Šiame palyginime nagrinėjami esminiai skirtumai tarp nuosekliųjų ir lygiagrečių elektros konfigūracijų, išsamiai aprašant, kaip kiekvienoje iš jų elgiasi srovė, įtampa ir varža. Šių išdėstymų supratimas yra būtinas norint suprasti pagrindinę elektroniką, namų laidų saugą ir šiuolaikinių vartotojų prietaisų bei pramoninių elektros sistemų funkcinį dizainą.
Akcentai
Nuosekliosios grandinės turi tik vieną kelią, todėl bet koks nutrūkimas sustabdo visą sistemą.
Lygiagrečios grandinės palaiko tą pačią įtampą visose šakose, nepriklausomai nuo komponentų skaičiaus.
Bendras pasipriešinimas didėja nuosekliai, bet mažėja lygiagrečiai, pridedant daugiau elementų.
Buitiniai prietaisai naudoja lygiagretų laidų jungimą, kad juos būtų galima valdyti nepriklausomai vienas nuo kito.
Kas yra Serijinė grandinė?
Nuolatinė kilpa, kurioje komponentai yra sujungti galais, suteikiant tik vieną kelią elektros energijai tekėti.
Keliai: viena, ištisinė kilpa
Srovė: identiška kiekviename grandinės taške
Įtampa: paskirstyta visiems prijungtiems komponentams
Gedimo poveikis: vienas sugedęs komponentas sustabdo visą srautą
Bendras pasipriešinimas: visų individualių pasipriešinimų suma
Kas yra Lygiagretusis grandinės?
Šakotas tinklas, kuriame komponentai yra sujungti per tuos pačius du mazgus, sukurdami kelis nepriklausomus kelius.
Bendras pasipriešinimas: mažėja pridedant daugiau šakų
Palyginimo lentelė
Funkcija
Serijinė grandinė
Lygiagretusis grandinės
Kelių skaičius
Vienas kelias
Keli keliai
Srovė (I)
Visur tas pats
Skyrimai tarp šakų
Įtampa (V)
Bendrinama tarp komponentų
Tas pats kiekvienoje šakoje
Bendras pasipriešinimas
Didėja su didesniais kroviniais
Mažėja su didesniu apkrovimu
Komponento gedimas
Visos grandinės pertraukos
Kiti filialai išlieka aktyvūs
Ryškumas / Galia
Pritemsta pridėjus daugiau lempučių
Išlieka pastovus kiekvienai lemputei
Tipinis taikymas
Paprasti žibintuvėliai, seni šventiniai žibintai
Namų instaliacija, elektronika, elektros tinklai
Išsamus palyginimas
Elektros srovės srautas
Nuosekliojoje schemoje elektronai turi judėti per kiekvieną komponentą paeiliui, o tai reiškia, kad srauto greitis visoje kilpoje išlieka pastovus. Ir atvirkščiai, lygiagrečioji schema leidžia bendrą srovę paskirstyti tarp skirtingų šakų pagal jų individualią varžą. Nors šakų srovių suma lygi bendrai tiekiamai srovei, kiekvienas kelias veikia nepriklausomai nuo kitų.
Įtampos pasiskirstymas
Bendra nuosekliajai grandinei tiekiama įtampa paskirstoma prijungtoms apkrovoms, o didesnės varžos komponentai sunaudoja didesnę potencialo dalį. Lygiagrečios grandinės elgiasi skirtingai, užtikrindamos, kad kiekvienai atskirai šakai būtų taikoma visa šaltinio įtampa. Ši charakteristika leidžia lygiagrečios sistemos prietaisams veikti numatyta įtampa, nepriklausomai nuo to, kiek jų yra įjungta.
Atsparumo skaičiavimai
Pridėjus daugiau komponentų prie nuosekliosios grandinės, padidėja bendra srovės tekėjimo varža, todėl elektrai sunkiau judėti kilpa. Lygiagrečiojoje grandinėje pridėjus daugiau šakų, bendra varža sumažėja, nes atsiranda daugiau kanalų srovei. Matematiškai bendra lygiagrečios grandinės varža visada yra mažesnė nei mažiausios atskiros šakos varža.
