Paralel dallardaki akımı nasıl hesaplayabilirim?

Bir süredir bir Arduino ile oynuyorum ve küçük projeleri başlatmak ve çalıştırmak için basit devreleri yeterince bildiğim halde, en basitinden başka neler olduğunu anlamaya yetecek kadar bilmiyorum. devreleri.

Elektronik ve birkaç çevrimiçi makale hakkında birkaç kitap okudum ve gerilim, akım, dirençler, kapasitörler ve diğer bileşenlerin nasıl çalıştığını anladığımı düşünüyorum; içinde bir sürü şematik gördüğümde, nerede olup bittiğini bilmiyorum.

Sonunda onunla başa çıkmak için, 300'ü 1 arada Elektronik Proje Seti aldım, ancak nasıl çalıştığını açıklamadan, "İşte paralel iki dirençli bir devre var" .

Örneğin, basit bir pil-> direnç-> LED devresi gösterir, ancak LED'e paralel bir düğme bağlarsanız, düğmeye basmanın LED'i kapattığını gösterir.

Akımın en az direnç yolundan geçmesi gerektiğini anlıyorum, ancak neden her ikisinden de geçmediğini anlamıyorum .

İki direnci paralel olarak kablolamanın akımın her ikisinden de akmasına ve dolayısıyla devrede daha fazla akım akışına neden olduğu öğretildi. Ayrıca yukarıdaki devredeki düğmeyi değişen değerlere sahip dirençlerle değiştirmeyi denedim ve şüphelendiğim gibi, yüksek değerli bir direnç ampulü hiç etkilemez, ancak daha düşük değerler ampulü karartmaya başlar.

Tüm bunlara E = IR denkleminin nasıl uygulanacağından emin değilim .

Ayrıca, bir LED'in ne kadar direnci var? Bunu multimetreyle ölçmeyi denedim, ama bir okuma vermeyecekti.

Burada yükler üzerinde waffled, üzgünüm, ama anladığımı ve ne anlamak istediğimi bir resim çizmeye çalışıyorum. Bunu başardığımdan emin değilim!

Oh evet, ve 300'ü 1 arada proje setimin derinliklerine inerken daha fazlasını bekliyorum!

Şu anda elektrik mühendisliği okuyorum ve size anlattığınız gibi sıçramaların üniversitemde yaklaşık iki yıl ders aldığını söyleyebilirim.

Önemli olan ilk şey, hangi öğelerin pasif ve hangilerinin aktif olduğunu bilmektir . O zaman hangi öğelerin doğrusal ve hangilerinin doğrusal olmadığını bilmeniz gerekir . Bir sonraki adım, sahip olduğunuz öğeler için eşdeğer şemalar elde etmek ve nasıl davrandıklarını görmektir.

Örneğin, anahtarı ele alalım. Kapalı durumda, açık devre işlevi görürken açık durumda kısa devre işlevi görür . Daha sonra, hassas ekipmanlarınız varsa, anahtarın aslında kısa devre olmadığını fark edeceksiniz, çünkü biraz direnci var, ancak çok düşük. Şimdi diyota bir bakalım . Diyot doğrusal bileşen değildir, bu nedenle örneğin dirençlerin sahip olduğu klasik anlamda direnç göstermez. Bunun yerine diyotun VI eğrisi var. Bir dirençte, doğrusal bir işlevdir ve direnci karakteristiği olarak kullanabiliriz, ancak diyotta üstel görünüyor.

Görüntüden de görebileceğiniz gibi, diyotun düzgün çalışmaya başlaması için belirli voltaj gereklidir ve anahtarı tetiklediğinizde bu voltaj kaybolur. Bu, diyotun "direncinin" çok büyük hale geldiği anlamına geliyor. Bunun hakkında bir fikir edinmek için, 1 mΩ direnç ve 1MΩ direnç için paralel direnç hesaplamasını kullanın ve her birinin içinden ne kadar akım geçtiğine bakın. Bahsettiğiniz devre bu şekilde davranır.

E = IR'yi doğrudan uygulayamazsınız, çünkü LED doğrusal olmayan bir cihaz olan bir diyottur.

Basitleştirilmiş: Bir diyot, terminalleri boyunca ileri-önyargı vermek için yeterli, doğru polarite gerilimi yoksa akımı iletmez.

Diyodu kısaltan anahtarın direnci çok küçüktür, bu yüzden karşıdan üretilen voltaj da çok küçüktür, diyotu öne doğru eğmek için kesinlikle çok küçük büyüklük sıraları.

