سری و موازی قطعات (مقاومت،خازن،سلف،رگلاتور،...)

قبل از ورود به دنیای الکترونیک باید با انواع مدار سری و موازی و مفاهیمی مانند شاخه، گره آشنا شوید. پس از آشنایی با این مفاهمیم خواهید دید که قطعاتی مانند: مقاومت، خازن، دیود، سلف، باتری، کلید و … بسته به اینکه باهم سری یا موازی شده اند، رفتار متفاوتی از خود نشان میدهند!

شما میتوانید این رفتار ها را تحلیل کرده و از نتایج آنها برای طراحی مدار های بهینه تر استفاده کنید!

مدار الکتریکی

هر چیدمان و آرایشی که موجب به گردش درآمدن یک “جریان الکتریکی” شود، یک “مدار الکتریکی” به حساب می آید! قطعات تشکیل دهنده این چیدمان نیز، می توانند به روش‌های مختلفی به یکدیگر متصل شوند. ساده‌ترین مدل های اتصال قطعات در مدار الکتریکی عبارتند از :

اتصال سری (متوالی)
اتصال موازی

مدار سری و موازی

در کارهای عملی گاهی به علت در دسترس نبودن قطعاتی با مقدار یا توان مطلبوب، مجبور می شویم با سری و موازی بستن قطعات موجود، قطعه دلخواه را ایجاد کنیم.

مدار سری

اگر در مدار چند قطعه را به صورت پشت سرهم ببندیم (یعنی مانند شکل هر دو قطعه متوالی در یک سر با هم مشترک باشند) آنگاه می گوییم آن ها را با هم سری کرده ایم.

در مدار سری، جریانی که از قطعه اول عبور میکند، عیناً در بقیه قطعات مدار نیز جاری می شود به عبارت دیگر تنها یک مسیر برای شارش جریان وجود دارد!

چون یک مسیر برای شارژ جریان وجود دارد، در صورت بازشدن یا شکستن مدار در هر نقطه، کل مدار «باز»‌ می‌شود و از کار می‌افتد. به همین دلیل است که با حذف یکی از قطعات (برداشتن یکی از لامپ ها) باعث قطع شدن مسیر جریان میشود.

در مدار سری، اگر ولتاژ اعمال شده به هر یک از قطعات را با هم جمع کنیم، مقدار بدست آمده با ولتاژ اعمال شده بر کل مدار برابر خواهد بود و جریان عبوری از همه قطعات یکی است

مدار موازی

در مدار موازی، جریانی عبوری از یک قطعه، از مابقی قطعات مدار عبور نمی کند! به عبارت دیگر بیش از یک مسیر برای شارش جریان وجود دارد! به همین دلیل است که با حذف یکی از قطعات (برداشتن یکی از لامپ ها) باعث قطع شدن مسیر جریان نمی یشود.

در اتصال موازی ولتاژ اعمال شده به همه اجزای سازنده یکسان خواهد بود.

در مدار موازی ، اگر جریان عبوری از هر یک از قطعات را با هم جمع کنیم، مقدار بدست آمده با جریان کل مدار برابر خواهد بود و ولتاژ دو سر تمامی المان ها یکی است

اصطلاحات تحلیل مدارهای DC

شاخه : هر المانی تشکیل یک شاخه می دهد، این شاخه میتواند منبع ولتاژ، جریان ، مقاومت و… باشد.

باید بدانید که جریان ورودی به هر شاخه با جریان خروجی آن برابر است.

گره : به نقطه ای از شبکه یا مدار که در آن، دو یا بیشتر از دو عنصر به هم متصل هستند، گره می گویند. به عبارت دیگر گره در اصل نقطه اتصال دو یا چند شاخه است!

گره ها دارای ولتاژهای متفاوتی هستند.

شبکه : اگر تعدادی شاخه های به هم پیوسته داشته باشیم (یک خط از عناصر یا منابع متصل به هم) و از یک گره شروع کنیم و پس از طی کردن یک یا چند شاخه را بطور متوالی در گره دیگر متوقف شویم، آنگاه ما یک شبکه یا مسیر تشکیل داده ایم!

از هیچ عنصری نباید بیش از یک بار عبور کنیم!

حلقه : حلقه، در اصل همان شبکه است اما در حلقه اگر از یک گره شروع کنیم، پس از طی کردن یک یا چند شاخه متوالی، مجددا به گره اول برمیگردیم.