Patikimumas ir gedimų toleravimas
Pagrindinis nuosekliojo jungimo trūkumas yra tas, kad vienas linijos nutrūkimas, pavyzdžiui, perdegusi lemputė, veikia kaip nutrūkęs jungiklis, kuris nutraukia elektros tiekimą viskam. Lygiagrečios grandinės išsprendžia šią problemą izoliuodamos kiekvieną komponentą; jei vienas įrenginys sugenda arba išsijungia, likę keliai lieka uždaryti ir veikiantys. Dėl šio nepriklausomumo šiuolaikiniai buitiniai lizdai ir šviestuvai yra jungiami lygiagrečiai.
Privalumai ir trūkumai
Serijinė grandinė
Privalumai
+Paprastas dizainas
+Reikia mažiau laidų
+Maža karščio rizika
+Lengvas srovės valdymas
Pasirinkta
−Vieno taško gedimas
−Įtampa žymiai sumažėja
−Pritemdytos šviesos
−Didesnis bendras pasipriešinimas
Lygiagretusis grandinės
Privalumai
+Nepriklausomas komponentų veikimas
+Nuolatiniai įtampos lygiai
+Lengvai išplečiama
+Mažesnis bendras pasipriešinimas
Pasirinkta
−Sudėtingas laidų išdėstymas
−Didesnė gaisro rizika
−Trumpojo jungimo pavojus
−Brangus įdiegti
Dažni klaidingi įsitikinimai
Mitas
Lygiagrečioje grandinėje elektra teka greičiau, nes yra daugiau kelių.
Realybė
Elektronų dreifo greitis nėra lemiamas veiksnys; veikiau bendra srovė padidėja dėl mažesnės ekvivalentinės varžos. Pridėjus kelių, elektra nejuda greičiau, o tiesiog leidžia vienu metu tekėti didesniam krūviui.
Mitas
Visos prietaiso baterijos visada yra sujungtos nuosekliai.
Realybė
Nors daugelis įrenginių naudoja nuoseklųjį jungimą įtampai padidinti, kai kurie naudoja lygiagretųjį jungimą, kad padidintų talpą arba veikimo laiką nedidindami įtampos. Didelio našumo akumuliatorių blokuose dažnai naudojamas abiejų derinys, vadinamas nuosekliuoju-lygiagrečiuoju jungimu.
Mitas
Lygiagrečios grandinės visada yra saugesnės nei nuoseklios.
Realybė
Iš tiesų, lygiagrečios grandinės gali būti pavojingesnės, nes pridėjus daugiau apkrovų, padidėja bendra iš šaltinio sunaudojama srovė. Jei prie lygiagrečios grandinės prijungta per daug įrenginių, laidai gali perkaisti, todėl naudojame jungiklius ir saugiklius.
Mitas
Jei prijungsite lemputę prie nuosekliosios grandinės, jos visos taps ryškesnės.
Realybė
Priešingai yra tiesa: jungiant lemputes nuosekliai, bendra varža didėja, o bendra įtampa vienai lemputei mažėja. Dėl to kiekviena lemputė grandinėje tampa žymiai pritemdyta, nei jei būtų tik viena.
Dažnai užduodami klausimai
Kodėl namai jungiami lygiagrečiai, o ne nuosekliai?
Namų elektros instaliacija naudoja lygiagrečias grandines, kad kiekvienas lizdas ir šviestuvas gautų standartinį 120 V arba 240 V maitinimą atskirai. Jei jūsų namuose būtų nuosekliai sujungta elektros instaliacija, reikėtų įjungti kiekvieną šviestuvą ir prietaisą, kad bent vienas iš jų veiktų. Be to, perdegus vienai lemputei, visi namai prarastų elektros tiekimą, kol ta konkreti lemputė nebūtų pakeista.
Kas nutinka bendrajai varžai, kai nuosekliai prijungiate rezistorių?
