Weerstandsschakelingen Beheersen: Expert Gids voor Series, Parallel en Hybride Verbindingen

Over Weerstandsschakelingen: Weerstanden zijn een van de meest cruciale elektronische componenten van een elektronisch apparaat. Ze zijn passieve componenten die stroombegrenzing bieden, een specifieke spanningsval leveren en fungeren als elektrische belasting voor schakelingen.

Je kunt een configuratie van weerstanden op verschillende manieren maken om deze doelen te bereiken. Er zijn drie primaire typen: weerstanden in serieverbinding, weerstanden in parallelverbinding, en combinaties van weerstanden in serie- en parallelverbinding.

Dit artikel behandelt alle drie typen met diagrammen die laten zien hoe ze werken! Laten we beginnen!

1. Weerstanden in serieverbinding

Weerstanden in serieverbindingen hebben twee of meer weerstanden die eind-aan-eind verbonden zijn met dezelfde spanning over alledrie.

Hoe Je Weerstanden in Serie Verbindt

Verbind de uiteinden van elke weerstand met een stroomuitgangsbron, aannemend dat draden verwaarloosbare weerstand hebben. De weerstanden zitten in serie, dus als de ene weerstand R1 is, heeft de andere weerstand R2. De totale weerstand is de som van de individuele weerstandswaarden; in dit geval gebruiken we de wet van Ohm voor berekening.

De Wet van Ohm in Serie-weerstandsschakelingen

De wet van Ohm stelt dat stroom recht evenredig is met de spanning over twee punten van een geleider. In ons geval: weerstanden.

In het onderstaande diagram hebben we een eenvoudige schakeling met een serieverbinding van weerstanden. De eerste weerstand heeft een weerstandswaarde van R1, en de tweede weerstand heeft R2.

Volgens de wet van Ohm: V = I * R

V = I * R_t

Waar R_t onze effectieve weerstand is van weerstanden die in de schakeling verbonden zijn. De bronspanning (V) over de weerstandsschakeling is dezelfde als de spanning. Bovendien hebben de weerstanden in serie dezelfde potentiaalval. We kunnen de wet van Ohm ook gebruiken om deze waarde te vinden.

Stroom en Vermogen in Serie-schakelingen

          (Serie-weerstandsschakeling)

In een serie-weerstandsschakeling is de totale stroom (I) hetzelfde tussen alle weerstanden. Dat wil zeggen, de stroom die door weerstand_1 loopt is dezelfde stroom die door weerstand_2 zal vloeien. Ook is de stroomuitgang gelijk aan die geleverd door de batterij. Belangrijk: als je meer weerstanden aan de schakeling toevoegt, daalt de huidige waarde over de loop. Het is omdat weerstanden de stroomhoeveelheid gelijkelijk delen ondanks hun verschil in weerstanden.

Dus, stroom; I_t = I_1 = I_2.

Op dezelfde manier, Stroom, I = V/Rt

Met andere woorden, toegepaste batterijspanning (V), gedeeld door effectieve weerstand (Rt).

Vermogen wordt gegeven door formule: P = V * I

In een serie-schakeling is de toegepaste potentiaalverschil de totale som van individuele spanningen over elke weerstand.

Daarom, bij het berekenen van elektrisch vermogen: P = V_totaal * I_totaal

Effectieve Weerstand in Een Serie-schakeling

De equivalente weerstand is de hoeveelheid weerstand die een enkele weerstand nodig zou hebben om het algehele effect van de verzameling weerstanden in de loop te evenaren.

In een eenvoudige serie-schakeling is de totale weerstand gelijk aan de som van de individuele weerstandswaarden. Om te verduidelijken: tel de weerstandswaarden op. Maar de weerstanden hebben ook dezelfde potentiaalval. Bijvoorbeeld, in de bovenstaande schakeling is de effectieve weerstandsvergelijking gegeven als:

R_totaal = R1 + R2 + R3

R_t = 5Ω + 10Ω + 5Ω = 20Ω

Voorbeeldtoepassing

LED-stroombegrenzing

(LED-stroombegrenzing Schakelingsschema)

LEDs hebben verschillende stroomwaarderingen; daarom heeft elk stroom nodig die gelijk is aan of lager dan de waardering. Anders worden ze beschadigd of vernietigd als er te veel stroom door de schakeling vloeit. Het is gevaarlijk en kan leiden tot componentschade of erger: een brand! Daarom is het het beste om een serie-weerstandsverbinding te gebruiken om je elektrische schakelingen te beschermen. De serie-weerstand beperkt de maximale spanningsval over de LED, wat hem draaiend houdt binnen veilige bedrijfsomstandigheden!

