¿Cómo calculo la corriente en ramas paralelas?

Bueno, estoy estudiando ingeniería eléctrica en este momento y puedo decirte que esos saltos como los 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. Luego necesitas 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 interruptor. En estado apagado, funciona como circuito abierto , mientras que en estado encendido funciona como cortocircuito . A continuación, si tiene un equipo sensible, podrá notar que el interruptor en realidad no tiene un cortocircuito porque tiene algo de resistencia, sino que es muy baja. 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, tienen las resistencias. En cambio, está la curva VI del diodo. En una resistencia, es una función lineal y podemos usar la resistencia como su característica, pero en un diodo parece 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 en paralelo para, digamos, una resistencia de 1 mΩ y una resistencia de 1 MΩ y observe cuánta corriente pasa a través de cada una de ellas. Así es como se comporta el circuito que mencionaste.

No puede aplicar E = IR directamente 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 entre sus terminales para polarizarlo directamente.

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 directamente el diodo.

Si reemplaza el interruptor con una resistencia, las cosas pueden cambiar. Imagina 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 a medida que lo hace. observado. El LED y la resistencia 'comparten' una corriente; observará que el diodo 'sujeta' el voltaje a través de la resistencia en paralelo con el diodo.

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

Consulte 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 darán 2 mA. Eso es bastante fácil, pero pocos componentes son tan simples.
Un LED (o cualquier diodo para el caso), por ejemplo, no se comporta así.

Si coloca un voltaje bajo como 100 mV sobre un diodo, casi no habrá corriente. Si aumentas lentamente el voltaje verás que alrededor de 0.7V la corriente comienza a fluir, para alcanzar un valor alto muy pronto, ver 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 la gráfica es básicamente la misma. 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 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 pequeña resistencia, pero es demasiado pequeña para limitar la corriente a un valor seguro. Entonces, ¿qué significa esto en un circuito?

Dos de las cosas básicas en los circuitos (aparte de la Ley de Ohm) son las Leyes de Kirchhoff, hay una Ley de Voltaje de Kirchhoff, también conocida como KVL, y una Ley de Corriente de Kirchhoff (KCL). Olvidamos KCL por un momento y echamos un vistazo a KVL, la ley de voltaje. Esto dice que la suma de los voltajes en cualquier lazo cerrado es cero. Eliges una dirección en la que pasas por el bucle. Elegimos en el sentido de las agujas del reloj. El voltaje de la fuente de alimentación se suele elegir como positivo, en el sentido de las agujas del reloj pasamos de negativo a positivo. Luego, los voltajes sobre la resistencia y el LED son negativos, porque primero encontramos el positivo. Entonces Kirchhoff dice:$V_{BAT} - V_{R} - V_{LED} = 0$, o$V_{BAT} = V_{R} + V_{LED}$. Supongamos que el LED tiene un voltaje de 2V. Entonces podemos calcular$V_{R} = V_{BAT} - V_{LED} = 6V - 2V = 4V$, y la corriente a través del circuito$I = \frac{V_{R}}{R} = \frac{4V}{330 \Omega} = 12mA$.

¿Qué pasa si colocamos un interruptor paralelo al LED? Si el interruptor está cerrado, tiene cero resistencia y, de acuerdo con la Ley de Ohm, tendrá cero voltaje sobre él. Y aún así, 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 se pueden moldear 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, atrae una cantidad de corriente que depende de forma no lineal del voltaje aplicado a través de sus terminales. Un interruptor en paralelo con él, cuando está cerrado, efectivamente hace que la caída de voltaje a través de él sea 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 él. Casi toda la corriente fluirá a través del cortocircuito.

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En respuesta a la pregunta del apéndice en el comentario sobre mi respuesta. Hay muchas maneras de mostrar esto, pero digamos que tienes:

                        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 entre R_1 y R_2 (es decir, la caída entre R_1 es la misma que la caída entre 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 en paralelo en proporción inversa a su resistencia relativa. Entonces, si una resistencia es R_1 tres veces más pequeña que R_2, consumirá 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 qué es Delta_V en realidad para comprender cómo se distribuye la corriente total entre las rutas paralelas.