일반적으로 복잡한 회로는 우리가 따라갈 수 있도록 깔끔하고, 깔끔한 회로도로 배열되지 않습니다. 종종 어떤 구성 요소가 직렬 이고 어떤 구성 요소가 서로 병렬 인지 따라가기 어렵게 그려집니다 . 이 섹션의 목적은 회로도를 깔끔하고 질서 있게 다시 그리는 데 유용한 방법을 보여주는 것입니다. 직렬-병렬 조합 회로를 풀기 위한 단계 축소 전략과 마찬가지로 설명하는 것보다 설명하기 쉬운 방법입니다.
복잡한 회로도 분석 및 단순화
다음의 (복잡한) 회로도부터 시작해 보겠습니다. 아마도 이 다이어그램은 원래 기술자나 엔지니어가 이런 식으로 그렸을 것입니다. 아마도 누군가가 실제 회로의 전선과 연결을 추적하면서 스케치를 그렸을 것입니다. 어쨌든, 여기 모든 추악함이 담긴 다이어그램이 있습니다.
전기 회로와 회로도에서 회로의 구성 요소를 연결하는 와이어의 길이와 라우팅은 별로 중요하지 않습니다. (사실, 일부 AC 회로에서는 중요해지고, 매우 긴 와이어 길이는 AC와 DC 회로 모두에 원치 않는 저항을 줄 수 있지만, 대부분의 경우 와이어 길이는 중요하지 않습니다.) 이것이 우리에게 의미하는 것은 회로의 작동에 영향을 미치지 않고 연결 와이어를 늘리거나, 줄이거나, 구부릴 수 있다는 것입니다.
제가 가장 쉽게 적용할 수 있다고 생각한 전략은 배터리의 한 단자에서 다른 단자로 전류를 추적하여 시작하고, 배터리에 가장 가까운 구성 요소의 루프를 따라가고, 다른 모든 전선과 구성 요소는 일단 무시하는 것입니다. 루프 경로를 추적하는 동안 각 저항기에 전압 강하에 적합한 극성을 표시합니다.
이 경우, 배터리의 양극 단자에서 이 회로의 추적을 시작하여 전류가 흐르는 일반적인 방향과 같은 음극 단자에서 마칩니다. 이 방향을 추적할 때, 각 저항을 들어오는 쪽은 양극, 나가는 쪽은 음극으로 표시합니다. 이는 전류(기존 흐름 모델에 따름)가 저항에 들어오고 나갈 때 실제 극성이 어떻게 되는지에 대한 것입니다.
이 짧은 루프를 따라 발견되는 모든 구성 요소는 다음 순서에 따라 수직으로 그려집니다.
이제 방금 추적한 구성 요소 주위에 연결된 구성 요소의 루프를 추적합니다. 이 경우 R 2 에 의해 형성된 R 1 주위의 루프 와 R 4 에 의해 형성된 R 3 주위의 또 다른 루프가 있습니다 .
그 루프를 추적하면서 수직 다이어그램에 R 2 와 R 4 를 각각 R 1 과 R 3 과 병렬로 그립니다 . R 3 와 R 1 에 걸친 전압 강하의 극성을 주목하면서 R 4 와 R 2 를 마찬가지로 표시합니다 .
이제 우리는 매우 쉽게 이해하고 분석할 수 있는 회로를 가지게 되었습니다. 이 경우, 그것은 우리가 이 장에서 앞서 살펴본 4-저항 직렬-병렬 구성과 동일합니다.
복잡한 회로의 단순화를 위한 또 다른 예
이전보다 더 추한 다른 예를 살펴보겠습니다.
내가 추적할 첫 번째 루프는 배터리의 음극(-) 측에서 시작하여 R 6 을 거쳐 R 1을 거쳐 배터리의 양극(+)으로 돌아오는 것입니다.
수직으로 다시 그리면서 전압 강하 극성을 추적하면 등가 회로는 다음과 같이 시작됩니다.