چند المان که بهم متصل باشند تشکیل شبکه می دهند اما اگر این شبکه تشکیل یک حلقه بسته دهد “مدار” یا “حلقه” نامیده می شود.

مش

به ساده‌ترین حلقه هر مداری ، مش گفته می شود.

در مدار های موازی ولتاژ کل مدار برابرست با ولتاژ یکی از شاخه ها اما جریان کل برابر است با جمع جبری جریان تمام شاخه ها.

اتصال سری و موازی مقاومت ها

مقاومت های سری

در این حالت برای محاسبه مقاومت معادل” یعنی مجموع مقاومت های سری شده” کافیست مقدار همه مقاومت ها را با هم جمع کنیم.
ولتاژ مقاومت های سری شده برابر است با مجموع ولتاژ دو سر تمام مقاومت های سری شده.
در مداری که در آن مقاومت ها با هم سری شده اند، جریان در کل مدار یکی است.

مقاومت های موازی

اگر در مدار چند مقاومت را به شکلی ببندیم که ابتدا و انتهای همه ی آنها به همدیگر متصل باشند( مانند شکل زیر) یعنی آنها را باهم موازی کرده ایم.

در این حالت برای محاسبه مقاومت معادل” یعنی مجموع مقاومت های موازی شده” کافیست مقدار همه مقاومت ها را از فرمول زیر بدست آوریم.
ولتاژ همه مقاومت هایی که با هم موازی شده اند، برابر است.
در مداری که در آن مقاومت ها با هم موازی شده اند، جریان شاخه ها با هم جمع میشوند.

هرگاه دو مقاومت به صورت موازی به هم متصل شوند، مقاومت معادل از تقسیم حاصل ضرب دو مقاومت بر مجمع آنها بدست می آید!

اتصال سری و موازی خازن ها

خازن های سری

اگر در مدار چند خازن را به صورت پشت سرهم ببندیم (یعنی مانند شکل هر دو خازن متوالی در یک سر با هم مشترک باشند) آنگاه می گوییم آن ها را با هم سری کرده ایم.

در این حالت، مجموع معکوس ظرفیت خازن های سری شده برابر با معکوس ظرفیت معادلشان است.
ولتاژ خازن های سری شده برابر است با مجموع ولتاژ دو سر تمام خازن های سری شده.
همینطور که میبینید در مداری که متشکل است از خارن های سری شده، تنها یک مسیر برای عبور جریان وجود، بر همین اساس جریانعبوری از تمام خازن‌هایی که به صورت سری با یکدیگر متصل شده‌اند، نیز یکسان است.
بار الکتریکی خازن های سری شده باهم برابر است.

یک نکته مهم درباره خازن‌های سری این است که ظرفیت کل هر تعداد از خازن‌های سری، همیشه کمتر از ظرفیت کوچکترین خازن سری در مدار است.

هرگاه فقط دو خازن به صورت سری به هم متصل شوند، ظرفیت معادل خازن ها از تقسیم حاصل ضرب دو ظرفیت خازن بر مجمع ظرفیت آنها بدست می آید!

خازن های موازی

اگر در مدار چند خازن را به شکلی ببندیم که ابتدا و انتهای همه ی آنها به همدیگر متصل باشند( مانند شکل زیر) یعنی آنها را با هم موازی کرده ایم.

در این حالت برای بدست آوردن ظرفیت معادل خازن های موازی شده، کافیست ظرفیت همه خازن ها را با هم جمع کنیم.
همانطور که از شکل فوق مشخص است، ولتاژی اعمالی به دو سر خازن اول، به دو سر خازن‌های دیگر هم اعمال می‌شود. این به این معنی است که تمام خازن هایی که باهم موازی شده اند، ولتاژی برابر دارند.
بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بار های ذخیره شده در هر یک از خازنها.

اتصال سری و موازی دیود ها

دیود های سری

دیود ها را فقط در بایاس مخالف سری میکنند تا ولتاژ شکست آنها بالا برود.

دیود های موازی

فقط در بایاس موافق، برای افزایش ولتاژ دیود ها را باهم موازی میکنند، تا از سوختن دیود جلو گیری کند.

اتصال سری و موازی سلف ها

سلف هم مانند قطعاتی مثل: مقاوت، خازن و … می‌تواند به دو صورت سری و موازی در مدار متصل شود. بنابراین ما قصد داریم در ادامه رفتار سلف را در مدار سری و موازی یررسی کنیم!

اندوکتانس ویژگی قطعاتی مانند سلف است که با تغییر جریان عبوری از خودشان مخالف می کنند!

