Comment calculer le courant dans des branches parallèles?

Je joue avec un Arduino depuis un certain temps maintenant, et bien que j'en sache juste assez sur les circuits simples pour lancer de petits projets, je n'en sais toujours pas assez pour comprendre ce qui se passe en tout sauf le plus simple des circuits.

J'ai lu quelques livres sur l'électronique et une poignée d'articles en ligne, et même si je pense comprendre le fonctionnement de la tension, du courant, des résistances, des condensateurs et d'autres composants; quand je vois un schéma avec beaucoup d'entre eux, je ne sais pas ce qui se passe où.

Pour enfin m'y mettre, j'ai acheté un ensemble de projets électroniques 300 en 1, mais il semble passer de "Voici un circuit avec deux résistances en parallèle" à des choses plus complexes, sans expliquer comment cela fonctionne. .

Par exemple, il montre un simple circuit batterie -> résistance -> LED, mais montre que si vous câblez un bouton en parallèle avec la LED, appuyez sur le bouton pour éteindre la LED.

Je comprends que le courant doit parcourir le chemin de la moindre résistance, mais je ne comprends pas pourquoi il ne traverse pas les deux .

On m'a appris que le câblage de deux résistances en parallèle provoque le passage du courant à travers les deux, et donc plus de courant circule dans le circuit. J'ai également essayé de remplacer le bouton dans le circuit ci-dessus par des résistances de valeurs variables, et comme je le soupçonnais, une résistance de haute valeur n'affecte pas du tout l'ampoule, mais des valeurs plus faibles commencent à atténuer l'ampoule.

Je ne sais pas comment appliquer l'équation E = IR à tout cela.

De plus, quelle est la résistance d'une LED? J'ai essayé de le mesurer avec mon multimètre, mais il ne donnerait pas de lecture.

Désolé si j'ai hésité sur des charges ici, mais j'essaie de brosser un tableau de ce que je pense comprendre et de ce que je veux comprendre. Je ne suis pas sûr d'avoir réussi!

Oh ouais, et attendez-vous à bien plus que cela en approfondissant mon kit de projet 300 en 1!

Eh bien, j'étudie le génie électrique en ce moment et je peux vous dire que les sauts que vous avez décrits prennent environ deux ans de cours à mon université.

La première chose importante est de savoir quels éléments sont passifs et lesquels sont actifs. Ensuite, vous devez savoir quels éléments sont linéaires et lesquels ne le sont pas. L'étape suivante consiste à obtenir des schémas équivalents pour les éléments dont vous disposez et à voir comment ils se comportent.

Par exemple, prenons le commutateur. À l'état désactivé, il fonctionne comme un circuit ouvert , tandis qu'à l'état activé, il fonctionne comme un court-circuit . Ensuite, si vous avez un équipement sensible, vous pourrez remarquer que le commutateur n'est pas réellement en court-circuit car il a une certaine résistance, mais qu'il est très faible. Jetons maintenant un œil à la diode . La diode n'est pas un composant linéaire, elle n'a donc pas de résistance au sens classique dans laquelle ont par exemple des résistances. Au lieu de cela, il y a la courbe VI de la diode. Sur une résistance, c'est une fonction linéaire et nous pouvons utiliser la résistance comme caractéristique, mais sur la diode, elle a l'air exponentielle.

Comme vous pouvez le voir sur l'image, une certaine tension est nécessaire pour que la diode commence à fonctionner correctement et lorsque vous déclenchez l'interrupteur, cette tension disparaît. Cela signifie que la "résistance" de la diode est devenue énorme. Pour avoir une idée de cela, utilisez le calcul de résistance parallèle pour une résistance disons de 1 mΩ et une résistance de 1MΩ et jetez un œil à la quantité de courant qui traverse chacun d'eux. C'est ainsi que se comporte le circuit dont vous avez parlé.

Vous ne pouvez pas appliquer directement E = IR à cela car la LED est une diode, qui est un appareil non linéaire.

Simplifié: une diode ne conduira pas de courant à moins qu'une tension de polarité correcte suffisante ne soit présente à ses bornes pour la polariser en direct.

La résistance de l'interrupteur court-circuitant la diode est très faible, de sorte que la tension générée à ses bornes est également très faible, certainement de nombreux ordres de grandeur trop petite pour polariser la diode en sens direct.

