วงจรอนุกรมและวงจรขนาน


ประเภทของวงจรไฟฟ้า

วงจรอนุกรมที่มีแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า (เช่น แบตเตอรี่ หรือในกรณีนี้คือเซลล์) และหน่วยความต้านทานสามหน่วย

ส่วนประกอบสองขั้ว และ เครือข่ายไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือขนานได้เครือข่ายไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะมีสองขั้ว และสามารถเข้าร่วมในโทโพโลยี แบบอนุกรมหรือขนานได้ ไม่ว่า "วัตถุ" สองขั้วจะเป็นส่วนประกอบไฟฟ้า (เช่น ตัวต้านทาน ) หรือเครือข่ายไฟฟ้า (เช่น ตัวต้านทานแบบอนุกรม) ก็ตาม ขึ้นอยู่กับมุมมอง บทความนี้จะใช้คำว่า "ส่วนประกอบ" เพื่ออ้างถึง "วัตถุ" สองขั้วที่เข้าร่วมในเครือข่ายแบบอนุกรม/ขนาน

ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเชื่อมต่อตาม "เส้นทางไฟฟ้า" เส้นเดียว และส่วนประกอบแต่ละชิ้นจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเท่ากัน ซึ่งเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเครือข่าย แรงดันไฟฟ้าข้ามเครือข่ายจะเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าข้ามส่วนประกอบแต่ละชิ้น[1] [2]

ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบขนานจะเชื่อมต่อไปตามเส้นทางหลายเส้นทาง และส่วนประกอบแต่ละชิ้นจะมีแรงดันไฟฟ้า เท่ากัน ซึ่งเท่ากับแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งเครือข่าย กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเครือข่ายจะเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนประกอบแต่ละชิ้น

สองข้อความข้างต้นนั้นเทียบเท่ากัน ยกเว้นการแลกเปลี่ยนบทบาทของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

วงจรที่ประกอบด้วยส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมเท่านั้นเรียกว่าวงจรอนุกรมในทำนองเดียวกัน ส่วนประกอบที่เชื่อมต่อแบบขนานอย่างสมบูรณ์เรียกว่าวงจรขนานวงจรจำนวนมากสามารถวิเคราะห์ได้ว่าเป็นการรวมกันของวงจรอนุกรมและขนาน รวมถึง การกำหนดค่า อื่น

ในวงจรอนุกรม กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนประกอบแต่ละส่วนจะเท่ากัน และแรงดันไฟฟ้าข้ามวงจรคือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมแต่ละส่วนประกอบ[1]ในวงจรขนาน แรงดันไฟฟ้าข้ามส่วนประกอบแต่ละส่วนจะเท่ากัน และกระแสไฟฟ้ารวมคือผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนประกอบแต่ละส่วน[1]

ลองพิจารณาวงจรง่ายๆ ที่ประกอบด้วยหลอดไฟสี่ดวงและแบตเตอรี่รถยนต์ 12 โวลต์ หากสายไฟต่อแบตเตอรี่เข้ากับหลอดไฟหนึ่งหลอด แล้วต่อกับหลอดไฟถัดไป หลอดถัดไป แล้วต่อกลับไปที่แบตเตอรี่เป็นวงจรต่อเนื่อง หลอดไฟทั้งสองจะต่ออนุกรมกัน หากหลอดไฟแต่ละหลอดต่อกับแบตเตอรี่เป็นวงจรแยกกัน หลอดไฟทั้งสองจะต่อขนานกัน หากหลอดไฟสี่ดวงต่ออนุกรมกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านหลอดไฟทั้งหมดเท่ากัน และแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมหลอดไฟแต่ละหลอด 3 โวลต์ ซึ่งอาจไม่เพียงพอที่จะทำให้หลอดไฟสว่าง หากหลอดไฟเชื่อมต่อแบบขนาน กระแสไฟฟ้าที่ผ่านหลอดไฟทั้งสองจะรวมกันเป็นกระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่ ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมหลอดไฟแต่ละหลอดอยู่ที่ 12 โวลต์ และหลอดไฟทั้งหมดจะสว่างขึ้น

