Di S. Hussain Ather, aggiornato il 24 marzo 2022
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Circuiti paralleli e in serie
I dispositivi elettrici nella vita di tutti i giorni si basano su due strategie di cablaggio di base:parallelo e serie. In un circuito in serie, tutti i componenti sono collegati end-to-end in un unico circuito chiuso. In un circuito parallelo, ciascun componente è collegato agli stessi due nodi, creando rami separati che condividono la stessa sorgente di tensione.
Distinzioni chiave:
- Serie – La corrente è la stessa in ogni elemento; la tensione si divide tra i componenti.
- Parallelo – La tensione è identica su ciascun ramo; la corrente si divide tra i rami.
Leggi fondamentali per l'analisi
Entrambe le configurazioni obbediscono alle due regole di Kirchhoff:
- La somma delle cadute di tensione attorno a qualsiasi circuito chiuso è pari a zero.
- In ogni incrocio, la somma algebrica delle correnti in entrata è uguale alla somma in uscita.
Legge di Ohm (V = I R ) si applica a ciascun elemento e all'intero circuito.
Calcolo della resistenza totale
Serie:
R_total = R1 + R2 + R3 + …
Parallelo:
1 / R_total = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + …
Circuiti ibridi (serie-parallelo)
Molti circuiti del mondo reale combinano entrambe le soluzioni. L'approccio standard è quello di ridurre la rete passo dopo passo:
- Identificare i sottocircuiti puramente in serie o puramente paralleli.
- Sostituire ciascun sottocircuito con la sua resistenza equivalente.
- Riapplica le regole di Kirchhoff alla rete semplificata.
Circuiti CA e impedenza
Quando la sorgente si alterna, gli elementi resistivi si comportano diversamente dai condensatori e dagli induttori. L'opposizione combinata alla corrente è chiamata impedenza (Z ).
Impedenza RLC serie:
Z = √[R² + (X_L – X_C)²]
dove
X_L = ωL e
X_C = 1/(ωC) con
ω la frequenza angolare.
Impedenza RLC parallela (ammettenza Y = 1/Z ):
1 / Z = √[1 / R² + (1 / X_L – 1 / X_C)²]
Implicazioni pratiche
- Illuminazione – Le luci domestiche sono collegate in parallelo in modo che una lampadina bruciata non influisca sulle altre.
- Elettrodomestici – I motori e gli elementi riscaldanti sono generalmente in serie o in serie-parallelo a seconda della tensione e della corrente richieste.
- Elaborazione del segnale – I filtri utilizzano combinazioni RLC per modellare le risposte in frequenza.
Concetti chiave
- Serie:corrente costante, divisione di tensione.
- Parallelo:tensione costante, la corrente si divide.
- Le regole di Kirchhoff e la legge di Ohm forniscono gli strumenti analitici.
- I circuiti CA introducono impedenza; Le formule RLC governano il comportamento.
- I circuiti ibridi vengono risolti mediante riduzione graduale.
