造物笔记/嘉立创EDA 教程(原立创EDA)
基于 嘉立创EDA专业版 V4.1.93
造物笔记 / 嘉立创EDA 教程 / 第 2 章 · 前置知识补全

2.3 串联与并联

元件连在一起只有两种基本方式:排成一串(串联),或者并排接(并联)。搞懂它们,你就能明白分压电路、LED 为什么要串电阻,以及为什么每颗 LED 最好各配一个电阻。

⏱ 约 15 分钟🎯 需要 2.1 的基础🖱️ 含分压器演示

串联:排成一串#

元件首尾相接、电流只有一条路可走,就是串联。想象几段细水管接成一根长管子:

  • 电流处处相同:水只有一条路,流过每段管子的水量都一样。
  • 电压被分掉:总电压 = 每个元件两端电压之和。
  • 电阻相加:R总 = R1 + R2 + …(管子越接越长,阻碍越大)。

并联:并排接#

元件两端分别接在一起、电流可以分几条路走,就是并联。想象一根水管分成几根并排的支管:

  • 电压处处相同:每条支路两端都接在同样的两个点上。
  • 电流被分掉:总电流 = 每条支路电流之和。
  • 总电阻变小:1/R总 = 1/R1 + 1/R2 + …。两个相同的电阻并联,总电阻是一个的一半(多了一条路,水更好流)。
串联:电流相同,电压分掉 R1 R2 V1V2 V总 = V1 + V2 R总 = R1 + R2 并联:电压相同,电流分掉 R1 R2 I总 = I1 + I2 1/R总 = 1/R1 + 1/R2

分压:两个电阻串联,中间取电压#

两个电阻串联在电源和 GND 之间,中间那个点的电压就是按电阻比例“分”出来的:

Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

可以想成爬楼梯:从 Vin 走到 0 V,R1 和 R2 各占一段“高度”,电阻越大的那段越高。动手试试:

分压器演示
右边的柱子表示 Vout 占 Vin 的比例。阻值单位是 kΩ,可以直接输入任意数值。

LED 为什么一定要串电阻#

电阻有个好性格:电压加倍,电流也只是加倍,很“好商量”。但 LED(以及所有二极管)不是这样:

  • 电压低于它的“门槛”(正向压降,红色约 2 V、白色约 3 V)时,几乎没有电流,不亮。
  • 电压一过门槛,电流会猛增——稍微多一点点电压,电流就可能翻好几倍,LED 很快就烧了。

所以 LED 不能直接接在 5 V 上,必须串联一个电阻来“限流”。串联之后:电源电压 = LED 压降 + 电阻压降,多出来的电压由电阻“扛”下来,电流就被电阻限制住了:

R = (电源电压 − LED 压降) / 想要的电流

具体怎么选阻值,2.4 节有一个 LED 限流电阻计算器。

Vin = 5 V,R1 = 10 kΩ,R2 = 10 kΩ,中间点的电压是多少?
✅ 两个电阻一样大,各分一半:5 × 10 / (10 + 10) = 2.5 V。
两个 1 kΩ 电阻并联,总电阻是多少?
✅ 并联多了一条路,总电阻变小:1/R = 1/1000 + 1/1000,R = 500 Ω。串联才是相加(2 kΩ)。

回到哪里继续#