Последовательное и параллельное соединение — это… Что такое Последовательное и параллельное соединение?

Последовательное и параллельное соединение

Последовательное соединение проводников.

Параллельное соединение проводников.

Последовательное и параллельное соединение в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все, входящие в цепь, элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами. При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Последовательное соединение

При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же: I = I₁ = I₂

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи: U = U₁ + U₂

Резисторы

Катушка индуктивности

Электрический конденсатор

.

Мемристоры

Параллельное соединение

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках:

I = I₁ + I₂

Напряжение на участках цепи АВ и на концах всех параллельно соединенных проводников одно и то же: U = U₁ = U₂

Резисторы

.

Катушка индуктивности

.

Электрический конденсатор

.

Мемристоры

См. также

---

Wikimedia Foundation. 2010.

• Последовательное деление
• Последняя фантазия

Полезное

Смотреть что такое «Последовательное и параллельное соединение» в других словарях:

• Последовательное и параллельное соединение проводников — Последовательное соединение проводников …   Википедия

• Параллельное соединение — Последовательное соединение проводников. Параллельное соединение проводников. Последовательное и параллельное соединение в электротехнике  два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы… …   Википедия

• Параллельное соединение (информатика) — В области телекоммуникаций и информатике параллельным соединением называют метод передачи нескольких сигналов с данными одновременно по нескольким параллельным каналам.

  Это принципиально отличается от последовательного соединения; это различие… …   Википедия

• Последовательное соединение — проводников. Параллельное соединение проводников. Последовательное и параллельное соединение в электротехнике  два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так,… …   Википедия

• Последовательное соединение (информатика) — В области телекоммуникаций и информатике под термином последовательное соединение понимают процесс пересылки данных по одному биту за раз (последовательно) по каналу связи или компьютерной шине. Это противопоставляется параллельному соединению, в …   Википедия

• СОЕДИНЕНИЕ — (1) деталей, изделий, конструкций способы механического скрепления или сочленения составных частей для образования из них машин, агрегатов, механизмов, приборов, а также сборных элементов в строительных конструкциях с целью выполнения ими… …   Большая политехническая энциклопедия

• Стабилитрон — У этого термина существуют и другие значения, см. Стабилитрон (значения) …   Википедия

• Электрическая цепь — У этого термина существуют и другие значения, см. Цепь (значения). Рисунок 1  Условное обозначение электрической цепи Электрическая цепь   совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания …   Википедия

• Электрические цепи — Электрической цепью называют совокупность соединенных друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать электрический ток. Изображение электрической цепи с помощью условных знаков называют электрической схемой… …   Википедия

• Реостатно-контакторная система управления — (сокр. РКСУ) комплекс электромеханического оборудования, предназначенного для регулирования тока в обмотках тяговых электродвигателей (ТЭД) подвижного состава метрополитена, трамвая, троллейбуса и железных дорог. Содержание 1 Принцип действия …   Википедия

Что такое последовательное и параллельное чтение.

Параллельное и последовательное соединение сопротивлений

Обычно все затрудняются ответить. А вот загадка эта в применении к электричеству решается вполне определенно.

Электричество начинается с закона Ома.

А уж если рассматривать дилемму в контексте параллельного или последовательного соединений — считая одно соединение курицей, а другое — яйцом, то сомнений вообще нет никаких.

Потому что закон Ома — это и есть самая первоначальная электрическая цепь. И она может быть только последовательной.

Да, придумали гальванический элемент и не знали, что с ним делать, поэтому сразу придумали еще лампочку. И вот что из этого получилось. Здесь напряжение в 1,5 В немедленно потекло в качестве тока, чтобы неукоснительно выполнять закон Ома, через лампочку к задней стенке того же элемента питания. А уж внутри самой батарейки под действием волшебницы-химии заряды снова оказались в первоначальной точке своего похода. И поэтому там, где напряжение было 1,5 вольта, оно таким и остается.

То есть, напряжение постоянно одно, а заряды непрерывно движутся и последовательно проходят лампочку и гальванический элемент.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

В последовательной цепи, особенно на таком простом и несомненном примере, видно, что ток, который бежит по ней от начала до конца, — все время один и тот же. А если мы теперь возьмем две лампочки и сделаем так, чтобы ток пробегал сначала по одной, а потом по другой, то будет опять то же самое — ток будет и в той лампочке, и в другой снова одинаковым. Хотя другим по величине. Ток теперь испытывает сопротивление двух лампочек, но у каждой из них сопротивление как было, так и осталось, ведь оно определяется исключительно физическими свойствами самой лампочки.

Новый ток вычисляем опять по закону Ома.

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

В этом случае току приходится преодолевать уже два сопротивления, он становится меньше. Что и видно по свечению лампочек — они теперь горят вполнакала. А общее сопротивление цепочки из двух лампочек будет равно сумме их сопротивлений. Зная арифметику, можно в отдельном случае воспользоваться и действием умножения: если последовательно соединены N одинаковых лампочек, то общее их сопротивление будет равно N, умноженное на R, где R — сопротивление одной лампочки. Логика безупречная.

А мы продолжим наши опыты. Теперь сделаем нечто подобное, что мы провернули с лампочками, но только на левой стороне цепи: добавим еще один гальванический элемент, точно такой, как первый. Как видим, теперь у нас в два раза увеличилось общее напряжение, а ток стал снова 1,5 А, о чем и сигнализируют лампочки, загоревшись снова в полную силу.

Делаем вывод:

• При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Легко проверить, что это утверждение справедливо как для активных компонентов (гальванических элементов), так и для пассивных (лампочек, резисторов).

То есть это значит, что напряжение, измеренное на одном резисторе (оно называется падением напряжения), можно смело суммировать с напряжением, измеренным на другом резисторе, и в сумме получатся те же 3 В. А на каждом из сопротивлений оно окажется равным половине — то есть 1,5 В. И это справедливо. Два гальванических элемента вырабатывают свои напряжения, а две лампочки их потребляют. Потому что в источнике напряжения энергия химических процессов превращается в электроэнергию, принявшую вид напряжения, а в лампочках та же самая энергия из электрической превращается в тепловую и световую.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Теперь напряжение в точках, соединяющих две ветки, то же, что и на гальваническом элементе — 1,5 В. Но так как сопротивление у обеих лампочек тоже такое, как и было, то и ток через каждую из них пойдет 1,5 А — ток «полного накала».

Гальванический элемент теперь питает их током одновременно, следовательно, из него вытекают сразу оба эти тока. То есть общий ток из источника напряжения будет равен 1,5 А + 1,5 А = 3,0 А.

В чем же отличие этой схемы от схемы, когда те же самые лампочки были включены последовательно? Только в накале лампочек, то есть только в токе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

Получается, если сравнить с первоначальной схемой, то при последовательном соединении лампочек (схема 2) току сопротивления оказывалось больше (отчего он уменьшался, и лампочки теряли светимость), а параллельное подключение оказывает МЕНЬШЕ сопротивления, хотя сопротивление лампочек осталось неизменным. В чем тут дело?

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Когда мы говорим, что резистор сопротивляется току, то как бы забываем, что он ток все-таки проводит. И теперь, когда подключили лампочки параллельно, увеличилось суммарное для них свойство проводить ток, а не сопротивляться ему. Ну и, соответственно, некую величину G , по аналогии с сопротивлением R и следовало бы назвать проводимостью. И должна она в параллельном соединении проводников суммироваться.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Инженерам часто приходится узнавать токи и напряжения во всех частях схем. А реальные электрические схемы бывают достаточно сложными и разветвленными и могут содержать множество элементов, активно потребляющих электроэнергию и соединенных друг с другом в совершенно разных сочетаниях. Это называется расчет электрических схем. Он делается при проектировании энергоснабжения домов, квартир, организаций. При этом очень важно, какие токи и напряжения будут действовать в электрической цепи, хотя бы для того, чтобы выбрать подходящие им сечения проводов, нагрузки на всю сеть или ее части, и так далее. А уж насколько сложны бывают электронные схемы, содержащие тысячи, а то и миллионы элементов, думаю, понятно всякому.

Самое первое что, напрашивается — это воспользоваться знанием того, как ведут себя токи напряжения в таких простейших соединениях сети, как последовательное и параллельное. Делают так: вместо найденного в сети последовательного соединения двух или более активных устройств-потребителей (как наши лампочки) нарисовать один, но чтобы его сопротивление было таким же, как у обоих. Тогда картина токов и напряжений в остальной части схемы не изменится. Аналогично и с параллельным соединением: вместо них нарисовать такой элемент, ПРОВОДИМОСТЬ которого была бы такой же, как у обоих.

Теперь если схему перерисовать, заменив последовательные и параллельные соединения одним элементом, то получим схему, которая называется «схемой эквивалентного замещения».

Такую процедуру можно продолжать до тех пор, пока у нас не останется наипростейшая — которой мы в самом начале иллюстрировали закон Ома. Только вместо лампочки будет стоять одно сопротивление, которое и называют эквивалентным сопротивлением нагрузки.

Это первая задача. Она дает нам возможность по закону Ома рассчитать общий ток во всей сети, или общий ток нагрузки.

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Надо пойти по пути поиска параллельных и последовательных участков сети, рассчитывать эквивалентные им сопротивления и постепенно упрощать схему. Видим, что R 3 , R 9 и R 6 соединены последовательно. Тогда им эквивалентное сопротивление R э 3, 6, 9 будет равно их сумме R э 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ом = 6 Ом.

Теперь заменяем параллельный кусочек из сопротивлений R 8 и R э 3, 6, 9, получая R э 8, 3, 6, 9 . Только при параллельном соединении проводников, складывать придется проводимости.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Совершенно так же, как в первом случае, объединяем сопротивления R 2 , R э 8, 3, 6, 9 и R 5, включенные последовательно, получая R э 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом.

Осталось два шага: получить сопротивление, эквивалентное двум резисторам параллельного соединения проводников R 7 и R э 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

На последнем шаге просуммируем все последовательно включенные сопротивления R 1 , R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 и R 4 и получим сопротивление, эквивалентное сопротивлению всей цепи R э и равное сумме этих трех сопротивлений

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Ну и вспомним, в честь кого назвали единицу сопротивлений, написанную нами в последней из этих формул, и вычислим по его закону общий ток во всей цепи I

Теперь, двигаясь в обратном направлении, в сторону все большего усложнения сети, можно получать по закону Ома токи и напряжения во всех цепочках нашей достаточно простой схемы.

Так обычно и рассчитывают схемы электроснабжения квартир, которые состоят из параллельных и последовательных участков. Что, как правило, не годится в электронике, потому что там многое по-другому устроено, и все гораздо замысловатее. И вот такую, например, схему, когда не поймешь, параллельное это соединение проводников или последовательное, рассчитывают по законам Кирхгофа.

В электротехнике и электронике очень широко используются резисторы. Применяются они в основном для регулирования в схемах тока и напряжения. Основные параметры: электрическое сопротивление (R) измеряется в Омах, мощность (Вт) , стабильность и точность их параметров в процессе эксплуатации. Можно вспомнить ещё множество его параметров, — ведь это обычное промышленное изделие.

Последовательное соединение

Последовательное соединение — это такое соединение, при котором каждый последующий резистор подключается к предыдущему, образуя неразрывную цепь без разветвлений. Ток I=I1=I2 в такой цепи будет одинаковым в каждой её точке. Напротив, напряжение U1, U2 в различных её точках будет разным, причём работа по переносу заряда через всю цепь, складывается из работ по переносу заряда в каждом из резисторов, U=U1+U2. Напряжение U по закону Ома равно току, умноженному на сопротивление, и предыдущее выражение можно записать так:

где R — общее сопротивление цепи. То есть по простому идет падение напряжения в точках соединения резисторов и чем больше подключенных элементов, тем больше происходит падение напряжения

Отсюда следует, что
, общее значение такого соединения определяется суммированием сопротивлений последовательно. Наши рассуждения справедливы для любого количества последовательно соединяемых участков цепи.

Параллельное соединение

Объединим начала нескольких резисторов (точка А). В другой точке (В) мы соединим все их концы. В результате получим участок цепи, который называется параллельным соединением и состоит из некоторого количества параллельных друг другу ветвей (в нашем случае – резисторов). При этом электрический ток между точками А и B распределится по каждой из этих ветвей.

Напряжения на всех резисторах будут одинаковы: U=U1=U2=U3, их концы — это точки А и В.

Заряды, прошедшие за единицу времени через каждый резистор, в сумме образуют заряд, прошедший через весь блок. Поэтому суммарный ток через изображенную на рисунке цепь I=I1+I2+I3.

Теперь, использовав закон Ома, последнее равенство преобразуется к такому виду:

U/R=U/R1+U/R2+U/R3.

Отсюда следует, что для эквивалентного сопротивления R справедливо:

1/R=1/R1+1/R2+1/R3

или после преобразования формулы мы можем получить другую запись, такого вида:
.

Чем большее количество резисторов (или других звеньев электрической цепи, обладающих некоторым сопротивлением) соединить по параллельной схеме, тем больше путей для протекания тока образуется, и тем меньше общее сопротивление цепи.

Следует отметить, что обратная сопротивлению величина называется проводимостью. Можно сказать, что при параллельном соединении участков цепи складываются проводимости этих участков, а при последовательном соединении – их сопротивления.

Примеры использования

Понятно, что при последовательном соединении, разрыв цепи в одном месте приводит к тому, что ток перестает идти по всей цепи. Например, ёлочная гирлянда перестаёт светить, если перегорит всего одна лампочка, это плохо.

Но последовательное соединение лампочек в гирлянде даёт возможность использовать большое количество маленьких лампочек, каждая из которых рассчитана на напряжение сети (220 В), делённое на количество лампочек.

