兒童電子學(IV):連接電路

作者 : Giovanni Di Maria,EEWeb特約作者

在兒童電子學系列的第1部份中,我們研究了LED;第2部份探討了電容器,第3部份則深入研究了電氣測量。在本文中,我們將重點介紹各種元件間的多種電氣連接,串聯和並聯是最重要的兩個連接方式。

在兒童電子學系列的第1部份中,我們研究了LED;第2部份探討了電容器,第3部份則深入研究了電氣測量。在本文中,我們將重點介紹各種元件間的多種電氣連接,串聯和並聯是最重要的兩個連接方式。

連接元件

將電子元件連接在一起以改變電路的效率是一種常見的做法。串聯和並聯連接是兩種最常見的連接類型。串聯電路中的所有元件都連接到同一條線路上,它們共用相同的電流。在串聯電路中,一旦某一個元件發生故障,那麼所有其他元件都會停止工作。並聯電路中的每個元件都有自己的電路,總電流是各個電流的總和,與串聯電路不同但是,並聯電路中如果一個元件發生故障,其他元件仍可繼續正常工作。

串聯電路

我們用螞蟻代表電流,在串聯連接的情況下,它只能走同一條路徑(參見1)。如果有任何一隻螞蟻停下來,其餘的都會效仿。螞蟻只能朝一個方向前進,無法避開障礙物。例如,串聯電路用於連接聖誕樹的燈,如果只有一個燈燒壞,所有其他燈都將停止工作。

In series circuits, all electrons travel on the same path.

 1:在串聯電路中,所有電子都在同一路徑上前進。

並聯電路

並聯中的電流(如2所示)採用絕對隨機的路徑。如果一隻螞蟻停下來,其他螞蟻可以自由穿過其他道路。例如,房屋系統的燈在並聯電路中連接在一起,如果其中一個燈燒壞,其他燈仍會繼續正常工作。

In parallel circuits, electrons travel different paths.

2:在並聯電路中,電子通過不同的路徑。

哪些元件可以串聯和並聯?

幾乎所有的電氣和電子元件都可以串聯和並聯。下面的例子展示了真實的應用,我們的測試將集中在以下組件上:

  • 電芯和電池
  • 電燈泡

電池串聯和並聯

要連接的電池相同並且它們都具有相同的充電程度,這一點非常重要。3 顯示了電池串聯和並聯電路之間的測量差異。

串聯電池是最常見和最簡單的方法,它規定了所有發電機的佈置,其中負極連接到另一個發電機的正極。例如,可以在電視遙控器或玩具車中觀察到這種類型的連接。

根據以下公式,獲得的總電壓等於各個發電機的電壓之和:

Voltage formula.

當你需要提高電路中的電源電壓時,可使用串聯連接,串聯可以獲得更高的電壓值。

連接100或200台發電機就足以產生數百伏的電壓,這是極其危險的。

與單個電池相比,兩個或多個電池的串聯可在輸出端提供更大的標稱電壓,同時保持相同的容量。需要提醒的是在整個連接過程中保持正確的極性至關重要。

另一方面,並​​聯是透過連接許多發電機的所有正極和所有負極來實現的。並聯兩個或更多類似的電池可提高容量,同時保持相同的標稱電壓。發電機具有相同的電壓很重要;否則,可能會出現問題。

Voltage of the batteries connected in series and in parallel.

 3:串聯和並聯電池的電壓。

串聯和並聯連接燈

除了電池之外,還可以串聯和並聯連接燈(和 LED 二極體)(參見 4 中的示例)。

在圖A 部份,有 14 個燈泡,全部串聯。如果只有其中一個燒壞了,其他的都會熄滅,因為電流已經找不到路了。

在圖 B 部份,七個燈泡並聯連接。它們中的每一個都是獨立於其他的,其中一個的損壞不會導致所有其他的燈關閉。

最後,圖表的 C 部份顯示了燈的混合連接。在實踐中,電流的流動就像許多汽車在自由道路上跟車和行駛一樣。

Lamps connected in series, in parallel and in mixed connection..

 4:串聯、並聯和混合連接的燈。

串聯和並聯連接電阻

電阻器可以串聯和並聯(參見5中的示例)。根據電路的用途,必須進行兩種連接中的一種。

讓我們從串聯和並聯電阻的定義開始。

當一個的輸出端連接到另一個的輸入端時,兩個或多個電阻串聯。換句話說,這些元件是按順序連接的,並且會通過相同的電流和相同的電子流,就像電池和燈泡一樣。地,當輸入端和輸出端連接時,兩個或多個電阻器並聯連接。

並聯的電阻不是依次位於同一根導線上,而是連接在多根導線上。因此,電流不一樣,因為電流可以通過第一電阻或其他電阻。

  • 透過串聯兩個或多個電阻,得到單個等效電阻的值。它由單個電阻的總和給出,因此等效電阻將大於單個電阻。在串聯電阻器中,每個電阻器的電流量相同。例如,串聯三個電阻值為 220Ω、330Ω 和 470Ω 的電阻就像您使用一個值為 1,020Ω 的電阻。
  • 透過並聯兩個或多個電阻,得到單個電阻的值,該值小於所有其他電阻。例如,將三個電阻值分別為 220Ω、330Ω 和 470Ω 的電阻並聯,就好像您在使用一個值為 103,056Ω 的電阻器。

換句話說,串聯電阻會提高歐姆值並通過更少的電流。相反地,電阻器之間的並聯會降低歐姆值並允許更多電流通過。

resistors connected in series and in parallel.

 5:串聯和並聯的電阻器。

結論

各種元件之間都需要連接以實現電路的不同用途。電池的串聯和並聯連接使我們能夠從發電機獲得高電壓或更長的自主權。串聯和並聯燈泡的連接允許一個人獲得分佈在幾個房間的照明。最後,串聯和並聯電阻器的連接使我們能夠獲得市場上不存在的電阻器值,或者製造能夠承受更大功率的更堅固的電阻器。

編譯:Demi

(參考原文:Electronics for Kids: Part 4 — Connecting Circuits,by Giovanni Di Maria)

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