ในวงจรอนุกรม อุปกรณ์ทุกชิ้นต้องทำงานเพื่อให้วงจรสมบูรณ์ หากหลอดไฟดวงหนึ่งขาดในวงจรอนุกรม วงจรทั้งหมดก็จะขาดไปด้วย ในวงจรขนาน หลอดไฟแต่ละดวงจะมีวงจรของตัวเอง ดังนั้นหลอดไฟทั้งหมดอาจขาดได้ ยกเว้นดวงเดียว และหลอดไฟดวงสุดท้ายจะยังคงทำงานได้

วงจรอนุกรม

วงจรอนุกรมบางครั้งเรียกว่าวงจรแบบมีกระแสเชื่อม กระแสในวงจรอนุกรมจะไหลผ่านทุกส่วนประกอบในวงจร ดังนั้น ส่วนประกอบทั้งหมดในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมจึงส่งกระแสเดียวกัน

วงจรอนุกรมมีทางเดียวที่กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้ การเปิดหรือตัดวงจรอนุกรมที่จุด ใดก็ตาม จะทำให้วงจรทั้งหมด "เปิด" หรือหยุดทำงาน ตัวอย่างเช่น หากหลอดไฟในสายไฟต้นคริสต์มาส แบบเก่า ขาดหรือถูกถอดออก สายไฟทั้งหมดจะไม่สามารถใช้งานได้จนกว่าจะเปลี่ยนหลอดไฟที่ชำรุด

ปัจจุบัน

I = I 1 = I 2 = = I n {\displaystyle I=I_{1}=I_{2}=\cdots =I_{n}}

ในวงจรแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าจะเท่ากันสำหรับทุกองค์ประกอบ

แรงดันไฟฟ้า

ในวงจรแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าคือผลรวมของแรงดันตกของส่วนประกอบแต่ละชิ้น (หน่วยความต้านทาน) V = i = 1 n V i = I i = 1 n R i {\displaystyle V=\sum _{i=1}^{n}V_{i}=I\sum _{i=1}^{n}R_{i}}

หน่วยต้านทาน

ความต้านทานรวมของตัวต้านทาน 2 ตัวหรือมากกว่าที่ต่อแบบอนุกรมจะเท่ากับผลรวมของความต้านทานแต่ละตัว:

นี่คือแผนผังตัวต้านทานหลายตัวที่เชื่อมต่อกันแบบปลายต่อปลาย โดยแต่ละตัวจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเท่ากัน R = i = 1 n R i = R 1 + R 2 + R 3 + R n . {\displaystyle R=\sum _{i=1}^{n}R_{i}=R_{1}+R_{2}+R_{3}\cdots +R_{n}.} ที่นี่ ตัวห้อยsในR sหมายถึง "อนุกรม" และR sหมายถึงความต้านทานในอนุกรม

การนำไฟฟ้า

การนำไฟฟ้าเป็นปริมาณกลับของความต้านทาน ดังนั้น การนำไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรอนุกรมที่มีความต้านทานบริสุทธิ์จึงสามารถคำนวณได้จากสมการต่อไปนี้: G = ( i = 1 n 1 G i ) 1 = ( 1 G 1 + 1 G 2 + 1 G 3 + + 1 G n ) 1 . {\displaystyle G=\left(\sum _{i=1}^{n}{1 \over G_{i}}\right)^{-1}=\left({1 \over G_{1}}+{1 \over G_{2}}+{1 \over G_{3}}+\dots +{1 \over G_{n}}\right)^{-1}.}

สำหรับกรณีพิเศษของการนำไฟฟ้าสองชุดที่ต่ออนุกรม การนำไฟฟ้ารวมจะเท่ากับ: G = G 1 G 2 G 1 + G 2 . {\displaystyle G={\frac {G_{1}G_{2}}{G_{1}+G_{2}}}.}

ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำปฏิบัติตามกฎเดียวกัน โดยที่ความเหนี่ยวนำ รวม ของตัวเหนี่ยวนำที่ไม่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเท่ากับผลรวมของความเหนี่ยวนำแต่ละตัว:

