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이 페이지에서는 직렬 회로와 관련하여 이해해야 하는 세 가지 원칙을 간략하게 설명합니다.
<올>이러한 원리를 보여주는 직렬 회로의 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.
3개의 저항과 1개의 배터리로 구성된 직렬 회로부터 시작하겠습니다.
직렬 회로에 대해 이해해야 할 첫 번째 원칙은 다음과 같습니다.
직렬 회로의 전류량은 회로의 모든 구성 요소를 통해 동일합니다.
이것은 직렬 회로에서 전류가 흐르는 경로가 하나뿐이기 때문입니다. 전하는 관 안의 구슬과 같은 도체를 통해 흐르기 때문에 특정 시점에서 회로(관)의 모든 지점에서의 유속(대리석 속도)은 같아야 합니다.
9볼트 배터리가 배열된 방식에서 우리는 이 회로의 전류가 시계 방향으로 1에서 2, 3, 4로 그리고 다시 1로 흐를 것임을 알 수 있습니다. 그러나 하나의 전압 소스가 있습니다. 그리고 세 가지 저항. 여기서 옴의 법칙을 어떻게 사용합니까?
옴의 법칙에 대한 중요한 경고는 모든 양(전압, 전류, 저항 및 전력)이 회로의 동일한 두 지점 측면에서 서로 관련되어야 한다는 것입니다. 아래의 단일 저항 회로 예에서 이 개념이 실제로 작동하는 것을 볼 수 있습니다.
단일 배터리, 단일 저항 회로를 사용하면 회로의 동일한 두 지점에 모두 적용되기 때문에 모든 수량을 쉽게 계산할 수 있습니다.
점 1과 2는 점 3과 4와 마찬가지로 무시할 수 있는 저항의 와이어와 함께 연결되어 있으므로 점 1은 점 2에 전기적으로 공통이고 점 3은 점 4에 전기적으로 공통이라고 말할 수 있습니다. 점 1과 4 사이에 9볼트의 기전력이 있고(배터리를 직접 가로질러) 점 2는 점 1에 공통이고 점 3은 점 4에 공통이므로 점 2와 3 사이에도 9볼트가 있어야 합니다(배터리를 직접 가로질러 저항).
따라서 저항 양단의 전압(E)과 해당 저항의 저항(R)을 알고 있기 때문에 저항을 통과하는 전류에 옴의 법칙(I =E/R)을 적용할 수 있습니다. 모든 항(E, I, R)은 회로의 동일한 두 지점, 동일한 저항에 적용되므로 예약 없이 옴의 법칙 공식을 사용할 수 있습니다.
하나 이상의 저항을 포함하는 회로에서 옴의 법칙을 적용하는 방법에 주의해야 합니다. 아래의 3개 저항기 예제 회로에서 지점 1과 4 사이에 9볼트가 있다는 것을 알고 있습니다. 이는 R1의 직렬 조합을 통해 전류를 구동하는 기전력의 양입니다. , R2 , 및 R3 . 그러나 9볼트 값을 3k, 10k 또는 5k Ω으로 나누어 전류 값을 찾을 수는 없습니다. 이러한 저항 중 하나에 개별적으로 걸리는 전압이 얼마인지 모르기 때문입니다.
9볼트는 총입니다. 전체 회로에 대한 수량인 반면 3k, 10k 및 5k Ω의 수치는 개별 개별 저항에 대한 수량. 총 전압에 대한 수치를 개별 저항에 대한 수치가 있는 옴의 법칙 방정식에 연결하면 결과는 실제 회로의 어떤 양과도 정확하게 관련되지 않습니다.
R1의 경우 , 옴의 법칙은 R1 양단의 전압 양과 관련이 있습니다. R1을 통한 전류 , 주어진 R1 의 저항, 3kΩ:
그러나 R1 양단의 전압을 모르기 때문에 (3-저항 직렬 조합에 걸쳐 배터리가 공급하는 총 전압만) R1을 통한 전류는 알 수 없습니다. , 우리는 두 공식으로 어떤 계산도 할 수 없습니다. R2도 마찬가지입니다. 및 R3 :모든 항이 회로의 동일한 두 점 사이의 해당 수량을 나타내는 경우에만 옴의 법칙 방정식을 적용할 수 있습니다.
그래서 우리가 뭘 할 수 있지? 우리는 R1의 직렬 조합에 적용된 소스(9볼트)의 전압을 알고 있습니다. , R2 , 및 R3 , 그리고 우리는 각 저항의 저항을 알고 있지만, 그 양이 같은 맥락에 있지 않기 때문에 옴의 법칙을 사용하여 회로 전류를 결정할 수 없습니다. 총 저항은 회로에 대한 것이었습니다. 그러면 총을 계산할 수 있습니다. 총에 대한 현재 수치 전압(I=E/R).
