Trong kỹ thuật điện và điện tử, điều rất quan trọng là phải biết sự khác biệt giữa các đoạn mạch nối tiếp và song song. Chúng là hai dạng cơ bản nhất của mạch điện và một dạng khác là mạch song song nối tiếp, là sự kết hợp của cả hai, có thể được hiểu bằng cách áp dụng các quy tắc tương tự.
Trước khi đi vào tìm hiểu sự khác biệt của chúng, chúng ta sẽ ôn lại một chút về mạch điện là gì và các thành phần chính của mạch điện.
Mạch điện là gì
Một mạch điện hoặc mạng điện là một vòng khép kín cung cấp một dòng điện khép kín. Đó là một con đường kết nối các thành phần điện khác nhau (như nguồn điện, điện trở, tụ điện và cuộn cảm,…) với nhau. Nó bắt đầu và kết thúc tại cùng một điểm tạo thành một cấu trúc giống như vòng lặp. Một mạch có 3 thành phần chính: một nguồn điện, các thành phần điện (Tải) và dây dẫn (dây) để kết nối giữa chúng.
- Nguồn điện là thứ cung cấp năng lượng cho mạch và cho phép cung cấp dòng điện cho mạch. Nguồn điện có thể là nguồn điện áp hoặc nguồn dòng. Một ví dụ phổ biến của nguồn điện áp là pin.
- Các thành phần điện nói chung điện trở, tụ điện và cuộn cảm,… là tải kết nối với nguồn điện. Sử dụng các loại thành phần điện khác nhau ảnh hưởng đến các tính chất của mạch.
- Các dây là dây dẫn tinh khiết và chúng kết nối các thành phần điện và nguồn điện với nhau. Kết nối các thành phần trong các cấu hình khác nhau cũng làm thay đổi các thuộc tính mạch như đoạn mạch nối tiếp, đoạn mạch song song.
Hai loại mạch chính là mạch nối tiếp và song song. Nhưng trước khi đi vào mạch nối tiếp và mạch song song, chúng ta hãy cùng phân tích xem kết nối song song là gì nhé!
Kết nối nối tiếp
Một kết nối nối tiếp giữa các thành phần là khi hai hoặc nhiều hơn hai thành phần được kết nối với nhau ở dạng xếp tầng hoặc đuôi của thành phần thứ 1 được kết nối với phần đầu của thành phần thứ 2, … Các thành phần được kết nối nối tiếp tạo thành một cấu trúc giống như chuỗi trong một đường duy nhất.
Kết nối song song
Một kết nối được gọi là song song nếu hai hoặc nhiều hơn hai thành phần được kết nối với nhau hoặc đầu của chúng được kết nối với nhau và đuôi của chúng được kết nối với nhau. Các thành phần kết nối song song tạo thành nhiều đường dẫn hoặc vòng lặp.
Đoạn mạch nối tiếp
Một mạch được gọi là đoạn mạch nối tiếp nếu các thành phần được kết nối liên tiếp nhau hoặc hình thành tầng trong một dòng duy nhất. Một mạch nối tiếp tạo thành một con đường chỉ có một vòng, do đó, dòng điện chạy qua các thành phần là như nhau và điện áp phân chia tùy thuộc vào điện trở của từng thành phần.
Dòng điện trong đoạn mạch nối tiếp
Dòng điện qua từng thành phần trong mạch nối tiếp vẫn giữ nguyên và nó bằng với dòng điện được cung cấp bởi nguồn điện. Vì chỉ có một đường dẫn cho dòng điện chảy, dòng điện không phân chia.
Điện áp trong mạch nối tiếp
Tổng điện áp rơi trên mỗi thành phần trong mạch nối tiếp bằng điện áp cung cấp. Điện áp là một mạch nối tiếp phân chia giữa các thành phần dựa trên điện trở của chúng. Do đó, điện áp rơi trên mỗi thành phần là khác nhau và phụ thuộc vào giá trị điện trở của các thành phần.
Điện trở trong mạch nối tiếp
Khi các điện trở được kết nối trong một đoạn mạch nối tiếp, tổng điện trở bằng từng thành phần của chúng cộng lại.
