Последовательное соединение
Цель: Научиться рассчитывать последовательное соединение и понимать распределение напряжения и мощности по элементам.
Признак последовательного соединения
При последовательном соединении элементы включены один за другим без разветвлений, поэтому через них проходит один и тот же ток. Обрыв любого элемента разрывает всю цепь.
Эквивалентное сопротивление
Суммарное сопротивление последовательной цепи всегда больше каждого отдельного сопротивления. Ток всей цепи определяется законом Ома I=U/Rэкв.
Деление напряжения
Напряжение источника распределяется между последовательными элементами:
U = U₁ + U₂ + ...; Uₖ = I·RₖЧем больше сопротивление элемента при одном и том же токе, тем больше падение напряжения на нём.
Мощность
На каждом резистивном элементе выделяется P=I²R. Поэтому при одинаковом токе элемент с большим сопротивлением рассеивает больше мощности. Номинальная мощность резистора должна иметь достаточный запас относительно расчётного рассеяния.
Делитель напряжения и влияние нагрузки
Последовательная цепь часто используется как делитель напряжения. Но формула делителя работает так, как ожидается, только если подключённая к выходу нагрузка не меняет существенно сопротивление нижнего плеча. Если к R₂ параллельно подключить нагрузку, эквивалентное сопротивление этой части уменьшится, а выходное напряжение изменится.
Это полезный пример того, почему измерительный прибор тоже имеет значение: вольтметр с конечным входным сопротивлением является дополнительной параллельной нагрузкой. В силовых цепях эффект обычно мал, но в высокоомных измерительных цепях он способен заметно исказить результат.
Практическое применение
Последовательное соединение встречается в цепях делителей напряжения, ограничивающих элементов, катушек и контактов коммутационных аппаратов. При диагностике цепи управления полезно проверять падения напряжения на каждом замкнутом контакте: заметное падение на контакте, который должен иметь очень малое сопротивление, может указывать на плохое соединение.
Что нужно запомнить
- В последовательной цепи ток одинаков во всех элементах.
- Rэкв равна сумме сопротивлений.
- Сумма падений напряжений равна напряжению источника.
- Большое падение напряжения на контакте может указывать на повышенное контактное сопротивление.