이것은 우리를 직렬 회로의 두 번째 원칙으로 이끕니다.
직렬 회로의 총 저항은 개별 저항의 합과 같습니다.
이것은 직관적으로 이해되어야 합니다. 전류가 통과해야 하는 직렬 저항이 많을수록 전류가 흐르기가 더 어려워집니다.
예제 문제에서는 3kΩ, 10kΩ 및 5kΩ 저항을 직렬로 연결하여 총 저항 18kΩ을 제공합니다.
본질적으로 우리는 R1의 등가 저항을 계산했습니다. , R2 , 및 R3 결합. 이것을 알면 R1의 직렬 조합을 나타내는 단일 등가 저항으로 회로를 다시 그릴 수 있습니다. , R2 , 및 R3 :
이제 지점 1과 4(9볼트) 사이의 전압과 지점 1과 4(18kΩ) 사이의 저항이 있으므로 회로 전류를 계산하는 데 필요한 모든 정보가 있습니다.
전류가 직렬 회로의 모든 구성 요소를 통과하는 것과 같다는 것을 알면(그리고 방금 배터리를 통과하는 전류를 결정했습니다) 원래 회로 도식으로 돌아가서 각 구성 요소를 통과하는 전류를 확인할 수 있습니다.
이제 각 저항을 통과하는 전류의 양을 알았으므로 옴의 법칙을 사용하여 각 저항의 전압 강하를 결정할 수 있습니다(적절한 컨텍스트에서 옴의 법칙 적용).
각 저항의 전압 강하와 전압 강하의 합(1.5 + 5 + 2.5)이 어떻게 배터리(공급) 전압과 같은지 확인하십시오(9볼트).
이것이 직렬 회로의 세 번째 원칙입니다.
직렬 회로의 공급 전압은 개별 전압 강하의 합과 같습니다.
그러나 이 간단한 직렬 회로를 분석하는 데 사용한 방법은 더 나은 이해를 위해 간소화될 수 있습니다. 표를 사용하여 회로의 모든 전압, 전류 및 저항을 나열하면 옴의 법칙 방정식에서 이러한 양 중 어느 것이 적절하게 관련될 수 있는지 매우 쉽게 알 수 있습니다.
이러한 테이블의 규칙은 각 세로 열의 값에만 옴의 법칙을 적용하는 것입니다. 예를 들어, ER1 IR1에서만 및 R1; ER2 IR2에서만 및 R2; 등. 처음부터 제공된 표의 요소를 작성하여 분석을 시작합니다.
데이터 배열에서 알 수 있듯이 9볼트의 ET(총 전압)를 저항(R1 , R2 , 또는 R3 ) 다른 열에 있기 때문에 모든 옴의 법칙 공식에서. 배터리 전압의 9볼트는 그렇지 않습니다. R1에 직접 적용됨 , R2 , 또는 R3 . 그러나 직렬 회로의 "규칙"을 사용하여 가로 행의 빈 공간을 채울 수 있습니다. 이 경우 저항의 시리즈 규칙을 사용하여 합계에서 총 저항을 결정할 수 있습니다. 개별 저항:
이제 가장 오른쪽("총") 열에 삽입된 총 저항 값을 사용하여 I=E/R의 옴의 법칙을 총 전압 및 총 저항에 적용하여 총 전류 500µA에 도달할 수 있습니다.
그런 다음 전류가 직렬 회로의 모든 구성 요소(직렬 회로의 또 다른 "규칙")에 의해 동등하게 공유된다는 사실을 알고 있으면 방금 계산한 전류 수치에서 각 저항의 전류를 채울 수 있습니다.
마지막으로 옴의 법칙을 사용하여 한 번에 한 열씩 각 저항의 전압 강하를 결정할 수 있습니다.
재미로 컴퓨터를 사용하여 이 동일한 회로를 자동으로 분석할 수 있습니다. 그것은 우리의 계산을 검증하고 컴퓨터 분석에 더 익숙해지는 좋은 방법이 될 것입니다. 먼저, 소프트웨어가 인식할 수 있는 형식으로 컴퓨터에 회로를 설명해야 합니다.
