Perché "abbiamo bisogno" di resistori (capisco cosa fanno, ma non perché ...)? [chiuso]

Ho sempre avuto una conoscenza di base dell'elettronica. Ora sto iniziando a imparare un po 'di più, usando un Arduino come piattaforma di test e ho una domanda sui resistori che non riesco a risolvere con la ricerca.

Perchè li utilizziamo? Capisco che limitano la corrente. (Nel caso di un LED, troppa corrente lo riscalderebbe e lo brucerebbe.) Ma come viene misurato / calcolato / scelto? Non sto chiedendo specificamente un caso d'uso del LED o come utilizzare un LED. Sto cercando di capire "perché" i resistori sono necessari a livello fisico.

1. Cosa succede al resto della corrente non utilizzata (a causa della resistenza)?
2. Il LED utilizza quindi TUTTA la corrente disponibile nel circuito? In caso contrario, dove va il resto? (Riciclato nuovamente in fonte di alimentazione?)
3. Perché un LED "abbassa la tensione" di una certa quantità? E cosa succede al resto dei componenti in serie, la tensione scende per ogni componente, fino a quando non rimane più nulla? Ciò avrebbe senso, ma un LED non ha resistenza interna (quindi viene spiegato), quindi perché diminuisce la tensione?
4. Di recente ho visto un video, in cui il ragazzo che spiega i resistori, ha disegnato uno schizzo che mostra 12 V → resistenza → LED --- 0 V (scegli il tuo resistore nella misura in cui "utilizza tutta la corrente / tensione" prima che arrivi a la fine del circuito? video di YouTube
5. Perché una batteria si esaurisce se si collegano direttamente i terminali, ma se si aggiunge una lampadina (resistenza), non lo fa?
6. Ho fatto ore e ore di ricerca e capisco cosa fa un resistore, ma non capisco perché sia ​​necessario (per non esaurire una batteria? ... Significa che "consuma" tutta la potenza prima di essa ritorna all'anodo?)
7. Perché lampadine diverse funzionano sulla stessa batteria (resistenza diversa, ma non esaurita?)

So che queste domande sono ampie e non cerco specificamente risposte a ciascuna di esse individualmente. Sto citando queste domande multiple sopra per dimostrare che non ho una solida comprensione del concetto del perché un circuito ha bisogno di resistenza . Questa sarebbe la domanda a cui rispondere.

È necessario regolare la comprensione di come il flusso di energia attraverso un circuito.

1. La quantità di energia che fluisce attraverso un circuito e viene prelevata dalla batteria o dalla fonte di alimentazione, dipende dalla quantità di corrente che fluisce attraverso quel circuito.

2. Quanta corrente scorre attraverso il circuito è dettata da quanto conduttivo è il circuito. Se un circuito ha un'alta resistenza, è meno conduttivo e meno flussi di corrente / potenza.

Quindi, unendo quei due e guardando le tue domande ...

1.Che cosa succede al resto della corrente non utilizzata (a causa della resistenza)?

Non esiste un "resto della corrente", la corrente è definita dalla resistenza del circuito.

2.Il LED utilizza quindi TUTTA la corrente disponibile nel circuito? In caso contrario, dove va il resto? (Riciclato nuovamente in fonte di alimentazione?)

Ancora una volta, il LED e la sua resistenza definiscono la corrente che prenderanno. Non c'è "riposo".

3.Perché un LED "abbassa la tensione" di una certa quantità? E cosa succede al resto dei componenti in serie, la tensione scende per ogni componente, fino a quando non rimane più nulla?

Il LED ha una tensione diretta più o meno fissa a una data corrente. Il resto della tensione viene fatto cadere sul resistore. Ciò definisce la corrente attraverso il LED.

4. Recentemente ho visto un video, in cui il ragazzo che spiega i resistori, ha disegnato uno scetch che mostra 12v -> Resistor -> LED --- 0V (scegli il tuo resistore nella misura in cui "esaurisci tutta la corrente / tensione" prima che arrivi alla fine del circuito? Youtube Video

In qualsiasi circuito in serie, la tensione applicata viene divisa tra gli elementi di quel circuito in serie. La corrente è definita da ciò che gli elementi del circuito richiedono ed è costante in tutto il circuito di serie.

Tieni presente che la tensione è semplicemente una misura del potenziale per gli elettroni di fluire tra due punti. Viene sempre misurato tra due punti e un valore di 0 volt ci dice che non ci sarebbe corrente tra quegli stessi due punti.

5.Perché una batteria si esaurisce se si collegano direttamente i terminali, ma se si aggiunge una lampadina (resistenza), non lo fa?

Un corto corto ha praticamente zero resistenza e prende molta corrente dall'alimentazione. Una lampadina ha una resistenza e richiede molta meno corrente.

6. Ho fatto ore e ore di ricerca e capisco cosa fa un resistore, ma non capisco perché sia ​​necessario (per non esaurire una batteria? .. questo significa che "consuma" tutta la potenza prima ritorna all'Anodo?)

Sono necessari resistori per impostare le correnti e regolare i livelli di tensione attraverso un circuito in serie. Sono utilizzati anche per altre funzioni, come parte di filtri di frequenza, oscillatori ecc. Ecc.

7.Perché diverse lampadine funzionano sulla stessa batteria (resistenza diversa, ma nessuna interruzione?)

Diverse lampadine hanno resistenze diverse.

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Per capire tutto questo è necessario per familiarizzare con la legge di Ohm e la tensione di Kirchoff legge.

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EDIT: aggiunta della domanda di commento poiché è utile da sola e può essere migrata.

Sono corretto nel dichiarare quanto segue: "Se inserisco un LED direttamente su una fonte di alimentazione da 600 maH," utilizzerà "tutto ciò che è disponibile (600 maH). Devo quindi calibrare il resistore per resistere a una corrente sufficiente per alimentare LED solo ciò di cui ha bisogno?

Una fonte di alimentazione da 600 mAh significa abbastanza meno qui. mAh è una misura della quantità di carica e della potenza totale effettivamente erogata da una batteria in un determinato momento. Se il circuito impiega 1 mA, la batteria durerà 600 ore. Se il circuito impiega 1A, la batteria durerà solo 36 minuti. Nota le unità ... mA * Ore.

Una batteria più grande, della stessa tecnologia e tensione, ha più mAh.

La quantità di energia che può erogare in un determinato momento dipende dalla resistenza terminale della batteria e dalla velocità con cui può reagire la chimica all'interno della batteria. Una batteria agli ioni di litio da 600 V 3,7 mA fornirà molta più energia grezza rispetto a una batteria alcalina da 1,5 V 600 mAh. Potenza ed energia non sono la stessa cosa. Alla fine, tuttavia, il carico, il circuito, determina quanto aspira dalla batteria e quanto velocemente, supponendo che non stia assorbendo troppo velocemente, a quel punto la tensione della batteria diminuirà.

