Những câu hỏi rất cơ bản về điện trở và gnd

Tôi là một người mới bắt đầu. Tôi đã mua một bộ khởi động arduino và đây là chương trình mẫu đầu tiên - nó làm cho đèn LED nhấp nháy. Văn bản kèm theo không đưa ra lý thuyết nào về những gì đang xảy ra trong các chương trình mẫu nên tôi có một vài câu hỏi.

1. Chức năng của điện trở ở đây là gì?
2. Tại sao nó là điện trở 560 ohm (trái ngược với 2 ohms hoặc 20000 ohms)?
3. Mạch bắt đầu từ chân arduino 13 mà tôi hiểu đặt ra điện áp 5 Vôn. Nhưng mạch sau đó kết thúc tại gnd. Tôi nghĩ rằng các mạch được cho là lặp đi lặp lại để hiện tại sẽ tiếp tục chảy không ngừng? Lý do cho việc chấm dứt mạch tại gnd là gì?

Đây là mạch -

Tóm lại:

1. Các điện trở trong mạch này là một "Điện trở giới hạn hiện tại"
2. Điện trở phụ thuộc vào điện áp rơi và yêu cầu hiện tại của đèn LED.
3. Mặt đất tạo thành một phần của mạch. Bộ vi điều khiển cũng được kết nối với mặt đất. Đó là một điểm tham chiếu mà tất cả các điện áp khác trong mạch được đo dựa vào.

Chi tiết hơn:

Đèn LED đòi hỏi một lượng dòng điện nhất định để sáng lên. Nó cũng có một điện áp nhất định mà nó hoạt động. Chúng không bao giờ giống như Arduino 5v đưa ra thông qua các chân IO của nó. Vì vậy, nếu đèn LED có điện áp chuyển tiếp là 2.2V và mức định mức tối đa 25mA và Arduino đưa ra 5V, thì chúng ta cần mất một số điện áp đó để giảm xuống còn 2.2V. Các điện trở làm điều này cho chúng ta.

Chúng tôi tính toán giá trị của điện trở bằng cách sử dụng Định luật Ohm, trong đó nêu rõ:

$R=\frac{V}{I}$

Hoặc, điện trở là điện áp chia cho dòng điện.

Vì vậy, đối với đèn LED 2.2V của chúng tôi, chúng tôi sẽ cần mất 2,8V khi sử dụng điện trở. Đèn LED có thể vẽ 25mA (tối đa mà không bị cháy), như đã lưu ý ở trên.

Vì vậy, chúng ta có thể đưa các giá trị đó vào công thức Luật Ohm của mình:

$R=\frac{2.8}{0.025}$

Cho chúng ta câu trả lời 112Ω

Đối với đèn LED tôi chọn ngẫu nhiên ở trên, bạn sẽ sử dụng điện trở 112Ω để ngăn không cho đèn bật . Vì chúng không tạo ra điện trở 112Ω thông thường (bạn có thể nhận được bất kỳ giá trị nào được thực hiện, nhưng chúng có chi phí giảm tải), giá trị tiếp theo được chọn - thường là 120Ω.

Không biết thông số kỹ thuật chính xác của đèn LED của bạn, không thể biết chính xác nên sử dụng điện trở nào, nhưng điện trở có giá trị cao hơn sẽ an toàn hơn so với giá trị thấp hơn (nó chỉ có thể không sáng như vậy) và xung quanh khu vực 500Ω là giá trị hợp lý để che hầu hết các đèn LED.

Đối với kết nối mặt đất - đó chỉ là một dây khác - kết nối "trở lại" giữ dòng điện trong một vòng lặp. Chỉ vì nó được gọi là "mặt đất" mà nó không làm cho nó trở nên đặc biệt - nó chỉ là một điểm tham chiếu. 5V trong mạch thực sự là "5V With Reference to Ground". Tất cả các phần của mạch được đánh dấu bằng biểu tượng mặt đất đều được kết nối với nhau - nó chỉ lưu bản vẽ trong dây.

Một bóng đèn đơn giản có thể hoạt động trực tiếp trên 3V, 5V, 12V (tùy thuộc vào những gì bạn nhận được). Một đèn LED thì khác, nó cần một lượng dòng nhất định để đi qua trước khi nó sáng lên. Bởi vì đèn LED là một loại diode (biểu tượng cho thấy điều đó), điện áp gần như không đổi khi nó dẫn. Nó sẽ tăng lên một chút, nhưng điều đó gần như không đáng kể.

Một đèn LED thông thường cần tối thiểu 1 hoặc 2mA để sáng. Hầu hết có tối đa khoảng 20mA. Điện áp phụ thuộc vào màu sắc và đôi khi loại đèn LED bạn có. Giả sử bạn có một đèn LED màu đỏ đơn giản. Thông thường, nó sẽ nói '2V giảm ở 20mA'. Điều đó có nghĩa là nếu bạn chạy 20mA qua nó, sẽ có hiện tượng sụt áp 2V (KHÔNG phải theo cách khác - điều này có thể hơi khó hiểu lúc đầu). Nhưng, chúng ta có nguồn cung cấp 5V phải không? Vì vậy, nếu chúng ta đặt 5V trên nó, đèn LED sẽ dẫn xa hơn 20mA và sẽ nổ tung. Những gì chúng tôi muốn là tạo ra một mạch mà điện trở mất 3V và 20mA sẽ chảy qua cả điện trở và đèn LED (vì chúng nằm trong chuỗi).

