Mỗi bước trong quá trình học đều cần thiết để xây dựng nền tảng cho bước tiếp theo. Trong một số trường hợp, điều đó đúng hơn những lần khác. Trong trường hợp này, điều này đúng gấp đôi, vì nhiều thứ chúng ta thảo luận hôm nay sẽ không áp dụng trực tiếp vào việc giải mạch điện nhưng sẽ là nền tảng tuyệt đối để hiểu cấu trúc của mạch điện, có thể nói là bước đầu tiên trong việc giải mạch điện. Vì vậy, có thể tôi tự mâu thuẫn với chính mình. Nhưng theo thời gian, điều này sẽ trở nên tự nhiên đến mức thậm chí không phải là một bước có ý thức.

Các nhánh

Phần đầu tiên của mạch điện mà chúng ta sẽ thảo luận là các nhánh. Nhánh là thuật ngữ chung biểu thị một phần tử duy nhất trong mạch điện. Đây có thể là nguồn điện áp, điện trở, tụ điện, cuộn cảm hoặc nhiều hơn nữa. Nó bao gồm bất kỳ phần tử hai đầu cuối nào. Các thiết bị phức tạp hơn, chẳng hạn như op-amp hoặc vi điều khiển không nằm trong thuật ngữ "nhánh" nhưng không sao, chúng ta sẽ không xử lý bất kỳ thứ gì phức tạp như vậy trong một thời gian.

Cục bướu cứng

Phần thứ hai của mạch là một nút. Đây là điểm kết nối giữa hai hoặc nhiều nhánh. Một cách hay để nghĩ về nó có thể là một điểm giao nhau nơi dòng điện chạy vào và ra tùy thuộc vào các nhánh khác nhau. Các nút là một phần thiết yếu của phân tích và thiết kế mạch, vì vậy hãy xem một vài ví dụ về các nút là gì:

Vòng lặp

Cuối cùng, phần cuối cùng của một mạch điện quan trọng với chúng ta hiện tại là một vòng lặp. Vòng lặp là một đường dẫn khép kín trong một mạch điện. Đường dẫn khép kín có nghĩa là nó bắt đầu tại một nút, đi qua các nút khác và kết thúc tại cùng một nút mà không đi qua bất kỳ nút nào khác hai lần. Lưu ý rằng định nghĩa này linh hoạt ở chỗ bạn có thể bao gồm nhiều nút hơn hoặc loại trừ các nút, miễn là bạn không đi qua cùng một nút hai lần, ngoại trừ nút bắt đầu/kết thúc. Hãy xem một ví dụ về cùng một mạch điện và hai vòng lặp khác nhau chồng lên nhau.

Điều này quan trọng vì khi thực hiện phân tích mạch, bạn có lợi thế là có thể chọn các vòng lặp phù hợp nhất với tình huống nhưng có nhược điểm là phức tạp hơn một chút ở chỗ bạn cần đảm bảo các vòng lặp của mình có ý nghĩa về mặt toán học và kết hợp với nhau. Với tính linh hoạt cao đi kèm trách nhiệm lớn.

Bây giờ chúng ta đã xem qua các thuật ngữ này và cụ thể là biết nút là gì, chúng ta có thể nói về các nhánh nối tiếp và song song cũng như sự khác biệt của chúng.

Nối tiếp và song song

Một nhánh, hoặc một phần tử hai đầu cuối, được nối tiếp với một hoặc nhiều nhánh khác khi chúng chỉ chia sẻ một nút duy nhất và mang cùng một lượng dòng điện. Chúng thường trông giống như được kết nối tuần tự, cái này sau cái kia, giống như chúng là một chuỗi. Cách tốt nhất để mô tả điều này có lẽ là bằng một vài hình ảnh. Chúng ta sẽ sử dụng điện trở làm ví dụ.

Như bạn có thể thấy trong hình ảnh đầu tiên, có hai nhánh, cả hai đều là điện trở, và có một nút giữa chúng chỉ dành riêng cho hai nhánh đó. Do đó, bất kỳ dòng điện nào chạy qua một điện trở sẽ chạy qua điện trở kia.

Trong hình ảnh thứ hai, có ba nhánh, hai điện trở ở trên cùng và một điện trở ở dưới cùng. Đây là một ví dụ phức tạp hơn ở chỗ có một nút duy nhất mà cả ba nhánh đều được kết nối. Nếu bạn nhìn theo một cách, nhóm hai điện trở trên cùng, thì hai điện trở trên cùng sẽ nối tiếp với điện trở dưới cùng. Bất kỳ dòng điện nào chạy qua các điện trở trên cùng đó sẽ chạy qua điện trở dưới cùng, vì vậy cả hai điện trở trên cùng đó đều nối tiếp với điện trở dưới cùng. Điều quan trọng cần lưu ý là chỉ có một trong những điện trở trên cùng đó không nối tiếp với điện trở dưới cùng, mà là cả hai điện trở trên cùng đó đều nối tiếp với điện trở đơn bên dưới.

Để các nhánh song song, đó là khi hai hoặc nhiều phần tử hai đầu cuối được kết nối với cùng hai nút. Trong trường hợp này, không quan trọng nếu các thứ khác được kết nối với bất kỳ nút nào trong số các nút đó - miễn là các phần tử hai đầu cuối có cả hai phần tử được kết nối với cùng một nút, chúng sẽ song song. Trong khi các thiết bị nối tiếp có cùng dòng điện chạy qua chúng, các thiết bị song song có cùng điện áp trên chúng. Một lần nữa, một số hình ảnh hy vọng sẽ hữu ích.