Последовательное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и ЭДС

Зато при последовательном подключении предохранительного устройства его срабатывание (разрыв плавкой вставки) позволяет обесточить всю электрическую цепь, расположенную после него и обеспечить нужный уровень безопасности, и это хорошо. Выключатель в сеть питания электроприбора включается также последовательно.

Параллельное соединение также широко используется. Например, люстра – все лампочки соединены параллельно и находятся под одним и тем же напряжением. Если одна лампа перегорит, — не страшно, остальные не погаснут, они остаются под тем же самым напряжением.

Параллельное соединение резисторов на примере 3-х лампочек и генератора

При необходимости увеличения способности схемы рассеивать тепловую мощность, выделяющуюся при протекании тока, широко используются и последовательное, и параллельное объединение резисторов. И для последовательного, и параллельного способов соединения некоторого количества резисторов одного номинала общая мощность равна произведению количества резисторов на мощность одного резистора.

Смешанное соединение резисторов

Также часто используется смешанное соединение. Если,например необходимо получить сопротивление определенного номинала, но его нет в наличии можно воспользоваться одним из выше описанных способов или воспользоваться смешанным соединением.

Отсюда, можно вывести формулу которая и даст нам необходимое значение:

Rобщ.=(R1*R2/R1+R2)+R3

В нашу эпоху развития электроники и различных технических устройств в основе всех сложностей лежать простые законы, которые поверхностно рассматриваются на данном сайте и думаю, что вам они помогут успешно применять в своей жизни. Если например взять ёлочную гирлянду, то соединения лампочек идет друг за другом, т.е. грубо говоря это отдельно-взятое сопротивление.

Не так давно гирлянды стали соединятся смешанным способом. Вообще, в совокупности все эти примеры с резисторами взяты условно, т.е. любым элементом сопротивления может быть ток проходящий через элемент с падением напряжения и выделением тепла.

Ток в электроцепи проходит по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В большинстве случаев в качестве проводника используются медные провода. В цепи может быть предусмотрено несколько элементов с разными сопротивлениями. В схеме приборов проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, также могут быть смешанные типы.

Элемент схемы с сопротивлением называется резистором, напряжение данного элемента является разницей потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется единым принципом функционирования, согласно которому ток протекает от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На электросхемах сопротивление проводки берется за 0, поскольку оно ничтожно низкое.

Параллельное соединение предполагает, что элементы цепы подсоединены к источнику параллельно и включаются одновременно. Последовательное соединение означает, что проводники сопротивления подключаются в строгой последовательности друг за другом.

При просчете используется метод идеализации, что существенно упрощает понимание. Фактически в электрических цепях потенциал постепенно снижается в процессе перемещения по проводке и элементам, которые входят в параллельное или последовательное соединение.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение проводников

В параллельной схеме проводники представляют собой набор резисторов, одни концы которых собираются в один узел, а другие – во второй узел. Предполагается, что напряжение в параллельном типе соединения одинаковое на всех участках цепи. Параллельные участки электроцепи носят название ветвей и проходят между двумя соединительными узлами, на них имеется одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма показателей, обратных сопротивлениям ветвей, является обратной и по отношению к сопротивлению отдельного участка цепи параллельной схемы.

При параллельном и последовательном соединениях отличается система расчета сопротивлений отдельных проводников. В случае параллельной схемы ток уходит по ветвям, что способствует повышению проводимости цепи и уменьшает совокупное сопротивление. При параллельном подключении нескольких резисторов с аналогичными значениями совокупное сопротивление такой электроцепи будет меньше одного резистора число раз, равное числу .

В каждой ветви предусмотрено по одному резистору, и электроток при достижении точки разветвления делится и расходится к каждому резистору, его итоговое значение равно сумме токов на всех сопротивлениях. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применяя закон Ома, становится понятным значение сопротивления – при параллельной схеме суммируются значения, обратные сопротивлениям на резисторах.

При данной схеме значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах не взаимосвязаны, поэтому при отключении одного из них это никоим образом не отразится на остальных. По этой причине такая схема используется во множестве устройств.

Рассматривая возможности применения параллельной схемы в быту, целесообразно отметить систему освещения квартиры. Все лампы и люстры должны быть соединены параллельно, в таком случае включение и отключение одного из них никак не влияет на работу остальных ламп. Таким образом, добавляя выключатель каждой лампочки в ветвь цепи, можно включать и отключать соответствующий светильник по необходимости. Все остальные лампы работают независимо.

Все электроприборы объединяются параллельно в электросеть с напряжением 220 В, затем они подключаются к . То есть все приборы подключаются независимо от подключения прочих устройств.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Для детального понимания на практике обоих типов соединений, приведем формулы, объясняющие законы данных типов соединений. Расчет мощности при параллельном и последовательном типе соединения отличается.

При последовательной схеме имеется одинаковая сила тока во всех проводниках:

Согласно закону Ома, данные типы соединений проводников в разных случаях объясняются иначе. Так, в случае последовательной схемы, напряжения равны друг другу:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Помимо этого, общее напряжение равно сумме напряжений отдельно взятых проводников:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.

Полное сопротивление электроцепи рассчитывается как сумма активных сопротивлений всех проводников, вне зависимости от их числа.

В случае параллельной схемы совокупное напряжение цепи аналогично напряжению отдельных элементов:

А совокупная сила электротока рассчитывается как сумма токов, которые имеются по всем проводникам, расположенным параллельно:

Чтобы обеспечить максимальную эффективность электрических сетей, необходимо понимать суть обоих типов соединений и применять их целесообразно, используя законы и рассчитывая рациональность практической реализации.

Смешанное соединение проводников

Последовательная и параллельная схема соединения сопротивления могут сочетаться в одной электросхеме при необходимости. К примеру, допускается подключение параллельных резисторов по последовательной или их группе, такое тип считается комбинированным или смешанным.

В таком случае совокупное сопротивление рассчитывается посредством получения сумм значений для параллельного соединения в системе и для последовательного. Сначала необходимо рассчитывать эквивалентные сопротивления резисторов в последовательной схеме, а затем элементов параллельного. Последовательное соединение считается приоритетным, причем схемы такого комбинированного типа часто используются в бытовой технике и приборах.

Итак, рассматривая типы подключений проводников в электроцепях и основываясь на законах их функционирования, можно полностью понять суть организации схем большинства бытовых электроприборов. При параллельном и последовательном соединениях расчет показателей сопротивления и силы тока отличается. Зная принципы расчета и формулы, можно грамотно использовать каждый тип организации цепей для подключения элементов оптимальным способом и с максимальной эффективностью.

В предыдущем конспекте был установлено, что сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах. Если в опыте менять проводники, оставляя напряжение на них неизменным, то можно показать, что при постоянном напряжении на концах проводника сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению. Объединив зависимость силы тока от напряжения и его зависимость от сопротивления проводника, можно записать: I = U/R . Этот закон, установленный экспериментально, называется закон Ома (для участка цепи).

Закон Ома для участка цепи : сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному к его концам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Прежде всего закон всегда верен для твёрдых и жидких металлических проводников. А также для некоторых других веществ (как правило, твёрдых или жидких).

Потребители электрической энергии (лампочки, резисторы и пр.) могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Д ва основных типа соединения проводников : последовательное и параллельное. А также есть еще два соединения, которые являются редкими: смешанное и мостовое.

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединится с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. Например, соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде. При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки. При этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд. То есть заряд не скапливается ни в какой части проводника.

Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: I 1 = I 2 = I .

Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений : R 1 + R 2 = R . Потому что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается. Она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.

По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: U 1 = I* R 1 , U 2 = I*R 2 . В таком случае общее напряжение равно U = I ( R 1 + R 2) . Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике : U = U 1 + U 2 .

Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.

Для последовательного соединения проводников справедливы законы :

1) сила тока во всех проводниках одинакова; 2) напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках; 3) сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Параллельное соединение проводников

Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи. А вторым концом к другой точке цепи. Вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение и на проводнике 1, и на проводнике 2. В таком случае напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: U 1 = U 2 = U .

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: I = I 1 + I 2 .

В соответствии с законом Ома I = U/R, I 1 = U 1 /R 1 , I 2 = U 2 /R 2 . Отсюда следует: U/R = U 1 /R 1 + U 2 /R 2 , U = U 1 = U 2 , 1/R = 1/R 1 + 1/R 2 Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление г , то их общее сопротивление равно: R = г/2 . Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения. В результате уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно. Они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них. А также соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

Для параллельного соединения проводников справедливы законы:

1) напряжение на всех проводниках одинаково; 2) сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках; 3) величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

При одновременном включении нескольких приемников электроэнергии в одну и ту же сеть, эти приемники можно легко рассматривать просто как элементы единой цепи, каждый из которых обладает собственным сопротивлением.

В ряде случаев такой подход оказывается вполне приемлемым: лампы накаливания, электрические обогреватели и т. п. — можно воспринимать как резисторы. То есть приборы можно заменить на их сопротивления, и легко произвести расчет параметров цепи.

Способ соединения приемников электроэнергии может быть одним из следующих: последовательный, параллельный или смешанный тип соединения.

Последовательное соединение

Когда несколько приемников (резисторов) соединяются в последовательную цепь, то есть второй вывод первого присоединяется к первому выводу второго, второй вывод второго соединяется с первым выводом третьего, второй вывод третьего с первым выводом четвертого и т. д., то при подключении такой цепи к источнику питания, через все элементы цепи потечет ток I одной и той же величины. Данную мысль поясняет приведенный рисунок.

Заменив приборы на их сопротивления, рисунок преобразуем в схему, тогда сопротивления с R1 по R4, соединенные последовательно, примут каждый на себя определенные напряжения, которые в сумме дадут значение ЭДС на зажимах источника питания. Для простоты здесь и далее изобразим источник в виде гальванического элемента.

Выразив падения напряжений через ток и через сопротивления, получим выражение для эквивалентного сопротивления последовательной цепи приемников: общее сопротивление последовательного соединения резисторов всегда равно алгебраической сумме всех сопротивлений, составляющих эту цепь. А поскольку напряжения на каждом из участков цепи можно найти из закона Ома (U = I*R, U1 = I*R1, U2 = I*R2 и т. д.) и E = U, то для нашей схемы получаем:

Напряжение на клеммах источника питания равно сумме падений напряжений на каждом из соединенных последовательно приемников, составляющих цепь.

Так как ток через всю цепь течет одного и того же значения, то справедливым будет утверждение, что напряжения на последовательно соединенных приемниках (резисторах) соотносятся между собой пропорционально сопротивлениям. И чем выше будет сопротивление, тем выше окажется и напряжение, приложенное к приемнику.

Для последовательного соединения резисторов в количестве n штук, обладающих одинаковыми сопротивлениями Rk, эквивалентное общее сопротивление цепи целиком будет в n раз больше каждого из этих сопротивлений: R = n*Rk. Соответственно и напряжения, приложенные к каждому из резисторов цепи будут между собой равны, и окажутся в n раз меньше напряжения, приложенного ко всей цепи: Uk = U/n.

Для последовательного соединения приемников электроэнергии характерны следующие свойства: если изменить сопротивление одного из приемников цепи, то напряжения на остальных приемниках цепи при этом изменятся; при обрыве одного из приемников ток прекратится во всей цепи, во всех остальных приемниках.

В силу этих особенностей последовательное соединение встречается редко, и используют его лишь там, где напряжение сети выше номинального напряжения приемников, в отсутствие альтернатив.

К примеру напряжением 220 вольт можно запитать две последовательно соединенные лампы равной мощности, каждая из которых рассчитана на напряжение 110 вольт. Ежели данные лампы при одинаковом номинальном напряжении питания будут обладать различной номинальной мощностью, то одна из них будет перегружена и скорее всего мгновенно перегорит.

Параллельное соединение

Параллельное соединение приемников предполагает включение каждого из них между парой точек электрической цепи с тем, чтобы они образовывали параллельные ветви, каждая из которых питается напряжением источника. Для наглядности опять заменим приемники их электрическими сопротивлениями, чтобы получить схему, по которой удобно вести расчет параметров.

Как уже было сказано, в случае параллельного соединения каждый из резисторов испытывает действие одного и того же напряжения. И в соответствии с законом Ома имеем: I1=U/R1, I2=U/R2, I3=U/R3.

Здесь I — ток источника. Первый закон Кирхгофа для данной цепи позволяет записать выражение для тока в неразветвленной ее части: I = I1+I2+I3.

Отсюда общее сопротивление для параллельного соединения между собой элементов цепи можно найти из формулы:

Величина обратная сопротивлению называется проводимостью G, и формулу для проводимости цепи, состоящей из нескольких параллельно соединенных элементов, также можно записать: G = G1 + G2 + G3. Проводимость цепи в случае параллельного соединения образующих ее резисторов равна алгебраической сумме проводимостей этих резисторов. Следовательно, при добавлении в цепь параллельных приемников (резисторов) суммарное сопротивление цепи уменьшится, а суммарная проводимость соответственно возрастет.

Токи в цепи состоящей из параллельно соединенных приемников, распределяются между ними прямо пропорционально их проводимостям, то есть обратно пропорционально их сопротивлениям. Здесь можно привести аналогию из гидравлики, где поток воды распределяется по трубам в соответствии с их сечениями, тогда большее сечение аналогично меньшему сопротивлению, то есть большей проводимости.

Если цепь состоит из нескольких (n) одинаковых резисторов, соединенных параллельно, то общее сопротивление цепи будет ниже в n раз, чем сопротивление одного из резисторов, а ток через каждый из резисторов будет меньше в n раз, чем общий ток: R = R1/n; I1 = I/n.

