Se spune că rezistoarele sunt conectate în serie atunci când acestea sunt legate împreună într-o singură linie, rezultând un curent comun care curge prin ele.

Rezistoarele individuale pot fi conectate împreună fie într-o conexiune serie, fie într-o conexiune paralelă sau în combinații serie și paralel, pentru a produce rețele de rezistoare mai complexe a căror rezistență echivalentă este combinația matematică a rezistențelor individuale conectate împreună.

Un rezistor nu este doar o componentă electronică fundamentală care poate fi utilizată pentru a converti o tensiune la un curent sau un curent la o tensiune, dar prin ajustarea corectă a valorii acestuia se poate pune o ponderare diferită pe curentul și/sau tensiunea transformată pentru a fi utilizate în circuitele cu referință de tensiune și în aplicații.

Rezistoarele în serie sau rețelele de rezistoare complicate pot fi înlocuite cu un singur rezistor echivalent, REQ sau impedanță, ZEQ și indiferent de combinația sau complexitatea rețelei de rezistoare, toate rezistoarele respectă aceleași reguli de bază definite de legea lui Ohm și Legea Circuitului lui Kirchoff.

Rezistoare în serie

Deoarece tot curentul care trece prin primul rezistor nu are altă cale de a merge, trebuie să treacă prin cel de-al doilea rezistor și al treilea și așa mai departe. Atunci, rezistoarele în serie au un curent comun care curge prin ele, deoarece curentul care curge printr-un singur rezistor trebuie să curgă și prin celelalte, deoarece poate lua doar o singură cale.

Atunci, cantitatea de curent care trece printr-un set de rezistențe în serie va fi aceeași în toate punctele dintr-o rețea de rezistoare în serie. De exemplu:

I_R1 = I_R2 = I_R3 = I_AB = 1 mA

În exemplul următor rezistoarele R1, R2 și R3 sunt toate conectate împreună în serie între punctele A și B, cu un curent comun I care curge prin ele.

Circuit cu rezistoare serie

eoarece rezistoarele sunt conectate împreună, în serie, același curent trece prin fiecare rezistor din lanț și rezistența totală, RT a circuitului trebuie să fie egală cu suma tuturor rezistoarelor individuale adunate împreună. Aceasta este

R_T = R₁ + R₂ + R₃

și prin luarea valorilor individuale ale rezistoarelor, în exemplul nostru simplu de mai sus, rezistența totală echivalentă, REQ este așadar dată de:

REQ = R1 + R2 + R3 = 1 kΩ + 2 kΩ + 6 kΩ = 9 kΩ

Așadar, putem înlocui toate cele trei rezistențe individuale de mai sus doar cu un singur rezistor "echivalent" care va avea o valoare de 9kΩ.

În cazul în care patru, cinci sau chiar mai multe rezistoare sunt conectate împreună într-un circuit serie, rezistența totală sau echivalentă a circuitului, RT ar fi totuși suma tuturor rezistențelor individuale conectate împreună, și mai multe rezistențe adăugate la serie va crește rezistența echivalentă (indiferent de valoarea lor).

Această rezistență totală este în general cunoscută sub denumirea de Rezistență echivalentă și poate fi definită ca: "O singură valoare de rezistență care poate înlocui orice număr de rezistoare în serie fără a modifica valorile curentului sau tensiunii din circuit ". Atunci, ecuația dată pentru calcularea rezistenței totale a circuitului la conectarea împreună a rezistoarelor în serie este dată de:

Ecuația rezistoarelor în serie

Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. Rn etc.

Notați că rezistența totală sau echivalentă, RT are același efect asupra circuitului ca și combinația originală a rezistoarelor, deoarece este suma algebrică a rezistențelor individuale.

Un punct important de reținut despre rezistoarele din rețele seriale pentru a verifica dacă matematica dvs. este corectă. Rezistența totală (RT) a oricăror două sau mai multe rezistoare conectate între ele în serie va fi întotdeauna MAI MARE decât valoarea celui mai mare rezistor din lanț. În exemplul nostru de mai sus RT = 9 kΩ, unde cea mai mare valoare de rezistor este de numai 6 kΩ.

