Pourquoi avons-nous «besoin» de résistances (je comprends ce qu'elles font, mais pas pourquoi…)? [fermé]

J'ai toujours eu une compréhension de base de l'électronique. Je commence maintenant à en apprendre un peu plus, en utilisant un Arduino comme plate-forme de test, et j'ai une question sur les résistances que je n'arrive pas à résoudre grâce à la recherche.

Pourquoi les utilisons-nous? Je comprends qu'ils limitent le courant. (Dans le cas d'une LED, trop de courant la chaufferait et la brûlerait.) Mais comment est-elle mesurée / calculée / choisie? Je ne demande pas spécifiquement un cas d'utilisation de LED ou comment utiliser une LED. J'essaie de comprendre "pourquoi" des résistances sont nécessaires au niveau physique.

1. Qu'advient-il du reste du courant non utilisé (à cause de la résistance)?
2. La LED utilise-t-elle alors TOUT le courant disponible dans le circuit? Sinon, où va le reste? (Recyclé en source d'alimentation?)
3. Pourquoi une LED "chute-t-elle" d'une certaine quantité? Et qu'advient-il des autres composants en série, la tension chute-t-elle pour chaque composant, jusqu'à ce qu'il ne reste plus rien? Cela aurait du sens, mais une LED n'a pas de résistance interne (c'est expliqué), alors pourquoi chute-t-elle de tension?
4. J'ai récemment regardé une vidéo, où le gars expliquant les résistances, a dessiné un croquis montrant 12 V → résistance → LED --- 0 V (choisissez-vous votre résistance au point de "consommer tout le courant / tension" avant qu'elle n'atteigne la fin du circuit? Vidéo YouTube
5. Pourquoi une batterie tombe-t-elle en panne si vous connectez directement les bornes, mais si vous ajoutez une ampoule (résistance), ce n'est pas le cas?
6. J'ai fait des heures et des heures de recherche, et je comprends ce que fait une résistance, mais je ne comprends pas pourquoi elle est nécessaire (pour ne pas court-circuiter une batterie? ... Est-ce à dire qu'elle "mange" toute la puissance avant elle) revient à l'anode?)
7. Pourquoi différentes ampoules fonctionnent-elles sur la même batterie (résistance différente, mais pas de court-circuit?)

Je sais que ces questions sont vastes et je ne cherche pas spécifiquement des réponses à chacune d'elles individuellement. Je mentionne ces multiples questions ci-dessus pour démontrer que je n'ai pas une compréhension ferme du concept de la raison pour laquelle un circuit a besoin de résistance . Ce serait la question à laquelle répondre.

Votre compréhension de la façon dont l'énergie circule dans un circuit doit être ajustée.

1. La quantité de courant circulant dans un circuit et prélevée sur la batterie ou la source d'alimentation dépend de la quantité de courant qui circule dans ce circuit.

2. La quantité de courant qui circule dans le circuit est dictée par la conductivité du circuit. Si un circuit a une résistance élevée, il est moins conducteur et moins de flux de courant / puissance.

Donc, en réunissant ces deux et en examinant vos questions ...

1. Qu'arrive-t-il au reste du courant non utilisé (à cause de la résistance)?

Il n'y a pas de "reste du courant" le courant est défini par la résistance du circuit.

La LED utilise-t-elle alors TOUT le courant disponible dans le circuit? Sinon, où va le reste? (Recyclé en source d'alimentation?)

Encore une fois, la LED et sa résistance définissent le courant qu'elles vont prendre. Il n'y a pas de "repos".

3.Pourquoi une LED "chute de tension" d'une certaine valeur? Et qu'advient-il des autres composants en série, la tension chute-t-elle pour chaque composant, jusqu'à ce qu'il ne reste plus rien?

La LED a une tension directe plus ou moins fixe à un courant donné. Le reste de la tension tombe à travers la résistance. Cela définit le courant à travers la LED.

