Rozpojené obvody jsou zásadní pro bezpečnost a spolehlivost elektrických systémů. Často jsou považovány za poruchu nebo chybu. Jejich záměrné použití v elektrických systémech však zajišťuje bezpečnost a spolehlivost systému. Například rozpojené obvody, jako jsou jističe a pojistky, jsou v obvodech zásadní, aby se zabránilo poškození zařízení nadproudem.

Na druhou stranu, když proud neteče ze zdroje k zátěži bez jakéhokoli zásahu, nazývá se to porucha přerušeného obvodu. Tento typ přerušeného obvodu není žádoucí a musí být včas řešen. Porucha přerušeného obvodu může způsobit poškození systému a v nejhorších případech úplné selhání. Aby byla zajištěna bezpečnost a spolehlivost systému, musí být poruchy přerušeného obvodu včas řešeny.

V elektrických systémech se hojně používají různá elektronická zařízení, jako jsou jističe, pojistky a tranzistory. Tato zařízení fungují na principu otevřených obvodů. Například v situacích, kdy zařízení odebírá proud od určitého limitu, pojistka vytvoří otevřený obvod a přeruší obvodovou cestu. Proto je pro odborníky v oblasti elektrotechniky důležité porozumět otevřeným obvodům a jejich principům fungování, aby mohli navrhovat robustní elektrické systémy.

Tento článek vám pomůže pochopit koncepty přerušených obvodů, jejich příčiny, charakteristiky, klíčové principy a jak se liší od zkratů. Zkoumá také roli přerušených obvodů v bezpečnosti a spolehlivosti systému.

Co je otevřený okruh?

Elektronický obvod není nic jiného než uzavřená smyčka. Proud teče od zdroje k zátěži touto uzavřenou smyčkou. Na druhou stranu, otevřený obvod je stav, kdy proud nemůže protékat od zdroje k zátěži. To se může stát z různých důvodů, včetně uvolněných spojů a přerušených vodičů. V některých případech může přehřátí vodičů způsobit jejich přerušení. Pokud není stav otevřeného obvodu vyžadován, může to způsobit kolísání napětí a zbytečnou spotřebu energie.

Vezměme si příklad LED světla, jak je znázorněno na obrázku 1. Když spínač funguje jako zkrat, proud poteče ze zdroje do zátěže a LED se rozsvítí. Na druhou stranu, když spínač funguje jako rozpojený obvod, jak je znázorněno na obrázku 2, proud neprotéká ze zdroje do zátěže a LED dioda zůstane ve vypnutém stavu. Proto je třeba poznamenat, že poloha spínače v rozpojeném nebo zkratovaném obvodu mění celou funkci obvodu.

Pochopení otevřených obvodů

Pro práci s elektrickými obvody je nezbytné porozumět anatomii otevřených a zkratových obvodů. Pochopení těchto konceptů může pomoci předcházet poškození elektrických systémů a zajistit bezpečnost. V této části se podrobně zaměříme na anatomii otevřených obvodů a jejich odolnost vůči zkratům.

Anatomie otevřeného obvodu

Anatomie obecně studuje strukturu systému. Anatomie obvodů je tedy studium struktury obvodu. Pochopení anatomie obvodů pomáhá inženýrům identifikovat a diagnostikovat závady v elektrických systémech.

Obvod má několik základních komponent, které musí existovat, aby se udržel tok elektronů. Otevřený obvod je typ elektronického obvodu, který brání toku proudu do zátěže. Otevřený obvod má následující klíčové komponenty.

1.     Napájecí zdroj: Jako hlavní zdroj energie obvykle fungují baterie nebo solární články. Zdroj energie je obvykle aktivní, ale v obvodu neprotéká proud kvůli přerušenému vodiči nebo uvolněnému spojení.

2.     Zatížení: Součástka v obvodu, která spotřebovává elektrickou energii k výrobě požadovaného výstupu, jako je rezistor, ventilátor a žárovka.

3.     Přerušené dráty: Přerušení vodičů může být způsobeno různými faktory, jako je přehřátí a vadné součástky. Tyto přerušené vodiče vytvářejí přerušený obvod, což vede k jeho dysfunkci.