Weerstanden in Parallelverbinding

Bij weerstanden in parallelverbinding wordt één uiteinde van alle weerstanden verbonden via een gemeenschappelijke draad. Op dezelfde manier verbinden alle andere uiteinden via een gemeenschappelijke draad.

Hoe Je Weerstanden in Parallel Verbindt

(Diagram van weerstanden in parallel verbonden)

In het bovenstaande voorbeeld hebben we een eenvoudige schakeling met een parallelverbinding van weerstanden. Het verbinden van weerstanden in parallel is anders omdat de uiteinden van elke weerstand niet met een stroomverbonden zijn, en in plaats daarvan delen ze één punt als hun gemeenschappelijke verbinding. Neem ook aan dat draden verwaarloosbare weerstand hebben.

Weerstandsschakelingen – De Wet van Ohm in Parallel-weerstandsschakeling

We gebruiken de wet van Ohm om de individuele stroom te vinden die door elke weerstand in parallel vloeit. Dit is omdat de potentiaalval gelijk is over elke weerstand. In een geval waar de uitgangsspanning constant is over elke weerstand, is stroom I = V/R.

Weerstandsschakelingen – Stroom en Vermogen in Parallel-schakelingen

Voor weerstanden in een parallel-configuratieschakeling is de spanningsval over parallelle takken hetzelfde. Ook is de stroom die door de hele schakeling vloeit hetzelfde als de som van de individuele stromen die door elke weerstand vloeien. Echter, als je meer weerstanden aan de schakeling toevoegt, neemt de algehele weerstand van de schakeling af.

(Stroomsplitsing in parallelverbinding)

Omdat de totale gedeelde stroom verdeeld wordt over elke weerstand.

Dus, pas de stroomvergelijking toe: I_t = I_1 + I_2

Dat wil zeggen, de totale stroom die in de schakeling vloeit is gelijk aan de opgetelde gesplitste stromen die door de weerstanden vloeien.

Het totale vermogen dat door de weerstanden gedissipeerd wordt, wordt gevonden met P = VI. Waar I de totale stroom in ampères is en V de spanning over elke weerstand in parallel. Weerstanden met de grootste weerstand ontvangen de laagste stroom, terwijl weerstanden met de kleinste individuele weerstand de grootste stroom krijgen.

Daarom: P = VI

P = (I_1 + I_2) * V

Dus voor elke weerstand: Weerstand R_1 I1 = V1/R1. Weerstand R_2 I2 = V2/R2

Effectieve Weerstand in Een Parallel-schakeling

Het onderstaande diagram helpt om uit te leggen hoe je effectieve weerstand in een parallel-schakeling vindt.

(Schematisch diagram dat effectieve weerstand uitlegt)

Om equivalente weerstand te berekenen, moeten we de knooppuntregel begrijpen volgens de luswet van Kirchhoff. De totale weerstand in een parallel-configuratieschakeling is de inverse van de som van alle inverse weerstanden. Dat wil zeggen: als je twee weerstanden in een parallelverbinding hebt, wordt de praktische weerstandsberekening:

Schakelingvergelijkingen zijn als volgt:

Omdat stroom zich op een knooppunt splitst, volgens lusregel, dan I = I1 + I2

En, aangezien V = I1R1 en I1R1 = I2R2

Dan, Stroom, I = I_1 + I_2

= V1/R1 + V2/R2

Maar V is hetzelfde = V/R1 + V/R2

= V[ 1/R1 + 1/R2] = V/Req

1/Req = 1/R1 + 1/R2

Ook, Eq Weerstand Req = [1/R1 + 1/R2]⁻¹

Combinatie van Weerstanden in Serie- en Parallelverbinding

In een combinatie van weerstanden zitten sommige weerstanden in een serieconfiguratie terwijl anderen in parallelstructuren zitten.