4.J'ai récemment regardé une vidéo, où le gars expliquant les résistances, a dessiné un scetch montrant 12v -> Résistance -> LED --- 0V (Choisissez-vous votre résistance au point de "consommer tout le courant / tension" avant d'arriver à la fin du circuit? Vidéo Youtube

Dans tout circuit série, la tension appliquée est divisée entre les éléments de ce circuit série. Le courant est défini par ce que les éléments du circuit demandent et est constant tout au long du circuit série.

Gardez à l'esprit que la tension est simplement une mesure du potentiel des électrons à circuler entre deux points. Elle est toujours mesurée entre deux points, et une valeur de 0 volt nous indique qu'il n'y aurait pas de courant entre ces deux mêmes points.

5.Pourquoi une batterie tombe-t-elle en panne si vous connectez directement les bornes, mais si vous ajoutez une ampoule (résistance), ce n'est pas le cas?

Un short dead a une résistance pratiquement nulle et prend beaucoup de courant de l'alimentation. Une ampoule a une résistance et prend beaucoup moins de courant.

6.J'ai fait des heures et des heures de recherche, et je comprends ce que fait une résistance, mais je ne comprends pas pourquoi elle est nécessaire (pour ne pas court-circuiter une batterie? .. est-ce à dire qu'elle "mange" toute la puissance avant il revient à l'anode?)

Des résistances sont nécessaires pour régler les courants et ajuster les niveaux de tension via un circuit série. Ils sont également utilisés pour d'autres fonctions, comme une partie des filtres de fréquence, des oscillateurs, etc., etc.

7.Pourquoi des ampoules différentes fonctionnent-elles sur la même batterie (résistance différente, mais pas de court-circuit?)

Différentes ampoules ont des résistances différentes.

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Pour comprendre tout cela , vous devez vous familiariser avec la loi d'Ohm et la tension de Kirchhoff loi.

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EDIT: Ajout d'une question de commentaire car elle est utile toute seule et peut être migrée.

Ai-je raison de dire ce qui suit: "Si je mets une LED directement sur une source d'alimentation de 600 mAH, elle" utilisera "tout ce qui est disponible (600 mAH). Dois-je ensuite calibrer pour que la résistance résiste à suffisamment de courant afin LED seulement ce dont elle a besoin?

Une source d'alimentation de 600 mAh signifie assez moins ici. mAh est une mesure de la charge et de la puissance totale effective qu'une batterie fournira à un moment donné. Si votre circuit prend 1mA, la batterie durera 600 heures. Si votre circuit prend 1A, la batterie ne durera que 36 minutes. Notez les unités ... mA * Heures.

Une batterie plus grosse, de même technologie et tension, a plus de mAh.

La quantité d'énergie qu'il peut fournir à un moment donné dépend de la résistance terminale de la batterie et de la vitesse à laquelle la chimie à l'intérieur de la batterie peut réagir. Une batterie Li-Ion 3.7V 600mAh fournira beaucoup plus de puissance brute qu'une alcaline 1.5V 600mAh. Le pouvoir et l'énergie ne sont pas la même chose. En fin de compte, cependant, la charge, le circuit, dicte combien il aspire de la batterie et à quelle vitesse, en supposant qu'il ne tire pas trop vite, à quel point la tension de la batterie diminuera.

Vous devez penser à une batterie comme le réservoir d'essence de votre voiture. La vitesse à laquelle le gaz descend dépend de la vitesse et de la vitesse à laquelle vous conduisez. 600mAh définit seulement la taille du "réservoir d'essence". Le gaz doit passer du réservoir au moteur par un tuyau et les injecteurs. Si vous demandez trop de gaz, cela ne passera pas assez vite et le moteur sera privé de gaz.

Voici une introduction basée sur la physique aux concepts EE que vous essayez de comprendre.

Vos questions sont répondues en bas.

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Tout découle du flux de "charge"

L'électronique, comme l' indique son mot racine électron , est essentiellement une étude du flux d' électrons dans un système particulier.

