Mengapa kita “membutuhkan” resistor (saya mengerti apa yang mereka lakukan, hanya saja tidak mengapa ...)? [Tutup]

Saya selalu memiliki pemahaman dasar tentang elektronik. Saya sekarang mulai belajar sedikit lebih banyak, menggunakan Arduino sebagai platform pengujian, dan saya punya pertanyaan tentang resistor yang sepertinya tidak bisa saya selesaikan melalui penelitian.

Mengapa kita menggunakannya? Saya mengerti bahwa mereka membatasi arus. (Dalam kasus LED, terlalu banyak arus akan memanaskan dan membakarnya.) Tetapi bagaimana ini diukur / dihitung / dipilih? Saya tidak secara khusus bertanya tentang case use LED, atau bagaimana cara menggunakan LED. Saya mencoba memahami "mengapa" resistor diperlukan pada tingkat fisika.

1. Apa yang terjadi pada sisa arus yang tidak digunakan (karena resistor)?
2. Apakah LED kemudian menggunakan SEMUA arus yang tersedia di sirkuit? Jika tidak, kemana sisanya pergi? (Daur ulang kembali ke sumber listrik?)
3. Mengapa LED "jatuh tegangan" dalam jumlah tertentu? Dan apa yang terjadi pada sisa komponen secara seri, apakah voltase turun untuk setiap komponen, hingga tidak ada yang tersisa? Ini masuk akal, tetapi LED tidak memiliki hambatan internal (jadi dijelaskan), jadi mengapa tegangan jatuh?
4. Saya baru-baru menonton video, di mana orang itu menjelaskan resistor, menggambar sketsa yang menunjukkan 12 V → resistor → LED --- 0 V (Apakah Anda memilih resistor Anda sejauh "menggunakan semua arus / tegangan" sebelum sampai ke akhir sirkuit? Video YouTube
5. Mengapa baterai mengalami kekurangan jika Anda menghubungkan terminal secara langsung, tetapi jika Anda menambahkan bohlam (resistor), itu tidak?
6. Saya telah melakukan penelitian selama berjam-jam, dan saya mengerti apa yang dilakukan sebuah resistor, tetapi saya tidak mengerti mengapa itu diperlukan (untuk tidak menghabiskan baterai pendek? ... Apakah ini berarti ia "memakan" semua daya sebelum itu? kembali ke anoda?)
7. Mengapa bola lampu berbeda bekerja pada baterai yang sama (resistansi berbeda, tetapi tidak ada kekurangan pendek?)

Saya tahu pertanyaan-pertanyaan ini luas, dan saya tidak secara khusus mencari jawaban untuk masing-masing secara individual. Saya menyebutkan beberapa pertanyaan di atas untuk menunjukkan bahwa saya tidak memiliki pemahaman yang kuat tentang konsep mengapa sebuah rangkaian membutuhkan perlawanan . Ini akan menjadi pertanyaan untuk dijawab.

Pemahaman Anda tentang bagaimana daya mengalir melalui suatu rangkaian perlu disesuaikan.

1. Berapa banyak daya yang mengalir melalui suatu rangkaian, dan diambil dari baterai atau sumber daya, tergantung pada seberapa banyak arus yang mengalir melalui rangkaian itu.

2. Berapa banyak arus yang mengalir melalui rangkaian ditentukan oleh seberapa konduktif rangkaian itu. Jika sirkuit memiliki resistansi tinggi, ia kurang konduktif, dan lebih sedikit arus / aliran daya.

Jadi, menggabungkan keduanya dan melihat pertanyaan Anda ...

1. Apa yang terjadi pada sisa arus yang tidak digunakan (karena resistor)?

Tidak ada "sisa arus" saat ini didefinisikan oleh resistansi rangkaian.

2.Apakah LED kemudian menggunakan SEMUA arus yang tersedia di sirkuit? Jika tidak, kemana sisanya pergi? (Daur ulang kembali ke sumber listrik?)

Sekali lagi, LED dan resistornya menentukan arus yang akan mereka ambil. Tidak ada "istirahat".

3. Mengapa LED "drop voltage" dengan jumlah tertentu? Dan apa yang terjadi pada sisa komponen secara seri, apakah voltase turun untuk setiap komponen, hingga tidak ada yang tersisa?

LED memiliki tegangan maju lebih atau kurang tetap pada arus yang diberikan. Sisa tegangan dijatuhkan di resistor. Itu mendefinisikan arus melalui LED.

4.Saya baru-baru ini menonton video, di mana orang itu menjelaskan resistor, menggambar sebuah sketsa yang menunjukkan 12v -> Resistor -> LED --- 0V (Apakah Anda memilih resistor Anda sejauh "menggunakan semua arus / tegangan" sebelum sampai ke akhir sirkuit? Video Youtube

Dalam rangkaian seri apa pun, tegangan yang diberikan akan dibagi di antara elemen-elemen rangkaian seri itu. Arus ditentukan oleh apa yang diminta oleh elemen rangkaian dan konstan di seluruh rangkaian seri.

Perlu diingat bahwa tegangan hanyalah pengukuran potensi elektron mengalir di antara dua titik. Itu selalu diukur antara dua titik, dan nilai 0 volt memberitahu kita bahwa tidak akan ada arus antara dua titik yang sama.

5.Mengapa baterai mengalami kekurangan jika Anda menghubungkan terminal secara langsung, tetapi jika Anda menambahkan bola lampu (resistor), itu tidak?

Mati pendek hampir tidak memiliki resistensi dan mengambil banyak arus dari pasokan. Bola lampu memiliki daya tahan dan jauh lebih sedikit.

6.Saya telah melakukan penelitian selama berjam-jam, dan saya mengerti apa yang dilakukan resistor, tapi saya tidak mengerti mengapa diperlukan (untuk tidak menghabiskan baterai pendek? .. apakah ini berarti "memakan" semua daya sebelum kembali ke Anode?)

Resistor diperlukan untuk mengatur arus dan menyesuaikan level tegangan melalui rangkaian seri. Mereka digunakan untuk fungsi lain juga, seperti bagian dari filter frekuensi, osilator dll.

7.Mengapa bola lampu yang berbeda bekerja pada baterai yang sama (resistansi berbeda, tapi tidak mati pendek?)

Bola lampu yang berbeda memiliki daya tahan yang berbeda.

---

Untuk memahami semua ini, Anda harus membiasakan diri dengan Hukum Ohm dan Hukum Tegangan Kirchoff .

---

EDIT: Menambahkan pertanyaan komentar karena semuanya berguna sendiri dan dapat dimigrasi.

Apakah saya benar dalam menyatakan hal berikut: "Jika saya meletakkan LED langsung pada catu daya 600moh, ia akan" menggunakan "segala sesuatu yang tersedia (600moh). Apakah saya kemudian mengkalibrasi untuk resistor untuk menahan arus yang cukup untuk memberi makan Hanya LED yang dibutuhkannya?

Sumber daya 600mAh cukup berarti kurang di sini. mAh adalah ukuran dari seberapa banyak pengisian dan daya total efektif baterai akan memasok dalam waktu tertentu. Jika sirkuit Anda membutuhkan 1mA, baterai akan bertahan 600 jam. Jika sirkuit Anda mengambil 1A baterai hanya akan bertahan 36 menit. Catat unit ... ma * Jam.

Baterai yang lebih besar, dengan teknologi dan voltase yang sama, memiliki lebih banyak mAh.

Seberapa besar daya yang dapat dihasilkannya pada suatu waktu tergantung pada hambatan terminal baterai dan seberapa cepat kimia di dalam baterai dapat bereaksi. Baterai Li-Ion 3,7V 600mAh akan menghasilkan daya yang jauh lebih mentah daripada Alkaline 1.5V 600mAh. Kekuasaan dan Energi bukanlah hal yang sama. Namun, pada akhirnya, beban, rangkaian, menentukan seberapa banyak baterai habis dan seberapa cepat, dengan asumsi itu tidak menarik terlalu cepat, pada titik mana tegangan baterai akan turun.