Rtd = R₁ + R₂ + R₃ +…+ Rₙ
Tổng điện trở trong một đoạn mạch nối tiếp luôn lớn hơn điện trở riêng của nó.
Tụ điện trong đoạn mạch nối tiếp
Khi các tụ điện được kết nối nối tiếp, tổng điện dung hoặc tương đương của chúng giảm vì chênh lệch điện áp trên mỗi tụ giảm và điện tích được lưu trữ do điện áp này cũng giảm.
Tổng điện dung trong một mạch nối tiếp luôn nhỏ hơn điện dung riêng.
Cuộn cảm trong mạch nối tiếp
Tổng độ tự cảm của hai hoặc nhiều hơn hai cuộn cảm trong một mạch nối tiếp là tổng của cuộn cảm riêng lẻ.
Ltd = L₁ + L₂ + L₃ +…+ Lₙ
Tổng độ tự cảm tăng và nó luôn luôn lớn hơn độ tự cảm riêng lẻ trong một mạch nối tiếp.
Sự cố trong mạch nối tiếp
Nếu có lỗi trong bất kỳ thành phần nào trong mạch nối tiếp, toàn bộ mạch không hoạt động vì dòng điện bị ngắt và không có đường dẫn nào khác cho dòng điện chảy. Vì vậy, một lỗi trong một thành phần sẽ khiến toàn bộ mạch bị vô hiệu hóa. Để khắc phục sự cố một mạch nối tiếp, bạn phải kiểm tra từng thành phần. Vì vậy, xử lý mạch sự cố khó hơn một mạch song song.
Một ví dụ phổ biến của đoạn mạch nối tiếp là đèn Giáng sinh, chúng được kết nối thành chuỗi với nhau. Nếu một trong số chúng ngừng hoạt động, toàn bộ chuỗi không sáng và rất khó phát hiện ra led nào bị lỗi.
Nguồn cấp trong đoạn mạch nối tiếp
Nếu hai hoặc nhiều hơn hai nguồn cung cấp được kết nối nối tiếp thì tổng điện áp hoặc tương đương của chúng sẽ là tổng của các điện áp riêng trong khi tổng dòng điện được cung cấp sẽ giữ nguyên như dòng điện được cung cấp bởi nguồn cung cấp riêng lẻ.
Bạn có thể sử dụng các công thức điện sau đây để tính công suất trong mạch nối tiếp:
P = I2R1 + I2R2 + … I2Rn
hoặc là
Vì vậy, nếu bạn muốn tăng điện áp của nguồn cung cấp kết nối nối tiếp. Ví dụ, hai pin 6v được kết nối nối tiếp sẽ cung cấp điện áp 12V cho tổng điện áp.
Mạch song song
Một mạch được gọi là mạch song song nếu các thành phần điện được kết nối theo cấu hình song song hoặc đầu của chúng được kết nối với một điểm chung. Nó tạo thành nhiều vòng hoặc đường dẫn cho dòng điện chảy.
Dòng điện trong mạch song song
Dòng điện trong một mạch song song phân chia qua các nhánh. Ở đó tổng dòng điện bằng tổng dòng điện thông qua các thành phần riêng lẻ và nó phụ thuộc vào giá trị điện trở của chúng.
IT = I1 + I2 + I3 + … In
Điện áp trong mạch song song
Điện áp trong một mạch song song vẫn giữ nguyên trên mỗi đường dẫn hoặc thành phần vì mỗi thành phần được kết nối với nguồn tại cùng một điểm.
VT = V1 = V2 = V3 = … Vn
Điện trở trong mạch song song
Tổng trở của nhiều điện trở trong một mạch song song giảm và nó nhỏ hơn điện trở riêng.
Điện dung trong mạch song song
Tổng điện dung của các tụ điện được kết nối trong mạch song song tăng và nó là tổng điện dung của các tụ điện riêng lẻ.
Ctd = C1 + C2 + C3 + … Cn
Tổng điện dung hoặc tương đương luôn lớn hơn điện dung riêng.
Điện cảm trong mạch song song
Tổng độ tự cảm của cuộn cảm được nối trong mạch song song giảm và nó luôn nhỏ hơn độ tự cảm của bất kỳ cuộn cảm riêng lẻ nào.
