Параллельные и последовательные соединения: Что такое последовательное и параллельное чтение. Параллельное и последовательное соединение сопротивлений — Мир Антенн

Содержание

Что такое последовательное и параллельное чтение. Параллельное и последовательное соединение сопротивлений

Обычно все затрудняются ответить. А вот загадка эта в применении к электричеству решается вполне определенно.

Электричество начинается с закона Ома.

А уж если рассматривать дилемму в контексте параллельного или последовательного соединений — считая одно соединение курицей, а другое — яйцом, то сомнений вообще нет никаких.

Потому что закон Ома — это и есть самая первоначальная электрическая цепь. И она может быть только последовательной.

Да, придумали гальванический элемент и не знали, что с ним делать, поэтому сразу придумали еще лампочку. И вот что из этого получилось. Здесь напряжение в 1,5 В немедленно потекло в качестве тока, чтобы неукоснительно выполнять закон Ома, через лампочку к задней стенке того же элемента питания. А уж внутри самой батарейки под действием волшебницы-химии заряды снова оказались в первоначальной точке своего похода. И поэтому там, где напряжение было 1,5 вольта, оно таким и остается. То есть, напряжение постоянно одно, а заряды непрерывно движутся и последовательно проходят лампочку и гальванический элемент.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

В последовательной цепи, особенно на таком простом и несомненном примере, видно, что ток, который бежит по ней от начала до конца, — все время один и тот же. А если мы теперь возьмем две лампочки и сделаем так, чтобы ток пробегал сначала по одной, а потом по другой, то будет опять то же самое — ток будет и в той лампочке, и в другой снова одинаковым. Хотя другим по величине. Ток теперь испытывает сопротивление двух лампочек, но у каждой из них сопротивление как было, так и осталось, ведь оно определяется исключительно физическими свойствами самой лампочки.

Новый ток вычисляем опять по закону Ома.

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

В этом случае току приходится преодолевать уже два сопротивления, он становится меньше. Что и видно по свечению лампочек — они теперь горят вполнакала. А общее сопротивление цепочки из двух лампочек будет равно сумме их сопротивлений. Зная арифметику, можно в отдельном случае воспользоваться и действием умножения: если последовательно соединены N одинаковых лампочек, то общее их сопротивление будет равно N, умноженное на R, где R — сопротивление одной лампочки. Логика безупречная.

А мы продолжим наши опыты. Теперь сделаем нечто подобное, что мы провернули с лампочками, но только на левой стороне цепи: добавим еще один гальванический элемент, точно такой, как первый. Как видим, теперь у нас в два раза увеличилось общее напряжение, а ток стал снова 1,5 А, о чем и сигнализируют лампочки, загоревшись снова в полную силу.

Делаем вывод:

При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Легко проверить, что это утверждение справедливо как для активных компонентов (гальванических элементов), так и для пассивных (лампочек, резисторов).

То есть это значит, что напряжение, измеренное на одном резисторе (оно называется падением напряжения), можно смело суммировать с напряжением, измеренным на другом резисторе, и в сумме получатся те же 3 В. А на каждом из сопротивлений оно окажется равным половине — то есть 1,5 В. И это справедливо. Два гальванических элемента вырабатывают свои напряжения, а две лампочки их потребляют. Потому что в источнике напряжения энергия химических процессов превращается в электроэнергию, принявшую вид напряжения, а в лампочках та же самая энергия из электрической превращается в тепловую и световую.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Теперь напряжение в точках, соединяющих две ветки, то же, что и на гальваническом элементе — 1,5 В. Но так как сопротивление у обеих лампочек тоже такое, как и было, то и ток через каждую из них пойдет 1,5 А — ток «полного накала».

Гальванический элемент теперь питает их током одновременно, следовательно, из него вытекают сразу оба эти тока. То есть общий ток из источника напряжения будет равен 1,5 А + 1,5 А = 3,0 А.

В чем же отличие этой схемы от схемы, когда те же самые лампочки были включены последовательно? Только в накале лампочек, то есть только в токе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

Получается, если сравнить с первоначальной схемой, то при последовательном соединении лампочек (схема 2) току сопротивления оказывалось больше (отчего он уменьшался, и лампочки теряли светимость), а параллельное подключение оказывает МЕНЬШЕ сопротивления, хотя сопротивление лампочек осталось неизменным. В чем тут дело?

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Когда мы говорим, что резистор сопротивляется току, то как бы забываем, что он ток все-таки проводит. И теперь, когда подключили лампочки параллельно, увеличилось суммарное для них свойство проводить ток, а не сопротивляться ему. Ну и, соответственно, некую величину G , по аналогии с сопротивлением R и следовало бы назвать проводимостью. И должна она в параллельном соединении проводников суммироваться.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Инженерам часто приходится узнавать токи и напряжения во всех частях схем. А реальные электрические схемы бывают достаточно сложными и разветвленными и могут содержать множество элементов, активно потребляющих электроэнергию и соединенных друг с другом в совершенно разных сочетаниях. Это называется расчет электрических схем. Он делается при проектировании энергоснабжения домов, квартир, организаций. При этом очень важно, какие токи и напряжения будут действовать в электрической цепи, хотя бы для того, чтобы выбрать подходящие им сечения проводов, нагрузки на всю сеть или ее части, и так далее. А уж насколько сложны бывают электронные схемы, содержащие тысячи, а то и миллионы элементов, думаю, понятно всякому.

Самое первое что, напрашивается — это воспользоваться знанием того, как ведут себя токи напряжения в таких простейших соединениях сети, как последовательное и параллельное. Делают так: вместо найденного в сети последовательного соединения двух или более активных устройств-потребителей (как наши лампочки) нарисовать один, но чтобы его сопротивление было таким же, как у обоих. Тогда картина токов и напряжений в остальной части схемы не изменится. Аналогично и с параллельным соединением: вместо них нарисовать такой элемент, ПРОВОДИМОСТЬ которого была бы такой же, как у обоих.

Теперь если схему перерисовать, заменив последовательные и параллельные соединения одним элементом, то получим схему, которая называется «схемой эквивалентного замещения».

Такую процедуру можно продолжать до тех пор, пока у нас не останется наипростейшая — которой мы в самом начале иллюстрировали закон Ома. Только вместо лампочки будет стоять одно сопротивление, которое и называют эквивалентным сопротивлением нагрузки.

Это первая задача. Она дает нам возможность по закону Ома рассчитать общий ток во всей сети, или общий ток нагрузки.

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Надо пойти по пути поиска параллельных и последовательных участков сети, рассчитывать эквивалентные им сопротивления и постепенно упрощать схему. Видим, что R 3 , R 9 и R 6 соединены последовательно. Тогда им эквивалентное сопротивление R э 3, 6, 9 будет равно их сумме R э 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ом = 6 Ом.

Теперь заменяем параллельный кусочек из сопротивлений R 8 и R э 3, 6, 9, получая R э 8, 3, 6, 9 . Только при параллельном соединении проводников, складывать придется проводимости.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Совершенно так же, как в первом случае, объединяем сопротивления R 2 , R э 8, 3, 6, 9 и R 5, включенные последовательно, получая R э 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом.

Осталось два шага: получить сопротивление, эквивалентное двум резисторам параллельного соединения проводников R 7 и R э 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

На последнем шаге просуммируем все последовательно включенные сопротивления R 1 , R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 и R 4 и получим сопротивление, эквивалентное сопротивлению всей цепи R э и равное сумме этих трех сопротивлений

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Ну и вспомним, в честь кого назвали единицу сопротивлений, написанную нами в последней из этих формул, и вычислим по его закону общий ток во всей цепи I

Теперь, двигаясь в обратном направлении, в сторону все большего усложнения сети, можно получать по закону Ома токи и напряжения во всех цепочках нашей достаточно простой схемы.

Так обычно и рассчитывают схемы электроснабжения квартир, которые состоят из параллельных и последовательных участков. Что, как правило, не годится в электронике, потому что там многое по-другому устроено, и все гораздо замысловатее. И вот такую, например, схему, когда не поймешь, параллельное это соединение проводников или последовательное, рассчитывают по законам Кирхгофа.

В электротехнике и электронике очень широко используются резисторы. Применяются они в основном для регулирования в схемах тока и напряжения. Основные параметры: электрическое сопротивление (R) измеряется в Омах, мощность (Вт) , стабильность и точность их параметров в процессе эксплуатации. Можно вспомнить ещё множество его параметров, — ведь это обычное промышленное изделие.

Последовательное соединение

Последовательное соединение — это такое соединение, при котором каждый последующий резистор подключается к предыдущему, образуя неразрывную цепь без разветвлений. Ток I=I1=I2 в такой цепи будет одинаковым в каждой её точке. Напротив, напряжение U1, U2 в различных её точках будет разным, причём работа по переносу заряда через всю цепь, складывается из работ по переносу заряда в каждом из резисторов, U=U1+U2. Напряжение U по закону Ома равно току, умноженному на сопротивление, и предыдущее выражение можно записать так:

где R — общее сопротивление цепи. То есть по простому идет падение напряжения в точках соединения резисторов и чем больше подключенных элементов, тем больше происходит падение напряжения

Отсюда следует, что
, общее значение такого соединения определяется суммированием сопротивлений последовательно. Наши рассуждения справедливы для любого количества последовательно соединяемых участков цепи.

Параллельное соединение

Объединим начала нескольких резисторов (точка А). В другой точке (В) мы соединим все их концы. В результате получим участок цепи, который называется параллельным соединением и состоит из некоторого количества параллельных друг другу ветвей (в нашем случае – резисторов). При этом электрический ток между точками А и B распределится по каждой из этих ветвей.

Напряжения на всех резисторах будут одинаковы: U=U1=U2=U3, их концы — это точки А и В.

Заряды, прошедшие за единицу времени через каждый резистор, в сумме образуют заряд, прошедший через весь блок. Поэтому суммарный ток через изображенную на рисунке цепь I=I1+I2+I3.

Теперь, использовав закон Ома, последнее равенство преобразуется к такому виду:

U/R=U/R1+U/R2+U/R3.

Отсюда следует, что для эквивалентного сопротивления R справедливо:

1/R=1/R1+1/R2+1/R3

или после преобразования формулы мы можем получить другую запись, такого вида:
.

Чем большее количество резисторов (или других звеньев электрической цепи, обладающих некоторым сопротивлением) соединить по параллельной схеме, тем больше путей для протекания тока образуется, и тем меньше общее сопротивление цепи.

Следует отметить, что обратная сопротивлению величина называется проводимостью. Можно сказать, что при параллельном соединении участков цепи складываются проводимости этих участков, а при последовательном соединении – их сопротивления.

Примеры использования

Понятно, что при последовательном соединении, разрыв цепи в одном месте приводит к тому, что ток перестает идти по всей цепи. Например, ёлочная гирлянда перестаёт светить, если перегорит всего одна лампочка, это плохо.

Но последовательное соединение лампочек в гирлянде даёт возможность использовать большое количество маленьких лампочек, каждая из которых рассчитана на напряжение сети (220 В), делённое на количество лампочек.

Последовательное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и ЭДС

Зато при последовательном подключении предохранительного устройства его срабатывание (разрыв плавкой вставки) позволяет обесточить всю электрическую цепь, расположенную после него и обеспечить нужный уровень безопасности, и это хорошо. Выключатель в сеть питания электроприбора включается также последовательно.

Параллельное соединение также широко используется. Например, люстра – все лампочки соединены параллельно и находятся под одним и тем же напряжением. Если одна лампа перегорит, — не страшно, остальные не погаснут, они остаются под тем же самым напряжением.

Параллельное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и генератора

При необходимости увеличения способности схемы рассеивать тепловую мощность, выделяющуюся при протекании тока, широко используются и последовательное, и параллельное объединение резисторов. И для последовательного, и параллельного способов соединения некоторого количества резисторов одного номинала общая мощность равна произведению количества резисторов на мощность одного резистора.

Смешанное соединение резисторов

Также часто используется смешанное соединение. Если,например необходимо получить сопротивление определенного номинала, но его нет в наличии можно воспользоваться одним из выше описанных способов или воспользоваться смешанным соединением.

Отсюда, можно вывести формулу которая и даст нам необходимое значение:

Rобщ.=(R1*R2/R1+R2)+R3

В нашу эпоху развития электроники и различных технических устройств в основе всех сложностей лежать простые законы, которые поверхностно рассматриваются на данном сайте и думаю, что вам они помогут успешно применять в своей жизни. Если например взять ёлочную гирлянду, то соединения лампочек идет друг за другом, т.е. грубо говоря это отдельно-взятое сопротивление.

Не так давно гирлянды стали соединятся смешанным способом. Вообще, в совокупности все эти примеры с резисторами взяты условно, т.е. любым элементом сопротивления может быть ток проходящий через элемент с падением напряжения и выделением тепла.

Ток в электроцепи проходит по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В большинстве случаев в качестве проводника используются медные провода. В цепи может быть предусмотрено несколько элементов с разными сопротивлениями. В схеме приборов проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, также могут быть смешанные типы.

Элемент схемы с сопротивлением называется резистором, напряжение данного элемента является разницей потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется единым принципом функционирования, согласно которому ток протекает от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На электросхемах сопротивление проводки берется за 0, поскольку оно ничтожно низкое.

Параллельное соединение предполагает, что элементы цепы подсоединены к источнику параллельно и включаются одновременно. Последовательное соединение означает, что проводники сопротивления подключаются в строгой последовательности друг за другом.

При просчете используется метод идеализации, что существенно упрощает понимание. Фактически в электрических цепях потенциал постепенно снижается в процессе перемещения по проводке и элементам, которые входят в параллельное или последовательное соединение.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение проводников

В параллельной схеме проводники представляют собой набор резисторов, одни концы которых собираются в один узел, а другие – во второй узел. Предполагается, что напряжение в параллельном типе соединения одинаковое на всех участках цепи. Параллельные участки электроцепи носят название ветвей и проходят между двумя соединительными узлами, на них имеется одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма показателей, обратных сопротивлениям ветвей, является обратной и по отношению к сопротивлению отдельного участка цепи параллельной схемы.

При параллельном и последовательном соединениях отличается система расчета сопротивлений отдельных проводников. В случае параллельной схемы ток уходит по ветвям, что способствует повышению проводимости цепи и уменьшает совокупное сопротивление. При параллельном подключении нескольких резисторов с аналогичными значениями совокупное сопротивление такой электроцепи будет меньше одного резистора число раз, равное числу .

В каждой ветви предусмотрено по одному резистору, и электроток при достижении точки разветвления делится и расходится к каждому резистору, его итоговое значение равно сумме токов на всех сопротивлениях. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применяя закон Ома, становится понятным значение сопротивления – при параллельной схеме суммируются значения, обратные сопротивлениям на резисторах.

При данной схеме значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах не взаимосвязаны, поэтому при отключении одного из них это никоим образом не отразится на остальных. По этой причине такая схема используется во множестве устройств.

Рассматривая возможности применения параллельной схемы в быту, целесообразно отметить систему освещения квартиры. Все лампы и люстры должны быть соединены параллельно, в таком случае включение и отключение одного из них никак не влияет на работу остальных ламп. Таким образом, добавляя выключатель каждой лампочки в ветвь цепи, можно включать и отключать соответствующий светильник по необходимости. Все остальные лампы работают независимо.

Все электроприборы объединяются параллельно в электросеть с напряжением 220 В, затем они подключаются к . То есть все приборы подключаются независимо от подключения прочих устройств.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Для детального понимания на практике обоих типов соединений, приведем формулы, объясняющие законы данных типов соединений. Расчет мощности при параллельном и последовательном типе соединения отличается.

При последовательной схеме имеется одинаковая сила тока во всех проводниках:

Согласно закону Ома, данные типы соединений проводников в разных случаях объясняются иначе. Так, в случае последовательной схемы, напряжения равны друг другу:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Помимо этого, общее напряжение равно сумме напряжений отдельно взятых проводников:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.

Полное сопротивление электроцепи рассчитывается как сумма активных сопротивлений всех проводников, вне зависимости от их числа.

В случае параллельной схемы совокупное напряжение цепи аналогично напряжению отдельных элементов:

А совокупная сила электротока рассчитывается как сумма токов, которые имеются по всем проводникам, расположенным параллельно:

Чтобы обеспечить максимальную эффективность электрических сетей, необходимо понимать суть обоих типов соединений и применять их целесообразно, используя законы и рассчитывая рациональность практической реализации.

Смешанное соединение проводников

Последовательная и параллельная схема соединения сопротивления могут сочетаться в одной электросхеме при необходимости. К примеру, допускается подключение параллельных резисторов по последовательной или их группе, такое тип считается комбинированным или смешанным.

В таком случае совокупное сопротивление рассчитывается посредством получения сумм значений для параллельного соединения в системе и для последовательного. Сначала необходимо рассчитывать эквивалентные сопротивления резисторов в последовательной схеме, а затем элементов параллельного. Последовательное соединение считается приоритетным, причем схемы такого комбинированного типа часто используются в бытовой технике и приборах.

Итак, рассматривая типы подключений проводников в электроцепях и основываясь на законах их функционирования, можно полностью понять суть организации схем большинства бытовых электроприборов. При параллельном и последовательном соединениях расчет показателей сопротивления и силы тока отличается. Зная принципы расчета и формулы, можно грамотно использовать каждый тип организации цепей для подключения элементов оптимальным способом и с максимальной эффективностью.

В предыдущем конспекте был установлено, что сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах. Если в опыте менять проводники, оставляя напряжение на них неизменным, то можно показать, что при постоянном напряжении на концах проводника сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению. Объединив зависимость силы тока от напряжения и его зависимость от сопротивления проводника, можно записать: I = U/R . Этот закон, установленный экспериментально, называется закон Ома (для участка цепи).

Закон Ома для участка цепи : сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Прежде всего закон всегда верен для твёрдых и жидких металлических проводников. А также для некоторых других веществ (как правило, твёрдых или жидких).

Потребители электрической энергии (лампочки, резисторы и пр.) могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Д ва основных типа соединения проводников : последовательное и параллельное. А также есть еще два соединения, которые являются редкими: смешанное и мостовое.

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединится с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. Например, соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде. При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки. При этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд. То есть заряд не скапливается ни в какой части проводника.

Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: I 1 = I 2 = I .

Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений : R 1 + R 2 = R . Потому что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается. Она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.

По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: U 1 = I* R 1 , U 2 = I*R 2 . В таком случае общее напряжение равно U = I ( R 1 + R 2) . Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике : U = U 1 + U 2 .

Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.

Для последовательного соединения проводников справедливы законы :

1) сила тока во всех проводниках одинакова; 2) напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках; 3) сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Параллельное соединение проводников

Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи. А вторым концом к другой точке цепи. Вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение и на проводнике 1, и на проводнике 2. В таком случае напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: U 1 = U 2 = U .

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: I = I 1 + I 2 .

В соответствии с законом Ома I = U/R, I 1 = U 1 /R 1 , I 2 = U 2 /R 2 . Отсюда следует: U/R = U 1 /R 1 + U 2 /R 2 , U = U 1 = U 2 , 1/R = 1/R 1 + 1/R 2 Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление г , то их общее сопротивление равно: R = г/2 . Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения. В результате уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно. Они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них. А также соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

Для параллельного соединения проводников справедливы законы:

1) напряжение на всех проводниках одинаково; 2) сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках; 3) величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

При одновременном включении нескольких приемников электроэнергии в одну и ту же сеть, эти приемники можно легко рассматривать просто как элементы единой цепи, каждый из которых обладает собственным сопротивлением.

В ряде случаев такой подход оказывается вполне приемлемым: лампы накаливания, электрические обогреватели и т. п. — можно воспринимать как резисторы. То есть приборы можно заменить на их сопротивления, и легко произвести расчет параметров цепи.

Способ соединения приемников электроэнергии может быть одним из следующих: последовательный, параллельный или смешанный тип соединения.

Последовательное соединение

Когда несколько приемников (резисторов) соединяются в последовательную цепь, то есть второй вывод первого присоединяется к первому выводу второго, второй вывод второго соединяется с первым выводом третьего, второй вывод третьего с первым выводом четвертого и т. д., то при подключении такой цепи к источнику питания, через все элементы цепи потечет ток I одной и той же величины. Данную мысль поясняет приведенный рисунок.

Заменив приборы на их сопротивления, рисунок преобразуем в схему, тогда сопротивления с R1 по R4, соединенные последовательно, примут каждый на себя определенные напряжения, которые в сумме дадут значение ЭДС на зажимах источника питания. Для простоты здесь и далее изобразим источник в виде гальванического элемента.

Выразив падения напряжений через ток и через сопротивления, получим выражение для эквивалентного сопротивления последовательной цепи приемников: общее сопротивление последовательного соединения резисторов всегда равно алгебраической сумме всех сопротивлений, составляющих эту цепь. А поскольку напряжения на каждом из участков цепи можно найти из закона Ома (U = I*R, U1 = I*R1, U2 = I*R2 и т. д.) и E = U, то для нашей схемы получаем:

Напряжение на клеммах источника питания равно сумме падений напряжений на каждом из соединенных последовательно приемников, составляющих цепь.

Так как ток через всю цепь течет одного и того же значения, то справедливым будет утверждение, что напряжения на последовательно соединенных приемниках (резисторах) соотносятся между собой пропорционально сопротивлениям. И чем выше будет сопротивление, тем выше окажется и напряжение, приложенное к приемнику.

Для последовательного соединения резисторов в количестве n штук, обладающих одинаковыми сопротивлениями Rk, эквивалентное общее сопротивление цепи целиком будет в n раз больше каждого из этих сопротивлений: R = n*Rk. Соответственно и напряжения, приложенные к каждому из резисторов цепи будут между собой равны, и окажутся в n раз меньше напряжения, приложенного ко всей цепи: Uk = U/n.