Цепь, состоящая из параллельно соединенных приемников, подключенная к источнику питания, отличается тем, что каждый из приемников находится под напряжением источника питания.

Для идеального источника электроэнергии справедливо утверждение: при подключении или отключении параллельно источнику резисторов, токи в остальных подключенных резисторах не изменятся, то есть при выходе из строя одного или нескольких приемников параллельной цепи, остальные будут продолжать работать в прежнем режиме.

В силу данных особенностей параллельное соединение обладает значительным преимуществом перед последовательным, и по этой причине именно соединение параллельное наиболее распространено в электрических сетях. Например, все электроприборы в наших домах предназначены для параллельного подключения к бытовой сети, и если отключить один, то остальным это ничуть не навредит.

Сравнение последовательных и параллельных цепей

Под смешанным соединением приемников понимают такое их соединение, когда часть или несколько из них соединены между собой последовательно, а другая часть или несколько — параллельно. При этом вся цепь может быть образована из разных соединений таких частей между собой. Для примера рассмотрим схему:

Три последовательно соединенных резистора подключены к источнику питания, параллельно одному из них подключены еще два, а третий — параллельно всей цепи. Для нахождения полного сопротивления цепи идут путем последовательных преобразований: сложную цепь последовательно приводят к простому виду, последовательно вычисляя сопротивление каждого звена, и так находят общее эквивалентное сопротивление.

Для нашего примера. Сначала находят общее сопротивление двух резисторов R4 и R5, соединенных последовательно, затем сопротивление параллельного соединения их с R2, потом прибавляют к полученному значению R1 и R3, и после — вычисляют значение сопротивления всей цепи, включая параллельную ветвь R6.

Различные способы соединения приемников электроэнергии применяют на практике для различных целей, чтобы решать конкретные поставленные задачи. Например, смешанное соединение можно встретить в схемах плавного заряда в мощных блоках питания, где нагрузка (конденсаторы после диодного моста) сначала получает питание последовательно через резистор, затем резистор шунтируется контактами реле, и нагрузка оказывается подключенной к диодному мосту параллельно.

Андрей Повный

Параллельное соединение резисторов

Господа, в прошлый раз мы с вами говорили про последовательное сопротивление резисторов. Сегодня я бы хотел вам рассказать про другой возможный вид соединения – параллельное.

Чем различается последовательное и параллельное соединение я уже писал в предыдущей статье.  Но все-таки вытащу сюда картинку из той прошлой статьи, я ж знаю, что вам будет лень ходить по ссылкам .

А) – Последовательное соединение

В) – Параллельное соединение

Рисунок 1 – Последовательное и параллельное соединение

Как мы видим из рисунка 1, параллельное соединение – это такое соединение, при котором одни концы всех резисторов соединены в один узел, а другие концы – в другой узел.

Сейчас наша задача будет разобраться, как ведут себя токи, напряжения, сопротивления и мощности при таком подключении. Для этого прошу вас взглянуть на рисунок 2, где подробно разрисован расклад дел для параллельного соединения. Будем полагать, что мы знаем величины R1, R2 и R3, а также величину приложенного к схеме напряжения U. Про токи же мы ничего не знаем.

 

Рисунок 2 – Параллельное соединения

Что мы видим на рисунке 2? Ну, в первую очередь – два узла А и B. В узел А сходятся одни концы всех резисторов, а в узел В – другие концы. Пусть узел А имеет потенциал φ₁, а узел В – потенциал φ₂. Из рисунка 2 видно, что для всех резисторов R1, R2 и R3 у нас одна и та же разность потенциалов U.

Как следует из статьи про потенциалы, это означает, что напряжение на всех резисторах у нас одинаково и равно приложенному напряжению U. Это важный вывод, его следует хорошо запомнить.

С токами дело обстоит по-другому. Проанализируем рисунок 2 слева направо. Пусть у нас в цепи течет ток I. Течет он себе, течет, никого не трогает и тут вдруг натыкается на узел А. Что в этом случае говорит полюбившаяся вам статья про первый закон Кирхгофа? А то, что ток I в узле А разделится на три тока I₁, I₂, I₃. При этом будет выполняться равенство

То есть через резистор R1 будет протекать ток I₁, через резистор R2 – ток I₂, а через резистор R3 – ток I₃.

Итак, у нас в системе уже тихо-мирно текут себе три тока. И все хорошо, пока они не наткнуться на узел В. Тут снова вступает в силу первый закон Кирхгофа. Эти три тока I₁, I₂, I₃ вновь соединятся в один ток I. Причем после узла В ток будет иметь такую же величину I, какой он был до узла А.

То есть если все вышесказанное воплотить в лаконичный язык наскальной живописи, положение дел можно представить себе вот так

Как же найти эти самые токи I₁, I₂, I₃? Господа, полагаю, вы уже догадались, что на помощь нам придет горячо нами всеми любимый закон Ома. Действительно, мы знаем сопротивления резисторов и, кроме того, нам известно, что на всех них падает одно и тоже напряжение U. Поэтому легко находим токи

Отлично, мы разобрались с напряжениями и с токами в такой схеме. А помните в статье про последовательное сопротивление мы ловко преобразовали три резистора в один с эквивалентным им сопротивлением? Нельзя ли и здесь сделать что-то подобное? Оказывается, вполне себе можно. Как мы помним, токи в схеме распределены таким вот образом

Обзовем эквивалентное сопротивление буковкой R. И подставим в это выражение только что найденные нами токи I₁, I₂, I₃

Видим, что здесь без проблем можно сократить левую и правую части на U. Получаем

Господа, важный вывод: при параллельном соединении резисторов обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных резисторов.

То есть для упрощения различных расчетов электрических схем такую вот цепочку параллельно соединенных резисторов можно заменить одним резистором с соответствующим сопротивлением, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Преобразование параллельного соединение

Весьма частый случай на практике, когда соединены параллельно не много резисторов, а всего два. Поэтому полезно знать наизусть итоговое сопротивление такой схемы. Давайте посмотрим, чему оно равно:

То есть, если у вас два сопротивления соединены параллельно, то по этой формуле вы легко высчитаете общее сопротивление. Рассмотрим пример. Пусть у нас параллельно соединены два резистора 10 кОм и 15 кОм. Чему равно их общее сопротивление?

Заметьте, господа, итоговое сопротивление у нас получилось 6 кОм, что меньше 10 кОм и 15 кОм. То есть при параллельном соединении общее сопротивление меньше любого из составляющих. Это всегда верно для любого количества резисторов, а не только для двух. Итоговое сопротивление всегда уменьшается (в отличии от последовательного сопротивления, где итоговое сопротивление всегда растет). Этот факт полезно запомнить.

Еще один часто встречающийся на практике случай – когда параллельно соединены несколько резисторов с одинаковым сопротивлением. Допустим, каждый из них обладает сопротивлением R1 и всего их N штук. Тогда по нашей общей формуле для эквивалентного сопротивления

То есть при параллельном соединении N одинаковых резисторов с сопротивлением R1 итоговое сопротивление будет в N раз меньше этого самого сопротивления R1.

Так-с, с током разобрались, с напряжением разобрались, с эквивалентным сопротивлением вроде тоже…осталась мощность. Для этого воспользуемся вот этим выражением, которое мы писали чуть выше в статье

Умножим левую и правую части на напряжение U.

Как мы помним из статьи про мощность произведение тока на напряжение есть мощность. То есть мы можем записать

где Р – мощность, выдаваемая источником;

P₁ – мощность, рассеиваемая на резисторе R1;

P₂ – мощность, рассеиваемая на резисторе R2;

P₃ – мощность, рассеиваемая на резисторе R3.

Заметьте, господа, формула в точности такая же, как и для случая последовательного соединения резисторов. И там и там мощность, выдаваемая источником, равна сумме мощностей, рассеиваемых на резисторах цепи.

Итак, господа, мы рассмотрели основные соотношения при параллельном соединении резисторов. Теперь осталось поговорить, где это параллельное соединение можно использовать и для чего.

1) Ну, во-первых, параллельное соединение применяют во всех случаях, когда хотят запитать несколько нагрузок от одного источника напряжения. При этом пользуются тем свойством, что при параллельном соединении напряжения на всех нагрузках одинаково. То есть, допустим, вы берете источник напряжения, выставляете на нем напряжение 5 В и цепляете к этому источнику сразу несколько своих устройств. Узлами А и В в этом случае будут клеммы источника. На каждое из устройств в этом случае придет напряжение 5 В. Да и все устройства в вашей квартире (лампочки, компьютеры, телевизоры и все прочее) соединены между собой параллельно.

2) Второе возможное применение встречается не так часто, но, думаю, о нем тоже следует рассказать. Допустим, вы делаете какую-то схему, где необходим очень точный подгон сопротивления. Скажем, надо получить сопротивление 6 кОм. Такое сопротивление найти нелегко, их просто не продают. Зато у вас есть два сопротивления 10 кОм и 15 кОм. Вы их соединяете параллельно и получаете требуемые 6 кОм. Как показывает практика, 3 параллельных резисторов достаточно для получения итогового результирующего сопротивления требуемого номинала с весьма хорошей точностью. Конечно, таких вещей лучше избегать и, если есть возможность, всегда стараться применять стандартные сопротивления. Но бывают случаи, когда это невозможно, и тогда приходит на помощь этот метод.

3) Третий пункт будет немного похож на первый. Его суть заключается в следующим. Допустим, нам надо снять с источника питания 10 Вт мощности. А у нас в наличии только резисторы, которые позволяют рассеивать на себе 1 Вт. Что делать? Можно соединить 10 резисторов параллельно и с каждого снимать по 1 Вт. Мы же помним нашу формулу

Конечно, лучше брать не 10 резисторов, а хотя бы 15 и рассеивать на них меньше, чем 1 Вт. Работать на пределе никогда не следует.

Кстати, тут очень вовремя к моменту написания статьи пришли платы с производства! Господа, прошу вас взглянуть на рисунок 4.

Рисунок 4 – Плата нагревателя

На нем изображена плата нагревателя (флешка для масштаба). В чем суть? Имеется весьма сложное устройство, предназначенное для работы в арктических условиях. Найти же компоненты, которые надежно функционировать при температурах минус 55 градусов и при этом стоят адекватных денег и обладают адекватными размерами бывает непросто. Обычно элементная база в лучшем случае рассчитана на минус 40 градусов. И было принято решение разработать вот такой вот нагреватель для прогрева чувствительных к холоду аналоговых узлов устройства. Он управляется с микроконтроллера и автоматически включается при температурах меньше минус 40 градусов. Как вы можете видеть из рисунка 4, этот нагреватель представляет собой 30 параллельно соединенных резисторов с сопротивлениями 150 Ом. Каждый резистор, согласно документации, способен рассеивать до 1 Вт мощности. Используя изученные формулки, мы можем посчитать, что в сумме такая система обладает сопротивлением

и теоретически может рассеивать мощность

Ну, с сопротивлением вопросов нет, оно действительно равно 5 Ом. Ну, плюс-минус 5 % на допуск резисторов, что в данном случае вообще не критично. А вот с мощностью тут не так все однозначно. Помните про закон Джоуля-Ленца, который мы рассматривали? Резисторы будут греться, причем не слабо. Как показывает практика, если нагружать резисторы по полной, то есть рассеивать на каждом по 1 Вт, то в течении нескольких секунд их температура улетит за 150 градусов. Такая высокая температура критична для резистора и может привести к его разрушению. Я был готов к такому развитию событий, поэтому заложил для платы нагревателя максимальное напряжение 9 вольт. Это значит, что на каждом резисторе будет выделяться

что почти в два раза меньше максимально допустимой мощности в 1 Вт. В сумме на всей плате выделялось, соответственно

Эксперимент показал, что резисторы достигли температуры с комнатных 25 градусов до критичных 120 градусов приблизительно за 10 секунд работы и температура продолжала уверенно расти. Очевидно, если оставить на длительное время включенным такой нагреватель при комнатной температуре, он неминуемо выйдет из строя. Возможно, при работе на минус 55 градусах перегрев бы не был столь критичным, однако хотелось исключить вариант спалить плату на столе, поэтому я понизил напряжение, подаваемое на плату на 3 вольта: стал подавать 6 вольт. Теперь на каждом резисторе рассеивалось

а на всей плате

Теперь температура поднималась до 100-110 градусов примерно за 30-40 секунд работы и оставалась на этом уровне (выходила в точку термодинамического равновесия). Эта температура вполне подходит для нагревателя. Однако пока это были лишь эксперименты на столе при комнатной температуре, главный эксперимент – в термокамере на минус 55 градусах – впереди. Возможно, по его результатам потребуется чуть увеличить рассеиваемую мощность. А может все останется как есть и этой мощности будет достаточно для вывода девайса на режим за адекватное время, время покажет .

На сегодня все, господа. Удачи вам и до новых встреч!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Последовательное, параллельное и смешанное соединения резисторов

Последовательное, параллельное и смешанное соединения резисторов. Значительное число приемников, включенных в электрическую цепь (электрические лампы, электронагревательные приборы и др.), можно рассматривать как некоторые элементы, имеющие определенное сопротивление. Это обстоятельство дает нам возможность при составлении и изучении электрических схем заменять конкретные приемники резисторами с определенными сопротивлениями. Различают следующие способы соединения резисторов (приемников электрической энергии): последовательное, параллельное и смешанное.

Рис. 25. Схемы последовательного соединения приемников

Последовательное соединение резисторов. При последовательном соединении нескольких резисторов конец первого резистора соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. При таком соединении по всем элементам последовательной цепи проходит один и тот же ток I.

