Individuelle motstander kan kobles sammen i enten en seriekobling, en parallellforbindelse eller kombinasjoner av både serier og parallelle, for å produsere mer komplekse motstandsnettverk hvis ekvivalent motstand er den matematiske kombinasjonen av de individuelle motstandene som er koblet sammen.
En motstand er ikke bare en grunnleggende elektronisk komponent som kan brukes til å konvertere en spenning til en strøm eller en strøm til en spenning, men ved riktig Ved å justere verdien kan en annen vekting plasseres på den konverterte strømmen og / eller spenningen slik at den kan brukes i spenningsreferansekretser og applikasjoner.
Motstander i serie eller kompliserte motstandsnettverk kan erstattes av en enkelt ekvivalent motstand, REQ eller impedans, ZEQ og uansett hvilken kombinasjon eller kompleksitet motstandsnettverket er, følger alle motstandene de samme grunnleggende reglene som definert av Ohms lov og Kirchhoffs C ircuit Laws.
Motstander i serie
Motstander sies å være koblet sammen i «Serier», når de er lenket sammen i en enkelt linje. Siden all strømmen som strømmer gjennom den første motstanden ikke har noen annen vei å gå, må den også passere gjennom den andre motstanden og den tredje og så videre. Deretter har motstander i serie en felles strøm som strømmer gjennom dem, da strømmen som strømmer gjennom en motstand også må strømme gjennom de andre, da den bare kan ta en vei.
Så mengden strøm som strømmer gjennom en sett med motstand i serie vil være det samme på alle punkter i et seriemotstandsnettverk. For eksempel:
I det følgende eksemplet er motstandene R1, R2 og R3 alle koblet sammen sammen i serie mellom punktene A og B med en felles strøm, flyter jeg gjennom dem.
Serie motstandskrets
Når motstandene er koblet sammen i serie, passerer den samme strømmen gjennom hver motstand i kjeden og den totale motstanden, må kretsens RT være lik summen av alle de individuelle motstandene som er lagt til sammen. Det er
og ved å ta motstandenes individuelle verdier i vårt enkle eksempel ovenfor er den totale ekvivalente motstanden, REQ derfor gitt som:
REQ = R1 + R2 + R3 = 1kΩ + 2kΩ + 6kΩ = 9kΩ
Så vi ser at vi kan erstatte alle de tre individuelle motstandene ovenfor med bare en enkelt «ekvivalent» motstand som vil ha en verdi på 9kΩ.
Hvor fire, fem eller enda flere motstander er koblet sammen i en seriekrets, den totale eller ekvivalente motstanden til kretsen, vil RT fortsatt være summen av alle de individuelle motstandene som er koblet sammen, og jo flere motstander som blir lagt til serien jo større er ekvivalent motstand (uansett hvilken verdi de har).
Denne totale motstanden er generelt kjent som ekvivalent motstand og kan defineres som; «en enkelt motstandsverdi som kan erstatte et hvilket som helst antall motstander i serie uten alterin g verdiene til strømmen eller spenningen i kretsen «. Deretter er ligningen gitt for å beregne kretsens totale motstand når man kobler sammen motstander i serie som:
Serie motstandsligning
Merk deg da at total eller ekvivalent motstand, RT har samme effekt på kretsen som den opprinnelige kombinasjonen av motstander, da det er den algebraiske summen av individet motstander.
 |
Hvis to motstander eller impedanser i serie er like og av samme verdi, er den totale eller ekvivalente motstanden, RT lik det dobbelte av verdien til en motstand. Det er lik 2R og for tre like motstander i serie, 3R osv. |
 |
Hvis to motstander eller impedanser i serie er forskjellige og har forskjellige verdier, så er total eller ekvivalent motstand, RT lik den matematiske summen av de to motstandene. Det er lik R1 + R2. Hvis tre eller flere ulike (eller like) motstander er koblet i serie, er ekvivalent motstand: R1 + R2 + R3 +…, etc. |
Et viktig poeng å huske på motstander i serienettverk for å kontrollere at matematikken din er riktig. Den totale motstanden (RT) for to eller flere motstander som er koblet sammen i serie, vil alltid være STØRRE enn verdien til den største motstanden i kjeden. I vårt eksempel ovenfor er RT = 9kΩ der som den største verdimotstanden bare er 6kΩ.
Seriemotstandsspenning
Spenningen over hver motstand som er koblet i serie, følger forskjellige regler i forhold til seriestrømmen. Vi vet fra den ovennevnte kretsen at den totale forsyningsspenningen over motstandene er lik summen av potensialforskjellene over R1, R2 og R3, VAB = VR1 + VR2 + VR3 = 9V.