แผนผังตัวเหนี่ยวนำหลายตัวที่เชื่อมต่อกันแบบปลายต่อปลาย โดยให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแต่ละตัวเท่ากัน L = i = 1 n L i = L 1 + L 2 + L 3 + L n . {\displaystyle L=\sum _{i=1}^{n}L_{i}=L_{1}+L_{2}+L_{3}\cdots +L_{n}.}

อย่างไรก็ตาม ในบางสถานการณ์ การป้องกันไม่ให้ตัวเหนี่ยวนำที่อยู่ติดกันส่งอิทธิพลซึ่งกันและกันนั้นทำได้ยาก เนื่องจากสนามแม่เหล็กของอุปกรณ์หนึ่งจับคู่กับขดลวดของอุปกรณ์ข้างเคียง อิทธิพลนี้กำหนดโดยความเหนี่ยวนำร่วม M ตัวอย่างเช่น หากตัวเหนี่ยวนำสองตัวต่ออนุกรมกัน ก็จะมีความเหนี่ยวนำเทียบเท่าที่เป็นไปได้สองค่า ขึ้นอยู่กับว่าสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำทั้งสองตัวส่งอิทธิพลซึ่งกันและกันอย่างไร

เมื่อมีตัวเหนี่ยวนำมากกว่าสองตัว ความเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวและอิทธิพลของขดลวดจะทำให้การคำนวณซับซ้อน สำหรับขดลวดจำนวนมากขึ้น ค่าเหนี่ยวนำรวมทั้งหมดจะคำนวณได้จากผลรวมของความเหนี่ยวนำร่วมกันทั้งหมดระหว่างขดลวดต่างๆ รวมทั้งความเหนี่ยวนำร่วมกันของขดลวดแต่ละตัวกับตัวมันเอง ซึ่งเรียกว่าความเหนี่ยวนำตนเองหรือเรียกง่ายๆ ว่าความเหนี่ยวนำ สำหรับขดลวดสามตัว มีความเหนี่ยวนำร่วมกันหกค่าคือ , , และและนอกจากนี้ยังมีความเหนี่ยวนำตนเองสามค่าของขดลวดสามตัวได้แก่และ M 12 {\displaystyle M_{12}} M 13 {\displaystyle M_{13}} M 23 {\displaystyle M_{23}} M 21 {\displaystyle M_{21}} M 31 {\displaystyle M_{31}} M 32 {\displaystyle M_{32}} M 11 {\displaystyle M_{11}} M 22 {\displaystyle M_{22}} M 33 {\displaystyle M_{33}}

ดังนั้น L = ( M 11 + M 22 + M 33 ) + ( M 12 + M 13 + M 23 ) + ( M 21 + M 31 + M 32 ) {\displaystyle L=\left(M_{11}+M_{22}+M_{33}\right)+\left(M_{12}+M_{13}+M_{23}\right)+\left(M_{21}+M_{31}+M_{32}\right)}

โดยความสัมพันธ์แบบผกผัน= ทำให้สองกลุ่มสุดท้ายสามารถรวมกันได้ สามเทอมแรกแสดงถึงผลรวมของความเหนี่ยวนำของขดลวดต่างๆ สูตรนี้สามารถขยายไปยังขดลวดแบบอนุกรมจำนวนเท่าใดก็ได้ที่มีการเชื่อมโยงแบบร่วมกัน วิธีนี้สามารถใช้ในการหาความเหนี่ยวนำของขดลวดขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างหน้าตัดใดๆ ก็ได้ โดยคำนวณผลรวมของความเหนี่ยวนำของขดลวดแต่ละรอบในขดลวดกับทุกๆ รอบอื่นๆ เนื่องจากในขดลวดดังกล่าว ทุกรอบจะเชื่อมต่อแบบอนุกรม M i j {\displaystyle M_{ij}} M j i {\displaystyle M_{ji}}

ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุปฏิบัติตามกฎเดียวกันโดยใช้ส่วนกลับความจุ รวม ของตัวเก็บประจุที่ต่ออนุกรมจะเท่ากับส่วนกลับของผลรวมของส่วนกลับของความจุแต่ละตัว:

แผนผังตัวเก็บประจุหลายตัวที่เชื่อมต่อกันแบบปลายต่อปลาย โดยแต่ละตัวเก็บประจุจะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเท่ากัน C = ( i = 1 n 1 C i ) 1 = ( 1 C 1 + 1 C 2 + 1 C 3 + + 1 C n ) 1 . {\displaystyle C=\left(\sum _{i=1}^{n}{1 \over C_{i}}\right)^{-1}=\left({1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2}}+{1 \over C_{3}}+\dots +{1 \over C_{n}}\right)^{-1}.}

เมื่อใช้ค่าความยืดหยุ่น (ส่วนกลับของความจุ) ค่าความยืดหยุ่นของอนุกรมทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมค่าความยืดหยุ่นของตัวเก็บประจุแต่ละตัว

สวิตซ์

สวิตช์สองตัวหรือมากกว่าที่ต่ออนุกรมกันจะสร้างวงจรตรรกะ ANDโดยวงจรจะส่งกระแสเฉพาะเมื่อสวิตช์ทั้งหมดปิดอยู่ ดู เก ต AND

เซลล์และแบตเตอรี่

แบตเตอรี่คือกลุ่มของเซลล์ไฟฟ้าเคมีหากเซลล์เชื่อมต่อแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่รถยนต์ 12 โวลต์ประกอบด้วยเซลล์ 2 โวลต์จำนวน 6 เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ยานพาหนะบางประเภท เช่น รถบรรทุก มีแบตเตอรี่ 12 โวลต์ 2 ลูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อจ่ายไฟให้กับระบบ 24 โวลต์

วงจรขนาน

การเปรียบเทียบค่าความต้านทาน ความเหนี่ยวนำ และความจุที่มีประสิทธิภาพของตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุสองตัวแบบต่ออนุกรมและขนาน

หากเชื่อมต่อส่วนประกอบสองชิ้นหรือมากกว่าแบบขนานกัน ส่วนประกอบเหล่านั้นจะมีศักย์ไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า) ต่างกันเท่ากันที่ปลายทั้งสองข้าง ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบทั้งสองชิ้นจะมีขนาดเท่ากัน และขั้วไฟฟ้าทั้งสองชิ้นก็จะเหมือนกันด้วย แรงดันไฟฟ้าเท่ากันนี้ใช้กับส่วนประกอบวงจรทั้งหมดที่เชื่อมต่อแบบขนานกัน กระแสไฟฟ้ารวมคือผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านส่วนประกอบแต่ละชิ้นตามกฎกระแสของ Kirchhoff

แรงดันไฟฟ้า

ในวงจรขนานแรงดันไฟฟ้าจะเท่ากันสำหรับทุกองค์ประกอบ V = V 1 = V 2 = = V n {\displaystyle V=V_{1}=V_{2}=\dots =V_{n}}

ปัจจุบัน

กระแสไฟฟ้าในตัวต้านทานแต่ละตัวจะหาได้จากกฎของโอห์มเมื่อแยกแรงดันไฟฟ้าออกจะได้ I = i = 1 n I i = V i = 1 n 1 R i . {\displaystyle I=\sum _{i=1}^{n}I_{i}=V\sum _{i=1}^{n}{1 \over R_{i}}.}

หน่วยต้านทาน

ในการหา ค่าความต้านทานรวมของส่วนประกอบทั้งหมด ให้บวกค่าส่วนกลับของความต้านทานของแต่ละส่วนประกอบแล้วหาค่าส่วนกลับของผลรวม ค่าความต้านทานรวมจะน้อยกว่าค่าความต้านทานที่น้อยที่สุดเสมอ: R i {\displaystyle R_{i}}

แผนผังตัวต้านทานหลายตัววางเคียงข้างกัน โดยสายทั้งสองของแต่ละตัวเชื่อมต่อกับสายไฟเส้นเดียวกัน R = ( i = 1 n 1 R i ) 1 = ( 1 R 1 + 1 R 2 + 1 R 3 + + 1 R n ) 1 {\displaystyle R=\left(\sum _{i=1}^{n}{1 \over R_{i}}\right)^{-1}=\left({1 \over R_{1}}+{1 \over R_{2}}+{1 \over R_{3}}+\dots +{1 \over R_{n}}\right)^{-1}}

สำหรับความต้านทานเพียงสองค่า การแสดงออกที่ไม่สอดคล้องกันนั้นค่อนข้างเรียบง่าย: R = R 1 R 2 R 1 + R 2 . {\displaystyle R={\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}.}

บางครั้งสิ่งนี้ใช้วิธีการช่วยจำแบบผลคูณของ ผลรวม

สำหรับ ความต้านทาน Nตัวเท่ากันแบบขนาน นิพจน์ผลรวมส่วนกลับจะลดรูปเป็น: และดังนั้นจึงเป็น: 1 R = N 1 R . {\displaystyle {\frac {1}{R}}=N{\frac {1}{R}}.} R = R N . {\displaystyle R={\frac {R}{N}}.}

หากต้องการหากระแสในส่วนประกอบที่มีความต้านทานให้ใช้กฎของโอห์มอีกครั้ง: R i {\displaystyle R_{i}} I i = V R i . {\displaystyle I_{i}={\frac {V}{R_{i}}}\,.}

ส่วนประกอบจะแบ่งกระแสตามความต้านทานส่วนกลับ ดังนั้น ในกรณีของตัวต้านทานสองตัว I 1 I 2 = R 2 R 1 . {\displaystyle {\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {R_{2}}{R_{1}}}.}

คำศัพท์เก่าสำหรับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบขนานคือการเชื่อมต่อหลาย ๆ ครั้งเช่น การเชื่อมต่อหลาย ๆ ครั้งสำหรับโคมไฟอาร์

การนำไฟฟ้า

เนื่องจากการนำไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของความต้านทาน สมการสำหรับการนำไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรขนานของตัวต้านทานก็คือ: G {\displaystyle G} G = i = 1 n G i = G 1 + G 2 + G 3 + G n . {\displaystyle G=\sum _{i=1}^{n}G_{i}=G_{1}+G_{2}+G_{3}\cdots +G_{n}.}

ความสัมพันธ์สำหรับการนำไฟฟ้าทั้งหมดและความต้านทานจะอยู่ในความสัมพันธ์ที่เสริมกัน การแสดงออกสำหรับการเชื่อมต่อความต้านทานแบบอนุกรมนั้นจะเหมือนกับการเชื่อมต่อการนำไฟฟ้าแบบขนาน และในทางกลับกัน

ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำปฏิบัติตามกฎเดียวกัน โดยที่ค่าเหนี่ยวนำ รวม ของตัวเหนี่ยวนำที่ไม่เชื่อมต่อแบบขนานจะเท่ากับค่ากลับของผลรวมของค่ากลับของค่าเหนี่ยวนำแต่ละตัว:

แผนผังตัวเหนี่ยวนำหลายตัววางเคียงข้างกัน โดยสายทั้งสองของแต่ละตัวเชื่อมต่อกับสายเส้นเดียวกัน L = ( i = 1 n 1 L i ) 1 = ( 1 L 1 + 1 L 2 + 1 L 3 + + 1 L n ) 1 . {\displaystyle L=\left(\sum _{i=1}^{n}{1 \over L_{i}}\right)^{-1}=\left({1 \over L_{1}}+{1 \over L_{2}}+{1 \over L_{3}}+\dots +{1 \over L_{n}}\right)^{-1}.}

หากตัวเหนี่ยวนำตั้งอยู่ในสนามแม่เหล็กของกันและกัน แนวทางนี้จะใช้ไม่ได้เนื่องจากความเหนี่ยวนำร่วมกัน หากความเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างขดลวดสองเส้นขนานกันเท่ากับMตัวเหนี่ยวนำที่เทียบเท่าคือ: L = L 1 L 2 M 2 L 1 + L 2 2 M {\displaystyle L={\frac {L_{1}L_{2}-M^{2}}{L_{1}+L_{2}-2M}}}

ถ้า L 1 = L 2 {\displaystyle L_{1}=L_{2}} L = L + M 2 {\displaystyle L={\frac {L+M}{2}}}

เครื่องหมายของขึ้นอยู่กับว่าสนามแม่เหล็กมีอิทธิพลต่อกันและกันอย่างไร สำหรับขดลวดสองเส้นที่เชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาเท่ากัน ความเหนี่ยวนำทั้งหมดจะใกล้เคียงกับของขดลวดแต่ละเส้น หากขั้วของขดลวดหนึ่งสลับกัน ทำให้Mเป็นลบ ความเหนี่ยวนำแบบขนานจะเกือบเป็นศูนย์หรือการรวมกันเกือบจะไม่เหนี่ยวนำ ถือว่าในกรณี "การเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา" Mเกือบจะเท่ากับLอย่างไรก็ตาม หากความเหนี่ยวนำไม่เท่ากันและขดลวดเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนา อาจทำให้เกิดสภาวะใกล้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรและกระแสไฟฟ้าหมุนเวียนสูงสำหรับค่าM ทั้งบวกและลบ ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาได้ M {\displaystyle M}

ตัวเหนี่ยวนำมากกว่าสามตัวจะซับซ้อนมากขึ้น และต้องพิจารณาค่าเหนี่ยวนำร่วมของตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวบนตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวและอิทธิพลของตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวที่มีต่อกัน สำหรับขดลวดสามตัว จะมีค่าเหนี่ยวนำร่วมสามค่าคือ และวิธีเมทริกซ์และการหาผลรวมของค่าผกผันของเมทริกซ์ (3×3 ในกรณีนี้) จะจัดการได้ดีที่สุด M 12 {\displaystyle M_{12}} M 13 {\displaystyle M_{13}} M 23 {\displaystyle M_{23}} L {\displaystyle L}

สมการที่เกี่ยวข้องมีรูปแบบดังนี้: v i = j L i , j d i j d t {\displaystyle v_{i}=\sum _{j}L_{i,j}{\frac {di_{j}}{dt}}}

ตัวเก็บประจุ

ความจุรวมของตัวเก็บประจุแบบขนานจะเท่ากับผลรวมของความจุแต่ละตัว:

แผนผังตัวเก็บประจุหลายตัววางเคียงข้างกัน โดยสายทั้งสองของแต่ละตัวเชื่อมต่อกับสายเส้นเดียวกัน C = i = 1 n C i = C 1 + C 2 + C 3 + C n . {\displaystyle C=\sum _{i=1}^{n}C_{i}=C_{1}+C_{2}+C_{3}\cdots +C_{n}.}

แรงดันใช้งานของตัวเก็บประจุแบบขนานจะถูกจำกัดด้วยแรงดันใช้งานที่เล็กที่สุดของตัวเก็บประจุแต่ละตัวเสมอ

สวิตซ์

สวิตช์สองตัวหรือมากกว่าทำงานแบบขนานกันในรูปแบบลอจิก ORวงจรจะจ่ายกระแสไฟฟ้าหากสวิตช์อย่างน้อยหนึ่งตัวปิดอยู่ ดู เก ต OR

เซลล์และแบตเตอรี่

หากเซลล์ของแบตเตอรี่เชื่อมต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ แต่กระแสไฟฟ้าที่จ่ายโดยเซลล์แต่ละเซลล์จะเป็นเศษส่วนของกระแสไฟฟ้าทั้งหมด ตัวอย่างเช่น หากแบตเตอรี่ประกอบด้วยเซลล์ที่เหมือนกันสี่เซลล์ที่เชื่อมต่อแบบขนานและจ่ายกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์กระแสไฟฟ้าที่จ่ายโดยเซลล์แต่ละเซลล์จะเท่ากับ 0.25 แอมแปร์ หากเซลล์มีแรงดันไฟฟ้าไม่เท่ากัน เซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าจะพยายามชาร์จเซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายได้

แบตเตอรี่แบบต่อขนานถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจ่ายไฟให้กับ ไส้หลอด วาล์วในวิทยุพกพาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จไฟได้ (โดยเฉพาะแบตเตอรี่แล็ปท็อป) มักต่อขนานกันเพื่อเพิ่มพิกัดแอมแปร์-ชั่วโมง ระบบไฟฟ้าโซลาร์บางระบบมีแบตเตอรี่ต่อขนานกันเพื่อเพิ่มความจุในการจัดเก็บ ค่าแอมแปร์-ชั่วโมงรวมโดยประมาณจะเท่ากับผลรวมแอมแปร์-ชั่วโมงทั้งหมดของแบตเตอรี่ที่ต่อขนานกัน

