2011年6月25日 星期六

串連、並聯與電壓電流的關係

最近有學生問我關於基本電學的概念


電流源對於電路中「串聯」負載元件的「電流相同」,
電壓源則是對於「並聯」負載元件的「電壓相同」。




串聯:


在理想電路情況下,不考慮能量損耗問題,
電源輸出的電流經過每一個串聯路徑中的負載元件(如電阻),
電流都是相同的。


因為每一個串聯的電阻元件阻抗不一定相同,因此相同電流流經不同電阻,
將會產生不同的壓降,所以電壓也不一樣。






並聯:


同樣的,若在上述同一電路中,將串聯的負載元件改為並聯,
則是電壓相同,電流不同的情況。


你可以想像,從樓頂水塔往下層樓層輸送的水壓,
在同一層樓的 A 、 B 房間,所得到的水壓,都是一樣的,
因為同一樓層與水塔之間的位能是一樣的。


因此,對於並聯電路也是一樣,電壓對於並聯的電阻、負載元件,
所給予的電壓都是相同的。








學生又問: 那若是電源端串聯、並聯的情況,又是如何?對電路影響?




V = I R  


上述公式,是我們最熟悉的電子電路基礎公式,
在固定電阻的情況下,電壓與電流的關係,是成正比的關係。






串聯:


今天你將某一電路中的 1.5V 電池改為兩個 1.5V 的電池串聯後,
電壓升為 3V,透過 V = I R  公式,我們可以得知電阻、負載不變情況下,
電流應該與電壓同樣成正比上升。


因此將電路中的電源串聯後,將會得到更大的電壓與電流。


若因為串聯加大了電壓電流,造成負載元件損壞,將是得不償失,
所以應視情況針對電路需求進行穩壓、限流等保護措施。




並聯:


同上述電路,將兩個 1.5 V 電池改為並聯,並不會增加電壓、電流,
情況與只有使用單一個 1.5 V 電池的情況相同,但電源端負擔降低,
好處是可以增加電池的使用時間與壽命。




利用水塔的原理說明,若原先位於頂樓的水塔只有一個,輸出管線也只有一條,
如今新增一個一模一樣的水塔,並與原先的水塔管線作為並聯,
輸出管線依舊只有一條,因此並不會增加流出的水量與壓力。








希望透過上述的說明,可以釐清一些學生對於電路與電源串並聯的理解,
也希望可以透過這些基礎,將許多有趣的東西進行更多的串並聯改造!



2 則留言:

  1. 大大我想跟您請教一下
    因為小弟要自製風扇捕蚊燈
    有些電路上的問題跟您請教

    若我電源供應器是12v,300mA
    風扇12V,150mA
    LED是3.2V,25mA*7=175mA

    電路設定為並聯,在電壓不變的情況下
    這樣的話是否電壓依然維持12V
    電流為150mA+175mA=325mA

    這樣的電路設定OK嗎??不用加電阻?

    懇請大大賜教

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    1. 您好,抱歉現在才看到留言。

      你的所需電流超過你的供應電流,
      這可能會讓你的LED燈不夠亮,請減少LED數量吧。

      另外,你的風扇3.2V,若使用12V作驅動也是不洽當的

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