Anahtarı bir dirençle değiştirirseniz, işler değişebilir. LED'in devreden çıktığını düşünün. Direnç, akımı LED'in ileri sapma gereksinimine eşit veya daha yüksek bir voltaj düşüşü geliştirmek için yeterince sınırlandırırsa, LED'i devreye koyduğunuzda LED'in loş olarak yanacağını göreceksiniz. gözlemledi. LED tarafından `` paylaşılan '' bir akım var ve direnç - diyot ile paralel olarak direnç üzerindeki voltajın diyot tarafından 'kenetlendiğini' göreceksiniz.

Diyotlar, dirençler gibi kendinden dirençli değildir. Dirençleri son derece küçüktür - bu nedenle bir LED devresi bir dizi direnç gerektirir - akımı sınırlayan ve diyotun bozulmasını önleyen direnç sağlamak için.

Diyotlarla ilgili Wikipedia makalesine bakın .

Sıradan dirençler doğrusal cihazlardır; bir direnç üzerindeki 10V 1mA akım ile sonuçlanırsa, 20V size 2mA verecektir. Bu yeterince kolay, ancak birkaç bileşen bu kadar basit.
Örneğin bir LED (veya bu konudaki herhangi bir diyot) böyle davranmaz.

Bir diyotun üzerine 100mV gibi düşük bir voltaj koyarsanız, neredeyse hiç akım olmaz. Voltajı yavaşça artırırsanız, akımın 0.7V civarında akmaya başladığını, çok yakında yüksek bir değere ulaşmak için göreceğinizi göreceksiniz, grafiğe bakın. Diyot üzerindeki voltajın az çok sabit olduğunu görebiliriz. 0.7V yaygın bir silikon diyot içindir, LED'ler için bu voltaj esas olarak renge bağlı olarak daha yüksek olacaktır, ancak grafik temel olarak aynıdır. Akım aniden LED'i yok edecek bir değere artacağından, akım sınırlayıcı bir direnç kullanmanız gerekir. Akımdaki artış ani olacak, ama hemen değil; grafikteki çizgi oldukça dikey değil. Bunun nedeni LED'in küçük bir dirence sahip olmasıdır, ancak bu akımı güvenli bir değerle sınırlamak için çok küçüktür. Peki bu bir devrede ne anlama geliyor?

$V_{BAT} - V_{R} - V_{LED} = 0$$V_{BAT} = V_{R} + V_{LED}$$V_{R} = V_{BAT} - V_{LED} = 6V - 2V = 4V$$I = \frac{V_{R}}{R} = \frac{4V}{330 \Omega} = 12mA$.

LED'e paralel bir anahtar yerleştirirsek ne olur? Anahtar kapalıysa sıfır dirence sahiptir ve Ohm Yasası'na göre sıfır voltajı olacaktır. Ve yine de herhangi bir direnç üzerindeki Ohm sıfır voltajına göre sıfır akım anlamına gelir, bu nedenle LED'in direnci göz önüne alındığında, içinden akım akmaz.

Bir diyot bir empedans ile karakterize edilmezken, dirençler, kapasitörler ve indüktörler aynı elektrikli kalıpta dökülebilir - her biri bir "dirence" (potansiyel olarak uygulanan voltaj sinyalinin "frekansına" göre değişir).

Bir diyot, diğer yandan, terminalleri boyunca uygulanan gerilime doğrusal olmayan bir miktar akım çeker. Buna paralel bir anahtar, kapatıldığında etkili bir şekilde voltajın sıfırlanmasını sağlar ve bu nedenle akım iletmez.

Bu arada ve farklı bir nedenden dolayı, LED'i bir dirençle değiştirirseniz benzer bir fenomen gözlemlersiniz. Düğmeye basmak, ona paralel bir 0-ohm (veya yine de çok küçük) bir direnç koymak gibidir. Akımın neredeyse tamamı kısa devreden akacaktır.

Düzenle

Cevabım hakkındaki yorumda zeyilname sorusuna yanıt olarak. Bunu göstermenin birçok yolu var, ancak diyelim ki:

                        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

Delta_V'nin R_1 ve R_2'deki düşüş olduğunu biliyoruz (yani R_1 üzerindeki düşüş, R_2'deki düşüş Delta_V'ye eşittir). Bu voltaj düşüşü her iki direnç üzerinden bir akım anlamına gelir. Yani:

                        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

Yani akım, paralel dirençler arasında nispi dirençlerine ters orantılı olarak dağıtılır. Dolayısıyla, bir direnç R_1, R_2'den üç kat daha küçükse, R_2'den üç kat daha fazla akım çekilmiştir. Devrenin çektiği toplam akımı (i_total) hesaplamak için paralel ve seri dirençleri daraltarak, gösterilen toplam devreyi tek bir dirence indirgeyebilirsiniz. Ek formülü kullanma:

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)

Delta_V'nin gerçekte toplam akımın paralel yollar arasında nasıl dağıldığını anlamanın önemli olmadığını unutmayın.