Для последовательного соединения приемников электроэнергии характерны следующие свойства: если изменить сопротивление одного из приемников цепи, то напряжения на остальных приемниках цепи при этом изменятся; при обрыве одного из приемников ток прекратится во всей цепи, во всех остальных приемниках.

В силу этих особенностей последовательное соединение встречается редко, и используют его лишь там, где напряжение сети выше номинального напряжения приемников, в отсутствие альтернатив.

К примеру напряжением 220 вольт можно запитать две последовательно соединенные лампы равной мощности, каждая из которых рассчитана на напряжение 110 вольт. Ежели данные лампы при одинаковом номинальном напряжении питания будут обладать различной номинальной мощностью, то одна из них будет перегружена и скорее всего мгновенно перегорит.

Параллельное соединение

Параллельное соединение приемников предполагает включение каждого из них между парой точек электрической цепи с тем, чтобы они образовывали параллельные ветви, каждая из которых питается напряжением источника. Для наглядности опять заменим приемники их электрическими сопротивлениями, чтобы получить схему, по которой удобно вести расчет параметров.

Как уже было сказано, в случае параллельного соединения каждый из резисторов испытывает действие одного и того же напряжения. И в соответствии с законом Ома имеем: I1=U/R1, I2=U/R2, I3=U/R3.

Здесь I — ток источника. Первый закон Кирхгофа для данной цепи позволяет записать выражение для тока в неразветвленной ее части: I = I1+I2+I3.

Отсюда общее сопротивление для параллельного соединения между собой элементов цепи можно найти из формулы:

Величина обратная сопротивлению называется проводимостью G, и формулу для проводимости цепи, состоящей из нескольких параллельно соединенных элементов, также можно записать: G = G1 + G2 + G3. Проводимость цепи в случае параллельного соединения образующих ее резисторов равна алгебраической сумме проводимостей этих резисторов. Следовательно, при добавлении в цепь параллельных приемников (резисторов) суммарное сопротивление цепи уменьшится, а суммарная проводимость соответственно возрастет.

Токи в цепи состоящей из параллельно соединенных приемников, распределяются между ними прямо пропорционально их проводимостям, то есть обратно пропорционально их сопротивлениям. Здесь можно привести аналогию из гидравлики, где поток воды распределяется по трубам в соответствии с их сечениями, тогда большее сечение аналогично меньшему сопротивлению, то есть большей проводимости.

Если цепь состоит из нескольких (n) одинаковых резисторов, соединенных параллельно, то общее сопротивление цепи будет ниже в n раз, чем сопротивление одного из резисторов, а ток через каждый из резисторов будет меньше в n раз, чем общий ток: R = R1/n; I1 = I/n.

Цепь, состоящая из параллельно соединенных приемников, подключенная к источнику питания, отличается тем, что каждый из приемников находится под напряжением источника питания.

Для идеального источника электроэнергии справедливо утверждение: при подключении или отключении параллельно источнику резисторов, токи в остальных подключенных резисторах не изменятся, то есть при выходе из строя одного или нескольких приемников параллельной цепи, остальные будут продолжать работать в прежнем режиме.

В силу данных особенностей параллельное соединение обладает значительным преимуществом перед последовательным, и по этой причине именно соединение параллельное наиболее распространено в электрических сетях. Например, все электроприборы в наших домах предназначены для параллельного подключения к бытовой сети, и если отключить один, то остальным это ничуть не навредит.

Сравнение последовательных и параллельных цепей

Под смешанным соединением приемников понимают такое их соединение, когда часть или несколько из них соединены между собой последовательно, а другая часть или несколько — параллельно. При этом вся цепь может быть образована из разных соединений таких частей между собой. Для примера рассмотрим схему:

Три последовательно соединенных резистора подключены к источнику питания, параллельно одному из них подключены еще два, а третий — параллельно всей цепи. Для нахождения полного сопротивления цепи идут путем последовательных преобразований: сложную цепь последовательно приводят к простому виду, последовательно вычисляя сопротивление каждого звена, и так находят общее эквивалентное сопротивление.

Для нашего примера. Сначала находят общее сопротивление двух резисторов R4 и R5, соединенных последовательно, затем сопротивление параллельного соединения их с R2, потом прибавляют к полученному значению R1 и R3, и после — вычисляют значение сопротивления всей цепи, включая параллельную ветвь R6.

Различные способы соединения приемников электроэнергии применяют на практике для различных целей, чтобы решать конкретные поставленные задачи. Например, смешанное соединение можно встретить в схемах плавного заряда в мощных блоках питания, где нагрузка (конденсаторы после диодного моста) сначала получает питание последовательно через резистор, затем резистор шунтируется контактами реле, и нагрузка оказывается подключенной к диодному мосту параллельно.

Андрей Повный

Параллельное и последовательное соединение тока. Параллельное и последовательное соединение

Темы кодификатора ЕГЭ : параллельное и последовательное соединение проводников, смешанное соединение проводников.

Есть два основных способа соединения проводников друг с другом — это последовательное и параллельное соединения. Различные комбинации последовательного и параллельного соединений приводят к смешанному соединению проводников.

Мы будем изучать свойства этих соединений, но сначала нам понадобится некоторая вводная информация.

Проводник, обладающий сопротивлением , мы называем резистором и изображаем следующим образом (рис. 1 ):

Рис. 1. Резистор

Напряжение на резисторе — это разность потенциалов стационарного электрического поля между концами резистора. Между какими именно концами? В общем-то, это неважно, но обычно удобно согласовывать разность потенциалов с направлением тока.

Ток в цепи течёт от «плюса» источника к «минусу». В этом направлении потенциал стационарного поля убывает. Напомним ещё раз, почему это так.

Пусть положительный заряд перемещается по цепи из точки в точку , проходя через резистор (рис. 2 ):

Рис. 2.

Стационарное поле совершает при этом положительную работу .

Так как alt=»q > 0″> и alt=»A > 0″> , то и alt=»\varphi_a — \varphi_b > 0″> , т. е. alt=»\varphi_a > \varphi_b»> .

Поэтому напряжение на резисторе мы вычисляем как разность потенциалов в направлении тока: .

Сопротивление подводящих проводов обычно пренебрежимо мало; на электрических схемах оно считается равным нулю. Из закона Ома следует тогда, что потенциал не меняется вдоль провода: ведь если и , то . (рис. 3 ):

Рис. 3.

Таким образом, при рассмотрении электрических цепей мы пользуемся идеализацией, которая сильно упрощает их изучение. А именно, мы считаем, что потенциал стационарного поля изменяется лишь при переходе через отдельные элементы цепи, а вдоль каждого соединительного провода остаётся неизменным . В реальных цепях потенциал монотонно убывает при движении от положительной клеммы источника к отрицательной.

Последовательное соединение

При последовательном соединении проводников конец каждого проводника соединяется с началом следующего за ним проводника.

Рассмотрим два резистора и , соединённых последовательно и подключённых к источнику постоянного напряжения (рис. 4 ). Напомним, что положительная клемма источника обозначается более длинной чертой, так что ток в данной схеме течёт по часовой стрелке.

Рис. 4. Последовательное соединение

Сформулируем основные свойства последовательного соединения и проиллюстрируем их на этом простом примере.

1. При последовательном соединении проводников сила тока в них одинакова.
В самом деле, через любое поперечное сечение любого проводника за одну секунду будет проходить один и тот же заряд. Ведь заряды нигде не накапливаются, из цепи наружу не уходят и не поступают в цепь извне.

2. Напряжение на участке, состоящем из последовательно соединённых проводников, равно сумме напряжений на каждом проводнике .

Действительно, напряжение на участке — это работа поля по переносу единичного заряда из точки в точку ; напряжение на участке — это работа поля по переносу единичного заряда из точки в точку . Складываясь, эти две работы дадут работу поля по переносу единичного заряда из точки в точку , то есть напряжение на всём участке:

Можно и более формально, без всяких словесных объяснений:

3. Сопротивление участка, состоящего из последовательно соединённых проводников, равно сумме сопротивлений каждого проводника.

Пусть — сопротивление участка . По закону Ома имеем:

что и требовалось.

Можно дать интуитивно понятное объяснение правила сложения сопротивлений на одном частном примере. Пусть последовательно соединены два проводника из одинакового вещества и с одинаковой площадью поперечного сечения , но с разными длинами и .

Сопротивления проводников равны:

Эти два проводника образуют единый проводник длиной и сопротивлением

Но это, повторяем, лишь частный пример. Сопротивления будут складываться и в самом общем случае — если различны также вещества проводников и их поперечные сечения.
Доказательство этого даётся с помощью закона Ома, как показано выше.
Наши доказательства свойств последовательного соединения, приведённые для двух проводников, переносятся без существенных изменений на случай произвольного числа проводников.

Параллельное соединение

При параллельном соединении проводников их начала подсоединяются к одной точке цепи, а концы — к другой точке.

Снова рассматриваем два резистора, на сей раз соединённые параллельно (рис. 5 ).

Рис. 5. Параллельное соединение

Резисторы подсоединены к двум точкам: и . Эти точки называются узлами или точками разветвления цепи. Параллельные участки называются также ветвями ; участок от к (по направлению тока) называется неразветвлённой частью цепи.

Теперь сформулируем свойства параллельного соединения и докажем их для изображённого выше случая двух резисторов.

1. Напряжение на каждой ветви одинаково и равно напряжению на неразветвлённой части цепи.
В самом деле, оба напряжения и на резисторах и равны разности потенциалов между точками подключения:

Этот факт служит наиболее отчётливым проявлением потенциальности стационарного электрического поля движущихся зарядов.

2. Сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в каждой ветви.
Пусть, например, в точку за время из неразветвлённого участка поступает заряд . За это же время из точки к резистору уходит заряд , а к резистору — заряд .

Ясно, что . В противном случае в точке накапливался бы заряд, меняя потенциал данной точки, что невозможно (ведь ток постоянный, поле движущихся зарядов стационарно, и потенциал каждой точки цепи не меняется со временем). Тогда имеем:

что и требовалось.

3. Величина, обратная сопротивлению участка параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям ветвей.
Пусть — сопротивление разветвлённого участка . Напряжение на участке равно ; ток, текущий через этот участок, равен . Поэтому:

Сокращая на , получим:

(1)

что и требовалось.

Как и в случае последовательного соединения, можно дать объяснение данного правила на частном примере, не обращаясь к закону Ома.
Пусть параллельно соединены проводники из одного вещества с одинаковыми длинами , но разными поперечными сечениями и . Тогда это соединение можно рассматривать как проводник той же длины , но с площадью сечения . Имеем:

Приведённые доказательства свойств параллельного соединения без существенных изменений переносятся на случай любого числа проводников.

Из соотношения (1) можно найти :

(2)

К сожалению, в общем случае параллельно соединённых проводников компактного аналога формулы (2) не получается, и приходится довольствоваться соотношением

(3)

Тем не менее, один полезный вывод из формулы (3) сделать можно. Именно, пусть сопротивления всех резисторов одинаковы и равны . Тогда:

Мы видим, что сопротивление участка из параллельно соединённых одинаковых проводников в раз меньше сопротивления одного проводника.

Смешанное соединение

Смешанное сединение проводников, как следует из названия, может являться совокупностью любых комбинаций последовательного и параллельного соединений, причём в состав этих соединений могут входить как отдельные резисторы, так и более сложные составные участки.

Расчёт смешанного соединения опирается на уже известные свойства последовательного и параллельного соединений. Ничего нового тут уже нет: нужно только аккуратно расчленить данную схему на более простые участки, соединённые последовательно или параллельно.

Рассмотрим пример смешанного соединения проводников (рис. 6 ).

Рис. 6. Смешанное соединение

Пусть В, Ом, Ом, Ом, Ом, Ом. Найдём силу тока в цепи и в каждом из резисторов.

Наша цепь состоит из двух последовательно соединённых участков и . Сопротивление участка :

Ом.

Участок является параллельным соединением: два последовательно включённых резистора и подключены параллельно к резистору . Тогда:

Ом.

Сопротивление цепи:

Ом.

Теперь находим силу тока в цепи:

Для нахождения тока в каждом резисторе вычислим напряжения на обоих участках:

(Заметим попутно, что сумма этих напряжений равна В, т. е. напряжению в цепи, как и должно быть при последовательном соединении.)

Оба резистора и находятся под напряжением , поэтому:

(В сумме имеем А, как и должно быть при параллельном соединении.)

Сила тока в резисторах и одинакова, так как они соединены последовательно:

Стало быть, через резистор течёт ток A.

1. Находят эквивалентное сопротивление участков цепи с параллельным соединением резисторов. Рисунок 2. Последовательное соединение резисторов. Для расчета сопротивления таких соединений, всю цепь разбивают на простейшие участки, из параллельно или последовательно соединенных резисторов.

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

На рис. 1.9.3 приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений. Следует отметить, что далеко не все сложные цепи, состоящие из проводников с различными сопротивлениями, могут быть рассчитаны с помощью формул для последовательного и параллельного соединения.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова. При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов.

Т.е чем большее сопротивление резистора, тем большее напряжение на него падает. В результате к одной точке (электрическому узлу) может быть присоединено несколько резисторов. При таком соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток. Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора.

Таким образом, при параллельном подсоединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора. Напряжение между точками A и B является как общим напряжением для всего участка цепи, так и напряжением, падающим на каждый резистор в отдельности. Смешанным соединением называют участок цепи, где часть резисторов соединяются между собой последовательно, а часть параллельно.

Цепь разбивают на участки с только пареллельным или только последовательным соединением. Вычисляют общее сопротивление для каждого отдельного участка. Вычисляют общее сопротивление для всей цепи смешанного соединения. Также существует более быстрый способ расчета общего сопротивления для смешанного соединения. Если резисторы соединяются последоватеьно — складывать.

То есть при последовательном соединении резисторы подключатся друг за другом. На рисунке 4 показан простейший пример смешанного соединения резисторов. После расчета эквивалентных сопротивлений резисторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных сопротивлений.4. Рисунок 5. Расчет сопротивления участка цепи при смешанном соединении резисторов.

В результате вы научитесь с нуля не тольно разрабатывать собственные устройства, но и сопрягать с ними различную переферию! Узел — точка разветвления цепи, в которой соединяются не менее трёх проводников. Последовательное соединение резисторов применяется для увеличения сопротивления.

Напряжение при параллельном соединении

Как видно, вычислить сопротивление двух параллельных резисторов значительно удобнее. Параллельное соединение резисторов часто используют в случаях, когда необходимо сопротивление с большей мощностью. Для этого, как правило, используют резисторы с одинаковой мощностью и одинаковым сопротивлением.

Общее сопротивление Rобщ

Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Мы получили таким образом, что U = 60 В, т. е. несуществующее равенство ЭДС источника тока и его напряжения. Будем теперь включать амперметр поочередно в каждую ветвь цепи, запоминая показания прибора. Следовательно, при параллельном соединении сопротивлений напряжение на зажимах источника тока равно падению напряжения на каждом сопротивлении.

Такое разветвление тока в параллельных ветвях сходно с течением жидкости по трубам. Рассмотрим теперь, чему будет равно общее сопротивление внешней цепи, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений.

Вернемся к цепи, показанной на рис. 3, и посмотрим, чему будет равно эквивалентное сопротивление двух параллельно соединенных сопротивлений. Точно так же для каждой ветви I1 = U1 / R1, I2 = U2 / R2, где I1 и I2 — токи в ветвях; U1 и U2 — напряжение на ветвях; R1 и R2 — сопротивления ветвей.

Это значит, что общее сопротивление цепи всегда будет ниже любого параллельно включенного резистора. 2. Если эти участки включают последовательно соединенные резисторы, то сначала вычисляют их сопротивление. Применяя закон Ома для участка цепи, можно доказать, что полное сопротивление при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Параллельное и последовательное соединение проводников – способы коммутации электрической цепи. Электрические схемы любой сложности можно представить посредством указанных абстракций.

Определения

Существует два способа соединения проводников, становится возможным упростить расчет цепи произвольной сложности:

Конец предыдущего проводника соединен непосредственно с началом следующего — подключение называют последовательным. Образуется цепочка. Чтобы включить очередное звено, нужно электрическую схему разорвать, вставив туда новый проводник.
Начала проводников соединены одной точкой, концы – другой, подключение называется параллельным. Связку принято называть разветвлением. Каждый отдельный проводник образует ветвь. Общие точки именуются узлами электрической сети.

На практике чаще встречается смешанное включение проводников, часть соединена последовательно, часть – параллельно. Нужно разбить цепь простыми сегментами, решать задачу для каждого отдельно. Сколь угодно сложную электрическую схему можно описать параллельным, последовательным соединением проводников. Так делается на практике.

Использование параллельного и последовательного соединения проводников

Термины, применяемые к электрическим цепям

Теория выступает базисом формирования прочных знаний, немногие знают, чем напряжение (разность потенциалов) отличается от падения напряжения. В терминах физики внутренней цепью называют источник тока, находящееся вне – именуется внешней. Разграничение помогает правильно описать распределение поля. Ток совершает работу. В простейшем случае генерация тепла согласно закону Джоуля-Ленца. Заряженные частицы, передвигаясь в сторону меньшего потенциала, сталкиваются с кристаллической решеткой, отдают энергию. Происходит нагрев сопротивлений.

Для обеспечения движения нужно на концах проводника поддерживать разность потенциалов. Это называется напряжением участка цепи. Если просто поместить проводник в поле вдоль силовых линий, ток потечет, будет очень кратковременным. Процесс завершится наступлением равновесия. Внешнее поле будет уравновешено собственным полем зарядов, противоположным направлением. Ток прекратится. Чтобы процесс стал непрерывным, нужна внешняя сила.

Таким приводом движения электрической цепи выступает источник тока. Чтобы поддерживать потенциал, внутри совершается работа. Химическая реакция, как в гальваническом элементе, механические силы – генератор ГЭС. Заряды внутри источника движутся в противоположную полю сторону. Над этим совершается работа сторонних сил. Можно перефразировать приведенные выше формулировки, сказать:

Внешняя часть цепи, где заряды движутся, увлекаемые полем.
Внутренняя часть цепи, где заряды движутся против напряженности.

Генератор (источник тока) снабжен двумя полюсами. Обладающий меньшим потенциалом называется отрицательным, другой – положительным. В случае переменного тока полюсы непрерывно меняются местами. Непостоянно направление движения зарядов. Ток течет от положительного полюса к отрицательному. Движение положительных зарядов идет в направлении убывания потенциала. Согласно этому факту вводится понятие падения потенциала:

Падением потенциала участка цепи называется убыль потенциала в пределах отрезка. Формально это напряжение. Для ветвей параллельной цепи одинаково.

Под падением напряжения понимается и нечто иное. Величина, характеризующая тепловые потери, численно равна произведению тока на активное сопротивление участка. Законы Ома, Кирхгофа, рассмотренные ниже, формулируются для этого случая. В электрических двигателях, трансформаторах разница потенциалов может значительно отличаться от падения напряжения. Последнее характеризует потери на активном сопротивлении, тогда как первое учитывает полную работу источника тока.

При решение физических задач для упрощения двигатель может включать в свой состав ЭДС, направление действия которой противоположно эффекту источника питания. Учитывается факт потери энергии через реактивную часть импеданса. Школьный и вузовский курс физики отличается оторванностью от реальности. Вот почему студенты, раскрыв рот, слушают о явлениях, имеющих место в электротехнике. В период, предшествующий эпохе промышленной революции, открывались главные законы, ученый должен объединять роль теоретика и талантливого экспериментатора. Об этом открыто говорят предисловия к трудам Кирхгофа (работы Георга Ома на русский язык не переведены). Преподаватели буквально завлекали люд дополнительными лекциями, сдобренными наглядными, удивительными экспериментами.

Законы Ома и Кирхгофа применительно к последовательному и параллельному соединению проводников

Для решения реальных задач используются законы Ома и Кирхгофа. Первый выводил равенство чисто эмпирическим путем – экспериментально – второй начал математическим анализом задачи, потом проверил догадки практикой. Приведем некоторые сведения, помогающие решению задачи:

Посчитать сопротивления элементов при последовательном и параллельном соединении

Алгоритм расчета реальных цепей прост. Приведем некоторые тезисы касательно рассматриваемой тематики:

При последовательном включении суммируются сопротивления, при параллельном — проводимости:
1. Для резисторов закон переписывается в неизменной форме. При параллельном соединении итоговое сопротивление равняется произведению исходных, деленному на общую сумму. При последовательном – номиналы суммируются.
2. Индуктивность выступает реактивным сопротивлением (j*ω*L), ведет себя, как обычный резистор. В плане написания формулы ничем не отличается. Нюанс, для всякого чисто мнимого импеданса, что нужно умножить результат на оператор j, круговую частоту ω (2*Пи*f). При последовательном соединении катушек индуктивности номиналы суммируются, при параллельном – складываются обратные величины.
3. Мнимое сопротивление емкости записывается в виде: -j/ω*С. Легко заметить: складывая величины последовательного соединения, получим формулу, в точности как для резисторов и индуктивностей было при параллельном. Для конденсаторов все наоборот. При параллельном включении номиналы складываются, при последовательном – суммируются обратные величины.

Тезисы легко распространяются на произвольные случаи. Падение напряжения на двух открытых кремниевых диодах равно сумме. На практике составляет 1 вольт, точное значение зависит от типа полупроводникового элемента, характеристик. Аналогичным образом рассматривают источники питания: при последовательном включении номиналы складываются. Параллельное часто встречается на подстанциях, где трансформаторы ставят рядком. Напряжение будет одно (контролируются аппаратурой), делятся между ветвями. Коэффициент трансформации строго равен, блокируя возникновение негативных эффектов.