Последовательное соединение приемников поясняет рис. 25, а. Заменяя лампы резисторами с сопротивлениями R1, R2 и R3, получим схему, показанную на рис. 25, б.

Если принять, что в источнике Ro = 0, то для трех последовательно соединенных резисторов согласно второму закону Кирхгофа можно написать:

E = IR₁ + IR₂ + IR₃ = I(R₁ + R₂ + R₃) = IR_эк (19)

где R_эк = R₁ + R₂ + R₃.

Следовательно, эквивалентное сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех последовательно соединенных резисторов.Так как напряжения на отдельных участках цепи согласно закону Ома: U₁=IR₁; U₂ = IR₂, U₃ = IR_з и в данном случае E = U, то для рассматриваемой цепи

U = U₁ + U₂ +U₃ (20)

Следовательно, напряжение U на зажимах источника равно сумме напряжений на каждом из последовательно включенных резисторов.

Из указанных формул следует также, что напряжения распределяются между последовательно соединенными резисторами пропорционально их сопротивлениям:

U₁ : U₂ : U₃ = R₁ : R₂ : R₃ (21)

т. е. чем больше сопротивление какого-либо приемника в последовательной цепи, тем больше приложенное к нему напряжение.

В случае если последовательно соединяются несколько, например п, резисторов с одинаковым сопротивлением R1, эквивалентное сопротивление цепи Rэк будет в п раз больше сопротивления R1, т. е. Rэк = nR1. Напряжение U1 на каждом резисторе в этом случае в п раз меньше общего напряжения U:

U1 = U/n. (22)

При последовательном соединении приемников изменение сопротивления одного из них тотчас же влечет за собой изменение напряжения на других связанных с ним приемниках. При выключении или обрыве электрической цепи в одном из приемников и в остальных приемниках прекращается ток. Поэтому последовательное соединение приемников применяют редко — только в том случае, когда напряжение источника электрической энергии больше номинального напряжения, на которое рассчитан потребитель. Например, напряжение в электрической сети, от которой питаются вагоны метрополитена, составляет 825 В, номинальное же напряжение электрических ламп, применяемых в этих вагонах, 55 В. Поэтому в вагонах метрополитена электрические лампы включают последовательно по 15 ламп в каждой цепи.

Параллельное соединение резисторов. При параллельном соединении нескольких приемников они включаются между двумя точками электрической цепи, образуя параллельные ветви (рис. 26, а). Заменяя лампы резисторами с сопротивлениями R1, R2, R3, получим схему, показанную на рис. 26, б.

Рис. 26. Схемы параллельного соединения приемников

При параллельном соединении ко всем резисторам приложено одинаковое напряжение U. Поэтому согласно закону Ома:

I₁=U/R₁; I₂=U/R₂; I₃=U/R₃.

Ток в неразветвленной части цепи согласно первому закону Кирхгофа I = I₁+I₂+I₃, или

I = U / R₁ + U / R₂ + U / R₃ = U (1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃) = U / R_эк (23)

Следовательно, эквивалентное сопротивление рассматриваемой цепи при параллельном соединении трех резисторов определяется формулой

1/R_эк = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ (24)

Вводя в формулу (24) вместо значений 1/R_эк, 1/R₁, 1/R₂ и 1/R₃ соответствующие проводимости G_эк, G₁, G₂ и G₃, получим: эквивалентная проводимость параллельной цепи равна сумме проводимостей параллельно соединенных резисторов:

G_эк = G₁+ G₂ +G₃ (25)

Таким образом, при увеличении числа параллельно включаемых резисторов результирующая проводимость электрической цепи увеличивается, а результирующее сопротивление уменьшается.

Из приведенных формул следует, что токи распределяются между параллельными ветвями обратно пропорционально их электрическим сопротивлениям или прямо пропорционально их проводимостям. Например, при трех ветвях

I₁ : I₂ : I₃ = 1/R₁ : 1/R₂ : 1/R₃ = G₁ + G₂ + G₃ (26)

В этом отношении имеет место полная аналогия между распределением токов по отдельным ветвям и распределением потоков воды по трубам.
Приведенные формулы дают возможность определить эквивалентное сопротивление цепи для различных конкретных случаев. Например, при двух параллельно включенных резисторах результирующее сопротивление цепи

R_эк=R₁R₂/(R₁+R₂)

при трех параллельно включенных резисторах

R_эк=R₁R₂R₃/(R₁R₂+R₂R₃+R₁R₃)

При параллельном соединении нескольких, например n, резисторов с одинаковым сопротивлением R1 результирующее сопротивление цепи Rэк будет в n раз меньше сопротивления R1, т.е.

R_эк = R1 / n (27)

Проходящий по каждой ветви ток I1, в этом случае будет в п раз меньше общего тока:

I1 = I / n (28)

При параллельном соединении приемников, все они находятся под одним и тем же напряжением, и режим работы каждого из них не зависит от остальных. Это означает, что ток, проходящий по какому-либо из приемников, не будет оказывать существенного влияния на другие приемники. При всяком выключении или выходе из строя любого приемника остальные приемники остаются включенными.

Рис. 27. Схемы смешанного соединения приемников

Поэтому параллельное соединение имеет существенные преимущества перед последовательным, вследствие чего оно получило наиболее широкое распространение. В частности, электрические лампы и двигатели, предназначенные для работы при определенном (номинальном) напряжении, всегда включают параллельно.

На электровозах постоянного тока и некоторых тепловозах тяговые двигатели в процессе регулирования скорости движения нужно включать под различные напряжения, поэтому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.

Смешанное соединение резисторов. Смешанным соединением называется такое соединение, при котором часть резисторов включается последовательно, а часть — параллельно. Например, в схеме рис. 27, а имеются два последовательно включенных резистора сопротивлениями R1 и R2, параллельно им включен резистор сопротивлением Rз, а резистор сопротивлением R4 включен последовательно с группой резисторов сопротивлениями R1, R2 и R3.

Эквивалентное сопротивление цепи при смешанном соединении обычно определяют методом преобразования, при котором сложную цепь последовательными этапами преобразовывают в простейшую. Например, для схемы рис. 27, а вначале определяют эквивалентное сопротивление R12 последовательно включенных резисторов с сопротивлениями R1 и R2: R12 = R1 + R2. При этом схема рис. 27, а заменяется эквивалентной схемой рис. 27, б. Затем определяют эквивалентное сопротивление R123 параллельно включенных сопротивлений и R3 по формуле

R₁₂₃=R₁₂R₃/(R₁₂+R₃)=(R₁+R₂)R₃/(R₁+R₂+R₃).

При этом схема рис. 27, б заменяется эквивалентной схемой рис. 27, в. После этого находят эквивалентное сопротивление всей цепи суммированием сопротивления R123 и последовательно включенного с ним сопротивления R4:

R_эк = R₁₂₃ + R₄ = (R₁ + R₂) R₃ / (R₁ + R₂ + R₃) + R₄

Последовательное, параллельное и смешанное соединения широко применяют для изменения сопротивления пусковых реостатов при пуске э. п. с. постоянного тока.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Последовательное и параллельное соединение проводников

Подробности

Просмотров: 349

Включим в электрическую цепь в качестве нагузки ( потребителей тока) две лампы накаливания, каждая из которых обладает каким-то определенным сопротивлением, и каждую из которых можно заменить проводником с таким же сопротивлением.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Расчет параметров электрической цепи при последовательном соединении сопротивлений:

1. сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова

2. напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке

3. сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка

4. работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках

А = А1 + А2

5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участка

Р = Р1 + Р2

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Расчет параметров электрической цепи при параллельном соединении сопротивлений:

1. сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках

2. напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково

3. при параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению :

R — сопротивление проводника, 1/R — электрическая проводимость проводника

Если в цепь включены параллельно только два сопротивления, то:

(при параллельном соединении общее сопротивление цепи меньше меньшего из включенных сопротивлений)

4. работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2

5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2

Для двух сопротивлений:

т.е. чем больше сопротивление, тем меньше в нём сила тока.

А формулы надо выучить!

«Изучение параллельное и последовательное соединения проводников»

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников. Если имеем n – проводников с одинаковым сопротивлением, т.е. R₁ = R₂ = R₃, то получим R_общ = R_1/ n

Учитель. Таким образом, мы теоретически доказали законы параллельного соединения проводников

Далее предлагаю учащимся сегодня на уроке самим экспериментально изучить последовательное и параллельное соединения проводников в электрической цепи.

Далее вместе с учащимися формулируем задачи, решение которых планируем осуществить при проведении исследования, а также намечаем порядок выполнения работы.

Задачи:

1. Экспериментально определить соотношение между величинами силы тока (напряжения) на отдельных участках цепи при параллельном и последовательном соединениях проводников;

2. Экспериментально определить общее сопротивление цепи при последовательном и параллельном соединении проводников;

3. На основании полученных в ходе исследования результатов сделать соответствующие выводы.

Порядок выполнения работы

4. Выбираем способ соединения проводников в электрической цепи, к изучению которого собираемся приступить.

5. Решаем, каким образом можно определить, например, силу тока на различных участках цепи. Рисуем соответствующую схему электрической цепи.

6. Показываем схему учителю.

7. Определяем, какие приборы нам нужны и в каком количестве. Берём необходимые приборы на демонстрационном столе.

8. Собираем электрическую цепь и показываем её учителю.

9. Замыкаем электрическую цепь. Показания приборов записываем в тетрадь. Делаем соответствующие выводы.

10. Аналогичным способом определяем другие электрические величины для исследуемого способа соединения проводников в электрической цепи.

Примерный ход выполнения работы учащимися

Последовательное соединение проводников

1. Нарисуйте схему эл. цепи для изучения последовательного соединения проводников и покажите, куда нужно включить амперметры для определение силы тока на отдельных участках.

Учитель проверяет правильность эл.схемы. Один учащийся рисует схему на доске.
Для того, чтобы экспериментально определить значение силы тока на различных участках цепи при последовательном соединении проводников, учащиеся собирают электрическую цепь по предложенной ими электрической схеме. И на основании полученных результатов делают вывод о том, что при последовательном соединении сила тока на любых участках цепи одинакова.

Затем рисуют вторую схему, на которой должны показать, в какие точки цепи нужно будет включать вольтметр для измерения напряжения на различных участках
Учитель проверяет правильность эл.схемы. Один учащийся рисует схему на доске.

Учащиеся определяют напряжение на различных участках цепи и на основании полученных результатов делают вывод о том, что при последовательном соединении проводников полное напряжение в цепи равно сумме напряжений на отдельных её участках.

Далее по закону Ома определяют сопротивление на первом резисторе, на втором резисторе и общее сопротивление цепи. На основании полученных данных учащиеся делают вывод о том, что при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных её проводников.

Аналогичным образом проводится исследование параллельного соединения проводников в электрической цепи.

1.Нарисуйте схему для исследования параллельного соединения проводников и покажите, как необходимо включить приборы для измерения напряжения и силы тока на разных участках цепи.

2. Соберите эл. Цепь.

3. Выполните необходимые измерения.

4. Вычислите сопротивления для каждого участка цепи по закону Ома.

5. Проверьте справедливость формул.

После этого все полученные в ходе выполнения работы результаты оформляем на рабочих листах в следующем виде:

Сделайте общий вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Учащиеся сдают рабочие листы. 3. Подведение итогов

Беседуя с учащимися, подводим итог тому, что нового узнали сегодня на уроке. Затем вместе отвечаем на контрольные, делаем вывод, подводим итоги по выполнению задач урока. Проводим рефлексию.

4. Домашнее задание:

Если осталось время,то учащиеся записывают на доске законы соединений.

Затем вместе с учащимися проводим следующие аналогии между электрическим током и током воды в водопроводе и реке:

Аналогия 1 — сколько воды втекает в водопроводную трубу, столько и вытекает из неё, вода нигде не накаливается. Аналогично, при последовательном соединении проводников сила тока во всех участках цепи одинакова.

Аналогия 2 — поток воды в реке, встречая на своём пути препятствие, распределяется по двум направлениям, которые затем сходятся вместе. Аналогично сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках.

Далее обсуждаем с учащимися полученное выражение для общего сопротивления проводников,соединённых параллельно на основе следующих рассуждений:

Это позволяет глубже понять смысл полученных в ходе исследования результатов.

Приложение 1.

Ф И______________________________________________Кл._____________

Лабораторная работа

Изучение последовательного и параллельного соединений проводников

Цель: экспериментальная проверка законов последовательного и параллельного соединений проводников:

1)ознакомиться с приборами для проведения этой лабораторной работы

2) научиться соединять резисторы последовательно и параллельно

3) научиться измерять и рассчитывать сопротивление при последовательном и параллельном соединении резисторов

Приборы и материалы: источник тока , два резистора, амперметр, вольтметр, ключ замыкания, соединительные провода

Указания к работе и выполнение работы

1 часть: изучение последовательного соединения

1. Заполните пропуски в формулах последовательного соединения

I=I₁…I₂ U=U₁…U₂ R=R₁….R₂

2 . Нарисуйте схему электрической цепи для изучения последовательного соединения:

3. Соберите цепь для изучения последовательного соединения проводников по схеме.

4. Измерьте силу тока на разных участках цепи.

5. Поочерёдно включая вольтметр к первому резистору, ко второму резистору и ко всему участку, измерьте напряжение. Результаты измерений занесите в таблицу.

6. Вычислите сопротивления и занесите результаты в таблицу

R₁= =….Ом R₂= R=

6. Занесите данные в таблицу.

7. Проверьте законы (см пункт 1) последовательного соединения по данным таблицы.