Devi pensare a una batteria come il serbatoio del gas sulla tua auto. La velocità con cui il gas si abbassa dipende da quanto forte e veloce stai guidando. 600 mAh definisce solo quanto è grande il "serbatoio del gas". Il gas deve passare dal serbatoio al motore attraverso un tubo e gli iniettori. Se richiedi troppa benzina, non riuscirà a superare quelle abbastanza velocemente e il motore sarà affamato di gas.

Ecco un'introduzione basata sulla fisica ai concetti EE che stai cercando di capire.

Le tue domande hanno una risposta in fondo.

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Tutto deriva dal flusso di "carica"

L'elettronica, come indica la parola radice elettrone , è molto uno studio del flusso di elettroni in un particolare sistema.

Gli elettroni sono i "vettori" fondamentali della carica in un circuito tipico; cioè, sono il modo in cui la carica viene "spostata" nella maggior parte dei circuiti.

Adottiamo una convenzione di firma che afferma che gli elettroni hanno una carica "negativa". Inoltre, un elettrone rappresenta la più piccola unità di carica su scala atomica (fisica classica). Questa è chiamata carica "elementare" e si trova a Coulomb.$-1.602{\times}{10}^{-19}$

Al contrario, i protoni hanno una carica firmata "positiva" di Coulomb.$+1.602{\times}{10}^{-19}$

Tuttavia, i protoni non possono muoversi così facilmente perché in genere sono legati ai neutroni all'interno dei nuclei atomici dalla forza nucleare forte. Ci vuole molta più energia per rimuovere i protoni dai nuclei atomici (la base per la tecnologia della fissione nucleare, tra l'altro) che per rimuovere gli elettroni.

D'altra parte, possiamo rimuovere abbastanza facilmente gli elettroni dai loro atomi. In effetti, le celle solari si basano interamente sull'effetto fotoelettrico (una delle scoperte seminali di Einstein) perché i "fotoni" (particelle di luce) rimuovono gli "elettroni" dai loro atomi.

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Campi elettrici

Tutte le cariche esercitano un campo elettrico "indefinitamente" nello spazio. Questo è il modello teorico.

Un campo è semplicemente una funzione che produce una quantità vettoriale in ogni punto (una quantità contenente sia la grandezza che la direzione ... per citare Cattivissimo me ).

Un elettrone crea un campo elettrico in cui il vettore in ogni punto del campo punta verso l'elettrone (direzione) con una magnitudine corrispondente alla legge di Coulomb:

$$\lvert \vec E\rvert~~=~~\underbrace{\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}}_{ \begin{array}{c} \text{constant} \\ \text{factor} \end{array} }~~\underbrace{\frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}}_{ \begin{array}{c} \text{focus on} \\ \text{this part} \end{array} }$$

Le direzioni possono essere visualizzate come:

Queste direzioni e magnitudini sono determinate in base alla forza (direzione e magnitudine) che verrebbe esercitata su una carica di prova positiva. In altre parole, le linee del campo rappresentano la direzione e la grandezza che sperimenterebbe una carica positiva di prova .

Una carica negativa sperimenterebbe una forza della stessa grandezza nella direzione opposta .

Secondo questa convenzione, quando un elettrone si trova vicino a un elettrone o un protone vicino a un protone, respingeranno.

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Sovrapposizione: riscossioni di cariche

Se si sommano tutti i campi elettrici esercitati individualmente da tutte le cariche in una regione in un determinato punto, si ottiene il campo elettrico totale in quel punto esercitato da tutte le cariche.

Questo segue lo stesso principio di sovrapposizione usato per risolvere problemi di cinematica con forze multiple che agiscono su un oggetto singolare.

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La carica positiva è l'assenza di elettroni; la carica negativa è l'eccedenza di elettroni

Ciò vale in particolare per l'elettronica in cui ci occupiamo del flusso di carica attraverso materiali solidi.

Reiterare: l'elettronica è lo studio del flusso di elettroni come portatori di carica; i protoni non sono i principali portatori di carica.

Ancora: per i circuiti, gli elettroni si muovono, i protoni no.

Tuttavia, l'assenza di elettroni in una regione di un circuito può creare una carica positiva "virtuale" perché quella regione ha più protoni netti degli elettroni .

Ricorda il modello di elettroni di valenza di Dalton in cui protoni e neutroni occupano un piccolo nucleo circondato da elettroni in orbita.

Gli elettroni più lontani dal nucleo nel guscio esterno di "valenza" hanno l'attrazione più debole per il nucleo in base alla legge di Coulomb che indica che l'intensità del campo elettrico è inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Accumulando la carica, ad esempio su un piatto o su altro materiale (diciamo, strofinandoli energicamente insieme come ai bei vecchi tempi), possiamo generare un campo elettrico. Se posizioniamo gli elettroni in questo campo, gli elettroni si sposteranno macroscopicamente in una direzione opposta alle linee del campo elettrico.

Nota: come descriveranno la meccanica quantistica e il moto browniano, la traiettoria effettiva di un singolo elettrone è abbastanza casuale. Tuttavia, tutti gli elettroni esibiranno un movimento "medio" macroscopico basato sulla forza indicata dal campo elettrico.

Pertanto, possiamo calcolare accuratamente come un campione macroscopico di elettroni risponderà a un campo elettrico.

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Potenziale elettrico

$\lvert \vec E\rvert$

$$\lvert \vec E\rvert = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}} \frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}$$

$r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$

$r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$

Ora, considera l'analogia di un pianeta. All'aumentare della massa cumulativa totale del pianeta, aumenta anche la sua gravità. La sovrapposizione delle forze gravitazionali di tutta la materia contenuta nella massa del pianeta produce attrazione gravitazionale.

$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$

Ricordiamo dalla cinematica che il potenziale gravitazionale è la quantità di potenziale che un oggetto ha a causa della sua distanza dal centro gravitazionale del pianeta . Il centro gravitazionale del pianeta può essere trattato come una fonte di gravità puntuale.

$q$

Nel caso del potenziale gravitazionale, assumiamo che il campo di gravità sia zero infinitamente lontano dal pianeta.

$m$$\vec g_{\text{planet}}$

$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

Questo risulta in:

• $\vec E$
• $\vec E$
• $\vec E$
• $\vec E$ e verso una carica di sorgente positiva.

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Potenziale elettrico nei conduttori

Considera il modello di conduttori o metalli di transizione come il rame o l'oro che hanno un "mare di elettroni". Questo "mare" è composto da elettroni di valenza che sono accoppiati più liberamente e una sorta di "condiviso" tra più atomi.

Se applichiamo un campo elettrico a questi elettroni "sciolti", sono inclini, su una media macroscopica, a muoversi nel tempo in una direzione specifica.

Ricorda, gli elettroni viaggiano nella direzione opposta al campo elettrico.

Allo stesso modo, posizionando una lunghezza del conduttore del filo vicino a una carica positiva si otterrà un gradiente di carica lungo la lunghezza del filo.

La carica in qualsiasi punto del filo può essere calcolata usando la sua distanza dalla carica di origine e gli attributi noti del materiale usato nel filo.

La carica positiva a causa dell'assenza di elettroni apparirà più lontana dalla carica di sorgente positiva, mentre la carica negativa a causa della raccolta e dell'eccedenza di elettroni si formerà più vicina alla carica di sorgente.