У некоторых вызывает затруднение случай: две батарейки разного номинала включены параллельно. Случай описывается вторым законом Кирхгофа, никакой сложности представить физику не может. При неравенстве номиналов двух источников берется среднее арифметическое, если пренебречь внутренним сопротивлением обоих. В противном случае решаются уравнения Кирхгофа для всех контуров. Неизвестными будут токи (всего три), общее количество которых равно числу уравнений. Для полного понимания привели рисунок.

Пример решения уравнений Кирхгофа

Посмотрим изображение: по условию задачи, источник Е1 сильнее, нежели Е2. Направление токов в контуре берем из здравых соображений. Но если бы проставили неправильно, после решения задачи один получился бы с отрицательным знаком. Следовало тогда изменить направление. Очевидно, во внешней цепи ток течет, как показано на рисунке. Составляем уравнения Кирхгофа для трех контуров, вот что следует:

Работа первого (сильного) источника тратится на создание тока во внешней цепи, преодоление слабости соседа (ток I2).
Второй источник не совершает полезной работы в нагрузке, борется с первым. Иначе не скажешь.

Включение батареек разного номинала параллельно является безусловно вредным. Что наблюдается на подстанции при использовании трансформаторов с разным передаточным коэффициентом. Уравнительные токи не выполняют никакой полезной работы. Включенные параллельно разные батарейки начнут эффективно функционировать, когда сильная просядет до уровня слабой.

Электричество начинается с закона Ома.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

Делаем вывод:

При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Напряжения на всех резисторах будут одинаковы: U=U1=U2=U3, их концы — это точки А и В.

Теперь, использовав закон Ома, последнее равенство преобразуется к такому виду:

U/R=U/R1+U/R2+U/R3.

Отсюда следует, что для эквивалентного сопротивления R справедливо:

1/R=1/R1+1/R2+1/R3

или после преобразования формулы мы можем получить другую запись, такого вида:
.

Примеры использования

Последовательное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и ЭДС

Параллельное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и генератора

Смешанное соединение резисторов

Отсюда, можно вывести формулу которая и даст нам необходимое значение:

Rобщ.=(R1*R2/R1+R2)+R3

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Параллельное и последовательное соединения эле

В общем случае в схеме предусматривается несколько контактов, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. Последовательное соединение соответствует логической связи и, а параллельное логической связи или. Последовательное и параллельное соединения могут быть представлены в виде алгебраических формул такого вида х х [c.359]

К классу II отнесены динамические модели цикловых механизмов, образованных при параллельно-последовательном соединении элементов (модификация 1) и модели, элементы которых образуют замкнутые контуры (модификация 2). [c.52]

Заземляющие проводники соединяют с заземлителем все корпусы машин и аппаратов. Соединение машин к одному заземлителю должно быть параллельным. Последовательное соединение запрещается. Сечение заземляющих проводников 6—10 мм для медных и 20 мм для железных. Все соединения в цепи заземления выполняются сваркой. В качестве общего заземлителя возможно при низких напряжениях использование водопровода. [c.292] Как показал опыт долголетней работы подогревателей с латунными трубками, отопительные подогреватели могут устанавливаться без резерва. При желании но каким-либо соображениям повысить надежность могут устанавливаться две группы отопительных подогревателей. Расчет каждой группы может быть произведен на любую нагрузку в пределах от 50 до 100% расхода тепла на отопление в зависимости от степени желаемой надежности. Из-за большого количества запорной арматуры параллельно-последовательное соединение групп подогревателей (в нормальном режиме — последовательное, при резервировании — отделение 50% секций на самостоятельную работу) весьма затруднительно. Независимо от тепловой производительности в нормальном режиме должны быть включены все установленные группы подогревателей. [c.53]

Для системы параллельно-последовательного соединения п элементов при т узлах ведется двойное суммирование по m и п [c.199]

Чтобы исключить возможность потери выходной МОШ.НОСТИ генератора из-за образования треш.ин в термостолбиках или коммутации, использовано параллельно-последовательное соединение элементов. Такая коммутация обеспечивает 99% вероятности исправного действия преобразователя после запуска ракеты. [c.233]

Параллельно-последовательное соединение упругих элементов [c.129]

На автомобильных кранах применены секционные гидрораспределители с параллельным и параллельно-последовательным соединением золотников и проточной схемой разгрузки при нейтральном расположении всех золотников. Такие гидрораспределители управляют механизмами крана реверсируют движение потока жидкости, регулируют рабочие скорости в широком диапазоне предохраняют гидросистему от перегрузок и управляют тормозами механизмов. [c.54]

При параллельно-последовательном соединении электромоторов [c.205]

Электрический привод движения машины по своей схеме несколько отличается от других аккумуляторных автопогрузчиков он выполнен по схеме параллельно-последовательного соединения секций аккумуляторных батарей в сочетании с переключением на различных позициях контроллера обмоток возбуждения двигателя при включении на первой позиции контроллера пускового сопротивления. [c.17]

Электрический привод движения машины выполнен по схеме параллельно-последовательного соединения секций аккумуляторной батареи, дающей экономию энергии при движении на первых трех позициях контроллера. Кроме того, при такой электрической схеме можно длительное время пользоваться двумя скоростями движения, третьей и пятой, тогда как при последовательном соединении аккумуляторов — только одной скоростью. [c.43]

Схемы электрических приводов аккумуляторных автопогрузчиков существенно отличаются друг от друга. Для достижения необходимых скоростей движения в этих схемах в различных вариантах применяются последовательное и параллельно-последовательное соединение аккумуляторной батареи, переключение обмоток возбуждения электродвигателей и включение в цепь рабочего тока пусковых сопротивлений. [c.309]

Снижение напряжения в цепи рабочего тока ведет к снижению числа оборотов вала электродвигателя движения, следовательно, к уменьшению скорости передвижения автопогрузчика. Однако одно уменьшение напряжения в цепи рабочего тока не является достаточным для получения приемлемых по величине скоростей передвижения. Поэтому в цепь рабочего тока включено пусковое сопротивление, которое в сочетании с параллельно последовательным соединением аккумуляторной батареи дает возможность получить требуемые величины скоростей движения при различных позициях контроллера, и в первую очередь на первых позициях. [c.312]

Рассмотрена трехмассовая колебательная система с параллельно-последовательным соединением масс, характерных для металлорежущих станков. Показано влияние выбора соотнощения параметров системы на изменение форм колебаний и динамических коэффициентов. Илл. 2. [c.528]

Механизмы с незамкнутой(ыми) кинематической(ими) цепью(ями) образуются в результате последовательного и параллельно-последовательного соединения элементарных механизмов. [c.132]

Механизмы, полученные в результате последовательного соединения элементарных механизмов, являются простыми, а параллельно-последовательного соединения — сложными. Примерами простых механизмов являются раздвижные лестницы (см. рис. 2.7, б), манипуляторы, [c.133]

В пределах группы элементы разделены на две подгруппы по шесть последовательно соединенных элементов. Между собой подгруппы соединены параллельно. Последовательное соединение электронагревателей в подгруппе выполнено перемычками из неизолированного медного провода диаметром 2,25 мм. Параллельное соединение подгрупп выполняется теплостойким проводом сечением 2,5 мм . [c.174]

При параллельно-последовательном соединении элементов (рис. 3.2, в) вначале определяют вероятность безотказной работы каждого из блоков с параллельно соединенными элементами, а затем с последовательно соединенными элементами. [c.32]

Для создания вентильных блоков на большие токи и напряжения и соответственно создания мощных преобразователей необходимо осуществлять параллельно-последовательное соединение вентилей. [c.73]

В установившемся температурном режиме конструкцию ТВС можно рассматривать как систему с несколькими параллельно работающими источниками тепла. Основными источниками тепла являются вентильные элементы кроме того, ТВС может содержать дополнительные источники тепла в виде элементов системы управления (резисторы, диоды, транзисторы, интегральные схемы) и устройств, обеспечивающих параллельно-последовательное соединение вентильных элементов (см. гл. 2). [c.186]

Распределение токов и температуры корпусов вентилей при параллельно-последовательном соединении [c.263]

НЕ (рис. 5.23, б). Логические функции двух (и более) переменных выполняются соответствующим соединением ЛЭ. Операция логического сложения (ИЛИ) осуществляется параллельным соединением контактов (рис. 5.23, в, д), а логического умножения — последовательным соединением контактов (рис. 5.23, г, е). [c.184]

В смешанных (параллельно-последовательных) алгоритмах сначала выделяется начальное множество элементов, которые обладают существенными для данной задачи свойствами (число внешних соединений, внутренняя связность, функциональная завершенность). Далее. эти элементы распределяют по узлам, что в ряде случаев позволяет получить более равномерные характеристики узлов. Данные алгоритмы являются более сложными, чем последовательные и итерационные, и поэтому применяются в задачах со специальными требованиями. [c.28]

Для построения суммарной характеристики насосов при параллельном их соединении необходимо сложить характеристики насосов по абсциссам (подачам), а при последовательном соединении — по ординатам (напорам). [c.418]

Цепная передача — механизм для передачи энергии между параллельными валами (рис. 11.1) с помощью бесконечной цепи н звездочек. Цепь — гибкое тело, состоящее из последовательно соединенных звеньев. В зависимости от назначения цепи делятся на приводные для передачи движения от источника энергии к приемному органу, грузовые — для подъема груза и тяговые, используемые для передачи тягового усилия. [c.252]

Следует иметь в виду, что уточнение параметров намагничивающего контура при параллельном соединении обмоток можно проводить для каждого двигателя в отдельности вплоть до точки установившегося режима, в которой двигатели подвержены взаимному влиянию и должны рассматриваться совместно. При последовательном соединении статорных обмоток распределение напряжения между двигателями зависит от их параметров на каждой частоте вращения, и позтому они не могут анализироваться независимо. [c.237]

Иначе говоря, при потоке индукции, направленном по нормали к поверхности раздела магнетиков, и отсутствии поверхностных токов вектор индукции не изменяется, а вектор напряженности испытывает скачок. Магнитный поток в некоторых случаях переходит целиком из одной среды в другую (последовательное соединение), а в других — разветвляется на отдельные части, которые затем сливаются (параллельное соединение). [c.189]

Жесткость систем с параллельным, последовательным и смешанным соединением упругих элементов удобно определять, пользуясь следующими известными положениями. [c.378]

При расчете ударяемых систем с параллельным, последовательным или смешанным соединением элементов жесткость системы С можно определять соответственно по формулам (221), (222), [c.401]

Учитывая гидравлическую схему работы трубопроводов, их подразделяют на простые и сложные. Простыми называют трубопроводы, состоящие из одной линии последовательно соединенных труб, проводящие постоянный расход жидкости (рис. 5.1, а, б). К сложным трубопроводам относят системы, состоящие из магистрали с несколькими ответвлениями, с параллельными ветвями и кольцевые (рис. 5.1, в, г, д). [c.53]

Наряду с последовательным соединением элементов во многих случаях возчикает необходимость анализа параллельно-последовательного соединения (рис. 1, 3). Подобная модель встречается, например, при анализе колебаний в приводах с распределительным валом, от которого получает движение ряд механизмов. Особый класс механизмов со своими особенностями образуют механизмы, работающие в замкнутой схеме (рис. 1, е). [c.84]

Приводиться в движение моторная платформа с прицепным подвижным составом может как от двух силовых установок с последовательным или параллельным соединением двух тяговых электродвигателей каждой ходовой тележки, так и от одной силовой установки с последовательным или параллельно-последовательным соединением всех четырех тяговых электродвигателей. Силовая установка состоит из дизеля 1Д6 или У1Д6 и генератора ПН-750. Моторная платформа как самоходная единица оборудована типовыми ударно-упряжными приборами 27 и 28, автомобильными фарами 26, а также приборами световой и звуковой сигнализации. [c.201]

Система состоит из трех параллельных направлений (сплошная, пунктирная и штрихпунктирная линии на рисунке) передачи мощности Яд, Яд, Яд с последовательно соединенными механизмами. Очевидно, что Яд = ЯдЯд + Яд. [c.85]

При смешанном соединении, механизмов (рис. 26.1, в) рассматривают отдельные участки цепей, имеющих последовательный или параллельный характер соединения, КПД которых рассчйтыва- [c.323]

В 5.1 было дано математическое описание электромеханического преобразования энергии в системе двух ЭМ, имеющих жесткую механическую связь через общий вал. При этом возможно параллельное или последовательное электрическое соединение обмоток. Механические характеристики каждого двигателя Л/1 и Л/а и суммарная характеристика М- двухдвигательпого асинхронного электропривода покаэаны на рис. 6.21, а схема замещения при последовательном соединении обмоток статоров — на рис. 6.22. Разработка алгоритма анализа рабочих показателей в такой системе сопряжена с проблемой определения параметров намагничивающего контура Хо, Го, которые зависят от часто- [c.235]

Современные механические машины имеют весьма сложные разветвленные кинематические цепи. Однако в большинстве случаев они образуются путем параллельного или последовательного соединения простейших цепей. Так, например, на рис. 3.113 представлена структурная схема кривошипно-ползун-пого механизма и клапанного распределения одноцилиндрового дизеля. Зде сь распределительный вал с кулачка.ми 4 и 4 связан с главным кривошипным валом особой передачей, обеспечивающей ij4 = 2 = onst. Поэтому каждому [c.505]

Последовательное и параллельное соединения реакторов

Схемы с последовательно-параллельным соединением реакторов.. [c.151]
Систему из последовательно или последовательно-параллельно соединенных реакторов идеального вытеснения можно рассматривать как один реактор идеального вытеснения объемом, равным сумме объемов отдельных аппаратов при условии, что распределение температур и потоков между отдельными реакторами выбрано таким, при котором встречающиеся потоки имеют одинаковый состав. Другими словами, для группы параллельно соединенных реакторов величина V Р или т должна быть равна соответствующей величине для [c.144]

VI-4. Завод располагает реактором, в котором степень превращения вещества А достигает 90%. Был приобретен второй реактор, аналогичный первому. При каком соединении реакторов (последовательном или параллельном) и сохранении первоначальной степени превращения производительность технологической схемы будет больше [c.158]

Последовательное и параллельное соединения реакторов [c.143]

Более надежными с точки зрения общности являются теоретические модели реактора. Они, как правило, сложны, но при использовании вычислительной техники исследование таких моделей возможно, поэтому в последнее время они часто применяются. Здесь иногда удается применить стандартные модели идеальных реакторов (идеального вытеснения, полного перемешивания, диффузионную), а также различные их комбинации параллельные зоны идеального вытеснения, последовательно соединенные зоны полного смешения и идеального вытеснения, параллельное соединение зон полного смешения и идеального вытеснения, байпас с различной комбинацией зон, последовательное соединение зон полного смешения (ячеечная модель). Такие модели подробно [c.81]

Ремонт аварийного экстрактора без остановки всей системы возможен также при последовательно-параллельном соединении отдельных аппаратов (рис. 70, д) при использовании шиберов, расположенных в перетоках между реакторами. [c.143]

VI-3. При каких значениях порядка реакции, коэффициента расширения и степени превращения схему с двумя последовательно соединенными реакторами идеального вытеснения целесообразнее эксплуатировать, чем схему с параллельным соединением тех же реакторов [c.158]

По другим представлениям, неидеальный поток можно считать состоящим из последовательно и параллельно соединенных участков с разными режимами движения жидкости смешанные модели). Ряд моделей оказывается полезнее для объяснения отклонений характеристик потока в трубчатых реакторах или в стационарных слоях зернистого материала от режима идеального вытеснения, в то время как другие модели позволяют удовлетворительно описать отклонения характеристик аппаратов с мешалками от режима идеального смешения. [c.257]

Таким образом, последовательное соединение реакторов смешения более целесообразно, чем параллельное, так как реакция в них протекает при более высокой концентрации исходного компонента А в реакционной смеси и капитальные затраты на сооружение системы последовательных реакторов могут оказаться в десятки раз меньшими, чем для системы параллельных реакторов. [c.87]

Реакторный узел (соединение нескольких реакторов) используют для оптимизации режима процесса, что было рассмотрено в разделе 5.2.2, или ограничении единичного объема одного реактора. Рассмотрим параллельное и последовательное соединение реакторов и сопоставим их по интенсивности (общему объему, необходимому для достижения одинаковой степени превращения или конечной концентрации С ) и селективности процесса в них (при протекании сложной реакции). [c.330]

При каком Соединении реакторов идеального вытеснения можно получить большее превращение и выход продукта — параллельном или последовательном Докажите Ваше утверждение. [c.339]

С разных аспектов [реакторы идеального смешения и вытеснения, интенсивность и селективность процесса, энергетические затраты, режим процесса (см. также разд. 5.2.2)] объясните причину параллельного и последовательного соединения реакторов. [c.339]

Разность концентраций, получаемых при последовательном и параллельном соединении двух реакторов, составит [c.104]

На установках с несколькими реакторами их соединяют последовательно или параллельно. При последовательном соединении реакторы включают таким образом, чтобы свежий катализатор контактировался с частично превращенным сырьем, а почти полностью отработанный катализатор — со свежим. Реактор, заполненный свежим катализатором, включают в схему как хвостовой. [c.240]

Последовательное соединение реактора вытеснения с реактором смешения целесообразно, когда реактор вытеснения является оптимальным по кинетическим соображениям (например, для параллельных реакций с возрастающим порядком). [c.161]

Секционирование реакционного (рабочего) объема реактора приводит к увеличению средней движущей силы процесса и потому находит наибольшее применение в аппаратах смешения. На практике такой метод применяют в аппаратах с большими диаметрами, поскольку в этом случае удается уменьшить влияние внутриреакторного перемешивания реагирующих веществ, предотвратить нежелательное изменение направления и скорости реакции, понизить выход промежуточных продуктов и сделать условия осуществления обратимых реакций более благоприятными. Секционирование может быть выполнено в одном аппарате путем расчленения его на отдельные составные части, последовательно или параллельно соединенные между собой, либо путем разделения реакторного устройства на ряд самостоятельных реакционных аппаратов, соединенных последовательно, — каскад (батарея) реакторов (см. рис. 17.5,г). [c.473]

В гл. 3 рассматриваются задачи оптимального распределения сырья в одиночном реакторе и в системе из нескольких реакторов при их последовательном и параллельном соединении. В более сложных задачах учитывается изменение свойств катализатора во времени. Здесь же составляются и анализируются модели процессов экстракции с перекрестным током. Интересна модель большой системы химического завода, отображающая переход от модели отдельного типового процесса (малой модели) к модели большой системы из параллельных и последовательных цепочек аппаратов, имеющих большое значение при построении ряда систем комплексной автоматизации. Рассматривается задача минимизации стоимости транспортировки жидкости по трубопроводу. [c.8]

В этой главе рассмотрены некоторые задачи указанного класса. Сюда относится, например, задача о распределении полного количества сырья между некоторым числом параллельно или последовательно соединенных реакторов. Имеются, однако, другие задачи, в которых идея распределения выражена не столь явно. Примером подобной задачи может служить задача о минимизации затрат на транспортировку жидкости в трубопроводе. В этой задаче ресурсами , подлежащими распределению, является повышение давления, создаваемое насосными станциями. [c.55]

На основе кинетических исследований было выполнено математическое моделирование и проанализированы различные типы реакторов для димеризации пропилена реактор смешения, каскад реакторов смешения (соединенных последовательно или параллельно), трубчатый реактор с ламинарным и турбулентным режимами потока реакционной смеси [128]. Математическая модель трубчатого реактора с турбулентным режимом при начальных условиях т=0, Сп=СЙ и Тр—То включает уравнения [c.28]

На установках, использующих 10 реакторов, соединенных по два с одним отстойником, подача кислоты и рециркулирующего изобутана — непрерывная и последовательная для пяти пар реакторов, а потоки сырья — параллельны для всех 10 реакторов. В этом случае концентрация кислоты значительно изменяется от реактора к реактору. [c.119]

Метоксифлаванон При а-Этил-Р-пропил- акролеин 2 -Окси-4-метокси-дигидрохалкон (I), Р-окси-7-метокси-флаван (П) соединение водорода одш 2-Этилгексиловый спирт Ni—W5 (скелетный) в спирте. Выход I — 63% [1252 Ni—W5 (скелетный, промытый разбавленной НС1) в спирте. Выход 1—43,4%, II — 20% [1252] Ni—W2 (скелетный) в спирте. Выход I — 35%, II—34% [1252] Ni—А по Урусибара в спирте. Выход I 13%, II — 20% [1252] переменно по С=0- и С—С-связям Никелевый (аморфный) в жидкой фазе, в пяти последовательно-параллельно соединенных реакторах, в противотоке, 20 бар, 110—160° С. Конверсия 100% [1253] [c.662]

При использовании данных непрерывного процесса для идентификации модели наряду с задачей определения неизвестных констант может решаться и задача сжатия , упрощения модели. При этом наиболее интересен прием экви-валентнрования, т. е. замены реальной модели ее упрощенным с точностью до известных экспериментальных данных эквивалентом. Эту задачу можно решать различными способами, однако наиболее удачным является замена рассматриваемого реактора реакторами идеального смешения, соединенными последовательнопараллельно [1, 3, 4]. При этом существенно облегчается анализ как стационарных, так и нестационарных режимов, поскольку обеспечивается возможность вычисления по рекуррентным формулам. Именно поэтому в данной работе рассмотрены модели преимущественно такого типа. Можно полагать, что модель идеального смешения — это тот основной модуль, с помощью которого (задавая граф последовательно-параллельного соединения) можно представить любую реакторную систему. Отметим, что благодаря однородности такой эквивалентной схемы можно решать вопросы оптимизации ее структуры, тогда как в других случаях эта задача практически неразрешима . [c.81]

Пример VI-4. Установка, показанная на рпс. YI-7, состоит из трех реакторов и, (еальиого вытеснения, соедииепиых в виде схемы с двумя параллельными потоками. Поток D проходит через последовательно соединенные реакторы объемами 5 и 3. и , потрк Е — через один реактор объемом 4 Какую долю от общей нагрузки установки должен составлять поток D — [c.144]

