Bauen von Reihen-Parallel-Widerstandsschaltungen

Auch beim Bau von Batterie-/Widerstandsschaltungen sieht sich der Schüler oder Bastler mit mehreren verschiedenen Konstruktionsweisen konfrontiert. Das vielleicht beliebteste ist das lotlose Steckbrett :eine Plattform zum Bau temporärer Stromkreise durch das Einstecken von Komponenten und Drähten in ein Gitter aus miteinander verbundenen Punkten.

Ein Steckbrett scheint nichts anderes als ein Plastikrahmen mit Hunderten von kleinen Löchern darin zu sein. Unter jedem Loch befindet sich jedoch ein Federclip, der mit anderen Federclips unter anderen Löchern verbunden wird. Das Verbindungsmuster zwischen den Löchern ist einfach und einheitlich:

Serie - Parallelschaltung auf einem lötfreien Steckbrett

Angenommen, wir wollten die folgende Reihen-Parallel-Kombinationsschaltung auf einem Steckbrett aufbauen:

Der empfohlene Weg, dies auf einem Steckbrett zu tun, besteht darin, die Widerstände in ungefähr dem gleichen Muster wie im Schaltplan zu sehen, um die Beziehung zum Schaltplan zu erleichtern. Wenn 24 Volt benötigt werden und wir nur 6-Volt-Batterien zur Verfügung haben, können vier in Reihe geschaltet werden, um den gleichen Effekt zu erzielen:

Dies ist keineswegs die einzige Möglichkeit, diese vier Widerstände miteinander zu verbinden, um die im Schaltplan gezeigte Schaltung zu bilden. Betrachten Sie dieses alternative Layout:

Serie - Parallelschaltung auf einer Klemmleiste

Wenn eine höhere Beständigkeit gewünscht wird, ohne auf Löten oder Umwickeln zurückgreifen zu müssen, könnte man diese Schaltung auf einer Klemmleiste aufbauen (auch Barrierestreifen genannt , oder Klemmenblock ). Bei dieser Methode werden Bauteile und Drähte durch mechanische Spannung unter Schrauben oder schweren Clips befestigt, die an kleinen Metallstangen befestigt sind. Die Metallstäbe wiederum sind auf einem nichtleitenden Körper montiert, um sie elektrisch voneinander zu isolieren.

Der Aufbau einer Schaltung mit Komponenten, die an einer Klemmenleiste befestigt sind, ist nicht so einfach wie das Einstecken von Komponenten in ein Steckbrett, hauptsächlich weil die Komponenten physisch nicht so angeordnet werden können, dass sie dem Schaltplan entsprechen. Stattdessen muss der Builder verstehen, wie er die Darstellung des Schaltplans in das reale Layout des Streifens „biegen“ kann. Betrachten Sie ein Beispiel dafür, wie dieselbe Vier-Widerstands-Schaltung auf einer Klemmenleiste aufgebaut werden könnte:

Ein anderes Klemmenleisten-Layout, das einfacher zu verstehen ist und sich auf den Schaltplan bezieht, beinhaltet das Verankern von Parallelwiderständen (R₁ //R₂ und R₃ //R₄ ) an die gleichen beiden Klemmstellen auf der Leiste wie folgt:

Aufbau komplexerer Schaltungen in einer Klemmenleiste

Der Aufbau komplexerer Schaltungen auf einer Klemmleiste erfordert die gleichen räumlichen Fähigkeiten, erfordert aber natürlich mehr Sorgfalt und Planung. Nehmen Sie zum Beispiel diese komplexe Schaltung, die in schematischer Form dargestellt ist:

Die im vorigen Beispiel verwendete Klemmleiste hat kaum genug Klemmen, um alle sieben für diese Schaltung benötigten Widerstände zu montieren! Es wird eine Herausforderung sein, alle notwendigen Drahtverbindungen zwischen den Widerständen zu bestimmen, aber mit Geduld ist es möglich. Beginnen Sie zunächst damit, alle Widerstände auf dem Streifen zu installieren und zu beschriften.

