Nederlands
Menu

Serieschakeling versus parallelschakeling: stroom, spanning, vervangingsweerstand, condensatoren en batterijen

Onderdelen achter elkaar in één lijn verbinden is een serieschakeling; ze naast elkaar verbinden met hun uiteinden samen is een parallelschakeling. In serie loopt door elk onderdeel dezelfde stroom en wordt de spanning over de onderdelen verdeeld. Parallel staat over elk onderdeel dezelfde spanning en wordt de stroom over de onderdelen verdeeld. Daarom tellen weerstanden in serie op, terwijl parallel de vervangingsweerstand het omgekeerde is van de som van de omgekeerden, kleiner zelfs dan de kleinste weerstand. Condensatoren zijn de uitzondering: hun formules zijn omgekeerd, ze tellen op bij parallelschakeling en combineren via omgekeerden in serie.

KenmerkSerieschakelingParallelschakeling
Gemeenschappelijke grootheidStroom (door elk onderdeel loopt dezelfde stroom)Spanning (over elk onderdeel staat dezelfde spanning)
Verdeelde grootheidSpanning, verdeeld in verhouding tot de weerstand (spanningsdeler): 2 kΩ en 1 kΩ aan 12 V geven 8 V en 4 VStroom, verdeeld in omgekeerde verhouding tot de weerstand (stroomdeler): 3 A in 10 Ω en 20 Ω splitst zich in 2 A en 1 A
VervangingsweerstandR = R1 + R2 + …: 100 Ω, 200 Ω en 300 Ω geven 600 Ω1/R = 1/R1 + 1/R2 + …: 100 Ω, 200 Ω en 300 Ω geven ongeveer 54,5 Ω; voor twee weerstanden product gedeeld door som
Vervangingscapaciteit1/C = 1/C1 + 1/C2 + …, dus ze wordt kleiner: 10 µF en 22 µF geven ongeveer 6,88 µFC = C1 + C2 + …, dus ze telt op: 10 µF en 22 µF geven 32 µF
Vervangingsinductantie (zonder magnetische koppeling)L = L1 + L2 + … (zelfde vorm als bij weerstanden)1/L = 1/L1 + 1/L2 + … (zelfde vorm als bij weerstanden)
Onderdeel dat meer vermogen dissipeertDe grotere weerstand, omdat de stroom gelijk is (P = I²R)De kleinere weerstand, omdat de spanning gelijk is (P = V²/R); twee gelijke weerstanden delen het vermogen gelijk, maar de nominale waarden hebben toch marge nodig (derating)
Als één onderdeel onderbroken raaktDe stroom stopt in de hele schakelingDe stroom blijft door de andere onderdelen lopen
Batterijen schakelenDe spanningen tellen op (twee cellen van 1,5 V geven 3 V); de capaciteit (mAh) blijft die van één celDe spanning blijft die van één cel; de capaciteiten tellen op, dus het geheel gaat langer mee
Voorbeelden in de elektronicaSpanningsdelers, stroombegrenzingsweerstanden voor LED's, thermische weerstanden die zich opstapelen van junctie naar behuizing naar koellichaamVermogens-MOSFET's parallel schakelen om de aan-weerstand te verlagen, veel via's en voedingsbanen parallel om IR-drop te beperken, ontkoppelcondensatoren, stopcontacten in huis

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Serieschakeling
Om een spanning te verdelen (een spanningsdeler), om dezelfde stroom door elk onderdeel te sturen (zoals meerdere LED's met dezelfde stroom aansturen), of om met batterijen een hogere spanning op te bouwen.
Parallelschakeling
Om op elk onderdeel dezelfde spanning te zetten en de andere te laten werken als er één uitvalt (huisinstallatie), of om de weerstand te verlagen en de stroomcapaciteit of de capaciteit te vergroten.

Veelgestelde vragen

Waarom verlaagt het parallel schakelen van weerstanden de weerstand?

Omdat er meer wegen voor de stroom zijn, zodat bij dezelfde spanning in totaal meer stroom loopt. Volgens de wet van Ohm, R = V/I, betekent meer stroom een lagere vervangingsweerstand. Welke weerstand je ook parallel bijschakelt, het resultaat is kleiner dan de kleinste weerstand: 6 Ω parallel aan 3 Ω geeft 18 ÷ 9 = 2 Ω.

Waarom zijn de formules voor serie en parallel bij condensatoren omgekeerd?

De capaciteit van een plaatcondensator is C = εS/d (S is de plaatoppervlakte en d de plaatafstand). Condensatoren parallel schakelen is als het vergroten van de plaatoppervlakte, terwijl identieke condensatoren in serie schakelen is als het vergroten van de afstand. In formulevorm draagt elke condensator in serie dezelfde lading Q en tellen de spanningen Q/C1 + Q/C2 + … op, wat 1/C = 1/C1 + 1/C2 + … geeft.

Waarom daalt de uitgang van een spanningsdeler als er een belasting wordt aangesloten?

De belasting staat parallel aan de onderste weerstand, wat de weerstand van dat deel verlaagt. 10 V delen met 10 kΩ en 10 kΩ geeft 5 V, maar een belasting van 10 kΩ over de onderste weerstand maakt dat deel 5 kΩ, en de uitgang daalt tot 10 × 5/15 ≈ 3,33 V. Maak de delerweerstanden veel kleiner dan de belasting of buffer de uitgang (met een spanningsvolger).

Waar moet ik op letten als ik batterijen parallel schakel?