Anda harus memikirkan baterai seperti tangki bensin di mobil Anda. Seberapa cepat gas turun tergantung pada seberapa keras dan cepat Anda mengemudi. 600mAh hanya menentukan seberapa besar "tangki bensin" itu. Gas harus pergi dari tangki ke mesin melalui pipa dan injektor. Jika Anda menuntut terlalu banyak gas, itu tidak akan berhasil melewati yang cukup cepat dan mesin kekurangan gas.

Inilah pengantar berbasis fisika pada konsep EE yang Anda coba pahami.

Pertanyaan Anda dijawab di bagian bawah.

---

Semuanya berasal dari aliran "muatan"

Elektronika, seperti kata akar kata elektronnya , sangat banyak mempelajari aliran elektron dalam sistem tertentu.

Elektron adalah "pembawa" fundamental muatan dalam sirkuit tipikal; yaitu, mereka adalah bagaimana muatan "bergerak" di sebagian besar sirkuit.

Kami mengadopsi konvensi penandatanganan yang mengatakan bahwa elektron memiliki muatan "negatif". Terlebih lagi, sebuah elektron mewakili satuan muatan terkecil pada skala atom (fisika klasik). Ini disebut muatan "dasar" dan berada di Coulombs.$-1.602{\times}{10}^{-19}$

Sebaliknya, proton memiliki muatan bertanda "positif" sebesar Coulombs.$+1.602{\times}{10}^{-19}$

Namun, proton tidak dapat bergerak dengan mudah karena mereka biasanya terikat pada neutron dalam inti atom oleh kekuatan nuklir. Dibutuhkan jauh lebih banyak energi untuk menghilangkan proton dari inti atom (dasar untuk teknologi fisi nuklir), daripada membuang elektron.

Di sisi lain, kita dapat dengan mudah melepaskan elektron dari atomnya. Bahkan, sel surya sepenuhnya didasarkan pada efek fotolistrik (salah satu penemuan mani Einstein) karena "foton" (partikel cahaya) mengeluarkan "elektron" dari atom mereka.

---

Medan listrik

Semua muatan mengerahkan medan listrik "tanpa batas" ke ruang angkasa. Ini adalah model teoretis.

Bidang hanyalah fungsi yang menghasilkan kuantitas vektor di setiap titik (kuantitas yang mengandung besaran dan arah ... untuk mengutip Despicable Me ).

Sebuah elektron menciptakan medan listrik di mana vektor pada setiap titik di medan menunjuk ke arah elektron (arah) dengan magnitudo yang sesuai dengan hukum Coulomb:

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

Arahan dapat divisualisasikan sebagai:

Arah dan magnitudo ini ditentukan berdasarkan gaya (arah dan magnitudo) yang akan diberikan pada muatan uji positif. Dengan kata lain, garis-garis medan mewakili arah dan besarnya tes positif akan mengalami.

Muatan negatif akan mengalami gaya yang sama besarnya dengan arah yang berlawanan .

Dengan konvensi ini, ketika sebuah elektron berada di dekat elektron atau proton dekat proton, mereka akan menolak.

---

Superposisi: koleksi biaya

Jika Anda meringkas semua medan listrik yang dikerahkan secara individual oleh semua muatan di suatu wilayah pada titik tertentu, Anda mendapatkan medan listrik total pada titik itu yang diberikan oleh semua muatan.

Ini mengikuti prinsip superposisi yang sama yang digunakan untuk menyelesaikan masalah kinematika dengan banyak gaya yang bekerja pada objek tunggal.

---

Muatan positif adalah tidak adanya elektron; muatan negatif adalah surplus elektron

Ini khusus berlaku untuk elektronik di mana kita berurusan dengan aliran muatan melalui bahan padat.

Untuk mengulangi: elektronik adalah studi tentang aliran elektron sebagai pembawa muatan; proton bukan pembawa muatan utama.

Sekali lagi: untuk sirkuit, elektron bergerak, proton tidak.

Namun, muatan positif "virtual" dapat diciptakan oleh tidak adanya elektron di wilayah sirkuit karena wilayah itu memiliki lebih banyak proton bersih daripada elektron .

Ingat model elektron valensi Dalton di mana proton dan neutron menempati inti kecil yang dikelilingi oleh elektron yang mengorbit.

Elektron yang paling jauh dari nukleus dalam kulit "valensi" terluar memiliki daya tarik terlemah terhadap nukleus berdasarkan hukum Coulomb yang menunjukkan bahwa kekuatan medan listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.

Dengan mengakumulasikan muatan misalnya di atas piring atau bahan lain (misalnya, dengan menggosoknya bersama-sama seperti di masa lalu), kita dapat menghasilkan medan listrik. Jika kita menempatkan elektron di bidang ini, elektron akan bergerak secara makroskopik ke arah yang berlawanan dengan garis medan listrik.

Catatan: seperti yang akan dijelaskan oleh mekanika kuantum dan gerak Brown, lintasan sebenarnya dari masing-masing elektron cukup acak. Namun, semua elektron akan menunjukkan gerakan "rata-rata" makroskopis berdasarkan gaya yang ditunjukkan oleh medan listrik.

Dengan demikian, kita dapat menghitung secara akurat bagaimana sampel elektron makroskopik akan merespons medan listrik.

---

Potensi listrik

Ingat persamaan berdasarkan hukum Coulomb yang menunjukkan besarnya gaya diberikan pada muatan uji positif :$\lvert \vec E\rvert$

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

Dari persamaan ini, kita melihat sebagai , . Artinya, besarnya gaya yang diberikan pada muatan uji positif menjadi lebih besar semakin dekat kita dengan asal medan listrik.$r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$

Dikatakan sebaliknya, ketika , : saat Anda jauh dari sumber medan listrik, kekuatan medan cenderung nol.$r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$

Sekarang, perhatikan analogi sebuah planet. Saat massa kumulatif total planet ini meningkat, demikian pula gravitasinya. Superposisi tarikan gravitasi dari semua materi yang terkandung dalam massa planet menghasilkan tarikan gravitasi.

Selain itu: massa tubuh Anda memberikan gaya pada planet ini, tetapi massa planet sejauh ini melebihi massa tubuh Anda bahwa daya tarik gravitasi Anda dikalahkan oleh tarikan planet ini.$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$

Ingat dari kinematika bahwa potensi gravitasi adalah jumlah potensi yang dimiliki suatu benda karena jaraknya dari pusat gravitasi planet . Pusat gravitasi planet dapat diperlakukan sebagai sumber gravitasi titik.

Demikian pula, kami mendefinisikan potensi listrik sebagai berapa banyak energi yang diperlukan untuk memindahkan muatan uji positif dari jauh ke titik tertentu.$q$

Dalam kasus potensi gravitasi, kita mengasumsikan bahwa medan gravitasi adalah nol jauh dari planet.

Jika kita memiliki massa yang dimulai jauh jauh, medan gravitasi planet berfungsi untuk menarik massa lebih dekat. Karena itu, medan gravitasi "kehilangan potensi" ketika massa mendekati planet ini. Sementara itu, massa mempercepat dan memperoleh energi kinetik.→ g$m$$\vec g_{\text{planet}}$

Demikian pula, jika kita memiliki muatan uji positif yang dimulai dari jauh jauh dari muatan sumber yang menghasilkan medan listrik , potensi listrik pada suatu titik adalah berapa banyak energi akan diperlukan untuk memindahkan muatan uji untuk beberapa jarak dari muatan sumber.→ sumber E$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

Ini menghasilkan:

• Muatan negatif mendapatkan potensial listrik ketika bergerak ke arah medan listrik dan menjauh dari muatan sumber positif.$\vec E$
• Muatan negatif kehilangan potensial listrik ketika bergerak berlawanan arah medan listrik dan menuju muatan sumber positif.$\vec E$
• Sebaliknya, muatan positif kehilangan potensial listrik ketika bergerak ke arah medan listrik dan menjauh dari muatan sumber positif.$\vec E$
• Muatan positif mendapatkan potensial listrik ketika bergerak ke arah yang berlawanan dengan medan listrik dan menuju muatan sumber positif.$\vec E$

---

Potensi listrik pada konduktor

Pertimbangkan model konduktor atau logam transisi seperti tembaga atau emas yang memiliki "lautan elektron". "Laut" ini terdiri dari elektron valensi yang lebih longgar digabungkan dan semacam "dibagi" di antara banyak atom.

