эффективность распределения тока. Если источники питания, используемые в приложении для разделения тока, не имеют внутренних цепей разделения, необходимо использовать внешние методы, которые могут быть менее эффективными.

    Основная проблема заключается в том, насколько равномерно ток нагрузки распределяется между источниками питания. Распределение тока нагрузки зависит как от конструкции источников питания, так и от конструкции внешней цепи и проводников, используемых для параллельного подключения выходов источников питания. Почти всегда при параллельном подключении используются идентичные источники питания из-за проблем, связанных с эффективной настройкой источников питания. Однако можно настроить источники питания параллельно с согласованными выходными напряжениями и несогласованными максимальными выходными токами.

    Более подробное обсуждение параллельного подключения источников питания можно найти в нашем техническом документе Current Sharing with Power Supplies.

    • Источники питания A и B должны иметь одинаковый Vout; Максимум Iout может быть разным
    • Напряжение нагрузки равно напряжению питания
    • Максимальный ток нагрузки равен сумме максимального выходного тока обоих источников
    • Цепи контроля тока балансируют ток нагрузки между источниками питания

    Источники питания с последовательными выходами

    Еще один вариант увеличения мощности, подаваемой на нагрузку, — это соединение выходов нескольких источников питания последовательно, а не параллельно.Некоторые из преимуществ использования последовательной топологии включают в себя: почти идеальное использование энергии, подаваемой между источниками, отсутствие необходимости в конфигурации или совместном использовании цепей, а также устойчивость к большому разнообразию конструкций приложений. Как упоминалось ранее, при параллельном подключении выходов источников питания каждый источник обеспечивает необходимое напряжение, а ток нагрузки распределяется между источниками. Для сравнения, когда выходы источников питания соединены последовательно, каждый источник обеспечивает требуемый ток нагрузки, а выходное напряжение, подаваемое на нагрузку, будет представлять собой комбинацию последовательно включенных источников.

    Следует отметить, что, когда блоки питания сконфигурированы с последовательным соединением выходов, источники питания не обязательно должны иметь аналогичные выходные характеристики. Ток нагрузки будет ограничен наименьшим допустимым током нагрузки любого из источников в конфигурации, а напряжение нагрузки будет суммой выходных напряжений всех источников в цепочке.

    Есть несколько ограничений, накладываемых на источники питания, когда они используются в конфигурации с последовательным выходом.Одним из ограничений является то, что выход источников питания должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать смещение напряжения из-за последовательной конфигурации. Это напряжение смещения обычно не является проблемой, но выходные напряжения источников питания с заземлением не могут быть суммированы на выходах других источников. Второе ограничение заключается в том, что выход источника питания может подвергаться обратному напряжению, если выход неактивен, когда активны остальные выходы в цепочке. Проблема обратного напряжения может быть легко решена путем размещения диода с обратным смещением на выходе каждого источника питания.Номинальное напряжение пробоя диода должно быть больше, чем выходное напряжение отдельного источника питания, а номинальный ток диода должен быть больше, чем максимальный номинальный выходной ток любого источника питания в последовательной цепочке.

    • Источники питания A и B могут иметь разные максимальные значения Vout и Iout
    • Напряжение нагрузки равно сумме выходных напряжений питания
    • Максимальный ток нагрузки равен наименьшему из максимального выходного тока любого источника
    • Диоды обратного смещения защищают выходы источников питания

    Резюме

    Параллельно подключенных источников питания:

    • Плохое использование мощности из-за допуска управления разделением тока между источниками
    • Требуется специальная цепь для управления разделением тока между источниками
    • Чувствительность к проектированию и изготовлению проводников, соединяющих источники питания параллельно
    • Самый простой вариант с аналогичными блоками питания

    Источники питания, подключенные последовательно:

    • Эффективное использование мощности ограничено только точностью выходного напряжения каждого источника
    • Никаких цепей для управления распределением напряжения или тока между источниками питания не требуется
    • Отсутствие чувствительности к конструкции или конструкции проводников, соединяющих источники питания в серии
    • Простая конструкция с любой комбинацией источников питания

    Хотя общий метод, используемый для увеличения мощности нагрузки, подаваемой от источников питания, заключается в параллельном подключении выходов, другим решением может быть последовательное соединение выходов нескольких источников питания. У поставщиков блоков питания, таких как CUI, есть технический персонал, который может помочь настроить приемлемое решение для этих и других проблем применения блоков питания.

    Категории:
    Основы
    , Выбор продукта

    Дополнительные ресурсы



    У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?

    Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.com

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *