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儿童电子学(四):连接电路

2022-09-07 15:00:19 Giovanni Di Maria 阅读:
在儿童电子系列的第1部分中,我们研究了LED;在第2部分中,我们探讨了电容器;在第3部分中,我们深入研究了电气测量。在本文中,我们将重点介绍各种组件间的多种电气连接,串联和并联是最重要的两个连接方式。

在儿童电子系列的第1部分中,我们研究了LED;在第2部分中,我们探讨了电容器;在第3部分中,我们深入研究了电气测量GTfednc

在本文中,我们将重点介绍各种组件间的多种电气连接,串联和并联是最重要的两个连接方式。GTfednc

连接组件

将电子元件连接在一起以改变电路的效率是一种常见的做法。串联和并联连接是两种最常见的连接类型。串联电路中的所有组件都连接到同一条线路上,它们共享相同的电流。在串联电路中,一旦某一个组件发生故障,那么所有其他组件都会停止工作。并联电路中的每个组件都有自己的电路,总电流是各个电流的总和,与串联电路不同但是,并联电路中如果一个组件发生故障,其他组件仍可继续正常工作。GTfednc

串联电路

我们用蚂蚁代表电流,在串联连接的情况下,它只能走同一条路径(参见图 1)。如果有任何一只蚂蚁停下来,其余的都会效仿。蚂蚁只能朝一个方向前进,无法避开障碍物。例如,串联电路用于连接圣诞树的灯,如果只有一个灯烧坏,所有其他灯都将停止工作。GTfednc

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图 1:在串联电路中,所有电子都在同一路径上前进。GTfednc

并联电路

并联中的电流(如图 2 所示)采用绝对随机的路径。如果一只蚂蚁停下来,其他蚂蚁可以自由穿过其他道路。例如,房屋系统的灯在并联电路中连接在一起,如果其中一个灯烧坏,其他灯仍会继续正常工作。GTfednc

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图 2:在并联电路中,电子通过不同的路径。GTfednc

哪些元件可以串联和并联?

几乎所有的电气和电子元件都可以串联和并联。下面的例子展示了真实的应用,我们的测试将集中在以下组件上:GTfednc

  • 电芯和电池
  • 电灯泡

电池串联和并联

要连接的电池相同并且它们都具有相同的充电程度,这一点非常重要。图 3 显示了电池串联和并联电路之间的测量差异。GTfednc

串联电池是最常见和最简单的方法,它规定了所有发电机的布置,其中负极连接到另一个发电机的正极。例如,可以在电视遥控器或玩具车中观察到这种类型的连接。GTfednc

根据以下公式,获得的总电压等于各个发电机的电压之和:GTfednc

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当你需要提高电路中的电源电压时,可使用串联连接,串联可以获得更高的电压值。GTfednc

连接100或200台发电机就足以产生数百伏的电压,这是极其危险的。GTfednc

与单个电池相比,两个或多个电池的串联可在输出端提供更大的标称电压,同时保持相同的容量。需要提醒的是吗,在整个连接过程中保持正确的极性至关重要。GTfednc

另一方面,并​​联是通过连接许多发电机的所有正极和所有负极来实现的。并联两个或更多类似的电池可提高容量,同时保持相同的标称电压。发电机具有相同的电压很重要;否则,可能会出现问题。GTfednc

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图 3:串联和并联电池的电压GTfednc

串联和并联连接灯

除了电池之外,还可以串联和并联连接灯(和 LED 二极管)(参见图 4 中的示例)。GTfednc

在图的 A 部分,有 14 个灯泡,全部串联。如果只有其中一个烧坏了,其他的都会熄灭,因为电流已经找不到路了。GTfednc

在图的 B 部分中,七个灯泡并联连接。它们中的每一个都是独立于其他的,其中一个的损坏不会导致所有其他的灯关闭。GTfednc

最后,图表的 C 部分显示了灯的混合连接。在实践中,电流的流动就像许多汽车在自由道路上跟随和行驶一样。GTfednc

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图 4:串联、并联和混合连接的灯。GTfednc

串联和并联连接电阻

电阻器可以串联和并联(参见图 5 中的示例)。根据电路的用途,必须进行两种连接中的一种。GTfednc

让我们从串联和并联电阻的定义开始。GTfednc

当一个的输出端连接到另一个的输入端时,两个或多个电阻串联。换句话说,这些组件是按顺序连接的,并且会通过相同的电流和相同的电子流,就像电池和灯泡一样。相反,当输入端和输出端连接时,两个或多个电阻器并联连接。GTfednc

并联的电阻不是依次位于同一根导线上,而是连接在多根导线上。因此,电流不一样,因为电流可以通过第一电阻或其他电阻。一般来说,GTfednc

通过串联两个或多个电阻,得到单个等效电阻的值。它由单个电阻的总和给出,因此等效电阻将大于单个电阻。在串联电阻器中,每个电阻器的电流量相同。例如,串联三个电阻值为 220 Ω、330 Ω 和 470 Ω 的电阻就像您使用一个值为 1,020 Ω 的电阻。GTfednc

通过并联两个或多个电阻,得到单个电阻的值,该值小于所有其他电阻。例如,将三个电阻值分别为 220 Ω、330 Ω 和 470 Ω 的电阻并联,就好像您在使用一个值为 103,056 Ω 的电阻器。GTfednc

换句话说,串联电阻会提高欧姆值并通过更少的电流。相反,电阻器之间的并联会降低欧姆值并允许更多电流通过。GTfednc

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图 5:串联和并联的电阻器GTfednc

结论

各种组件之间都需要连接以实现电路的不同用途。电池的串联和并联连接使我们能够从发电机获得高电压或更长的自主权。串联和并联灯泡的连接允许一个人获得分布在几个房间的照明。最后,串联和并联电阻器的连接使我们能够获得市场上不存在的电阻器值,或者制造能够承受更大功率的更坚固的电阻器。GTfednc

另请阅读:

儿童电子学(一):LED GTfednc

儿童电子学(二):电容器GTfednc

儿童电子学(三):电气测量GTfednc

(原文刊登于EDN姊妹网站EEWeb,参考链接:Electronics for Kids: Part 4 — Connecting Circuits,Demi Xia编译。)GTfednc

责编:Demi
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