Bagaimana cara menghitung arus di cabang paralel?

Saya sudah bermain-main dengan Arduino untuk sementara waktu sekarang, dan sementara saya tahu cukup banyak tentang rangkaian sederhana untuk menjalankan proyek kecil dan berjalan, saya masih tidak cukup tahu untuk mencari tahu apa yang terjadi di semua tetapi yang paling sederhana dari sirkuit.

Saya telah membaca beberapa buku tentang elektronik dan beberapa artikel online, dan sementara saya pikir saya mengerti bagaimana tegangan, arus, resistor, kapasitor dan komponen lainnya bekerja; ketika saya melihat skema dengan banyak dari mereka, saya tidak tahu apa yang terjadi di mana.

Dalam sedikit untuk akhirnya memahami itu, saya membeli Proyek Elektronik 300-in-1, namun tampaknya melompat dari "Berikut adalah sirkuit dengan dua resistor secara paralel" ke hal-hal yang lebih kompleks, tanpa menjelaskan cara kerjanya .

Sebagai contoh, ini menunjukkan rangkaian LED baterai-> resistor-> sederhana, tetapi menunjukkan bahwa jika Anda memasang sebuah tombol secara paralel dengan LED, menekan tombol mematikan LED.

Saya mendapatkan bahwa saat ini harus melakukan perjalanan melalui jalan perlawanan paling sedikit, tapi saya tidak mengerti mengapa itu tidak berjalan melalui keduanya .

Saya diajarkan bahwa kabel dua resistor secara paralel menyebabkan arus mengalir melalui keduanya, dan lebih banyak arus mengalir di rangkaian. Saya juga mencoba mengganti tombol pada rangkaian di atas dengan resistor dengan nilai yang bervariasi, dan seperti yang saya duga, resistor bernilai tinggi sama sekali tidak memengaruhi bohlam, tetapi nilai yang lebih rendah mulai meredupkan bohlam.

Saya tidak yakin bagaimana menerapkan persamaan E = IR untuk semua ini.

Juga, berapa banyak resistensi yang dimiliki LED?Saya mencoba mengukurnya dengan multimeter saya, tetapi tidak memberikan bacaan.

Maaf jika saya bingung tentang banyak hal di sini, tapi saya mencoba melukis apa yang saya pikir saya mengerti dan apa yang ingin saya mengerti. Tidak yakin saya telah mencapai itu!

Oh ya, dan berharap lebih banyak dari ini karena saya mempelajari lebih dalam kit proyek 300-in-1 saya!

Yah, saya sedang belajar teknik elektro sekarang dan saya dapat memberitahu Anda bahwa lompatan seperti yang Anda jelaskan memakan waktu sekitar dua tahun kuliah di universitas saya.

Hal pertama yang penting adalah mengetahui elemen mana yang pasif dan mana yang aktif. Maka Anda perlu tahu elemen mana linier dan mana yang tidak. Langkah selanjutnya adalah mendapatkan skema yang setara untuk elemen yang Anda miliki dan untuk melihat bagaimana mereka berperilaku.

Sebagai contoh, mari kita beralih. Dalam kondisi tidak aktif, ini berfungsi sebagai sirkuit terbuka , sedangkan dalam kondisi aktif berfungsi sebagai sirkuit pendek . Selanjutnya, jika Anda memiliki peralatan yang sensitif, Anda akan dapat melihat bahwa saklar itu sebenarnya bukan hubungan pendek karena memiliki beberapa hambatan, tetapi itu sangat rendah. Sekarang mari kita lihat dioda . Diode bukan komponen linier, sehingga tidak memiliki hambatan dalam arti klasik di mana misalnya resistor miliki. Sebaliknya ada kurva VI dioda. Pada sebuah resistor, ini adalah fungsi linier dan kita dapat menggunakan tahanan sebagai karakteristiknya, tetapi pada dioda, itu terlihat eksponensial.

Seperti yang dapat Anda lihat dari gambar, tegangan tertentu diperlukan agar dioda mulai bekerja dengan benar dan ketika Anda memicu sakelar, tegangan itu menghilang. Itu berarti, bahwa "perlawanan" dioda hanya menjadi besar. Untuk merasakan hal ini, gunakan perhitungan resistor paralel untuk katakan resistor 1 mΩ dan resistor 1MΩ dan lihat berapa banyak arus yang melewati masing-masing. Ini adalah cara sirkuit yang Anda sebutkan berperilaku.

Anda tidak dapat langsung menerapkan E = IR untuk ini karena LED adalah dioda, yang merupakan perangkat nonlinier.

Sederhana: sebuah dioda tidak akan mengalirkan arus kecuali ada tegangan polaritas yang benar di seluruh terminalnya untuk meneruskannya.

Resistansi saklar korslet dioda keluar sangat kecil, sehingga tegangan yang dihasilkan di atasnya juga sangat kecil, tentu banyak urutan besarnya terlalu kecil untuk meneruskan bias dioda.

Jika Anda mengganti sakelar dengan resistor, semuanya dapat berubah. Bayangkan LED keluar dari sirkuit. Jika resistor membatasi arus secukupnya untuk menghasilkan penurunan tegangan yang sama atau lebih besar dari persyaratan bias maju LED, setelah Anda memasukkan LED ke dalam rangkaian, Anda akan melihat bahwa LED akan menyala redup saat Anda diamati. Ada arus yang 'dibagi' oleh LED dan resistor - Anda akan mengamati bahwa tegangan melintasi resistor secara paralel dengan dioda 'dijepit' oleh dioda.

