Come calcolo la corrente in rami paralleli?

Ho giocato con un Arduino per un po 'di tempo, e mentre conosco abbastanza i circuiti semplici per avviare piccoli progetti, non so ancora abbastanza per capire cosa sta succedendo tranne il più semplice di circuiti.

Ho letto alcuni libri sull'elettronica e una manciata di articoli online, e mentre penso di capire come funzionano tensione, corrente, resistori, condensatori e altri componenti; quando vedo uno schema con molti di essi, non so cosa stia succedendo.

In un po 'per riuscire finalmente a risolverlo, ho acquistato un set di progetti elettronici 300 in 1, tuttavia sembra saltare da "Ecco un circuito con due resistori in parallelo" a cose più complesse, senza spiegare come funziona .

Ad esempio, mostra un semplice circuito batteria-> resistenza-> LED, ma mostra che se si collega un pulsante in parallelo al LED, premendo il pulsante si spegne il LED.

Capisco che la corrente deve percorrere il percorso di minor resistenza, ma non capisco perché non attraversi entrambi .

Mi viene insegnato che il cablaggio di due resistori in parallelo provoca il flusso della corrente attraverso entrambi, e quindi più flussi di corrente nel circuito. Ho anche provato a sostituire il pulsante nel circuito sopra con resistori di vari valori e, come sospettavo, un resistore di alto valore non influenza affatto la lampadina, ma valori più bassi iniziano a oscurarla.

Non sono sicuro di come applicare l'equazione E = IR a tutto questo.

Inoltre, quanta resistenza ha un LED? Ho provato a misurarlo con il mio multimetro, ma non è stato possibile leggere.

Scusate se ho waffled su carichi qui, ma sto cercando di dipingere un quadro di ciò che penso di capire e ciò che voglio capire. Non sono sicuro di averlo raggiunto!

Oh sì, e mi aspetto molto di più mentre approfondisco il mio kit di progetto 300 in 1!

Bene, sto studiando ingegneria elettrica proprio ora e posso dirti che i salti che hai descritto richiedono circa due anni di lezioni alla mia università.

La prima cosa che è importante è sapere quali elementi sono passivi e quali sono attivi. Quindi devi sapere quali elementi sono lineari e quali no. Il prossimo passo è ottenere schemi equivalenti per gli elementi che hai e vedere come si comportano.

Ad esempio, prendiamo l'interruttore. In stato spento, funziona come un circuito aperto , mentre in stato acceso funziona come un corto circuito . Successivamente, se si dispone di apparecchiature sensibili, si noterà che l'interruttore non è effettivamente in corto circuito perché ha una certa resistenza, ma è molto basso. Ora diamo un'occhiata a diodo . Il diodo non è un componente lineare, quindi non ha resistenza nel senso classico in cui hanno ad esempio i resistori. Invece c'è la curva VI del diodo. Su un resistore, è una funzione lineare e possiamo usare la resistenza come caratteristica, ma sul diodo sembra esponenziale.

Come puoi vedere dall'immagine, è necessaria una certa tensione affinché il diodo inizi a funzionare correttamente e quando si attiva l'interruttore, quella tensione scompare. Ciò significa che la "resistenza" del diodo è diventata enorme. Per avere un'idea di ciò, usa il calcolo della resistenza parallela per dire resistenza da 1 mΩ e resistenza da 1 MΩ e dai un'occhiata a quanta corrente passa attraverso ognuna di esse. Questo è il modo in cui si comporta il circuito che hai citato.

Non è possibile applicare direttamente E = IR a questo perché il LED è un diodo, che è un dispositivo non lineare.

Semplificato: un diodo non conduce corrente a meno che non sia presente una tensione di polarità corretta sufficiente attraverso i suoi terminali per deviare in avanti.

La resistenza dell'interruttore che mette in corto circuito il diodo è molto piccola, quindi anche la tensione generata su di esso è molto piccola, sicuramente molti ordini di grandezza troppo piccoli per deviare il diodo in avanti.

Se si sostituisce l'interruttore con un resistore, le cose possono cambiare. Immagina che il LED sia fuori dal circuito. Se il resistore limita sufficientemente la corrente per sviluppare una caduta di tensione attraverso di essa pari o superiore al requisito di polarizzazione diretta del LED, una volta inserito il LED nel circuito vedrai che il LED si accenderà debolmente mentre osservato. La corrente viene "condivisa" dal LED e dal resistore: noterai che la tensione attraverso il resistore in parallelo al diodo è "bloccata" dal diodo.

I diodi non sono intrinsecamente resistivi come i resistori. La loro resistenza è estremamente ridotta - ecco perché un circuito LED richiede un resistore in serie - per fornire resistenza che limita la corrente e protegge il diodo da guasti.

Vedi l' articolo di Wikipedia sui diodi.

I resistori ordinari sono dispositivi lineari; se 10 V su una resistenza generano una corrente di 1 mA, allora 20 V forniscono 2 mA. È abbastanza facile, ma pochi componenti sono così semplici.
Un LED (o qualsiasi diodo per quella materia) per esempio non si comporta in questo modo.