Der ursprüngliche Schaltplan wird als Referenz neben der Klemmenleistenschaltung angezeigt:

Beginnen Sie als Nächstes, die Komponenten wie im Schaltplan gezeigt Draht für Draht miteinander zu verbinden. Überzeichnen Sie Verbindungslinien im Schaltplan, um den Abschluss in der realen Schaltung anzuzeigen. Sehen Sie sich diese Abfolge von Abbildungen an, während jeder einzelne Draht im Schaltplan identifiziert und dann zum realen Stromkreis hinzugefügt wird:

Obwohl bei dieser Klemmenleistenschaltung geringfügige Abweichungen möglich sind, ist die in dieser Beispielsequenz gezeigte Anschlussauswahl sowohl elektrisch korrekt (elektrisch identisch mit dem Schaltplan) als auch den zusätzlichen Vorteil, dass keine Schraubklemme der Leiste mit mehr belastet wird als zwei Drahtenden, eine gute Praxis in jeder Klemmenleistenschaltung.

Varianten von Drahtverbindungen für den Schaltungsaufbau in einer Klemmenleiste

Ein Beispiel für eine „variante“ Drahtverbindung könnte der allerletzte hinzugefügte Draht sein (Schritt 11), den ich zwischen dem linken Anschluss von R₂ . platziert habe und das linke Terminal von R₃ . Dieser letzte Draht vervollständigte die Parallelverbindung zwischen R₂ und R₃ im Kreislauf. Ich hätte diesen Draht jedoch stattdessen zwischen dem linken Anschluss von R₂ . platzieren können und das rechte Terminal von R₁ , da das rechte Terminal von R₁ ist bereits mit dem linken Anschluss von R₃ . verbunden (wurde dort in Schritt 9 platziert) und ist daher mit diesem einen Punkt elektrisch gemeinsam.

Dies hätte jedoch zu drei . geführt Drähte an der rechten Klemme von R₁ . befestigt statt zwei, das ist ein faux pax in der Klemmleistenetikette. Hätte die Schaltung so funktioniert? Bestimmt! Es ist nur so, dass mehr als zwei Drähte, die an einer einzigen Klemme befestigt sind, zu einer „unordentlichen“ Verbindung führen:eine, die ästhetisch unangenehm ist und die Schraubklemme übermäßig belasten kann.

Eine andere Variante wäre, die Klemmenverbindungen für den Widerstand R₇ . umzukehren . Wie im letzten Diagramm gezeigt, ist die Spannungspolarität an R₇ ist links negativ und rechts positiv (- , +), während alle anderen Widerstandspolaritäten links positiv und rechts negativ sind (+ , -):

Dies stellt zwar kein elektrisches Problem dar, kann jedoch bei jedem, der Spannungsabfälle des Widerstands mit einem Voltmeter misst, zu Verwirrung führen, insbesondere bei einem analogen Voltmeter, das bei einer Spannung mit der falschen Polarität „verankert“ wird. Aus Gründen der Konsistenz kann es ratsam sein, alle Kabelverbindungen so anzuordnen, dass alle Polaritäten des Spannungsabfalls des Widerstands gleich sind, wie folgt:

Obwohl Elektronen sich nicht um eine solche Konsistenz im Komponentenlayout kümmern, tun dies die Menschen. Dies veranschaulicht einen wichtigen Aspekt jeder Ingenieurtätigkeit:den Faktor Mensch. Wann immer ein Design zur leichteren Verständlichkeit und/oder einfacheren Wartung geändert werden kann – ohne Einbußen bei der funktionalen Leistung – sollte dies getan werden.

RÜCKBLICK:

• Stromkreise, die auf Klemmenleisten gebaut sind, können schwierig zu verlegen sein, aber wenn sie gebaut sind, sind sie robust genug, um als dauerhaft angesehen zu werden, aber dennoch leicht zu modifizieren.
• Es ist eine schlechte Praxis, mehr als zwei Drahtenden und/oder Komponentenkabel unter einer einzelnen Klemmschraube oder einem Clip an einer Klemmleiste zu befestigen. Versuchen Sie, die Anschlussdrähte so anzuordnen, dass dieser Zustand vermieden wird.
• Wenn möglich, bauen Sie Ihre Schaltungen klar und leicht verständlich auf. Auch wenn das Layout der Komponenten und der Verdrahtung in der Regel von geringer Bedeutung für die Funktion des Gleichstromkreises ist, ist es für die Person, die es später ändern oder Fehler beheben muss, von erheblicher Bedeutung.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt für seriellparallele Gleichstromkreise
• Arbeitsblatt algebraische Gleichungsmanipulation für elektrische Schaltkreise