Dioda tidak resistif secara intrinsik seperti resistor. Resistansi mereka sangat kecil - inilah mengapa rangkaian LED membutuhkan resistor seri - untuk memberikan resistansi yang membatasi arus dan melindungi dioda agar tidak rusak.

Lihat artikel Wikipedia tentang dioda.

Resistor biasa adalah perangkat linier; jika 10V lebih dari hasil resistor dalam arus 1mA, maka 20V akan memberi Anda 2mA. Itu cukup mudah, tetapi beberapa komponen sesederhana itu.
LED (atau dioda apa pun dalam hal ini) misalnya tidak berlaku seperti itu.

Jika Anda meletakkan tegangan rendah seperti 100mV dioda tidak akan ada arus. Jika Anda perlahan-lahan meningkatkan tegangan, Anda akan melihat bahwa sekitar 0,7 V arus mulai mengalir, untuk mencapai nilai tinggi segera, lihat grafik. Kita dapat melihat bahwa tegangan dioda lebih atau kurang konstan. The 0.7V adalah untuk silikon dioda umum, untuk LED tegangan ini akan lebih tinggi, terutama tergantung pada warna, tetapi grafik pada dasarnya sama. Karena arus akan meningkat secara tiba-tiba ke nilai yang akan menghancurkan LED, Anda harus menggunakan resistor pembatas arus. Peningkatan arus akan tiba-tiba, tetapi tidak langsung; garis dalam grafik tidak cukup vertikal. Itu karena LED juga memiliki hambatan kecil, tetapi ini terlalu kecil untuk membatasi arus ke nilai yang aman. Jadi apa artinya ini dalam sebuah rangkaian?

Dua hal dasar dalam rangkaian (terlepas dari Hukum Ohm) adalah Hukum Kirchhoff, ada Hukum Tegangan Kirchhoff, alias KVL, dan Hukum Lancar Kirchhoff (KCL). Kami melupakan KCL sejenak dan melihat KVL, hukum tegangan. Ini mengatakan bahwa jumlah tegangan dalam setiap loop tertutup adalah nol. Anda memilih arah di mana Anda melewati loop. Kami memilih searah jarum jam. Tegangan listrik biasanya dipilih sebagai positif, searah jarum jam kita beralih dari negatif ke positif. Kemudian tegangan pada resistor dan LED negatif, karena kami menemukan positif pertama. Lalu Kirchhoff berkata:$V_{BAT} - V_{R} - V_{LED} = 0$, atau $V_{BAT} = V_{R} + V_{LED}$. Misalkan LED memiliki tegangan 2V. Maka kita bisa menghitung$V_{R} = V_{BAT} - V_{LED} = 6V - 2V = 4V$, dan arus melalui rangkaian $I = \frac{V_{R}}{R} = \frac{4V}{330 \Omega} = 12mA$.

Apa yang terjadi jika kita menempatkan sakelar paralel ke LED? Jika saklar ditutup itu memiliki nol perlawanan, dan menurut Hukum Ohm itu akan memiliki tegangan nol di atasnya. Dan masih menurut Ohm tegangan nol pada resistansi apa pun berarti nol arus, jadi mengingat resistansi LED tidak akan mengalir arus melalui itu.

Dioda tidak dicirikan oleh impedansi, sedangkan resistor, kapasitor, dan induktor dapat dilemparkan dalam cetakan listrik yang sama - masing-masing memiliki "resistansi" (yang berpotensi bervariasi sehubungan dengan "frekuensi" dari sinyal tegangan yang diterapkan).

Dioda, di sisi lain, tangan menarik sejumlah arus yang tergantung non-linear pada tegangan yang diterapkan di terminalnya. Sebuah saklar paralel dengan itu, ketika ditutup secara efektif membuat tegangan turun menjadi nol, dan karena itu tidak melakukan arus.

Kebetulan, dan untuk alasan yang berbeda, Anda akan mengamati fenomena serupa jika Anda mengganti LED dengan resistor. Menekan tombol itu seperti meletakkan resistor 0-ohm (atau sangat kecil) secara paralel dengannya. Hampir semua arus akan mengalir melalui hubung singkat.

Edit

Menanggapi pertanyaan tambahan dalam mengomentari tanggapan saya. Ada banyak cara untuk menunjukkan ini, tetapi katakanlah Anda memiliki:

                        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

Kita tahu bahwa Delta_V adalah drop di R_1 dan R_2 (yaitu drop di R_1 sama dengan drop di R_2 sama dengan Delta_V). Penurunan tegangan menyiratkan arus melalui kedua resistor. Yaitu:

                        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

Dengan kata lain, arus didistribusikan di antara resistor paralel dalam proporsi terbalik dengan resistansi relatifnya. Jadi, jika satu resistor R_1 tiga kali lebih kecil dari R_2 itu menggambar tiga kali lebih banyak saat ini daripada R_2. Anda selanjutnya dapat mengurangi total rangkaian yang ditunjukkan ke dalam satu resistor melalui kolaps resistor paralel dan seri untuk menghitung arus total yang ditarik oleh rangkaian, i_total. Menggunakan rumus tambahan:

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)

Perhatikan bahwa tidak penting apa sebenarnya Delta_V untuk memahami bagaimana arus total didistribusikan di antara jalur paralel.