Более надежными с точки зрения общности являются теоретические модели реактора. Они, как правило, сложны, но при использовании вычислительной техники исследование таких моделей возможно, поэтому в последнее время они часто применяются. Здесь иногда удается нрименить стандартные модели идеальных реакторов (идеального вытеснения, полного неремешивания, диффузионную), а также различные их комбинации параллельные зоны идеального, вытеснения, последовательно соединенные зоны полного смешения и идеального вытеснения, параллельное соединение зон полного смешения и идеального вытеснения, байпас с различной комбинацией зон, последовательное соединение зон полного смешения (ячеечная модель). Такие модели подробно описаны [121, 129]. Но они далеки от отображения истинного протекания процессов и поэтому формальны, а рекомендации, сделанные на их основе, относятся только к конкретным условиям. [c.117]

Так, для организации производства этиленгликоля мощностью 5000 т/год по раствору, содержащего около 80% масс, гликолей и обеспечения стабильной работы катализатора в течение длительн010 времени (более 8000 час), необходим реакторный узел с рассредоточенной подачей оксида этилена с числом точек ввода оксида равным, как минимум, 3. Для реализации данного решения на производстве нами была предложена технологическая схема, включающая каскад последовательно соединенных реакторов не равного объема с гюдачей оксида этилена в смесители, установленные перед каждым реактором каскада. При этом реакторы каскада могут содержать один или несколько модулей (например, модулей разработанных нами в [6]), соединенных в последовательно параллельную цепь. [c.5]

Подвод же реагентов в разные точки реактора или в разные аппараты каскада способствует не только регулированию скорости химического процесса, а следовательно, и скорости выделения тепла при протекании реакций, но и повышению селективности процесса. Как правило, в разные точки подается наиболее реакционноспособный компонент. Секционирование приводит к увеличению средней движущей силы процесса за счет снижения продольного перемешивания и поэтому находит 11аибольшее применение в аппаратах смешения. Секционирование может быть выполнено в одном аппарате путем расчленения его на отдельные составные части, последовательно или параллельно соединенные между собой, либо путем разделения одного реакторного устройства на ряд самостоятельных реакторов, соединенных последовательно, т.е. на каскад реакторов меньшего объема. [c.118]

При анализе реакционноспособного диоксида азота его целесообразно бывает перевести в азот, что упрощает количественный анализ и не требует специальной коррозионноустойчивой аппаратуры и детектора. В работе [51] описана методика разделения примесей оксидов азота, углерода и постоянных газов с использованием реакционной хроматографии и схемы с последовательно параллельными колонками. Анализируемая проба сначала проходит через колонку с углем СКТ (200Х Х0,4 см), на которой при 145°С происходит разделение на три зоны [первая — постоянные газы и оксид азота (П), вторая — диоксид азота (IV) и диоксид углерода и третья — оксид азота (I)]. Затем первая зона при комнатной температуре разделяется на второй колонке на компоненты, включая все постоянные газы и оксид азота (П), а вторая и третья зоны поступают в реактор, заполненный медью, в котором при 900 °С происходит восстановление оксидов азота до азота. Затем в колонке с углем СКТ, последовательно соединенной с реактором, происходит разделение диоксида углерода и азота, образовавшегося из диоксида азота (IV), т. е. второй общий пик разделяется на отдельные компоненты. [c.236]

При непрерывном методе окисления во всей аппаратуре должно происходить равномерное смешивание свежего парафина с частично окисленным Этого достигают тем, что окисление проводят во многих реакторах, соединенных параллельно или последовательно. За непрерывным окислением могут также следовать непрерывные процессы омыления и отделения неомыленных веществ. [c.453]

Природный газ, идущий на конверсию, смешивается с азотоводородной смесью (АВС газ = 1 10), дожимается в компрессоре 20 до давления 45-46 ат и подается в огневой подогреватель I, где нагревается от 130-140 до 370-400°С. В реакторе проводится гидрирование сероорганических соединений до сероводорода на алюмо-кобальт-молибденовом катализаторе, а в аппарате 3 — поглощение сероводорода сорбентом на основе окиси цинка. Обычно устанавливаются два абсорбера, которые могут соединяться или последовательно, или параллельно — один из них может отключаться на перегрузку сорбента. Содержание серы в очшценном газе не должно превышать 0,5 мг/м газа. Газ смешивается с водяным паром в отношении пар газ = 3,5 + 4,0 1и парогазовая смесь поступает в конвективную зону печи конверсии 6. Работа печи детально рассмотрена выше. Конвертированный газ с температурой 800-850°С и давлением около 30 ат поступает в смеситель шахтного реактора 12. Сюда же компрессором 23 подается технологический воздух, нагретый в конвективной зоце печи до 480-500°С. В реакторе конвертируется оставшийся [c.253]

Последовательные и параллельные соединения резисторов. Последовательное и параллельное соединения проводников

Определения

Конец предыдущего проводника соединен непосредственно с началом следующего — подключение называют последовательным. Образуется цепочка. Чтобы включить очередное звено, нужно электрическую схему разорвать, вставив туда новый проводник.
Начала проводников соединены одной точкой, концы – другой, подключение называется параллельным. Связку принято называть разветвлением. Каждый отдельный проводник образует ветвь. Общие точки именуются узлами электрической сети.

Использование параллельного и последовательного соединения проводников

Термины, применяемые к электрическим цепям

Внешняя часть цепи, где заряды движутся, увлекаемые полем.
Внутренняя часть цепи, где заряды движутся против напряженности.

Падением потенциала участка цепи называется убыль потенциала в пределах отрезка. Формально это напряжение. Для ветвей параллельной цепи одинаково.

Законы Ома и Кирхгофа применительно к последовательному и параллельному соединению проводников

Посчитать сопротивления элементов при последовательном и параллельном соединении

Алгоритм расчета реальных цепей прост. Приведем некоторые тезисы касательно рассматриваемой тематики:

При последовательном включении суммируются сопротивления, при параллельном — проводимости:
1. Для резисторов закон переписывается в неизменной форме. При параллельном соединении итоговое сопротивление равняется произведению исходных, деленному на общую сумму. При последовательном – номиналы суммируются.
2. Индуктивность выступает реактивным сопротивлением (j*ω*L), ведет себя, как обычный резистор. В плане написания формулы ничем не отличается. Нюанс, для всякого чисто мнимого импеданса, что нужно умножить результат на оператор j, круговую частоту ω (2*Пи*f). При последовательном соединении катушек индуктивности номиналы суммируются, при параллельном – складываются обратные величины.
3. Мнимое сопротивление емкости записывается в виде: -j/ω*С. Легко заметить: складывая величины последовательного соединения, получим формулу, в точности как для резисторов и индуктивностей было при параллельном. Для конденсаторов все наоборот. При параллельном включении номиналы складываются, при последовательном – суммируются обратные величины.

Пример решения уравнений Кирхгофа

Работа первого (сильного) источника тратится на создание тока во внешней цепи, преодоление слабости соседа (ток I2).
Второй источник не совершает полезной работы в нагрузке, борется с первым. Иначе не скажешь.

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, «мысленный эксперимент» фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей «мысленных экспериментов» является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его «куклой» — фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, «мысленными экспериментами» привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие «фантики» от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что «мысленный эксперимент» весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: «Если факт не соответствует теории — измените факт» (В другом варианте » — Факт не соответствует теории? — Тем хуже для факта»).

Максимально, на что может претендовать «мысленный эксперимент» — это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Подробности Категория: Статьи Создано: 06.09.2017 19:48

Как подключить в кукольном домике несколько светильников

Когда вы задумываетесь о том как сделать освещение в кукольном домике или румбоксе, где не один, а несколько светильников, то встает вопрос о том, как их подключить, объединить в сеть. Существует два типа подключения: последовательное и параллельное, о которых мы слышали со школьной скамьи. Их и рассмотрим в этой статье.

Я постараюсь описать всё простым доступным языком, чтобы всё было понятно даже самым-самым гуманитариям, не знакомым с электрическими премудростями.

Примечание : в этой статье рассмотрим только цепь с лампочками накаливания. Освещение диодами более сложное и будет рассмотрено в другой статье.

Для понимания каждая схема будет сопровождена рисунком и рядом с чертежом электрической монтажной схемой.
Сначала рассмотрим условные обозначения на электрических схемах.

Название элемента	Символ на схеме	Изображение
батарейка/ элемент питания
выключатель
провод
пересечение проводов (без соединения)
соединение проводов (пайкой, скруткой)
лампа накаливания
неисправная лампа
неработающая лампа
горящая лампа

Как уже было сказано, существуют два основных типа подключения: последовательное и параллельное. Есть ещё третье, смешанное: последовательно-параллельное, объединяющее то и другое. Начнем с последовательного, как более простого.

Последовательное подключение

Выглядит оно вот так.

Лампочки располагаются одна за другой, как в хороводе держась за руки. По этому принципу были сделаны старые советские гирлянды.

Достоинства — простота соединения.
Недостатки — если перегорела хоть одна лампочка, то не будет работать вся цепь.

Надо будет перебирать, проверять каждую лампочку, чтобы найти неисправную. Это может быть утомительным при большом количестве лампочек. Так же лампочки должны быть одного типа: напряжение, мощность.

При этом типе подключения напряжения лампочек складываются. Напряжение обозначается буквой U , измеряется в вольтах V . Напряжение источника питания должно быть равно сумме напряжений всех лампочек в цепи.

Пример №1 : вы хотите подключить в последовательную цепь 3 лампочки напряжением 1,5V. Напряжение источника питания, необходимое для работы такой цепи 1,5+1,5+1,5=4,5V.

У обычных пальчиковых батареек напряжение 1,5V. Чтобы из них получить напряжение 4,5V их тоже нужно соединить в последовательную цепь, их напряжения сложатся.
Подробнее о том, как выбрать источник питания написано в этой статье

Пример №2: вы хотите подключить к источнику питания 12V лампочки по 6V. 6+6=12v. Можно подключить 2 таких лампочки.

Пример №3: вы хотите соединить в цепь 2 лампочки по 3V. 3+3=6V. Необходим источник питания на 6 V.

Подведем итог: последовательное подключение просто в изготовлении, нужны лампочки одного типа. Недостатки: при выходе из строя одной лампочки не горят все. Включить и выключить цепь можно только целиком.

Исходя из этого, для освещения кукольного домика целесообразно соединять последовательно не более 2-3 лампочек. Например, в бра. Чтобы соединить большее количество лампочек, необходимо использовать другой тип подключения — параллельное.

Читайте так же статьи по теме:

Обзор миниатюрных ламп накаливания
Диоды или лампы накаливания

Параллельное подключение лампочек

Вот так выглядит параллельное подключение лампочек.

В этом типе подключения у всех лампочек и источника питания одинаковые напряжения. То есть при источнике питания 12v каждая из лампочек должна иметь тоже напряжение 12V. А количество лампочек может быть различным. А если у вас, допустим, есть лампочки 6V, то и источник питания нужно брать 6V.

При выходе из строя одной лампочки другие продолжают гореть.

Лампочки можно включать независимо друг от друга. Для этого к каждой нужно поставить свой выключатель.

По этому принципу подключены электроприборы в наших городских квартирах. У всех приборов одно напряжение 220V, включать и выключать их можно независимо друг от друга, мощность электроприборов может быть разной.

Вывод : при множестве светильников в кукольном домике оптимально параллельное подключение, хотя оно чуть сложнее, чем последовательное.

Рассмотрим ещё один вид подключения, соединяющий в себе последовательное и параллельное.

Комбинированное подключение

Пример комбинированного подключения.

Три последовательные цепи, соединенные параллельно

А вот другой вариант:

Три параллельные цепи, соединенные последовательно.

Участки такой цепи, соединенные последовательно, ведут себя как последовательное соединение. А параллельные участки — как параллельное соединение.

Пример

При такой схеме перегорание одной лампочки выведет из строя весь участок, соединенный последовательно, а две другие последовательные цеписохранят работоспособность.

Соответственно, и включать-выключать участки можно независимо друг от друга. Для этого каждой последовательной цепи нужно поставить свой выключатель.

Но нельзя включить одну-единственную лампочку.

При параллельно-последовательном подключении при выходе из строя одной лампочки цепь будет вести себя так:

А при нарушении на последовательном участке вот так:

Пример:

Есть 6 лампочек по 3V, соединенные в 3 последовательные цепи по 2 лампочки. Цепи в свою очередь соединены параллельно. Разбиваем на 3 последовательных участка и просчитываем этот участок.

На последовательном участке напряжения лампочек складываются, 3v+3V=6V. У каждой последовательной цепи напряжение 6V. Поскольку цепи соединены параллельно, то их напряжение не складывается, а значит нам нужен источник питания на 6V.

Пример

У нас 6 лампочек по 6V. Лампочки соединены по 3 штуки в параллельную цепь, а цепи в свою очередь — последовательно. Разбиваем систему на три параллельных цепи.

В одной параллельной цепи напряжение у каждой лампочки 6V, поскольку напряжение не складывается, то и у всей цепи напряжение 6V. А сами цепи соединены уже последовательно и их напряжения уже складываются. Получается 6V+6V=12V. Значит, нужен источник питания 12V.

Пример

Для кукольных домиков можно использовать такое смешанное подключение.

Допустим, в каждой комнате по одному светильнику, все светильники подключены параллельно. Но в самих светильниках разное количество лампочек: в двух — по одной лампочке, есть двухрожковое бра из двух лампочек и трехрожковая люстра. В люстре и бра лампочки соединены последовательно.

У каждого светильника свой выключатель. Источник питания 12V напряжения. Одиночные лампочки, соединенные параллельно, должны иметь напряжение 12V. А у тех, что соединены последовательно напряжение складывается на участке цепи
. Соответственно, для участка бра из двух лампочек 12V (общее напряжение)делим на 2 (количество лампочек), получим 6V (напряжение одной лампочки).
Для участка люстры 12V:3=4V (напряжение одной лампочки люстры).
Больше трех лампочек в одном светильнике соединять последовательно не стоит.

Теперь вы изучили все хитрости подключения лампочек накаливания разными способами. И, думаю, что не составит труда сделать освещение в кукольном домике со многими лампочками, любой сложности. Если же что-то для вас ещё представляет сложности, прочитайте статью о простейшем способе сделать свет в кукольном домике, самые базовые принципы. Удачи!

Проверим справедливость показанных здесь формул на простом эксперименте.

Возьмём два резистора МЛТ-2 на 3 и 47 Ом и соединим их последовательно. Затем измерим общее сопротивление получившейся цепи цифровым мультиметром. Как видим оно равно сумме сопротивлений резисторов, входящих в эту цепочку.

Замер общего сопротивления при последовательном соединении

Теперь соединим наши резисторы параллельно и замерим их общее сопротивление.

Измерение сопротивления при параллельном соединении

Как видим, результирующее сопротивление (2,9 Ом) меньше самого меньшего (3 Ом), входящего в цепочку. Отсюда вытекает ещё одно известное правило, которое можно применять на практике:

При параллельном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет меньше наименьшего сопротивления, входящего в эту цепь.

Что ещё нужно учитывать при соединении резисторов?

Во-первых, обязательно учитывается их номинальная мощность. Например, нам нужно подобрать замену резистору на 100 Ом и мощностью 1 Вт . Возьмём два резистора по 50 Ом каждый и соединим их последовательно. На какую мощность рассеяния должны быть рассчитаны эти два резистора?

Поскольку через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же постоянный ток (допустим 0,1 А ), а сопротивление каждого из них равно 50 Ом , тогда мощность рассеивания каждого из них должна быть не менее 0,5 Вт . В результате на каждом из них выделится по 0,5 Вт мощности. В сумме это и будет тот самый 1 Вт .

Данный пример достаточно грубоват. Поэтому, если есть сомнения, стоит брать резисторы с запасом по мощности.

Подробнее о мощности рассеивания резистора читайте .

Во-вторых, при соединении стоит использовать однотипные резисторы, например, серии МЛТ. Конечно, нет ничего плохого в том, чтобы брать разные. Это лишь рекомендация.

Параллельные соединения резисторов, формула расчёта которых выводится из закона Ома и правил Кирхгофа, являются наиболее распространённым типом включения элементов в электрическую цепь. При параллельном соединении проводников два или несколько элементов объединяются своими контактами с обеих из сторон соответственно. Подключение их к общей схеме осуществляется именно этими узловыми точками.

Gif?x15027″ alt=»Общий вид»>

Общий вид

Особенности включения

Включённые таким образом проводники нередко входят в состав сложных цепочек, содержащих, помимо этого, последовательное соединение отдельных участков.

Для такого включения типичны следующие особенности:

Общее напряжение в каждой из ветвей будет иметь одно и то же значение;
Протекающий в любом из сопротивлений электрический ток всегда обратно пропорционален величине их номинала.

В частном случае, когда все включённые в параллель резисторы имеют одинаковые номинальные значения, протекающие по ним «индивидуальные» токи также будут равны между собой.

Расчёт

Сопротивления ряда соединённых в параллель проводящих элементов определяются по общеизвестной форме расчёта, предполагающей сложение их проводимостей (обратных сопротивлению величин).

Протекающий в каждом из отдельных проводников ток в соответствие с законом Ома, может быть найден по формуле:

I= U/R (одного из резисторов).

После ознакомления с общими принципами обсчёта элементов сложных цепочек можно перейти к конкретным примерам решения задач данного класса.

Типичные подключения

Пример №1

Нередко для решения стоящей перед конструктором задачи требуется путём объединения нескольких элементов получить в итоге конкретное сопротивление. При рассмотрении простейшего варианта такого решения допустим, что общее сопротивление цепочки из нескольких элементов должно составлять 8 Ом. Этот пример нуждается в отдельном рассмотрении по той простой причине, что в стандартном ряду сопротивлений номинал в 8 Ом отсутствует (есть только 7,5 и 8,2 Ом).

Решение этой простейшей задачи удаётся получить за счёт соединения двух одинаковых элементов с сопротивлениями по 16 Ом каждое (такие номиналы в резистивном ряду существуют). Согласно приводимой выше формуле общее сопротивление цепочки в этом случае вычисляется очень просто.

Из неё следует:

16х16/32=8 (Ом), то есть как раз столько, сколько требовалось получить.

Таким сравнительно простым способом удаётся решить задачу формирования общего сопротивления, равного 8-ми Омам.

Пример №2

В качестве ещё одного характерного примера образования требуемого сопротивления можно рассмотреть построение схемы, состоящей из 3-х резисторов.

Общее значение R такого включения может быть рассчитано по формуле последовательного и параллельного соединения в проводниках.

Gif?x15027″ alt=»Пример»>

В соответствии с указанными на картинке значениями номиналов, общее сопротивление цепочки будет равно:

1/R = 1/200+1/220+1/470 = 0,0117;

R=1/0,0117 = 85,67Ом.

В итоге находим суммарное сопротивление всей цепочки, получаемой при параллельном соединении трёх элементов с номинальными значениями 200, 240 и 470 Ом.

Важно! Указанный метод применим и при расчёте произвольного числа соединенных в параллель проводников или потребителей.

Также необходимо отметить, что при таком способе включения различных по величине элементов общее сопротивление будет меньше, чем у самого малого номинала.

Расчёт комбинированных схем

Рассмотренный метод может применяться и при расчёте сопротивления более сложных или комбинированных схем, состоящих из целого набора компонентов. Их иногда называют смешанными, поскольку при формировании цепочек используются сразу оба способа. Смешанное соединение резисторов представлено на размещенном ниже рисунке.

Gif?x15027″ alt=»Смешанная схема»>

Смешанная схема

Для упрощения расчета сначала разбиваем все резисторы по типу включения на две самостоятельные группы. Одна из них представляет собой последовательное соединение, а вторая – имеет вид подключения параллельного типа.

Из приведённой схемы видно, что элементы R2 и R3 соединяются последовательно (они объединены в группу 2), которая, в свою очередь, включена в параллель с резистором R1, принадлежащим группе 1.

Закон последовательного соединения проводников. Последовательное соединение сопротивлений. Задача на параллельное и последовательное

Электричество начинается с закона Ома.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

Делаем вывод:

При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Последовательное соединение проводников

Параллельное соединение проводников

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

При последовательной схеме имеется одинаковая сила тока во всех проводниках:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Помимо этого, общее напряжение равно сумме напряжений отдельно взятых проводников:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.

В случае параллельной схемы совокупное напряжение цепи аналогично напряжению отдельных элементов:

Смешанное соединение проводников

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Напряжения на всех резисторах будут одинаковы: U=U1=U2=U3, их концы — это точки А и В.

Теперь, использовав закон Ома, последнее равенство преобразуется к такому виду:

U/R=U/R1+U/R2+U/R3.

Отсюда следует, что для эквивалентного сопротивления R справедливо:

1/R=1/R1+1/R2+1/R3

или после преобразования формулы мы можем получить другую запись, такого вида:
.

Примеры использования

Последовательное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и ЭДС

Параллельное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и генератора

Смешанное соединение резисторов

Отсюда, можно вывести формулу которая и даст нам необходимое значение:

Rобщ.=(R1*R2/R1+R2)+R3

Возьмем три постоянных сопротивления R1, R2 и R3 и включим их в цепь так, чтобы конец первого сопротивления R1 был соединен с началом второго сопротивления R 2, конец второго — с началом третьего R 3, а к началу первого сопротивления и к концу третьего подведем проводники от источника тока (рис. 1 ).

Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Очевидно, что ток в такой цепи будет во всех ее точках один и тот же.

Рис 1

Как определить общее сопротивление цепи, если все включенные в нее последовательно сопротивления мы уже знаем? Используя положение, что напряжение U на зажимах источника тока равно сумме падений напряжений на участках цепи, мы можем написать:

U = U1 + U2 + U3

где

U1 = IR1 U2 = IR2 и U3 = IR3

или

IR = IR1 + IR2 + IR3

Вынеся в правой части равенства I за скобки, получим IR = I(R1 + R2 + R3) .