Belangrijkst, dit zijn complexere schakelingen om te begrijpen. Het centrale concept van het vinden van weerstand in combinatieschakelingen is het transformeren van de hele loop in een serieverbindingsschakeling. Dit wordt snel gedaan door equivalente weerstandsbegrip in een parallelschakeling toe te passen op de hele gecombineerde schakeling.

Weerstandsschakelingen – Hoe Je Weerstanden in Serie en Parallel Combineert

(Weerstandscombinatieschakeling)

Weerstanden in serie en parallel combineren is redelijk simpel. Eerst hoef je alleen R2 & R3 in parallel te verbinden. Verbind dan de uiteinden van elke weerstand om een knooppunt te creëren. Voeg nu nog een weerstand, R1, toe aan het verbindende knooppunt, zoals in het bovenstaande diagram. Ten slotte verbind je de draadeinden met een stroomverbonden bron. De totale weerstand is de som van elke weerstandswaarde; in dit geval gebruiken we de wet van Ohm voor berekeningen.

Weerstandsschakelingen – Stroom en Vermogen in de Combinatie van Serie- en Parallel-weerstandsschakelingen

De totale stroom is de som van alle individuele stromen, en zo is het vermogen. Als verschillende weerstanden in parallel zitten, zullen ze een gemeenschappelijke uitgangsspanningsbron delen. Belangrijk: dit is aannemend dat het verwaarloosbare interne weerstand heeft. Het betekent ook dat de spanning over elke weerstand minder zal zijn dan als het in serie was.

(Weerstanden in serie en parallel)

Als je combinaties van weerstanden in zowel serie als parallel hebt, zul je een verscheidenheid aan spanning- en stroomdelingen moeten gebruiken. Onthoud, ze zijn complexe verbindingen om te begrijpen.

Gebruik de gecombineerde vorm van de wet van Ohm om de totale uitgangsstroom te vinden, waar I = V/R_totaal.

Dit betekent dat de verbonden weerstanden de stroom onder zich verdelen.

Het totale vermogen is hetzelfde als in serie, maar elke weerstand dissipeert minder stroom en spanning.

P = VI = (Vbron/R_totaal) * I

Weerstandsschakelingen – Effectieve Weerstand in Serie- en Parallel-schakelingen

(Combinatie van serie- en parallel-weerstandsschakeling)

De equivalente weerstand van een combinatie van weerstanden hangt af van hun waarden en hoe verbindingen gemaakt worden. Daarom wordt de totale weerstand in diverse serie- en parallel-weerstandsschakelingen gevonden met de wet van Ohm.

Eerst, R_totaal = Req(Serie) + Req(Parallel)

Dan, Req parallel = Req₂₃ = (1/R2 + 1/R3)⁻¹

= (1/10Ω + 1/10Ω)⁻¹ = 5Ω

Vervolgens zitten weerstanden 2 en 3, die in parallel zitten, nu in serie met R1.

Dus, R-totaal = Req(serie) + Req(Parallel)

Rt = 5 Ω + 5Ω = 10Ω.

Het combineren van weerstanden in serie en parallel helpt stromen te controleren terwijl potentiële val over een elektrische belasting wordt beperkt.

Weerstandsschakelingen – Voorbeeldtoepassing

(Koelkast-schakelingsschema)

In koelkastschakelingen is een combinatie van weerstandsschakelingen aanwezig. In het bovenstaande diagram dimt de lamp wanneer de koelkastdeur open gaat. Dit is omdat de motor van de koelkast grote stroomhoeveelheden trekt. Als resultaat ontvangt de lamp lage stroom en donkert in als R1 in de schakeling enorme spanningsvallen ervaart. Weerstandscombinaties helpen de maximale hoeveelheid stroom die door de schakeling passeert te beperken. Tegelijkertijd bieden ze specifieke potentiële reducties over elektrische belasting.

Samenvatting

Concluderend: we hebben de drie meest voorkomende typen weerstandsschakelingen behandeld. We hopen dat je nu een beter begrip hebt van de verschillende verbindingstypen en hoe ze werken.

Nu kun je je eigen weerstandsschakelingen ontwerpen! Heb je nog vragen over hoe je dit doet? Neem dan contact met ons op.