سلف های سری

اندوکتانس معادل مداری که سلف‌های سری دارد، برابر است با مجموع تک تک اندوکتانس‌های حاضر در مدار است.
در یک شبکه از سیم‌پیچ‌های سری شده، ولتاژ دو سر شبکه برابر مجموع تک تک ولتاژ‌هایی است که دو سر هرکدام از سیم‌پیچ‌ها افتاده است.
جریان کل گذرنده از یک مجموعه از سلف‌های سری، در تک تک نقاط یکسان است، یعنی جریان عبوری از تمام سلف‌ها و جریان کل با هم برابر است.

سلف های موازی

اندوکتانس معادل شبکه‌ای که سلف‌های موازی دارد، برابر است با حاصل جمع جبری معکوس مقدار اندوکتانس‌هر یک از سلف های مدار .
ولتاژی که دو سر یک شبکه با سلف‌های موازی ظاهر می‌شود، برابر ولتاژ دو سر هر کدام از سلف‌ها است، به عبارتی ولتاژ تمام شاخه‌های موازی در یک شبکه‌ی موازی از سلف‌ها با هم برابر و برابر با ولتاژ کل است.
جریان کلی که به یک شبکه موازی از سلف‌ها وارد می‌شود، برابر مجموع تمام جریان‌هایی است که به تک تک شاخه‌های موازی آن شبکه وارد می‌شوند. جریان عبوری از هر شاخه نیز توسط مقدار اندوکتانس آن تعیین می‌شود.

هرگاه فقط دو سلف به صورت موازی به هم متصل شوند، اندوکتانس معادل سلف ها از تقسیم حاصل ضرب اندوکتانس دو سلف بر مجمع اندوکتانس آنها بدست می آید!

اتصال سری و موازی کلید ها

کلید در اصل قطعه ای است که در حالت باز باعث قطعی مدار میشود اما در حالت بسته مانند یک تکه سیم در مدار عمل میکند، پس در حالت کلی سری و موازی کردن کلید ها باهم نتیجه خاصی ندارد اما در مواردی خاص رفتار کلید های سری و موازی در مدار اهمیت پیدا میکند!در ادامه دو مورد از این موارد را باهم بررسی میکنیم.

کلید های سری

در حالت نشان داده شده در شکل برای برقراری جریان در مدار باید همه ی کلیدهای سری شده زده شوند، در غیر این صورت لامپ روشن نمی شود.

کلید های موازی

در چنین مداری که در آن کلید ها باهم موازی شده اند، اگر یکی از کلید ها زده شوند مدار اتصال کوتاه میشود و کلید موازی شده هم انگار زده شده

اتصال سری و موازی باتری ها

اگر باتری هایی را سری ببندیم ولتاژ باتری ها افزایش پیدا میکند.
اگر باتر ها را موازی بسته شوند جریان افزایش پیدا میکند.

اتصال موازی رگولاتور ها

در رگولاتورهای ایده آل، برای نصف کردن تلفات حرارتی و عبور جریان دو برابر، رگولاتور ها را باهم موازی می کنیم!
می توانیم از رگولاتورهای موازی برای افزایش توان خروجی و کاهش توان وارد شده به هریک از رگولاتور ها استفاده کنیم.

رای موازی کردن رگولاتور ها باید پایه های مثبت را به هم، زمین ها را به هم و خروجی ها را هم به هم متصل کنیم.

چون رگولاتور‌های موجود در بازار ایده آل نیستند ( برای مثال: در نوع 7805 ولتاژ همه آن‌ها دقیقا همان مقدار خروجی ۵ ولت نیست و ممکن است بالاتر یا پائین‌تر باشند مثلا 5.07 یا4.89 ولت باشد ) موازی کردن رگولاتور‌ها باعث می‌شود که تمام جریان از رگولاتوری که کمترین ولتاژ را دارد عبور کند و در نتیجه خیلی داغ شده و احتمال سوختن آن بالا برود ضمن اینکه در عمل وجود سایر رگولاتور‌ها تاثیری ندارد.

برای جریان کشی‌های بالا میتوانید به جای موازی کردن رگولاتورها از رگولاتورهای قابلمه‌ای استفاده کنید، اما فراموش نکنید که حتما رگولاتور را با کمک هیت سینک یا روش‌های دیگر خنک نگه دارید.

امیدواریم که از این آموزش و مطالب گفته شده درباره مفهوم ” سری و موازی ” و کاربرد های آن لذت برده باشید ?