구성요소 오류 분석

기술자의 작업은 종종 오작동하는 회로에서 "문제 해결"(문제 찾기 및 수정)을 수반합니다. 좋은 문제 해결은 기본 개념에 대한 철저한 이해, 가설을 공식화하는 능력(효과에 대한 제안된 설명), 확률(하나의 특정 원인이 발생할 가능성)에 따라 다양한 가설의 가치를 판단하는 능력을 요구하는 힘들고 보람 있는 노력입니다. 문제를 해결하기 위해 솔루션을 적용하는 창의성.

이러한 기술을 과학적 방법론으로 추출하는 것은 가능하지만 대부분의 숙련된 문제 해결사는 문제 해결에 약간의 기술이 필요하며 이 기술을 완전히 개발하는 데 수년 간의 경험이 필요할 수 있다는 데 동의합니다.

필수 기술은 구성 요소 결함이 다양한 구성의 회로에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 준비되고 직관적인 이해입니다. 여기서는 직렬 및 병렬 회로 모두에서 구성 요소 결함의 영향에 대해 살펴보고 "직렬-병렬 조합 회로" 장의 끝에서 더 자세히 살펴보겠습니다.

단순 직렬 회로의 고장 분석

간단한 직렬 회로부터 시작하겠습니다.

이 회로의 모든 구성 요소가 적절한 값에서 작동하면 모든 전류와 전압 강하를 수학적으로 결정할 수 있습니다.

직렬 회로의 단락된 부품

이제 R₂가 단락 실패. 단락 저항은 이제 저항이 거의 또는 전혀 없는 직선 와이어 조각으로 작동함을 의미합니다. 회로는 "점퍼" 와이어가 R₂에 연결된 것처럼 동작합니다. (궁금한 경우를 대비하여 "점퍼 와이어"는 회로의 임시 와이어 연결에 대한 일반적인 용어입니다.) R₂의 단락 상태를 일으키는 원인은 무엇입니까? 이 예에서는 중요하지 않습니다. 우리는 회로에 미치는 영향에만 관심이 있습니다.

R₂ 사용 점퍼 와이어 또는 내부 저항 오류로 인해 단락되면 전체 회로 저항이 감소합니다. . 배터리의 전압 출력은 일정하기 때문에(적어도 여기에서는 이상적인 시뮬레이션에서) 총 회로 저항이 감소하면 총 회로 전류가 증가해야 합니다. :

회로 전류가 20mA에서 60mA로 증가함에 따라 전압은 R₁ 양단에서 강하합니다. 및 R₃ (저항을 변경하지 않은) 또한 증가하여 두 개의 저항이 전체 9볼트를 떨어뜨립니다. R₂ , 점퍼 와이어의 매우 낮은 저항에 의해 바이패스되어 회로에서 효과적으로 제거되고 한 리드에서 다른 리드까지의 저항은 0으로 감소되었습니다. 따라서 R₂ 양단의 전압 강하는 , 증가된 총 전류에도 불구하고 0볼트입니다.

직렬 회로의 열린 부품

반면에 R₂ 저항이 거의 무한 수준으로 증가하는 "개방"에 실패하면 나머지 회로에도 광범위한 효과가 발생합니다.

R₂ 사용 무한 저항에서 총 저항은 직렬 회로의 모든 개별 저항의 합이며 총 전류는 0으로 감소합니다. 회로 전류가 0이면 R₁에서 전압 강하를 생성하는 전류가 없습니다. 또는 R₃ . R₂ , 반면에 터미널에 걸쳐 전체 공급 전압을 나타냅니다.

단순 병렬 회로의 고장 분석

병렬 회로에도 동일한 전/후 분석 기법을 적용할 수 있습니다. 먼저 "정상적인" 병렬 회로가 어떻게 동작해야 하는지 결정합니다.

병렬 회로의 열린 부품

R₂라고 가정하면 이 병렬 회로에서 열리면 효과는 다음과 같습니다.

이 병렬 회로에서 열린 분기는 해당 분기를 통과하는 전류와 회로의 총 전류에만 영향을 줍니다. 병렬 회로의 모든 구성 요소에서 동일하게 공유되는 총 전압은 모든 저항기에 대해 동일합니다. 전압 소스가 전압을 일정하게 유지하려는 경향이 있기 때문에 , 그 전압은 변경되지 않으며 모든 저항과 병렬로 모든 저항의 전압을 이전과 동일하게 유지합니다(9볼트). 전압은 병렬 회로의 유일한 공통 매개 변수이고 다른 저항은 저항 값을 변경하지 않았기 때문에 각각의 분기 전류는 변경되지 않습니다.