Chúng ta có thể làm điều đó với luật Ohm. Nó mô tả mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp của điện trở: R = U / I Trong trường hợp này chúng ta muốn U 3V (điện áp trên điện trở) và I là 20mA. Vì vậy, chúng tôi điền nó vào: R = 3V / 20mA = 3V / 0,02A = 150 ohms.

Bây giờ, vì đèn LED đang chạy của Arduino, vi điều khiển có thể không thể cung cấp 20mA. Hơn nữa, tôi không biết thông số kỹ thuật chính xác của đèn LED, có thể khác nhau. Vì vậy, tôi cho rằng họ đã tính toán 560 ohms của họ trên cơ sở tốt.

Tại sao rõ ràng không phải 20k hay 2 ohms .. tốt. Nếu bạn đặt toàn bộ 5V trên điện trở 20k, bạn chỉ nhận được 0,25mA dòng điện. Giả sử đèn LED sẽ mất một chút, gần như sẽ không có bất kỳ ánh sáng nào cả. Nếu bạn mất 2 ohms bạn sẽ làm nổ đèn LED. Sẽ có rất nhiều dòng chảy mà đèn LED là bánh mì nướng.

Đối với arduino; Một arduino chứa một chip vi điều khiển. Đây là những thiết bị thông minh có thể thay đổi đầu ra của pin. Nó có thể làm cho một pin cao (làm cho nó 5V), hoặc thấp (làm cho nó 0V). Chúng ta có thể lập trình điều đó bằng phần mềm. Nếu bạn làm cho pin cao, nó sẽ chỉ đặt 5V trên đèn LED và điện trở của bạn. Dòng điện sẽ chảy, đèn LED sẽ sáng, v.v ... Nếu bạn đặt mức thấp, nó sẽ đặt 0V trên đèn LED và điện trở. Điều đó sẽ không làm được gì nhiều, và đèn LED sẽ tắt.

Mạch luôn yêu cầu một vòng lặp thực sự, nhưng vi điều khiển có phần cứng bên trong để khắc phục điều đó. Hãy nghĩ về nó như các công tắc bên trong sẽ kết nối nguồn cung cấp 5V với chân 13 hoặc GND (nếu trạng thái của nó thấp). Đèn LED và điện trở được nối với mặt đất để nó hoàn thành mạch đó. Chúng ta cũng có thể thực hiện theo cách khác, nhưng sau đó đèn LED sẽ BẬT nếu bạn làm cho pin ở mức thấp (0V) và tắt nếu bạn làm cho pin ở mức cao (5V).

3. Tôi nghĩ rằng các mạch được cho là vòng lặp xung quanh để dòng điện sẽ tiếp tục chảy không ngừng? Lý do cho việc chấm dứt mạch tại gnd là gì?

Đúng rồi. Phải có một vòng hoàn chỉnh để cho phép các điện tích chảy xung quanh vòng lặp, và cho phép năng lượng điện truyền từ pin sang đèn LED.

Trong trường hợp này, các dòng điện tích (rất chậm) trong một vòng kín thông qua điện trở, thông qua đèn LED, thông qua một công tắc bên trong Arduino được kết nối với chân + 5V, thông qua bộ điều chỉnh điện áp, qua pin và trở lại điện trở.

Năng lượng điện chảy (rất nhanh) từ pin sang đèn LED dọc theo một đường dẫn (dòng chảy Poynting) rất phức tạp mà ít người từng bận tâm khi cố gắng vẽ nó.

Trên thực tế, chúng ta thường không thèm vẽ toàn bộ vòng lặp cho đường đi của dòng điện tích. Chúng ta thường có hàng tá thiết bị mà mỗi thiết bị có ít nhất một pin phải được kết nối vật lý với đầu cực âm của pin. Nhưng thay vì vẽ hàng chục dòng từ pin đến hàng chục thiết bị trên toàn sơ đồ, chúng tôi tượng trưng cho kết nối đó với "biểu tượng mặt đất" hình tam giác nhỏ.

Đôi khi chúng tôi tạo biểu tượng cho các điểm khác mà nhiều dây và nhiều thành phần được kết nối với. Vì vậy, sơ đồ của tôi có thể có một nhóm các thành phần có "+5 V" ở trên và "GND" bên dưới xuất hiện tách biệt với mọi thứ khác trên sơ đồ.

Nhưng nhóm các thành phần đó không thực sự tách biệt về mặt vật lý với mọi thứ khác. Đó là một phần của một vòng lặp hoàn chỉnh. Giống như khi tôi đề cập đến mưa rơi trên đầu và sau đó nhỏ giọt từ quần áo của tôi xuống đất, tôi không nói nước chảy ra từ đâu và sau đó biến mất một cách bí ẩn khi nó rơi xuống đất - Tôi đang bỏ qua các chi tiết về lưu vực sông và sông và chu trình nước bởi vì việc hoàn thành vòng lặp là kiến ​​thức phổ biến.

(Tôi giả sử bạn đang sử dụng pin 12 V để cấp nguồn cho Arduino và (gián tiếp) đèn LED nhấp nháy. Có nhiều nguồn năng lượng khác cũng sẽ nhấp nháy đèn LED, nhưng chúng phức tạp hơn để giải thích).