Jika kita menerapkan medan listrik pada elektron "longgar" ini, mereka cenderung, pada rata-rata makroskopik, untuk bergerak ke arah tertentu dari waktu ke waktu.

Ingat, elektron bergerak ke arah yang berlawanan dengan medan listrik.

Demikian pula, menempatkan panjang konduktor kawat di dekat muatan positif akan menyebabkan gradien muatan melintasi panjang kawat.

Muatan pada titik mana pun pada kawat dapat dihitung menggunakan jaraknya dari muatan sumber dan atribut yang diketahui dari bahan yang digunakan dalam kawat.

Muatan positif karena tidak adanya elektron akan tampak lebih jauh dari muatan sumber positif, sedangkan muatan negatif karena pengumpulan dan surplus elektron akan terbentuk lebih dekat dengan muatan sumber.

Karena medan listrik, "perbedaan potensial" akan muncul antara dua titik pada konduktor. Ini adalah bagaimana medan listrik menghasilkan tegangan dalam suatu rangkaian.

Tegangan didefinisikan sebagai perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam medan listrik.

Akhirnya, distribusi muatan sepanjang kawat akan mencapai "kesetimbangan" dengan medan listrik. Ini tidak berarti muatan berhenti bergerak (ingat gerakan Brown); hanya bahwa pergerakan biaya "bersih" atau "rata-rata" mendekati nol.

---

Baterai tidak ideal

Mari kita membuat sumber daya sel galvanik atau volta .

Sel ini ditenagai oleh reaksi redoks elektrokimia dari batang Seng dan Tembaga dalam larutan air garam amonium nitrat .$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$

Amonium nitrat adalah garam berikatan ion yang larut dalam air menjadi ion penyusunnya dan . NO - $\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$

Istilah yang berguna:

• kation : ion bermuatan positif
• anion : ion bermuatan negatif
• katoda : kation menumpuk di katoda
• anode : anion terakumulasi di anoda

Berguna mnemonic: " sebuah ion" adalah " sebuah ion" adalah " AN egative ion"

Jika kita memeriksa reaksi untuk sel galvanik Seng-Tembaga di atas:

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

Pergerakan kation dan adalah aliran muatan positif dalam bentuk ion. Gerakan ini menuju katoda . Cu 2 $\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

Catatan: Sebelumnya kami mengatakan bahwa muatan positif adalah "tidak adanya" elektron. Kation (ion positif) positif karena melepaskan elektron menghasilkan muatan atom positif bersih karena proton dalam nukleus. Kation ini bergerak dalam solusi sel galvanik, tetapi seperti yang Anda lihat, ion tidak bergerak melalui jembatan konduktif yang menghubungkan kedua sisi sel . Artinya, hanya elektron yang bergerak melalui konduktor .

Berdasarkan fakta bahwa kation positif bergerak dan terakumulasi ke arah katoda, kami menandainya negatif (muatan positif tertarik ke negatif).

Sebaliknya, karena elektron bergerak ke arah dan menumpuk di anoda, kami menandainya positif (muatan negatif tertarik ke positif).

Ingat bagaimana Anda mengetahui bahwa arus mengalir dari ke ? Ini karena arus konvensional mengikuti aliran muatan positif dan kation, bukan muatan negatif.$\textbf{+}$$\textbf{-}$

Ini karena arus didefinisikan sebagai aliran muatan positif virtual melalui area penampang . Elektron selalu mengalir berlawanan dengan arus dengan konvensi.

Apa yang membuat sel galvanik ini tidak ideal adalah bahwa pada akhirnya proses kimia yang menghasilkan medan listrik melalui konduktor dan menyebabkan elektron dan muatan mengalir akan mencapai kesetimbangan.

Ini karena penumpukan ion di anoda dan katoda akan mencegah reaksi dari melangkah lebih jauh.

Di sisi lain, sumber daya "ideal" tidak akan pernah kehilangan kekuatan medan listrik.

---

Sumber tegangan ideal seperti eskalator ajaib

Mari kita kembali ke analogi potensi gravitasi.

Asumsikan Anda berada di atas bukit dan Anda memiliki beberapa jalur sewenang-wenang menuruni bukit yang dibangun dengan dinding kardus. Katakanlah Anda melempar bola tenis ke jalan ini dengan dinding kardus. Bola tenis akan mengikuti jalan.

Di sirkuit, konduktor membentuk jalur.

Sekarang katakanlah Anda memiliki eskalator di bagian bawah bukit. Seperti mesin Rube Goldberg, eskalator mengambil bola tenis yang Anda gulung di jalan, lalu menjatuhkannya di awal jalan di puncak bukit.

Eskalator adalah sumber daya ideal Anda.

Sekarang, katakanlah Anda hampir sepenuhnya memenuhi seluruh jalur (termasuk eskalator) dengan bola tenis. Hanya garis panjang bola tenis.

Karena kami tidak sepenuhnya memenuhi jalan, masih ada celah dan ruang untuk bola tenis bergerak.

Sebuah bola tenis yang dibawa eskalator menabrak bola lain, yang menabrak bola lain yang ... terus dan terus.

Bola-bola tenis yang menuruni jalan setapak di bukit mendapatkan energi karena perbedaan potensial dalam gravitasi. Mereka terpental satu sama lain sampai akhirnya, bola lain dimuat ke eskalator.

Sebut saja bola tenis elektron kita. Jika kita mengikuti aliran elektron menuruni bukit, melalui "sirkuit" kardus palsu kita, kemudian naik eskalator ajaib "sumber daya", kita melihat sesuatu:

"Kesenjangan" antara bola tenis bergerak ke arah yang berlawanan dengan bola tenis (mundur ke atas bukit dan menuruni eskalator) dan mereka bergerak lebih cepat. Bola secara alami bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, tetapi pada kecepatan yang relatif lambat. Kemudian mereka dipindahkan kembali ke potensi tinggi menggunakan eskalator.

Bagian bawah eskalator secara efektif adalah terminal negatif baterai, atau katoda dalam sel galvanik yang telah kita bahas sebelumnya.

Bagian atas eskalator secara efektif terminal positif baterai, atau anoda dalam sel galvanik. Terminal positif memiliki potensi listrik yang lebih tinggi.

---

Arus

Oke, jadi arah yang mengalir muatan positif adalah arah arus listrik.

Apa yang saat ini

Menurut definisi, itu adalah: jumlah muatan yang melewati area cross-sectional per detik (unit: Coulombs per detik). Ini berbanding lurus dengan luas penampang kabel / bahan konduktor dan kerapatan arus. Kepadatan saat ini adalah jumlah muatan yang mengalir melalui satuan luas (satuan: Coulomb per meter-kuadrat).

Berikut cara lain untuk memikirkannya:

Jika Anda memiliki peluncur bola tenis yang meludahkan bola bermuatan positif melalui pintu, jumlah bola yang didapat melewati pintu per detik menentukan "saat ini".

Seberapa cepat bola-bola itu bergerak (atau berapa banyak energi kinetik yang mereka miliki ketika menabrak dinding) adalah "voltase".

---

Konservasi muatan dan tegangan

Ini adalah prinsip dasar.

Pikirkan seperti ini: ada sejumlah elektron dan proton. Dalam sirkuit listrik, materi tidak diciptakan atau dihancurkan ... sehingga muatannya selalu tetap sama. Dalam contoh eskalator bola tenis, bola hanya berputar-putar. Jumlah bola tetap.