измерить

вычислить

I_1, А

I₂,А

I,А

U₁ ,B

U₂ ,B

U, B

R₁ ,Ом

R₂ ,Ом

R, Ом

Последовательное

Параллельное

2 часть: Изучение параллельного соединения

1. Заполните пропуски в формулах параллельного соединения

U=U₁…U₂ I=I₁….I₂

2 . Нарисуйте схему электрической цепи для изучения параллельного соединения:

3. Cоберите цепь для изучения параллельного соединения проводников по схеме.

4. Замкните цепь и измерьте напряжение на сопротивлениях R₁, R₂, и напряжение на участке цепи, состоящем из двух резисторов:

5. Измерьте силу тока на разных участках цепи.

6.Пользуясь измеренными данными вычислите сопротивление участка при параллельном соединении R₁ =………Ом R₂=……… R=……… (измеренное сопротивление)

7.Занесите данные в таблицу.

8.Проверьте справедливость формул (см пункт1) законов параллельного соединения по данным таблицы.

Сделайте вывод.

Контрольный вопрос

1. Как соединяются потребители электроэнергии в квартирах? Почему?

Ответ:

2. Как соединены лампочки в елочной гирлянде? Почему?

Ответ:

Рефлексия:

Сегодня на уроке я узнал(вспомнил)…….

Теперь я могу…………

Было интересно……….

Было трудно……..

Знания, полученные на уроке, пригодятся……

В чем разница между последовательным портом и параллельным портом?

В чем разница между последовательным и параллельным портами?

Последовательный порт используется для подключения последовательных линий для последовательной связи. Распространенные методы связи через последовательный порт, такие как преобразователи последовательного порта в Ethernet, могут прозрачно передавать данные последовательного порта на устройства Ethernet для обеспечения передачи данных по проводной сети. Эти выходные последовательные порты могут использоваться для подключения 9-контактных разъемов D-типа, которые подключаются к линиям передачи, известным как разъемы DB-9.При последовательной связи, полученной по одному проводу, от одного конца к другому передается только один поток данных. Следовательно, несоответствие скорости передачи данных не является проблемой при последовательной передаче, как при параллельной передаче. При необходимости длину проволоки можно увеличивать.

По сравнению с параллельным портом скорость передачи последовательного порта относительно низкая. Последовательные порты обычно используются в модемах, соединительных устройствах, контроллерах, мышах и камерах видеонаблюдения. Рисунок контактного разъема для DB-9 показан ниже.

В отличие от последовательного порта, параллельный порт может перемещать набор из 8 бит одновременно по восьми различным линиям. Вот почему это быстрее, чем последовательная связь. В отличие от последовательного порта, здесь используется 25-контактный разъем, называемый разъемом DB-25. Чтобы устранить перекрестные помехи и ошибки, все битовые потоки должны передавать данные с одинаковой скоростью при параллельной передаче. Однако это нереально. По этой причине при параллельной связи предпочтительно использовать короткие линии передачи. Следовательно, по этой причине при параллельной связи предпочтительно использовать короткие линии передачи.

Параллельные порты обычно используются в приводах ZIP, принтерах, жестких дисках, приводах CD-ROM и т. Д. Рисунок контактного разъема для DB-25 показан ниже.

Сравнение различий между последовательным и параллельным портами

Номер	Последовательные порты	Параллельные порты
1	Последовательные порты используются для последовательной передачи.	В то время как параллельные порты используются для реализации параллельной передачи.
2	По сравнению с параллельными портами скорость передачи последовательных портов относительно невысока.	Скорость передачи параллельных портов выше, чем у последовательных портов.
3	Для связи через последовательный порт используется небольшое количество проводов.	При обмене данными через параллельный порт используется больше проводов, чем через последовательные порты.
4	Последовательный порт может передавать один поток данных.	В то же время через параллельный порт можно передавать несколько потоков данных.
5	Последовательный порт снова и снова отправляет данные.	Параллельные порты отправляют более одного бита за раз.
6	В последовательных портах задействованы штыревые порты.	В параллельных портах задействованы женские порты。
7	Последовательные порты обычно используются в модемах, соединительных устройствах, контроллерах, мышах и камерах видеонаблюдения.	Параллельные порты обычно используются в приводах ZIP, принтерах, жестких дисках, приводах CD-ROM и т. Д.

Как работают последовательные порты | HowStuffWorks

Все используемые сегодня компьютерные операционные системы поддерживают последовательные порты, поскольку последовательные порты существуют уже несколько десятилетий. Параллельные порты являются более поздним изобретением и работают намного быстрее, чем последовательные порты. Портам USB всего несколько лет, и они, вероятно, полностью заменят как последовательные, так и параллельные порты в течение следующих нескольких лет.

Название «последовательный» происходит от того факта, что последовательный порт «сериализует» данные.То есть он берет байт данных и передает 8 бит в байте по одному. Преимущество состоит в том, что для последовательного порта требуется только один провод для передачи 8 бит (в то время как для параллельного порта требуется 8). Недостатком является то, что для передачи данных требуется в 8 раз больше времени, чем при использовании 8 проводов. Последовательные порты снижают стоимость кабеля и уменьшают размер кабеля.

Перед каждым байтом данных последовательный порт отправляет стартовый бит, который представляет собой единственный бит со значением 0. После каждого байта данных он отправляет стоповый бит, чтобы сигнализировать, что байт завершен.Он также может отправить бит четности.

Последовательные порты, также называемые портами связи (COM) , являются двунаправленными . Двунаправленная связь позволяет каждому устройству как принимать данные, так и передавать их. Последовательные устройства используют разные контакты для приема и передачи данных — использование одних и тех же контактов ограничит связь до полудуплекс , что означает, что информация может перемещаться только в одном направлении за раз. Использование разных контактов позволяет полнодуплексной связи , при которой информация может перемещаться в обоих направлениях одновременно.

Последовательные порты полагаются на специальную микросхему контроллера, универсальный асинхронный приемник / передатчик (UART) , для правильной работы. Микросхема UART принимает параллельный вывод системной шины компьютера и преобразует его в последовательную форму для передачи через последовательный порт. Чтобы работать быстрее, большинство микросхем UART имеют встроенный буфер объемом от 16 до 64 килобайт. Этот буфер позволяет микросхеме кэшировать данные, поступающие по системной шине, пока он обрабатывает данные, поступающие на последовательный порт.В то время как большинство стандартных последовательных портов имеют максимальную скорость передачи 115 кбит / с (килобит в секунду), высокоскоростные последовательные порты, такие как расширенный последовательный порт (ESP) и супер улучшенный последовательный порт (Super ESP) , могут достигать передачи данных. скорости 460 Кбит / с.

CIS 304 — Изучение передачи данных через последовательный / параллельный порт

CIS 304

Аппаратное обеспечение / подключение и установка локальной сети

Урок 9 — Изучение передачи данных через параллельный / последовательный порт

Инструктор: Майкл П.Харрис

Компьютерные данные / информация могут быть отправлены с одного устройства на другое с помощью проводной кабель без использование сетевой карты (NIC). Эти данные обычно отправляется одним из двух основных способов. При использовании параллельного порта многие биты (обычно 4 или 8) отправляется одновременно по многим проводам в кабеле. Это известно как параллельная передача . Посылка по одному биту по одному проводу через последовательный порт известен как последовательный порт . перевод .У каждого вида перевода есть свои достоинства и недостатки. В последовательные или параллельные подключения к компьютеру называются ПОРТАМИ . В совокупности они называются портами ввода / вывода или портами ввода / вывода.

Для практического опыта, диагностики и информации, которую мы будем использовать PORTTEST.EXE — это общедоступная комплексная диагностическая программа, созданная:

.

РАЗРАБОТКА МИКРОСИСТЕМ
4100 Moorpark Ave. # 104
San Jose, CA 95117 USA
Телефон: (408)296-4000
ФАКС: (408)296-5877

PORTTEST протестирует порты ввода-вывода, установленные на IBM PC и AT-совместимых компьютерах. под управлением MS-DOS.Полезно идентифицировать порты, манипулировать системными таблицами, тестировать портов, а также для выявления и устранения проблем.

Основы параллельного порта

Восемь бит данных передаются одновременно через параллельные порты ПК. Данные отправлены используя +5 вольт и 0 вольт для представления бита данных 1 или 0. Как и следовало ожидать, таким образом данные могут передаваться относительно быстро. Недостатки этого метод заключается в том, что требуется больше проводов и что наиболее распространенные параллельные порты могут только надежно работать на расстоянии до 20 футов.

В компьютерах есть три разных типа параллельных портов.

• Unidirectional — Однонаправленный порт — это исходный порт, используемый на ПК и все три порта могут работать однонаправленный режим.
• Двунаправленный — Двунаправленный порт обеспечивает передачу данных в в обоих направлениях на одних и тех же линиях.
• FastParallel — Быстрый параллельный порт не только предлагает двунаправленные данные передача, но также работает с гораздо более высокой скоростью передачи данных.

Двунаправленный порт обеспечивает передачу данных в обоих направлениях по одним и тем же линиям и как быстрый параллельный, так и двунаправленный порт могут работать с любыми из трех данных ставки передачи. Ваше программное обеспечение должно пытаться работать в наиболее выгодном режим, в зависимости от типа порта, к которому он подключен. Если в передачи данных вам может потребоваться изменить использование порта на другую настройку. Ты обычно необходимо выбрать более низкую скорость, если во время передачи данных возникают ошибки.Варианты скорости: 250 КБ, 500 КБ и 1 МБ.

Три типа параллельных портов в порядке убывания пропускной способности:

• Быстрый параллельный порт
• Двунаправленный параллельный порт
• Однонаправленный параллельный порт

На вашем ПК может быть максимум три параллельных порта любого типа: LPT1, LPT2 и LPT3.

В отличие от последовательных портов, которые полагаются на микросхему для передачи данных, параллельные данные полностью обрабатывается программным обеспечением.Параллельные порты имеют три регистра:

• один для вывода данных
• один для линий управления выходом
• и один для линий управления вводом

Способы передачи данных через параллельные порты различаются, но общее описание приводится ниже. Чтобы отправить байт данных, программное обеспечение выводит байт в линии данных, а затем подает импульс STROBE выход. Устройство на другом конце (обычно принтер) затем подтверждает свое ЗАНЯТО линия.ПК ожидает исчезновения BUSY перед отправкой следующего байт. В других реализациях линия ACKNOWLEDGE используется для того, чтобы принтер сигнализировал к ПК, чтобы он получил данные.

Остальные линии управления используются для различных целей. На стороне принтера КОНЕЦ БУМАГИ — это сигнал ПК о том, что в принтере закончилась бумага. Принтер также отправляет на ПК сигнал SELECTED , указывающий, что он находится в сети и готов получать данные.Сигнал ERROR от принтера может использоваться для любого типа ошибки. это может привести к тому, что принтер не сможет получать данные. В общем, если что-то из этого подтверждены сигналы, BUSY также подтверждены.

ПК имеет три дополнительных линии управления выходом. Использование этих строк зависит от конкретное программное обеспечение и используемый принтер. В исходной реализации ПК они используются следующим образом:

• AUTOFEED — указывает принтеру автоматически вставлять перевод строки после каждый возврат каретки.
• INIT инициализирует принтер при включении.
• ВЫБРАТЬ — отменяет выбор принтера и переводит его в режим «выключено».

SELECT чаще всего использовался как способ сигнализировать оператору о том, что требовалось. Например, когда программному обеспечению нужно было перейти на другой шрифт, он отменял выбор принтер. Это приведет к тому, что принтер отключит свою линию SELECTED и его переднюю панельный свет.Затем пользователь меняет печатное колесо в принтере и нажимает кнопку SELECT на принтере. Затем принтер включит ВЫБРАНА линия, сигнализирующая программе о необходимости продолжить работу. Многие принтеры будут оставаться в «офлайне» условие до тех пор, пока заявлено SELECT или INIT даже если кнопка SELECT нажал.

Как указывалось ранее, не все эти линии управления используются одинаково.Некоторые новейших лазерных принтеров на рынке игнорируют все линии управления, кроме линия STROBE .

Основы последовательного порта

Для последовательного порта ПК используются напряжения и разъемы, установленные контроллером Electronic. Стандартная спецификация Industries Association (EIA), известная как RS-232C . Кроме того к одному биту данных также отправляются и принимаются другие управляющие сигналы. Отправка данных один бит за один раз относительно медленно, но последовательные порты имеют преимущество использования меньшее количество проводов для соединения двух устройств и возможность связи по относительно большие расстояния кабеля.Большинство последовательных портов могут легко обмениваться данными по кабелю длиной более 100 футов. Данные отправляются с использованием +12 В и -12 В для представления бита данных 0 или 1. В кроме того, доступно большое количество периферийных устройств с последовательным интерфейсом, которые используют стандартная спецификация RS-232C. Кроме того, недавние успехи сделали последовательная передача данных надежна при более высоких скоростях передачи данных. Эти скорости передачи данных указаны как «бит / с» (бит в секунду) или «бод» скорости.

Сердцем всех последовательных портов является универсальный асинхронный приемный передатчик , именуется UART .ЦП считывает и записывает байт (8 бит) данных в этот чип, а UART обрабатывает последовательную передачу и другие функции, связанные с спецификация RS-232C. UART, используемый в большинстве типов ПК и XT (8088 и 8086) систем — INS8250B или аналогичный. Большинство машин класса AT (80286 и выше) используйте устройство NS16450. Микросхема 16450 предназначена для работы с шиной данных более высокого уровня. темпы более быстрых компьютеров. Однако последовательная передача данных идентична к 8250.Теперь доступен более новый 16550 UART, который совместим с 16450, но с двумя 8-битными выходными буферами, поэтому передача данных может происходить с более высокой скоростью передачи особенно подходит для CCITT V.32bis. Это выходит за рамки этого урока опишите подробное описание работы этих микросхем.

