Reihen-Parallel-Schaltungen verstehen: Funktionsweise und Bedeutung

Bei einfachen Reihenschaltungen sind alle Bauteile Ende-an-Ende verbunden und bilden nur einen Pfad für den Stromfluss:

Bei einfachen Parallelschaltungen sind alle Bauteile zwischen denselben zwei Mengen elektrisch gemeinsamer Punkte verbunden, was mehrere Pfade für den Strom von einem Batteriepol zum anderen schafft:

Regeln für Reihen- und Parallelschaltungen

Für jede dieser zwei grundlegenden Schaltungskonfigurationen haben wir spezifische Regelsets, die Spannungs-, Strom- und Widerstandsbeziehungen beschreiben.

Reihenschaltungen:

• Spannungsabfälle addieren sich zur Gesamtspannung.
• Alle Bauteile teilen denselben (gleichen) Strom.
• Widerstände addieren sich zum Gesamtwiderstand.

Parallelschaltungen:

• Alle Bauteile teilen dieselbe (gleiche) Spannung.
• Zweigströme addieren sich zum Gesamtstrom.
• Widerstände verringern sich zum Gesamtwiderstand.

Reihen-Parallel-Schaltungen

Wenn Schaltungsbauteile in manchen Teilen in Reihe und in anderen parallel geschaltet sind, können wir nicht ein einzelnes Regelset auf jeden Teil der Schaltung anwenden. Stattdessen müssen wir identifizieren, welche Teile der Schaltung Reihe und welche parallel sind, dann selektiv Reihen- und Parallelregeln anwenden, um zu bestimmen, was passiert. Nehmen Sie die folgende Schaltung als Beispiel:

Diese Schaltung ist weder einfache Reihe noch einfache Parallel. Sie enthält Elemente von beidem. Der Strom verlässt den unteren Batteriepol, teilt sich auf, um durch R₃ und R₄ zu fließen, vereint sich, teilt sich erneut für R₁ und R₂, dann vereint sich wieder zum oberen Batteriepol. Es existiert mehr als ein Pfad für den Strom (nicht Reihe), doch es gibt mehr als zwei Mengen elektrisch gemeinsamer Punkte (nicht Parallel).

Da die Schaltung eine Kombination aus Reihe und Parallel ist, können wir die Regeln für Spannung, Strom und Widerstand nicht „über den Tisch“ anwenden, um die Analyse zu beginnen wie bei reinen Konfigurationen. Wäre die Schaltung einfache Reihe, könnten wir einfach R₁ bis R₄ addieren für den Gesamtwiderstand, Gesamtstrom lösen, dann alle Spannungsabfälle. Wäre sie einfache Parallel, könnten wir Zweigströme lösen, diese addieren für Gesamtstrom, und Gesamtwiderstand aus Gesamtspannung und Gesamtstrom berechnen. Diese Schaltung’s Lösung wird komplexer sein.

Die Tabelle hilft uns dennoch, die verschiedenen Werte für Reihen-Parallel-Kombinationsschaltungen zu verwalten, aber wir müssen vorsichtig sein, wie und wo wir die verschiedenen Regeln für Reihe und Parallel anwenden. Das Ohmsche Gesetz funktioniert natürlich weiterhin genauso für die Bestimmung von Werten innerhalb einer vertikalen Spalte in der Tabelle.

Wenn wir identifizieren können, welche Teile der Schaltung Reihe und welche parallel sind, können wir sie in Stufen analysieren, indem wir uns jedem Teil nacheinander widmen und die entsprechenden Regeln nutzen, um die Beziehungen von Spannung, Strom und Widerstand zu bestimmen. Der Rest dieses Kapitels wird Techniken dafür zeigen.

ZUSAMMENFASSUNG

• Die Regeln von Reihen- und Parallelschaltungen müssen selektiv auf Schaltungen angewendet werden, die beide Verbindungsarten enthalten.

WEITERFÜHRENDE ARBEITSBLÄTTER

• Reihen-Parallel-Gleichstromschaltungen-Arbeitsblatt