Als batterijen met verschillende spanningen parallel worden geschakeld, loopt er stroom van de batterij met de hogere spanning naar de lagere. Schakel batterijen van hetzelfde type met een gelijke laadtoestand. Gebruik bij het combineren van lithium-ioncellen, in serie of parallel, een beveiligingsschakeling die de spanning van elke cel bewaakt.

Test uw begrip

Hoe groot is de vervangingsweerstand als drie weerstanden van 100 Ω, 200 Ω en 300 Ω in serie worden geschakeld?

  1. ACirca 55 Ω
  2. B600 Ω
  3. C200 Ω
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. 600 Ω

De vervangingsweerstand van weerstanden in serie is de som van de afzonderlijke weerstanden: 100 + 200 + 300 = 600 Ω. In serie loopt door alle drie dezelfde stroom, en de spanning verdeelt zich in verhouding tot de weerstandswaarden. Legt men bijvoorbeeld 12 V aan, dan is de stroom 12 V/600 Ω = 20 mA en staat er over de weerstanden 2 V, 4 V en 6 V. Schakelt men dezelfde drie weerstanden parallel, dan is de vervangingsweerstand circa 55 Ω, kleiner dan de kleinste weerstand (100 Ω).

Hoe groot is de vervangingsweerstand als een weerstand van 6 Ω en een van 3 Ω parallel worden geschakeld?

  1. A2 Ω
  2. B9 Ω
  3. C4,5 Ω
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. 2 Ω

Voor twee parallelle weerstanden is de vervangingsweerstand R1R2/(R1 + R2) (product gedeeld door som): 6 × 3/(6 + 3) = 18/9 = 2 Ω. Hij volgt ook als het omgekeerde van de som van de omgekeerden, 1/6 + 1/3 = 1/2. De vervangingsweerstand van een parallelschakeling is kleiner dan de kleinste weerstand (3 Ω). Parallel staat over beide weerstanden dezelfde spanning en verdeelt de stroom zich omgekeerd evenredig met de weerstanden, zodat door de weerstand van 3 Ω twee keer zoveel stroom loopt als door die van 6 Ω.

Bij een plaatcondensator wordt het oppervlak van de platen verdubbeld en de afstand tussen de platen gehalveerd. Hoeveel maal zo groot wordt de capaciteit? (Het diëlektricum tussen de platen blijft hetzelfde.)

  1. A1 maal (onveranderd)
  2. B4 maal
  3. C2 maal
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. 4 maal

De capaciteit van een plaatcondensator is C = εS/d (ε: permittiviteit, S: plaatoppervlak, d: afstand), evenredig met het oppervlak en omgekeerd evenredig met de afstand. Het dubbele oppervlak verdubbelt de capaciteit en de halve afstand verdubbelt haar nog eens, samen 2 × 2 = 4 maal. Vult men de ruimte tussen de platen met een diëlektricum met relatieve permittiviteit εr, dan wordt de capaciteit εr maal zo groot. Meerlaagse keramische condensatoren stapelen veel dunne diëlektrische lagen om een grote capaciteit te bereiken.

  1. Op een gelijkspanningsbron van 12 V worden, vanaf de pluspool, de weerstanden R1 = 2 kΩ en R2 = 1 kΩ in die volgorde in serie geschakeld (het andere uiteinde van R2 is verbonden met de minpool). Hoe groot is de spanning over R2? (Er wordt geen stroom uit de uitgang getrokken.)
  2. Een weerstand van 10 Ω en een van 20 Ω worden parallel geschakeld, en er loopt in totaal een stroom van 3 A in de combinatie. Hoe groot is de stroom door de weerstand van 20 Ω?
  3. In een spanningsdeler van twee weerstanden van 10 kΩ in serie op een gelijkspanningsbron van 10 V wordt een belastingsweerstand van 10 kΩ parallel aan de onderste weerstand (aan de massakant) aangesloten. Welke waarde ligt het dichtst bij de uitgangsspanning (de spanning over de onderste weerstand)?

Oefenvragen over Basis van elektrische schakelingen en elektromagnetisme

Belangrijke termen uitgelegd

Aan-weerstand (on-resistance)
Weerstand van het stroompad wanneer een vermogenshalfgeleider aan staat. Hoe lager, hoe minder geleidingsverlies.
Thermische weerstand
Grootheid die aangeeft hoe moeilijk warmte wordt doorgegeven, in eenheden van °C/W. De temperatuurstijging volgt uit het opgewekte vermogen maal de thermische weerstand. Die van de chipjunctie naar de omgevingslucht wordt θJA genoemd.
IR-drop
Verschijnsel waarbij de voedingsspanning die de schakeling bereikt daalt doordat stroom (I) door de weerstand (R) van de voedingsbedrading loopt. Veroorzaakt toenemende schakelingsvertraging en storingen.
Via
Geleider die in meerlaagse bedrading de boven- en onderliggende bedradingslagen elektrisch verbindt. Wordt gemaakt door een gat in de isolatielaag met metaal te vullen.
Derating
Componenten met marge onder hun nominale waarden voor spanning, stroom, temperatuur enzovoort gebruiken in plaats van op de volle nominale waarde, om de betrouwbaarheid te verhogen. Gangbare richtlijnen zijn een spanning van hoogstens 70 tot 80% van de nominale waarde, of een junctietemperatuur van hoogstens 125 °C bij een maximum van 150 °C.

Verwante vergelijkingen