Si vous remplacez le commutateur par une résistance, les choses peuvent changer. Imaginez que la LED est hors du circuit. Si la résistance limite suffisamment le courant pour développer une chute de tension à travers elle qui est égale ou supérieure à l'exigence de polarisation directe de la LED, une fois que vous avez mis la LED dans le circuit, vous verrez que la LED sera faiblement allumée pendant que vous observé. Il y a du courant «partagé» par la LED et la résistance - vous remarquerez que la tension aux bornes de la résistance en parallèle avec la diode est «bloquée» par la diode.

Les diodes ne sont pas intrinsèquement résistives comme le sont les résistances. Leur résistance est extrêmement faible - c'est pourquoi un circuit LED nécessite une résistance série - pour fournir une résistance qui limite le courant et protège la diode contre les pannes.

Voir l' article Wikipedia sur les diodes.

Les résistances ordinaires sont des dispositifs linéaires; si 10V sur une résistance entraîne un courant de 1mA, alors 20V vous donnera 2mA. C'est assez simple, mais peu de composants sont aussi simples.
Une LED (ou n'importe quelle diode d'ailleurs) par exemple ne se comporte pas comme ça.

Si vous mettez une basse tension comme 100mV sur une diode, il n'y aura pratiquement pas de courant. Si vous augmentez lentement la tension, vous verrez qu'environ 0,7 V le courant commence à circuler, pour atteindre très rapidement une valeur élevée, voir graphique. On voit que la tension sur la diode est plus ou moins constante. Le 0.7V est pour une diode au silicium commune, pour les LED, cette tension sera plus élevée, principalement en fonction de la couleur, mais le graphique est fondamentalement le même. Parce que le courant augmentera si soudainement jusqu'à une valeur qui détruira la LED, vous devez utiliser une résistance de limitation de courant. L'augmentation du courant sera soudaine, mais pas immédiate; la ligne du graphique n'est pas tout à fait verticale. En effet, la LED a également une petite résistance, mais elle est trop petite pour limiter le courant à une valeur sûre. Alors qu'est-ce que cela signifie dans un circuit?

$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$

Que se passe-t-il si nous plaçons un interrupteur parallèle à la LED? Si l'interrupteur est fermé, sa résistance est nulle et, selon la loi d'Ohm, il n'aura aucune tension. Et toujours selon Ohm, une tension nulle sur toute résistance signifie un courant nul, donc étant donné la résistance de la LED, il n'y aura pas de courant à travers elle.

Une diode n'est pas caractérisée par une impédance, tandis que les résistances, les condensateurs et les inductances peuvent être coulés dans le même moule électrique - chacun ayant une "résistance" (qui varie potentiellement en fonction de la "fréquence" du signal de tension appliqué).

Une diode, d'autre part, consomme une quantité de courant qui dépend non linéairement de la tension appliquée à ses bornes. Un interrupteur en parallèle avec lui, lorsqu'il est effectivement fermé, fait chuter la tension à zéro et ne conduit donc pas de courant.

Soit dit en passant, et pour une raison différente, vous observeriez un phénomène similaire si vous remplaçiez la LED par une résistance. Pousser le commutateur, c'est comme mettre en parallèle une résistance de 0 ohm (ou très petite de toute façon). Presque tout le courant passera par le court-circuit.

Éditer

En réponse à la question de l'addendum dans le commentaire sur ma réponse. Il y a plusieurs façons de le montrer, mais disons que vous avez:

                        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

Nous savons que Delta_V est la chute sur R_1 et R_2 (c'est-à-dire que la chute sur R_1 est la même que la chute sur R_2 est égale à Delta_V). Cette chute de tension implique un courant à travers les deux résistances. À savoir:

                        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

C'est-à-dire que le courant est réparti entre les résistances parallèles en proportion inverse de leur résistance relative. Donc, si une résistance est R_1 trois fois plus petite que la R_2, elle a consommé trois fois plus de courant que R_2. Vous pouvez réduire davantage le circuit total représenté en une seule résistance en réduisant les résistances parallèle et série pour calculer le courant total consommé par le circuit, i_total. En utilisant la formule supplémentaire:

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)

Notez qu'il n'est pas important de savoir ce que Delta_V est réellement pour comprendre comment le courant total se répartit entre les chemins parallèles.