Trong các mạch điện cơ bản, ngoài mạch song song thì mọi người cũng thường sẽ bắt gặp mạch điện hỗn hợp. Đây là dạng mạch kết hợp giữa mạch song song và mạch nối tiếp trong cùng một hệ thống và yêu cầu việc tính toán phức tạp hơn so với các mạch khác. Thế nên bài viết dưới đây sẽ giúp mọi người tìm hiểu chi tiết về nguyên lý cũng như ứng dụng của mạch điện hỗn hợp trong cuộc sống.
Mạch điện hỗn hợp là gì
Mạch điện hỗn hợp là mạch điện có sự kết hợp giữa các phần tử mắc nối tiếp và các phần tử mắc song song trong cùng một mạch và có những đặc điểm sau:
- Có từ hai kiểu mắc điện trở trở lên trong cùng một mạch.
- Một số phần tử có cùng dòng điện chạy qua do mắc nối tiếp.
- Một số phần tử có cùng hiệu điện thế do mắc song song.
- Điện trở tương đương của toàn mạch không thể tính bằng một công thức duy nhất mà phải rút gọn từng phần.
- Khi mạch phức tạp, cần xác định và tính từng nhóm nhỏ trước.
Để có thể nhận biết mạch hỗn hợp, mọi người cần quan sát các nút nối trong mạch. Nếu các phần tử nằm trên cùng một nhánh và dòng điện chỉ có một đường đi qua chúng, các phần tử đó thường được mắc nối tiếp. Ngược lại, nếu hai phần tử có hai đầu nối vào cùng hai điểm của mạch, chúng được mắc song song.
Nguyên lý hoạt động của mạch điện hỗn hợp
Do mạch điện hỗn hợp kết hợp cả nối tiếp và song song nên dòng điện và điện áp trong mạch cũng tuân theo nguyên lý của từng kiểu mắc.
Đối với phần mạch mắc nối tiếp
-
Trong mạch nối tiếp, dòng điện chạy qua các phần tử là như nhau: I = I1 = I2 = ... = In
- Hiệu điện thế toàn đoạn mạch bằng tổng hiệu điện thế trên từng phần tử: U = U1 + U2 + ... + Un
- Điện trở tương đương của các điện trở mắc nối tiếp: Rtđ = R1 + R2 + ... + Rn
- Như vậy, khi mắc nối tiếp càng nhiều điện trở thì điện trở tương đương của đoạn mạch càng lớn.
Đối với phần mạch mắc song song
-
Trong mạch song song, hiệu điện thế giữa hai đầu các nhánh là bằng nhau: U = U1 = U2 = ... = Un
- Dòng điện toàn mạch bằng tổng dòng điện qua các nhánh: I = I1 + I2 + ... + In
- Điện trở tương đương được tính theo công thức: 1/Rtd = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn
- Đối với hai điện trở mắc song song: Rtđ = (R1 × R2) / (R1 + R2)
- Điện trở tương đương của một nhóm điện trở mắc song song luôn nhỏ hơn điện trở nhỏ nhất trong nhóm đó.
Trong mạch điện hỗn hợp
Với mạch hỗn hợp, không thể áp dụng trực tiếp một công thức cho toàn bộ mạch. Thay vào đó, cần chia mạch thành từng nhóm nối tiếp và song song rồi tính lần lượt.
Thông thường, nên bắt đầu từ những nhóm đơn giản nhất nằm bên trong mạch, sau đó rút gọn dần cho đến khi thu được một điện trở tương đương duy nhất.
Công thức tính mạch điện hỗn hợp
Để tính mạch điện hỗn hợp, ta có định luật Ohm: I = U / R
Trong đó:
- I là cường độ dòng điện, đơn vị ampe (A).
- U là hiệu điện thế, đơn vị vôn (V).
- R là điện trở, đơn vị ohm (Ω).