4.     Přepínač: Spínač je zařízení, které záměrně zapojujeme do obvodu pro řízený tok proudu, jako je relé, tranzistor, tyristor nebo dioda.

Odpor narušeného obvodu

Když je drát nebo vodič, který spojuje obvod a vytváří uzavřenou smyčku, přerušen, zastaví se tok proudu. Ohmův zákon říká, že odpor působí proti toku proudu. Teoreticky tedy nulový proud v obvodu nabízí nekonečný odpor. Tento nekonečný odpor se nazývá odpor otevřeného obvodu. Pro stav otevřeného obvodu lze usoudit, že;

   Použití Ohmova zákona říká, že:

Odpor v rozpojeném obvodu hraje v elektrických systémech důležitou roli, protože představuje úplné zablokování/přerušení obvodu. Nekonečný odpor v obvodu obvykle představuje poruchu, která může způsobit poškození systému, pokud nebude včas odstraněna. Například abnormální fungování smartphonu může být způsobeno fyzickým namáháním nebo přerušenými vodiči v desce plošných spojů (PCB). Přerušené vodiče vedou k přerušenému obvodu. Dalšími možnými příčinami přerušeného obvodu v elektronických zařízeních mohou být fyzické namáhání, silné vibrace a extrémní teplotní výkyvy.

Příčiny otevřených obvodů  

Možnost vzniku přerušeného obvodu může být úmyslná nebo neúmyslná. Nejčastějšími příčinami přerušených obvodů jsou však selhání součástek, vnější faktory a lidská chyba.

Selhání součásti

Když jedna nebo více součástí v návrhu obvodu nefunguje správně nebo je poškozena. Může existovat mnoho příčin selhání součástky, ale nejčastější jsou:

1.     Spálené rezistory: V elektronických obvodech se rezistory často spalují v důsledku přehřátí. To vytváří přerušený obvod.

2.     Přerušené dráty: Postupem času a stárnutím se mohou dráty přetrhnout a vytvořit přerušený obvod. Další příčiny přerušených drátů mohou být také způsobeny fyzickým namáháním a nehodami.

3.     Vadné spínače: Častým pozorováním je porucha osvětlovacího systému. Ta je způsobena vadným spínačem. Porucha spínače způsobuje přerušený obvod.

Vnější faktory

Různé vnější faktory také významně přispívají k poruchám v rozpojeném obvodu.

1.     Klimatické faktory: Porucha obvodu může být také způsobena kolísáním teploty, které způsobuje přerušený obvod.

2.     Výpadek napájení: Výpadek proudu je závažná závada způsobená přerušením obvodu, kterou je nutné včas řešit.

3.     Poškození hardwaru: Poškození obvodů elektronického zařízení v důsledku fyzického namáhání nebo vibrací může také způsobit přerušení obvodu. Například kontakt baterie v jízdním kole se může přerušit v důsledku vibrací vozovky.

Lidská chyba

Někdy může obsluha instalace nebo technik způsobit přehlédnutí, které může způsobit chybu a vést k poruchám způsobeným přerušením obvodu. Patří sem nesprávné zapojení, nesprávná izolace a nesprávná manipulace s elektrickými součástkami.

Otevřený obvod vs. zkrat

V elektrotechnice je pro návrh bezpečných a spolehlivých elektrických systémů nezbytné pochopení dvou extrémně protichůdných konceptů, tj. otevřených obvodů a zkratů. Otevřený obvod je stav, kdy proud neprochází od zdroje k zátěži a klade nekonečný odpor. Zkrat naopak nabízí cestu s nejmenším odporem (0 Ω) pro tok proudu a poskytuje nekonečný proud. Koncepty otevřených obvodů a zkratů jsou nezbytné pro identifikaci a nápravu systémových poruch, aby se zabránilo jejich selhání.

V otevřeném obvodu nemůže proud procházet od zdroje k zátěži. Protože elektrony nemohou v otevřeném obvodu procházet, nabízejí nekonečný odpor, nulový proud a žádný přenos energie od zdroje k zátěži. Na druhou stranu zkrat nabízí cestu s minimálním odporem. Cesta s minimálním odporem proto vede k enormnímu toku proudu, nulovému rozdílu potenciálů a maximálnímu přenosu energie. To může vést k přehřátí elektrických součástek a potenciálnímu poškození elektronických součástek.