A causa del campo elettrico, una "differenza di potenziale" apparirà tra due punti sul conduttore. Ecco come un campo elettrico genera tensione in un circuito.

La tensione è definita come differenza di potenziale elettrico tra due punti in un campo elettrico.

Alla fine, la distribuzione della carica lungo la lunghezza del filo raggiungerà "equilibrio" con il campo elettrico. Ciò non significa che la carica smetta di muoversi (ricorda il movimento browniano); solo che il movimento "netto" o "medio" della carica si avvicina a zero.

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Batterie non ideali

Trucco di Let una fonte di alimentazione cella galvanica o voltaica .

$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$ .

$\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$ .

Terminologia utile:

• catione : uno ione carico positivamente
• anione : uno ione caricato negativamente
• catodo : i cationi si accumulano sul catodo
• anodo : gli anioni si accumulano nell'anodo

Utile mnemonico: " uno ione" è " uno ione" è " AN ione egativo"

Se esaminiamo la reazione per la cella galvanica Zinco-Rame sopra:

$$\text{Zn}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}~~+~~\text{Cu}^{2+} \quad\longrightarrow\quad \text{Zn}^{2+}~~+~~\text{Cu}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}$$

$\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

Nota: in precedenza abbiamo detto che la carica positiva è l '"assenza" di elettroni. I cationi (ioni positivi) sono positivi perché l'eliminazione degli elettroni provoca una carica atomica netta positiva a causa dei protoni nel nucleo. Questi cationi sono mobili nella soluzione della cella galvanica, ma come puoi vedere, gli ioni non viaggiano attraverso il ponte conduttivo che collega i due lati della cella . Cioè, solo gli elettroni si muovono attraverso il conduttore .

Sulla base del fatto che i cationi positivi si muovono e si accumulano verso il catodo, lo etichettiamo negativo (le cariche positive sono attratte dal negativo).

Viceversa, poiché gli elettroni si muovono verso e si accumulano nell'anodo, lo etichettiamo come positivo (le cariche negative sono attratte da positive).

$\textbf{+}$$\textbf{-}$ ? Questo perché la corrente convenzionale segue il flusso di carica positiva e cationi, non di carica negativa.

Questo perché la corrente è definita come il flusso di carica positiva virtuale attraverso un'area della sezione trasversale . Per convenzione, gli elettroni scorrono sempre opposti alla corrente.

Ciò che rende questa cella galvanica non ideale è che alla fine il processo chimico che genera il campo elettrico attraverso il conduttore e fa sì che gli elettroni e la carica scorrano raggiungeranno l'equilibrio.

Questo perché l'accumulo di ioni nell'anodo e nel catodo impedirà che la reazione continui ulteriormente.

D'altra parte, una fonte di energia "ideale" non perderà mai l'intensità del campo elettrico.

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Le fonti di tensione ideali sono come scale mobili magiche

Ritorniamo all'analogia del potenziale gravitazionale.

Supponi di essere su una collina e hai un percorso arbitrario giù per la collina costruito con pareti di cartone. Diciamo che fai rotolare una palla da tennis lungo questo percorso con pareti di cartone. La palla da tennis seguirà il percorso.

Nei circuiti, il conduttore forma il percorso.

Ora supponiamo che tu abbia una scala mobile in fondo alla collina. Come una macchina Rube Goldberg, la scala mobile raccoglie le palle da tennis che rotoli giù per il sentiero, poi le lascia cadere all'inizio del percorso in cima alla collina.

La scala mobile è la fonte di energia ideale.

Ora, supponiamo che saturi quasi completamente l' intero percorso (scala mobile inclusa) con le palle da tennis. Solo una lunga fila di palline da tennis.

Poiché non abbiamo completamente saturato il percorso, ci sono ancora spazi vuoti e spazi per le palle da tennis.

Una palla da tennis che viene portata sulla scala mobile si imbatte in un'altra palla, che si imbatte in un'altra palla che ... continua all'infinito.

Le palline da tennis che scendono lungo il sentiero sulla collina ottengono energia a causa della potenziale differenza di gravità. Rimbalzano l'uno nell'altro fino a quando, infine, viene caricata un'altra palla sulla scala mobile.

Chiamiamo le palline da tennis i nostri elettroni. Se seguiamo il flusso di elettroni giù per la collina, attraverso il nostro finto "circuito" di cartone, poi su per la scala mobile magica "fonte di energia", notiamo qualcosa:

Gli "spazi" tra le palline da tennis si stanno muovendo esattamente nella direzione opposta delle palline da tennis (risalendo la collina e scendendo la scala mobile) e si stanno muovendo molto più velocemente. Le palline si muovono naturalmente da un potenziale elevato a un potenziale basso, ma a una velocità relativamente lenta. Quindi vengono riportati a un alto potenziale utilizzando la scala mobile.

La parte inferiore della scala mobile è effettivamente il terminale negativo di una batteria, o il catodo nella cella galvanica di cui stavamo discutendo in precedenza.

La parte superiore della scala mobile è effettivamente il terminale positivo di una batteria o l'anodo in una cella galvanica. Il terminale positivo ha un potenziale elettrico più elevato.

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attuale

Va bene, quindi la direzione in cui scorre la carica positiva è la direzione della corrente elettrica.

Cosa è attuale?

Per definizione, è: la quantità di carica che attraversa un'area della sezione trasversale al secondo (unità: coulomb al secondo). È direttamente proporzionale all'area della sezione trasversale del filo / materiale conduttore e alla densità di corrente. La densità corrente è la quantità di carica che fluisce attraverso un'unità di area (unità: coulomb per metro quadrato).

Ecco un altro modo di pensarci:

Se hai un lanciatore di palline da tennis che sputa positivamente palle caricate attraverso una porta, il numero di palline che passa attraverso la porta al secondo determina la sua "corrente".

Quanto velocemente si muovono quelle palle (o quanta energia cinetica hanno quando colpiscono un muro) è la "tensione".

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Conservazione di carica e tensione

Questo è un principio fondamentale.

Pensala in questo modo: esiste un numero fisso di elettroni e protoni. In un circuito elettrico, la materia non viene né creata né distrutta ... quindi la carica rimane sempre la stessa. Nell'esempio della scala mobile per palline da tennis, le palline stavano andando in tondo. Il numero di palline è rimasto fisso.

In altre parole, la carica non "dissipa". Non perdi mai la carica.

Quello che succede è che la carica perde potenziale . Le fonti di tensione ideali restituiscono il potenziale elettrico.

Le fonti di tensione NON creano carica. Generano potenziale elettrico.

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Corrente che scorre dentro e fuori dai nodi, resistenza

Prendiamo quel principio di conservazione della carica. Un'analogia simile può essere applicata al flusso d'acqua.

Se abbiamo un sistema fluviale lungo una montagna che si ramifica, ogni ramo è analogo a un "nodo" elettrico.

          / BRANCH A
         /
        /
MAIN ---
        \
         \
          \ BRANCH B

-> downhill

La quantità di acqua che scorre in un ramo deve essere uguale alla quantità di acqua che scorre fuori dal ramo secondo il principio di conservazione: l'acqua (carica) non è né creata né distrutta.

