深入研究串联电路与并联电路

关键的外卖

• 学习串联和并联的基本元素

• 利用晶体管的并联和串联电路

• 讨论串联与并联谐振电路

图示左边为平行电路，右边为串联电路

最后，串联电路和并联电路的区别可以用下面两句话来概括。

在串联电路中，元件从一端连接到另一端，形成电流流过的单一路径。电路中的所有元件都有相同的电流通过。

在并联电路中，所有元件都连接在一起，共用两个电气节点。每个元件的电压都是一样的。

当然，现在大多数电路既不是纯粹的串联电路，也不是纯粹的并联电路，而是两者的混合。通常，你会在一个较大的电路中看到包含并行元件或串联元件的子电路。

我们将提供电阻作为任意两端器件的基本示例，但这些定义也适用于电容器和电感。然后，我们将讨论更复杂的串并联电路与晶体管，电感和电容器。

系列元素

电阻R1到R4串联原理图

术语串联电路是指端到端连接的元件，如上图所示。例如，电压源提供一个电压，并导致电流在电路中的单个支路中流动，通过R4一直到R1。

为了计算每个电阻上的压降，可以使用欧姆定律然后用支路的电流(通过每个电阻的相同电流)乘以它的电阻。另一种计算每个电阻压降的方法是把它当作分压器并利用相应的分压器方程。

平行元素

显示R1到R3平行的示意图

在并联电路中，所有元件都有两个共同的电结点。在大多数电路中，假定导线之间的电压降为零，因此，导线连接的所有节点在该点具有相同的电压。如上图所示，电阻R1, R2和R3底部都有一个电公共节点(恰好连接到电池的负极)，顶部有一个电公共模式(恰好连接到电池的正极)。

由于所有元件共用两个共用的电结点，所以它们都有相同的压降。在图像中，节点电连接到电池的正极和负极，因此，所有电阻的电压降与V成正比。

BJT晶体管并联电路

在单个晶体管可能不够用的情况下，并联晶体管可以用来帮助调节电流。当多个晶体管并联时，电流处理能力可以更好地处理，并防止任何单个晶体管持续损坏。

例如，假设我们想要为一个电机供电，它所需要的电流(1.5A)大于单个晶体管(1A)所能提供的电流。再加一个晶体管，就可以获得高达2a的安全电流，足以为电机供电。如果电机连接到电源，那么两个bjt的收集器可以连接到第二个端子，所有三个共享一个公共节点。两个晶体管的底座将连接到电机控制和发射器到地。

如果两个晶体管(以及使用的任何其他无源元件)完全匹配，这就很有用。在现实中，这种情况很少发生，热失控或不匹配可能发生。当晶体管之间的制造不匹配时，就会发生这种情况，导致一个晶体管比另一个吸收更多的电流，这可能导致永久性损坏。

出于这个原因，你应该利用一个低值电阻串联每个发射器。这提供了负面反馈;在过流的情况下，BJT的发射极节点将增加，导致较小的VBE，从而减少电流消耗。

MOSFET晶体管的并联和串联电路

一个特别常见的应用是CMOS(互补金属氧化物半导体)逻辑。想象一个NAND门;“out”节点下方的晶体管为NMOS晶体管，“out”节点上方的晶体管为PMOS晶体管。

NMOS晶体管是串联的。如果A和B都很高，那么两个晶体管都传导电流。在漏极处进入顶部NMOS(输入A)的电流从底部NMOS(输入B)流出。对于串联晶体管，两者都必须提供一个低电阻，将输出端连接到电源电压，本质上创建一个与门。

两个PMOS晶体管并联，PMOS晶体管的两个节点都连接到Vdd和“out”，这意味着当不导电时，它们之间有相同的压降。当电流路径有两个晶体管并联时，一个或两个晶体管必须呈现低电阻连接电源电压和输出，创建or门。

谐振串联与并联电路

并联和串联电路的另一个常见用途是创建LC谐振槽。LC电路，也称为槽电路或调谐电路，由电感(L)和电容器(C)组成，以并联或串联的方式连接。它们对于生成给定频率的信号或从更复杂的滤波器中过滤出特定频率特别有用。

当以自然振幅振荡时共振频率在LC电路中，电容在电场中存储能量，电感在磁场中存储能量。它们可用于各种应用，包括调谐变送器，感应加热，和建筑过滤器。

在某些情况下，您可以将串联谐振电路转换为并联谐振电路，反之亦然，这取决于感兴趣的频率。在线使用串并联转换器可能会有所帮助。

系列LC罐

串联结构中，电容器和电感串接。整个电路块的总电压是电容和电感电压的叠加，它们都共享相同的电流。随着频率的增加，电感呈现出更多的电抗，而电容器呈现出更少的电抗。在给定频率下，电感和电容的电抗相等，即为谐振频率。

在共振时，电抗相互抵消，电流最大化。等效电路阻抗最小，这就是串联LC电路称为受体电路的原因。当与谐振频率的负载串联时，电路将起到电流的作用带通滤波器零阻抗。串联谐振电路可以提供电压放大。

并联谐振电路

在并行LC电路中，电路块上的电压等于电感上的电压，这与电容器相同。流过块的电流等于流过电感器和电容器的电流之和。

在共振时，电容器的电抗等于电感的电抗，它们相互抵消。理论上讲，从端子引出的电流为零，电流只是在电感器和电容器之间循环。

在谐振频率下，谐振并联电路的阻抗达到无穷大。因此，将电路与负载串联起来将起到一个带阻滤波器，同时将负载并联将作为带通滤波器。

并联谐振电路可以提供电流放大，也可以用作射频放大器输出中的负载阻抗。因为它们在感兴趣的频率上呈现高阻抗，放大器的增益可以达到最大。

在设计中考虑串联和并联电路时，请确保优化Cadence的设计和分析软件套件。您将能够访问一套完整的原理图捕获工具、模拟功能和其他强大的CAD功能。

如果您正在寻求在RF设计中使用谐振串联或并联电路，请务必检查射频设计:未来的潮流获取更多信息。