08/02-02 | Illuwatar | illuwatar@techie.com
Mer grunder - parallell- och seriekoppling
Först ut har vi parallellkopplingen:
Som bilden visar så placeras enheterna "brevid" varandra, vilket gör att de arbetar från samma spänning (U = U1 = U2). Däremot är den totala strömmen som tas från källan summan av strömmarna som de enskilda enheterna drar (Itot = I1 + I2). Genom att lägga till fler enheter parallellt, så kommer strömmen att öka med motsvarande värde. Strömmarna genom de olika enheterna kan mycket väl vara olika - det är spänningen som är gemensam i detta fall. Strömmarna kan man lätt räkna ut genom att använda Ohms lag. Beräkningarna ser då ut som: I1 = U / R1, I2 = U / R2, Itot = I1 + I2.
Nästa variant som vi har är seriekopplingen:
Här ser man att enheterna har placerats efter varandra istället - som vagnarna i ett tåg. Detta skapar en annorlunda situation när det gäller ström och spänning jämfört med det förra fallet.
Eftersom enheterna sitter nu efter varandra, på samma tråd, finns det bara en väg för strömmen att gå (i parallell-fallet hade vi två vägar). Därför blir strömmen genom de båda enheterna den samma. Däremot så måste spänningen delas upp mellan enheterna (U = U1 + U2).
Det man nu undrar är hur mycket av spänningen placeras över respektive enhet? Enkelt - använd Ohms lag! Vi vet säkert vilken spänning batteriet (nätagget) har. Strömmen kan man mäta med en multimeter. Då räknar vi ut spänningarna: U1 = R1 * Itot, U2 = R2 * Itot. Resistansen hos de olika enheterna kan vara olika, vilket gör att spänningen kan variera. Om man har fler enheter än två så förändras inget - beräkningarna görs på samma sätt. Enda skillnaden är att man får uföra den fler gånger. Detta gäller även för parallellkopplingsfallet.
Som en avslutning skall vi nu blanda och ge:
Som ni ser så
har jag nu ett blandat nätverk av resistanser
där både parallell-
och seriekopplingar förekommer. Dessutom har jag
satt värden på
alla resistorer och batteriet för att flytta
över teorin till verkligheten.
Det jag skall visa är hur man nu räknar ut
alla strömmar och
spänningar i nätet. Håll i hatten - nu
kör vi:
1. Först strömmarna (för att få
fram spänningarna
över motstånden måste vi veta dessa).
Eftersom vi har tre
grenar i parallell (R1 + R2, R3 och R4 + R5), får
vi tre olika strömmar
som måste beräknas:
Strömmen i gren 1: I1 = U / (R1 + R2) = 12 / (1000
+ 470) = 0.00816A
= 8.16mA
Strömmen i gren 2: I2 = U / R3 = 12 / 10 000 =
0.00120A = 1.20mA
Strömmen i gren 3: I3 = U / (R4 + R5) = 12 / (330 +
2200) = 0.00474A
= 4.74mA
Den totala strömmen kan nu beräknas som: Itot
= I1 + I2 + I3 = 8.16
+ 1.20 + 4.74 = 14.1mA
Som ni kan se har alla värden normaliserats
så att de har samma
enhet. Dessutom har en avrundning till två
decimaler skett.
Nu vet vi alla strömmar, så nu kan vi
beräkna spänningarna
över varje motstånd i hela kretsen:
Motstånd 1: U1 = R1 * I1 = 1000 * 0.00816 = 8.16V
Motstånd 2: U2 = R2 * I1 = 470 * 0.00816 = 3.84V
Motstånd 3: U3 = U eftersom det är ensamt
vilket ger U3 = 12V
Motstånd 4: U4 = R4 * I3 = 330 * 0.00474 = 1.56V
Motstånd 5: U5 = R5 * I3 = 2200 * 0.00474 = 10.42V
Detta var ett exempel på hur Ohms lag kan
användas i en verklig
situation för att bestämma spänningar och
strömmmar i
en komplex krets. Nu är det dags att börja
räkna på lysdioderna!Som de flesta verkar ha insett måste man använda
ett motstånd
till att begränsa spänningen till lysdioden.
Att detta behövs
är för att alla lysdioder har en specifik
arbetsspänning som
måste hållas för att inte dioden skall
brinna upp. Överskottsspänningen
får då tas hand om motståndet. Att
detta fungerar beror
på att en lysdiod uppför sig annorlunda
än ett motstånd
- lysdioden drar en konstant ström oberoende av
matningsspänningen
(inom vissa gränser). Genom att veta strömmen
kan man lätt
räkna ut hur stort motstånd som behövs
för att begränsa
spänningen över lysdioden.
Innan man börjar räkna måste man veta
två parametrar
för lysdioden man tänker använda: normal
arbetsspänning
och vilken ström lysdioden drar. Dessa parametrar
utgör grunden
i alla beräkningar kring lysdioderna. Som
ledhjälp kan denna tabell
användas:
| Röd: | 1.6V - 1.8V | |
| Gul: | 1.8V - 2.1V | |
| 1.8V - 2.1V | ||
| Blå: | 3.4V - 5.0V | |
| Vit: | 3.6V |
Som man kan se så varierar spänningarna ganska mycket så man måste verkligen kontrollera den aktuella lysdioden man tänker använda. Denna information brukar finnas tillgänglig från återförsäljaren (till exempel i deras katalog).
När det gäller strömmen så är det ännu svårare att ge ut några generella värden. Den kan variera från 7mA upp till 50mA, men de flesta dioder verkar fungera inom 20 - 30mA. Är dioden okänd kan man alltid börja med 1.7V/20mA och jobba sig upp från detta värde. De flesta lysdioder har en kapsel som har samma färg som dess ljus. I och med detta har man en ledtråd.
Nu när vi har all teroi som vi behöver bakom oss är det dags att börja koppla. Först ut är en enkel LED med motstånd. Kopplingen ser ut som på bilden:
Detta är den enklaste kopplingen (batteriet motsvarar nätagget). Det vi måste göra för att få kretsen att fungera är att räkna ut motståndets värde utifrån lysdioden och matningsspänningen. I detta exempel (och i alla efterkommande) använder jag en lysdiod med följande parametrar: Uled = 1.8V, Iled = 20mA. Alla kretsar beräknas för att köras på 12V (vid det här laget bör det inte vara några problem med att räkna om för 5V).
För att få fram värdet på motståndet Rled använder vi Ohms lag:
Här ser ni nu hur seriekopplingen kommer in i bilden - för att få fram spänningen över motståndet måste man räkna bort spänningen som lysdioden behöver, i detta fall 1.8V. Den spänning som blir kvar (10.2V) är det som motståndet kommer att få över sig. För att få fram rätt värde så använder man strömmen som lysdioden drar och stoppar in alltihopa i Ohms lag. Som ni ser så gjorde jag om 20mA till 0.02A för att få resultatet i ohm.
| « Föregående | Nästa sida » |
Diskutera denna artikeln i vårt forum!