다음으로, 추적된 저항기(R 6 ) 중 하나를 따라 다음 루프를 따라갈 수 있습니다 . 이 경우 R 5 와 R 7 로 형성된 루프입니다. 이전과 마찬가지로 R 6 의 양(+) 끝에서 시작하여 R 6 의 음(-) 끝으로 진행하면서 R 5 와 R 7 에 걸쳐 전압 강하 극성을 표시합니다 .
이제 수직 도면에 R 5 —R 7 루프를 추가합니다. R 7 과 R 5 의 전압 강하 극성이 R 6 의 전압 강하 극성과 어떻게 일치하는지 , 그리고 이것이 원래 회로에서 R 7 과 R 5를 추적하여 발견한 것과 어떻게 동일한지 주목하세요.
우리는 이미 추적된 저항기 주위의 또 다른 루프를 식별하고 추적하면서 프로세스를 다시 반복합니다. 이 경우, R 5 주위의 R 3 —R 4 루프는 다음에 추적하기에 좋은 루프처럼 보입니다.
수직 도면에 R 3 —R 4 루프를 추가하고 올바른 극성도 표시합니다.
추적할 저항기가 하나만 남았으므로 다음 단계는 명확합니다. R 2 가 R 3 주위에 형성하는 루프를 추적합니다 .
수직 도면에 R 2를 추가하면 완료입니다! 그 결과는 원본과 비교했을 때 매우 이해하기 쉬운 다이어그램입니다.
이 간소화된 레이아웃은 어디에서 시작해야 할지, 그리고 회로를 단일 등가(전체) 저항으로 줄이는 방법을 결정하는 작업을 크게 용이하게 해줍니다. 회로가 다시 그려진 것을 주목하세요. 우리가 해야 할 일은 오른쪽에서 시작해서 왼쪽으로 작업하는 것뿐입니다. 한 번에 한 그룹씩 단순 직렬 및 단순 병렬 저항 조합을 줄여서 완료할 때까지 계속합니다.
이 특정한 사례에서, 우리는 R 2 와 R 3 의 간단한 병렬 조합으로 시작하여 , 그것을 단일 저항으로 줄일 것입니다. 그런 다음, 우리는 그 등가 저항(R 2 //R 3 )과 그것과 직렬로 연결된 저항(R 4 )을 취하여, 그것들을 또 다른 등가 저항(R 2 //R 3 —R 4 )으로 줄일 것입니다. 다음으로, 우리는 그 저항(R 2 //R 3 —R 4 )의 병렬 등가를 R 5 와, 그 다음 R 7 과 직렬로 , 그 다음 R 6 과 병렬로 , 그 다음 R 1 과 직렬로 계산하여 회로 전체에 대한 총 저항을 얻을 것입니다.
그 다음에는 총 전압과 총 저항에서 총 전류를 계산할 수 있습니다(I=E/R). 그런 다음 적절한 전압과 전류 값을 저항에 분배하면서 한 단계씩 회로를 원래 형태로 "확장"할 수 있습니다.
검토:
- 다이어그램과 실제 회로의 전선은 회로 작동에 영향을 주지 않고 길이를 늘리거나, 줄이거나, 이동할 수 있습니다.
- 복잡한 회로도를 간소화하려면 다음 단계를 따르세요.
- 배터리의 한 쪽에서 다른 쪽으로 전류를 추적하여 배터리로 가는 단일 경로("루프")를 따라갑니다. 때로는 가장 많은 구성 요소가 포함된 루프에서 시작하는 것이 더 효과적이지만 경로에 관계없이 결과는 정확합니다. 루프를 추적하면서 각 저항기에서 전압 강하의 극성을 표시합니다. 이 루프를 따라 마주치는 구성 요소를 수직 회로도에 그립니다.
- 원래 다이어그램에서 추적된 구성 요소를 표시하고 회로에서 나머지 구성 요소 루프를 추적합니다. 추적된 구성 요소에 대한 극성 표시를 사용하여 무엇이 어디에 연결되는지 안내합니다. 수직 재도면의 루프에 있는 새 구성 요소도 문서화합니다.
- 원래 다이어그램의 모든 구성 요소를 추적할 때까지 필요한 만큼 마지막 단계를 반복합니다.