Seriekoppling och parallellkoppling

I detta kapitel kommer vi att se närmare på hur elektroniska komponenter kopplas samman i kretsar. Komponenterna kommer antingen att kopplas i serie eller parallellt. Vi kommer även att stifta bekantskap med brytarens funktion.

I en sluten krets kan strömmen flöda från den ena till den andra polen på en spänningskälla. På vägen går strömmen genom en eller flera komponenter.

I följande exempel ska vi se närmare på hur strömmen beter sig när den går genom kretsar som består av ett batteri och glödlampor. Kretsarna visas schematiskt och då används följande symboler.

Symbolerna för batteri (vänster) och glödlampa (höger).

På batterisymbolen indikerar det längre strecket batteriets pluspol och det kortare strecket batteriets minuspol. En glödlampa har ingen polaritet (den kan kopplas på båda hållen) så det spelar ingen roll hur den kopplas polaritetsmässigt.

Den enklaste kretsen består av ett batteri och en glödlampa. I följande exempel används ett 9 V-batteri och en lampa med effekten 3 W.

Det är enkelt att vid behov räkna ut hur stor ström som går genom kretsen.

I = P/U

I = 3/9

I = 0,333 ≈ 0,3 A

I en seriekoppling ansluts flera komponenter efter varandra i samma serie. En traditionell adventsljusstake är ett bra exempel på seriekoppling. Adventsljusstaken består av sju stycken seriekopplade glödlampor. Varje glödlampa har effekten 3 W. De kopplas till 230 V (d.v.s. till vägguttaget). I följande schema ritar vi det som om det vore likspänning (även om det i själva verket är växelspänning).

I en seriekoppling som denna kommer samma ström gå genom alla glödlamporna. Under förutsättning att glödlamporna är identiska kommer de också ha samma spänning över sig. Spänningen är nämligen beroende av vilken resistans som glödlamporna har (komponenter med hög resistans får högre spänning över sig än komponenter med lägre resistans).

I det här fallet är glödlamporna identiska. Det innebär att spänningen kommer att fördelas jämnt. Med sju glödlampor som ska "dela på" 230 V blir det cirka 33 V över respektive glödlampa.

Den totala effekten i kretsen är summan av de sju glödlampornas individuella effekt (n är antalet lampor).

P_t = P_lampa·n

P_t = 3·7

P_t = 21 W

Vi kan även räkna ut hur stor ström som går genom kretsen.

I = P/U

I = 21/230

I = 91 ≈ 90 mA

Eftersom alla glödlampor ligger i serie är det 90 mA som går genom kretsen i helhet.

Nackdelen med seriekopplade glödlampor i en adventsljusstake är att alla glödlampor slocknar om en glödlampa går sönder. För att glödlamporna ska lysa måste kretsen vara sluten och det är den bevisligen inte om en glödlampa inte leder ström.

Om en glödlampa är trasig lyser ingen glödlampa i serien.

Många tänder och släcker sina adventsljusstakar genom att helt enkelt skruva ur en glödlampa så att kretsen bryts. Detta är inte rekommenderat eftersom det råder risk för glappkontakt. De flesta adventsljusstakar är dock utrustade med en brytare.

Symbolerna för öppen brytare (vänster) respektive sluten brytare (höger).

Brytaren är kopplad i serie med glödlamporna. När brytaren är påslagen går det en ström genom kretsen (kretsen är sluten). När brytaren är avslagen går det ingen ström genom kretsen (kretsen är bruten).

En brytare används för att slå på och av strömmen.

Ett annat sätt att koppla samman glödlampor är att parallellkoppla dem. Då kan en eller flera glödlampor gå sönder utan att resten slutar lysa.

I följande exempel ska tre 3 W-glödlampor kopplas till en 9 V-spänningskälla.

Eftersom de är parallellkopplade kommer de att få samma spänning över sig.

Strömmen som går igenom kretsen som helhet kan räknas ut på följande vis.

P_t = P_lampa·n

P_t = 3·3 = 9 W

I = P_t/U

I = 9/9 = 1 A

Den strömmen kommer att fördelas mellan de tre glödlamporna.

I exemplet med handfläkten (från avsnittet Spänning) drivs fläkten av två AA-batterier. De två batterierna sitter seriekopplade med varandra, vilket innebär att deras spänning summeras. Den totala spänningen från batterierna blir således 3 V.

Två seriekopplade AA-batterier.

Alla alkaliska batterier har spänningen 1,5 V. Den enda anledningen till att det vanligaste brandvarnarbatteriet har spänningen 9 V är att det i själva verket består av sex stycken seriekopplade småbatterier.

Batterier kan också parallellkopplas. Då förändras inte spänningen men däremot ökar kapaciteten (hur länge batterierna räcker) och maxströmmen (hur mycket ström som går att få ut ur batterierna som mest).

Två parallellkopplade AA-batterier.