直流串聯(lián)電路
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-08-21 17:52:37 | 976 次閱讀
直流串聯(lián)電路或“串聯(lián)電路”是將電阻器、電容器和電感器等單個電路元件端對端連接在一起以提供一條電流路徑。直流串聯(lián)電路通常定義為具有一條單獨(dú)的閉合環(huán)路或路徑供電流流動。
因此,在串聯(lián)電路中,由于沒有電流可以流出或流入的連接點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)或路徑,我們可以正確地說,串聯(lián)電路任何部分的電流 ( I ) 的大小與任何其他部分的電流大小完全相同。也就是說,直流串聯(lián)電路的所有部分都具有相同的電流值。
電路由許多不同類型的元件和設(shè)備組成,串聯(lián)電路也是如此。它們不僅限于電阻器(R),還包括可以串聯(lián)在一起的任何其他電子元件。例如,電感器(L)和電容器(C)以及R、L和C的各種組合。
然后我們可以說串聯(lián)電路由電壓或電流源、導(dǎo)體(電線)和各種組件(電阻器、電容器、電感器等)組成,它們以這樣一種方式相互連接,以允許電流繞著一個回路或路徑流動,串聯(lián)元件的組合通常稱為“串聯(lián)串”。 電壓源(例如電池)會在電路周圍產(chǎn)生電位差,從而迫使電流流動??紤]以下直流串聯(lián)電路。
直流串聯(lián)電路在上面的簡單串聯(lián)電路中,12 伏電池源看到的總電阻或等效電阻R T等于所有單個電阻器值的總和。因此:
R T = R 1 + R 2 + R 3 = 10Ω + 20Ω + 30Ω = 60Ω
為方便起見,我們在簡單示例中使用了電阻,因?yàn)檫@是直流電路。但同樣的規(guī)則也適用于交流 (AC) 電路,其中總阻抗位于串聯(lián)串周圍。
還要注意,串聯(lián)電路的等效電阻或總電阻R T始終大于電路中任何電阻的最大值。因此,如果有“ n ”個電阻或阻抗串聯(lián)(其中n可以是任意值),則:
R T = R 1 + R 2 + R 3 + ... + R n
如前所述,由于電流僅流過一條閉環(huán)路徑,因此電池源 ( V S ) 向電路提供的總電流 ( I T ) 將與流過每個電阻的電流值相同。
然后利用歐姆定律,流過串聯(lián)電路的電流計(jì)算如下:
串聯(lián)電路中的電流
串聯(lián)電路中的電流
歐姆定律還指出,任何電壓的值都可以通過將電流乘以電阻來表示,V = I x R。然后,通過使用電流值,我們可以找到電路中任何元件之間的電位差,從而找到任何串聯(lián)電阻器之間的電壓降。因此:
V S = I T x R T、V R1 = I T x R 1、V R2 = I T x R 2以及 V R3 = I T x R 3 等。
利用歐姆定律,上述串聯(lián)電路中每個電阻兩端的電壓降可以計(jì)算如下:
電阻R 1兩端的電壓降等于:I T x R 1 = 0.2 x 10 = 2 伏
電阻R 2兩端的電壓降等于:IT x R 2 = 0.2 x 20 = 4 伏
電阻R 3兩端的電壓降等于:I T x R 3 = 0.2 x 30 = 6 伏
因此,電壓V 1、V 2和V 3的總和等于施加的總電池源電壓V S。即:
V S = V AB = V R1 + V R2 + V R3 = 2v + 4v + 6v = 12 伏
因此,在串聯(lián)電路中,電壓源的值等于串聯(lián)回路周圍電壓降(元件兩端出現(xiàn)的電位差)的總和。
請注意,此處的“和”一詞與電壓的線性相加有關(guān),因?yàn)槲覀兊拇?lián)電路示例由恒定直流電壓供電。當(dāng)處理由交流電壓供電的阻抗時,各個電壓降的總和將是矢量和加法。
使用分壓
然后我們可以看到,當(dāng)電源電壓施加到電阻的串聯(lián)組合時,一小部分電壓會出現(xiàn)在每個電阻上,而電路周圍的電壓分布取決于各個電路元件的電阻值。
因此,電路可以由電壓源兩端的任意數(shù)量的串聯(lián)電阻元件組成,每個電壓降都來自每個元件之間的連接。
串聯(lián)電路中每個給定電阻上的電壓降比例值是該特定電阻與總串聯(lián)電阻的比率。這被稱為分壓規(guī)則或分壓器規(guī)則,是串聯(lián)電路的主要特征。 對于任意數(shù)量的串聯(lián)電阻元件,總電阻值為R T ,由串聯(lián)組合兩端的源電壓V S供電。任何一個電阻元件( R X ) 兩端的電壓降 ( R X ) 定義為:

串聯(lián)電路中的分壓
分壓規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)是,我們僅使用電源電壓和總串聯(lián)電阻就可以找到每個電阻元件上的比例電壓降,而無需知道環(huán)路電流I的值。因此,它使我們能夠快速計(jì)算電路中任何電阻器 ( R n )兩端的電壓?! ∫虼?,讓我們使用分壓規(guī)則來確定上述串聯(lián)電路中三個電阻器兩端的電壓降。

然后我們可以看到: V R1 = 2v、V R2 = 4v 和 V R3 = 6v的值與之前使用歐姆定律和流經(jīng)環(huán)路的電流值計(jì)算的值相同。
請注意,雖然我們已將分壓規(guī)則用于三個串聯(lián)電阻,但只要電阻串聯(lián)在一起,該規(guī)則也可用于任意數(shù)量的電阻。此外,對于分壓規(guī)則,使用的電壓V S不必是電池源電壓,它可以是特定串聯(lián)組合的總電壓。
最后要注意的一點(diǎn)是,這些電壓下降和電壓源(或上升)也可以用基爾霍夫電壓定律(KVL)來概括。
基爾霍夫電壓定律(KVL)
基爾霍夫電壓定律指出,閉合電路環(huán)路周圍所有電壓的代數(shù)和必須等于零 (0)。也就是說,所有電壓降的總和等于串聯(lián)電路環(huán)路中所有電壓源的總和。
然而,在使用基爾霍夫電壓定律時,我們必須考慮電壓降和電壓源的符號,因?yàn)殡妷涸匆部梢允秦?fù)電壓降,而電壓降可以被視為負(fù)電壓源。
我們現(xiàn)在知道電阻兩端的壓降之和V R1 + V R2 + V R3等于電池電壓源。然后我們可以證明基爾霍夫電壓定律適用于上述簡單的串聯(lián)電路,因?yàn)椋?br> V S - (V R1 + V R2 + V R3 ) = 12 - (2 + 4 + 6) = 0
即電源電壓減去電壓降之和等于零。因此,電路周圍的電壓分布符合基爾霍夫電壓定律
串聯(lián)電路示例 No2
將 5 個電阻串聯(lián)在一起,電阻阻值分別為 5Ω、12Ω、20Ω、15Ω 和 8Ω,并將串聯(lián)組合跨接在 24 伏直流電池電壓源上。使用分壓規(guī)則計(jì)算流經(jīng)電路的環(huán)路電流I S以及每個電阻上的電壓降。 串聯(lián)電路示例

1. 找到總串聯(lián)電阻R T
R T = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + R 5 = 5Ω + 12Ω + 20Ω + 15Ω + 8Ω = 60Ω
2. 找到環(huán)路電流I S
環(huán)路電流
3. 找到各個電壓降
串聯(lián)電壓降
如果愿意的話,我們可以使用歐姆定律和環(huán)路電流值來找到各個電壓降,以此來仔細(xì)檢查我們的分壓計(jì)算,因?yàn)槲覀冎?,電阻器兩端的電壓降只是電流乘以電阻(I x R):
電阻R 1兩端的電壓降等于:I T x R 1 = 0.4 x 5 = 2.0 伏
電阻R 2兩端的電壓降等于:IT x R 2 = 0.4 x 12 = 4.8 伏
電阻R 3兩端的電壓降等于:I T x R 3 = 0.4 x 20 = 8.0 伏
電阻R 4兩端的電壓降等于:I T x R 4 = 0.4 x 15 = 6.0 伏
電阻R 5兩端的電壓降等于:I T x R 5 = 0.4 x 8 = 3.2 伏
因此:2V + 4.8V + 8V + 6V + 3.2V = 24 伏,這是正確的。
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