Kai nuosekliojoje grandinėje prijungiate rezistorių, bendra varža didėja tiesiškai. Taip yra todėl, kad srovė turi praeiti per daugiau kliūčių vienoje linijoje, todėl varžos kelias pailgėja. Bendra varža yra tiesiog visų atskirų rezistorių verčių kilpoje suma.
Ar lygiagrečioje grandinėje įtampa išlieka ta pati?
Taip, įtampa kiekvienoje lygiagrečios grandinės šakoje yra lygi šaltinio įtampai. Kadangi kiekviena šaka yra tiesiogiai prijungta prie maitinimo šaltinio teigiamo ir neigiamo gnybtų, visos jos patiria tą patį elektros slėgį. Tai leidžia 12 V lemputei ir 12 V ventiliatoriui puikiai veikti toje pačioje lygiagrečioje grandinėje.
Kurio tipo grandinėje naudojama daugiau laidų?
Lygiagrečioms grandinėms paprastai reikia daugiau fizinių laidų, nes kiekvienam komponentui reikia atskiro kelio atgal į maitinimo šaltinio mazgus. Nuosekliosios grandinės yra ekonomiškesnės laidų naudojimo atžvilgiu, nes jos tiesiog šokinėja nuo vieno komponento prie kito viena kilpa. Šis papildomas laidų sujungimas lygiagrečiose sistemose padidina didelio masto elektros instaliacijų sudėtingumą ir kainą.
Kaip apskaičiuoti bendrą varžą lygiagrečioje grandinėje?
Bendra varža lygiagrečiojoje grandinėje apskaičiuojama pagal abipusę formulę: 1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3... ir taip toliau. Tai reiškia, kad atvirkštinė bendrosios varžos vertė yra lygiavertė atskirų varžų atvirkštinių verčių sumai. Šis matematinis ryšys užtikrina, kad bendra varža visada yra mažesnė už mažiausios vertės rezistorių lygiagrečiame tinkle.
Ar grandinė gali būti ir nuosekli, ir lygiagreti?
Taip, tai žinomos kaip kombinuotos arba nuosekliai-lygiagrečiai sujungtos grandinės, ir jos randamos beveik visoje sudėtingoje elektronikoje. Šiose sistemose kai kurie komponentai yra sujungti grandinėmis (nuosekliai), kurios vėliau sujungiamos su kitais komponentais arba grandinėmis šakomis (lygiagrečiai). Tai leidžia inžinieriams tiksliai valdyti tiek įtampos kritimus, tiek srovės paskirstymą viename įrenginyje.
Kodėl senos kalėdinės lemputės užgęsta, kai viena iš jų perdega?
Senesnėse šventinėse lemputėse paprastai būdavo jungiama nuosekliai, o tai reiškė, kad elektra per kiekvieną lemputę teturėdavo vieną kelią. Kai vienos lemputės kaitinimo siūlelis nutrūkdavo, susidarydavo „atvira grandinė“, iš esmės veikianti kaip nutrūkęs laidas. Šiuolaikinėse lemputėse dažnai naudojamas lygiagretus laidas arba lemputės su vidiniais šuntais, kad vienas gedimas neužtemdytų viso ekrano.
Koks yra srovės ir varžos santykis šiose grandinėse?
Pagal Omo dėsnį, srovė yra atvirkščiai proporcinga varžai. Nuosekliojoje grandinėje, didinant varžą, bendra visos grandinės srovė mažėja. Lygiagrečiojoje grandinėje pridėjus rezistorių, sukuriamas naujas kelias, kuris iš tikrųjų padidina bendrą iš akumuliatoriaus imamą srovę, nes sumažėja bendra sistemos varža.
Nuosprendis
Paprastiems, mažai energijos naudojantiems įrenginiams, kuriems reikalingas bendras valdymas, pavyzdžiui, paprastam baterijomis maitinamam žaislui, rinkitės nuosekliąją grandinę. Beveik visai praktinei infrastruktūrai ir plataus vartojimo elektronikai rinkitės lygiagrečiąją grandinę, kad užtikrintumėte pastovią įtampą ir nepriklausomą įrenginių veikimą.