Поделив теперь обе части равенства на I , будем окончательно иметь R = R1 + R2 + R3

Таким образом, мы пришли к выводу, что при последовательном соединении сопротивлений общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков.

Проверим этот вывод на следующем примере. Возьмем три постоянных сопротивления, величины которых известны (например, R1 == 10 Ом, R 2 = 20 Ом и R 3 = 50 Ом). Соединим их последовательно (рис. 2 ) и подключим к источнику тока, ЭДС которого равна 60 В ( пренебрегаем).

Рис. 2. Пример последовательного соединения трех сопротивлений

Подсчитаем, какие показания должны дать приборы, включенные, как показано на схеме, если замкнуть цепь. Определим внешнее сопротивление цепи: R = 10 + 20 + 50 = 80 Ом.

Найдем ток в цепи : 60 / 80 = 0 ,75 А

Зная ток в цепи и сопротивления ее участков, определим падение напряжения на каждое участке цепи U 1 = 0,75х 10 = 7,5 В, U 2 = 0,75 х 20=15 В, U3 = 0,75 х 50 = 37,5 В.

Зная падение напряжений на участках, определим общее падение напряжения во внешней цепи, т. е. напряжение на зажимах источника тока U = 7,5+15 + 37,5 = 60 В.

Мы получили таким образом, что U = 60 В, т. е. несуществующее равенство ЭДС источника тока и его напряжения. Объясняется это тем, что мы пренебрегли внутренним сопротивлением источника тока.

Замкнув теперь ключ выключатель К, можно убедиться по приборам, что наши подсчеты примерно верны.

Возьмем два постоянных сопротивления R1 и R2 и соединим их так, чтобы начала этих сопротивлений были включены в одну общую точку а, а концы — в другую общую точку б. Соединив затем точки а и б с источником тока, получим замкнутую электрическую цепь. Такое соединение сопротивлений называется параллельным соединением.

Рис 3. Параллельное соединение сопротивлений

Проследим течение тока в этой цепи. От положительного полюса источника тока по соединительному проводнику ток дойдет до точки а. В точке а он разветвится, так как здесь сама цепь разветвляется на две отдельные ветви: первую ветвь с сопротивлением R1 и вторую — с сопротивлением R2. Обозначим токи в этих ветвях соответственно через I1 и I 2. Каждый из этих токов пойдет по своей ветви до точки б. В этой точке произойдет слияние токов в один общий ток, который и придет к отрицательному полюсу источника тока.

Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений получается разветвленная цепь. Посмотрим, какое же будет соотношение между токами в составленной нами цепи.

Включим амперметр между положительным полюсом источника тока (+) и точкой а и заметим его показания. Включив затем амперметр (показанный «а рисунке пунктиром) в провод, соединяющий точку б с отрицательным полюсом источника тока (-), заметим, что прибор покажет ту же величину силы тока.

Значит, до ее разветвления (до точки а) равна силе тока после разветвления цепи (после точки б).

Будем теперь включать амперметр поочередно в каждую ветвь цепи, запоминая показания прибора. Пусть в первой ветви амперметр покажет силу тока I1 , а во второй — I 2. Сложив эти два показания амперметра, мы получим суммарный ток, по величине равный току I до разветвления (до точки а).

Следовательно, сила тока, протекающего до точки разветвления, равна сумме сил токов, утекающих от этой точки. I = I1 + I2 Выражая это формулой, получим

Это соотношение, имеющее большое практическое значение, носит название закона разветвленной цепи .

Рассмотрим теперь, каково будет соотношение между токами в ветвях.

Включим между точками а и б вольтметр и посмотрим, что он нам покажет. Во-первых, вольтметр покажет напряжение источника тока, так как он подключен, как это видно из рис. 3 , непосредственно к зажимам источника тока. Во-вторых, вольтметр покажет падения напряжений U1 и U2 на сопротивлениях R1 и R2, так как он соединен с началом и концом каждого сопротивления.

Следовательно, при параллельном соединении сопротивлений напряжение на зажимах источника тока равно падению напряжения на каждом сопротивлении.

Это дает нам право написать, что U = U1 = U2 ,

где U — напряжение на зажимах источника тока; U1 — падение напряжения на сопротивлении R1 , U2 — падение напряжения на сопротивлении R2. Вспомним, что падение напряжения на участке цепи численно равно произведению силы тока, протекающего через этот участок, на сопротивление участка U = IR .

Поэтому для каждой ветви можно написать: U1 = I1R1 и U2 = I2R2 , но так как U1 = U2, то и I1R1 = I2R2 .

Применяя к этому выражению правило пропорции, получим I1/ I2 = U2 / U1 т. е. ток в первой ветви будет во столько раз больше (или меньше) тока во второй ветви, во сколько раз сопротивление первой ветви меньше (или больше) сопротивления второй ветви.

Итак, мы пришли к важному выводу, заключающемуся в том, что при параллельном соединении сопротивлений общий ток цепи разветвляется на токи, обратно пропорциональные величинам сопротивлении параллельных ветвей. Иначе говоря, чем больше сопротивление ветви, тем меньший ток потечет через нее, и, наоборот, чем меньше сопротивление ветви, тем больший ток потечет через эту ветвь.

Убедимся в правильности этой зависимости на следующем примере. Соберем схему, состоящую из двух параллельно соединенных сопротивлений R1 и R 2, подключенных к источнику тока. Пусть R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и U = 3 В.

Подсчитаем сначала, что покажет нам амперметр, включенный в каждую ветвь:

I1 = U / R1 = 3 / 10 = 0 ,3 А = 300 мА

I 2 = U / R 2 = 3 / 20 = 0,15 А = 150 мА

Общий ток в цепи I = I1 +I2 = 300 + 150 = 450 мА

Проделанный нами расчет подтверждает, что при параллельном соединении сопротивлений ток в цепи разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям.

Действительно, R1 == 10 Ом вдвое меньше R 2 = 20 Ом, при этом I1 = 300 мА вдвое больше I2 = 150 мА. Общий ток в цепи I = 450 мА разветвился на две части так, что большая его часть (I1 = 300 мА) пошла через меньшее сопротивление (R1 = 10 Ом), а меньшая часть (R2 = 150 мА) -через большее сопротивление (R 2 = 20 Ом).

Такое разветвление тока в параллельных ветвях сходно с течением жидкости по трубам. Представьте себе трубу А, которая в каком-то месте разветвляется на две трубы Б и В различного диаметра (рис. 4). Так как диаметр трубы Б больше диаметра трубок В, то через трубу Б в одно и то же время пройдет больше воды, чем через трубу В, которая оказывает потоку воды большее сопротивление.

Рис. 4

Рассмотрим теперь, чему будет равно общее сопротивление внешней цепи, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений.

Под этим общим сопротивлением внешней цепи надо понимать такое сопротивление, которым можно было бы заменить при данном напряжении цепи оба параллельно включенных сопротивления, не изменяя при этом тока до разветвления. Такое сопротивление называется эквивалентным сопротивлением.

Вернемся к цепи, показанной на рис. 3, и посмотрим, чему будет равно эквивалентное сопротивление двух параллельно соединенных сопротивлений. Применяя к этой цепи закон Ома, мы можем написать: I = U/R , где I — ток во внешней цепи (до точки разветвления), U — напряжение внешней цепи, R — сопротивление внешней цепи, т. е. эквивалентное сопротивление.

Точно так же для каждой ветви I1 = U1 / R1 , I2 = U2 / R2 , где I1 и I 2 — токи в ветвях; U1 и U2 — напряжение на ветвях; R1 и R2 — сопротивления ветвей.

По закону разветвленной цепи: I = I1 + I2

Подставляя значения токов, получим U / R = U1 / R1 + U2 / R2

Так как при параллельном соединении U = U1 = U2 , то можем написать U / R = U / R1 + U / R2

Вынеся U в правой части равенства за скобки, получим U / R = U (1 / R1 + 1 / R2 )

Разделив теперь обе части равенства на U , будем окончательно иметь 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Помня, что проводимостью называется величина, обратная сопротивлению , мы можем сказать, что в полученной формуле 1 / R — проводимость внешней цепи; 1 / R1 проводимость первой ветви; 1 / R2- проводимость второй ветви.

На основании этой формулы делаем вывод: при параллельном соединении проводимость внешней цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей.

Следовательно, чтобы определить эквивалентное сопротивление включенных параллельно сопротивлений, надо определить проводимость цепи и взять величину, ей обратную.

Из формулы также следует, что проводимость цепи больше проводимости каждой ветви, а это значит, что эквивалентное сопротивление внешней цепи меньше наименьшего из включенных параллельно сопротивлений.

Рассматривая случай параллельного соединения сопротивлений, мы взяли наиболее простую цепь, состоящую из двух ветвей. Однако на практике могут встретиться случаи, когда цепь состоит из трех и более параллельных ветвей. Как же поступать в этих случаях?

Оказывается, все полученные нами соотношения остаются справедливыми и для цепи, состоящей из любого числа параллельно соединенных сопротивлений.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующий пример.

Возьмем три сопротивления R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и R3 = 60 Ом и соединим их параллельно. Определим эквивалентное сопротивление цепи (рис. 5 ).

Рис. 5. Цепь с тремя параллельно соединенными сопротивлениями

Применяя для этой цепи формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 , можем написать 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 и, подставляя известные величины, получим 1 / R = 1 / 10 + 1 / 20 + 1 / 60

Сложим эта дроби: 1/R = 10 / 60 = 1 / 6, т. е.. проводимость цепи 1 / R = 1 / 6 Следовательно, эквивалентное сопротивление R = 6 Ом.

Таким образом, эквивалентное сопротивление меньше наименьшего из включенных параллельно в цепь сопротивлений , т. е. меньше сопротивления R1.

Посмотрим теперь, действительно ли это сопротивление является эквивалентным, т. е. таким, которое могло бы заменить включенные параллельно сопротивления в 10, 20 и 60 Ом, не изменяя при этом силы тока до разветвления цепи.

Допустим, что напряжение внешней цепи, а следовательно, и напряжение на сопротивлениях R1, R2, R3 равно 12 В. Тогда сила токов в ветвях будет: I1 = U/R1 = 12 / 10 = 1 ,2 А I 2 = U/R 2 = 12 / 20 = 1 ,6 А I 3 = U/R1 = 12 / 60 = 0,2 А

Общий ток в цепи получим, пользуясь формулой I = I1 + I2 + I3 =1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 А.

Проверим по формуле закона Ома, получится ли в цепи ток силой 2 А, если вместо трех параллельно включенных известных нам сопротивлений включено одно эквивалентное им сопротивление 6 Ом.

I = U / R = 12 / 6 = 2 А

Как видим, найденное нами сопротивление R = 6 Ом действительно является для данной цепи эквивалентным.

В этом можно убедиться и на измерительных приборах, если собрать схему с взятыми нами сопротивлениями, измерить ток во внешней цепи (до разветвления), затем заменить параллельно включенные сопротивления одним сопротивлением 6 Ом и снова измерить ток. Показания амперметра и в том и в другом случае будут примерно одинаковыми.

На практике могут встретиться также параллельные соединения, для которых рассчитать эквивалентное сопротивление можно проще, т. е. не определяя предварительно проводимостей, сразу найти сопротивление.

Например, если соединены параллельно два сопротивления R1 и R2 , то формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 можно преобразовать так: 1/R = (R2 + R1) / R1 R2 и, решая равенство относительно R, получить R = R1 х R2 / (R1 + R2 ), т. е. при параллельном соединении двух сопротивлений эквивалентное сопротивление цепи равно произведению включенных параллельно сопротивлений, деленному на их сумму.

Одним из китов, на котором держатся многие понятия в электронике, является понятие последовательного и параллельного подключения проводников. Знать основные отличия указанных типов подключения просто необходимо. Без этого нельзя понять и прочитать ни одной схемы.

Основные принципы

Электрический ток движется по проводнику от источника к потребителю (нагрузке). Чаще всего в качестве проводника выбирается медный кабель. Связано это с требованием, которое предъявляется к проводнику: он должен легко высвобождать электроны.

Независимо от способа подключения, электрический ток двигается от плюса к минусу. Именно в этом направлении убывает потенциал. При этом стоит помнить, что провод, по котору идет ток, также обладает сопротивлением. Но его значение очень мало. Именно поэтому им пренебрегают. Сопротивление проводника принимают равным нулю. В том случае, если проводник обладает сопротивлением, его принято называть резистором.

Параллельное подключение

В данном случае элементы, входящие в цепь, объединены между собой двумя узлами. С другими узлами у них связей нет. Участки цепи с таким подключением принято называть ветвями. Схема параллельного подключения представлена на рисунке ниже.

Если говорить более понятным языком, то в данном случае все проводники одним концом соединены в одном узле, а вторым — во втором. Это приводит к тому, что электрический ток разделяется на все элементы. Благодаря этому увеличивается проводимость всей цепи.

При подключении проводников в цепь данным способом напряжение каждого из них будет одинаково. А вот сила тока всей цепи будет определяться как сумма токов, протекающих по всем элементам. С учетом закона Ома путем нехитрых математических расчетов получается интересная закономерность: величина, обратная общему сопротивлению всей цепи, определяется как сумма величин, обратных сопротивлениям каждого отдельного элемента. При этом учитываются только элементы, подключенные параллельно.

Последовательное подключение

В данном случае все элементы цепи соединены таким образом, что они не образуют ни одного узла. При данном способе подключения имеется один существенный недостаток. Он заключается в том, что при выходе из строя одного из проводников все последующие элементы работать не смогут. Ярким примером такой ситуации является обычная гирлянда. Если в ней перегорает одна из лампочек, то вся гирлянда перестает работать.

Последовательное подключение элементов отличается тем, что сила тока во всех проводниках равна. Что касается напряжения цепи, то оно равно сумме напряжения отдельных элементов.

В данной схеме проводники включаются в цепь поочередно. А это значит, что сопротивление всей цепи будет складываться из отдельных сопротивлений, характерных для каждого элемента. То есть общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех проводников. Эту же зависимость можно вывести и математическим способом, используя закон Ома.

Смешанные схемы

Бывают ситуации, когда на одной схеме можно увидеть одновременно последовательное и параллельное подключение элементов. В таком случае говорят о смешанном соединении. Расчет подобных схем проводится отдельно для каждой из группы проводников.

Так, чтобы определить общее сопротивление, необходимо сложить сопротивление элементов, подключенных параллельно, и сопротивление элементов с последовательным подключением. При этом последовательное подключение является доминантным. То есть его рассчитывают в первую очередь. И только после этого определяют сопротивление элементов с параллельным подключением.

Подключение светодиодов

Зная основы двух типов подключения элементов в цепи, можно понять принцип создания схем различных электроприборов. Рассмотрим пример. во многом зависит от напряжения источника тока.

При небольшом напряжении сети (до 5 В) светодиоды подключают последовательно. Снизить уровень электромагнитных помех в данном случае поможет конденсатор проходного типа и линейные резисторы. Проводимость светодиодов увеличивают за счет использования системных модуляторов.

При напряжении сети 12 В может использоваться и последовательное, и параллельное подключение сети. В случае последовательного подключения используют импульсные блоки питания. Если собирается цепь из трех светодиодов, то можно обойтись без усилителя. Но если цепь будет включать большее количество элементов, то усилитель необходим.

Во втором случае, то есть при параллельном подключении, необходимо использование двух открытых резисторов и усилителя (с пропускной способностью выше 3 А). Причем первый резистор устанавливается перед усилителем, а второй — после.

При высоком напряжении сети (220 В) прибегают к последовательному подключению. При этом дополнительно используют операционные усилители и понижающие блоки питания.

При последовательном соединении сопротивление равно. Параллельное соединение сопротивлениий (резисторов)

Последовательное, параллельное и смешанное соединения резисторов. Значительное число приемников, включенных в электрическую цепь (электрические лампы, электронагревательные приборы и др.), можно рассматривать как некоторые элементы, имеющие определенное сопротивление. Это обстоятельство дает нам возможность при составлении и изучении электрических схем заменять конкретные приемники резисторами с определенными сопротивлениями. Различают следующие способы соединения резисторов (приемников электрической энергии): последовательное, параллельное и смешанное.

Последовательное соединение резисторов . При последовательном соединении нескольких резисторов конец первого резистора соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. При таком соединении по всем элементам последовательной цепи проходит
один и тот же ток I.
Последовательное соединение приемников поясняет рис. 25, а.
.Заменяя лампы резисторами с сопротивлениями R1, R2 и R3, получим схему, показанную на рис. 25, б.
Если принять, что в источнике Ro = 0, то для трех последовательно соединенных резисторов согласно второму закону Кирхгофа можно написать:

E = IR 1 + IR 2 + IR 3 = I(R 1 + R 2 + R 3) = IR эк (19)

где R эк = R 1 + R 2 + R 3 .
Следовательно, эквивалентное сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех последовательно соединенных резисторов.Так как напряжения на отдельных участках цепи согласно закону Ома: U 1 =IR 1 ; U 2 = IR 2 , U 3 = IR з и в данном случае E = U, то длярассматриваемой цепи

U = U 1 + U 2 +U 3 (20)

Следовательно, напряжение U на зажимах источника равно сумме напряжений на каждом из последовательно включенных резисторов.
Из указанных формул следует также, что напряжения распределяются между последовательно соединенными резисторами пропорционально их сопротивлениям:

U 1: U 2: U 3 = R 1: R 2: R 3 (21)

т. е. чем больше сопротивление какого-либо приемника в последовательной цепи, тем больше приложенное к нему напряжение.

В случае если последовательно соединяются несколько, например п, резисторов с одинаковым сопротивлением R1, эквивалентное сопротивление цепи Rэк будет в п раз больше сопротивления R1, т. е. Rэк = nR1. Напряжение U1 на каждом резисторе в этом случае в п раз меньше общего напряжения U:

При последовательном соединении приемников изменение сопротивления одного из них тотчас же влечет за собой изменение напряжения на других связанных с ним приемниках. При выключении или обрыве электрической цепи в одном из приемников и в остальных приемниках прекращается ток. Поэтому последовательное соединение приемников применяют редко — только в том случае, когда напряжение источника электрической энергии больше номинального напряжения, на которое рассчитан потребитель. Например, напряжение в электрической сети, от которой питаются вагоны метрополитена, составляет 825 В, номинальное же напряжение электрических ламп, применяемых в этих вагонах, 55 В. Поэтому в вагонах метрополитена электрические лампы включают последовательно по 15 ламп в каждой цепи.
Параллельное соединение резисторов . При параллельном соединении нескольких приемников они включаются между двумя точками электрической цепи, образуя параллельные ветви (рис. 26, а). Заменяя

лампы резисторами с сопротивлениями R1, R2, R3, получим схему, показанную на рис. 26, б.
При параллельном соединении ко всем резисторам приложено одинаковое напряжение U. Поэтому согласно закону Ома:

I 1 =U/R 1 ; I 2 =U/R 2 ; I 3 =U/R 3 .

Ток в неразветвленной части цепи согласно первому закону Кирхгофа I = I 1 +I 2 +I 3 , или

I = U / R 1 + U / R 2 + U / R 3 = U (1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3) = U / R эк (23)

Следовательно, эквивалентное сопротивление рассматриваемой цепи при параллельном соединении трех резисторов определяется формулой

1/R эк = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 (24)

Вводя в формулу (24) вместо значений 1/R эк, 1/R 1 , 1/R 2 и 1/R 3 соответствующие проводимости G эк, G 1 , G 2 и G 3 , получим: эквивалентная проводимость параллельной цепи равна сумме проводимостей параллельно соединенных резисторов :

G эк = G 1 + G 2 +G 3 (25)

Таким образом, при увеличении числа параллельно включаемых резисторов результирующая проводимость электрической цепи увеличивается, а результирующее сопротивление уменьшается.
Из приведенных формул следует, что токи распределяются между параллельными ветвями обратно пропорционально их электрическим сопротивлениям или прямо пропорционально их проводимостям. Например, при трех ветвях

I 1: I 2: I 3 = 1/R 1: 1/R 2: 1/R 3 = G 1 + G 2 + G 3 (26)

В этом отношении имеет место полная аналогия между распределением токов по отдельным ветвям и распределением потоков воды по трубам.
Приведенные формулы дают возможность определить эквивалентное сопротивление цепи для различных конкретных случаев. Например, при двух параллельно включенных резисторах результирующее сопротивление цепи

R эк =R 1 R 2 /(R 1 +R 2)

при трех параллельно включенных резисторах

R эк =R 1 R 2 R 3 /(R 1 R 2 +R 2 R 3 +R 1 R 3)

При параллельном соединении нескольких, например n, резисторов с одинаковым сопротивлением R1 результирующее сопротивление цепи Rэк будет в n раз меньше сопротивления R1, т.е.

R эк = R1 / n (27)

Проходящий по каждой ветви ток I1, в этом случае будет в п раз меньше общего тока:

I1 = I / n (28)

При параллельном соединении приемников, все они находятся под одним и тем же напряжением, и режим работы каждого из них не зависит от остальных. Это означает, что ток, проходящий по какому-либо из приемников, не будет оказывать существенного влияния на другие приемники. При всяком выключении или выходе из строя любого приемника остальные приемники остаются вклю-

ченными. Поэтому параллельное соединение имеет существенные преимущества перед последовательным, вследствие чего оно получило наиболее широкое распространение. В частности, электрические лампы и двигатели, предназначенные для работы при определенном (номинальном) напряжении, всегда включают параллельно.
На электровозах постоянного тока и некоторых тепловозах тяговые двигатели в процессе регулирования скорости движения нужно включать под различные напряжения, поэтому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.