우리가 사용할 SPICE 프로그램은 회로의 모든 전기적으로 고유한 지점에 번호가 매겨져야 하고 부품 배치는 번호가 매겨진 지점 또는 "노드"가 공유하는 것으로 이해해야 합니다. 명확성을 위해 예제 회로의 네 모서리에 1부터 4까지 번호를 매겼습니다. 그러나 SPICE는 회로 어딘가에 노드 0이 있어야 하므로 번호 매기기 체계를 약간 변경하여 회로를 다시 그립니다.
여기서 내가 한 것은 회로의 왼쪽 하단 모서리에 4 대신 0으로 다시 번호를 매긴 것뿐입니다. 이제 SPICE가 이해할 수 있는 용어로 회로를 설명하는 여러 줄의 텍스트를 컴퓨터 파일에 입력할 수 있습니다. 우리가 보는 즐거움을 위해 전압 및 전류 데이터를 표시하도록 프로그램을 지시하는 추가 코드 라인. 이 컴퓨터 파일을 netlist라고 합니다. SPICE 용어로:
직렬 회로 v1 1 0 r1 1 2 3k r2 2 3 10k r3 3 0 5k .dc v1 9 9 1 .print dc v(1,2) v(2,3) v(3,0) .끝
이제 SPICE 프로그램을 실행하여 넷리스트를 처리하고 결과를 출력하기만 하면 됩니다.
이 출력은 배터리 전압이 9볼트이고 전압이 R1 양단에서 떨어진다고 알려줍니다. , R2 , 및 R3 각각 1.5볼트, 5볼트, 2.5볼트입니다. SPICE의 모든 구성 요소에 걸친 전압 강하는 구성 요소가 사이에 있는 노드 번호로 참조되므로 v(1,2)는 R1<사이의 지점인 회로의 노드 1과 2 사이의 전압을 참조합니다. /서브> 위치합니다.
노드 번호의 순서는 중요합니다. SPICE가 v(1,2)에 대한 숫자를 출력할 때 노드 1에 빨간색 테스트 리드가 있고 노드에 검은색 테스트 리드가 있는 전압계를 들고 있는 것과 같은 방식으로 극성을 간주합니다. 2. 또한 0.5밀리암페어 또는 500마이크로암페어에서 전류(음수 값이기는 하지만)를 보여주는 디스플레이가 있습니다. 그래서 우리의 수학적 분석은 컴퓨터에 의해 입증되었습니다. 이 수치는 SPICE가 현재 계산을 처리하는 방식의 기이함으로 인해 SPICE 분석에서 음수로 나타납니다.
요약하면 직렬 회로는 전류가 흐를 수 있는 경로가 하나뿐인 것으로 정의됩니다. 이 정의에서 직렬 회로의 세 가지 규칙이 따릅니다. 모든 구성 요소는 동일한 전류를 공유합니다. 저항을 더하면 더 큰 총 저항이 됩니다. 전압 강하가 더해져 더 큰 총 전압이 됩니다. 이 모든 규칙은 직렬 회로의 정의에 뿌리를 두고 있습니다. 그 정의를 완전히 이해했다면 규칙은 정의에 대한 각주에 불과합니다.
검토:
<울>우리의 옴의 법칙 계산기 도구 섹션.
관련 워크시트:
<울>산업기술
회로가 어떻게 만들어지는지 이해하면 회로 자체를 더 잘 이해할 수 있습니다. 회로는 전기 신호가 서로 흐를 수 있도록 하는 상호 연결된 장치의 모음입니다. 회로는 TV 리모컨과 같은 작고 단순한 회로부터 자동차 컴퓨터 시스템이나 스마트폰의 그래픽 프로세서에 있는 복잡한 회로 조합에 이르기까지 어디에나 있습니다. 구성 요소는 3개에서 24개 이상까지 다양합니다. 회로는 어디에서나 전자 제품에 있습니다. 우리는 의료 기술 및 식품 생산 시스템을 포함하여 삶의 여러 측면에서 그것을 사용합니다. 회로 기반 기술은 오늘날 전 세계적으로
집적 회로에서 이에 대한 필요한 토론 없이 우리는 호흡이 생명 유지에 얼마나 중요한지 올바르게 이해합니다. 예! 이것이 바로 집적 회로가 금세기의 발전과 관련이 있는 방식입니다. 집적 회로는 PCB 제조에 필요한 많은 개선을 거쳐 오늘날의 모습에 이르렀습니다. 설계된 첫 번째 트랜지스터는 크고 매력적이지 않았습니다. 물론 많은 발명가들이 처음부터 아이디어를 얻었지만 실행되지 않으면 계획은 그대로 유지됩니다. 이 사슬은 Texas Instruments의 Jack Kilby와 Fairchild Semiconductor Inco