Tuttavia, la quantità di acqua che scorre lungo un particolare ramo dipende dalla quanta "resistenza" che tale ramo eroga.

Ad esempio, se il ramo A è estremamente stretto, il ramo B è estremamente largo ed entrambi i rami hanno la stessa profondità, quindi il ramo B ha naturalmente l'area della sezione trasversale più grande.

Ciò significa che il ramo B aumenta la resistenza e un volume maggiore di acqua può fluire attraverso di essa in una singola unità di tempo.

Questo descrive la legge attuale di Kirchoff.

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Sei ancora qui? Eccezionale!

1. Cosa succede al resto della corrente non utilizzata?

A causa del principio di conservazione, tutte le cariche in un nodo devono defluire. Non c'è corrente "non utilizzata" perché la corrente non è utilizzata . Non vi è alcun cambiamento di corrente in un singolo circuito in serie.

Tuttavia, quantità diverse di corrente possono fluire lungo rami diversi in un nodo elettrico in un circuito parallelo a seconda delle resistenze dei diversi rami.

2. Il LED utilizza tutta la corrente?

Tecnicamente, il LED e i resistori non "usano" la corrente, poiché non vi è alcuna caduta di corrente (la quantità di carica che passa attraverso il LED o i resistori in un'unità di tempo). Ciò è dovuto alla conservazione della carica applicata a un circuito in serie: non vi è alcuna perdita di carica in tutto il circuito, quindi nessuna caduta di corrente.

La quantità di corrente (carica) è determinata dal comportamento del LED e dei resistori come descritto dalle loro curve IV

3. Perché il LED "abbassa la tensione" di una certa quantità?

Ecco un circuito LED di base .

Un LED ha una tensione di attivazione, di solito tra ~ 1,8 e 3,3 V. Se non si incontra la tensione di attivazione, praticamente non fluirà corrente. Fare riferimento alle curve LED IV collegate di seguito.

Se si tenta di spingere la corrente nella direzione opposta alla polarità dei LED, si farà funzionare il LED in una modalità "polarizzazione inversa" in cui non passa quasi nessuna corrente. La normale modalità operativa di un LED è la modalità di polarizzazione diretta. Oltre un certo punto in modalità di polarizzazione inversa, il LED "si interrompe". Dai un'occhiata al grafico iv di un diodo.

I LED sono in realtà giunzioni PN (silicio p-drogato e n-drogato schiacciato insieme). Sulla base dei livelli di Fermi del silicio drogato (che è dipendente dalle lacune nella banda elettronica del materiale drogato) gli elettroni richiedono una quantità molto specifica di energia di attivazione per passare ad un altro livello di energia. Quindi irradiano la loro energia come un fotone con una lunghezza / frequenza d'onda molto specifica mentre scendono a un livello inferiore.

Ciò spiega l'elevata efficienza (ben oltre il 90% dell'energia dissipata da un LED viene convertita in luce, non in calore) di LED rispetto alle lampadine a filamento e CFL.

Questo è anche il motivo per cui l'illuminazione a LED sembra così "artificiale": la luce naturale contiene un mix relativamente omogeneo di un ampio spettro di frequenze; I LED emettono combinazioni di frequenze di luce molto specifiche.

I livelli di energia spiegano anche perché la caduta di tensione attraverso un LED (o altri diodi) viene effettivamente "riparata" anche quando passa più corrente. Esaminare la curva iv per un LED o un altro diodo: oltre la tensione di attivazione, la corrente aumenta di molto per un piccolo aumento della tensione. In sostanza, il LED tenterà di far fluire quanta più corrente possibile, fino a quando non si deteriora fisicamente.

Questo è anche il motivo per cui si utilizza un resistore di limitazione della corrente in linea per limitare il flusso di corrente attraverso un diodo / LED a un milliampere nominale specifico in base alle specifiche del LED.

3 (b). E cosa succede al resto dei componenti in serie, la tensione scende per ogni componente, fino a quando non rimane più nulla?

Sì, la legge sulla tensione di Kirchoff è che la somma di tutte le cadute di tensione in un circuito attorno a un circuito è zero . In un semplice circuito in serie, esiste un solo loop.

4. Scegli la tua resistenza nella misura in cui "esaurisce tutta la corrente / tensione" prima che arrivi alla fine del circuito?

No. La resistenza viene scelta in base alla corrente nominale del LED (diciamo 30 mA = 0,03 A) e alla legge di Ohm come descritto nell'articolo sul circuito LED .

La tua tensione si esaurirà. La tua corrente rimane la stessa in un singolo circuito in serie.

5. Perché una batteria si esaurisce se si collegano direttamente i terminali, ma se si aggiunge una lampadina (resistenza), non lo fa?

Non sono sicuro di cosa intendi per "morto corto".

Collegando i terminali di una batteria si ottiene una grande corrente scaricata alla tensione della batteria. Tale tensione viene dissipata attraverso la resistenza interna della batteria e il filo conduttore sotto forma di calore, perché anche i conduttori hanno una certa resistenza.

Ecco perché le batterie in corto si surriscaldano. Quel calore può influenzare negativamente la composizione di una cellula chimica fino a quando non esplode.

6. Perché sono necessari i resistori?

Ecco la retorica: immagina che ci sia questo fantastico concerto. Tutte le tue band preferite saranno lì. Sarà un bel momento strepitoso.

Diciamo che gli organizzatori dell'evento non hanno il concetto di realtà. Quindi rendono la quota di iscrizione a questo fantastico concerto quasi completamente gratuita. Lo hanno messo in un'area estremamente accessibile. In realtà, sono così disorganizzati, non gliene importa nemmeno se sopravvalutano e non ci sono abbastanza posti per tutti coloro che acquistano i biglietti.

Oh, e questo è a New York.

Abbastanza rapidamente, questo fantastico concerto si trasforma in un disastro totale. Le persone sono sedute l'una sull'altra, rovesciando birra ovunque; i combattimenti stanno scoppiando, i bagni sono inceppati, i groupies stanno facendo impazzire tutti, e riesci a malapena a sentire la musica soprattutto la confusione.

Pensa al tuo LED come a quello straordinario concerto. E pensa a quanto sarà incasinato il tuo LED se non hai più resistenza lì per impedire a TUTTI e alle loro mamme di presentarsi al concerto.

In questo stupido esempio, "resistenza" si traduce in "costo di entrata". Con semplici principi economici, aumentare il costo del concerto diminuisce il numero di persone che parteciperanno.

Allo stesso modo, l'innalzamento della resistenza in un circuito impedisce la carica (e successivamente la corrente). Ciò significa che il tuo LED (concerto) non viene completamente distrutto da tutte le persone (carica).

Sì, l'ingegneria elettrica è una vera festa.

Qual è il modo più rapido per comprendere l'elettricità di base? Concentrati solo sui problemi del "pulsante di scelta rapida" come il seguente. Risolvi i tuoi concetti mentali e tutto scatta in posizione e ha un senso.

