Door S. Hussain Ather • Bijgewerkt op 24 maart 2022

Elektrische circuits zijn in serie of parallel georganiseerd. Bij een serieschakeling ligt elk element op hetzelfde pad, zodat door elk onderdeel na elkaar dezelfde stroom stroomt. In een parallelle opstelling heeft elke component zijn eigen aftakking en kan de stroom zich splitsen en recombineren op knooppunten.

Parallel schakelschema

Een typisch paralleldiagram toont de positieve pool van een spanningsbron (+) die is aangesloten op het ene knooppunt en de negatieve pool (–) op een ander knooppunt. Vanaf het positieve knooppunt splitst de stroom zich in meerdere takken, die elk eindigen bij het negatieve knooppunt. De huidige wet van Kirchhoff garandeert dat de totale stroom die een kruispunt binnengaat gelijk is aan de totale stroom die het knooppunt verlaat, terwijl de spanningswet van Kirchhoff ervoor zorgt dat de som van de spanningsdalingen rond een gesloten lus nul is.

Parallelle circuitkarakteristieken

In parallelle circuits is de spanning over elke tak identiek, gelijk aan de bronspanning. De stroom verdeelt zich echter over de takken in verhouding tot hun geleiding (het omgekeerde van weerstand). De tak met de laagste weerstand trekt dus de meeste stroom, en de tak met de hoogste weerstand trekt de minste stroom.

TL;DR

Parallelle circuits houden de spanning over alle takken constant, terwijl de stroom tegelijkertijd door meerdere paden kan stromen. De wet van Ohm is van toepassing op elke tak, en serie-parallelle netwerken kunnen worden geanalyseerd door zowel serie- als parallelle regels te combineren.

Voorbeelden van parallelle circuits

Om de totale weerstand van parallel geschakelde weerstanden te berekenen, gebruikt u de omgekeerde formule:

\(\displaystyle \frac{1}{R_{\text{totaal}}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+\dots+\frac{1}{R_n}\)

Bijvoorbeeld met weerstanden van 5Ω, 6Ω en 10Ω:

1. \(\displaystyle \frac{1}{R_{\text{totaal}}}=\frac{1}{5}+\frac{1}{6}+\frac{1}{10}\)
2. \(\displaystyle \frac{1}{R_{\text{totaal}}}=\frac{6}{30}+\frac{5}{30}+\frac{3}{30}=\frac{14}{30}\)
3. \(\displaystyle R_{\text{totaal}}=\frac{30}{14}=\frac{15}{7}\circa 2,14\,\text{Ω}\)

Zodra de weerstand bekend is, past u de wet van Ohm \(V=IR\) toe om de stromen in elke tak te vinden. Houd er rekening mee dat de spanning over elke weerstand gelijk is aan de bronspanning.

Parallel versus serieschakeling

Belangrijkste verschillen:

• Serie: Constante stroom, spanning daalt over elk onderdeel, totale weerstand is de som van individuele weerstanden.
• Parallel: Constante spanning, stroom verdeelt zich over takken, totale geleiding is de som van individuele geleiding.

In een serienetwerk stopt een enkel open circuit de gehele stroom. Een parallel netwerk daarentegen zorgt ervoor dat de andere filialen blijven functioneren, zelfs als er één opengaat.

Serie-parallel circuit

Real-world circuits combineren vaak beide configuraties. Beschouw bijvoorbeeld de weerstanden R1-R6 die zo zijn gerangschikt dat R1 en R2 parallel zijn (waardoor R5 wordt gevormd), en R3 en R4 parallel zijn (waardoor R6 wordt gevormd). Deze twee gecombineerde weerstanden worden vervolgens in serie geschakeld:

1. \(\displaystyle \frac{1}{R_5}=\frac{1}{1}+\frac{1}{5}\) → \(R_5=\frac{5}{6}\,\text{Ω}\)
2. \(\displaystyle \frac{1}{R_6}=\frac{1}{7}+\frac{1}{2}\) → \(R_6=\frac{14}{9}\,\text{Ω}\)
3. \(R_{\text{totaal}}=R_5+R_6=\frac{5}{6}+\frac{14}{9}=\frac{43}{18}\,\text{Ω}\circa 2,38\,\text{Ω}\)

Met een 20V-bron is de totale stroom \(I_{\text{total}}=V/R_{\text{total}}\circa 8,37\,\text{A}\). De spanningsval over elke gecombineerde weerstand wordt vervolgens berekend met behulp van de wet van Ohm, en de individuele takstromen volgen uit hun respectieve weerstanden.

Deze principes stellen ingenieurs in staat betrouwbare, efficiënte energiesystemen te ontwerpen die een constante spanning handhaven en tegelijkertijd meerdere stroompaden bieden, een fundamentele vereiste voor de elektrische infrastructuur in woningen en industrie.