问题

为什么这个电路又并联又串联?

回答
这个问题问得特别好!其实,一个电路之所以同时出现并联和串联,并不是因为它“喜欢”这样,而是为了实现特定的功能,或者是在有限的空间里,用最简单、最有效的方式将元件连接起来,以达成设计者的目标。

你可以把电路想象成一个交通网络。

串联 就像一条单行道,所有的车都必须沿着同一条路走,一个接一个。如果这条路的某个地方堵车了(比如一个元件坏了),那么整个交通就都停了。
并联 就像有多条平行的道路,车可以分流,选择不同的路走。即使其中一条路出了问题,其他路仍然畅通。

那么,为什么我们常常会看到这两种连接方式“混合”在一起呢?

1. 功能需求:最常见的原因!

很多时候,我们需要电路的不同部分承担不同的任务,而这些任务的实现方式又恰好需要串联或并联。

串联实现“顺序控制”或“分担任务”:
举个例子:一个简单的台灯。 你有一个开关(控制通断)、一个灯泡(发光),可能还有一个保险丝(保护电路)。
开关和灯泡是串联的。只有当开关闭合,电流才能流过灯泡。
如果电路中有保险丝,保险丝也和开关、灯泡串联。它的作用是,当电流过大时,它会烧断,从而保护灯泡和其他元件。这是一种“串联保护”的逻辑。
再比如,一个电热水器。 可能有一个温控器(设定温度)、一个加热管(加热)、一个电源开关。
这些元件很可能都是串联的。只有温控器允许,开关打开,电流才能流过加热管,水才能被加热。温控器在这里扮演的是一个“自动开关”的角色,它也是串联控制链的一部分。

并联实现“多路供电”或“共同作用”:
还是台灯的例子。 如果你需要在同一个电路里控制两个灯泡,比如一个主灯和一个氛围灯,而你希望它们可以独立开关,或者同时接收到相同的电压。
那么,这两个灯泡很可能就是并联的。它们各自连接到电源的两端,一个灯泡的开合不会影响另一个。
考虑一下手机充电器。 现代手机充电器内部会有好几个电路模块,比如降压模块、稳压模块、滤波模块等等,它们各自实现不同的功能,并且可能要同时工作,为手机提供稳定的电源。这些模块的电源输入端很可能就是并联起来,从一个主要的电源点获取能量。
家用电路就是最典型的并联应用。 你的家里的每一个电器(电视、冰箱、空调、灯)都是并联接到总电源上的。这样,你打开电视不会影响冰箱工作,你关掉一个灯也不会影响房间里的其他电器。

那么,当这两者结合起来,我们就看到了“又并联又串联”的局面。

“串并联混合电路”的典型例子:分压电路和分流电路

分压电路: 想象你有一个高电压源,但你需要一个较低的电压给某个元件供电。你可以用两个电阻串联起来,然后从中间取出电压。
这两个电阻是串联的,它们一起“分担”了总电压。
但是,如果你想用这个分压电路来驱动一个负载(比如一个 LED),这个负载就和其中一个电阻是并联的。这样,负载才能从两个串联电阻的连接点获得电压。

分流电路: 比如,你想给一个传感器提供一个非常小的电流,但主电源的电流比较大。你可以用一个电阻和一个传感器并联,然后把这个并联组合串联到一个大电阻后面。
那个大电阻会“吸收”大部分电流,而传感器和另一个小电阻(或者说,它们并联后的等效电阻)会分流到一部分电流。
这个并联组合(传感器+小电阻)整体又与那个大电阻串联。

2. 效率和资源优化:

有时候,混合连接也是一种更经济、更省材料的选择。

避免重复使用元件: 如果你需要实现两个不同的控制逻辑,而这两个逻辑又需要共享同一个电源点,那么把它们串联起来,共用电源输入,再各自通过并联的方式连接到各自的输出,会比完全独立的两个电路更简单。

3. 保护和控制的层层递进:

很多复杂的设备,会把保护和控制功能设计成多层级。

举个稍复杂点的例子:电脑电源。 电脑电源内部有一个初级的 ACDC 转换,然后是一系列的 DCDC 转换。
可能初级转换出来的几路电压,会通过串联的方式经过几个滤波电容和稳压芯片,来提供更干净、更稳定的电压。
而最后输出给 CPU、显卡、内存的几组不同电压(比如+12V, +5V, +3.3V),它们各自的输出线路,又是并联连接到总的电源输出端。
这样,电源的整体设计既保证了每一路输出的稳定性,又实现了不同负载的独立供电。

总结一下,当一个电路同时出现串联和并联时,通常是因为:

设计者需要电路的某些部分按顺序工作(串联),而另一些部分需要同时工作或独立工作(并联)。
需要实现分压、分流这样的功能。
为了优化设计,提高效率,减少元件数量。
为了实现多层级的保护或控制。

本质上,这是一种功能导向的设计选择。工程师们根据要完成的任务,巧妙地组合这两种基本的连接方式,就像建筑师根据功能需求设计不同类型的房间和连接走廊一样。所以,看到又串联又并联的电路,不要觉得奇怪,这恰恰是电路设计智慧的体现!

网友意见

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这应该是大学课程的课件吧?别管串并联了,那是初中小朋友才学的。KCL,KVL走起…

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