Như bạn có thể dễ dàng thấy trong hình ảnh đầu tiên và thứ hai, các nhánh này, một lần nữa được biểu diễn bằng các điện trở, chia sẻ cả hai mặt của các nút của chúng. Trong hình ảnh thứ hai, mặc dù có nhiều nhánh hơn, tất cả chúng đều chia sẻ cùng hai nút, vì vậy chúng đều song song. Tuy nhiên, hình ảnh thứ ba làm cho mọi thứ phức tạp hơn một chút. Có hai điện trở nối tiếp và hai điện trở nối tiếp đó song song với điện trở đơn. Đôi khi, các mảng điện trở phức tạp hoặc bất kỳ nhánh nào khác có thể dễ dàng được đơn giản hóa nếu bạn có thể nhận ra những điều như vậy.

Trước khi quá phấn khích, chúng ta cần nhớ rằng không phải mọi thứ đều theo kiểu nối tiếp hoặc song song, nhưng điều này xảy ra đủ thường xuyên để bạn không chỉ nên mà gần như chắc chắn sẽ trở nên thành thạo trong việc xác định và hiểu biết sâu sắc về mạch nối tiếp và song song.

Bên cạnh việc biết rằng các nhánh nối tiếp chia sẻ dòng điện và các nhánh song song có cùng điện áp trên chúng, một trong những lý do lớn khiến các thành phần song song và nối tiếp trở nên quan trọng là vì bạn thường có thể đơn giản hóa chúng. Chúng ta hãy xem xét cách thực hiện điều này và tôi muốn nói rằng điều này chỉ áp dụng cho điện trở, mặc dù các nguyên tắc sẽ chuyển khá tốt sang các thành phần khác sau này.

Để đơn giản hóa điện trở nối tiếp, chỉ cần cộng chúng lại với nhau. Rất đơn giản và dễ dàng. Cũng hợp lý thôi - nếu điện phải chạy qua một điện trở trước rồi đến điện trở khác, thì nó phải chạy qua điện trở của cả hai điện trở. Hãy cùng xem một số ví dụ thực sự nhanh.

Chúng tôi luôn khuyên bạn nên thực hiện các thí nghiệm thực tế khi học, vì điều này giúp mọi thứ ổn định. Ohmite nổi tiếng với các điện trở công suất chắc chắn là quá mức cần thiết cho các ví dụ này (mặc dù chúng rất thú vị để kiểm tra!) nhưng bạn có thể muốn mua một số điện trở Little Rebel là điện trở tuyệt vời nhưng rẻ hơn nhiều so với điện trở công suất lớn. Nếu bạn có thể, tôi khuyên bạn nên lấy một vài giá trị khác nhau và thử các mạch này bằng một vạn năng kế hoặc ohm kế giá rẻ.

Việc đơn giản hóa điện trở song song phức tạp hơn một chút nhưng vẫn đơn giản và thậm chí có những trường hợp các bước có thể được đơn giản hóa hơn nữa. Nói chung, để tính điện trở tương đương của điện trở song song, bạn chỉ cần sử dụng phương trình này:

Điều này cực kỳ dễ dàng nếu bạn có máy tính và chúng tôi có một công cụ giúp việc này dễ dàng hơn nữa nhưng lỗi phổ biến nhất mà chúng tôi thấy là quên đảo ngược tổng, về cơ bản là quên vế trái của phương trình. Hãy đảm bảo rằng bạn không bỏ qua bước đó! Tuy nhiên, điều quan trọng nhất là phải có cảm nhận trực quan về nó. Một điều bạn nên nhận ra là các điện trở song song sẽ tạo ra điện trở tương đương nhỏ hơn điện trở của điện trở nhỏ nhất. Và bạn càng đặt nhiều điện trở song song thì điện trở tổng thể càng thấp.

Có hai trường hợp bạn có thể đơn giản hóa phương trình này. Trường hợp đó là khi bạn chỉ có hai điện trở. Sau đó, phương trình được đơn giản hóa thành:

Trường hợp cuối cùng là nếu hai điện trở có điện trở bằng nhau, thì điện trở tương đương bằng một nửa của hai điện trở. Bạn có thể đưa bất kỳ số nào vào một trong hai phương trình và tự chứng minh điều đó, nếu bạn là người không tin tưởng.

Bản tóm tắt

Bây giờ chúng ta đã tiến gần hơn một bước đến khả năng phân tích các mạch điện hiện có và thiết kế mạch điện của riêng mình! Chúng ta đã học được một số thuật ngữ quan trọng về mạch điện tử và giờ có thể xác định các nhánh, nút và vòng lặp. Chúng ta đã sử dụng kiến ​​thức về nhánh và nút để tìm hiểu về mạch nối tiếp và mạch song song, cách xác định chúng và cách đơn giản hóa chúng. Chúng ta sẽ sớm sử dụng kiến ​​thức về vòng lặp khi tìm hiểu về Định luật dòng điện và điện áp của Kirchhoff (lần lượt là KCL và KVL), hai phần lớn của phân tích mạch sẽ mở ra một kho tàng công cụ khổng lồ cho kho vũ khí điện tử của bạn.

‍