¿Cómo calculo la corriente en ramas paralelas?

He estado jugando con un Arduino durante un tiempo, y aunque sé lo suficiente sobre circuitos simples para poner en marcha pequeños proyectos, todavía no sé lo suficiente como para descubrir qué está sucediendo en todo, excepto en el más simple de circuitos.

He leído algunos libros sobre electrónica y un puñado de artículos en línea, y aunque creo que entiendo cómo funcionan el voltaje, la corriente, las resistencias, los condensadores y otros componentes; cuando veo un esquema con muchos de ellos, no sé qué está pasando dónde.

En un momento para finalmente entenderlo, compré un conjunto de proyectos electrónicos 300 en 1, sin embargo, parece saltar de "Aquí hay un circuito con dos resistencias en paralelo" a cosas más complejas, sin explicar cómo funciona .

Por ejemplo, muestra un circuito simple de batería-> resistencia-> LED, pero muestra que si conecta un botón en paralelo con el LED, al presionar el botón se apaga el LED.

Entiendo que la corriente debe estar viajando a través del camino de menor resistencia, pero no entiendo por qué no viaja a través de ambos .

Me han enseñado que el cableado de dos resistencias en paralelo hace que la corriente fluya a través de ambas, por lo que fluye más corriente en el circuito. También intenté reemplazar el botón en el circuito anterior con resistencias de valores variables, y como sospeché, una resistencia de alto valor no afecta la bombilla en absoluto, pero los valores más bajos comienzan a atenuar la bombilla.

No estoy seguro de cómo aplicar la ecuación E = IR a todo esto.

Además, ¿cuánta resistencia tiene un LED? Intenté medirlo con mi multímetro, pero no dio una lectura.

Perdón si me he comido muchas cosas aquí, pero estoy tratando de pintar una imagen de lo que creo que entiendo y lo que quiero entender. ¡No estoy seguro de haberlo logrado!

¡Ah, sí, y espero mucho más de esto a medida que profundizo en mi kit de proyecto 300 en 1!

Bueno, estoy estudiando ingeniería eléctrica en este momento y puedo decirte que los saltos que describiste toman alrededor de dos años de conferencias en mi universidad.

Lo primero que es importante es saber qué elementos son pasivos y cuáles son activos. Entonces necesita saber qué elementos son lineales y cuáles no. El siguiente paso es obtener esquemas equivalentes para los elementos que tiene y ver cómo se comportan.

Por ejemplo, tomemos el cambio. En estado apagado, funciona como un circuito abierto , mientras que en estado encendido funciona como cortocircuito . A continuación, si tiene un equipo sensible, podrá notar que el interruptor no es realmente un cortocircuito porque tiene cierta resistencia, sino que es muy bajo. Ahora echemos un vistazo al diodo . El diodo no es un componente lineal, por lo que no tiene resistencia en el sentido clásico en el que, por ejemplo, las resistencias tienen. En cambio, está la curva VI del diodo. En una resistencia, es una función lineal y podemos usar la resistencia como característica, pero en diodo, se ve exponencial.

Como puede ver en la imagen, se necesita cierto voltaje para que el diodo comience a funcionar correctamente y cuando activa el interruptor, ese voltaje desaparece. Eso significa que la "resistencia" del diodo se volvió enorme. Para tener una idea de esto, use el cálculo de la resistencia paralela para, digamos, la resistencia de 1 mΩ y la resistencia de 1MΩ y observe cuánta corriente pasa por cada una de ellas. Esta es la forma en que se comporta el circuito que mencionaste.

No puede aplicar directamente E = IR a esto porque el LED es un diodo, que es un dispositivo no lineal.

Simplificado: un diodo no conducirá corriente a menos que haya suficiente voltaje de polaridad correcta en sus terminales para polarizarlo.

La resistencia del interruptor que corta el diodo es muy pequeña, por lo que el voltaje generado a través de él también es muy pequeño, ciertamente muchos órdenes de magnitud demasiado pequeños para polarizar hacia adelante el diodo.