Dengan kata lain, muatan tidak "menghilang". Anda tidak pernah kehilangan muatan.

Apa yang terjadi adalah biaya kehilangan potensi . Sumber tegangan ideal mengembalikan potensi listriknya kembali.

Sumber tegangan TIDAK menciptakan muatan. Mereka menghasilkan potensi listrik.

---

Arus mengalir masuk dan keluar dari node, resistensi

Mari kita ambil prinsip konservasi biaya. Analogi serupa dapat diterapkan pada aliran air.

Jika kita memiliki sistem sungai di bawah gunung yang bercabang, setiap cabang dianalogikan dengan "simpul" listrik.

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

-> downhill

Jumlah air yang mengalir ke cabang harus sama dengan jumlah air yang mengalir keluar dari cabang dengan prinsip konservasi: air (muatan) tidak dibuat atau dihancurkan.

Namun, jumlah air yang mengalir ke cabang tertentu tergantung pada seberapa banyak "resistensi" yang diberikan cabang.

Misalnya, jika Cabang A sangat sempit, Cabang B sangat lebar, dan kedua cabang memiliki kedalaman yang sama, maka Cabang B secara alami memiliki luas penampang yang lebih besar.

Ini berarti Cabang B memberikan resistensi lebih sedikit dan volume air yang lebih besar dapat mengalir melaluinya dalam satu unit waktu.

Ini menggambarkan Hukum terkini Kirchoff.

---

Kamu masih di sini? Luar biasa!

1. Apa yang terjadi pada sisa arus yang tidak digunakan?

Karena prinsip konservasi, semua muatan ke dalam simpul harus mengalir keluar. Tidak ada arus "tidak digunakan" karena arus tidak digunakan . Tidak ada perubahan arus dalam rangkaian seri tunggal.

Namun, jumlah arus yang berbeda dapat mengalir ke cabang yang berbeda dalam simpul listrik dalam rangkaian paralel tergantung pada resistensi dari cabang yang berbeda.

2. Apakah LED menggunakan semua arus?

Secara teknis, LED dan resistor tidak "menggunakan" arus, karena tidak ada penurunan arus (jumlah muatan yang melewati LED atau resistor dalam satuan waktu). Ini karena penghematan biaya yang diterapkan pada rangkaian seri: tidak ada kerugian yang bertanggung jawab di seluruh rangkaian, karenanya tidak ada penurunan arus.

The jumlah arus (biaya) ditentukan oleh perilaku LED dan resistor (s) seperti yang dijelaskan oleh mereka kurva iv

3. Mengapa LED "drop voltage" dalam jumlah tertentu?

Berikut ini adalah rangkaian LED dasar .

LED memiliki tegangan aktivasi, biasanya sekitar ~ 1,8 hingga 3,3 V. Jika Anda tidak memenuhi tegangan aktivasi, praktis tidak ada arus yang mengalir. Lihat kurva iv LED yang terhubung di bawah ini.

Jika Anda mencoba mendorong arus ke arah yang berlawanan dengan polaritas LED, Anda akan mengoperasikan LED dalam mode "bias balik" di mana hampir tidak ada arus yang melewatinya. Mode operasi normal LED adalah mode bias maju. Di luar titik tertentu dalam mode reverse-bias, LED "rusak". Lihat grafik iv dioda.

LED sebenarnya adalah persimpangan PN (p-doped dan silikon n-doped yang tergencet bersama-sama). Berdasarkan tingkat Fermi silikon yang didoping (yang bergantung pada celah pita elektron dari bahan yang didoping), elektron memerlukan jumlah energi aktivasi yang sangat spesifik untuk melompat ke tingkat energi lain. Mereka kemudian memancarkan energi mereka sebagai foton dengan panjang gelombang / frekuensi yang sangat spesifik ketika mereka melompat kembali ke tingkat yang lebih rendah.

Ini menjelaskan efisiensi tinggi (lebih dari 90% energi yang dihamburkan oleh LED dikonversi menjadi cahaya, bukan panas) dari LED dibandingkan dengan lampu filamen dan CFL.

Ini juga mengapa pencahayaan LED tampak begitu "artifisial": cahaya alami mengandung campuran yang relatif homogen dari spektrum frekuensi yang luas; LED memancarkan kombinasi frekuensi cahaya yang sangat spesifik.

Tingkat energi juga menjelaskan mengapa drop tegangan pada LED (atau dioda lain) secara efektif "diperbaiki" bahkan ketika lebih banyak arus melewatinya. Periksa kurva iv untuk LED atau dioda lain: di luar tegangan aktivasi, arus meningkatkan LOT untuk sedikit peningkatan tegangan. Intinya, LED akan berusaha membiarkan sebanyak mungkin arus mengalir melaluinya, sampai secara fisik memburuk.

Ini juga mengapa Anda menggunakan resistor pembatas arus sebaris untuk membatasi aliran arus melalui dioda / LED ke milliamp terukur spesifik berdasarkan spesifikasi LED.

3 (b). Dan apa yang terjadi pada sisa komponen secara seri, apakah voltase turun untuk setiap komponen, hingga tidak ada yang tersisa?

Yap, hukum tegangan Kirchoff adalah bahwa jumlah semua tegangan turun dalam satu lingkaran di sekitar rangkaian adalah nol . Dalam rangkaian seri sederhana, hanya ada satu loop.

4. Apakah Anda memilih resistor sejauh "menghabiskan semua arus / tegangan" sebelum sampai ke akhir rangkaian?

Tidak. Anda memilih resistor berdasarkan peringkat arus LED (katakanlah 30 mA = 0,03 A) dan hukum Ohm seperti yang dijelaskan dalam artikel rangkaian LED .

Tegangan Anda akan habis. Arus Anda tetap sama di seluruh rangkaian seri tunggal.

5. Mengapa baterai mengalami kekurangan jika Anda menghubungkan terminal secara langsung, tetapi jika Anda menambahkan bohlam (resistor), itu tidak?

Saya tidak yakin apa yang Anda maksud dengan "mati pendek".

Menghubungkan terminal-terminal baterai bersama-sama menghasilkan arus besar yang dilepaskan pada tegangan baterai. Tegangan itu hilang melalui resistansi internal baterai dan kabel konduktor dalam bentuk panas - karena bahkan konduktor pun memiliki beberapa resistansi.

Inilah sebabnya baterai yang korsleting menjadi sangat panas. Panas itu dapat mempengaruhi komposisi sel kimia sampai meledak.

6. Mengapa resistor diperlukan?

Inilah retorikanya: bayangkan ada konser yang luar biasa ini. Semua band favorit Anda akan ada di sana. Ini akan menjadi waktu yang baik dan menghancurkan.

Katakanlah penyelenggara acara tidak memiliki konsep realitas. Jadi mereka membuat biaya masuk ke konser yang luar biasa ini hampir sepenuhnya gratis. Mereka meletakkannya di area yang sangat mudah diakses. Bahkan, mereka sangat tidak terorganisir, mereka bahkan tidak peduli jika mereka menjual terlalu banyak dan tidak ada cukup kursi untuk semua orang yang membeli tiket.

Oh, dan ini di NYC.

Cukup cepat, konser yang luar biasa ini berubah menjadi bencana total. Orang-orang saling duduk, menumpahkan bir di mana-mana; perkelahian pecah, toilet macet, groupies membuat semua orang ketakutan, dan Anda hampir tidak bisa mendengar musik di atas semua keributan.

Pikirkan LED Anda sebagai konser yang luar biasa. Dan pikirkan betapa kacau LED Anda akan menjadi jika Anda tidak memiliki lebih banyak perlawanan di sana untuk mencegah SEMUA ORANG dan ibu mereka muncul ke konser.

Dalam contoh bodoh ini, "resistensi" diterjemahkan menjadi "biaya masuk". Dengan prinsip ekonomi sederhana, menaikkan biaya konser mengurangi jumlah orang yang akan hadir.