Tensiunea rezistoarelor în serie

Tensiunea pe fiecare rezistor conectat în serie urmează reguli diferite de cele ale curentului serie. Știm de la circuitul de mai sus că tensiunea de alimentare totală pe rezistoare este egală cu suma diferențelor potențiale pe R1, R2 și R3, VAB = VR1 + VR2 + VR3 = 9 V.

Folosind legea lui Ohm, tensiunea pe rezistențele individuale poate fi calculată astfel:

Tensiunea pe R1 = I.R1 = 1mA x 1kΩ = 1 V

Tensiunea pe R2 = I.R2 = 1mA x 2kΩ = 2 V

Tensiunea pe R3 = I.R3 = 1mA x 6kΩ = 6 V

dând o tensiune totală VAB de (1V + 2V + 6V) = 9 V care este egală cu valoarea tensiunii de alimentare. Atunci, suma diferențelor de potențial pe rezistoare este egală cu diferența totală de potențial pe combinație și în exemplul nostru aceasta este de 9 V.

Ecuația dată pentru calcularea tensiunii totale într-un circuit serie care este suma tuturor tensiunilor individuale adunate este dată de:

Atunci rețelele cu rezistoare serie pot fi gândite ca "divizoare de tensiune" și un circuit cu rezistoare serie care are N componente rezistive va avea N-diferite tensiuni în el, menținând în același timp un curent comun.

Prin utilizarea Legii lui Ohm, tensiunea, curentul sau rezistența oricărui circuit serie poate fi găsită cu ușurință, iar rezistorul unui circuit serie poate fi interschimbat fără a afecta rezistența totală, curentul sau puterea fiecărui rezistor.

Rezistoare în serie. Exemplul nr. 1

Folosind Legea lui Ohm, calculați rezistența serie echivalentă, curentul serie, căderea de tensiune și puterea pentru fiecare rezistor în următorul circuit cu rezistori în serie.

Toate datele pot fi găsite prin utilizarea Legii lui Ohm și pentru a face viața mai ușoară, putem prezenta aceste date în formă tabelară.

Atunci pentru circuitul de mai sus, RT = 60 Ω, IT = 200 mA, VS = 12 V și PT = 2,4 W

Circuit divizor de tensiune

Putem vedea din exemplul de mai sus că, deși tensiunea de alimentare este dată de 12 volți, diferite tensiuni sau căderi de tensiune apar pe fiecare rezistor din cadrul rețelei serie. Conectarea rezistoarelor în serie, ca aceasta, la o singură sursă DC are un avantaj major, diferite tensiuni apar pe fiecare rezistor, producând un circuit foarte util numit rețea de divizare a tensiunii.

Acest circuit simplu împarte tensiunea de alimentare proporțional pe fiecare rezistor din lanțul serie, cantitatea de cădere de tensiune fiind determinată de valoarea rezistorului și, după cum știm acum, curentul printr-un circuit de rezistoare în serie este comun pentru toate rezistoarele. Deci, o rezistență mai mare va avea o cădere de tensiune mai mare pe ea, în timp ce o rezistență mai mică va avea o cădere de tensiune mai mică pe ea.

Circuitul rezistiv serie prezentat mai sus formează o rețea simplă de divizare a tensiunii, trei tensiuni 2 V, 4 V și 6 V fiind produse dintr-o singură sursă de 12 V. Legea de tensiune a lui Kirchoff afirmă că "tensiunea de alimentare într-un circuit închis este egală cu suma tuturor căderilor de tensiune (I*R) din jurul circuitului " și aceasta poate fi utilizată pentru un efect bun.

