Построение последовательно-параллельных схем резисторов

Еще раз, при построении цепей батареи / резистора студент или любитель сталкивается с несколькими различными способами построения. Пожалуй, самым популярным из них является беспаечная макетная плата . :платформа для построения временных цепей путем подключения компонентов и проводов к сетке взаимосвязанных точек.

Макетная плата представляет собой не что иное, как пластиковую рамку с сотнями дырочек в ней. Однако под каждым отверстием находится пружинный зажим, который соединяется с другими пружинными зажимами под другими отверстиями. Схема соединения между отверстиями проста и единообразна:

Последовательность - построение параллельной схемы на макетной плате без пайки

Предположим, мы хотим построить на макете следующую последовательно-параллельную комбинированную схему:

Рекомендуемый способ сделать это на макетной плате - расположить резисторы примерно по той же схеме, что и на схеме, для простоты соотнесения со схемой. Если требуется 24 В, а у нас есть только 6-вольтовые батареи, четыре можно подключить последовательно для достижения того же эффекта:

Это ни в коем случае не единственный способ соединить эти четыре резистора вместе, чтобы сформировать схему, показанную на схеме. Рассмотрим этот альтернативный макет:

Последовательность - конструкция параллельной цепи на клеммной колодке

Если требуется большая стабильность, не прибегая к пайке или намотке проводов, можно построить эту схему на клеммной колодке . (также называется барьерной полосой , или клеммная колодка ). В этом методе компоненты и провода крепятся механическим натяжением под винтами или тяжелыми зажимами, прикрепленными к небольшим металлическим стержням. Металлические стержни, в свою очередь, устанавливаются на непроводящем теле, чтобы они были электрически изолированы друг от друга.

Построить схему с компонентами, прикрепленными к клеммной колодке, не так просто, как подключить компоненты к макетной плате, главным образом потому, что компоненты не могут быть физически расположены так, чтобы походить на схематический макет. Вместо этого строитель должен понимать, как «согнуть» представление схемы в реальный макет полосы. Рассмотрим один пример того, как та же схема с четырьмя резисторами может быть построена на клеммной колодке:

Другая компоновка клеммной колодки, более простая для понимания и соотнесенная со схемой, включает в себя закрепление параллельных резисторов (R ₁ // R ₂ и R ₃ // R ₄ ) к тем же двум конечным точкам на полосе следующим образом:

Создание более сложных схем в клеммной колодке

Построение более сложных цепей на клеммной колодке требует тех же навыков пространственного мышления, но, конечно, требует большей осторожности и планирования. Возьмем, к примеру, эту сложную схему, представленную в схематическом виде:

На клеммной колодке, использованной в предыдущем примере, едва хватает клемм для установки всех семи резисторов, необходимых для этой схемы! Определить все необходимые соединения проводов между резисторами будет непросто, но, проявив терпение, это можно сделать. Во-первых, начните с установки и маркировки всех резисторов на полосе.

Исходная принципиальная схема будет показана рядом со схемой клеммной колодки для справки:

Затем начните соединять компоненты вместе провод за проводом, как показано на схеме. Нарисуйте соединительные линии на схеме, чтобы обозначить завершение в реальной цепи. Посмотрите эту последовательность иллюстраций, когда каждый отдельный провод идентифицируется на схеме, а затем добавляется к реальной схеме:

Хотя с этой схемой клеммной колодки возможны незначительные изменения, выбор соединений, показанный в этой примерной последовательности, является как электрически точным (электрически идентичным схематической диаграмме), так и дает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что ни одна винтовая клемма на клеммной колодке не обременяется дополнительными нагрузками. чем два конца провода, что является хорошей практикой в ​​любой цепи клеммной колодки.

Варианты подключения проводов для построения схемы в клеммной колодке

Примером «вариантного» подключения проводов может быть самый последний добавленный провод (шаг 11), который я поместил между левым выводом R ₂ и левый конец R ₃ . Этот последний провод завершал параллельное соединение между R ₂ и R ₃ в цепи. Однако я мог бы вместо этого поместить этот провод между левым выводом R ₂ и правый конец R ₁ , поскольку правый конец R ₁ уже подключен к левому выводу R ₃ (был помещен туда на шаге 9) и поэтому электрически является общим с этой точкой.

Однако это привело бы к трем провода прикреплены к правому выводу R ₁ вместо двух, что является faux pax в этикете клеммных колодок. Сработала бы схема таким образом? Конечно! Просто более двух проводов, прикрепленных к одной клемме, создают «беспорядочное» соединение:такое соединение эстетически неприятно и может вызвать чрезмерную нагрузку на винтовой зажим.

Другой вариант - поменять местами клеммы для резистора R ₇ . . Как показано на последней диаграмме, полярность напряжения на R ₇ отрицательный слева и положительный справа (-, +), тогда как все остальные полярности резистора положительные слева и отрицательные справа (+, -):

Хотя это не создает никаких электрических проблем, это может вызвать путаницу у любого, кто измеряет падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра, особенно аналогового вольтметра, который будет уменьшать масштаб при подаче напряжения неправильной полярности. Для единообразия было бы разумно расположить все соединения проводов так, чтобы полярность падения напряжения на всех резисторах была одинаковой, например:

Хотя электроны не заботятся о такой согласованности в компоновке компонентов, люди заботятся. Это иллюстрирует важный аспект любой инженерной деятельности:человеческий фактор. Всякий раз, когда дизайн может быть изменен для облегчения понимания и / или облегчения обслуживания - без ущерба для функциональных характеристик - это должно быть сделано.

ОБЗОР:

• Схемы, построенные на клеммных колодках, может быть сложно разложить, но в собранном виде они достаточно надежны, чтобы считаться постоянными, но при этом их легко модифицировать.
• Не рекомендуется закреплять более двух концов проводов и / или выводов компонентов одним клеммным винтом или зажимом на клеммной колодке. Постарайтесь расположить соединительные провода так, чтобы этого не произошло.
• По возможности создавайте схемы с ясностью и легкостью понимания. Несмотря на то, что компоновка компонентов и проводки обычно не имеет большого значения для работы цепи постоянного тока, она имеет большое значение для человека, который должен изменить или устранить неисправность поздно.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица последовательно-параллельных цепей постоянного тока
• Рабочий лист управления алгебраическими уравнениями для электрических цепей