Смешанное соединение резисторов . Смешанным соединением называется такое соединение, при котором часть резисторов включается последовательно, а часть — параллельно. Например, в схеме рис. 27, а имеются два последовательно включенных резистора сопротивлениями R1 и R2, параллельно им включен резистор сопротивлением Rз, а резистор сопротивлением R4 включен последовательно с группой резисторов сопротивлениями R1, R2 и R3.
Эквивалентное сопротивление цепи при смешанном соединении обычно определяют методом преобразования, при котором сложную цепь последовательными этапами преобразовывают в простейшую. Например, для схемы рис. 27, а вначале определяют эквивалентное сопротивление R12 последовательно включенных резисторов с сопротивлениями R1 и R2: R12 = R1 + R2. При этом схема рис. 27, а заменяется эквивалентной схемой рис. 27, б. Затем определяют эквивалентное сопротивление R123 параллельно включенных сопротивлений и R3 по формуле

R 123 =R 12 R 3 /(R 12 +R 3)=(R 1 +R 2)R 3 /(R 1 +R 2 +R 3).

При этом схема рис. 27, б заменяется эквивалентной схемой рис. 27, в. После этого находят эквивалентное сопротивление всей цепи суммированием сопротивления R123 и последовательно включенного с ним сопротивления R4:

R эк = R 123 + R 4 = (R 1 + R 2) R 3 / (R 1 + R 2 + R 3) + R 4

Последовательное, параллельное и смешанное соединения широко применяют для изменения сопротивления пусковых реостатов при пуске э. п. с. постоянного тока.

1. При последовательном соединении проводников

1. Сила тока во всех проводниках одинакова :

I 1 = I 2 = I

2. Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U 1 и U 2 на каждом проводнике :

U = U 1 + U 2

3. По закону Ома, напряжения U 1 и U 2 на проводниках равны U 1 = IR 1 , U 2 = IR 2 а общее напряжение U = IR где R – электрическое сопротивление всей цепи, тогда IR = IR 1 + I R 2. Отсюда следует

R = R 1 + R 2

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

2. При параллельном соединении проводников

1. Напряжения U 1 и U 2 на обоих проводниках одинаковы

U 1 = U 2 = U

2. Сумма токов I 1 + I 2 , протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи :

I = I 1 + I 2

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B ) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд I Δt , а утекает от узла за то же время заряд I 1 Δt + I 2 Δt . Следовательно, I = I 1 + I 2 .

3. Записывая на основании закона Ома

где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рисунке приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений. Сопротивления всех проводников указаны в омах (Ом).

На пракутике одного источника тока в цепи бывает недостаточно, и тогда источники тока тоже соединяют между собой для питания цепи. Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1. ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников r батареи = r 1 + r 2 + r 3

Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε 1, а сопротивление r батареи = nr 1

При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС . Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

1. ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε 1 = ε 2 = ε 3

2. Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника r батареи = r 1 /n
3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к.при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Параллельным соединением сопротивлений называется такое соединение, когда начала сопротивлений соединены в одну общую точку, а концы — в другую.

Для параллельного соединения сопротивлений характерны следующие свойства:

Напряжения на зажимах всех сопротивлений одинаковы:

U 1 = U 2 =U 3 =U ;

Проводимость всех параллельно соединённых сопротивлений равна сумме проводимостей отдельных сопротивлений:

1/R = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 = R 1 R 2 + R 1 R 3 + R 2 R 3 /R 1 R 2 R 3 ,

где R — эквивалентное (равнодействующее) сопротивление трёх сопротивлений (в данном случае R 1 , R 2 и R 3 ) .

Чтобы получить сопротивление такой цепи, надо перевернуть дробь, определяющую величину её проводимости. Следовательно, сопротивление параллельного разветвления из трёх резисторов:

R = R 1 R 2 R 3 /R 1 R 2 + R 2 R 3 + R 1 R 3 .

Эквивалентным сопротивлением называется такое сопротивление, которым можно заменить несколько сопротивлений (включенных параллельно или последовательно), не изменяя величины тока в цепи.

Чтобы найти эквивалентное сопротивление при параллельном соединении, необходимо сложить проводимости всех отдельных участков, т.е. найти общую проводимость. Величина, обратная общей проводимости, и является общим сопротивлением.

При параллельном соединении эквивалентная проводимость равна сумме проводимостей отдельных ветвей, следовательно, эквивалентное сопротивление в этом случае всегда меньше наименьшего из параллельно включенных сопротивлений.

На практике могут быть случаи, когда цепь состоит из более, чем трёх параллельных ветвей. Все полученные соотношения остаются справедливыми и для цепей, состоящих из любого числа параллельно соединённых резисторов.

Найдём эквивалентное сопротивление двух параллельно включенных сопротивлений R 1 и R 2 (см. рис.). Проводимость первой ветви равна 1/R 1 , проводимость второй ветви — 1/R 2 . Общая проводимость:

1/R = 1/R 1 + 1/R 2 .

Приведём к общему знаменателю:

1/R = R 2 + R 1 /R 1 R 2 ,

отсюда эквивалентное сопротивление

R = R 1 R 2 /R 1 + R 2 .

Эта формула и служит для расчётов общего сопротивления цепи, состоящей из двух параллельно включенных сопротивлений.

Таким образом, эквивалентное сопротивление двух параллельно включенных сопротивлений равно произведению этих сопротивлений, делённому на их сумму.

При параллельном соединении n равных сопротивлений R 1 эквивалентное сопротивление их будет в n раз меньше, т.е.

R = R 1 /n .

На схеме, изображённой на последнем рисунке, включено пять сопротивлений R 1 по 30 Ом каждое. Следовательно, общее сопротивление R будет

R = R 1 /5 = 30/5 = 6 Ом.

Можно сказать, что сумма токов, подходящих к узловой точке А (на первом рисунке), равна сумме токов, от неё отходящих:

I = I 1 + I 2 + I 3 .

Рассмотрим, как происходит разветвление тока в цепях с сопротивлениями R 1 и R 2 (второй рисунок). Так как напряжение на зажимах этих сопротивлений одинаково, то

U = I 1 R 1 и U = I 2 R 2 .

Левые части этих равенств одинаковы, следовательно, равны и правые части:

I 1 R 1 = I 2 R 2 ,

или

I 1 /I 2 = R 2 /R 1 ,

Т.е. ток при параллельном соединении сопротивлений разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям ветвей (или прямо пропорционально их проводимостям). Чем больше сопротивление ветви, тем меньше ток в ней, и наоборот.

Таким образом, из нескольких одинаковых резисторов можно получить общий резистор с бОльшей мощностью рассеивания.

При параллельном соединении неодинаковых резисторов в наиболее высокоомном резисторе выделяется наибольшая мощность.

Пример 1. Имеются два сопротивления, включенных параллельно. Сопротивление R 1 = 25 Ом, а R 2 = 50 Ом. Определить общее сопротивление цепи R общ .

Решение. R общ = R 1 R 2 /R 1 + R 2 = 25 . 50 / 25 + 50 ≈ 16, 6 Ом.

Пример 2. В ламповом усилителе имеются три лампы, нити накала которых включены параллельно. Ток накала первой лампы I 1 = 1 ампер, второй I 2 = 1, 5 ампера и третьей I 3 = 2, 5 ампера. Определить общий ток цепи накала ламп усилителя I общ .

Решение. I общ = I 1 + I 2 + I 3 = 1 + 1, 5 + 2, 5 = 5 ампер.

Параллельное соединение резисторов часто встречается в радиотехнической аппаратуре. Два или более резисторов включается параллельно в тех случаях, когда ток в цепи слишком большой и может вызвать чрезмерный нагрев резистора.

Примером параллельного соединения потребителей электрической энергии может служить включение электрических ламп обычной осветительной сети, которые соединяются параллельно. Достоинство параллельного соединения потребителей заключается в том, что выключение одного из них не влияет на работу других.

Разница между последовательной и параллельной связью (со сравнительной таблицей)

Ключевое различие между последовательной и параллельной связью состоит в том, что при последовательной связи один канал связи используется для передачи данных от одного конца к другому. В отличие от параллельной связи, используются несколько параллельных каналов, по которым каждый бит данных передается одновременно.

Благодаря единственному каналу связи последовательная связь сравнительно более рентабельна, чем параллельная.В этой статье мы обсудим некоторые другие факторы, которые их различают.

Содержание: последовательная связь против параллельной связи

Таблица сравнения
Определение
Ключевые отличия
Заключение

Таблица сравнения

Основа для сравнения	Последовательная связь	Параллельная связь
Скорость передачи данных	Медленная	Сравнительно высокая
Количество используемых каналов связи	Один	Несколько
Количество переданных битов / такт	только один бит.	n количество каналов будет нести n битов.
Стоимость	Низкая	Высокая
Перекрестные помехи	Отсутствуют	Присутствуют
Обновление системы	Легко	Довольно сложно
Режим передачи	Полный дуплекс	Полудуплекс
Подходит для	Дальнее расстояние	Короткое расстояние
Высокочастотный режим	Более эффективный	Менее эффективный

Определение последовательной связи

При последовательной связи биты данных передаются последовательно по общему каналу связи один за другим.По сути, это не позволяет одновременную передачу данных, потому что используется только один канал. Таким образом, возможна последовательная передача, а не одновременная передача.

На рисунке ниже показана последовательная передача данных:

Он отлично подходит для передачи сигналов на большие расстояния, поскольку используется только один провод или шина. Таким образом, он может быть соединен между двумя точками, которые находятся на большом расстоянии друг от друга. Но поскольку за тактовый импульс передается только один бит данных , передача данных — это тихий процесс, требующий много времени.

Определение параллельной связи

При параллельной связи различные биты данных передаются одновременно с использованием нескольких каналов связи между отправителем и получателем. Здесь, несмотря на использование одного канала между отправителем и получателем, используются различные ссылки, и каждый бит данных передается отдельно по всему каналу связи.

На рисунке ниже показана передача 8-байтовых данных с использованием метода параллельной связи:

Здесь, как мы видим, для передачи 8-битных данных используются 8 отдельных каналов связи.Таким образом, после последовательной передачи данных разрешается одновременная передача данных. Это приводит к более быстрой связи между отправителем и получателем.

Но для соединения нескольких линий между отправителем и получателем необходимо наличие нескольких соединительных устройств между парой отправителя и получателя. И это причина того, что параллельная связь не подходит для передачи на большие расстояния, потому что подключение нескольких линий на большие расстояния очень сложно и дорого.

Ключевые различия между последовательной и параллельной связью

Из-за наличия единого канала связи скорость передачи данных низкая. В то время как несколько каналов в случае параллельной связи позволяют передавать данные со сравнительно более высокой скоростью.
Всякий раз, когда возникает потребность в обновлении системы , тогда обновление системы, использующей последовательную связь, является довольно простой задачей по сравнению с обновлением системы параллельной связи.
При последовательной связи все биты данных передаются по общему каналу, поэтому необходимо поддерживать правильный интервал, чтобы избежать помех. При параллельной связи использование нескольких каналов снижает вероятность помех между передаваемыми битами.
Последовательная связь поддерживает более высокую полосу пропускания , в то время как параллельная связь поддерживает сравнительно более низкую полосу пропускания.
Последовательная связь эффективна при работе на высоких частотах.Однако параллельная связь больше подходит для низкочастотных операций.
Из-за наличия одиночного канала проблема перекрестных помех отсутствует в последовательной связи. Но несколько ссылок увеличивают вероятность перекрестных помех при параллельном взаимодействии.
Последовательная связь подходит для передачи данных на большие расстояния, в то время как параллельная связь подходит для передачи данных на короткие расстояния.

Заключение

Итак, очевидно, что использование нескольких линий для передачи данных в случае параллельной связи является преимуществом, поскольку обеспечивает более быструю передачу данных.Но в то же время это невыгодно с точки зрения стоимости и дальности передачи.

Разница между последовательным и параллельным портами (со сравнительной таблицей)

Как следует из названия, последовательный и параллельный — это два типа портов. Последовательный порт и параллельный порт в основном различаются по их реализациям, где первый используется, когда мы хотим установить последовательную связь. Напротив, параллельные порты используются, когда мы хотим добиться параллельной связи.

Теперь, что здесь указывает последовательная и параллельная связь. При последовательной связи блоки данных отправляются один за другим. Напротив, при параллельной связи все эти фрагменты могут передаваться одновременно. Вы можете обратиться к статье о различиях между последовательной и параллельной передачей, чтобы подробно понять концепцию.

Прежде чем разбираться в каждом типе порта в отдельности, мы должны знать, что такое порт? Порт — это точка стыковки, с помощью которой различные устройства могут быть связаны с компьютером или другими устройствами.Эти порты имеют огромное значение, потому что без них компьютеры не могут использоваться в полную силу. Это облегчает создание связи между устройствами и ЦП.

Содержимое: последовательный порт и параллельный порт

1. 1. Таблица сравнения
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Таблица сравнения

Основа для сравнения	Последовательный порт	Параллельный порт
Basic	Используется для последовательной передачи данных	Используется для параллельной передачи данных
Посылает	Бит за другим битом.	Несколько битов одновременно.
Скорость передачи	Низкая	Высокая
Возможность доставки	Один поток данных	Несколько потоков данных
Количество проводов	Меньше	Больше