Demikian pula, menaikkan resistansi dalam sirkuit mencegah muatan (dan selanjutnya arus) melewati. Ini berarti LED (konser) Anda tidak sepenuhnya dihancurkan oleh semua orang (charge).

Ya, teknik listrik adalah pesta nyata.

Apa cara tercepat untuk mendapatkan pemahaman tentang listrik dasar? Fokus saja pada masalah "tombol panas" seperti berikut ini. Perbaiki konsep mental Anda, dan semuanya terpasang dengan baik dan masuk akal.

Konduktor adalah bahan yang terdiri dari "listrik bergerak." Mereka tidak menghantarkan listrik, melainkan mengandung listrik, dan listrik mereka dapat bergerak bersama. Waspadalah terhadap definisi konduktor yang salah:

SALAH: konduktor transparan terhadap arus, seperti pipa air kosong? Nggak.

BENAR: semua konduktor mengandung muatan bergerak, seperti pipa berisi air.

Kabel seperti selang yang sudah diisi sebelumnya, di mana elektron dari logam seperti air yang sudah ada di dalam selang. Dalam logam, elektron atom sendiri terus-menerus melompat-lompat dan 'mengorbit' di seluruh keseluruhan logam. Semua logam mengandung 'lautan' listrik mirip fluida bergerak. Jadi, jika kita mengaitkan beberapa kabel logam dalam lingkaran, kita telah membuat semacam sabuk penggerak atau roda gila. Setelah loop terbentuk, "sabuk listrik" bundar bebas untuk bergerak di dalam logam. (Jika kita mengambil dan menggoyangkan lingkaran kawat kita, kita benar-benar akan menghasilkan arus listrik kecil oleh inersia, sama seperti jika kawat itu adalah selang penuh air. Cari: efek Tolman.)

Jalur untuk arus adalah lingkaran lengkap, termasuk catu daya. Catu daya tidak memasok elektron apa pun. (Dengan kata lain, lingkaran tidak memiliki permulaan. Lingkaran, seperti roda gila yang dapat bergerak.) Elektron yang dapat bergerak disumbangkan oleh kabel itu sendiri. Pasokan listrik hanyalah pompa listrik. Jalur untuk arus adalah melalui catu daya dan mundur. Catu daya hanyalah bagian lain dari loop tertutup.

Arus listrik adalah aliran yang cukup lambat. Tapi, seperti roda dan sabuk penggerak, ketika kita mendorong satu bagian roda, seluruh roda bergerak sebagai satu kesatuan. Kita dapat menggunakan sabuk penggerak karet untuk mentransfer energi mekanik secara instan. Kita dapat menggunakan loop listrik yang tertutup untuk secara instan mentransfer energi listrik ke bagian mana pun dari loop itu. Namun loop itu sendiri tidak bergerak dengan kecepatan cahaya! Loop itu sendiri bergerak lambat. Dan untuk sistem AC, loop bergerak bolak-balik sementara energi terus bergerak maju. Petunjuk besar: semakin cepat elektron, semakin tinggi amp. Tanpa ampere? Saat itulah elektron kabel sendiri terhenti. Petunjuk lain: energi listrik adalah gelombang, dan elektron adalah "medium" di mana gelombang berjalan. Mediumnya bergoyang ke depan dan ke belakang, sementara gelombang menjalar ke depan dengan cepat. Atau, medium tersentak mundur, bergerak perlahan, sementara gelombang bergerak maju sangat cepat. (Dengan kata lain, tidak ada "listrik" tunggal, karena selalu ada dua hal terpisah yang bergerak di dalam sirkuit: arus melingkar lambat dari elektron, dan perambatan cepat satu arah energi elektromagnetik. Mereka bergerak dengan dua kecepatan yang sama sekali berbeda dalam rangkaian , dan saat arus mengalir dalam loop, energi mengalir satu arah dari sumber ke konsumen.)

Baterai tidak menyimpan listrik. Mereka tidak menyimpan muatan listrik. Mereka bahkan tidak menyimpan energi listrik . Alih-alih, baterai hanya menyimpan "bahan bakar" bahan kimia dalam bentuk logam tidak berkarat seperti Lithium, Seng, Timbal, dll. Namun, bagaimana cara baterai bekerja? Mudah: baterai adalah pompa pengisian daya yang digerakkan secara kimia. Saat pelat logam mereka terkorosi, energi kimia dilepaskan dan mereka memompa listrik melalui diri mereka sendiri. Jalan untuk arus adalah melaluibaterai dan mundur lagi. (Pompa tidak digunakan untuk menyimpan barang yang dipompa!) Dan, 'kapasitas' baterai hanyalah jumlah bahan bakar kimia di dalamnya. Sejumlah bahan bakar mampu memompa jumlah elektron tertentu sebelum bahan bakar habis. (Ini agak seperti menilai tangki bensin Anda dalam mil perjalanan, daripada dalam galon. Tangki bensin tidak menyimpan mil, dan baterai tidak menyimpan listrik!) Baterai yang dapat diisi ulang? Saat itulah kita secara paksa menjalankannya mundur, sehingga "produk-produk buangan" internal mereka diubah kembali menjadi bahan bakar: senyawa korosi kembali menjadi logam.

Resistor tidak mengkonsumsi listrik. Ketika bola lampu dinyalakan, elektronnya sendiri mulai bergerak, ketika elektron baru memasuki salah satu ujung filamen, namun pada saat yang sama elektron lain meninggalkan ujung yang jauh. Filamen adalah bagian dari cincin elektron lengkap yang bergerak seperti sabuk penggerak. Efek pemanasan adalah semacam gesekan, seperti ketika Anda mendorong ibu jari Anda ke tepi ban yang berputar. (Jempol Anda tidak mengonsumsi karet, melainkan hanya memanaskan gesekan, dan bola lampu tidak mengkonsumsi elektron, mereka hanya "menggosok" elektron yang bergerak, dan memanaskan gesekan.) Jadi, resistor hanyalah alat gesekan. Jalur untuk elektron melalui, dan tidak ada elektron yang dikonsumsi atau hilang. Perhatikan bahwa semakin cepat elektron, semakin tinggi ampere, dan semakin besar pula pemanasannya. "Rendah" saat ini hanya memperlambat listrik.

Saya juga seorang pemula tetapi cobalah untuk menjawab pertanyaan Anda:

1. Tidak ada 'istirahat' saat ini. Arus digunakan sebanyak yang dibutuhkan. Jika Anda menghubungkan kabel dari + (VCC) ke - (GND) Anda mengalami korsleting. Lihatlah karena tidak ada rem pada seberapa cepat elektron dapat berjalan.

2. Jika tidak ada resistor, LED akan menggunakan elektron secepat mungkin. Karena ini terlalu banyak, LED akan menyala (cepat atau lambat).

3. Saya tidak tahu alasan mengapa ia turun, mungkin mekanisme internal LED menyebabkan beberapa tegangan digunakan. Ini berarti sisanya memiliki tegangan yang lebih sedikit. Dan ya, itu akan berlanjut sampai tidak ada yang tersisa. Hal ini dapat menyebabkan LED lebih lanjut menjadi tidak menyala sama sekali, atau berkedip / berperilaku tidak teratur atau redup.

4. Sebenarnya Anda harus menghitungnya karena seberapa cerah Anda ingin dipimpin. Dengan demikian resistor yang lebih tinggi membuat LED lebih terang.

5. Bola lampu memiliki resistansi internal, sehingga resistor tidak diperlukan.

6. Itu tidak memakan baterai, itu hanya membuat aliran elektron menjadi lebih lambat (setidaknya itu analogi yang mudah).

7. Setiap bola lampu memiliki resistansi internal, sehingga tidak menghasilkan arus pendek. Jika Anda menggunakan terlalu banyak tegangan, itu akan rusak.

Baca tentang model air listrik. Ini membandingkan arus dengan air yang mengalir di sekitar dan dapat membantu untuk memahami apa istilah seperti arus dan tegangan dan bagaimana mereka bekerja bersama.

