Làm thế nào để tôi tính toán hiện tại trong các nhánh song song?

Tôi đã chơi xung quanh với Arduino được một thời gian và trong khi tôi biết đủ về các mạch đơn giản để có được các dự án nhỏ và chạy, tôi vẫn không biết đủ để hiểu những gì đang diễn ra nhưng đơn giản nhất là Chu trình.

Tôi đã đọc một vài cuốn sách về điện tử và một số ít các bài báo trực tuyến, và trong khi tôi nghĩ rằng tôi hiểu cách điện áp, dòng điện, điện trở, tụ điện và các thành phần khác hoạt động; Khi tôi thấy một sơ đồ có rất nhiều trong số họ, tôi không biết chuyện gì đang xảy ra ở đâu.

Cuối cùng để hiểu rõ hơn, tôi đã mua Bộ Dự án Điện tử 300 trong 1, tuy nhiên dường như nó nhảy từ "Đây là một mạch có hai điện trở song song" sang những thứ phức tạp hơn, mà không giải thích cách thức hoạt động của nó .

Ví dụ, nó hiển thị một pin đơn giản-> điện trở-> mạch LED, nhưng cho thấy rằng nếu bạn nối một nút lên song song với đèn LED, nhấn nút này sẽ tắt đèn LED.

Tôi hiểu rằng dòng điện phải đi qua con đường ít kháng cự nhất, nhưng tôi không hiểu tại sao nó không đi qua cả hai .

Tôi được dạy rằng việc nối hai điện trở lên song song sẽ khiến dòng điện chạy qua cả hai, và do đó, dòng điện trong mạch càng nhiều. Tôi cũng đã thử thay thế nút trong mạch trên bằng các điện trở có giá trị khác nhau và như tôi nghi ngờ, một điện trở có giá trị cao hoàn toàn không ảnh hưởng đến bóng đèn, nhưng các giá trị thấp hơn bắt đầu làm mờ bóng đèn.

Tôi không chắc chắn làm thế nào để áp dụng phương trình E = IR cho tất cả điều này.

Ngoài ra, một đèn LED có bao nhiêu điện trở? Tôi đã thử đo nó bằng đồng hồ vạn năng của mình, nhưng nó sẽ không đọc được.

Xin lỗi nếu tôi vặn vẹo tải ở đây, nhưng tôi đang cố vẽ một bức tranh về những gì tôi nghĩ tôi hiểu và những gì tôi muốn hiểu. Không chắc chắn tôi đã đạt được điều đó!

Ồ vâng, và mong đợi nhiều hơn về điều này khi tôi tìm hiểu sâu hơn về bộ dự án 300 trong 1 của mình!

Chà, tôi đang học ngành kỹ thuật điện ngay bây giờ và tôi có thể nói với bạn rằng những bước nhảy như bạn mô tả mất khoảng hai năm giảng bài tại trường đại học của tôi.

Điều đầu tiên quan trọng là phải biết yếu tố nào thụ động và yếu tố nào đang hoạt động. Sau đó, bạn cần biết phần tử nào là tuyến tính và phần tử nào không. Bước tiếp theo là lấy sơ đồ tương đương cho các yếu tố mà bạn có và xem cách chúng hoạt động.

Ví dụ: hãy thực hiện chuyển đổi. Ở trạng thái tắt, nó hoạt động như một mạch mở , trong khi ở trạng thái, nó hoạt động như một mạch ngắn . Tiếp theo, nếu bạn có thiết bị nhạy cảm, bạn sẽ có thể nhận thấy rằng công tắc không thực sự bị đoản mạch vì nó có một số điện trở, nhưng nó rất thấp. Bây giờ hãy xem các diode . Diode không phải là thành phần tuyến tính, vì vậy nó không có điện trở theo nghĩa cổ điển mà ví dụ điện trở có. Thay vào đó là đường cong VI của diode. Trên một điện trở, đó là một hàm tuyến tính và chúng ta có thể sử dụng điện trở làm đặc tính của nó, nhưng trên diode, nó có vẻ theo cấp số nhân.