I conduttori sono materiali che sono composti da "elettricità mobile". Non conducono elettricità, invece contengono elettricità e la loro elettricità può spostarsi. Fai attenzione alla diffusa definizione errata di conduttori:

SBAGLIATO: i conduttori sono trasparenti alla corrente, come tubi dell'acqua vuoti? No.

CORRETTO: tutti i conduttori contengono cariche mobili, come tubi pieni d'acqua.

I cavi sono come tubi pre-riempiti, in cui gli elettroni del metallo sono come l'acqua già all'interno del tubo. Nei metalli, gli elettroni degli atomi stessi saltano continuamente e 'orbitano' per tutta la massa metallica. Tutti i metalli contengono un "mare" di elettricità mobile simile a un fluido. Quindi, se agganciamo alcuni fili di metallo in un cerchio, abbiamo creato una sorta di cinghia di trasmissione nascosta o volano. Una volta che il ciclo è formato, la "cintura elettrica" ​​circolare è libera di muoversi all'interno del metallo. (Se afferriamo e muoviamo il nostro cerchio di filo, in realtà produciamo una piccola corrente elettrica per inerzia, proprio come se il filo fosse un tubo pieno d'acqua. Cerca: effetto Tolman.)

Il percorso per la corrente è un cerchio completo, incluso l'alimentatore. Gli alimentatori non forniscono alcun elettrone. (In altre parole, il cerchio non ha inizio. È un anello, come un volano mobile.) Gli elettroni mobili sono forniti dai fili stessi. Gli alimentatori sono solo elettropompe. Il percorso per la corrente è attraverso l'alimentazione e il ritorno. Un alimentatore è solo un'altra parte del circuito chiuso.

Le correnti elettriche sono flussi abbastanza lenti. Ma, come le ruote e le cinghie di trasmissione, quando spingiamo su una parte della ruota, l'intera ruota si muove come un'unità. Possiamo usare una cinghia di trasmissione in gomma per trasferire istantaneamente energia meccanica. Possiamo usare un circuito chiuso di elettricità per trasferire istantaneamente energia elettrica a qualsiasi parte del circuito. Eppure il ciclo stesso non si muove alla velocità della luce! Il loop stesso si muove lentamente. E per i sistemi CA, il circuito si muove avanti e indietro mentre l'energia si muove continuamente in avanti. Grande suggerimento: più veloci sono gli elettroni, più alti sono gli amplificatori. Zero ampere? Questo è quando gli stessi elettroni dei fili si fermano. Un altro suggerimento: l'energia elettrica sono le onde e gli elettroni sono il "mezzo" lungo il quale viaggiano le onde. Il mezzo oscilla avanti e indietro, mentre l'onda si propaga rapidamente in avanti. Oppure, il mezzo si muove all'indietro, muovendosi lentamente, mentre l'onda avanza molto rapidamente. (In altre parole, non esiste un'unica "elettricità", poiché all'interno dei circuiti c'erano sempre due cose separate: le lente correnti circolari degli elettroni e la rapida propagazione unidirezionale dell'energia elettromagnetica. Si muovono con due velocità completamente diverse nei circuiti e mentre le correnti scorrono in loop, l'energia scorre a senso unico da una fonte a un consumatore.)

Le batterie non immagazzinano elettricità. Non accumulano carica elettrica. Non accumulano nemmeno energia elettrica . Invece, le batterie immagazzinano solo "combustibile" chimico sotto forma di metalli non corrosi come litio, zinco, piombo, ecc. Ma come possono funzionare le batterie? Facile: una batteria è una pompa di carica alimentata chimicamente. Quando le loro piastre metalliche si corrodono, l'energia chimica viene rilasciata e pompano elettricità attraverso se stessi. Il percorso per la corrente è finitola batteria e di nuovo indietro. (Le pompe non vengono utilizzate per conservare le cose che vengono pompate!) E, la "capacità" della batteria è solo la quantità di combustibile chimico all'interno. Una certa quantità di combustibile è in grado di pompare una certa quantità totale di elettroni prima che il combustibile sia esaurito. (È un po 'come valutare il serbatoio del gas in miglia di viaggio, piuttosto che in galloni. I serbatoi di gas non accumulano miglia e le batterie non immagazzinano elettricità!) Batterie ricaricabili? È allora che li eseguiamo forzatamente all'indietro, quindi i loro "prodotti di scarico" interni vengono riconvertiti in carburante: i composti della corrosione vengono nuovamente trasformati in metallo.

I resistori non consumano elettricità. Quando una lampadina viene accesa, i suoi stessi elettroni iniziano a muoversi, mentre i nuovi elettroni entrano in un'estremità del filamento, ma allo stesso tempo altri elettroni stanno lasciando l'estremità. Il filamento fa parte di un anello completo di elettroni che si muovono come una cinghia di trasmissione. L'effetto di riscaldamento è una specie di attrito, come quando si preme il pollice contro il cerchione di uno pneumatico rotante. (Il pollice non consuma gomma, invece è solo riscaldato per attrito e le lampadine non consumano elettroni, si limitano a "strofinare" gli elettroni in movimento e si riscaldano per attrito.) Quindi, i resistori sono solo dispositivi di attrito. Il percorso per gli elettroni è passato e nessun elettrone viene consumato o perso. Si noti che più veloci sono gli elettroni, più alti sono gli ampere e maggiore è il riscaldamento. La corrente "bassa" è solo elettricità lenta.

Sono anche un principiante, ma prova a rispondere alle tue domande:

1. Non c'è "riposo" della corrente. La corrente viene utilizzata quanto basta. Se si collega un filo da + (VCC) a - (GND) si ottiene un corto circuito. Vedilo come non c'è freno a quanto velocemente possono correre gli elettroni.

2. Se non c'è resistenza, il LED utilizzerà gli elettroni nella "velocità" più veloce possibile. Poiché questo è troppo, il LED brucerà (prima o poi).

3. Non so il motivo per cui cade, probabilmente il meccanismo interno del LED provoca un certo voltaggio. Ciò significa che il resto ha meno tensione rimasta. E sì, continuerà fino a quando non rimarrà nulla. Ciò può far sì che ulteriori LED non si accendano affatto, o lampeggino / si comportino in modo irregolare o si oscurino.

4. In realtà dovresti calcolarlo a causa di quanto brillante vuoi che il tuo led sia. Pertanto, una resistenza superiore rende il LED meno luminoso.

5. Una lampadina ha una resistenza interna, quindi non è necessaria una resistenza.

6. Non consuma la batteria, fa solo rallentare il flusso di elettroni (almeno questa è un'analogia facile).

7. Ogni lampadina ha una resistenza interna, quindi non provoca un corto circuito. Se si utilizza troppa tensione, si romperà.

Leggi il modello di acqua elettrica. Confronta la corrente con l'acqua che scorre intorno e può aiutare a capire cosa significano termini come corrente e tensione e come agiscono insieme.

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Ho citato questo modello perché mi ha aiutato molto a capire diverse cose.
laptop2d ha ragione, una spiegazione è meglio di "vai a cercarla". Ma è piuttosto lungo spiegare tutto qui, quando altri siti lo hanno già fatto correttamente. Non sono un esperto e descrivere le cose in inglese potrebbe anche non essere la migliore idea ... ma proviamo.