Адресация портов

Любое устройство ввода-вывода на ПК должно располагаться по определенному адресу. Собственно, сериал порт состоит из восьми адресов, а параллельный порт — из трех.Адрес, используемый для ссылка на конкретный порт является первым или БАЗОВЫМ адресом. Как для последовательного, так и для параллельного портов, этот первый адрес — это то место, где данные, которые должны быть переданы, читаются и записываются.

Эти адреса являются ФИЗИЧЕСКИМИ адресами портов. Здесь центральный Процессорный блок (ЦП) ПК должен читать или записывать данные для отправки или получения данных. через порт. Нет никаких установленных правил того, какие адреса должны использоваться для портов, кроме для копирования того, что IBM сделала с ПК в 1981 году, но некоторые часто используемые адреса поддерживаются большинством производителей.Обычно первые два последовательных порта находятся на физические адреса 3F8 и 2F8. Они обозначаются как COM1 и COM2, логических имени . Как правило, параллельные порты расположены по адресам 3BC, 378 и 278, которые составляют с именами LPT1, LPT2 и LPT3. Многие старые карты мониторов имеют встроенный параллельный порт. В этих случаях обычно используется порт 3BC.

BIOS и DOS

Большинство программ POST / BIOS ПК выполняют быструю проверку при включении питания, чтобы определить, как установлено множество последовательных и параллельных портов.Они проверяют конкретные адреса запись в них, а затем чтение их обратно, чтобы определить, присутствует ли на этом устройстве устройство. адрес. Затем POST / BIOS помещает адрес каждого отвечающего устройства в таблица в ОЗУ расположена в 40: 0 для последовательных портов и в 40: 8 для параллельных портов.

После того, как компьютер загрузился и POST / BIOS больше не контролируется, DOS использует адреса в этих таблицах как COM1, COM2 и т. д. для последовательных портов, а также LPT1, LPT2, и т.д. для параллельных портов.Например, DOS включает программу под названием MODE для установки различные параметры, такие как скорость передачи данных порта. Чтобы использовать РЕЖИМ , пользователь должен обратиться к желаемому порту по его назначению COM или LPT. Используемый адрес хранится в таблице. Вполне возможно, что COM1 в одна система не имеет того же физического адреса, что и COM1 в другой системе.

POST / BIOS ПК обычно определяет установленные последовательные порты и сохраняет адрес регистр передачи / приема в его таблицах.Это называется «базовым» адресом, и это этот адрес, который отображается в главном меню ПОРТТЕСТА. IRQ (прерывание Запрос) номера не сохраняются. PORTTEST предполагает IRQ4 для порта по адресу 03F8 шестнадцатеричный и IRQ3 для порта в шестнадцатеричном коде 02F8, потому что они наиболее часто используются.

Базовые адреса следующие:

LPT1	03BC шестнадцатеричный	LPT2	0378 шестигранник	LPT3	0278 шестигранник
COM1	03F8 шестигранник	COM3	03E8 шестигранник
COM2	02F8 шестигранник	COM4	02E8 шестигранник

Примечание: Только DOS 3.3 и больше поддерживает COM3 и COM4. Однако часто BIOS не определяет более 2 портов. В этом случае используйте ПОРТТЕСТ для установки эти порты в системных таблицах, чтобы DOS их распознала.

Для того, чтобы DOS распознала номер COM или LPT, должен быть действующий адрес. указаны в таблице, и пропусков быть не может. Если в таблице есть нулевая запись, DOS считает, что это конец списка. Поэтому, что касается DOS, это невозможно иметь COM1 и COM4 без COM2 и COM3! Другое программное обеспечение может сообщать иначе, как описано ниже.

Логические и физические адреса

Многие подпрограммы BIOS проверяют только два последовательных порта и три параллельных порта. В качестве ПК становились все более популярными, потребность в большем количестве портов росла. Эта проблема была «исправлен» под DOS 3.3 и выше, который распознает до четыре порта COM и три порта LPT. Однако DOS распознает только логический порт, физический адрес которого был помещается в таблицу RAM. Если BIOS не помещает туда физический адрес при включении DOS не распознает логический порт, даже если оборудование исправно. настроил и установил!

Если вам нужно использовать DOS для поддержки большего количества портов, чем ваш BIOS обнаружит и install, PORTTEST можно использовать для размещения правильного адреса в системных таблицах.

ПРИМЕЧАНИЕ: Многие приложения программы не используют DOS для взаимодействия с портами, поэтому может не потребоваться включать адрес порта в системные таблицы. Однако вы должен поместить адрес в таблицу, чтобы протестировать порт с помощью PORTTEST.

Существует значительная путаница в отношении правильного логического и физического адреса порта. Строго говоря, ни для одного из логических портов не существует надлежащего физического адреса. Структура логического порта позволяет помещать в свои таблицы любой физический адрес.

Многие прикладные программы обращаются к портам напрямую и не используют встроенные процедуры в BIOS оборудования. Обычно это делается потому, что приложение требуется более сложный драйвер устройства, чем это предусмотрено BIOS. Когда это В этом случае адреса логических портов не всегда используются должным образом. Некоторые приложения получают доступ к портам напрямую, но правильно определяют физический адрес из логический адрес, используя таблицу 40: 0. Другие программы не используют логические адреса вообще, а просто относятся к физическим адресам.Третьи преобразуют логическое в физические адреса с использованием их собственной таблицы. В этом случае программа может сообщить что есть COM1 и COM4 без COM2 или COM3!

Использование прерывания

Помимо регистров последовательного порта, UART также может прерывать процессор, либо после того, как он передал байт данных, либо после того, как он получил один. В идеале строка запроса прерывания, которую использует каждый порт, должна быть уникальной, но не всегда хватает прерываний для обхода.Следовательно, прерывания иногда используется более чем одним устройством. Это нормально, но рискованно, если только один устройств активны одновременно.

Стандартный AT имеет шестнадцать линий запроса аппаратного прерывания. Чаще всего IRQ4 используется для последовательных портов COM1 и COM3, а IRQ3 используется для последовательных портов COM2 и COM4. Параллельный порт LPT1 может использовать IRQ7, а LPT2 может использовать IRQ5, хотя нет прерывание требуется для большинства операций порта принтера. Большинство карт ввода / вывода имеют перемычки. чтобы выбрать, какие адреса прерывания и ввода / вывода будут использоваться.Если есть конфликты, Пользователь должен проверить эти перемычки, чтобы определить причину конфликта.

Информация о параллельном порте

---

Схема подключения параллельного кабеля

Стандартный параллельный кабель Centronics — для подключения параллельного порта к стандартному принтеру

ПРИЛОЖЕНИЕ №1: Построение Параллельно-параллельный кабель

Параллельно-параллельный кабель передачи данных — этот кабель можно использовать для создания клиента. / server LAN с использованием INTERSVR и INTERLNK, описанных далее в этом уроке, которые поставляется с MS-DOS версии 6.0 или выше. Этот же кабель также используется для LapLink и LANtastic-Z.

Информация о последовательном порте

---

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2: нуль-модемный кабель RS-232-C

ПРИЛОЖЕНИЕ # 3: переходной кабель последовательного порта с 9 на 25 контактов

Тест приложения

Для тестирования кабелей используйте Interlnk & Intersvr, программное обеспечение клиент / сервер, которое входит в комплект поставки. входит в состав MS-DOS 6.0 и выше. Эта программа позволит вам создать два узла LAN и работает как с кабелем параллельной передачи (Приложение №1), так и с Последовательный нуль-модемный кабель (Приложение №2). Попробуйте оба и определите для себя разница в скорости.

INTERSVR.EXE Запускает сервер Interlnk. Все параметры необязательны. После запуска INTERSVR настраивает выделенный сервер на машине, на которой он работает. Все доступ будет через клиентскую машину, подключенную с помощью дополнения Программное обеспечение INTERLNK.INTERSVR автоматически найдет соединение (параллельный или последовательный) и автоматически подключает и переназначает все доступные диски. В Программная комбинация INTERSVR / INTERLNK распознает параллельную передачу кабель или последовательный нуль-модемный кабель.

Синтаксис:

INTERSVR [диск: […]] [/ X = диск: […]] [/ LPT: [n | адрес]] [/ COM: [n | адрес]] [/ BAUD: скорость] [/ B] [/ V]

Чтобы скопировать файлы Interlnk с одного компьютера на другой, используйте следующий синтаксис:

Параметры:

диск:

Задает буквы дисков, которые будут перенаправлены.По умолчанию все диски перенаправляются.

/ X = диск:

Задает буквы дисков, которые не будут перенаправлены. По умолчанию все диски перенаправляются.

/ LPT: [n | адрес]

Задает используемый параллельный порт. Параметр n указывает количество параллельный порт. Параметр адреса указывает адрес параллельного порта. Если вы опускаете n или адрес, сервер Interlnk использует первый параллельный порт, который он находит подключен к клиенту.Если вы укажете переключатель / LPT и опустите переключатель / COM, сервер ищет только параллельные порты. По умолчанию все параллельные и последовательные порты сканируются.

/ COM: [n | адрес]

Задает используемый последовательный порт. Параметр n указывает номер серийного номера. порт. Параметр адреса указывает адрес последовательного порта. Если вы опустите n или адрес, сервер Interlnk ищет все последовательные порты и использует первый порт, который он находит подключенный к клиенту.Если вы укажете переключатель / COM и опустите / LPT коммутатор, сервер ищет только последовательные порты. По умолчанию все параллельные и последовательные порты сканируются.

/ BAUD: ставка

Устанавливает максимальную скорость последовательной передачи данных. Допустимые значения ставки: 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200. Значение по умолчанию — 115200.

/ Б

Отображает экран сервера Interlnk в черно-белом режиме. Используйте этот переключатель, если вы есть проблемы с чтением вашего монохромного монитора.

/ В

Предотвращает конфликты с таймером компьютера. Используйте этот переключатель, если у вас есть серийный соединение между компьютерами, и один из них перестает работать, когда вы используете Interlnk для доступа к диску или порту принтера.

/ RCOPY

Копирует файлы Interlnk с одного компьютера на другой при условии, что компьютеры подключены с помощью 7-жильного нуль-модемного последовательного кабеля и что &; ltMODE> Команда доступна на компьютере, на котором вы устанавливаете Interlnk.

INTERLNK.EXE Соединяет два компьютера через параллельные или последовательные порты и позволяет компьютеры для совместного использования дисков и портов принтера. Например, вы можете подключить переносной компьютер к настольному компьютеру и обмениваться файлами. Вы должны установить Драйвер устройства INTERLNK.EXE в файле CONFIG.SYS. Подключение к клиенту машина, на которой запущен INTERSVR, будет автоматически после перезагрузки компьютера. Вы также можете использовать INTERLNK как команду из командной строки DOS после установки.

Синтаксис (из CONFIG.SYS)

устройство = c: \ dos \ INTERLNK.EXE

Для управления соединениями INTERLNK из командной строки DOS используйте эту команду.

INTERLNK [клиент [:] = [сервер] [:]]

Параметры:

клиент

Задает букву клиентского диска, который перенаправляется на диск в Interlnk. сервер. Диск должен быть перенаправлен при запуске Interlnk.

сервер

Задает букву диска на сервере, который будет перенаправлен. Привод должен быть указан в столбце Этот компьютер (сервер) на сервере Interlnk. экран. Если буква диска не указана, клиентский диск больше не будет перенаправлен.

---

---

Эта страница поддерживается: Майкл П. Харрис

---

Последовательная связь

— обзор

Введение

На протяжении многих лет отладка проблем последовательной связи во встроенных системах обычно сводилась к отладке капризов протокола RS-232.Удивительно, но это все еще верно сегодня, потому что RS-232C является самым основным и фундаментальным из протоколов последовательной связи и, как правило, довольно надежен. Отладка обычно заключалась в том, чтобы правильно согласовать скорости передачи данных или возиться с передаваемыми данными на выходе и передаваемыми данными на контактах 2 и 3 разъема. Отладка канала последовательной связи была первой частью ввода-вывода, которая требовалась инженеру для правильной работы, поскольку связь с целевой системой зависела от правильной работы этого канала.

Сегодня протоколы последовательной связи сильно эволюционировали и используются как для периферийных коммуникаций, так и для связи между элементами сетей. Эти системы быстродействующие и сложные. Им требуются узкоспециализированные инструменты измерения для анализа и исправления ошибок в потоках данных. Любое обсуждение, которое мы могли бы провести об отладке этих систем, быстро сосредоточилось бы на том, какой анализатор компании следует купить.

Таким образом, давайте сузим наши рамки до типов систем связи, с которыми нам, скорее всего, придется иметь дело при проектировании систем управления в реальном времени без необходимости прибегать к специализированным инструментам.Кроме того, мы также можем исключить из нашего обсуждения протоколы USB и Ethernet. Вы можете возразить, что эти протоколы довольно фундаментальны. Фактически, у меня в офисе есть лазерный принтер с уже установленными портами USB и Ethernet. Разве мы не должны обсудить это?

Справедливая точка. Однако, как правило, у нас будет стандартная ИС некоторой разновидности, которая будет обрабатывать трансляцию протокола связи физического уровня во что-то, с чем может иметь дело остальная часть системы.Эта схема ИС физического уровня довольно стандартна, и если вы будете следовать правилам проектирования и примерам схем, приведенным в примечаниях к применению, ваша схема с высокой вероятностью будет работать правильно. Однако, как только он покидает схему транслятора, мы должны рассматривать его как еще один элемент нашей общей системы, и тогда в игру вступают обсуждения предыдущих глав.

