Co je paralelní připojení. Vlastnosti paralelního připojení?
Hezký den všem. V minulém článku jsem se podíval na Ohmův zákon aplikovaný na elektrické obvody obsahující zdroje energie. Ale analýza a návrh elektronických obvodů, spolu s Ohmovým zákonem, jsou také založeny na zákonech proudové rovnováhy, nazývané první Kirchhoffův zákon, a napěťové rovnováhy v úsecích obvodu, nazývané Kirchhoffův druhý zákon, kterým se budeme věnovat v tomto článku. Nejprve však zjistíme, jak jsou energetické přijímače vzájemně propojeny a jaké jsou vztahy mezi proudy, napětími a odpory.
Chcete-li sestavit radioelektronické zařízení, můžete si předem vyrobit sadu DIY KIT pomocí odkazu.
Sériové zapojení energetických přijímačů
Přijímače elektrické energie lze vzájemně propojit třemi různými způsoby: sériově, paralelně nebo smíšeně (sériově – paralelně). Nejprve uvažujme sekvenční způsob připojení, ve kterém je konec jednoho přijímače připojen k začátku druhého přijímače a konec druhého přijímače je připojen k začátku třetího a tak dále. Níže uvedený obrázek ukazuje sériové zapojení energetických přijímačů s jejich připojením ke zdroji energie
Příklad sériového zapojení energetických přijímačů.
V tomto případě se obvod skládá ze tří sériových energetických přijímačů s odporem R1, R2, R3 připojených ke zdroji energie s napětím U. Obvodem protéká elektrický proud síly I, to znamená, že napětí na každém odporu bude stejné na součin proudu a odporu
Pokles napětí na sériově zapojených odporech je tedy úměrný hodnotám těchto odporů.
Z výše uvedeného vyplývá pravidlo ekvivalentního sériového odporu, které říká, že sériově zapojené odpory mohou být reprezentovány ekvivalentním sériovým odporem, jehož hodnota je rovna součtu sériově zapojených odporů. Tato závislost je reprezentována následujícími vztahy
kde R je ekvivalentní sériový odpor.
Aplikace sériového připojení
Hlavním účelem sériového zapojení výkonových přijímačů je poskytnout požadované napětí nižší, než je napětí napájecího zdroje. Jednou z takových aplikací je dělič napětí a potenciometr
Dělič napětí (vlevo) a potenciometr (vpravo).
Jako děliče napětí jsou použity sériově zapojené odpory, v tomto případě R1 a R2, které rozdělují napětí zdroje energie na dvě části U1 a U2. Napětí U1 a U2 lze použít k provozu různých přijímačů energie.
Poměrně často se používá nastavitelný dělič napětí, kterým je proměnný rezistor R. Celkový odpor je pomocí pohyblivého kontaktu rozdělen na dvě části a lze tak plynule měnit napětí U2 na přijímači energie.
Paralelní připojení energetických přijímačů
Dalším způsobem připojení přijímačů elektrické energie je paralelní zapojení, které se vyznačuje tím, že na stejné uzly elektrického obvodu je připojeno více energetických nástupců. Příklad takového zapojení je na obrázku níže
Příklad paralelního zapojení energetických přijímačů.
Elektrický obvod na obrázku se skládá ze tří paralelních větví se zatěžovacími odpory R1, R2 a R3. Obvod je připojen ke zdroji energie o napětí U, obvodem protéká elektrický proud o síle I Tedy každou větví protéká proud rovný poměru napětí k odporu každé větve
Protože všechny větve obvodu jsou pod stejným napětím U, jsou proudy přijímačů energie nepřímo úměrné odporům těchto přijímačů, a proto lze paralelně zapojené přijímače energie považovat za jeden přijímač energie s odpovídajícím ekvivalentním odporem, podle následující výrazy
Při paralelním zapojení je tedy ekvivalentní odpor vždy menší než nejmenší z paralelně zapojených odporů.