Bộ nguồn trong đoạn mạch song song
Khi nguồn điện được kết nối trong một đoạn mạch song song, tổng điện áp của chúng vẫn giữ nguyên trong khi tổng dòng điện được cấp là tổng dòng điện của nguồn cấp riêng lẻ.
Các công thức sau đây có thể được sử dụng để tính công suất trong mạch song song:
Hoặc là
P = I12R1 + I22R2 + … In2Rn
Lỗi trong mạch song song
Nếu có lỗi trong bất kỳ thành phần nào được kết nối trong một mạch song song, các thành phần khác vẫn hoạt động vì có nhiều đường dẫn cho dòng điện chạy qua. Việc khắc phục sự cố các thành phần trong một mạch song song sẽ dễ dàng hơn vì việc xác định nhánh gặp sự cố sẽ dễ dàng hơn.
Các thiết bị trong nhà của chúng ta được kết nối trong một đoạn mạch song song. Bởi vì điện áp không phân chia giữa các thiết bị và nếu bất kỳ trong số chúng ngừng hoạt động, nó sẽ không ảnh hưởng đến bất kỳ thiết bị khác. Nó dễ dàng hơn để phát hiện ra vấn đề ở đâu.
So sánh đoạn mạch nối tiếp và đoạn mạch song song
Đặc tính
Đoạn mạch nối tiếp
Đoạn mạch song song
Định nghĩa
Là mạch có 1 đường duy nhất cho dòng điện chảy
Là mạch có nhiều đường cho dòng điện chảy
Bố trí
Các thành phần được sắp xếp trong một dòng duy nhất với đuôi của chúng được kết nối với các đầu của thành phần tiếp theo.
Các thành phần được sắp xếp với đầu của chúng được nối cùng nhau và đuôi được kết nối với nhau.
Đường đi của dòng điện
Mạch nối tiếp tạo thành một vòng đơn nên chỉ có một đường duy nhất.
Nó tạo thành nhiều vòng lặp để có nhiều con đường cho dòng điện chảy.
Dòng điện
Dòng điện vẫn giữ nguyên thông qua từng thành phần.
Dòng điện được chia thành các giá trị khác nhau trong mỗi đường dẫn và phụ thuộc vào giá trị của điện trở được cung cấp bởi mỗi đường dẫn.
Điện áp
Điện áp được chia cho các thành phần và phụ thuộc vào điện trở của từng thành phần
Điện áp trên mỗi nhánh hoặc thành phần vẫn như nhau
Điện trở
Tổng điện trở trong mạch nối tiếp tăng
Tổng trở trong mạch song song giảm
Điện dung
Tổng điện dung trong mạch nối tiếp giảm
Tổng điện dung trong mạch song song tăng
Điện cảm
Tổng độ tự cảm trong mạch nối tiếp tăng
Tổng độ tự cảm trong mạch song song giảm
Nguồn cấp
Đối với các bộ nguồn được kết nối nối tiếp, Tổng điện áp tăng (cộng lại) trong khi tổng dòng điện vẫn giữ nguyên
Đối với các nguồn cung cấp song song, Tổng điện áp vẫn giữ nguyên trong khi tổng dòng điện tăng (cộng lại)
Lỗi- Sự cố
Một lỗi trong bất kỳ thành phần nào phá vỡ toàn bộ mạch và các thành phần khác không hoạt động
Một lỗi trong bất kỳ thành phần nào sẽ không ảnh hưởng đến thành phần nào khác và chúng sẽ hoạt động tốt
Xử lý sự cố
Rất khó để khắc phục sự cố và xác định các thành phần cần có thời gian
Nó dễ dàng xử lý sự cố và xác định thành phần bị lỗi
Những kiến thức này thực ra không phải là mới. Chúng ta đã gặp chúng lặp đi lặp lại nhiều lần trong quá trình học tập , nghiên cứu.
Nhưng cũng rất dễ quên và nhầm lẫn giữa các cấu trúc với nhau. Bài viết hy vọng sẽ được các bạn đón nhận, góp ý và chia sẻ.
Chân thành cảm ơn!
