In questa puntata focalizzeremo la nostra attenzione sulle tipologie di collegamento elettrico tra i vari componenti. Quelli più importanti sono il collegamento in serie e il collegamento in parallelo. Entrambi consentono di sfruttare al massimo le caratteristiche dei dispositivi e permettono di ottenere risultati molto importanti.
Collegare i componenti tra di loro
Per modificare le prestazioni dei circuiti elettrici, spesso si usa collegare tra loro i componenti elettronici. I più importanti tipi di collegamento sono quello in serie e quello in parallelo. In un circuito in serie, tutti i componenti sono collegati alla stessa linea. Praticamente essi condividono la stessa corrente che scorre attraverso tutti i componenti collegati. In un circuito in serie è sufficiente che un solo componente si interrompa per bloccare tutti gli altri componenti. In un circuito in parallelo ogni componente ha il proprio circuito. Le singole correnti si sommano alla corrente totale. A differenza di un circuito in serie, se un componente si guasta in un circuito in parallelo, gli altri dispositivi continuano a funzionare normalmente.
Il circuito in serie
Nel collegamento in serie (vedi in figura 1) la corrente elettrica, rappresentata in questo caso dalle formiche, può attraversare un solo percorso. Se una sola formica si ferma anche tutte le altre si fermeranno. Le formiche si possono muovere solo in un senso e dal percorso essi non possono uscire. Le luci dell’albero di Natale, ad esempio, sono collegate tra loro in un circuito in serie. Se una sola luce si brucia, le altre luci non si accenderanno.
Figura 1: nel circuito in serie tutti gli elettroni percorrono la stessa strada
Il circuito in parallelo
Nel collegamento in parallelo (vedi in figura 2) la corrente, rappresentata sempre dalle formiche, percorrono diverse strade, in maniera del tutto casuale. Se una formica si ferma, le altre formiche possono attraversare le altre strade. Le luci dell’impianto di una casa, ad esempio, sono collegate tra loro in un circuito in parallelo. Se una luce si brucia, le altre luci continueranno a funzionare regolarmente.
Figura 2: nel circuito in parallelo gli elettroni percorrono strade diverse
Quali componenti possono essere collegati in serie e in parallelo?
In pratica quasi tutti i componenti elettrici ed elettronici possono essere collegati in serie e in parallelo. Gli esempi che seguono mostrano chiaramente le applicazioni pratiche e le nostre prove saranno concentrate sui seguenti componenti:
- pile e batterie;
- lampadine;
- resistori.
Pile e batterie in serie e in parallelo
Innanzitutto è molto importante che le batterie da collegare siano uguali e che abbiano tutte lo stesso grado di carica. La figura 3 mostra le differenze di misura dei circuiti in serie e in parallelo delle batterie. Il collegamento delle batterie in serie è molto frequente e comune ed è anche il più semplice. Esso prevede la disposizione di tutti i generatori con il polo negativo connesso con il polo positivo dell’altro. Questo tipo di connessione può essere osservato, ad esempio, nei telecomandi di un televisore oppure nelle automobili giocattoli. La tensione complessiva che si ottiene è uguale alla somma delle tensioni dei singoli generatori, secondo la seguente formula:
Si utilizza, la connessione in serie quando è necessario aumentare la tensione di alimentazione in un circuito. Con questo metodo si possono ottenere valori di tensione molto importanti, infatti è sufficiente collegare cento o duecento generatori per ritrovare, in uscita, centinaia di volt, abbastanza pericolose. Il collegamento in serie di due o più batterie permette di ottenere in uscita, dunque, una maggiore tensione nominale rispetto a quella delle singole batterie, mantenendo la stessa capacità. Durante il collegamento è importante stare attenti a rispettare la corretta polarità. Il collegamento in parallelo, invece, si effettua collegando tra loro tutti i poli positivi e tra loro tutti i poli negativi di più generatori. Il collegamento in parallelo di due o più batterie uguali permette di ottenere una capacità maggiore, mantenendo la stessa tensione nominale. E’ importante che i generatori abbiano la stessa tensione, altrimenti potrebbero sorgere dei problemi. Si effettua tale tipologia di collegamento quando occorre aumentare la durata dei generatori (si ottiene, infatti, più corrente), mentre la tensione totale è uguale a quella di un solo generatore.