Correggimi se sbaglio!

Confronta l'elettricità con un serbatoio d'acqua sopra - la fonte - e un serbatoio d'acqua sotto - il lavandino. Nel serbatoio superiore c'è acqua che vuole passare attraverso un tubo nel serbatoio inferiore. Questa è la tua batteria. Caricare la batteria significa riempire l'acqua dal serbatoio inferiore al serbatoio superiore. Avere un serbatoio superiore vuoto è una batteria scarica.
Immagina che ci sia un tubo dall'alto verso il basso: il filo.
L'acqua vuole scorrere lungo il tubo - la batteria vuole produrre corrente elettrica nel filo. Una ruota idraulica è un consumatore e anche una resistenza. Limita anche il flusso d'acqua. Se la valvola viene inoltre utilizzata per creare resistenza, è possibile controllare la velocità di rotazione della ruota.
Una valvola nel tubo viene confrontata con un interruttore.
L'apertura di una valvola solo alla metà può essere intesa come una resistenza. Limita il flusso d'acqua.

La pressione dell'acqua tra i due serbatoi è la tensione. Un serbatoio posizionato più in alto ha una pressione più elevata rispetto al serbatoio inferiore.
La quantità di acqua che scorre in 1 secondo attraverso i tubi è la corrente. Fai attenzione al tempo qui!
La pressione dell'acqua, la resistenza e la quantità di acqua che scorre dipendono l'una dall'altra. Questa è la legge di Ohm. Un tubo largo con nient'altro in mezzo lascia scorrere l'acqua incontrollabilmente pesante - un corto circuito. Serbatoi e tubi possono essere danneggiati.

Con questo modello puoi forse capire meglio le cose. Ad esempio, l'acqua che non scorre attraverso la ruota non va da nessun'altra parte. Aspetta nel serbatoio per essere utilizzato in seguito.

Le risposte finora si concentrano sugli esempi specifici della domanda, che hanno tutti una portata abbastanza limitata. Credo che il vero malinteso derivi da una maggiore familiarità con la logica digitale rispetto ai circuiti analogici tradizionali (portando a questi esempi limitati).

Semplicisticamente, un circuito digitale (come un MPU) può essere costruito con elementi di commutazione on / off "difficili". I circuiti integrati sono costruiti in questo modo per migliorare il consumo energetico.

I resistori sono importanti ogni volta che un circuito diventa analogo (o reale come alcune persone potrebbero esprimerlo). Se la dimensione del segnale è importante, sono probabilmente coinvolti resistori.

• Un classico circuito operazionale (a meno che il guadagno sia -1) si basa sul rapporto dei resistori.
• I convertitori A / D e D / A probabilmente usano resistori.
• Il controllo di stato predefinito (pull-up / pull-down) usa resistori.
• I circuiti di temporizzazione semplici utilizzano una rete RC. Potresti vederlo in un circuito di ritardo di ripristino.
• La carica della batteria, la regolazione della tensione e della corrente utilizzano resistori, come identificato nella domanda, in vari tipi di feedback e funzioni di stabilizzazione.

Gli aspetti analoghi di molti circuiti moderni sono oscurati o contenuti in moduli preconfezionati. L'emergere del design digitale ha ridotto le opportunità di comprendere i semplici concetti analogici.

TL; DR per il caso specifico di un LED (come richiesto):

Qualsiasi carico collegato a un'alimentazione a tensione costante CC (ad es. Una batteria) che non sia effettivamente un resistore di una certa descrizione - non è in grado di assorbire energia dalla batteria o un corto circuito.

Alcuni carichi elettrici si comportano intrinsecamente come resistori (e SONO resistori, ma non sembrano componenti elettronici), ad esempio lampadine, riscaldatori di spazio, forni. Questi, se progettati correttamente, autoregoleranno il loro consumo energetico se alimentati da una fonte di tensione costante (batteria, rete, la maggior parte degli alimentatori).

Alcuni (come motori, trasformatori), mentre non sono resistori, si comporteranno in modo equivalente a uno quando sono collegati a una sorgente CA a tensione costante .

Altri carichi (come LED, tubi fluorescenti scoperti) non si comportano da soli come resistori e non sono in grado di regolare il proprio consumo di energia se alimentati da fonti di tensione costante . L'alimentazione ideale per questi carichi è una fonte di corrente costante e i componenti extra necessari intorno a loro sono lì per far sì che la vostra alimentazione a tensione costante si comporti sufficientemente come una corrente costante.

Si spera che le risposte già pubblicate diano alcuni chiarimenti, ma a meno che non me ne sia persa una domanda che non è stata del tutto chiarita: "Perché una batteria va in corto circuito se si collegano direttamente i terminali, ma se si aggiunge una lampadina ( resistenza), no? "

In realtà, quando fa freddo (cioè, non è acceso), una lampada a incandescenza è quasi completamente morta; la sua resistenza è molto bassa, ma generalmente avrà molto più di quanto i fili collegati ad essa facciano. Quindi possiamo approssimare la situazione come un resistore di valore molto basso in un circuito altrimenti senza resistenza. Per questo motivo, quando la batteria viene collegata per la prima volta, tutta la sua differenza di potenziale (tensione) scende attraverso la piccola resistenza della lampada, producendo una corrente elevata (la legge di Ohm al lavoro). Quando abbiamo una tensione per lo più stabile ad alta corrente attraverso un componente, ne consumerà molto energia(P = IV) e quindi si surriscalda (a parte, la batteria sperimenta la stessa differenza di potenziale e la stessa identica corrente in modo che si riscaldi troppo - ma è un grande oggetto pesante mentre la lampada è un piccolo nastro arrotolato di filo di tungsteno, quindi quest'ultimo si riscalda molto, molto di più).

Il vantaggio della lampada, tuttavia, è che la sua resistenza dipende dalla temperatura. Normalmente questo non è un fenomeno che si manifesta molto perché le gamme di temperatura che di solito trattiamo sono piccole, ma un filamento della lampada salirà di 3000K e nel caso del tungsteno la resistenza aumenta con la temperatura. Quindi, una volta che la temperatura del filamento si stabilizza dopo che la batteria è stata collegata, così come il suo bagliore e la sua resistenza, si comporta come una resistenza abbastanza potente. In effetti, puoi misurarlo da solo: usando un'impostazione di resistenza di un DMM, misura la resistenza attraverso i terminali della lampada (il DMM utilizza una tensione molto bassa per questo e non si avvicina nemmeno all'illuminazione della lampada) e quindi usa il DMM per misurare sia la tensione attraverso che la corrente attraverso la lampada quando è collegata a una batteria. Quindi usa la legge di Ohm con quei due numeri (V / I = R) e otterrai un numero di resistenza molto più alto di quello che hai fatto quando la lampada non era accesa. In effetti, la resistenza della lampada spenta è così bassa che la qualità del contatto tra le sonde del DMM e i terminali della lampada sarà importante e potresti avere difficoltà ad arrivare a una lettura stabile.