Вот простой пример. Ранние версии одноплатных компьютеров Arduino содержали преобразователь USB в UART IC, произведенный Future Technology Device International (FTDI).Все микроконтроллеры Atmel, которые были ядром семейства плат Arduino, имели интерфейсы UART, которые могли так же легко подключать чип к шине RS-232. Чип FTDI преобразует протокол USB в UART.

Более поздние версии микросхемы, такие как ATMEGA16U2-MU, обновили коммуникационный порт для прямого взаимодействия с USB 2.0, устраняя необходимость в микросхеме интерфейса FTDI. Все, что теперь требуется, — это два последовательных резистора 220 Ом между разъемом USB и микроконтроллером.

Итак, какие последовательные протоколы мы должны обсудить? Основываясь на моем опыте решения проблем моих учеников с разработкой своих микропроцессорных конструкций, почти все периферийные устройства, которые они подключают к своему контроллеру, являются либо интерфейсом SPI, либо интерфейсом I ² C.Поэтому давайте обсудим эти протоколы, исходя только из уровня боли.

Поскольку RS-232 все еще существует и все еще используется во многих системах, мы рассмотрим основы этого протокола и проблемы, связанные с его работой.

Наконец, и в основном потому, что он получил широкое распространение во многих отраслях в качестве протокола связи, мы рассмотрим шину CAN. Изначально шина CAN развивалась как стандарт связи для автомобильных систем, но с годами получила гораздо большее признание и в других отраслях промышленности.

Наконец, еще одна причина, по которой, на мой взгляд, имеет смысл обсудить эти четыре протокола в контексте отладки, является то, что простые смертные могут находить и исправлять ошибки, используя только стандартный осциллограф или логический анализатор.

Разница между последовательным и параллельным портами

Последовательный и параллельный порт

Порт (происходит от латинского слова «porta» для двери) — это физический интерфейс, соединяющий компьютер с другими компьютерами или аппаратными устройствами ввода / вывода.В зависимости от передачи сигнала порты делятся на две группы: последовательные и параллельные порты. Последовательные порты передают данные по одному биту за раз, используя одну пару проводов, в то время как параллельные порты передают несколько битов за раз, используя группу проводов.

Что такое последовательный порт?

Последовательный порт — это физический интерфейс, используемый для последовательной связи. Информация передается побитно через последовательные порты. Существуют более новые технологии, такие как Ethernet, FireWire и USB, которые передают данные последовательно, но старый стандарт RS-232 по-прежнему обозначается как «последовательный порт».RS-232 предназначен для подключения к модему или подобному устройству. Однако современные компьютеры могут поставляться без портов RS-232, и пользователям, возможно, придется использовать соответствующие преобразователи (например, последовательный порт в USB). Но последовательные порты по-прежнему широко используются для таких приложений, как системы автоматизации в промышленности, научные измерительные устройства, серверные компьютеры (в качестве пультов управления) и сетевые устройства (например, маршрутизаторы). Основная причина, по которой последовательные порты все еще используются для вышеуказанных приложений, заключается в том, что они сравнительно просты и дешевле.Кроме того, упомянутые выше консоли стандартизированы и широко используются. Другая причина заключается в том, что для последовательных портов требуется очень мало вспомогательного программного обеспечения от системы.

Что такое параллельный порт?

Параллельный порт — это физический интерфейс, который используется для подключения различных периферийных устройств к компьютеру. Исторически он известен как порт принтера, потому что самый первый параллельный порт был представлен Робертом Ховардом и Прентисом Робинсоном с принтером Cenetronics Model 101 в 1970 году.Как следует из названия, эти порты передают данные параллельно (одновременно двунаправленно), и соответствующий стандарт определен в стандарте IEEE 1284. Но параллельные порты используются со многими периферийными устройствами (не только с принтерами). Некоторыми распространенными примерами являются Zip-накопители, сканеры, внешние модемы, аудиокарты, веб-камеры, джойстики, портативные жесткие диски и компакт-диски. Но после появления USB и Ethernet использование параллельного порта значительно сократилось. Фактически, современные компьютеры иногда даже не включают в себя параллельный порт, поскольку многие производители признают его устаревшим.Тем не менее, преобразователи параллельного интерфейса в USB используются для работы с более старыми моделями принтеров.

В чем разница между последовательным и параллельным портами?

Основное различие между последовательными и параллельными портами (конечно же) заключается в том, что последовательные порты отправляют и получают данные по одному биту за раз, используя одну пару проводов, в то время как параллельные порты отправляют и получают данные по несколько битов одновременно, используя несколько проводов. . Из-за этого параллельные порты работают быстрее, чем последовательные. Для параллельных портов проще писать программы, чем для последовательных портов.Но параллельным портам требуется больше линий для передачи данных. Поэтому параллельные порты не подходят для связи на большие расстояния из-за высокой стоимости и потери данных.

В чем разница между последовательной и параллельной связью?

Разница между последовательной и параллельной передачей . Одно из основных отличий от состоит в том, что; в Serial Transmission данные отправляются побитно, тогда как в Parallel Transmission байт (8 бит) или символ отправляется за раз.Сходство в том, что оба используются для подключения и связи с периферийными устройствами.

Щелкните, чтобы увидеть полный ответ

В связи с этим, что такое последовательная и параллельная связь?

Устройство последовательной связи Устройство передает данные в битах в том же направлении. Устройство с параллельной связью отправляет данные в нескольких битах в одном направлении. В последовательной связи слово длиной восемь бит отправляется последовательно и принимается после отправки всех восьми битов, по одному.

Можно также спросить, почему последовательная связь быстрее параллельной? Последовательная передача медленнее , чем параллельная передача при той же частоте сигнала. Вы не можете увеличивать частоту сигнала для параллельной передачи без ограничений, потому что, по замыслу, все сигналы от передатчика должны поступать в приемник одновременно.

Помимо вышесказанного, в чем разница между последовательной и параллельной передачей, какой тип регистра используется в каждом случае?

Передача двоичных битов из одного регистра в другой может выполняться посредством параллельной или последовательной передачи данных. Параллельная передача означает одновременную передачу N битов данных из одного регистра в другой. Последовательная передача относится к передаче одного бита данных в и раз из одного регистра в другой.

Что означает последовательная связь?

В телекоммуникациях и передаче данных последовательная связь — это процесс посылки данных по одному биту за раз, последовательно, по каналу связи или компьютерной шине.Этот — это в отличие от параллельной связи , где несколько битов передаются как единое целое, по каналу с несколькими параллельными каналами.

Почему последовательный интерфейс быстрее параллельного?

 http://zhidao.baidu.com/question/293842108.html?fr=qrl&cid=93&index=5 

 Параллельный интерфейс быстрее последовательного интерфейса, который имел место несколько лет назад.
 В случае, когда фактическая тактовая частота относительно низкая, параллельный порт может передавать несколько битов одновременно, и скорость действительно выше, чем у последовательного порта.Однако с развитием технологий тактовая частота становится все выше и выше, и взаимные помехи между параллельными проводами становятся все более серьезными. Поскольку параллельный интерфейс имеет несколько параллельных и плотных проводов, передаваемые данные не могут быть восстановлены при увеличении тактовой частоты до определенной степени.
 Однако, поскольку у последовательного порта мало проводов, межлинейные помехи легко контролировать, но скорость передачи можно увеличить, постоянно увеличивая тактовую частоту.И терминалы последовательного порта будут меньше. Вот почему высокоскоростные передачи теперь серийные. 

 http://blog.csdn.net/yiwuya/article/details/4136319
 

 «Люди собирают дрова высоко» - старая пословица, но в компьютерной сфере есть много странных вещей, которые занимают более одной строки. Независимо от скорости, стоимости или качества связи, современные методы последовательной передачи превосходят методы параллельной передачи. 

В последние два года самым популярным словом может быть последовательная передача.С точки зрения технологического развития метод последовательной передачи полностью заменил импульс параллельной передачи. USB заменяет IEEE 1284, SATA заменяет PATA, а PCI Express заменяет PCI. В принципе, параллельная передача лучше последовательной. способ передачи. С точки зрения непрофессионала, параллельный путь передачи подобен широкому проспекту с несколькими полосами движения, в то время как последовательная передача — это проселочная дорога, по которой может проехать только одна машина. В качестве примера возьмем старый и типичный стандартный параллельный порт (Standard Parallel Port) и последовательный порт (обычно известный как COM-порт).Параллельный интерфейс имеет 8 линий данных, и скорость передачи данных высокая. Последовательный интерфейс имеет только 1 строку данных и данные. Скорость передачи низкая. Параллельный порт может передавать один байт в то время, когда последовательный порт передает 1 бит. Когда параллельный порт завершает задачу передачи слова «расширенный», только первая буква «а» слова передается в последовательный порт.

Рисунок 1: Скорость параллельного интерфейса в 8 раз выше, чем у последовательного интерфейса

Так почему же метод последовательной передачи сейчас лучше? Далее следует более глубокая причина появления параллельных и последовательных изменений и технических особенностей.

Во-первых, технология параллельной передачи сталкивается с трудностями при разработке

Шина и интерфейс в компьютере — это «большая артерия» для передачи данных между хостом и внешним устройством. По мере увеличения скорости процессора скорость передачи данных по шине и интерфейсу также необходимо постепенно увеличивать, иначе это станет узким местом для развития компьютера. Давайте сначала посмотрим на автобус. В 1981 году появился первый ПК с шиной ISA в качестве открытой архитектуры, шина данных 8 бит, рабочая частота 8.33 МГц, что в то время считалось «передовой технологией», поэтому шина ISA получила другое название. «В автобусе»; к 286 году разрядность ISA была увеличена до 16 бит, чтобы поддерживать совместимость с 8-битным ISA, рабочая частота по-прежнему составляет 8,33 МГц. Эта технология использовалась в системе 386.

В эру 486 существовало два более быстрых стандарта шины, PCI и VESA, которые имели одинаковую разрядность (32 бита), но шина PCI могла работать асинхронно с процессором. Когда частота процессора увеличивается, частота шины PCI может оставаться неизменной и может выбрать три частоты: 25 МГц, 30 МГц и 33 МГц.Шина VESA работает синхронно с процессором. По мере увеличения частоты процессора рабочая частота периферийного устройства типа шины VESA также увеличивается, а адаптируемость оставляет желать лучшего, поэтому оно быстро теряет свою конкурентоспособность. Стандарт шины PCI стал королем шины ПК эпохи Pentium. Контроллер жесткого диска, звуковая карта к сетевой карте и видеокарта — все используют слоты PCI.

цифра 2:

Технология параллельной передачи данных всегда была важным средством повышения скорости передачи данных, но дальнейшее развитие натолкнулось на препятствия.Во-первых, поскольку предпосылка режима параллельной передачи состоит в том, чтобы использовать одну и ту же синхронизацию для распространения сигнала и приема сигнала с одинаковой синхронизацией, а чрезмерное повышение тактовой частоты затруднит согласование синхронизации передачи данных с часами. . Длина разводки немного отличается, а данные будут отличаться от часов. Доставка по времени Кроме того, увеличение тактовой частоты также может вызвать взаимные помехи между сигнальными линиями. Поэтому в параллельном режиме сложно достичь высокой скорости.Кроме того, увеличение разрядности несомненно увеличит количество проводов на материнской плате и плате расширения, а также вырастет стоимость.

Что касается внешних интерфейсов, мы знаем, что скорость параллельного порта IEEE 1284 может достигать 300 КБ / с, а сжатие данных может быть увеличено до 2 МБ / с при передаче графических данных, в то время как скорость передачи данных RS-232C стандартный последовательный порт обычно составляет всего 20 КБ / с. Скорость передачи данных параллельного порта несомненно выше.Более десяти лет параллельный порт был предпочтительным методом подключения для принтеров. Для матричного принтера, который передает только текст, скорость передачи через параллельный порт IEEE 1284 можно назвать более чем достаточной. Однако для принтеров ситуация изменилась, и в последние годы она набирает обороты. Я использую Epson 6200L (с параллельным портом и интерфейсом USB). При печати изображений размером 2 МБ разница между параллельным портом и интерфейсом USB не очевидна, но при печати 7.Файлы изображений размером 5 МБ, нажмите «Печать», чтобы завершить работу с Paper, используя интерфейс USB в течение 18 секунд, и используя параллельный порт, это заняло 33 секунды. Из этого результата теста видно, что текущий параллельный порт имеет узкое место для требований текущего приложения.

ты знаешь? Три интерфейса IEEE 1284

Ранний параллельный порт был кольцевым, а IEEE 1284 использовал надежный разъем D-типа. IEEE 1284 определяет три разъема: D-sub, Centronics и MDR-36 (рисунок 3).У кабеля принтера, который мы видели, один конец представляет собой разъем D-sub для подключения к основному блоку, а другой конец — разъем Centronics с фиксатором для подключения к принтеру. Подключать не только удобно, но и очень надежно. Разъем D-sub имеет 25 контактов, в то время как разъем Centronics имеет 36 контактов, а дополнительные 11 в основном являются резервными заземлениями. Разъем MDR (Mini Delta Ribbon) также 36-контактный. Этот малогабаритный разъем предназначен для небольших устройств, таких как цифровые камеры и Zip-накопители, и используется редко.

Рисунок 3: Три разных размера разъемов параллельного порта

Второй, USB, пусть возродится последовательная передача

Вспоминая ранее представленные параллельный интерфейс и последовательный интерфейс, мы знаем, что скорость параллельного порта IEEE 1284 может достигать 300 КБ / с, в то время как стандартная скорость передачи данных последовательного порта RS-232C обычно составляет всего 20 КБ / с, скорость передачи данных параллельного порта Безусловно, надо побеждать. Внешние интерфейсы также должны искать альтернативы RS-232 для достижения более высокого качества связи.

