Como calculo a corrente em ramificações paralelas?

Eu já brinco com um Arduino há um tempo e, embora eu conheça o suficiente sobre circuitos simples para executar pequenos projetos, ainda não sei o suficiente para descobrir o que está acontecendo, exceto o mais simples dos circuitos.

Li alguns livros sobre eletrônica e alguns artigos on-line e, apesar de entender como tensão, corrente, resistores, capacitores e outros componentes funcionam; quando vejo um esquema com muitos deles, não sei o que está acontecendo.

Um pouco para finalmente entender, comprei um conjunto de projetos eletrônicos 300 em 1, no entanto, parece pular de "Aqui está um circuito com dois resistores em paralelo" para coisas mais complexas, sem explicar como funciona .

Por exemplo, mostra um circuito simples de bateria-> resistor-> LED, mas mostra que se você ligar um botão em paralelo com o LED, pressionar o botão apaga o LED.

Entendo que a corrente deve estar percorrendo o caminho de menor resistência, mas não entendo por que não percorre as duas .

Sou ensinado que a conexão de dois resistores em paralelo faz com que a corrente flua através de ambos e, portanto, mais fluxos de corrente no circuito. Também tentei substituir o botão no circuito acima por resistores de valores variáveis ​​e, como suspeitava, um resistor de alto valor não afeta a lâmpada, mas valores mais baixos começam a escurecer a lâmpada.

Não sei como aplicar a equação E = IR a tudo isso.

Além disso, quanta resistência possui um LED? Tentei medi-lo com meu multímetro, mas não daria uma leitura.

Desculpe se eu waffled em cargas aqui, mas estou tentando pintar uma imagem do que eu acho que entendo e o que eu quero entender. Não sei se consegui isso!

Ah, sim, e espero muito mais disso, à medida que me aprofundo no meu kit de projetos 300 em 1!

Bem, estou estudando engenharia elétrica agora e posso dizer que saltos como você descreveu levam cerca de dois anos de palestras na minha universidade.

A primeira coisa que é importante é saber quais elementos são passivos e quais são ativos. Então você precisa saber quais elementos são lineares e quais não são. O próximo passo é obter esquemas equivalentes para os elementos que você possui e ver como eles se comportam.

Por exemplo, vamos mudar. No estado desligado, ele funciona como um circuito aberto , enquanto no estado desligado, ele funciona como um curto-circuito . Em seguida, se você tiver um equipamento sensível, poderá perceber que o interruptor não é realmente um curto-circuito, porque possui alguma resistência, mas é muito baixo. Agora vamos dar uma olhada no diodo . O diodo não é um componente linear, portanto não possui resistência no sentido clássico em que, por exemplo, os resistores. Em vez disso, há a curva VI do diodo. Em um resistor, é uma função linear e podemos usar a resistência como característica, mas no diodo parece exponencial.

Como você pode ver na imagem, é necessária certa tensão para o diodo começar a funcionar corretamente e, quando você aciona a chave, essa tensão desaparece. Isso significa que a "resistência" do diodo se tornou enorme. Para entender isso, use o cálculo do resistor paralelo para, por exemplo, resistor de 1 mΩ e resistor de 1MΩ e observe a quantidade de corrente que passa por cada um deles. É assim que o circuito que você mencionou se comporta.

Você não pode aplicar diretamente E = IR a isso porque o LED é um diodo, que é um dispositivo não linear.

Simplificado: um diodo não conduz corrente, a menos que uma tensão de polaridade correta suficiente esteja presente em seus terminais para polarizá-lo para frente.

A resistência do comutador em curto-circuito é muito pequena; portanto, a tensão gerada nele também é muito pequena, certamente muitas ordens de magnitude pequenas demais para desviar o diodo.

Se você substituir o interruptor por um resistor, as coisas podem mudar. Imagine o LED está fora do circuito. Se o resistor limitar a corrente o suficiente para desenvolver uma queda de tensão igual ou superior ao requisito de polarização direta do LED, quando você colocar o LED no circuito, verá que o LED ficará aceso quando você observado. Há corrente sendo 'compartilhada' pelo LED e pelo resistor - você observará que a tensão no resistor em paralelo com o diodo é 'presa' pelo diodo.

Os diodos não são intrinsecamente resistivos, como os resistores. Sua resistência é extremamente pequena - é por isso que um circuito de LED requer um resistor em série - para fornecer resistência que limita a corrente e protege o diodo de falha.

Veja o artigo da Wikipedia sobre diodos.

Resistores comuns são dispositivos lineares; se 10V acima de um resistor resultar em uma corrente de 1mA, então 20V fornecerá 2mA. Isso é fácil, mas poucos componentes são tão simples.
Um LED (ou qualquer diodo), por exemplo, não se comporta assim.

Se você colocar uma voltagem baixa como 100mV em um diodo, dificilmente haverá corrente. Se você aumentar lentamente a tensão, verá que em torno de 0,7V a corrente começa a fluir, para atingir um valor alto muito em breve, veja o gráfico. Podemos ver que a tensão no diodo é mais ou menos constante. O 0,7V é para um diodo de silício comum; para os LEDs essa tensão será maior, principalmente dependendo da cor, mas o gráfico é basicamente o mesmo. Como a corrente aumenta repentinamente para um valor que destrói o LED, é necessário usar um resistor limitador de corrente. O aumento da corrente será repentino, mas não imediato; a linha no gráfico não é bem vertical. Isso ocorre porque o LED também possui uma resistência pequena, mas é muito pequena para limitar a corrente a um valor seguro. Então, o que isso significa em um 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$

O que acontece se colocarmos um interruptor paralelo ao LED? Se o interruptor estiver fechado, ele tem resistência zero e, de acordo com a Lei de Ohm, ele terá tensão zero sobre ele. E ainda de acordo com a tensão zero de Ohm, sobre qualquer resistência significa corrente zero, portanto, dada a resistência do LED, não haverá corrente através dela.

Um diodo não é caracterizado por uma impedância, enquanto resistores, capacitores e indutores podem ser fundidos no mesmo molde elétrico - cada um com uma "resistência" (que varia potencialmente em relação à "frequência" do sinal de tensão aplicado).

Um diodo, por outro lado, consome uma quantidade de corrente que depende não linearmente da tensão aplicada em seus terminais. Um interruptor em paralelo a ele, quando fechado efetivamente, zera a tensão ao seu redor e, portanto, não conduz corrente.

Aliás, e por um motivo diferente, você observaria um fenômeno semelhante se substituísse o LED por um resistor. Pressionar o interruptor é como colocar um resistor de 0 ohm (ou muito pequeno de qualquer maneira) em paralelo com ele. Quase toda a corrente flui através do curto-circuito.

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Em resposta à pergunta do adendo no comentário sobre minha resposta. Existem várias maneiras de mostrar isso, mas digamos que você tenha:

                        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 é a queda em R_1 e R_2 (ou seja, a queda em R_1 é a mesma que a queda em R_2 é igual a Delta_V). Essa queda de tensão implica uma corrente nos dois resistores. Nomeadamente:

                        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

Ou seja, a corrente é distribuída entre os resistores paralelos em proporção inversa à sua resistência relativa. Portanto, se um resistor é R_1 três vezes menor que o R_2, ele é consumido três vezes mais corrente que R_2. Você pode reduzir ainda mais o circuito total mostrado em um único resistor através do colapso dos resistores paralelo e em série para calcular a corrente total consumida pelo circuito, i_total. Usando a 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)

Observe que não é importante o que Delta_V realmente é para entender como a corrente total distribui entre os caminhos paralelos.