Sunting
Saya menyebut model ini karena telah banyak membantu saya memahami beberapa hal.
laptop2d benar, penjelasan lebih baik daripada "pergi mencari itu". Tapi itu cukup panjang untuk menjelaskan semuanya di sini, ketika situs lain sudah melakukannya dengan benar. Saya bukan ahli dan menjelaskan hal-hal dalam bahasa Inggris mungkin juga bukan ide terbaik ... tapi mari kita coba.

Koreksi saya jika saya salah!

Bandingkan listrik dengan tangki air di atas - sumber - dan tangki air di bawah - wastafel. Di tangki atas ada air yang ingin mengalir melalui pipa ke tangki bawah. Ini baterai kamu. Mengisi baterai berarti mengisi air dari tangki bawah ke tangki atas. Memiliki tangki atas yang kosong adalah baterai yang kosong.
Bayangkan ada pipa dari atas ke bawah - kawat.
Air ingin mengalir ke pipa - baterai ingin menghasilkan arus listrik di kawat.
Sebuah katup di dalam pipa dibandingkan dengan sebuah saklar.
Membuka katup ke setengah hanya dapat dipahami sebagai resistor. Ini membatasi aliran air.
Roda air adalah konsumen dan juga resistor. Ini membatasi aliran air juga. Jika katup juga digunakan untuk menciptakan hambatan, kecepatan putaran roda dapat dikontrol.
Tekanan air antara kedua tangki adalah tegangan. Tangki yang ditempatkan lebih tinggi memiliki tekanan yang relatif lebih tinggi dari tangki bagian bawah.
Jumlah air yang mengalir dalam 1 detik melalui pipa adalah arus. Sadari waktu di sini!
Tekanan air, resistor dan jumlah air yang mengalir bergantung satu sama lain. Ini adalah hukum Ohm. Sebuah pipa lebar tanpa apa pun di antaranya memungkinkan air mengalir deras tak terkendali - korsleting. Tangki dan pipa bisa rusak.

Dengan model ini, Anda mungkin dapat memahami berbagai hal dengan lebih baik. Misalnya air yang tidak mengalir melalui roda tidak mengalir ke tempat lain. Itu menunggu di tangki untuk digunakan nanti.

Jawaban sejauh ini fokus pada contoh-contoh spesifik dalam pertanyaan, yang semuanya terbatas dalam ruang lingkup. Saya percaya kesalahpahaman yang sebenarnya berasal dari keakraban yang lebih besar dengan logika digital daripada sirkuit analog tradisional (mengarah ke contoh-contoh terbatas ini).

Secara sederhana, sirkuit digital (seperti MPU) dapat dibangun hanya dengan elemen switching on / off yang 'keras'. Sirkuit terpadu dibangun seperti ini untuk meningkatkan konsumsi daya.

Resistor adalah penting setiap kali suatu rangkaian menjadi analog (atau nyata karena beberapa orang mungkin mengekspresikannya). Jika ukuran sinyal Anda penting, kemungkinan besar ada resistor yang terlibat.

• Sirkuit op-amp klasik (kecuali gain -1) bergantung pada rasio resistor.
• Konverter A / D dan D / A mungkin menggunakan resistor.
• Kontrol status default (pull-up / pull-down) menggunakan resistor.
• Sirkuit pengaturan waktu sederhana menggunakan jaringan RC. Anda mungkin melihat ini di sirkuit penundaan reset.
• Tahanan baterai, tegangan dan regulasi saat ini menggunakan resistor, seperti yang diidentifikasi dalam pertanyaan - dalam berbagai jenis fungsi umpan balik dan stabilisasi.

Aspek analog dari banyak sirkuit modern dikaburkan, atau terkandung dalam modul pra-paket. Munculnya desain digital telah mengurangi peluang untuk memahami konsep analog sederhana.

TL; DR untuk kasus khusus LED (seperti yang ditanyakan):

Setiap beban yang terhubung ke catu tegangan konstan DC (mis. Baterai) yang tidak secara efektif merupakan penghambat dari beberapa deskripsi - tidak dapat menarik energi dari baterai, atau korsleting.

Beberapa muatan listrik secara inheren berperilaku sebagai resistor (dan mereka ADALAH resistor, hanya saja tidak terlihat seperti komponen elektronik), misalnya bola lampu, pemanas ruang, oven. Ini akan, jika dirancang dengan benar, mengatur sendiri konsumsi daya mereka jika diumpankan dari sumber tegangan konstan (baterai, listrik, sebagian besar catu daya).

Beberapa (seperti motor, transformer), meskipun bukan resistor, akan berperilaku setara dengan satu ketika terhubung ke sumber AC tegangan konstan .

Beban lain (seperti LED, tabung flourescent telanjang) tidak dengan sendirinya berperilaku sebagai resistor , dan tidak mampu mengatur konsumsi daya mereka sendiri ketika diumpankan dari sumber tegangan konstan . Catu daya yang ideal untuk beban ini adalah sumber arus konstan , dan komponen tambahan yang diperlukan di sekitar mereka ada untuk membuat pasokan tegangan konstan Anda berperilaku cukup seperti pasokan arus konstan.

Mudah-mudahan jawaban yang sudah diposting memberikan beberapa klarifikasi tetapi kecuali saya melewatkannya ada satu pertanyaan yang tidak cukup dibahas: "Mengapa baterai mengalami kekurangan jika Anda menghubungkan terminal secara langsung, tetapi jika Anda menambahkan bola lampu ( resistor), bukan? "

Sebenarnya, saat itu dingin (yaitu, tidak menyala), sebuah lampu pijar sangat hampir adalah pendek mati; resistansinya sangat rendah - tetapi umumnya memiliki lebih dari kabel yang terhubung dengannya. Jadi kita dapat memperkirakan situasinya sebagai resistor bernilai sangat rendah dalam rangkaian yang tidak memiliki tahanan. Karena itu, ketika baterai pertama kali terhubung seluruh perbedaan potensial (voltase) turun di resistensi kecil lampu, membuat arus tinggi (hukum Ohm sedang bekerja). Ketika kita memiliki tegangan yang sebagian besar stabil pada arus tinggi di suatu komponen, itu akan menghabiskan banyak daya(P = IV) dan karena itu akan memanas (selain itu, baterai mengalami perbedaan potensial yang sama dan arus yang sama persis sehingga memanas juga - tapi itu adalah benda berat yang besar sementara lampu adalah sepotong kecil melingkar-ke atas kawat tungsten, sehingga yang terakhir memanas jauh lebih banyak).

Hal tentang lampu, bagaimanapun, adalah ketahanannya tergantung suhu. Biasanya itu bukan fenomena yang menunjukkan dirinya sendiri karena rentang suhu yang biasanya kita hadapi kecil, tetapi filamen lampu akan naik ke atas 3000K dan dalam kasus tungsten resistensi meningkat dengan suhu. Jadi begitu suhu filamen stabil setelah baterai terhubung - seperti halnya cahayanya dan ketahanannya - itu bertindak seperti resistor yang lumayan kuat. Bahkan, Anda dapat mengukur sendiri: menggunakan pengaturan resistensi DMM, mengukur hambatan di terminal lampu (DMM menggunakan tegangan yang sangat rendah untuk ini dan bahkan tidak akan mendekati untuk menyalakan lampu) dan kemudian menggunakan DMM untuk ukur baik tegangan yang melintasi dan kemudian arus yang melalui lampu saat terhubung ke baterai. Kemudian gunakan hukum Ohm dengan dua angka (V / I = R) dan Anda akan mendapatkan angka resistensi yang jauh lebih tinggi daripada yang Anda lakukan ketika lampu tidak menyala. Faktanya, resistansi lampu yang tidak menyala sangat rendah sehingga kualitas kontak antara probe DMM Anda dan terminal lampu akan menjadi masalah dan Anda mungkin kesulitan untuk sampai pada pembacaan yang stabil.