Figura 3: la tensione delle pile collegate in serie e in parallelo
Collegamento di lampade in serie e in parallelo
Oltre alle pile è possibile collegare le lampade (e i diodi Led) in serie e in parallelo (vedi esempio in figura 4). Ciò che si ottiene è sempre l’illuminazione delle lampade, ma in maniera del tutto diversa. Nella sezione “a” dello schema vi sono 14 lampadine, tutte collegate in serie. Se una sola di esse si brucia, tutte le altre si spengono, poiché la corrente elettrica non trova più una strada da percorrere. Nella sezione “b” dello schema le 7 lampadine sono collegate in parallelo. Ognuna di esse è indipendente dalle altre e la distruzione di una di esse non causa lo spegnimento di tutte le altre che, invece, continueranno a funzionare regolarmente. La sezione “c” dello schema, infine, mostra un collegamento misto delle lampade. Il flusso della corrente, in pratica, si comporta come quello di tante automobili che seguono e percorrono le strade libere.
Figura 4: collegamento di lampade in serie, in parallelo e in collegamento misto
Collegamento di resistori in serie e in parallelo
Anche i resistori possono essere connessi tra loro in serie e in parallelo (vedi esempio in figura 5). A seconda degli scopi del circuito occorre realizzare uno dei due tipi di collegamento. Iniziamo con la definizione di resistori in serie e in parallelo. Due o più resistori sono in serie quando l’estremo di uscita di uno è collegato con l’estremo di entrata dell’altro. In altre parole i componenti sono connessi in sequenza e saranno attraversati dalla stessa corrente e dallo stesso flusso di elettroni, come avviene per le batterie e le lampadine. Invece due o più resistori sono collegati in parallelo quando gli estremi di entrata e gli estremi di uscita sono collegati fra loro. I resistori in parallelo non si trovano sullo stesso filo in sequenza, ma sono connessi su più fili. Pertanto le correnti non sono uguali, perché la corrente può passare per la prima o per le altre resistenze. In linea generale, quando si collegano tra di loro tante resistenze, è come se si usasse un unico resistore con un differente valore, secondo le seguenti regole:
- collegando due o più resistori in serie, si ottiene il valore di un solo resistore equivalente. Esso è dato dalla somma delle singole resistenze, per cui la resistenza equivalente sarà maggiore delle singole resistenze. Nei resistori in serie, la quantità di corrente è la stessa per ciascuna delle resistenze. Per esempio, collegando in serie tre resistori, rispettivamente, dal valore di 220 Ohm, 330 Ohm e 470 Ohm, è come si sta utilizzando un solo resistore dal valore di 1020 Ohm;
- collegando due o più resistori in parallelo, si ottiene il valore di un solo resistore che risulta minore di tutti gli altri. Per esempio, collegando in parallelo tre resistori, rispettivamente, dal valore di 220 Ohm, 330 Ohm e 470 Ohm, è come se si sta utilizzando un solo resistore dal valore di 103.056 Ohm.
In altre parole, il collegamento in serie tra resistori alza il valore degli ohm e fa passare meno corrente. Viceversa, il collegamento in parallelo tra resistori abbassa il valore degli ohm e fa passare più corrente.
Figura 5: il collegamento dei resistori in serie e in parallelo
Conclusioni
Tutti i circuiti elettrici di qualsiasi settore prevedono collegamenti tra i diversi componenti. Il collegamento delle batterie in serie e in parallelo permette di ottenere alti voltaggi o autonomie più lunghe dai generatori. Il collegamento delle lampadine in serie e in parallelo permette di ottenere una illuminazione distribuita su più stanze. Infine il collegamento dei resistori in serie e in parallelo permette di ottenere valori di resistori che non sono presenti sul mercato oppure di creare dei resistori più robusti, in grado di sopportare maggiore potenza.