Như bạn có thể thấy từ hình ảnh, điện áp nhất định là cần thiết để diode bắt đầu hoạt động đúng và khi bạn kích hoạt công tắc, điện áp đó sẽ biến mất. Điều đó có nghĩa là, "điện trở" của diode trở nên rất lớn. Để có được cảm giác về điều này, hãy sử dụng phép tính điện trở song song cho điện trở 1 mΩ và điện trở 1MΩ và xem xem có bao nhiêu dòng điện đi qua mỗi chúng. Đây là cách mạch bạn đề cập hành xử.

Bạn không thể trực tiếp áp dụng E = IR cho điều này vì đèn LED là một diode, là một thiết bị phi tuyến.

Đơn giản hóa: một diode sẽ không dẫn dòng trừ khi có đủ, điện áp phân cực đúng có mặt trên các cực của nó để phân cực thuận.

Điện trở của công tắc rút ngắn diode ra rất nhỏ, do đó điện áp được tạo ra trên nó cũng rất nhỏ, chắc chắn nhiều bậc có cường độ quá nhỏ để chuyển tiếp sai lệch diode.

Nếu bạn thay thế công tắc bằng một điện trở, mọi thứ có thể thay đổi. Hãy tưởng tượng đèn LED ra khỏi mạch. Nếu điện trở giới hạn dòng điện đủ để phát ra sự sụt giảm điện áp trên nó bằng hoặc lớn hơn yêu cầu phân cực thuận của đèn LED, một khi bạn đặt đèn LED vào mạch, bạn sẽ thấy đèn LED sẽ sáng như bạn Được Quan sát. Có dòng điện được 'chia sẻ' bởi đèn LED và điện trở - bạn sẽ quan sát thấy điện áp trên điện trở song song với diode được 'kẹp' bởi diode.

Điốt về bản chất không phải là điện trở như điện trở. Điện trở của chúng cực kỳ nhỏ - đây là lý do tại sao một mạch LED yêu cầu một điện trở nối tiếp - để cung cấp điện trở làm hạn chế dòng điện và bảo vệ diode khỏi bị hỏng.

Xem bài viết Wikipedia về điốt.

Điện trở thông thường là các thiết bị tuyến tính; nếu 10V trên một điện trở dẫn đến dòng điện 1mA, thì 20V sẽ cung cấp cho bạn 2mA. Điều đó đủ dễ dàng, nhưng một vài thành phần đơn giản.
Chẳng hạn, một đèn LED (hoặc bất kỳ diode nào cho vấn đề đó) không hoạt động như vậy.

Nếu bạn đặt một điện áp thấp như 100mV qua một diode thì sẽ khó có dòng điện nào. Nếu bạn tăng từ từ điện áp, bạn sẽ thấy rằng khoảng 0,7V dòng điện bắt đầu chảy, để sớm đạt được giá trị cao, hãy xem biểu đồ. Chúng ta có thể thấy rằng điện áp trên diode là ít nhiều hằng số. 0,7V dành cho một diode silicon thông thường, đối với đèn LED, điện áp này sẽ cao hơn, chủ yếu phụ thuộc vào màu sắc, nhưng về cơ bản là đồ thị giống nhau. Bởi vì dòng điện sẽ tăng quá đột ngột đến một giá trị sẽ phá hủy đèn LED mà bạn phải sử dụng điện trở giới hạn dòng điện. Sự gia tăng trong hiện tại sẽ đột ngột, nhưng không phải ngay lập tức; đường trong biểu đồ không hoàn toàn thẳng đứng. Đó là bởi vì đèn LED cũng có điện trở nhỏ, nhưng điều này quá nhỏ để giới hạn dòng điện ở giá trị an toàn. Vì vậy, điều này có nghĩa là gì trong một mạch?