Seperti orang lain katakan, korslet baterai kecil tidak segera melelehkan kawat yang Anda gunakan untuk melakukannya karena baterai memiliki resistansi efektif internal yang cukup kecil. Anda dapat mengukur apa itu dengan mengambil pembacaan V dan saya pertama dengan resistor kecil (katakanlah, 25 ohm untuk baterai 9V) dan kemudian pembacaan V tanpa beban pada baterai. Anda akan mencatat bahwa tegangan yang Anda ukur dengan resistor sekarang sedikit kurang dari tegangan sirkuit terbuka dekat yang dibaca oleh DMM dengan sendirinya; bahwa perbedaan tegangan dibagi dengan arus yang Anda baca dengan resistor yang terhubung adalah hambatan internal baterai yang efektif.

Nah pertama-tama, Anda beberapa kali perlu melindungi elemen dari arus tinggi. Misalnya, jika Anda memasang dioda pada baterai 9 volt, arus akan menghancurkannya jika terhubung dengan cara yang benar (A on +, C on -). Untuk menghindari itu, kita pasang resistor 600 ohm untuk mengambil beberapa tegangan di ujungnya, sehingga tegangan yang lebih kecil (+ - 3,3 volt untuk LED) akan muncul di ujung LED.

Kedua, kita tidak bisa selalu memilih catu daya. Anda dapat mengatakan "baik ada IC konverter dan transformator" Ya tapi itu tidak praktis karena harganya lebih mahal dan lebih sulit dioperasikan (belum lagi perbedaan antara transformator ideal dan nyata dan beratnya). Kami juga memiliki resistor dinamis (resistor yang mengubah resistansi mereka - maaf jika ini bukan istilahnya, saya orang Rusia dan hanya siswa SMA tahun pertama dalam bidang elektronik) yang jauh lebih praktis karena Anda tidak dapat mengubah jumlah gulungan kawat pada transformator.

Dilihat oleh sifat pertanyaan ini, saya kira Anda baru saja masuk ke elektronik, jadi Anda tidak perlu khawatir banyak tentang apa yang melakukan apa. Cukup pelajari dinding - Kirchoff yang paling penting dan Anda akan mengerti bagaimana arus bekerja dan bagaimana tegangan bekerja. Sisanya akan mengikuti. Hal lain yang harus Anda fokuskan adalah memahami unsur-unsurnya. Dinding diutamakan, elemen kedua ... Ketika Anda mempelajari teori Anda, Anda akan dapat bekerja dengan LSIC dan membuat tangan Anda kotor. Atau Anda dapat mulai bekerja dengan Arduino atau sesuatu. Saya memiliki OSOYO dan itu luar biasa. (pos ini tidak dicap arduino)

JUGA INGATLAH INI:

Arus sama dengan tegangan pada resistansi.

Mungkin bermanfaat untuk menangani unit dan peringkat:

• mAh - miliampere-jam. Ukuran muatan listrik. Dengan sendirinya, tidak banyak bicara. Sebagai peringkat pada baterai, itu menjadi bermakna dalam kombinasi dengan tegangan nominal baterai sebagai ukuran energi yang dapat disimpan baterai. Milliampere-hour adalah jumlah jumlah muatan yang diwakili oleh arus satu milliampere yang mengalir selama satu jam.
• A - Amp (atau Ampere). Ukuran arus listrik - laju aliran muatan.
• V - tegangan. Ini adalah ukuran potensi. Sekali lagi, dengan sendirinya, ini bukan spesifikasi lengkap untuk baterai, tetapi itu penting. Baterai yang ideal akan mempertahankan voltase yang ditentukan dan memasok arus sebanyak atau sesedikit mungkin ke sirkuit sesuai kebutuhan untuk mempertahankan voltase di terminalnya. Baterai asli akan memiliki resistansi internal, sehingga akan memiliki tegangan "sirkuit terbuka" (tanpa beban); tegangan akan turun ketika beban meningkat (harus memasok lebih banyak arus ke sirkuit). Saat sebagian besar baterai nyata habis, tegangan juga menurun; hubungan antara status pengisian dan tegangan rangkaian terbuka tergantung pada desain dan kimia baterai. Arus "korsleting" adalah jumlah arus yang akan diberikan baterai bila dibatasi hanya oleh hambatan internal.
• W - Watt. Ini adalah ukuran daya (laju energi yang dikirimkan selama beberapa periode waktu). Watt dapat mengukur daya mekanik atau listrik; Bagaimanapun, ini adalah tingkat di mana pekerjaan dilakukan. Dalam istilah listrik, daya adalah produk dari tegangan dan arus (volt x x amp).
• kWh - kilowatt-hour. Ini adalah ukuran energi. Satu kilowatt-jam mewakili seribu watt daya yang dikirim selama satu jam, atau 1 watt daya yang dikirim selama seribu jam, 10 watt untuk 100 jam, dll. (Watt x jam).
• Ohm- resistensi. Sebuah resistor ideal akan menunjukkan hubungan proporsional antara arus yang melewatinya dan tegangan yang diterapkan ke terminalnya; gandakan tegangan dan Anda gandakan arus (atau sebaliknya). Hubungan ini dapat dilihat sebagai bertindak dalam salah satu dari dua cara: jika Anda menerapkan tegangan spesifik pada resistor, itu akan melewati jumlah arus yang ditentukan; jika Anda memaksakan jumlah arus tertentu melalui resistor, itu akan membuat penurunan tegangan yang ditentukan. Either way, nilai resistansi membangun hubungan tetap antara tegangan melintasi terminal dan arus melaluinya. Saat Anda menganalisis rangkaian, Anda dapat menggunakan ini untuk menyelesaikan salah satu dari tiga nilai (arus, tegangan, resistansi) jika Anda tahu dua lainnya. Ohms = Volts / Amps, atau, Amps = Volts / Ohms, atau, Volts = Amps x Ohms. Resistor nyata memiliki peringkat tambahan: watt - ini adalah jumlah daya yang dapat dihamburkan oleh resistor tanpa merusak dirinya sendiri. Jika Anda menerapkan satu Volt pada resister 1 Ohm, arus 1 Amp akan mengalir melaluinya, dan itu akan menghilangkan daya 1 Watt sebagai panas; jika Anda menggandakan tegangan, Anda menggandakan arus, tetapi sekarang resistor 1 Ohm ini akan menghilang 2V x 2A = 4W daya sebagai panas. Jika tidak dinilai untuk ini, atau desain fisik tidak memungkinkan untuk menghilangkan panas ini, itu akan menjadi terlalu panas, terbakar, dan berpotensi menyalakan api. tapi sekarang resistor 1 Ohm ini akan menghilangkan 2V x 2A = 4W daya sebagai panas. Jika tidak dinilai untuk ini, atau desain fisik tidak memungkinkan untuk menghilangkan panas ini, itu akan menjadi terlalu panas, terbakar, dan berpotensi menyalakan api. tapi sekarang resistor 1 Ohm ini akan menghilangkan 2V x 2A = 4W daya sebagai panas. Jika tidak dinilai untuk ini, atau desain fisik tidak memungkinkan untuk menghilangkan panas ini, itu akan menjadi terlalu panas, terbakar, dan berpotensi menyalakan api.

Saat Anda menganalisis rangkaian, Anda akan memiliki "yang dikenal" dan "tidak dikenal". Misalnya, Anda mungkin tahu voltase baterai dan ketahanan beban yang disuplai. Karena itu, Anda dapat menghitung arus yang akan dilukis oleh sirkuit. Di sirkuit yang kompleks, Anda mungkin memiliki banyak nilai resistansi, dan perangkat seperti LED atau transistor yang akan memiliki sifat tertentu:

• Dioda memiliki karakteristik tegangan maju - mereka akan mempertahankan kira-kira tegangan yang sama pada berbagai arus. Dioda nyata akan memiliki karakteristik kurva non-linier yang menghubungkan arus maju ke tegangan maju; melebihi rentang operasi normal, kurva memiliki kemiringan dangkal sehingga untuk sebagian besar tujuan, dianggap datar (tegangan konstan). Untuk memahami mengapa ini terjadi, Anda perlu membaca dioda semikonduktor
• transistor junction memiliki tegangan basis-emitor yang khas - seperti tegangan maju dioda, tegangan basis-emitor juga hampir konstan pada rentang arus yang lebar; itu juga memiliki kurva non-linear yang menghubungkan tegangan dan arus, dan terlihat sangat mirip dengan dioda. Sekali lagi, untuk memahami properti ini, Anda perlu membaca tentang transistor .