Regula de divizare a tensiunii, ne permite să folosim efectele proporționalității cu rezistența pentru a calcula diferența de potențial pe fiecare rezistență, indiferent de curentul care curge prin circuitul serie. Un tipic "circuit de divizare a tensiunii" este prezentat mai jos.

Rețea divizoare de tensiune

Circuitul prezentat constă doar din două rezistoare, R1 și R2 conectate împreună în serie la tensiunea de alimentare Vin. O bornă a tensiunii de alimentare este conectată la rezistorul R1 și tensiunea de ieșire Vout este preluată de la întreaga rezistență R2. Valoarea acestei tensiuni de ieșire este dată de formula corespunzătoare.

Dacă mai multe rezistoare sunt conectate în serie în circuit, atunci vor apărea tensiuni diferite pe fiecare rezistor în raport cu valoarea R a rezistenței lor individuale (Legea lui Ohm: IxR) care furnizează puncte de tensiune diferite dar mai mici dintr-o singură sursă de alimentare.

Deci, dacă am avea trei sau mai multe rezistențe în lanțul serie, putem utiliza în continuare formula noastră de divizare a potențialului pentru a găsi căderea de tensiune pe fiecare dintre ele. Considerați circuitul de mai jos.

Circuitul divizor de potențial de mai sus prezintă patru rezistențe conectate împreună în serie. Căderea de tensiune în punctele A și B poate fi calculată utilizând formula divizorului de potențial după cum urmează:

Putem aplica aceeași idee unui grup de rezistoare din lanțul serie. De exemplu, dacă am fi vrut să găsim căderea de tensiune pe ambele R2 și R3 împreună, le-am înlocui valorile lor în numărătorul formulei și în acest caz răspunsul rezultat ne-ar da 5 volți (2V + 3V).

În acest exemplu foarte simplu, tensiunile funcționează foarte bine, deoarece căderea de tensiune pe un rezistor este proporțională cu rezistența totală, iar rezistența totală (RT) în acest exemplu este egală cu 100 Ω sau 100%, rezistența R1 este de 10 % din RT, astfel încât 10% din tensiunea sursă VS va apărea pe ea, 20% din VS pe rezistorul R2, 30% pe rezistorul R3 și 40% din tensiunea de alimentare VS pe rezistența R4. Aplicarea legii de tensiune a lui Kirchoff (KVL) în jurul căii de buclă închisă confirmă acest lucru.

Acum să presupunem că vrem să folosim circuitul de divizare cu două rezistoare de mai sus pentru a produce o tensiune mai mică dintr-o tensiune de alimentare mai mare, pentru a acționa un circuit electronic extern. Să presupunem că avem o alimentare de 12 V DC și circuitul nostru care are o impedanță de 50 Ω necesită doar o alimentare de 6 V, jumătate din tensiune.

Conectarea a două rezistențe de valoare egală, de exemplu 50 Ω fiecare, împreună ca o rețea divizor de potențial pe 12 V, va face acest lucru foarte frumos până când vom conecta circuitul de sarcină la rețea. Acest lucru se datorează faptului că efectul de sarcină al rezistorului RL conectat în paralel pe R2 schimbă raportul celor două rezistențe serie modificând căderea de tensiune și acest lucru este demonstrat mai jos.

Rezistoare în serie. Exemplul nr. 2

Calculați căderile de tensiune pe X și Y

a) Fără RL conectat

b) Cu RL conectat

După cum puteți vedea mai sus, tensiunea de ieșire Vout fără rezistența de sarcină conectată ne dă tensiunea de ieșire necesară de 6 V, dar aceeași tensiune de ieșire Vout, când sarcina este conectată, scade doar la 4 V, (rezistoare în paralel).

Deci, putem vedea că o rețea divizor de tensiune își schimbă tensiunea de ieșire ca rezultat al acestui efect de sarcină, deoarece tensiunea de ieșire Vout este determinată de raportul R1 la R2. Cu toate acestea, dacă rezistența de sarcină RL crește spre infinit (∞), acest efect de încărcare se reduce și raportul de tensiune al Vout/Vs nu este afectat de adăugarea sarcinii la ieșire. Atunci cu cât este mai mare impedanța de sarcină, cu atât este mai puțin efectul de încărcare pe ieșire.