Bruk av Ohms lov , kan spenningen over de enkelte motstandene beregnes som:
Spenning over R1 = IR1 = 1mA x 1kΩ = 1V
Spenning over R2 = IR2 = 1mA x 2kΩ = 2V
Spenning over R3 = IR3 = 1mA x 6kΩ = 6V
gir en total spenning VAB på (1V + 2V + 6V) = 9V som er lik verdien av forsyningsspenningen. Så er summen av potensialforskjellene over motstandene lik den totale potensialforskjellen over kombinasjonen, og i vårt eksempel er dette 9V.
Ligningen gitt for å beregne total spenning i en seriekrets som er summen av alle de individuelle spenningene som er lagt sammen er gitt som:
Så seriemotstand nettverk kan også betraktes som «spenningsdelere» og en seriemotstandskrets som har N-resistive komponenter vil ha N-forskjellige spenninger over den mens de opprettholder en felles strøm.
Ved å bruke Ohms lov, enten spenningen, strøm eller motstand i en hvilken som helst seriekoblet krets kan lett bli funnet, og motstanden til en seriekrets kan byttes uten å påvirke total motstand, strøm eller effekt til hver motstand.
Motstander i serieeksempel nr. 1
Bruk Ohms Law til å beregne ekvivalent seriemotstand, seriestrøm, spenningsfall og effekt for hver motstand i følgende motstander i seriekrets.
Alle data kan bli funnet av ved å bruke Ohms lov, og for å gjøre livet litt lettere, kan vi presentere disse dataene i tabellform.
Så for kretsen ovenfor, RT = 60Ω, IT = 200mA, VS = 12V og PT = 2,4W
Spenningsdelerkretsen
Vi kan se fra eksemplet ovenfor at selv om forsyningsspenningen er gitt som 12 volt, vises forskjellige spenninger eller spenningsfall over hver motstand i serien Nettverk. Koble motstander i serier som dette over en enkelt DC-forsyning har en stor fordel, forskjellige spenninger vises over hver motstand og produserer en veldig hendig krets som kalles et Voltage Divider Network.
Denne enkle kretsen deler forsyningsspenningen proporsjonalt over hver motstand i seriekjeden med mengden spenningsfall som bestemmes av motstandenes verdi, og som vi nå vet, er strømmen gjennom en seriemotstandskrets felles for alle motstandene. Så en større motstand vil ha et større spenningsfall over den, mens en mindre motstand vil ha et mindre spenningsfall over den.
Seriemotstandskretsen vist ovenfor danner et enkelt spenningsdelernettverk var tre spenninger 2V, 4V og 6V er produsert fra en 12V-forsyning. Kirchhoffs spenningslov sier at «forsyningsspenningen i en lukket krets er lik summen av alle spenningsfallene (I * R) rundt kretsen» og dette kan brukes med god effekt.
Spenningen Divisjonsregel, lar oss bruke effekten av motstandsproporsjonalitet til å beregne potensialforskjellen over hver motstand uavhengig av strømmen som strømmer gjennom seriekretsen. En typisk «spenningsdelerkrets» er vist nedenfor.
Spenningsdeler Nettverk
Den viste kretsen består av bare to motstander, R1 og R2 koblet sammen i serie over forsyningsspenningen Vin. Den ene siden av strømforsyningsspenningen er koblet til motstanden, R1 og spenningsutgangen, Vout er hentet fra motstanden R2. Verdien av denne utgangsspenningen er gitt av den tilsvarende formelen.
Hvis flere motstander er koblet i serie til kretsen, vil forskjellige spenninger vises over hver motstand i sin tur med hensyn til deres individuelle motstand R (Ohms Law I * R) -verdier som gir forskjellige, men mindre spenningspunkter fra en enkelt forsyning.
Så hvis vi hadde tre eller flere motstander i seriekjeden, kan vi fortsatt bruke vår nå kjente potensielle delingsformel for å finne spenningen fall over hver enkelt. Tenk på kretsen nedenfor.
Den potensielle delerkretsen ovenfor viser fire motstander som er koblet sammen er serier. Spenningsfallet over punktene A og B kan beregnes ved hjelp av den potensielle skillelinjen som følger:
Vi kan også bruke samme idé til en gruppe motstander i seriekjeden. For eksempel hvis vi ønsket å finne spenningsfallet over både R2 og R3 sammen, ville vi erstatte verdiene deres i topptelleren av formelen, og i dette tilfellet vil det resulterende svaret gi oss 5 volt (2V + 3V).
I dette veldig enkle eksemplet fungerer spenningene veldig pent ettersom spenningsfallet over en motstand er proporsjonalt med total motstand, og da total motstand, (RT) i dette eksemplet er lik 100Ω eller 100 %, motstand R1 er 10% av RT, så 10% av kildespenningen VS vil vises over den, 20% av VS over motstand R2, 30% over motstand R3, og 40% av forsyningsspenningen VS over motstand R4. Anvendelse av Kirchhoffs spenningslov (KVL) rundt den lukkede sløyfebanen bekrefter dette.