Se si mette una bassa tensione come 100mV su un diodo non ci sarà quasi nessuna corrente. Se aumenti lentamente la tensione vedrai che intorno a 0,7 V la corrente inizia a fluire, per raggiungere un valore molto presto, vedi grafico. Possiamo vedere che la tensione sul diodo è più o meno costante. Lo 0,7 V è per un comune diodo al silicio, per i LED questa tensione sarà più alta, principalmente a seconda del colore, ma il grafico è sostanzialmente lo stesso. Poiché la corrente aumenterà così all'improvviso a un valore che distruggerà il LED, è necessario utilizzare una resistenza di limitazione della corrente. L'aumento della corrente sarà improvviso, ma non immediato; la linea nel grafico non è del tutto verticale. Questo perché il LED ha anche una piccola resistenza, ma questa è troppo piccola per limitare la corrente a un valore sicuro. Cosa significa questo in un circuito?

Due delle cose fondamentali nei circuiti (a parte la legge di Ohm) sono le leggi di Kirchhoff, c'è una legge sulla tensione di Kirchhoff, alias KVL, e una legge attuale di Kirchhoff (KCL). Dimentichiamo KCL per un momento e diamo un'occhiata a KVL, la legge sulla tensione. Questo dice che la somma delle tensioni in ogni circuito chiuso è zero. Scegli una direzione in cui attraversi il ciclo. Scegliamo in senso orario. La tensione dell'alimentatore viene solitamente scelta come positiva, andando in senso orario si passa da negativo a positivo. Quindi le tensioni sul resistore e sul LED sono negative, perché prima incontriamo il positivo. Quindi Kirchhoff dice:$V_{BAT} - V_{R} - V_{LED} = 0$, o $V_{BAT} = V_{R} + V_{LED}$. Supponiamo che il LED abbia una tensione di 2V. Quindi possiamo calcolare$V_{R} = V_{BAT} - V_{LED} = 6V - 2V = 4V$e la corrente attraverso il circuito $I = \frac{V_{R}}{R} = \frac{4V}{330 \Omega} = 12mA$.

Cosa succede se posizioniamo un interruttore parallelo al LED? Se l'interruttore è chiuso ha resistenza zero e secondo la legge di Ohm avrà tensione zero su di esso. E ancora secondo Ohm tensione zero su qualsiasi resistenza significa corrente zero, quindi data la resistenza del LED non passerà corrente attraverso di essa.

Un diodo non è caratterizzato da un'impedenza, mentre resistori, condensatori e induttori possono essere lanciati nello stesso stampo elettrico, ciascuno con una "resistenza" (che varia potenzialmente rispetto alla "frequenza" del segnale di tensione applicato).

Un diodo, d'altra parte, assorbe una quantità di corrente che dipende in modo non lineare dalla tensione applicata attraverso i suoi terminali. Un interruttore in parallelo con esso, quando chiuso, fa sì che la tensione scenda attraverso di esso zero, e quindi non conduce corrente.

Per inciso, e per un motivo diverso, osserveresti un fenomeno simile se sostituissi il LED con un resistore. Premere l'interruttore è come mettere in parallelo una resistenza da 0 ohm (o comunque molto piccola). Quasi tutta la corrente fluirà attraverso il corto circuito.

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In risposta alla domanda aggiuntiva nel commento sulla mia risposta. Esistono molti modi per dimostrarlo, ma supponiamo che tu abbia:

                        R_1
                   +---^v^v^----+
          R_x      |            |      R_y
   Vcc---^v^v^-----+            +-----^v^v^----GND
               V_x |    R_2     | V_y
                   +---^v^v^----+

Let Delta_V = V_x - V_y

Sappiamo che Delta_V è il calo su R_1 e R_2 (cioè il calo su R_1 è uguale al calo su R_2 è uguale a Delta_V). Quella caduta di tensione implica una corrente attraverso entrambi i resistori. Vale a dire:

                        R_1
                   +---^v^v^----+
          R_x      |    -->     |      R_y
   Vcc---^v^v^-----+    i_1     +-----^v^v^----GND
          -->      |    R_2     | 
        i_total    +---^v^v^----+
                        -->
                        i_2

Delta_V = i_1 * R_1
Delta_V = i_2 * R_2

therefore:    i_1 * R_1 = i_2 * R_2
equivalently: i_2 = i_1 * R_1 / R_2
equivalently: i_1 = i_2 * R_2 / R_1
equivalently: i_1 / i_2 = R_2 / R_1

Vale a dire, la corrente è distribuita tra i resistori paralleli in proporzione inversa alla loro resistenza relativa. Quindi, se un resistore è R_1 tre volte più piccolo di R_2, è stato assorbito tre volte più corrente di R_2. È possibile ridurre ulteriormente il circuito totale mostrato in un singolo resistore collassando i resistori parallelo e serie per calcolare la corrente totale assorbita dal circuito, i_total. Utilizzando la formula aggiuntiva:

i_total = i_1 + i_2

therefore:    i_total = i_1 + i_1 * R_1 / R_2
equivalently: i_total = i_1 * ( 1 + R_1 / R_2 ) = i_1 * (R_1 + R_2) / R_2
equivalently: i_1 = i_total * (R_2 / R_1 + R_2)
equivalently: i_2 = i_total * (R_1 / R_1 + R_2)

Si noti che non è importante ciò che Delta_V in realtà è capire come la corrente totale si distribuisce tra i percorsi paralleli.