在兒童電子系列的第1部份中,我們研究了LED;在第2部份中,我們闡述了電容器;在第3部份中,我們深入研究了電氣檢測。
在本文中,我們將重點介紹各類組件間的多種電氣聯(lián)接,串聯(lián)和并聯(lián)是最重要的兩個聯(lián)接形式。
聯(lián)接組件
將電子器件聯(lián)接在一起以改變電路的效率是一種常見的做法。串聯(lián)和并聯(lián)聯(lián)接是兩種最常見的聯(lián)接類型。串聯(lián)電路中的所有組件都聯(lián)接到同一條線路上,它們共享相同的電壓。在串聯(lián)電路中,一旦某一個組件發(fā)生故障,這么所有其他組件就會停止工作。并聯(lián)電路中的每位組件都有自己的電路,總電壓是各個電壓的總和,與串聯(lián)電路不同而且,并聯(lián)電路中假如一個組件發(fā)生故障,其他組件仍可繼續(xù)正常工作。
串聯(lián)電路
我們用螞蟻代表電壓,在串聯(lián)聯(lián)接的情況下,它只能走同一條路徑(參見圖1)。假如有任何一只螞蟻停出來,其余的就會仿效。螞蟻只能朝一個方往前進(jìn),難以避免障礙物。諸如,串聯(lián)電路用于聯(lián)接新年樹的燈,假若只有一個燈燒毀,所有其他燈都將停止工作。
圖1:在串聯(lián)電路中,所有電子都在同一路徑上前進(jìn)。
并聯(lián)電路
并聯(lián)中的電壓(如圖2所示)采用絕對隨機(jī)的路徑。假如一只螞蟻停出來,其他螞蟻可以自由穿過其他公路。諸如,房子系統(tǒng)的燈在并聯(lián)電路中聯(lián)接在一起,假如其中一個燈燒毀,其他燈仍會繼續(xù)正常工作。
圖2:在并聯(lián)電路中,電子通過不同的路徑。
什么器件可以串聯(lián)和并聯(lián)?
幾乎所有的電氣和電子器件都可以串聯(lián)和并聯(lián)。下邊的事例展示了真實的應(yīng)用,我們的測試將集中在以下組件上:
電瓶串聯(lián)和并聯(lián)
要聯(lián)接的電瓶相同但是它們都具有相同的充電程度,這一點十分重要。圖3顯示了電瓶串聯(lián)和并聯(lián)電路之間的檢測差別。
串聯(lián)電瓶是最常見和最簡單的方式,它規(guī)定了所有發(fā)電機(jī)的布置,其中正極聯(lián)接到另一個發(fā)電機(jī)的負(fù)極。比如,可以在電視遙控器或玩具車中觀察到這種類型的聯(lián)接。
按照以下公式,獲得的總電流等于各個發(fā)電機(jī)的電流之和:
當(dāng)你須要提升電路中的電源電流時,可使用串聯(lián)聯(lián)接,串聯(lián)可以獲得更高的電流值。
聯(lián)接100或200臺發(fā)電機(jī)就足以形成數(shù)百伏的電流,這是非常危險的。
與單個電瓶相比,兩個或多個電板的串聯(lián)可在輸出端提供更大的標(biāo)稱電流,同時保持相同的容量。須要提醒的是嗎,在整個聯(lián)接過程中保持正確的極性至關(guān)重要。
另一方面,并聯(lián)是通過聯(lián)接許多發(fā)電機(jī)的所有負(fù)極和所有正極來實現(xiàn)的。并聯(lián)兩個或更多類似的電瓶可提升容量,同時保持相同的標(biāo)稱電流。發(fā)電機(jī)具有相同的電流很重要;否則,可能會出現(xiàn)問題。
圖3:串聯(lián)和并聯(lián)電瓶的電流
串聯(lián)和并聯(lián)聯(lián)接燈
不僅電瓶之外,還可以串聯(lián)和并聯(lián)聯(lián)接燈(和LED晶閘管)(參見圖4中的示例)。
在圖的A部份串聯(lián)和并聯(lián)連接實踐,有14個燈泡,全部串聯(lián)。假如只有其中一個弄壞了,其他的就會熄滅串聯(lián)和并聯(lián)連接實踐,由于電壓已然找不到路了。
在圖的B部份中,七個燈泡并聯(lián)聯(lián)接。它們中的每一個都是獨立于其他的,其中一個的受損不會造成所有其他的燈關(guān)掉。
最后,圖表的C部份顯示了燈的混和聯(lián)接。在實踐中,電壓的流動如同許多車輛在自由公路上追隨和行駛一樣。
圖4:串聯(lián)、并聯(lián)和混和聯(lián)接的燈。
串聯(lián)和并聯(lián)聯(lián)接內(nèi)阻
內(nèi)阻器可以串聯(lián)和并聯(lián)(參見圖5中的示例)。依照電路的用途,必須進(jìn)行兩種聯(lián)接中的一種。
讓我們從串聯(lián)和并聯(lián)阻值的定義開始。
當(dāng)一個的輸出端聯(lián)接到另一個的輸入端時,兩個或多個阻值串聯(lián)。換句話說,這種組件是按次序聯(lián)接的,而且會通過相同的電壓和相同的電子流,如同電板和燈泡一樣。相反,當(dāng)輸入端和輸出端聯(lián)接時,兩個或多個阻值器并聯(lián)聯(lián)接。
并聯(lián)的阻值不是依次坐落同一根導(dǎo)線上,而是聯(lián)接在多根導(dǎo)線上。為此,電壓不一樣,由于電壓可以通過第一阻值或其他內(nèi)阻。通常來說,
通過串聯(lián)兩個或多個內(nèi)阻,得到單個等效內(nèi)阻的值。它由單個內(nèi)阻的總和給出,因而等效內(nèi)阻將小于單個內(nèi)阻。在串聯(lián)內(nèi)阻器中,每位內(nèi)阻器的電壓量相同。諸如,串聯(lián)三個內(nèi)阻值為220Ω、330Ω和470Ω的內(nèi)阻如同您使用一個值為1,020Ω的內(nèi)阻。
通過并聯(lián)兩個或多個內(nèi)阻,得到單個內(nèi)阻的值,該值大于所有其他內(nèi)阻。諸如,將三個內(nèi)阻值分別為220Ω、330Ω和470Ω的內(nèi)阻并聯(lián),就好象您在使用一個值為103,056Ω的內(nèi)阻器。
換句話說,串聯(lián)內(nèi)阻會提升歐姆值并通過更少的電壓。相反,內(nèi)阻器之間的并聯(lián)會增加歐姆值并容許更多電壓通過。
圖5:串聯(lián)和并聯(lián)的內(nèi)阻器
推論
各類組件之間都須要聯(lián)接以實現(xiàn)電路的不同用途。電瓶的串聯(lián)和并聯(lián)聯(lián)接使我們能否從發(fā)電機(jī)獲得高電流或更長的自主權(quán)。串聯(lián)和并聯(lián)燈泡的聯(lián)接容許一個人獲得分布在幾個臥室的照明。最后,串聯(lián)和并聯(lián)內(nèi)阻器的聯(lián)接使我們才能獲得市場上不存在的內(nèi)阻器值,或則制造才能承受更大功率的更結(jié)實的內(nèi)阻器。