La oss anta at vi vil bruke våre to motstandspotensialdelerkretser ovenfor for å produsere en mindre spenning fra en større forsyningsspenning til strøm en ekstern elektronisk krets. Anta at vi har en 12V DC-forsyning, og kretsen vår som har en impedans på 50Ω krever bare en 6V-forsyning, halv spenning.
Koble til to likeverdige motstander, for eksempel 50Ω hver, sammen som et potensielt delernettverk over 12V vil gjøre dette veldig pent til vi kobler belastningskretsen til nettverket. Dette er fordi belastningseffekten til motstanden RL koblet parallelt over R2 endrer forholdet mellom de to seriemotstandene og endrer spenningsfallet, og dette er demonstrert nedenfor.
Motstander i serieeksempel nr. 2
Beregn spenningsfallet over X og Y
a) Uten RL tilkoblet
b) Med RL tilkoblet
Som du kan se ovenfra, gir utgangsspenningen Vout uten lastmotstanden tilkoblet den nødvendige utgangsspenningen på 6V, men den samme utgangsspenningen ved Vout når belastningen er tilkoblet faller til bare 4V, (Resistors in Parallel).
Så kan vi se at et lastet spenningsdelernett endrer utgangsspenningen som et resultat av denne belastningseffekten, siden utgangsspenningen Vout bestemmes av forholdet mellom R1 og R2. Imidlertid, når lastmotstanden øker RL mot uendelig (∞), reduseres denne belastningseffekten, og spenningsforholdet til Vout / Vs blir upåvirket av tillegg av belastningen på utgangen. Jo høyere belastningsimpedans jo mindre er belastningseffekten på utgangen.
Effekten av å redusere et signal eller spenningsnivå er kjent som demping, så det må utvises forsiktighet når du bruker et spenningsdelernettverk. Denne belastningseffekten kan kompenseres ved å bruke et potensiometer i stedet for motstander med fast verdi og justere deretter. Denne metoden kompenserer også potensialdeleren for varierende toleranser i motstandskonstruksjonen.
En variabel motstand, potensiometer eller potte som det ofte kalles, er et godt eksempel på en spenningsdeler med flere motstander innenfor en enkelt pakken som den kan tenkes på som tusenvis av mini-motstander i serie. Her påføres en fast spenning over de to ytre faste forbindelsene, og den variable utgangsspenningen blir tatt fra viskerterminalen. Multi-turn potter gir en mer nøyaktig utgangsspenningskontroll.
Voltage Divider Circuit er den enkleste måten å produsere en lavere spenning fra en høyere spenning, og er den grunnleggende driftsmekanismen til potensiometeret.
I tillegg til å brukes til å beregne en lavere forsyningsspenning, kan spenningsdelerformelen også brukes i analysen av mer komplekse resistive kretser som inneholder både serie- og parallelle grener. Spennings- eller potensialdelerformelen kan brukes til å bestemme spenningsfallet rundt et lukket DC-nettverk eller som en del av forskjellige kretsanalyselover som Kirchhoffs eller Thevenins teoremer.
Anvendelser av motstander i serie
Vi har sett at motstander i serie kan brukes til å produsere forskjellige spenninger over seg selv, og denne typen motstandsnettverk er veldig nyttig for å produsere et spenningsdelernettverk. Hvis vi bytter ut en av motstandene i spenningsdelerkretsen ovenfor med en sensor som en termistor, lysavhengig motstand (LDR) eller til og med en bryter, kan vi konvertere en analog mengde som blir registrert til et passende elektrisk signal som er i stand til å bli målt.
For eksempel har følgende termistorkrets en motstand på 10KΩ ved 25 ° C og en motstand på 100Ω ved 100 ° C. Beregn utgangsspenningen (Vout) for begge temperaturene.
Termistorkrets
Ved 25 ° C
Ved 100 ° C
Så ved å endre den faste 1KΩ motstanden, R2 i vår enkle krets ovenfor til en variabel motstand eller potensiometer, en bestemt utgangsspenningssettpunkt kan oppnås over et bredere temperaturområde.
Motstander i serieoppsummering
Så for å oppsummere. Når to eller flere motstander er koblet sammen ende-til-ende i en enkelt gren, sies det at motstandene er koblet sammen i serie.Motstander i serie har samme strøm, men spenningsfallet over dem er ikke det samme som deres individuelle motstandsverdier vil skape forskjellige spenningsfall over hver motstand som bestemt av Ohms lov (V = I * R). Så er seriekretser spenningsdelere.
I et seriemotstandsnettverk legger de enkelte motstandene sammen for å gi en ekvivalent motstand, (RT) av seriekombinasjonen. Motstandene i en seriekrets kan byttes ut uten å påvirke den totale motstanden, strømmen eller effekten til hver motstand eller kretsen.
I neste opplæring om motstander vil vi se på å koble motstandene sammen parallelt og viser at den totale motstanden er den gjensidige summen av alle motstandene lagt sammen, og at spenningen er vanlig for en parallell krets.