Từ công thức trên có thể suy ra:
U = I × R
và:
R = U / I
- Đối với mạch nối tiếp: Rtđ = R1 + R2 + ... + Rn
- Đối với mạch song song: 1/Rtd = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn
- Với hai điện trở song song: Rtđ = (R1 × R2) / (R1 + R2)
Trong mạch hỗn hợp, thứ tự tính thường là:
Tìm nhóm nối tiếp hoặc song song → tính điện trở tương đương của nhóm → thay nhóm đó bằng một điện trở tương đương → tiếp tục rút gọn → tính toàn mạch.
Vì thế mà mạch điện hỗn hợp không có một công thức cố định nào cho từng trường hợp. Cách tính phụ thuộc vào cách bố trí các điện trở trong từng sơ đồ.
Cách tính điện trở tương đương của mạch điện hỗn hợp
Điện trở tương đương là đại lượng rất quan trọng khi giải mạch điện hỗn hợp. Có thể thực hiện theo các bước sau.
Bước 1: Xác định các nhóm điện trở
Quan sát sơ đồ và xác định điện trở nào mắc nối tiếp, điện trở nào mắc song song. đây là bước khá quan trọng vì nếu xác định sai có thể khiến kết quả không được chính xác.
Bước 2: Tính điện trở tương đương của từng nhóm
- Với nhóm nối tiếp: Rnt = R1 + R2 + ...
- Với nhóm song song: 1/Rss = 1/R1 + 1/R2 + ...
- Hoặc nếu chỉ có hai điện trở: Rss = (R1 × R2) / (R1 + R2)
Bước 3: Rút gọn sơ đồ mạch
Sau khi tính được điện trở tương đương của một nhóm, có thể thay toàn bộ nhóm đó bằng một điện trở duy nhất. Tiếp tục quan sát sơ đồ mới để xác định các phần mắc nối tiếp hoặc song song còn lại.
Bước 4: Tính điện trở tương đương toàn mạch
- Lặp lại quá trình rút gọn cho đến khi chỉ còn một điện trở duy nhất.
- Điện trở này chính là: Rtđ của toàn mạch.
- Sau khi biết Rtđ và điện áp nguồn, có thể tính dòng điện toàn mạch bằng: I = U / Rtđ
- Từ dòng điện và đặc điểm của từng nhánh, tiếp tục tính dòng điện hoặc điện áp trên từng điện trở nếu cần.
Ứng dụng của mạch điện hỗn hợp
Mạch điện hỗn hợp xuất hiện phổ biến trong các hệ thống điện và điện tử với một số ứng dụng phổ biến như:
- Mạch điện trong thiết bị điện tử.
- Hệ thống chiếu sáng.
- Mạch nguồn.
- Mạch điều khiển.
- Các mạch điện có nhiều điện trở.
- Một số hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.
=> Xem thêm sản phẩm: https://chotroihn.vn/mach-dieu-khien-led-vay-mach-ledsign
Một số câu hỏi về mạch điện hỗn hợp
Mạch điện hỗn hợp là mạch nối tiếp hay song song
Mạch điện hỗn hợp là sự kết hợp của mạch nối tiếp và mạch song song trên cùng một mạch
Mạch điện hỗn hợp có công thức riêng không
Mạch điện hỗn hợp không có một công thức cố định nào. Cần xác định từng nhóm điện trở, áp dụng công thức nối tiếp hoặc song song rồi rút gọn mạch từng bước.
Làm thế nào để nhận biết điện trở mắc song song
Hai điện trở được xem là mắc song song khi hai đầu của chúng lần lượt nối vào cùng hai điểm của mạch. Các điện trở mắc song song có cùng hiệu điện thế giữa hai đầu.
Khi đã xác định được điện trở tương đương, có thể sử dụng định luật Ohm để tính dòng điện, hiệu điện thế và các đại lượng cần thiết khác. Với người mới học điện và điện tử, việc nắm chắc mạch nối tiếp, mạch song song và cách rút gọn mạch sẽ giúp việc giải các bài toán mạch điện hỗn hợp trở nên đơn giản hơn rất nhiều.
=> Tìm hiểu thêm: Mạch điện xoay chiều là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