가정용 조명 응용 프로그램

이것은 가정용 램프 회로에서 일어나는 일입니다. 모든 램프는 병렬 방식으로 배열된 전원 배선에서 작동 전압을 얻습니다. 하나의 램프를 켜고 끄는 것(병렬 회로의 한 분기 및 닫힘)은 실내에 있는 다른 램프의 작동에 영향을 미치지 않으며 한 램프의 전류(분기 회로)와 모든 램프에 전원을 공급하는 총 전류만 방:

병렬 회로의 단락된 부품

이상적인 경우(완벽한 전압 소스 및 제로 저항 연결 와이어 포함) 간단한 병렬 회로에서 단락된 저항기는 회로의 다른 분기에서 일어나는 일에도 영향을 미치지 않습니다. 실생활에서 효과는 완전히 동일하지 않으며 다음 예에서 그 이유를 알 수 있습니다.

단락된 저항(저항 0Ω)은 이론적으로 모든 유한 전압 소스(I=E/0)에서 무한 전류를 끌어옵니다. 이 경우 R₂의 제로 저항 회로 전체 저항도 0Ω으로 감소시켜 총 전류를 무한대 값으로 증가시킵니다. 그러나 전압 소스가 9볼트에서 일정하게 유지되는 한 다른 분기 전류(I_R1 그리고 나는_R3 )은 변경되지 않습니다.

분석에서 비이상적인 가정

그러나 이 "완벽한" 구성에서 중요한 가정은 전압 공급이 단락 부하에 무한한 양의 전류를 공급하면서 정격 전압에서 안정적으로 유지된다는 것입니다. 이것은 단순히 현실적이지 않습니다. 단락에 약간의 저항이 있어도(절대적으로 0인 저항과 반대), 실제 전압원은 엄청난 과부하 전류를 임의로 공급하고 동시에 일정한 전압을 유지할 수 있습니다.

이것은 주로 구성되는 재료의 피할 수 없는 물리적 특성으로 인해 모든 전원에 고유한 내부 저항 때문입니다.

이러한 내부 저항은 작더라도 간단한 병렬 회로를 직렬-병렬 조합 회로로 바꿉니다. 일반적으로 전압원의 내부 저항은 무시해도 될 정도로 낮지만 단락된 부품으로 인한 고전류가 발생하면 그 영향이 매우 두드러집니다.

이 경우 단락된 R₂ 저항 R₁에 대한 전압이 거의 남지 않고 배터리의 내부 저항에서 거의 모든 전압이 떨어집니다. , R₂ , 및 R₃ :

간단히 말해서 모든 전압 소스의 단자에서 의도적인 직접 단락은 나쁜 생각입니다. 결과적으로 발생하는 높은 전류(열, 섬광, 스파크)가 주변 사람들에게 해를 끼치지 않더라도 전압 소스는 대부분의 전압 소스가 아닌 단락을 처리하도록 특별히 설계되지 않은 한 손상을 입을 가능성이 높습니다.

마지막으로 이 책에서 숫자를 사용하지 않고 회로 분석을 안내하겠습니다. 즉, 배터리가 얼마나 많은 볼트를 생성하는지, 각 저항에 몇 옴의 저항이 있는지 등을 정확히 알지 못한 채 회로에서 구성 요소 오류의 영향을 분석합니다. 이 섹션은 그런 종류의 분석에 대한 입문 단계 역할을 합니다.

옴의 법칙과 직렬 및 병렬 회로 규칙의 일반적인 적용은 수치적 양("정량적" ), 정확한 수치가 없는 이 새로운 종류의 분석은 제가 정성적이라고 부르는 것입니다. 분석. 즉, 품질 정확한 양보다는 회로의 효과 . 그 결과 전기 회로 작동에 대한 훨씬 더 깊고 직관적인 이해가 될 것입니다.

검토:

<울>

구성 요소가 실패할 경우 회로에서 어떤 일이 발생하는지 확인하려면 결함이 있는 구성 요소의 등가 저항으로 해당 회로를 다시 그리고 모든 값을 다시 계산합니다.

주어진 구성요소 결함이 있는 회로에 어떤 일이 일어날지 직관적으로 결정하는 능력은 중요한 모든 전자 문제 해결사가 개발할 수 있는 기술입니다. 가장 좋은 학습 방법은 회로 계산과 실제 회로를 실험하고 결함으로 인해 변경되는 사항, 동일하게 유지되는 사항 및 이유에 세심한 주의를 기울이는 것입니다. !

단락 저항이 급격히 감소한 부품입니다.

열린 저항이 극적으로 증가한 부품입니다. 기록에 따르면 저항기는 페일 쇼트보다 페일오픈이 더 자주 발생하는 경향이 있으며 물리적 또는 전기적으로 과도한 스트레스(물리적 학대 또는 과열)가 발생하지 않는 한 거의 실패하지 않습니다.

관련 워크시트:

<울>

기본 회로 문제 해결 워크시트