Come ha detto qualcun altro, cortocircuitare una piccola batteria non scioglie immediatamente il filo che usi per farlo perché la batteria ha una resistenza effettiva interna abbastanza piccola. Puoi misurare ciò che è prendendo V e I letture prima con un piccolo resistore (diciamo, 25 ohm per una batteria da 9 V) e poi la lettura V senza carico sulla batteria. Noterai che la tensione che misuri con la resistenza presente è leggermente inferiore alla tensione a circuito aperto che il DMM legge da solo; quella differenza di tensione divisa per la corrente che si legge con la resistenza collegata è l'effettiva resistenza interna della batteria.

Bene, prima di tutto, a volte è necessario proteggere gli elementi dalle alte correnti. Ad esempio, se si collega un diodo a una batteria da 9 volt, la corrente lo distruggerà se è collegato nel modo giusto (A su +, C su -). Per evitarlo, inseriamo un resistore da 600 ohm per prendere parte della tensione alle sue estremità, quindi la tensione più piccola (+ - 3,3 volt per un LED) apparirà alle estremità del LED.

In secondo luogo, non possiamo sempre scegliere l'alimentatore. Puoi dire "beh, ci sono convertitori e trasformatori IC" Sì, ma semplicemente non è pratico poiché costano di più e sono più difficili da usare (per non parlare della differenza tra trasformatori ideali e reali e il loro peso). Inoltre abbiamo resistori dinamici (resistori che cambiano la loro resistenza - scusate se questo non è il termine, sono russo e solo il 1 ° anno di liceo in elettronica) che sono molto più pratici dal momento che non è possibile modificare il numero di rotoli di filo su un trasformatore.

A giudicare dalla natura di questa domanda, immagino che tu stia solo entrando nell'elettronica, quindi non devi preoccuparti molto di cosa fa cosa. Basta imparare i muri - Kirchoffs è importante e capirai come funziona la corrente e come funziona la tensione. Il resto seguirà. Altre cose su cui dovresti concentrarti è capire gli elementi. I muri vengono prima, gli elementi secondo ... Quando imparerai la tua teoria sarai in grado di lavorare con LSIC e sporcarti le mani. Oppure puoi iniziare a lavorare con un Arduino o qualcosa del genere. Ho OSOYO ed è fantastico. (questo post non è marchiato da arduino)

RICORDA ANCHE QUESTO:

La corrente è uguale alla tensione sulla resistenza.

Può essere utile ottenere una gestione di unità e classificazioni:

• mAh - milliampere-ora. Una misura della carica elettrica. Di per sé, non dice molto. Come valore nominale di una batteria, diventa significativo in combinazione con la tensione nominale della batteria come misura di energia che la batteria può immagazzinare. Un milliampere-ora è la quantità di carica rappresentata da una corrente di un milliampere che scorre per un'ora.
• A - Amp (o Ampere). Una misura della corrente elettrica - velocità del flusso di carica.
• V - tensione. Questa è una misura del potenziale. Ancora una volta, di per sé, non è una specifica completa per una batteria, ma è importante. Una batteria ideale manterrà una tensione specifica e fornirà la quantità di corrente necessaria a un circuito per mantenere tale tensione ai suoi terminali. Una batteria reale avrà una resistenza interna, quindi avrà una tensione "a circuito aperto" (senza carico); la tensione diminuirà all'aumentare del carico (deve fornire più corrente in un circuito). Man mano che la maggior parte delle batterie reali si esaurisce, anche la tensione diminuisce; la relazione tra lo stato di carica e la tensione a circuito aperto dipende dal design e dalla chimica della batteria. La corrente di "cortocircuito" è la quantità di corrente erogata da una batteria se limitata solo dalla sua resistenza interna.
• W - Watt. Questa è una misura della potenza (tasso di energia erogato in un determinato periodo di tempo). I watt possono misurare la potenza meccanica o elettrica; in entrambi i casi, è una velocità con cui viene svolto il lavoro. In termini elettrici, la potenza è un prodotto di tensione e corrente (volt x amp).
• kWh - chilowattora. Questa è una misura di energia. Un chilowattora rappresenta mille watt di potenza erogata per un'ora o 1 watt di potenza erogata per mille ore, 10 watt per 100 ore, ecc. (Watt x ore).
• Ohm- resistenza. Un resistore ideale mostrerà una relazione proporzionale tra la corrente che lo attraversa e la tensione applicata ai suoi terminali; raddoppia la tensione e raddoppi la corrente (o viceversa). Questa relazione può essere vista in due modi: se si applica una tensione specifica attraverso un resistore, passerà una quantità definita di corrente; se si forza una quantità specifica di corrente attraverso un resistore, si creerà una caduta di tensione definita. In entrambi i casi, il valore della resistenza stabilisce una relazione fissa tra tensione attraverso i suoi terminali e corrente attraverso di essa. Quando analizzi un circuito, puoi usarlo per risolvere uno dei tre valori (corrente, tensione, resistenza) se conosci gli altri due. Ohm = Volt / Amp, oppure Amp = Volt / Ohm o Volt = Amp x Ohm. I resistori reali hanno una valutazione aggiuntiva: potenza - questa è la quantità di energia che il resistore può dissipare senza distruggersi. Se si applica una Volt su un resistore da 1 Ohm, 1 Amp di corrente scorrerà attraverso di essa e dissiperà 1 Watt di potenza come calore; se raddoppi la tensione, raddoppi la corrente, ma ora questa resistenza da 1 Ohm dissiperà 2 V x 2 A = 4 W di potenza come calore. Se non valutato per questo, o il design fisico non consente la rimozione di questo calore, si surriscalda, si brucia e potenzialmente avvia un incendio. ma ora questa resistenza da 1 Ohm dissiperà 2 V x 2 A = 4 W di potenza come calore. Se non valutato per questo, o il design fisico non consente la rimozione di questo calore, si surriscalda, si brucia e potenzialmente avvia un incendio. ma ora questa resistenza da 1 Ohm dissiperà 2 V x 2 A = 4 W di potenza come calore. Se non valutato per questo, o il design fisico non consente la rimozione di questo calore, si surriscalda, si brucia e potenzialmente avvia un incendio.

Quando analizzi i circuiti, avrai "conosciuti" e "sconosciuti". Ad esempio, potresti conoscere la tensione di una batteria e la resistenza del carico che sta fornendo. Detto questo, è possibile calcolare la corrente che verrà disegnata dal circuito. In un circuito complesso, potresti avere numerosi valori di resistenza e dispositivi come LED o transistor che avranno determinate proprietà:

• i diodi hanno tensioni dirette caratteristiche - manterranno approssimativamente la stessa tensione su un ampio intervallo di corrente. Un diodo reale avrà una curva caratteristica non lineare relativa alla corrente diretta e alla tensione diretta; oltre il suo normale intervallo operativo, la curva ha una pendenza così bassa che per la maggior parte degli scopi è considerata piatta (tensione costante). Per capire perché questo accade, è necessario leggere i diodi a semiconduttore
• i transistor di giunzione hanno una caratteristica tensione di emettitore di base - come una tensione diretta del diodo, anche la tensione di emettitore di base è quasi costante su un ampio intervallo di corrente; anch'essa ha una curva non lineare relativa alla tensione e alla corrente e sembra molto simile a quella di un diodo. Ancora una volta, per comprendere queste proprietà, è necessario leggere i transistor .