Smíšené připojení energetických přijímačů
Nejrozšířenější je smíšené zapojení přijímačů elektrické energie. Toto zapojení je kombinací sériově a paralelně zapojených prvků. Obecný vzorec pro výpočet tohoto typu zapojení neexistuje, proto je v každém jednotlivém případě nutné zvýraznit úseky obvodu, kde je pouze jeden typ zapojení přijímačů – sériové nebo paralelní. Pak pomocí vzorců ekvivalentních odporů tyto osudy postupně zjednodušujte a nakonec je přiveďte do nejjednodušší podoby s jedním odporem, přičemž vypočítávejte proudy a napětí podle Ohmova zákona. Níže uvedený obrázek ukazuje příklad smíšeného zapojení energetických přijímačů
Příklad smíšeného zapojení energetických přijímačů.
Jako příklad si spočítejme proudy a napětí ve všech částech obvodu. Nejprve určíme ekvivalentní odpor obvodu. Vyberme dvě sekce s paralelním zapojením energetických přijímačů. Jsou to R1||R2 a R3||R4||R5. Pak bude jejich ekvivalentní odpor tvaru
V důsledku toho jsme získali řetězec dvou po sobě jdoucích energetických přijímačů R12R345 bude ekvivalentní odpor a proud, který jimi protéká
Pak bude úbytek napětí napříč sekcemi
Pak budou proudy protékající každým přijímačem energie
První Kirchhoffův zákon
Jak jsem již zmínil, Kirchhoffovy zákony spolu s Ohmovým zákonem jsou zásadní pro analýzu a výpočty elektrických obvodů. Ohmův zákon byl podrobně rozebrán ve dvou předchozích článcích, nyní jsou na řadě Kirchhoffovy zákony. Existují pouze dva z nich, první popisuje vztah mezi proudy v elektrických obvodech a druhý popisuje vztah mezi EMF a napětím v obvodu. Začněme tím prvním.
První Kirchhoffův zákon říká, že algebraický součet proudů v uzlu je roven nule. To je popsáno následujícím výrazem
kde ∑ označuje algebraický součet.
Slovo „algebraický“ znamená, že proudy musí být brány v úvahu s ohledem na znaménko, tedy směr přítoku. Všem proudům, které tečou do uzlu, je tedy přiřazeno kladné znaménko a proudům, které tečou z uzlu, je přiřazeno odpovídající záporné znaménko. Obrázek níže ilustruje první Kirchhoffův zákon
Obrázek prvního Kirchhoffova zákona.
Obrázek ukazuje uzel, do kterého proud teče ze strany odporu R1 a proud teče ze strany odporů R2, R3, R4, pak proudová rovnice pro tuto část obvodu bude mít tvar
První Kirchhoffův zákon platí nejen pro uzly, ale také pro jakýkoli obvod nebo část elektrického obvodu. Například když jsem mluvil o paralelním zapojení energetických přijímačů, kde součet proudů přes R1, R2 a R3 je roven přitékajícímu proudu I.
Druhý Kirchhoffův zákon
Jak bylo uvedeno výše, druhý Kirchhoffův zákon určuje vztah mezi EMF a napětími v uzavřeném obvodu a je následující: algebraický součet EMF v jakémkoli obvodu obvodu se rovná algebraickému součtu úbytků napětí napříč prvky tohoto obvodu. Druhý Kirchhoffův zákon je definován následujícím výrazem
Jako příklad uvažujme následující schéma níže obsahující nějaký obvod
Diagram znázorňující druhý Kirchhoffův zákon.
Nejprve se musíte rozhodnout o směru přecházení obrysu. V zásadě si můžete vybrat buď ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. Zvolím první možnost, to znamená, že prvky se budou počítat v následujícím pořadí E1R1R2R3E2, rovnice podle druhého Kirchhoffova zákona tedy bude vypadat takto
Druhý Kirchhoffův zákon platí nejen pro stejnosměrné obvody, ale také pro střídavé obvody a nelineární obvody.
V příštím článku se podívám na základní metody výpočtu složitých obvodů pomocí Ohmova zákona a Kirchhoffových zákonů.
Teorie je dobrá, ale je potřeba si to vše prakticky vyzkoušet MŮŽETE VYZKOUŠET ZDE