การรวมการนำไฟฟ้า

จากกฎของวงจรของ Kirchhoffกฎสำหรับการรวมค่าการนำไฟฟ้าสามารถหักล้างได้ สำหรับค่าการนำไฟฟ้าสองค่าและขนานกันแรงดันไฟฟ้าข้ามค่าทั้งสองจะเท่ากัน และจากกฎกระแสของ Kirchhoff (KCL) กระแสไฟฟ้ารวมคือ G 1 {\displaystyle G_{1}} G 2 {\displaystyle G_{2}} I = I 1 + I 2 . {\displaystyle I=I_{1}+I_{2}.}

การนำกฎของโอห์มมาแทนค่าการนำไฟฟ้า จะได้ค่าการนำไฟฟ้าที่เทียบเท่ากันคือ G V = G 1 V + G 2 V {\displaystyle GV=G_{1}V+G_{2}V} G = G 1 + G 2 . {\displaystyle G=G_{1}+G_{2}.}

สำหรับตัวนำสองชนิดและเชื่อมต่อแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจะเท่ากัน และกฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff กล่าวว่าแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำทั้งสองชนิดคือผลรวมของแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านตัวนำแต่ละชนิด นั่นคือ G 1 {\displaystyle G_{1}} G 2 {\displaystyle G_{2}} V = V 1 + V 2 . {\displaystyle V=V_{1}+V_{2}.}

เมื่อแทนค่าการนำไฟฟ้าด้วยกฎของโอห์ม ก็จะได้สูตรการนำไฟฟ้าที่เทียบเท่ากัน I G = I G 1 + I G 2 {\displaystyle {\frac {I}{G}}={\frac {I}{G_{1}}}+{\frac {I}{G_{2}}}} 1 G = 1 G 1 + 1 G 2 . {\displaystyle {\frac {1}{G}}={\frac {1}{G_{1}}}+{\frac {1}{G_{2}}}.}

สมการนี้สามารถจัดเรียงใหม่ได้เล็กน้อย แม้ว่านี่จะเป็นกรณีพิเศษที่จัดเรียงใหม่ได้เฉพาะสำหรับส่วนประกอบสองชิ้นเท่านั้น

G = G 1 G 2 G 1 + G 2 . {\displaystyle G={\frac {G_{1}G_{2}}{G_{1}+G_{2}}}.} สำหรับการนำไฟฟ้าสามตัวที่ต่ออนุกรม G = G 1 G 2 G 3 G 1 G 2 + G 1 G 3 + G 2 G 3 . {\displaystyle G={\frac {G_{1}G_{2}G_{3}}{G_{1}G_{2}+G_{1}G_{3}+G_{2}G_{3}}}.}

สัญกรณ์

ค่าของส่วนประกอบสองส่วนที่ขนานกันมักจะแสดงในสมการโดยตัวดำเนินการขนานซึ่งก็คือเส้นแนวตั้งสองเส้น (∥) โดยยืมสัญลักษณ์เส้นขนานมาจากรูปทรงเรขาคณิต R R 1 R 2 ( R 1 1 + R 2 1 ) 1 R 1 R 2 R 1 + R 2 {\displaystyle R\equiv R_{1}\parallel R_{2}\equiv \left(R_{1}^{-1}+R_{2}^{-1}\right)^{-1}\equiv {\frac {R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}

วิธีนี้จะทำให้สำนวนง่ายขึ้น ซึ่งปกติแล้วสำนวนเหล่านี้จะซับซ้อนขึ้นเนื่องจากการขยายเงื่อนไข ตัวอย่างเช่น: R 1 R 2 R 3 R 1 R 2 R 3 R 1 R 2 + R 1 R 3 + R 2 R 3 . {\displaystyle R_{1}\parallel R_{2}\parallel R_{3}\equiv {\frac {R_{1}R_{2}R_{3}}{R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}}}.}