Efectul reducerii unui semnal sau a nivelului de tensiune este cunoscut sub numele de Atenuare, astfel încât trebuie să aveți grijă atunci când utilizați o rețea divizoare de tensiune. Acest efect de încărcare ar putea fi compensat prin utilizarea unui potențiometru, ajustat corespunzător, în loc de rezistoare de valoare fixă. Această metodă compensează divizorul de potențial pentru toleranțe variabile în construcția rezistoarelor.

Un rezistor variabil, potențiometru sau pot, cum este cel mai frecvent numit, este un bun exemplu de divizor de tensiune multirezistor într-un singur pachet, deoarece acesta poate fi considerat drept mii de mini-rezistoare în serie. Aici se aplică o tensiune fixă ​​pe cele două conexiuni externe fixe, iar tensiunea variabilă de ieșire este preluată de la borna cursorului. Pot multitură permite un control mai exact al tensiunii de ieșire.

Circuitul divizor de tensiune este cel mai simplu mod de a produce o tensiune mai mică de la o tensiune mai mare, și este mecanismul de funcționare de bază al potențiometrului.

Pe lângă faptul că este folosit pentru a calcula o tensiune de alimentare mai mică, formula de divizare a tensiunii poate fi de asemenea utilizată în analiza circuitelor rezistive mai complexe care conțin atât ramificații serie, cât și paralele. Formula de divizare tensiune sau potențial poate fi utilizată pentru a determina căderile de tensiune pe rețele DC închise sau ca parte a diferitelor legi de analiză a circuitelor, cum ar fi teoremele lui Kirchoff sau Thevenin.

Aplicații ale rezistoarelor în serie

Am văzut că rezistoarele în serie pot fi folosite pentru a produce diferite tensiuni pe ele și acest tip de rețea de rezistoare este foarte util pentru producerea unei rețele divizoare de tensiune. Dacă înlocuim unul din rezistoarele din circuitul divizor de tensiune de mai sus cu un senzor cum ar fi un termistor, un rezistor dependent de lumină (LDR) sau chiar un întrerupător, putem converti o cantitate analogică detectată într-un semnal electric adecvat, care poate fi măsurat.

De exemplu, următorul circuit termistor are o rezistență de 10 KΩ la 25°C și o rezistență de 100 Ω la 100°C. Calculați tensiunea de ieșire (Vout) pentru ambele temperaturi.

Circuit termistor

La 25 ° C

La 100 ° C

Astfel, schimbând rezistența fixă de 1 KΩ, R2 în circuitul nostru simplu de mai sus, cu un rezistor variabil sau un potențiometru, poate fi obținută o anumită valoare setată de tensiune de ieșire într-un interval de temperatură mai mare.

Rezistoare în serie. Rezumat

Când două sau mai multe rezistoare sunt conectate între ele într-o singură ramificație, rezistoarele sunt conectate împreună în serie. Rezistoarele în serie poartă același curent, dar căderea de tensiune pe ele nu este aceeași, deoarece valorile lor individuale de rezistență vor crea diferite căderi de tensiune pe fiecare rezistor, determinate de legea lui Ohm (V = I*R). Atunci, circuitele serie sunt divizoare de tensiune.

Într-o rețea de rezistoare serie, rezistoarele individuale se adună împreună pentru a da o rezistență echivalentă (RT) a combinației serie. Rezistoarele dintr-un circuit serie pot fi interschimbate fără a afecta rezistența totală, curentul sau puterea fiecărui rezistor sau a circuitului.

În următoarea tutorial despre rezistoare, vom analiza conectarea rezistoarelor împreună în paralel și vom arăta că rezistența totală este suma inversă a tuturor rezistoarelor adunate împreună și că tensiunea este comună unui circuit paralel.