È possibile utilizzare queste proprietà per operare attraverso un circuito per calcolare le correnti attraverso percorsi in cui si conoscono tensioni, tensioni ai nodi in cui si conoscono correnti attraverso determinati percorsi e resistenze equivalenti in cui si hanno resistori collegati tra loro. Questo è importante perché le correnti e le tensioni determinano il consumo di energia (o dissipazione) che indica se un circuito funzionerà affatto, quali valori nominali dei componenti devono essere selezionati e quanta energia dovrà essere fornita.

Ora ... perché abbiamo bisogno di un resistore in serie con il nostro LED?

Diciamo che abbiamo un alimentatore da 5 V e un LED per i quali le specifiche sono 3,2 V e 20 mA, ciò significa che il LED funzionerà con una tensione diretta di 3,2 V e dovrebbe essere pilotato con circa 20 mA di corrente; meno e non emetterà quanta luce specificherebbe, di più e sarà più luminoso, più caldo e potrebbe avere una vita più breve.

Se colleghiamo il LED senza resistenza, l'alimentatore proverà a pilotare quanta più corrente possibile per mantenere il 5V. Il LED passerà un'enorme quantità di corrente prima che la tensione sui suoi terminali raggiunga i 5 V. Con ogni probabilità, l'alimentatore raggiungerà il suo limite di corrente e consentirà alla tensione di scendere, ma a questo punto, troppa corrente scorrerà attraverso il LED ed emetterà un lampo luminoso e salirà in un soffio di fumo.

Quindi ... vogliamo limitare la corrente del LED a circa 20 mA mentre la tensione sull'alimentatore rimane 5 V e la tensione sul LED è di 3,2 V. Abbiamo bisogno di un resistore in serie che passi circa 20 mA (0,02 A) di corrente a 1,8 V (1,8 + 3,2 = 5). Quindi, calcoliamo 1,8 V / 0,02 A = 90 Ohm. Per questo potremmo selezionare un resistore standard da 82 Ohm. 1,8 V / 82 ohm = 21,9 mA. Un po 'sopra le specifiche, ma un margine del 10% non dovrebbe essere un problema. Tieni presente che non si può presumere che i dispositivi reali abbiano proprietà definite con precisione; il resistore potrebbe essere un po 'più o un po' meno di quanto specificato e il LED potrebbe funzionare a una tensione un po 'più alta o un po' più bassa di quanto specificato. Progettiamo per un caso nominale sapendo che le prestazioni effettive del nostro circuito potrebbero essere leggermente diverse.

Quindi ... cosa abbiamo fatto qui? Abbiamo utilizzato un resistore per regolare ciò che sta accadendo nel nostro circuito in modo da poter utilizzare l'alimentatore disponibile e far funzionare il LED secondo le sue specifiche.

Cos'altro possiamo fare con un resistore?

Gli usi comuni dei resistori sono di regolare le tensioni o limitare i flussi di corrente. Ad esempio: hai un alimentatore da 5 V e hai bisogno di un riferimento da 3 V. Seleziona due resistori dal nostro contenitore di parti: 330 Ohm e 220 Ohm e collegali in serie: il 220 tra il filo 5V e la nostra uscita di riferimento e il 330 tra l'uscita di riferimento e 0V. Ci sarà una corrente costante attraverso questi resistori di 5 V / 550 Ohm = ~ 10 mA, ma vedremo una tensione di 3 V sul nostro terminale di riferimento. Questo genere di cose viene spesso utilizzato per progettare circuiti come amplificatori in cui è necessario stabilire una tensione specifica, una frazione di un'altra tensione e così via.

Possiamo usare i resistori per definire le costanti di tempo. Se si collegano un resistore e un condensatore in serie, la corrente inizialmente fluirà nel condensatore; questa corrente iniziale sarà determinata dalla tensione del circuito e dal valore di resistenza. Ma il condensatore si carica; mentre si carica, creerà una tensione attraverso i suoi terminali; questo ridurrà la tensione attraverso i terminali del resistore, riducendo la corrente attraverso di esso. Ciò ridurrà la velocità con cui il condensatore si carica, riducendo la velocità con cui aumenta la sua tensione, e così via e così via. Alla fine, il condensatore raggiungerà la tensione del circuito, la tensione attraverso e la corrente attraverso il resistore sarà zero. I valori di resistenza e capacità determineranno il tempo impiegato dal condensatore per caricare una determinata frazione della tensione del circuito; la quantità nota comela costante di tempo è il tempo impiegato dalla carica del condensatore a circa il 63% della tensione del circuito. Questo è usato per progettare circuiti come oscillatori e filtri.

I resistori esistono e sono usati per limitare gli "infiniti" virtuali. Nel senso che senza un resistore un componente si brucerebbe o si brucerebbe un fusibile o un circuito semplicemente non funzionerebbe come previsto.

Esempi meno estremi sarebbero "polarizzare" un circuito a una tensione specifica, in combinazione con altri resistori o diodi zener. Limitano inoltre la corrente di "spunto" agli alimentatori, prolungando così la durata dell'interruttore di alimentazione.

A causa della caduta di tensione attraverso un resistore con corrente che scorre attraverso di esso, creano sensori di corrente eccellenti e precisi.

Anche ragioni più esotiche potrebbero essere l'arresto dell'oscillazione parassita o delle onde riflesse nelle linee di trasmissione RF. I MOSFET di solito hanno un resistore sul gate per prevenire squilli e sovratensioni allo scarico, a causa di spigoli vivi di salita / discesa.

In combinazione con i condensatori creano una "costante di tempo" da utilizzare come filtro o ritardo. Questo può essere per la sintonizzazione della frequenza, o se più robusto agisce come un filtro a catena negli alimentatori.

Dire che limitano gli "infiniti" sembra un po 'banale, ma senza di loro non avremmo tecnologia. Anche la Ford modello 'T' aveva grandi banchi di resistori per selezionare la corrente di carica adeguata per la batteria. Non era la ricarica di precisione che abbiamo oggi, ma una soluzione 'just-get-by' era abbastanza buona allora.

Sembra che tu non comprenda completamente come scorre la corrente e la sua relazione con la tensione. Se capisci questa relazione, puoi facilmente rispondere a tutte le tue domande.

Gli elettroni vogliono spostarsi da un luogo ad alta tensione a un luogo a bassa tensione il più rapidamente possibile, ad esempio da un'estremità della batteria all'altra. Se le due estremità della batteria sono collegate direttamente insieme tramite filo, gli elettroni salteranno tutti incredibilmente rapidamente verso l'estremità a bassa tensione, perché non c'è nulla che li rallenta.

Il resistore rallenta la velocità con cui gli elettroni possono muoversi attraverso il circuito. Senza il resistore, la batteria si esaurirà immediatamente.