Hai trong số những điều cơ bản trong các mạch (ngoài Luật Ohm) là Luật của Kirchhoff, có Luật Điện áp của Kirchhoff, còn gọi là KVL, và Luật hiện hành của Kirchhoff (KCL). Chúng ta quên KCL một lát và xem qua KVL, luật điện áp. Điều này nói rằng tổng của các điện áp trong bất kỳ vòng kín là bằng không. Bạn chọn một hướng mà bạn đi qua vòng lặp. Chúng tôi chọn theo chiều kim đồng hồ. Điện áp của nguồn cung cấp thường được chọn là dương, theo chiều kim đồng hồ, chúng ta đi từ âm sang dương. Sau đó, các điện áp trên điện trở và LED là âm, bởi vì chúng ta gặp phải tích cực đầu tiên. Rồi Kirchhoff nói:$V_{BAT} - V_{R} - V_{LED} = 0$, hoặc là $V_{BAT} = V_{R} + V_{LED}$. Giả sử đèn LED có điện áp 2V. Sau đó chúng ta có thể tính toán$V_{R} = V_{BAT} - V_{LED} = 6V - 2V = 4V$và dòng điện qua mạch $I = \frac{V_{R}}{R} = \frac{4V}{330 \Omega} = 12mA$.

Điều gì xảy ra nếu chúng ta đặt một công tắc song song với đèn LED? Nếu đóng công tắc, nó có điện trở bằng 0 và theo định luật Ohm, nó sẽ có điện áp bằng 0. Và vẫn theo điện áp Ohm zero trên bất kỳ điện trở nào có nghĩa là dòng điện bằng 0, do đó, với điện trở của đèn LED sẽ không có dòng điện chạy qua nó.

Một diode không được đặc trưng bởi trở kháng, trong khi các điện trở, tụ điện và cuộn cảm có thể được đúc trong cùng một khuôn điện - mỗi cái có một "điện trở" (có khả năng thay đổi theo "tần số" của tín hiệu điện áp được áp dụng).

Mặt khác, một diode vẽ một lượng dòng điện phụ thuộc phi tuyến tính vào điện áp đặt trên các cực của nó. Một công tắc song song với nó, khi đóng một cách hiệu quả làm cho điện áp giảm trên 0 và do đó nó không dẫn dòng điện.

Ngẫu nhiên, và vì một lý do khác, bạn sẽ quan sát thấy một hiện tượng tương tự nếu bạn thay thế đèn LED bằng một điện trở. Nhấn công tắc cũng giống như đặt điện trở 0-ohm (hoặc dù sao rất nhỏ) song song với nó. Hầu như tất cả các dòng điện sẽ chảy qua ngắn mạch.

Biên tập

Để trả lời cho câu hỏi phụ lục trong nhận xét về câu trả lời của tôi. Có nhiều cách để thể hiện điều này, nhưng giả sử bạn có:

                        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

Chúng tôi biết rằng Delta_V là mức giảm trên R_1 và R_2 (nghĩa là mức giảm trên R_1 tương đương với mức giảm trên R_2 bằng với Delta_V). Sự sụt giảm điện áp đó ngụ ý một dòng điện thông qua cả hai điện trở. Cụ thể là:

                        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

Điều đó có nghĩa là, dòng điện được phân phối giữa các điện trở song song theo tỷ lệ nghịch với điện trở tương đối của chúng. Vì vậy, nếu một điện trở là R_1 ba lần nhỏ hơn so với R_2 nó đã vẽ ba lần nhiều hơn so với hiện R_2. Bạn có thể giảm hơn nữa tổng số mạch được hiển thị thành một điện trở duy nhất thông qua việc thu gọn các điện trở song song và nối tiếp để tính tổng dòng điện được vẽ bởi mạch, i_total. Sử dụng công thức bổ sung:

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)

Lưu ý rằng Delta_V thực sự không quan trọng để hiểu tổng số phân phối hiện tại giữa các đường dẫn song song.