Seri ve paralel devreler

Seri ve paralel devreler elektrik mühendisliğinde devre elemanlarının bağlanış şekillerini ifade eder. Seri devrelerde devre elemanları aynı hat üzerinde her elemanın çıkışı bir sonrakinin girişine bağlanacak şekildedir. Bütün elemanlar üzerinde aynı akım akar. Fakat devre elemanları üzerindeki gerilim farklı olabilir. Paralel devrelerde ise bütün elemanların girişleri de çıkışları da ortaktır. Bütün elemanların üzerindeki gerilim eşittir. Buna karşılık devre elemanları üzerinde akan akım farklı olabilir.

Seri devrede akan akım;

${\displaystyle I=I_{1}=I_{2}=\cdots =I_{n}}$

Burada ${\displaystyle I}$ devreden geçen toplam akımdır. ${\displaystyle I_{n}}$ ise herhangi bir elemanın üzerinden geçen akımdır. Hat ortak olduğu için aynı akım bütün devre elemanlarının üzerinden geçer.

Buna karşılık elemanlar üzerindeki gerilim bu akım ile o elemanın empedansının çarpımı suretiyle bulunur.

${\displaystyle V=V_{1}+V_{2}+\dots +V_{n}}$

Her eleman üzerindeki gerilimin toplamı devrenin iki ucu arasındaki gerilimi verir.

Paralel devre elemanlar üzerindeki gerilim eşittir.

${\displaystyle V=V_{1}=V_{2}=\cdots =V_{n}}$

Burada ${\displaystyle V}$devrenin iki ucu arasındaki gerilim farkıdır. ${\displaystyle V_{n}}$ ise herhangi bir elemanın üzerindeki gerilimdir. Uçlar ortak olduğu için her eleman üzerindeki gerilim eşittir. Buna karşılık elemanlar üzerinde akan akım bu gerilimin o elemanın empedansına bölünmesi suretiyle bulunur. Buna göre

${\displaystyle I=I_{1}+I_{2}+\dots +I_{n}}$

Her eleman üzerinden geçen akımın toplamı devreye giren akıma eşittir.

Devre elemanları empedans (direnç, kondansatör veya indüktör) olabileceği gibi aktif elemanlar ya da anahtarlar da olabilir.

Direnç için empedans ${\displaystyle Z=R}$

Kondansatör için empedans ${\displaystyle Z={\frac {1}{j\cdot \omega \cdot C}}}$

İndüktör için empedans ${\displaystyle Z=j\cdot \omega \cdot L}$

Burada ${\displaystyle \omega }$ açısal frekans (${\displaystyle \omega =2\cdot \pi \cdot f}$) ve ${\displaystyle j}$ sanal operatördür.

Devre daha karmaşık olduğu zaman eşdeğer devre elemanlarını kullanmak daha uygun olur. e indisi ile eşdeğer eleman kastedilirse;

Seri devrede ;

${\displaystyle R_{e}=R_{1}+R_{2}+\dots +R_{n}}$

${\displaystyle {\frac {1}{C_{e}}}={\frac {1}{C_{1}}}+{\frac {1}{C_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{C_{n}}}}$

${\displaystyle L_{e}=L_{1}+L_{2}+\dots +L_{n}}$

Paralel devrede ;

${\displaystyle {\frac {1}{R_{e}}}={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{R_{n}}}}$

${\displaystyle C_{e}=C_{1}+C_{2}+\dots +C_{n}}$

${\displaystyle {\frac {1}{L_{e}}}={\frac {1}{L_{1}}}+{\frac {1}{L_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{L_{n}}}}$

İki ucu arasında 400 volt olan bir seri devrede 3 direnç vardır ve değerleri sırayla 50 ohm, 30 ohm ve 20 ohm dur. Elemanlardan geçen akım ve elemanlar üzerindeki gerilim şu şekilde bulunur;

${\displaystyle R_{e}=50+30+20=100\quad \Omega }$

${\displaystyle I={\frac {V}{R_{e}}}={\frac {400}{100}}=4\quad A}$

Devre seri olduğundan üç dirençten de aynı akım geçer. Gerilimler ise şu şekilde bulunur;

${\displaystyle V_{a}=R_{a}\cdot I=50\cdot 4=200\quad V}$

${\displaystyle V_{b}=R_{b}\cdot I=30\cdot 4=120\quad V}$

${\displaystyle V_{c}=R_{c}\cdot I=20\cdot 4=80\quad V}$

Toplam gerilim (${\displaystyle 200+120+80=400}$) devrenin iki ucu arasındaki gerilime eşittir.

İki ucu arasında 12 volt olan bir paralel devrede 3 direnç vardır ve değerleri sırayla 4 ohm, 6 ohm ve 12 ohm dur. Elemanlardan geçen akım ve elemanlar üzerindeki gerilim şu şekilde bulunur;

Her direnç üzerinde düşen gerilim kaynak gerilimine eşit, yani 12 volttur. Dirençlerden geçen akım ise

${\displaystyle I_{a}={\frac {V}{R_{a}}}={\frac {12}{4}}=3\quad A}$

${\displaystyle I_{b}={\frac {V}{R_{b}}}={\frac {12}{6}}=2\quad A}$

${\displaystyle I_{c}={\frac {V}{R_{c}}}={\frac {12}{12}}=1\quad A}$

Devreden geçen toplam akım

${\displaystyle I=I_{a}+I_{b}+I_{c}=3+2+1=6\quad A}$

Toplam akım eşdeğer direnç yardımıyla da bulunabilir;

${\displaystyle {\frac {1}{R_{e}}}={\frac {1}{R_{a}}}+{\frac {1}{R_{b}}}+{\frac {1}{R_{c}}}={\frac {1}{4}}+{\frac {1}{6}}+{\frac {1}{12}}={\frac {1}{2}}}$

${\displaystyle R_{e}=2\quad \Omega \quad }$ olduğundan

${\displaystyle I_{T}={\frac {V}{R_{e}}}={\frac {12}{2}}=6\quad A}$