Определение последовательного порта
Как упоминалось выше, последовательный порт — это интерфейс, используемый для подключения последовательных линий, по которым может быть достигнута последовательная связь.В эти порты можно установить 9-контактный D-образный разъем, который подключается к линии передачи. Как мы знаем, последовательная передача осуществляется по одному проводу, и только один поток битов передается с одного конца на другой. Таким образом, как и при параллельной передаче, нет проблемы несоответствия скорости передачи данных. Таким образом, длина провода может быть увеличена по мере необходимости. На приведенной ниже схеме показан вывод DB-9.
Стандарты
, за которыми следует последовательный порт
Последовательные порты соответствуют стандартам RS-232C или RS-422.Мы используем эту технологию уже 20 лет, и она до сих пор используется в нескольких местах.
Реализации последовательного порта
Существует несколько приложений последовательного порта и последовательной связи, которые в основном реализуются в модемах коммутируемого доступа, мыши, плоттерах. В настоящее время они также используются с камерами видеонаблюдения.
Определение параллельного порта
В отличие от последовательного порта, параллельный порт может передавать набор из 8 бит за раз по восьми изолированным проводам.Вот почему это быстрее, чем последовательная связь. Он использует 25-контактный разъем, называемый разъемом DB. Самым большим ограничением параллельной связи является то, что все потоки битов, необходимые для передачи данных с одинаковой скоростью, устраняют ошибки и перекрестные помехи. Но обеспечить одинаковую скорость передачи для всех битовых потоков совершенно непрактично. Следовательно, по этой причине предпочтительнее, чтобы линии передачи при параллельной связи были короче. На следующей схеме показан вывод DB-25.
Стандарты, за которыми следует параллельный порт
Параллельные порты соответствуют стандартам IEEE 1284, что обеспечивает более быструю двунаправленную параллельную связь (поток данных).В этой технологии используются различные типы разъемов: DB-25, Centronics и mini-Centronics. Centronics — это параллельный интерфейс на 36 линий, в котором используются металлические зажимы, установленные в ячейке и используемые в основном для подключения принтеров, как показано на схеме, показанной ниже.
Реализации параллельного порта
Раньше параллельные порты использовались только с принтерами, но в настоящее время это реализовано со сканерами, zip-накопителями, приводами CD-ROM, жесткими дисками и т. Д.Все новейшие технологические устройства оснащены одним портом, известным как порт SCSI, и эти порты используются для добавления внешних устройств.
Ключевые различия между последовательным и параллельным портами
Последовательные порты используются с последовательными линиями (кабелями), в которых участвует последовательная связь. Напротив, параллельные порты используются там, где осуществляется параллельная связь.
Последовательные порты могут передавать серию битов, в то время как в случае параллельных портов в обмене данными участвуют несколько серий битов.
Параллельные порты передают данные с более высокой скоростью по сравнению с последовательным портом.
Последовательный порт может отправлять один поток данных, в отличие от параллельного порта, который может отправлять несколько битовых потоков одновременно.
Мы можем считать, что последовательная связь будет включать меньшее количество проводов по сравнению с параллельной связью.
Заключение
Использование последовательного и параллельного портов — принципиальное различие между ними, где последовательные порты используются при последовательной передаче.В отличие от параллельных портов, которые используются, когда мы хотим проводить параллельную передачу данных между устройствами.
Последовательная и параллельная передача | Encyclopedia.com
Цифровая передача данных может происходить в двух основных режимах: последовательном или параллельном. Данные в компьютерной системе передаются в параллельном режиме по шинам с шириной параллельной шины, соответствующей размеру слова компьютерной системы. Данные между компьютерными системами обычно передаются в -битном последовательном режиме .Следовательно, необходимо выполнить преобразование из параллельного в последовательный на интерфейсе компьютера при отправке данных из компьютерной системы в сеть и преобразование из последовательного в параллельное на интерфейсе компьютера при получении информации из сети. Тип используемого режима передачи также может зависеть от расстояния и требуемой скорости передачи данных.
Параллельная передача
При параллельной передаче несколько битов (обычно 8 битов или байт / символ) отправляются одновременно по разным каналам (проводам, частотным каналам) в пределах одного кабеля или радиотракта, и синхронизируются с на часы.Параллельные устройства имеют более широкую шину данных, чем последовательные устройства, и поэтому могут передавать данные одним или несколькими байтами за раз. В результате скорость передачи при параллельной передаче увеличивается по сравнению со скоростью передачи при последовательной передаче. Однако это ускорение является компромиссом по сравнению с затратами, поскольку несколько проводов стоят больше, чем один провод, а по мере увеличения длины параллельного кабеля время синхронизации между несколькими каналами становится более чувствительным к расстоянию. Синхронизация для параллельной передачи обеспечивается постоянным синхронизирующим сигналом, передаваемым по отдельному проводу в параллельном кабеле; при этом параллельная передача считается синхронной .
Последовательная передача
При последовательной передаче биты передаются последовательно по одному и тому же каналу (проводу), что снижает затраты на провод, но также снижает скорость передачи. Кроме того, для последовательной передачи необходимо некоторое время, поскольку биты должны быть собраны и отправлены как единое целое, а затем разобраны в приемнике.
Последовательная передача может быть синхронной или асинхронной . При синхронной передаче группы битов объединяются в кадры, и кадры отправляются непрерывно с данными для передачи или без них.При асинхронной передаче группы битов отправляются как независимые блоки с флагами запуска / остановки и без синхронизации канала данных, чтобы допускать промежутки произвольного размера между кадрами. Однако стартовые / стоповые биты поддерживают физическую синхронизацию битового уровня после обнаружения.
Приложения
Последовательная передача осуществляется между двумя компьютерами или с компьютера на внешнее устройство, расположенное на некотором расстоянии. Параллельная передача осуществляется либо внутри компьютерной системы (на компьютерной шине), либо на внешнее устройство, расположенное на близком расстоянии.
Специальный компьютерный чип, известный как универсальный асинхронный приемный передатчик (UART), действует как интерфейс между параллельной передачей компьютерной шины и последовательной передачей последовательного порта. УАПП различаются по производительности в зависимости от объема встроенной памяти, которой они обладают.
Примеры
Примеры передачи в параллельном режиме включают соединения между компьютером и принтером (параллельный порт принтера и кабель). Большинство принтеров находятся внутри 6 метров или 20 футов передающего компьютера и небольшая стоимость дополнительных проводов компенсируется дополнительной скоростью, полученной за счет параллельной передачи данных.
Примеры передачи в последовательном режиме включают соединения между компьютером и модемом с использованием протокола RS-232 . Хотя кабель RS-232 теоретически может содержать 25 проводов, все эти провода, кроме двух, предназначены для служебной сигнализации управления, а не для передачи данных; два провода данных выполняют простую последовательную передачу в любом направлении. В этом случае компьютер может не приближаться к модему, что делает стоимость параллельной передачи непомерно высокой — таким образом, скорость передачи может считаться менее важной, чем экономическое преимущество последовательной передачи.
Компромиссы
Последовательная передача через RS-232 официально ограничена 20 Кбит / с на расстояние 15 метров или 50 футов. В зависимости от типа используемого носителя и количества внешних помех RS-232 может передаваться на более высоких скоростях или на большие расстояния, или и то, и другое. Параллельная передача имеет аналогичные компромиссы между расстоянием и скоростью, а также пороговое расстояние синхронизации. Методы повышения производительности последовательной и параллельной передачи (большее расстояние для той же скорости или более высокая скорость для того же расстояния) включают использование более качественной среды передачи, такой как оптоволоконный кабель , или кондиционированные кабели, использование повторителей или использование экранированных / нескольких проводов для устранения помех. иммунитет.
Технология
Чтобы устранить ограничения скорости и расстояния последовательной передачи через RS-232, было разработано несколько других стандартов последовательной передачи, включая RS-449, V.35, универсальную последовательную шину (USB) и IEEE-1394 (Firewire ). Каждый из этих стандартов имеет разные электрические, механические, функциональные и процедурные характеристики. Электрические характеристики определяют уровни напряжения и время изменения уровня напряжения. Механические характеристики определяют фактическую форму разъема и количество проводов.Общие стандарты механического интерфейса, связанные с параллельной передачей, — это разъемы DB-25 и Centronics. Разъем Centronics — это 36-контактный параллельный интерфейс, который также определяет электрическую сигнализацию. Функциональные характеристики определяют операции, выполняемые каждым контактом разъема; их можно разделить на широкие категории данных, управления, времени и электрического заземления. Процедурные характеристики или протокол определяют последовательность операций, выполняемых контактами в разъеме.
см. Также Асинхронная и синхронная передача; Банкомат передачи; Интернет; Телекоммуникации.
Уильям Дж. Юрчик
Библиография
Столлингс, Уильям. Данные и компьютерные коммуникации, 6-е изд. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2000.
Последовательная связь — learn.sparkfun.com
Добавлено в избранное Любимый 93
Введение
Встроенная электроника — это объединение схем (процессоров или других интегральных схем) для создания симбиотической системы.Чтобы эти отдельные каналы обменивались информацией, они должны использовать общий протокол связи. Для этого обмена данными определены сотни протоколов связи, каждый из которых можно разделить на две категории: параллельный или последовательный.
Параллельный и последовательный
Параллельные интерфейсы одновременно передают несколько битов. Обычно им требуется шин, данных — передача по восьми, шестнадцати или более проводам. Данные передаются огромными, грохочущими волнами единиц и нулей.
8-битная шина данных, управляемая часами, передающая байт за каждый тактовый импульс. Используются 9 проводов.
Последовательные интерфейсы передают свои данные по одному биту за раз. Эти интерфейсы могут работать всего с одним проводом, обычно не более четырех.
Пример последовательного интерфейса, передающего один бит за каждый тактовый импульс. Требуется всего 2 провода!
Подумайте о двух интерфейсах как о потоке автомобилей: параллельный интерфейс будет представлять собой мегамагистраль с 8 и более полосами движения, а последовательный интерфейс больше похож на двухполосную сельскую дорогу.За установленный промежуток времени мегамагистраль потенциально может доставить больше людей к месту назначения, но эта сельская двухполосная дорога служит своей цели и стоит небольшую часть средств, чтобы построить.
Параллельная связь, безусловно, имеет свои преимущества. Это быстро, просто и относительно легко реализовать. Но для этого требуется гораздо больше линий ввода / вывода (I / O). Если вам когда-либо приходилось переносить проект с базового Arduino Uno на Mega, вы знаете, что линии ввода-вывода на микропроцессоре могут быть драгоценными и немногочисленными.Таким образом, мы часто выбираем последовательную связь, жертвуя потенциальной скоростью ради полезности контактов.
Асинхронный последовательный
За прошедшие годы были созданы десятки последовательных протоколов для удовлетворения особых потребностей встраиваемых систем. USB (универсальная шина serial ) и Ethernet — это пара наиболее известных компьютерных последовательных интерфейсов. Другие очень распространенные последовательные интерфейсы включают SPI, I ² C и стандарт последовательного порта, о котором мы здесь поговорим сегодня. Каждый из этих последовательных интерфейсов можно разделить на две группы: синхронные или асинхронные.
Синхронный последовательный интерфейс всегда связывает свою линию (линии) данных с тактовым сигналом, поэтому все устройства на синхронной последовательной шине используют общие часы. Это делает последовательную передачу более простой и часто более быстрой, но также требует как минимум одного дополнительного провода между взаимодействующими устройствами. Примеры синхронных интерфейсов включают SPI и I ² C.
Асинхронный означает, что данные передаются без поддержки внешнего тактового сигнала .Этот метод передачи идеально подходит для минимизации необходимых проводов и контактов ввода / вывода, но это означает, что нам нужно приложить дополнительные усилия для надежной передачи и приема данных. Последовательный протокол, который мы будем обсуждать в этом руководстве, является наиболее распространенной формой асинхронной передачи. На самом деле это настолько распространено, что, когда большинство людей говорят «серийный», они говорят об этом протоколе (что вы, вероятно, заметите в этом руководстве).
Последовательный протокол без тактовой частоты, который мы обсудим в этом руководстве, широко используется во встроенной электронике.Если вы хотите добавить в свой проект модуль GPS, Bluetooth, XBee, ЖК-дисплеи с последовательным интерфейсом или многие другие внешние устройства, вам, вероятно, потребуется добавить несколько последовательных интерфейсов.
Рекомендуемая литература
Это руководство основано на нескольких концепциях электроники нижнего уровня, в том числе:
двоичный
Двоичная — это система счисления в электронике и программировании … поэтому важно научиться этому. Но что такое двоичный? Как это переводится в другие системы счисления, такие как десятичные?
Логические уровни
Узнайте разницу между 3.Устройства 3V и 5V и логические уровни.
Аналоговый и цифровой
В этом руководстве рассматривается концепция аналоговых и цифровых сигналов в их отношении к электронике.
Как читать схему
Обзор обозначений схем компонентов, а также советы и рекомендации для лучшего чтения схем. Щелкните здесь и станьте схематически грамотным уже сегодня!
Шестнадцатеричный
Как интерпретировать шестнадцатеричные числа и как преобразовать их в / из десятичных и двоичных чисел.
ASCII
Краткая история того, как появился ASCII, как он полезен для компьютеров, и некоторые полезные таблицы для преобразования чисел в символы.
Если вы не очень хорошо знакомы с какой-либо из этих концепций, подумайте о проверке этих ссылок.
А теперь давайте отправимся в серийное путешествие …
Правила серийного номера
Асинхронный последовательный протокол имеет ряд встроенных правил — механизмов, которые помогают обеспечить надежную и безошибочную передачу данных.Вот эти механизмы, которые мы получаем для исключения внешнего тактового сигнала:
Биты данных,
Биты синхронизации,
Биты четности,
и скорость передачи.
Благодаря разнообразию этих сигнальных механизмов вы обнаружите, что не существует единого способа для последовательной передачи данных. Протокол легко настраивается. Важнейшей частью является обеспечение того, чтобы оба устройства на последовательной шине были настроены на использование одинаковых протоколов .
Скорость передачи
Скорость передачи определяет скорость передачи данных по последовательной линии.Обычно выражается в битах в секунду (бит / с). Если вы инвертируете скорость передачи, вы можете узнать, сколько времени требуется для передачи одного бита. Это значение определяет, как долго передатчик удерживает высокий / низкий уровень последовательной линии или в какой период принимающее устройство производит выборку своей линии.
Скорость передачи может быть практически любой в разумных пределах. Единственное требование — чтобы оба устройства работали с одинаковой скоростью. Одна из наиболее распространенных скоростей передачи, особенно для простых вещей, где скорость не критична, составляет 9600 бит / с .Другие «стандартные» скорости: 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600 и 115200.
Чем выше скорость передачи, тем быстрее отправляются / принимаются данные, но существуют ограничения на скорость передачи данных. Обычно вы не увидите скорости, превышающей 115200 — это быстро для большинства микроконтроллеров. Поднимитесь слишком высоко, и вы начнете видеть ошибки на принимающей стороне, так как часы и периоды выборки просто не успевают.
Обрамление данных
Каждый блок (обычно байт) передаваемых данных фактически отправляется в пакете или кадре битов.Кадры создаются путем добавления к нашим данным битов синхронизации и четности.
Серийный корпус. Некоторые символы в кадре имеют настраиваемый размер бит.
Давайте подробно рассмотрим каждую из этих частей рамы.
Блок данных
Настоящая суть каждого последовательного пакета — это данные, которые он несет. Мы неоднозначно называем этот блок данных чанком , потому что его размер конкретно не указан. Количество данных в каждом пакете может быть установлено от 5 до 9 бит.Конечно, стандартный размер данных — это ваш базовый 8-битный байт, но другие размеры имеют свое применение. 7-битный блок данных может быть более эффективным, чем 8-ми битный, особенно если вы просто передаете 7-битные символы ASCII.
После согласования длины символа оба последовательных устройства также должны согласовать порядок байтов своих данных. Отправляются ли данные из старшего разряда в младший или наоборот? Если не указано иное, обычно можно предположить, что данные передаются младших битов (LSB) сначала .
Биты синхронизации
Биты синхронизации — это два или три специальных бита, передаваемых с каждым блоком данных. Это стартовый бит и стоповый бит . Верные своему названию, эти биты отмечают начало и конец пакета. Всегда есть только один стартовый бит, но количество стоповых битов можно настроить на один или два (хотя обычно его оставляют равным одному).
Стартовый бит всегда обозначается незанятой строкой данных, переходящей от 1 к 0, в то время как стоповый бит (ы) переходит обратно в состояние ожидания, удерживая строку на 1.
Биты четности
Четность — это форма очень простой низкоуровневой проверки ошибок. Он бывает двух видов: четный и нечетный. Для создания бита четности все 5-9 битов байта данных складываются, и четность суммы определяет, установлен ли бит или нет. Например, предполагая, что четность установлена на четность и добавляется к байту данных, например 0b01011101 , который имеет нечетное число 1 (5), бит четности будет установлен на 1 . И наоборот, если режим четности был установлен как нечетный, бит четности будет 0 .
Четность — , необязательный, , и не очень широко используется. Это может быть полезно для передачи через шумные среды, но это также немного замедлит вашу передачу данных и требует, чтобы и отправитель, и получатель реализовали обработку ошибок (обычно полученные данные, которые терпят неудачу, должны быть отправлены повторно).
9600 8N1 (пример)
9600 8N1 — 9600 бод, 8 бит данных, без контроля четности и 1 стоповый бит — это один из наиболее часто используемых последовательных протоколов. Итак, как будут выглядеть один или два пакета данных 9600 8N1? Приведем пример!
Устройство, передающее символы ASCII «O» и «K», должно создать два пакета данных.Значение ASCII O (это верхний регистр) — 79, что разбивается на 8-битное двоичное значение 01001111 , а двоичное значение K — 01001011 . Осталось только добавить биты синхронизации.
Это конкретно не указано, но предполагается, что данные передаются в первую очередь младшим битом. Обратите внимание, как каждый из двух байтов отправляется при чтении справа налево.
Поскольку мы передаем со скоростью 9600 бит / с, время, затрачиваемое на поддержание высокого или низкого уровня каждого из этих битов, составляет 1 / (9600 бит / с) или 104 мкс на бит.
На каждый переданный байт данных фактически отправляется 10 бит: стартовый бит, 8 бит данных и стоповый бит. Итак, при 9600 бит / с мы фактически отправляем 9600 бит в секунду или 960 (9600/10) байтов в секунду.
Теперь, когда вы знаете, как создавать последовательные пакеты, мы можем перейти к разделу оборудования. Там мы увидим, как эти единицы и нули, а также скорость передачи данных реализованы на уровне сигнала!
Электропроводка и оборудование
Последовательная шина состоит всего из двух проводов — один для отправки данных, а другой — для приема.Таким образом, последовательные устройства должны иметь два последовательных контакта: приемник RX и передатчик TX .
Важно отметить, что эти ярлыки RX и TX относятся к самому устройству. Таким образом, RX от одного устройства должен переходить в TX другого, и наоборот. Это странно, если вы привыкли подключать VCC к VCC, GND к GND, MOSI к MOSI и т. Д., Но это имеет смысл, если подумать. Передатчик должен разговаривать с приемником, а не с другим передатчиком.
Последовательный интерфейс, через который оба устройства могут отправлять и получать данные, — это полнодуплексный или полудуплексный . Полнодуплексный режим означает, что оба устройства могут отправлять и получать одновременно. Полудуплексная связь означает, что последовательные устройства должны по очереди отправлять и получать.
Некоторые последовательные шины могут обходиться без единого соединения между отправляющим и принимающим устройством. Например, все наши ЖК-дисплеи с последовательным подключением — это уши, и на самом деле у них нет никаких данных, которые можно было бы передать обратно на управляющее устройство.Это то, что известно как симплексная последовательная связь . Все, что вам нужно, это один провод от TX ведущего устройства до RX линии слушателя.
Аппаратная реализация
Мы рассмотрели асинхронный последовательный порт с концептуальной стороны. Мы знаем, какие провода нам нужны. Но как на самом деле реализуется последовательная связь на уровне сигнала? На самом деле, разными способами. Существуют всевозможные стандарты для последовательной передачи сигналов. Давайте посмотрим на пару наиболее популярных аппаратных реализаций последовательного интерфейса: логического уровня (TTL) и RS-232.
Когда микроконтроллеры и другие низкоуровневые ИС обмениваются данными последовательно, они обычно делают это на уровне TTL (транзисторно-транзисторной логики). Последовательный TTL Сигналы существуют между диапазоном напряжения питания микроконтроллера — обычно от 0 В до 3,3 В или 5 В. Сигнал на уровне VCC (3,3 В, 5 В и т. Д.) Указывает либо на свободную линию, либо на бит со значением 1, либо на стоповый бит. Сигнал 0 В (GND) представляет либо стартовый бит, либо бит данных со значением 0.
RS-232, который можно найти на некоторых из более древних компьютеров и периферийных устройств, похож на TTL-последовательный порт, перевернутый с ног на голову.Сигналы RS-232 обычно находятся в диапазоне от -13 В до 13 В, хотя в спецификации допускается любое значение от +/- 3 В до +/- 25 В. В этих сигналах низкое напряжение (-5 В, -13 В и т. Д.) Указывает либо на свободную линию, либо на стоповый бит, либо на бит данных со значением 1. Высокий сигнал RS-232 означает либо стартовый бит, либо 0- бит данных значения. Это своего рода противоположность серийному TTL.
Между двумя стандартами последовательных сигналов, TTL намного проще внедрить во встроенные схемы. Однако низкие уровни напряжения более подвержены потерям на длинных линиях передачи.RS-232 или более сложные стандарты, такие как RS-485, лучше подходят для последовательной передачи на большие расстояния.
Когда вы соединяете два последовательных устройства вместе, важно убедиться, что их сигнальные напряжения совпадают. Вы не можете напрямую связать последовательное устройство TTL с шиной RS-232. Вам придется изменить эти сигналы!
Продолжая, мы рассмотрим инструменты, которые микроконтроллеры используют для преобразования своих данных по параллельной шине в последовательный интерфейс и обратно. UART!
UART
Последняя часть этой серийной головоломки — найти что-то, что могло бы создать как последовательные пакеты, так и управлять этими физическими аппаратными линиями.Введите UART.
Универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) — это блок схемы, отвечающий за реализацию последовательной связи. По сути, UART действует как посредник между параллельным и последовательным интерфейсами. На одном конце UART находится шина из восьми или около того линий данных (плюс несколько управляющих контактов), на другом — два последовательных провода — RX и TX.
Супер-упрощенный интерфейс UART. Параллельный на одном конце, последовательный на другом.
UART существуют как автономные ИС, но чаще встречаются внутри микроконтроллеров.Вам нужно будет проверить таблицу вашего микроконтроллера, чтобы узнать, есть ли у него какие-либо UART. У кого-то его нет, у кого-то есть, у кого-то много. Например, Arduino Uno, основанный на «старом верном» ATmega328, имеет только один UART, а Arduino Mega, построенный на ATmega2560, имеет целых четыре UART.
Как следует из аббревиатуры R и T , UART отвечают как за отправку, так и за прием последовательных данных. На стороне передачи UART должен создать пакет данных — добавив биты синхронизации и четности — и отправить этот пакет по линии передачи с точным временем (в соответствии с установленной скоростью передачи).На приемном конце UART должен выполнить выборку линии RX со скоростью в соответствии с ожидаемой скоростью передачи, выбрать биты синхронизации и выдать данные.
Блок-схема внутреннего UART (любезно предоставлена таблицей данных Exar ST16C550)
Более продвинутые UART могут сбрасывать полученные данные в буфер , где они могут оставаться до тех пор, пока микроконтроллер не придет за ними. UART обычно выпускают свои буферизованные данные по принципу FIFO. Буферы могут иметь размер от нескольких бит до тысяч байтов.
Программные UART
Если микроконтроллер не имеет UART (или его не хватает), последовательный интерфейс может быть битом , — напрямую управляться процессором. Это подход, который используют библиотеки Arduino, такие как SoftwareSerial. Bit-banging требует много ресурсов процессора и обычно не так точен, как UART, но в крайнем случае работает!
Общие ловушки
Вот и все, что касается последовательной связи. Я хотел бы оставить вам несколько распространенных ошибок, которые легко сделать инженер с любым уровнем опыта:
RX-to-TX, TX-to-RX
Выглядит достаточно просто, но я знаю, что это ошибка, которую я совершал несколько раз.Как бы вы ни хотели, чтобы их метки совпадали, всегда следите за тем, чтобы линии RX и TX пересекали линии между последовательными устройствами.
FTDI Базовое программирование Pro Mini. Обратите внимание на пересечение RX и TX!
Вопреки тому, что предупреждал уважаемый доктор Эгон Спенглер, пересекает ручьи .
Несоответствие скорости передачи
Скорость передачи аналогична языкам последовательной связи. Если два устройства не разговаривают с одинаковой скоростью, данные могут быть неправильно интерпретированы или полностью пропущены.Если все принимающее устройство видит на своей линии приема мусор, убедитесь, что скорости передачи совпадают.
Данные передаются со скоростью 9600 бит / с, но принимаются со скоростью 19200 бит / с. Несоответствие бода = мусор.
Конфликт между автобусами
Последовательная связь позволяет двум устройствам обмениваться данными по одной последовательной шине. Если несколько устройств пытаются передавать по одной и той же последовательной линии, вы можете столкнуться с конфликтом на шине. Дун Дун Дун ….
Например, если вы подключаете модуль GPS к Arduino, вы можете просто подключить линию TX этого модуля к линии RX Arduino.Но этот вывод Arduino RX уже подключен к выводу TX преобразователя USB-to-serial, который используется всякий раз, когда вы программируете Arduino или используете Serial Monitor . Это создает потенциальную ситуацию, когда и модуль GPS, и чип FTDI пытаются одновременно передавать данные по одной и той же линии.
Два передатчика, отправляющие сигнал одному приемнику, создают возможность конфликта на шине.
Два устройства пытаются передавать данные одновременно по одной линии — это плохо! В «лучшем» случае ни одно из устройств не сможет отправлять свои данные.В худшем случае обе линии передачи устройства выходят из строя (хотя это редко и обычно защищено от этого).
Подключение нескольких приемных устройств к одному передающему устройству может быть безопасным. Не совсем соответствует спецификациям и, вероятно, не одобряется закаленным инженером, но это сработает. Например, если вы подключаете последовательный ЖК-дисплей к Arduino, самым простым подходом может быть подключение линии RX ЖК-модуля к линии TX Arduino. TX Arduino уже подключен к линии RX USB-программатора, но это по-прежнему оставляет только одно устройство, контролирующее линию передачи.
Такое распределение линии передачи может быть опасным с точки зрения прошивки, потому что вы не можете выбрать, какое устройство слышит какую передачу. ЖК-дисплей в конечном итоге получит данные, не предназначенные для него, что может заставить его перейти в неизвестное состояние.
В общем — одна последовательная шина, два последовательных устройства!
Ресурсы и дальнейшее развитие
Благодаря этим блестящим новым знаниям о последовательной связи есть множество новых концепций, проектов и технологий для изучения.
Хотите узнать больше о других стандартах связи? Может что-то синхронное? Ознакомьтесь со следующими протоколами связи.
I2C
Введение в I2C, один из основных используемых сегодня протоколов встроенной связи.
AST-CAN485 Руководство по подключению
AST CAN485 — это миниатюрная Arduino в компактном форм-факторе ProMini.В дополнение ко всем обычным функциям он имеет встроенные порты CAN и RS485, позволяющие быстро и легко взаимодействовать с множеством промышленных устройств.
Многие технологии широко используют последовательную связь:
А может, хотите посмотреть сериал в действии?
Как работают последовательные порты | HowStuffWorks
Все используемые сегодня компьютерные операционные системы поддерживают последовательные порты, поскольку последовательные порты существуют уже несколько десятилетий.Параллельные порты являются более поздним изобретением и работают намного быстрее, чем последовательные порты. Портам USB всего несколько лет, и они, вероятно, полностью заменят как последовательные, так и параллельные порты в течение следующих нескольких лет.
Название «последовательный» происходит от того факта, что последовательный порт «сериализует» данные. То есть он берет байт данных и передает 8 бит в байте по одному. Преимущество состоит в том, что для последовательного порта требуется только один провод для передачи 8 бит (в то время как для параллельного порта требуется 8). Недостатком является то, что для передачи данных требуется в 8 раз больше времени, чем при использовании 8 проводов.Последовательные порты снижают стоимость кабеля и уменьшают размер кабеля.
Перед каждым байтом данных последовательный порт отправляет стартовый бит, который представляет собой единственный бит со значением 0. После каждого байта данных он отправляет стоповый бит, чтобы сигнализировать, что байт завершен. Он также может отправить бит четности.
Последовательные порты, также называемые портами связи (COM) , являются двунаправленными . Двунаправленная связь позволяет каждому устройству как принимать данные, так и передавать их. Последовательные устройства используют разные контакты для приема и передачи данных — использование одних и тех же контактов ограничит связь до полудуплекс , что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз.Использование разных контактов позволяет полнодуплексной связи , при которой информация может перемещаться в обоих направлениях одновременно.
Последовательные порты полагаются на специальную микросхему контроллера, универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) , для правильной работы. Микросхема UART принимает параллельный вывод системной шины компьютера и преобразует его в последовательную форму для передачи через последовательный порт. Чтобы работать быстрее, большинство микросхем UART имеют встроенный буфер объемом от 16 до 64 килобайт.Этот буфер позволяет микросхеме кэшировать данные, поступающие по системной шине, пока он обрабатывает данные, поступающие на последовательный порт. В то время как большинство стандартных последовательных портов имеют максимальную скорость передачи 115 Кбит / с (килобит в секунду), высокоскоростные последовательные порты, такие как Enhanced Serial Port (ESP) и Super Enhanced Serial Port (Super ESP) , могут достигать передачи данных. скорости 460 Кбит / с.
Сравнение параллельной передачи данных и последовательной передачи данных

Обмен данными между двумя компьютерами осуществляется в одном из двух режимов передачи — последовательном или параллельном.Хотя большинство из нас использует компьютеры, ноутбуки и несколько сетевых устройств, мы в основном не знаем об этих типах передачи данных. Эти типы во многом похожи и непохожи. Этот пост знакомит вас с этими типами, а также сравнивает их, чтобы помочь вам понять их различия.

