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Les schémas de circuits série et parallèle sont fondamentaux pour la conception électronique et servent de modèles simplifiés pour la compréhension de systèmes complexes, tels que les réseaux électriques et les réseaux neuronaux. En maîtrisant leurs caractéristiques essentielles et leurs techniques de dessin, les ingénieurs peuvent maîtriser efficacement l'ensemble du processus, de la preuve de concept à la mise en œuvre du produit. Cet article présente les circuits série et parallèle.
Le courant provient de la borne positive de l'alimentation , traverse successivement chaque composant (résistance, ampoule, moteur, etc.) et revient finalement à la borne négative de l'alimentation, formant ainsi un circuit fermé unique. Le courant n'a qu'un seul chemin de circulation et les composants sont connectés en série.
Conservation du courant : Le courant traversant chaque composant est égal (I=I1=I2=...=In).
Superposition de tension : La tension totale est égale à la somme des tensions partielles de chaque composante (U=U1+U2+...+Un).
Réaction en chaîne de défauts : une rupture dans un composant quelconque entraînera la défaillance de l'ensemble du circuit.
Risque de distribution de tension inégale : si les résistances des composants varient considérablement, certains composants peuvent subir une surtension (par exemple, lorsque des ampoules de puissances différentes sont connectées en série, l'ampoule de puissance inférieure est plus susceptible de griller).
Sensibilité aux pannes : la défaillance d’un seul composant peut entraîner une paralysie générale et il existe un manque de conception redondante.
Limitation de puissance : La puissance totale est limitée par le composant nominal minimum (P=I2 ⋅ R), les paramètres des composants doivent donc être sélectionnés avec soin.
Exigences en matière de haute tension
Blocs de piles connectés en série : La lampe de poche utilise deux piles sèches de 1,5 V connectées en série pour obtenir une tension totale de 3 V.
Alimentation des véhicules électriques : les batteries au lithium sont connectées en série pour augmenter la tension (par exemple, un véhicule électrique de 48 V est composé de 16 batteries de 3 V connectées en série).
Limitation et protection du courant
Circuit de commande LED : la résistance série limite le courant à une plage de sécurité (par exemple 20 mA) pour éviter que la LED ne soit endommagée par une surcharge.
Échantillonnage de tension : dans un circuit de surveillance de tension, une résistance série convertit une haute tension en un signal basse tension qui peut être lu par un CAN.
Implémentation de fonctions spéciales
Circuit de retard : connectez un condensateur de grande capacité et une résistance en série et utilisez la constante de temps de charge (τ=RC) pour obtenir un effet de retard.
Détection de température : la thermistance (NTC) est connectée en série dans le circuit et reflète les changements de température par le biais de changements de tension.
Structure de circuit dans laquelle plusieurs composants sont connectés ensemble, en tête et en queue, pour former plusieurs branches indépendantes. Cela permet au courant de circuler par différents chemins, plaçant les composants en parallèle.
Tension constante : La tension aux deux extrémités de chaque branche est égale (U=U1=U2=...=Un).
Répartition du courant : Le courant total est égal à la somme des courants dans chaque branche (I=I1+I2+...+In).
Fonctionnement indépendant : un disjoncteur dans une branche n'affecte pas les autres branches (par exemple, les ampoules d'un système d'éclairage domestique n'interfèrent pas les unes avec les autres).
Risque d'adaptation de résistance : si la différence de résistance des branches est trop importante, cela peut provoquer un courant excessif dans certaines branches (par exemple, lors de la connexion d'ampoules de puissances différentes en parallèle, l'ampoule de puissance élevée peut être surchargée).
Complexité du câblage : à mesure que le nombre de composants augmente, le nombre de points de connexion des fils augmente, ce qui peut entraîner des problèmes de mauvais contact ou de court-circuit.
Répartition inégale de la puissance : la puissance totale est limitée par la capacité de l'alimentation (P = U⋅I). Assurez-vous que l'alimentation peut fournir un courant suffisant.
Système électrique domestique
Conception parallèle : tous les appareils électriques (tels que les réfrigérateurs, les climatiseurs et les téléviseurs) sont connectés en parallèle à l'alimentation 220 V, peuvent être allumés et éteints indépendamment et la tension est stable.
Avantage : évitez le problème d'une panne d'un seul appareil dans une connexion en série provoquant une panne de courant dans toute la maison.
Conception de redondance de l'alimentation électrique
Connexion en parallèle de batteries : Connecter plusieurs batteries identiques en parallèle peut augmenter la capacité totale (durée de vie de la batterie) tout en gardant la tension constante (par exemple, si deux batteries au lithium de 3,7 V sont connectées en parallèle, la sortie reste de 3,7 V, mais la capacité est doublée).
Application : pack de batteries pour drones, alimentation électrique mobile.
Expansion et division du courant
Charge de courant élevé : partagez un courant élevé en connectant plusieurs résistances de faible puissance en parallèle (telles que des résistances shunt dans les amplificateurs de puissance).
Échantillonnage de courant : connectez une petite résistance en série avec la branche parallèle et obtenez indirectement le courant total en mesurant la chute de tension (comme dans les circuits d'entraînement de moteur).
1. ProcessOn est un outil de création de schémas professionnel qui permet de créer des schémas de circuit en ligne. Tout d'abord, accédez à la page de fichiers de ProcessOn et créez un schéma de circuit.
2. Faites glisser l'alimentation, l'interrupteur, les composants électroniques et les autres composants du schéma de circuit vers le centre du canevas, puis faites glisser la ligne centrale des composants du circuit pour connecter les composants en fonction du processus de fonctionnement du schéma de circuit.
3. Une fois le schéma du circuit dessiné, vérifiez si les symboles des composants électroniques et la séquence de connexion sont corrects .
La communauté de modèles ProcessOn contient une multitude de modèles de schémas de circuits pour référence et prend en charge la copie et la réutilisation pour améliorer l'efficacité du dessin.
Schéma de circuit d'équipement électrique automobile
Schéma de circuit d'un transformateur à deux enroulements
Schéma général du circuit du téléphone portable
Les circuits série, avec leur structure simple et leurs lois physiques bien définies, jouent un rôle essentiel dans les scénarios nécessitant une division de tension, une limitation de courant ou une haute tension. Les circuits parallèles, avec leur stabilité de tension, leur isolation des défauts et leur courant évolutif, sont également devenus une structure fondamentale indispensable dans les systèmes électroniques modernes. Dans la pratique, les connexions série et parallèle sont souvent utilisées conjointement. Comprendre leurs principes et les points clés de leur conception est crucial pour une meilleure analyse des circuits complexes.
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