Anda dapat menggunakan properti ini untuk bekerja melalui rangkaian untuk menghitung arus melalui jalur di mana Anda tahu voltase, voltase pada node di mana Anda tahu arus melalui jalur tertentu, dan hambatan yang setara di mana Anda memiliki resistor yang terhubung bersama. Ini penting karena arus dan voltase menentukan konsumsi daya (atau disipasi) yang memberi tahu Anda apakah rangkaian akan bekerja sama sekali, peringkat komponen apa yang perlu dipilih, dan berapa banyak daya yang perlu dipasok.

Sekarang ... mengapa kita perlu resistor secara seri dengan LED kita?

Katakanlah kita memiliki catu daya 5V dan LED yang spesifikasinya 3.2V dan 20mA, ini berarti LED akan beroperasi pada tegangan maju 3.2V, dan harus digerakkan dengan arus sekitar 20mA; lebih sedikit dan itu tidak akan menghasilkan cahaya sebanyak spec'd, lebih dan itu akan lebih cerah, lebih hangat, dan mungkin memiliki kehidupan yang lebih pendek.

Jika kita menghubungkan LED tanpa resistor, catu daya akan mencoba menggerakkan arus sebanyak mungkin untuk mempertahankan 5V. LED akan melewatkan sejumlah besar arus sebelum tegangan melintasi terminalnya mencapai 5V. Dalam semua kemungkinan, catu daya akan mencapai batas saat ini, dan membiarkan tegangan turun, tetapi pada saat ini, terlalu banyak arus akan mengalir melalui LED dan itu akan memancarkan flash terang dan naik dalam kepulan asap.

Jadi ... kami ingin membatasi arus LED sekitar 20mA sementara tegangan pada catu daya tetap 5V dan tegangan pada LED adalah 3,2V. Kita membutuhkan resistor dalam rangkaian yang akan melewati sekitar 20mA (0,02A) arus pada 1,8V (1,8 + 3,2 = 5). Jadi, kami menghitung 1.8V / .02A = 90 Ohm. Kita bisa memilih resistor 82 Ohm standar untuk ini. 1.8V / 82 Ohm = 21.9mA. Sedikit spec di atas, tetapi margin 10% seharusnya tidak menjadi masalah. Ingatlah bahwa perangkat nyata tidak dapat diasumsikan memiliki properti yang didefinisikan secara tepat; resistor mungkin sedikit lebih atau sedikit kurang dari yang ditentukan dan LED dapat beroperasi pada tegangan yang sedikit lebih tinggi atau sedikit lebih rendah dari yang ditentukan. Kami merancang untuk kasing nominal dengan mengetahui kinerja sebenarnya dari sirkuit kami mungkin sedikit berbeda.

Jadi ... apa yang sudah kita lakukan di sini? Kami telah menggunakan resistor untuk menyesuaikan apa yang terjadi di sirkuit kami sehingga kami dapat menggunakan catu daya yang kami miliki dan mengoperasikan LED dalam spesifikasinya.

Apa lagi yang bisa kita lakukan dengan resistor?

Penggunaan umum resistor adalah untuk mengatur voltase atau membatasi aliran arus. Misalnya: Anda memiliki catu daya 5V dan memerlukan referensi 3V. Pilih dua resistor dari nampan bagian kami: a 330 Ohm dan 220 Ohm, dan hubungkan mereka secara seri: 220 antara kabel 5V dan output referensi kami, dan 330 antara output referensi dan 0V. Akan ada arus konstan melalui resistor 5V / 550 Ohm = ~ 10mA ini, tetapi kita akan melihat tegangan 3V di terminal referensi kami. Hal semacam ini sering digunakan untuk merancang sirkuit seperti amplifier di mana kita perlu membuat tegangan tertentu, fraksi dari beberapa tegangan lain, dan sebagainya.

Kita dapat menggunakan resistor untuk mendefinisikan konstanta waktu. Jika Anda menghubungkan resistor dan kapasitor secara seri, arus pada awalnya akan mengalir ke kapasitor; arus awal ini akan ditentukan oleh tegangan rangkaian dan nilai resistansi. Tapi, kapasitor akan mengisi daya; saat mengisi, itu akan menciptakan tegangan di terminalnya; ini akan mengurangi tegangan melintasi terminal resistor, mengurangi arus yang melaluinya. Ini akan mengurangi laju pengisian kapasitor, mengurangi laju kenaikan voltase, dan seterusnya dan seterusnya. Akhirnya, kapasitor akan mencapai tegangan rangkaian, tegangan melintasi dan arus melalui resistor akan menjadi nol. Nilai resistansi dan kapasitansi akan menentukan waktu yang diperlukan kapasitor untuk mengisi daya ke fraksi tertentu dari tegangan rangkaian; kuantitas yang dikenal sebagaikonstanta waktu adalah waktu yang dibutuhkan tegangan kapasitor untuk mengisi sekitar 63% dari tegangan rangkaian. Ini digunakan untuk merancang sirkuit seperti osilator dan filter.

Resistor ada dan digunakan untuk membatasi 'ketidakterbatasan' virtual. Dalam arti bahwa tanpa resistor komponen akan terbakar atau sekering akan meledak, atau sirkuit tidak akan beroperasi seperti yang diharapkan.

Contoh yang kurang ekstrim adalah 'bias' rangkaian ke tegangan tertentu, dalam kombinasi dengan resistor atau dioda zener lainnya. Mereka juga membatasi arus 'lonjakan' ke catu daya, sehingga memperpanjang usia sakelar daya.

Karena jatuh tegangan pada resistor dengan arus yang mengalir melaluinya, mereka membuat sensor arus yang sangat baik dan akurat.

Alasan yang lebih eksotis adalah untuk menghentikan osilasi parasit atau gelombang pantulan di saluran transmisi RF. MOSFET biasanya memiliki resistor di gerbang mereka untuk mencegah dering dan overshoot di saluran pembuangan, karena tajam naik / turunnya tepi.

Dalam kombinasi dengan kapasitor, mereka menciptakan 'konstanta waktu' untuk digunakan sebagai filter atau penundaan. Ini bisa untuk penyetelan frekuensi, atau jika lebih kuat bertindak sebagai filter riak pada catu daya.

Mengatakan mereka membatasi 'ketidakterbatasan' terdengar agak basi, tetapi kita tidak akan memiliki teknologi tanpa mereka. Bahkan Model 'T' Ford memiliki bank resistor besar untuk memilih arus pengisian baterai yang tepat. Itu bukan pengisian presisi yang kita miliki saat ini, tetapi solusi 'just-get-by' sudah cukup baik saat itu.

Sepertinya Anda tidak sepenuhnya memahami bagaimana arus mengalir dan hubungannya dengan tegangan. Jika Anda memahami hubungan ini maka Anda dapat dengan mudah menjawab semua pertanyaan Anda.

Elektron ingin berpindah dari tempat bertegangan tinggi ke tempat bertegangan rendah secepat mungkin, seperti dari satu ujung baterai ke ujung lainnya. Jika kedua ujung baterai dihubungkan langsung bersama oleh kawat, elektron semua akan melompat sangat cepat ke ujung tegangan rendah, karena tidak ada yang memperlambat mereka.

Resistor memperlambat seberapa cepat elektron dapat bergerak melalui rangkaian. Tanpa resistor, baterai akan langsung terbakar.