В 1995 году интерфейс USB, представленный несколькими компаниями, такими как Compaq, Intel, Microsoft и NEC, впервые появился на ПК. С 1998 года она перешла в масштабную практическую стадию. USB более чем в 100 раз быстрее RS-232C, преодолевая узкое место в скорости передачи данных через последовательный порт, а также обладает хорошей совместимостью и простотой использования. Возможность адаптации скорости передачи данных USB-устройства позволяет ему автоматически выбирать HS (высокая скорость, высокая скорость, 480 Мбит / с), FS (полная скорость, полная скорость, 12 Мбит / с) и LS (низкая скорость, низкая скорость, 1.5 в зависимости от настроек материнской платы). Мбит / с) Один из трех режимов. Шина USB также имеет возможность автоматического обнаружения устройств. После подключения устройства программное обеспечение операционной системы автоматически обнаруживает, устанавливает и настраивает устройство, устраняя необходимость выключать ПК при добавлении или удалении устройств. Причина, по которой интерфейс USB может обеспечить высокую скорость передачи данных, в основном состоит в том, что он отказывается от обычного режима несимметричной передачи сигнала и использует технологию передачи дифференциального сигнала для эффективного преодоления влияния передачи антенны на линию передачи сигнала.Возникающие в результате помехи, а также перекрестные помехи между линиями передачи. Две линии данных в интерфейсе USB переплетаются, образуя структуру витой пары (рис. 4).

Рисунок 4: USB с сигнализацией в дифференциальном режиме

Рисунок 5: Дифференциальная передача для большей устойчивости к помехам

Рис. 5 представляет собой дроссельную катушку, образованную намоткой двух сигнальных проводов на кольцевой ферритовый сердечник. В режиме несимметричной передачи сигнала, когда линия подвергается воздействию электромагнитного излучения для генерации синфазного тока, магнитное поле накладывается, чтобы стать более высоким импедансом линии, так что, хотя помехи уменьшаются, эффективный сигнал также ослабляется. .В режиме дифференциальной передачи синфазные помехи подавляются сердечником, но никакого дополнительного импеданса линии не создается. Другими словами, дроссельная катушка общего режима используется в режиме дифференциальной передачи для достижения эффекта защиты от помех, не влияя на передачу сигнала.

В системе передачи дифференциального сигнала линия передачи может обеспечить хорошие характеристики защиты от помех без экранирования, а стоимость подключения снижается. Однако из-за относительно низкого уровня сигнала интерфейса USB 3.3V, максимальное расстояние связи составляет всего 5 метров. Спецификация USB также ограничивает количество слоев на физическом уровне не более чем 7 уровнями, что означает, что пользователи могут размещать USB-устройство на расстоянии до 30 метров от хоста, используя до 5 разъемов.

Чтобы решить проблему передачи данных на большие расстояния и расширить область применения USB, некоторые производители добавили в спецификацию USB новые функции, такие как Powered USB и Extreme USB. Первый увеличил возможности источника питания USB, а второй увеличил дальность передачи USB.

В-третьих, технология дифференциальных сигналов: золотой ключ, чтобы открыть дверь высокоскоростной передачи сигналов

История развития компьютеров — это история стремления к более высоким скоростям. По мере увеличения частоты шины все передачи сигналов сталкиваются с одной и той же проблемой: чем больше электромагнитных помех между линиями, тем выше вероятность сбоя передачи данных, традиционная технология несимметричной передачи сигналов не может удовлетворить потребности высокоскоростной шины.Поэтому технология дифференциальных сигналов начала применяться в различных высокоскоростных автобусах. Как мы уже знаем, секрет USB для достижения высокоскоростной передачи сигнала заключается в использовании дифференциальной передачи сигнала.

Технология дифференциальных сигналов — это технология передачи данных и интерфейса, появившаяся в 1990-х годах. По сравнению с традиционной несимметричной передачей он имеет низкое энергопотребление, низкий коэффициент битовых ошибок, низкие перекрестные помехи и низкое излучение. Это может быть медное соединение на печатной плате или симметричный кабель с максимальной скоростью передачи 1.923 Гбит / с. Технология ввода-вывода Intel третьего поколения (3GIO), основная технология физического уровня — это технология дифференциальной сигнализации. Итак, в чем разница между технологиями сигналов?

Рисунок 6: Цепь передачи дифференциального сигнала

Как хорошо известно, при обычной односторонней связи одна линия передает один бит. Высокий уровень обозначается как «1», а низкий уровень обозначается как «0». Если он нарушается во время передачи данных, сигналы высокого и низкого уровня могут полностью вызвать большое нарушение порога прорыва.Как только сигнал высокого или низкого уровня превысит критическое значение, сигнал будет неправильным (рисунок 7).

Рисунок 7: Несимметричная передача сигнала

В дифференциальной схеме, когда выходной уровень является положительным напряжением, это означает логическую «1», при выводе отрицательного напряжения это означает логический «0», а вывод «0» напряжения не имеет смысла. Это не означает «1» и не означает «0». В дифференциальной связи, показанной на фиг. 7, сигнал помехи одновременно поступает в две соседние сигнальные линии.Когда два идентичных сигнала помех, соответственно, поступают на две инвертирующие входные клеммы дифференциального усилителя принимающей стороны, выходное напряжение равно 0. Следовательно, технология дифференциальной передачи сигналов имеет сильную устойчивость к сигналам помех.

Рисунок 8: Передача дифференциального сигнала

По этой причине, пока в реальной цепи используется низковольтный дифференциальный сигнал (LVDS), амплитуда около 350 мВ может соответствовать требованиям передачи на короткие расстояния.Предположим, что сопротивление нагрузки составляет 100 Ом. При передаче данных в режиме LVDS, если длина витой пары составляет 10 метров, скорость передачи может достигать 400 Мбит / с; при увеличении длины кабеля до 20 метров скорость снижается до 100 Мбит / с; и при длине кабеля 100 метров. Скорость может достигать только около 10 Мбит / с.

При передаче данных на близком расстоянии LVDS может не только обеспечить высокую производительность, но и является недорогим решением. Устройства LVDS можно изготавливать с помощью экономичного процесса CMOS и достигать высоких показателей с помощью недорогих кабелей и разъемов категории 3.В то же время, поскольку LVDS может использовать более низкое напряжение сигнала, а драйвер использует режим источника постоянного тока, его мощность практически не изменяется с частотой, что позволяет увеличить скорость передачи данных и снизить энергопотребление. Поэтому технология LVDS применяется в USB, SATA, PCI Express и HyperTransport, а схема управления в ЖК-дисплее передает сигнал управления яркостью пикселей на ЖК-экран, а также использует метод LVDS.

В-четвертых, наступила новая серийная эра

Дифференциальная трансмиссия не только устраняет узкие места в скорости, но и экономит место за счет использования небольших соединений.В последние годы, в дополнение к USB и FireWire, появилось множество стандартов последовательного соединения с дифференциальной передачей сигналов, охватывающих почти шину основной платы и внешние порты ввода-вывода, что демонстрирует общую тенденцию от параллельного целого к новой эре последовательного интерфейса. Пик применения технологии последовательного интерфейса будет приходиться на 2005 год (рис. 9).

Рисунок 9: Все технологии ввода / вывода будут последовательными

1. Технология LVDS, устраняющая узкое место передачи чипсета

По мере увеличения скорости компьютера скорость обмена данными между процессором и микросхемой северного моста, между северным мостом и южным мостом, а также шинами различных устройств, подключенных к набору микросхем, влияет на общую производительность компьютера.Однако печатная плата FR4, которая использовалась в течение длительного времени, ограничивала скорость передачи из-за межсимвольных помех, вызванных скин-эффектом и диэлектрическими потерями.

В случае, когда скорость традиционных параллельных синхронных цифровых сигналов достигает своих пределов, разработчики обращаются к поиску выхода из высокоскоростных последовательных сигналов, потому что технология последовательной шины может не только достичь более высокой производительности, но и минимизировать количество булавки для стружки.Упростите компоновку платы и сократите производственные затраты. Intel PCI Express, AMD HyperTansport, RAMBUS Redwood и другие стандарты шины ввода-вывода неизменно используют низковольтную дифференциальную сигнализацию (LVDS) в качестве стандарта уровня высокоскоростного сигнала следующего поколения.

Типичный канал PCI Express показан на рисунке 9. Две пары связи состоят из двух пар дифференциальных сигналов, которые образуют дуплексный канал, один для передачи и один для приема. Четыре физических линии образуют PCI Express x1.X1, x2, x4 и x16 определены в стандарте PCI Express. PCI Express x16 имеет наибольшее количество физических линий (16 x 4 = 64).

Рисунок 10: Канал данных PCI Express x1

Даже при самой низкой конфигурации системы x1 пропускная способность может достигать 5 Гбит / с одновременно, поскольку данные могут передаваться на частоте 2,5 ГГц в обоих направлениях, что превышает пропускную способность традиционной шины PCI 1,056 Гбит / с (32 бит × 33 МГц). . Более того, шина PCI — это подход с общей шиной, реализованный с помощью мостов, а «сквозное соединение» (рис. 11), используемое PCI Express, также позволяет каждому устройству использовать исключительную полосу пропускания шины, таким образом достигая более высокой производительности, чем у PCI..

Рисунок 11: Сквозное соединение PCI Express устраняет мосты

Технология AMD HyperTransport очень похожа на PCI Express. Он также использует каналы данных LVDS, которые первыми используются для быстрой связи между северным и южным мостами. Его рабочая частота составляет от 200 МГц до 1 ГГц, а разрядность может быть гибко выбрана в соответствии с требованиями к полосе пропускания 2, 4, 8, 16 или 32 бит. HyperTransport сначала используется для быстрой связи между северным и южным мостами, а в будущем будет использоваться для всех межчиповых соединений.

2.SATA, вставные крылья для жесткого диска

До ATA33 использовалось 40 параллельных линий данных, что ограничивало увеличение частоты сигнала из-за перекрестных помех между линиями данных. Поэтому, начиная с ATA66, линия данных ATA имеет одну линию заземления, добавленную между двумя линиями, чтобы уменьшить взаимные помехи. После добавления провода заземления распределенная емкость C2 между линией данных и линией заземления все еще существует (рис.12), и проблема помех не может быть полностью решена, поэтому максимальная рабочая частота интерфейса PATA остается на уровне 133 МГц.Помимо основной причины помех сигналов, PATA также имеет такие проблемы, как отсутствие поддержки горячей замены и плохая отказоустойчивость.

Рисунок 12: Межстрочные перекрестные помехи для параллельного ATA

SATA был представлен корпорацией Intel на IDF2000. С тех пор Intel объединила усилия с такими гигантами отрасли, как APT, Dell, IBM, Seagate и Maxtor. В 2001 году он официально выпустил спецификацию SATA 1.0. Весной IDF2002 также была анонсирована спецификация SATA 2.0.

Интерфейс SATA состоит из 4 линий данных и 3 линий заземления. Есть 7 физических подключений. Текущий стандарт SATA 1.0, скорость передачи данных 150 МБ / с и скорость интерфейса ATA133 133 МБ / с немного увеличились, но в будущем SATA 2.0 / 3.0 может быть увеличена до 300 МБ / с до 600 МБ / с. Исходя из текущей тенденции роста скорости жестких дисков, стандарт SATA может удовлетворить, по крайней мере, требования следующих нескольких лет.

3.FireWire, передача изображения еще более мощная

FireWire был разработан Apple Computer в 1986 году и представлен как IEEE 1394 Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) в 1995 году.Это еще один стандарт высокоскоростной последовательной связи, отличный от USB. Первой целью FireWire была передача сигналов цифрового изображения на устройства видеозаписи. Текущие области применения распространились на DV, DC, DVD, DVR, ТВ-приставки и домашние игровые консоли.

Линия передачи FireWire состоит из шести кабелей, две пары витых пар образуют два отдельных канала, а две другие — для питания и заземления. SONY улучшила FireWire, отказавшись от проводов питания и заземления, чтобы сформировать упрощенную версию FireWire всего с двумя витыми парами и названную i.Ссылка.

FireWire скорость передачи данных эквивалентна USB, пропускная способность одного канала — 400 Мбит / с, расстояние связи — 4,5 метра. Однако стандарт IEEE 1394b увеличил пропускную способность одного канала до 800 Мбит / с. В новом стандарте IEEE 1394-2000 максимальная скорость передачи данных определена равной 1,6 Гбит / с, а максимальная длина соединительного кабеля между соседними устройствами может быть увеличена до 100 Мбит / с. Метр.

5. В какой день «сериал» может быть красным?

После прочтения этой статьи, если кто-то спросит, кто лучше разбирается в последовательной и параллельной передаче, вы можете выпалить: последовательная связь — это хорошо! Однако популярность последовательной передачи объясняется тем, что она преобразует несимметричную передачу сигнала в передачу дифференциального сигнала и увеличивает рабочую частоту контроллера.Основной принцип «скорость параллельной связи выше при той же частоте» никогда не ошибается, параллельные стратегии увеличения скорости передачи данных за счет увеличения разрядности по-прежнему будут играть важную роль. Конечно, предполагается, что существуют более эффективные меры для решения проблем параллельной передачи.

Технологический прогресс идет и продолжается, и ему нет конца. Никакая технология не может применяться вечно. После того, как в будущем компьютерные технологии войдут в эру ТГц диапазона, требования к скорости передачи сигнала будут выше.