แอปพลิเคชั่น

การประยุกต์ใช้วงจรอนุกรมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคโดยทั่วไปคือการใช้แบตเตอรี่ โดยเซลล์หลายเซลล์ต่ออนุกรมกันเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าใช้งานที่สะดวก เซลล์สังกะสีแบบใช้แล้วทิ้งสองเซลล์ต่ออนุกรมกันอาจจ่ายไฟให้ไฟฉายหรือรีโมทคอนโทรลที่ 3 โวลต์ ชุดแบตเตอรี่สำหรับเครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพาอาจมีเซลล์ลิเธียมไออนจำนวนหนึ่งโหลที่ต่ออนุกรมกันเพื่อจ่ายไฟ 48 โวลต์

วงจรอนุกรมเดิมใช้สำหรับให้แสงสว่างใน รถไฟ หลายหน่วยไฟฟ้าตัวอย่างเช่น หากแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายคือ 600 โวลต์ อาจมีหลอดไฟ 70 โวลต์แปดหลอดต่ออนุกรมกัน (รวม 560 โวลต์) พร้อมตัวต้านทานเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าที่เหลือ 40 โวลต์ วงจรอนุกรมสำหรับการให้แสงสว่างในรถไฟถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์-เครื่องกำเนิด ไฟฟ้าก่อน จากนั้นจึงเป็นอุปกรณ์ โซลิดสเตต

ความต้านทานแบบอนุกรมยังสามารถนำไปใช้กับการจัดเรียงหลอดเลือดภายในอวัยวะที่กำหนดได้ อวัยวะแต่ละส่วนจะได้รับเลือดจากหลอดเลือดแดงขนาดใหญ่ หลอดเลือดแดงขนาดเล็ก หลอดเลือดแดงขนาดเล็ก หลอดเลือดแดงขนาดเล็ก หลอดเลือดฝอย และหลอดเลือดดำที่จัดเรียงเป็นอนุกรม ความต้านทานรวมคือผลรวมของความต้านทานแต่ละส่วนตามที่แสดงในสมการต่อไปนี้: R รวม = R หลอดเลือดแดง + R หลอดเลือดแดงขนาด เล็ก + R หลอดเลือดฝอยความต้านทานส่วนใหญ่ในชุดข้อมูลนี้มาจากหลอดเลือดแดงขนาดเล็ก[3]

ความต้านทานขนานกันแสดงโดยระบบไหลเวียนเลือดอวัยวะแต่ละส่วนได้รับการเลี้ยงโดยหลอดเลือดแดงที่แยกออกจากหลอดเลือดแดง ใหญ่ ความต้านทานรวมของการจัดเรียงขนานนี้แสดงโดยสมการต่อไปนี้: 1 / R รวม = 1/ R a + 1/ R b + ... + 1/ R n R a , R bและR nคือความต้านทานของหลอดเลือดแดงไต ตับ และหลอดเลือดแดงอื่นๆ ตามลำดับ ความต้านทานรวมน้อยกว่าความต้านทานของหลอดเลือดแดงแต่ละเส้น[3]

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. ^ abc Resnick, Robert; Halliday, David (1966). "บทที่ 32". ฟิสิกส์ . เล่มที่ I และ II (ฉบับรวมนานาชาติ). Wiley . LCCN  66-11527. ตัวอย่างที่ 1.
  2. ^ Smith, RJ (1966). Circuits, Devices and Systems (International ed.). New York: Wiley . p. 21. LCCN  66-17612.
  3. ^ โดย Costanzo, Linda S. สรีรวิทยา . ชุดการตรวจสอบคณะกรรมการ. หน้า 74

อ่านเพิ่มเติม

  • วิลเลียมส์, ทิม (2005). The Circuit Designer's Companion . บัตเตอร์เวิร์ธ-ไฮเนมันน์ . ISBN 0-7506-6370-7-
  • “การผสมตัวต้านทาน: ค่าต่างๆ ที่ใช้ตัวต้านทาน 1K โอห์มมีกี่ค่า” นิตยสาร EDN
  • กรอทซ์, แบร์นฮาร์ด (2018-01-04) "สตรอมมุงสไวเดอร์สแตนด์" ช่างกล แดร์ ฟลุสซิกไคเทน (เยอรมัน)
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Series_and_parallel_circuits&oldid=1251485187"