Si reemplaza el interruptor con una resistencia, las cosas pueden cambiar. Imagine que el LED está fuera del circuito. Si la resistencia limita la corriente lo suficiente como para desarrollar una caída de voltaje a través de ella que sea igual o mayor que el requisito de polarización directa del LED, una vez que coloque el LED en el circuito, verá que el LED se encenderá tenuemente mientras observado. El LED y la resistencia están 'compartiendo' corriente: observará que el voltaje a través de la resistencia en paralelo con el diodo está 'sujeto' por el diodo.

Los diodos no son intrínsecamente resistivos como lo son las resistencias. Su resistencia es extremadamente pequeña, es por eso que un circuito LED requiere una resistencia en serie, para proporcionar resistencia que limite la corriente y proteja el diodo contra fallas.

Vea el artículo de Wikipedia sobre diodos.

Las resistencias ordinarias son dispositivos lineales; Si 10 V sobre una resistencia da como resultado una corriente de 1 mA, entonces 20 V le dará 2 mA. Eso es bastante fácil, pero pocos componentes son tan simples.
Por ejemplo, un LED (o cualquier diodo) no se comporta así.

Si coloca un voltaje bajo como 100mV sobre un diodo, casi no habrá corriente. Si aumenta lentamente el voltaje, verá que alrededor de 0.7V la corriente comienza a fluir, para alcanzar un valor alto muy pronto, vea el gráfico. Podemos ver que el voltaje sobre el diodo es más o menos constante. El 0.7V es para un diodo de silicio común, para los LED este voltaje será mayor, dependiendo principalmente del color, pero el gráfico es básicamente el mismo. Debido a que la corriente aumentará tan repentinamente a un valor que destruirá el LED, debe usar una resistencia limitadora de corriente. El aumento de la corriente será repentino, pero no inmediato; La línea en el gráfico no es del todo vertical. Esto se debe a que el LED también tiene una resistencia pequeña, pero esto es demasiado pequeño para limitar la corriente a un valor seguro. Entonces, ¿qué significa esto en un circuito?

$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$

¿Qué sucede si colocamos un interruptor paralelo al LED? Si el interruptor está cerrado, tiene resistencia cero y, de acuerdo con la Ley de Ohm, tendrá voltaje cero sobre él. Y aún de acuerdo con Ohm, el voltaje cero sobre cualquier resistencia significa corriente cero, por lo que dada la resistencia del LED, no fluirá corriente a través de él.

Un diodo no se caracteriza por una impedancia, mientras que las resistencias, los condensadores y los inductores pueden fundirse en el mismo molde eléctrico, cada uno con una "resistencia" (que potencialmente varía con respecto a la "frecuencia" de la señal de voltaje aplicada).

Un diodo, por otro lado, consume una cantidad de corriente que depende no linealmente del voltaje aplicado a través de sus terminales. Un interruptor en paralelo con él, cuando se cierra efectivamente, hace que la tensión caiga a través de cero y, por lo tanto, no conduce corriente.

Por cierto, y por una razón diferente, observaría un fenómeno similar si reemplazara el LED con una resistencia. Presionar el interruptor es como poner una resistencia de 0 ohmios (o muy pequeña de todos modos) en paralelo con ella. Casi toda la corriente fluirá a través del cortocircuito.

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En respuesta a la pregunta del anexo en el comentario sobre mi respuesta. Hay muchas formas de mostrar esto, pero digamos que tiene:

                        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

Sabemos que Delta_V es la caída en R_1 y R_2 (es decir, la caída en R_1 es la misma que la caída en R_2 es ​​igual a Delta_V). Esa caída de voltaje implica una corriente a través de ambas resistencias. A saber:

                        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

Es decir, la corriente se distribuye entre las resistencias paralelas en proporción inversa a su resistencia relativa. Entonces, si una resistencia es R_1 tres veces más pequeña que la R_2, se consumió tres veces más corriente que R_2. Puede reducir aún más el circuito total que se muestra en una sola resistencia mediante el colapso de las resistencias en paralelo y en serie para calcular la corriente total consumida por el circuito, i_total. Usando la fórmula adicional:

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)

Tenga en cuenta que no es importante lo que Delta_V realmente es para entender cómo se distribuye la corriente total entre las rutas paralelas.