Klíčové rozdíly mezi otevřenými obvody a zkraty jsou znázorněny v tabulce I. 

Tabulka I: Porovnání otevřeného obvodu a zkratu

	Napětí		Odpor	Výkon
Otevřený obvod	Rovné vstupnímu napětí
Zkrat	V = I x R => I x 0 => 0 voltů		Nula ohmů (0Ω)

Klíčové charakteristiky otevřených obvodů a zkratů lze tedy nalézt v tabulce I.

Tabulka II: Charakteristiky narušeného a zkratového obvodu

Otevřený okruh napětí

Napětí naprázdno hraje důležitou roli při určování maximální napěťové kapacity zařízení. Napětí naprázdno je maximální napětí, které může zařízení produkovat. Měří se v bezzátěžovém stavu. Výrobci elektroniky uvádějí toto napětí v technických manuálech k zařízení.

Zkratový proud

Zkratový proud je definován jako vysoký proud, který baterie vyprodukuje, aby se aktivovala pojistka a zabránila tak poškození elektronického zařízení. Zkratový proud se obvykle měří, když není připojena žádná zátěž. Většinou firmy uvádějí zkratový proud jako specifikaci elektronických zařízení.

Identifikace přerušených obvodů v elektrických systémech

Identifikace přerušených obvodů v elektrických systémech je prvním krokem k jejich efektivní diagnostice. Existuje několik způsobů, jak identifikovat potenciální přerušené obvody v elektrických systémech. Patří mezi ně:

• Fyzická kontrola:  Technik může při kontrole hledat případné přerušené vodiče a uvolněné spoje.

• Test pípnutí: Nastavte digitální multimetr (DMM) do režimu testování diod. Pokud je mezi dvěma svorkami přerušený obvod, sondy DMM nebudou pípat.

• Test multimetru:  Změřte odpor a napětí v různých podezřelých bodech. Pokud multimetr ukazuje nekonečný odpor, signalizuje to přerušený obvod.

Význam otevřených obvodů pro spolehlivost a bezpečnost systému

Přerušené obvody a zkraty jsou pro elektrická zařízení kritické a je třeba jim pečlivě věnovat pozornost. Jejich nesprávné zacházení může vést k dalekosáhlým důsledkům pro bezpečnost a spolehlivost systému. Jističe, pojistky, tranzistory a relé fungují na principu přerušeného obvodu, aby chránily systém před jakýmkoli nebezpečím.

A.    Jistič: Jističe používají konstrukci s automatickým rozpojením obvodu. Pokud zařízení odebírá proud nad stanovený limit, spustí se jistič a obvod se rozpojí. Tím se zabrání možnému poškození zařízení.

B.    pojistka: Důležitou součástí pojistky je kovový drát. Když se zařízení pokusí spotřebovat proud nad stanovený limit, kovový drát se roztaví a vytvoří přerušený obvod, čímž chrání zařízení před potenciálním poškozením. 

C.   Přepínač: Rozvaděč ve vašem domě je také příkladem otevřeného obvodu. Tyto desky se používají k ovládání doby zapínání a vypínání spotřebičů, jako jsou ventilátory a žárovky.

Otevřené obvody jsou také zásadní pro zajištění spolehlivosti elektrických systémů, jako jsou:

A.    V nebezpečných situacích rozpojené obvody izolují vadnou část systému a zabraňují potenciální poruše zařízení. 

B.    Když proud překročí stanovené limity, otevřené obvody chrání elektrický systém přerušením toku proudu.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Závěrem lze říci, že rozpojené obvody hrají v elektrických systémech důležitou roli. Ve většině případů jsou rozpojené obvody kategorizovány jako poruchy. Rozpojené obvody se však používají také v elektronických ochranných zařízeních, jako jsou jističe a pojistky. Proto je pochopení rozpojených obvodů, jejich klíčových principů, rozdílů, příčin a charakteristik nezbytné pro bezpečnost, spolehlivost a diagnostiku elektronických systémů.