Основные определения последовательной и параллельной передачи
Следующие указатели помогут вам понять разницу между последовательной и параллельной передачей.
Последовательная передача : В этом типе передачи используется одиночный канал для передачи битов данных, и за раз передается только один бит.
Параллельная передача : В этой передаче биты данных передаются одновременно по нескольким каналам, которые размещаются параллельно друг другу. В отличие от последовательной передачи, при которой одновременно передается только один бит, при параллельной передаче можно одновременно передавать восемь бит данных.

Параллельная и последовательная передача: несколько важных факторов по сравнению с
Эффективна ли параллельная связь или последовательная связь? Следующие указатели помогут вам принять решение.
Скорость : Как было сказано ранее, параллельный канал связи может содержать несколько электрических проводников на физическом уровне для отправки восьми битов или байтов. По сравнению с последовательной передачей на той же скорости параллельная передача будет в восемь раз быстрее.
Помехи: При последовательной передаче несколько битов одновременно отправляются в одном тактовом импульсе, что создает шум и оставляет возможность для ошибок. Однако при последовательной передаче за один раз передается один бит, поэтому нет переполнения и, следовательно, минимальные шансы на ошибку и шум. Это означает, что электромагнитные помехи незначительны или равны нулю в случае последовательной передачи.
Расстояние передачи : При параллельной передаче данных могут наблюдаться электромагнитные помехи при передаче на большие расстояния, поэтому они используются при передаче на короткие расстояния.В отличие от этого, последовательная передача идеальна для передачи данных на большие расстояния. В большинстве компьютерных сетей используется последовательная связь.
Преобразователи : Последовательная передача использует преобразователи, которые позволяют преобразовывать данные из параллельного в последовательный тип, в то время как параллельная передача не требует таких преобразователей данных
Режимы передачи : При параллельной передаче данных, хотя одновременно может быть отправлено восемь битов, он имеет полудуплексный режим передачи.Это связано с тем, что данные могут быть отправлены или получены одновременно. Однако при последовательной передаче отправитель может получать и отправлять данные одновременно. Таким образом, он имеет полнодуплексный режим передачи.
Доступность: Параллельная связь используется для интегральных схем, а также для RAM и периферийных шин. Однако в компьютерных сетях используется последовательная связь. Внимательно наблюдая за этими примерами, можно легко понять целостность и сложность различных приложений.При сравнении можно справедливо сказать, что последовательная связь дешевле, чем параллельная.
Сложность подключений: Для параллельного подключения может потребоваться несколько устройств и кабелей, что усложняет его. В отличие от этого, для последовательного соединения требуется меньше кабелей для соединения, а также меньше места. Его небольшая занимаемая площадь обеспечивает лучшую изоляцию системы от окружающей среды.
Clock Skew: Это также известно как временной сдвиг, и это явление в компьютерах и других цифровых схемных системах, где один и тот же тактовый сигнал будет сообщаться различным компонентам с определенной разницей во времени.Разница между показаниями часов называется перекосом. При параллельной связи может возникнуть проблема с рассогласованием часов между разными каналами, а при последовательной связи — не проблема.
Длина кабеля : Кабели последовательной связи длиннее, тоньше и экономичнее по сравнению с параллельными кабелями связи, и их длина составляет несколько километров.

Знание сходства и различий между последовательной и параллельной связью может не служить цели.Вы должны использовать качественные устройства, которые позволяют преобразование из последовательного в параллельный или наоборот. VERSITRON предлагает преобразователи последовательного интерфейса в оптоволоконный, которые служат преобразователями для последовательных протоколов RS-422, RS-232, RS-449, RS-485 и V.35. Эти модемы могут поддерживать многоточечное соединение, резервное кольцо и двухточечный канал.
Связанные блоги
CIS 304 — Изучение передачи данных через последовательный / параллельный порт
CIS 304

Аппаратное обеспечение / подключение и установка LAN
Урок 9 — Изучение передачи данных через параллельный / последовательный порт
Инструктор: Майкл П.Харрис
Компьютерные данные / информация могут быть отправлены с одного устройства на другое с помощью проводной кабель без использование сетевой карты (NIC). Эти данные обычно отправляется одним из двух основных способов. При использовании параллельного порта многие биты (обычно 4 или 8) отправляется одновременно по многим проводам в кабеле. Это известно как параллельная передача . Посылка по одному биту по одному проводу через последовательный порт известен как последовательный порт . перевод .У каждого вида перевода есть свои достоинства и недостатки. В последовательные или параллельные подключения к компьютеру называются ПОРТЫ . В совокупности они называются портами ввода / вывода или портами ввода / вывода.
Для практического опыта, диагностики и информации мы будем использовать PORTTEST.EXE — это общедоступная комплексная диагностическая программа, созданная:
РАЗРАБОТКА МИКРОСИСТЕМ
4100 Moorpark Ave. # 104
San Jose, CA 95117 USA
Телефон: (408)296-4000
ФАКС: (408)296-5877
PORTTEST протестирует порты ввода-вывода, установленные на IBM PC и AT-совместимых компьютерах. под управлением MS-DOS.Полезно идентифицировать порты, манипулировать системными таблицами, тестировать портов, а также для выявления и устранения проблем.
Основы работы с параллельным портом
Восемь бит данных передаются одновременно через параллельные порты ПК. Данные отправлены используя +5 вольт и 0 вольт для представления бита данных 1 или 0. Как и следовало ожидать, таким образом данные могут передаваться относительно быстро. Недостатки этого метод заключается в том, что требуется больше проводов и что наиболее распространенные параллельные порты могут только надежно работать на расстоянии до 20 футов.
В компьютерах есть три разных типа параллельных портов.
Однонаправленный — Однонаправленный порт — это исходный порт, используемый на ПК и все три порта могут работать однонаправленный режим.
Двунаправленный — Двунаправленный порт обеспечивает передачу данных в в обоих направлениях на одних и тех же линиях.
FastParallel — Быстрый параллельный порт не только предлагает двунаправленные данные передача, но также работает с гораздо более высокой скоростью передачи данных.
Двунаправленный порт обеспечивает передачу данных в обоих направлениях по одним и тем же линиям и как быстрый параллельный, так и двунаправленный порт могут работать с любыми из трех данных ставки передачи. Ваше программное обеспечение должно пытаться работать в наиболее выгодном режим, в зависимости от типа порта, к которому он подключен. Если в передачи данных вам может потребоваться изменить использование порта на другую настройку. Ты обычно необходимо выбрать более низкую скорость, если во время передачи данных возникают ошибки.Варианты скорости: 250 КБ, 500 КБ и 1 МБ.
Три типа параллельных портов в порядке убывания пропускной способности:
Быстрый параллельный порт
Двунаправленный параллельный порт
Однонаправленный параллельный порт
На вашем ПК может быть максимум три параллельных порта любого типа: LPT1, LPT2 и LPT3.
В отличие от последовательных портов, которые полагаются на микросхему для передачи данных, параллельные данные полностью обрабатывается программным обеспечением.Параллельные порты имеют три регистра:
один для вывода данных
один для линий управления выходом
и один для линий управления вводом
Способы передачи данных через параллельные порты различаются, но общее описание приводится ниже. Чтобы отправить байт данных, программное обеспечение выводит байт в линии данных, а затем подает импульс STROBE вывод. Устройство на другом конце (обычно принтер) затем подтверждает свое ЗАНЯТО линия.ПК ожидает, пока BUSY исчезнет, прежде чем отправить следующий байт. В других реализациях строка ACKNOWLEDGE используется для того, чтобы принтер сигнализировал к ПК, чтобы он получил данные.
Остальные линии управления используются для различных целей. На стороне принтера КОНЕЦ БУМАГИ — это сигнал ПК о том, что в принтере закончилась бумага. Принтер также отправляет на ПК сигнал SELECTED , указывающий, что он находится в сети и готов получать данные.Сигнал ОШИБКА от принтера может использоваться для любого типа ошибки. это может привести к тому, что принтер не сможет получать данные. В общем, если что-то из этого сигналы утверждаются, BUSY также утверждается.
ПК имеет три дополнительных линии управления выходом. Использование этих строк зависит от конкретное программное обеспечение и используемый принтер. В исходной реализации ПК они используются следующим образом:
AUTOFEED — указывает принтеру автоматически вставлять перевод строки после каждый возврат каретки.
INIT инициализирует принтер при включении.
ВЫБРАТЬ — отменяет выбор принтера и переводит его в режим «off-line».
SELECT чаще всего использовался как способ сигнализировать оператору о том, что требовалось. Например, когда программному обеспечению нужно было перейти на другой шрифт, он отменял выбор принтер. Это приведет к тому, что принтер отключит линию SELECTED и его переднюю панельный свет.Затем пользователь меняет печатное колесо в принтере и нажимает кнопку SELECT на принтере. Затем принтер включит ВЫБРАН линия, сигнализирующая программе о необходимости продолжить работу. Многие принтеры будут оставаться в «офлайне» условие до тех пор, пока заявлено SELECT или INIT даже если кнопка SELECT нажал.
Как было сказано ранее, не все эти управляющие линии используются одинаково.Некоторые новейших лазерных принтеров на рынке игнорируют все линии управления, кроме линия STROBE .
Основы последовательного порта
Для последовательного порта ПК используются напряжения и разъемы, установленные контроллером Electronic. Стандартная спецификация Industries Association (EIA), известная как RS-232C . Кроме того к одному биту данных также отправляются и принимаются другие управляющие сигналы. Отправка данных один бит за один раз относительно медленно, но последовательные порты имеют преимущество использования меньшее количество проводов для соединения двух устройств и возможность связи по относительно большие расстояния кабеля.Большинство последовательных портов могут легко обмениваться данными по кабелю длиной более 100 футов. Данные отправляются с использованием +12 В и -12 В для представления бита данных 0 или 1. В кроме того, доступно большое количество периферийных устройств с последовательным интерфейсом, которые используют стандартная спецификация RS-232C. Кроме того, недавние успехи сделали последовательная передача данных надежна при более высоких скоростях передачи данных. Эти скорости передачи данных указаны до бит / с, (бит в секунду) или бит / с, скоростей.
Сердцем всех последовательных портов является универсальный асинхронный приемный передатчик , именуется UART .ЦП считывает и записывает байт (8 бит) данных в этот чип, а UART обрабатывает последовательную передачу и другие функции, связанные с спецификация RS-232C. UART, используемый в большинстве типов ПК и XT (8088 и 8086) систем — INS8250B или аналогичный. Большинство машин класса AT (80286 и выше) используйте устройство NS16450. Микросхема 16450 предназначена для работы с шиной данных более высокого уровня. темпы более быстрых компьютеров. Однако последовательная передача данных идентична к 8250.Теперь доступен более новый 16550 UART, который совместим с 16450, но с двумя 8-битными выходными буферами, поэтому передача данных может происходить с более высокой скоростью передачи особенно подходит для CCITT V.32bis. Это выходит за рамки этого урока опишите подробное описание работы этих микросхем.
Адресация порта
Любое устройство ввода-вывода на ПК должно располагаться по определенному адресу. Собственно, сериал порт состоит из восьми адресов, а параллельный порт — из трех.Адрес, используемый для ссылка на конкретный порт является первым или БАЗОВЫМ адресом. Как для последовательного, так и для параллельного портов, этот первый адрес — это то место, где данные, которые должны быть переданы, читаются и записываются.
Это адреса ФИЗИЧЕСКИХ адресов портов. Здесь центральный Процессорный блок (ЦП) ПК должен читать или записывать данные для отправки или получения данных. через порт. Нет никаких установленных правил того, какие адреса должны использоваться для портов, кроме для копирования того, что IBM сделала с ПК в 1981 году, но некоторые часто используемые адреса поддерживаются большинством производителей.Обычно первые два последовательных порта находятся на физические адреса 3F8 и 2F8. Они обозначаются как COM1 и COM2, логических имен . Как правило, параллельные порты расположены по адресам 3BC, 378 и 278, которые составляют с именами LPT1, LPT2 и LPT3. Многие старые карты мониторов имеют встроенный параллельный порт. В этих случаях обычно используется порт 3BC.
BIOS и DOS
Большинство программ POST / BIOS ПК выполняют быструю проверку при включении питания, чтобы определить, как установлено множество последовательных и параллельных портов.Они проверяют конкретные адреса запись в них, а затем чтение их обратно, чтобы определить, присутствует ли на этом устройстве устройство. адрес. Затем POST / BIOS помещает адрес каждого отвечающего устройства в таблица в ОЗУ расположена в 40: 0 для последовательных портов и в 40: 8 для параллельных портов.
После того, как компьютер загрузился и POST / BIOS больше не контролируется, DOS использует адреса в этих таблицах как COM1, COM2 и т. д. для последовательных портов, а также LPT1, LPT2, и т.д. для параллельных портов.Например, DOS включает программу под названием MODE для установки различные параметры, такие как скорость передачи данных порта. Чтобы использовать РЕЖИМ , пользователь должен обратиться к желаемому порту по его назначению COM или LPT. Используемый адрес хранится в таблице. Вполне возможно, что COM1 в одна система не имеет того же физического адреса, что и COM1 в другой системе.
POST / BIOS ПК обычно определяет установленные последовательные порты и сохраняет адрес регистр передачи / приема в его таблицах.Это называется «базовым» адресом, и это этот адрес, который отображается в главном меню ПОРТТЕСТА. IRQ (прерывание Запрос) номера не сохраняются. PORTTEST предполагает IRQ4 для порта по адресу 03F8 шестнадцатеричный и IRQ3 для порта в шестнадцатеричном коде 02F8, потому что они наиболее часто используются.
Базовые адреса следующие:
LPT1 03BC шестнадцатеричный LPT2 0378 шестигранник LPT3 0278 шестигранник
COM1 03F8 шестигранник COM3 03E8 шестигранник
COM2 02F8 шестигранник COM4 02E8 шестигранник
Примечание: Только DOS 3.3 и больше поддерживает COM3 и COM4. Однако часто BIOS не определяет более 2 портов. В этом случае используйте ПОРТТЕСТ для установки эти порты в системных таблицах, чтобы DOS их распознала.
Для того, чтобы DOS распознала номер COM или LPT, должен быть действующий адрес. указаны в таблице, и пропусков быть не может. Если в таблице есть нулевая запись, DOS считает, что это конец списка. Поэтому, что касается DOS, это невозможно иметь COM1 и COM4 без COM2 и COM3! Другое программное обеспечение может сообщать иначе, как описано ниже.
Логические и физические адреса
Многие подпрограммы BIOS проверяют только два последовательных порта и три параллельных порта. В качестве ПК становились все более популярными, потребность в большем количестве портов росла. Эта проблема была «исправлен» в DOS 3.3 и выше, который распознает до четыре порта COM и три порта LPT. Однако DOS распознает только логический порт, физический адрес которого был помещается в таблицу RAM. Если BIOS не помещает туда физический адрес при включении DOS не распознает логический порт, даже если оборудование исправно. настроил и установил!
Если вам нужно использовать DOS для поддержки большего количества портов, чем ваш BIOS обнаружит и install, PORTTEST можно использовать для размещения правильного адреса в системных таблицах.
ПРИМЕЧАНИЕ: Многие приложения программы не используют DOS для взаимодействия с портами, поэтому может не потребоваться включать адрес порта в системные таблицы. Однако вы должен поместить адрес в таблицу, чтобы протестировать порт с помощью PORTTEST.
Существует значительная путаница в отношении правильного логического и физического адреса порта. Строго говоря, ни для одного из логических портов не существует надлежащего физического адреса. Структура логического порта позволяет помещать в свои таблицы любой физический адрес.
Многие прикладные программы обращаются к портам напрямую и не используют встроенные процедуры в BIOS оборудования. Обычно это делается потому, что приложение требуется более сложный драйвер устройства, чем это предусмотрено BIOS. Когда это В этом случае адреса логических портов не всегда используются должным образом. Некоторые приложения получают доступ к портам напрямую, но правильно определяют физический адрес из логический адрес, используя таблицу 40: 0. Другие программы не используют логические адреса вообще, а просто относятся к физическим адресам.Третьи преобразуют логическое в физические адреса с использованием их собственной таблицы. В этом случае программа может сообщить что есть COM1 и COM4 без COM2 или COM3!
Использование прерывания
Помимо регистров последовательного порта, UART также может прерывать процессор, либо после того, как он передал байт данных, либо после того, как он получил один. В идеале строка запроса прерывания, которую использует каждый порт, должна быть уникальной, но не всегда хватает прерываний для обхода.Следовательно, прерывания иногда используется более чем одним устройством. Это нормально, но рискованно, если только один устройств активны одновременно.
Стандартный AT имеет шестнадцать линий запроса аппаратного прерывания. Чаще всего IRQ4 используется для последовательных портов COM1 и COM3, а IRQ3 используется для последовательных портов COM2 и COM4. Параллельный порт LPT1 может использовать IRQ7, а LPT2 может использовать IRQ5, хотя нет прерывание требуется для большинства операций порта принтера. Большинство карт ввода / вывода имеют перемычки. чтобы выбрать, какие адреса прерывания и ввода / вывода будут использоваться.Если есть конфликты, Пользователь должен проверить эти перемычки, чтобы определить причину конфликта.

Информация о параллельном порте

Схема подключения параллельного кабеля
Стандартный параллельный кабель Centronics — для подключения параллельного порта к стандартному принтеру

ПРИЛОЖЕНИЕ №1: Построение Параллельно-параллельный кабель
Параллельно-параллельный кабель передачи данных — этот кабель можно использовать для создания клиента. / server LAN с использованием INTERSVR и INTERLNK, описанных далее в этом уроке, которые поставляется с MS-DOS версии 6.0 или выше. Этот же кабель также используется для LapLink и LANtastic-Z.

Информация о последовательном порте

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2: нуль-модемный кабель RS-232-C

ПРИЛОЖЕНИЕ # 3: переходной кабель последовательного порта с 9 на 25 контактов

Тест приложения
Для тестирования кабелей используйте Interlnk & Intersvr, программное обеспечение клиент / сервер, которое входит в комплект поставки. входит в состав MS-DOS 6.0 и выше. Эта программа позволит вам создать два узла LAN и работает как с кабелем параллельной передачи (Приложение №1), так и с Последовательный нуль-модемный кабель (Приложение №2). Попробуйте оба и определите для себя разница в скорости.
INTERSVR.EXE Запускает сервер Interlnk. Все параметры необязательны. После запуска INTERSVR настраивает выделенный сервер на машине, на которой он работает. Все доступ будет через клиентскую машину, подключенную с помощью дополнения Программное обеспечение INTERLNK.INTERSVR автоматически найдет соединение (параллельный или последовательный) и автоматически подключает и переназначает все доступные диски. В Программная комбинация INTERSVR / INTERLNK распознает параллельную передачу кабель или последовательный нуль-модемный кабель.
Синтаксис:
INTERSVR [диск: […]] [/ X = диск: […]] [/ LPT: [n | адрес]] [/ COM: [n | адрес]] [/ BAUD: скорость] [/ B] [/ V]
Чтобы скопировать файлы Interlnk с одного компьютера на другой, используйте следующий синтаксис:
Параметры:
привод:
Задает буквы дисков, которые будут перенаправлены.По умолчанию все диски перенаправляются.
/ X = диск:
Задает буквы дисков, которые не будут перенаправлены. По умолчанию все диски перенаправляются.
/ LPT: [n | адрес]
Задает используемый параллельный порт. Параметр n указывает количество параллельный порт. Параметр адреса указывает адрес параллельного порта. Если вы опускаете n или адрес, сервер Interlnk использует первый параллельный порт, который он находит подключен к клиенту.Если вы укажете переключатель / LPT и опустите переключатель / COM, сервер ищет только параллельные порты. По умолчанию все параллельные и последовательные порты сканируются.
/ COM: [n | адрес]
Задает используемый последовательный порт. Параметр n указывает номер серийного номера. порт. Параметр адреса указывает адрес последовательного порта. Если вы опустите n или адрес, сервер Interlnk ищет все последовательные порты и использует первый порт, который он находит подключенный к клиенту.Если вы укажете переключатель / COM и опустите / LPT коммутатор, сервер ищет только последовательные порты. По умолчанию все параллельные и последовательные порты сканируются.
/ BAUD: скорость
Устанавливает максимальную скорость последовательной передачи данных. Допустимые значения ставки: 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200. Значение по умолчанию — 115200.
/ B
Отображает экран сервера Interlnk в черно-белом режиме. Используйте этот переключатель, если вы есть проблемы с чтением вашего монохромного монитора.
/ V
Предотвращает конфликты с таймером компьютера. Используйте этот переключатель, если у вас есть серийный соединение между компьютерами, и один из них перестает работать, когда вы используете Interlnk для доступа к диску или порту принтера.
/ RCOPY
Копирует файлы Interlnk с одного компьютера на другой при условии, что компьютеры подключены с помощью 7-жильного нуль-модемного последовательного кабеля и что &; ltMODE> Команда доступна на компьютере, на котором вы устанавливаете Interlnk.
INTERLNK.EXE Соединяет два компьютера через параллельные или последовательные порты и позволяет компьютеры для совместного использования дисков и портов принтера. Например, вы можете подключить переносной компьютер к настольному компьютеру и обмениваться файлами. Вы должны установить Драйвер устройства INTERLNK.EXE в файле CONFIG.SYS. Подключение к клиенту машина, на которой запущен INTERSVR, будет автоматически после перезагрузки компьютера. Вы также можете использовать INTERLNK как команду из командной строки DOS после установки.
Синтаксис (из CONFIG.SYS)
устройство = c: \ dos \ INTERLNK.EXE
Для управления соединениями INTERLNK из командной строки DOS используйте эту команду.
INTERLNK [клиент [:] = [сервер] [:]]
Параметры:
клиент
Задает букву клиентского диска, который перенаправляется на диск в Interlnk. сервер.

LPT1	03BC шестнадцатеричный	LPT2	0378 шестигранник	LPT3	0278 шестигранник
COM1	03F8 шестигранник	COM3	03E8 шестигранник
COM2	02F8 шестигранник	COM4	02E8 шестигранник