Les électrons sont les "porteurs" fondamentaux de la charge dans un circuit typique; c'est-à-dire qu'ils déterminent comment la charge est "déplacée" dans la plupart des circuits.

Nous adoptons une convention de signature disant que les électrons ont une charge "négative". De plus, un électron représente la plus petite unité de charge à l'échelle atomique (physique classique). C'est ce qu'on appelle la charge "élémentaire" et se situe à Coulombs.$-1.602{\times}{10}^{-19}$

A l'inverse, les protons ont une charge signée "positive" de Coulombs.$+1.602{\times}{10}^{-19}$

Cependant, les protons ne peuvent pas se déplacer si facilement car ils sont généralement liés aux neutrons dans les noyaux atomiques par la force nucléaire forte. Il faut beaucoup plus d'énergie pour éliminer les protons des noyaux atomiques (la base de la technologie de fission nucléaire, soit dit en passant) que pour éliminer les électrons.

D'un autre côté, nous pouvons déloger assez facilement les électrons de leurs atomes. En fait, les cellules solaires sont entièrement basées sur l'effet photoélectrique (l'une des découvertes séminales d'Einstein) parce que les "photons" (particules de lumière) délogent les "électrons" de leurs atomes.

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Champs électriques

Toutes les charges exercent un champ électrique "indéfiniment" dans l'espace. Ceci est le modèle théorique.

Un champ est simplement une fonction qui produit une quantité vectorielle à chaque point (une quantité contenant à la fois la magnitude et la direction ... pour citer Despicable Me ).

Un électron crée un champ électrique où le vecteur à chaque point du champ pointe vers l'électron (direction) avec une magnitude correspondant à la loi de Coulomb:

$$\lvert \vec E\rvert~~=~~\underbrace{\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}}_{ \begin{array}{c} \text{constant} \\ \text{factor} \end{array} }~~\underbrace{\frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}}_{ \begin{array}{c} \text{focus on} \\ \text{this part} \end{array} }$$

Les directions peuvent être visualisées comme:

Ces directions et amplitudes sont déterminées en fonction de la force (direction et amplitude) qui serait exercée sur une charge d'essai positive. En d'autres termes, les lignes de champ représentent la direction et l'amplitude que subirait une charge positive de test .

Une charge négative subirait une force de même ampleur dans la direction opposée .

Par cette convention, quand un électron est près d'un électron ou un proton près d'un proton, ils repousseront.

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Superposition: recouvrement des charges

Si vous additionnez tous les champs électriques exercés individuellement par toutes les charges dans une région sur un point particulier, vous obtenez le champ électrique total à ce point exercé par toutes les charges.

Cela suit le même principe de superposition utilisé pour résoudre les problèmes cinématiques avec des forces multiples agissant sur un objet singulier.

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La charge positive est l'absence d'électrons; la charge négative est le surplus d'électrons

Cela s'applique spécifiquement à l'électronique où nous traitons le flux de charge à travers des matériaux solides.

Pour réitérer: l'électronique est l'étude du flux d'électrons comme porteurs de charge; les protons ne sont pas les principaux porteurs de charge.

Encore une fois: pour les circuits, les électrons se déplacent, pas les protons .

Cependant, une charge positive "virtuelle" peut être créée par l'absence d'électrons dans une région d'un circuit parce que cette région a plus de protons nets que d'électrons .

Rappelez-vous le modèle d'électrons de valence de Dalton où les protons et les neutrons occupent un petit noyau entouré d'électrons en orbite.

Les électrons qui sont les plus éloignés du noyau dans la coquille de "valence" la plus externe ont l'attraction la plus faible pour le noyau basée sur la loi de Coulomb qui indique que la force du champ électrique est inversement proportionnelle au carré de la distance.

En accumulant de la charge, par exemple sur une plaque ou un autre matériau (par exemple, en les frottant vigoureusement comme au bon vieux temps), nous pouvons générer un champ électrique. Si nous plaçons des électrons dans ce champ, les électrons se déplaceront macroscopiquement dans une direction opposée aux lignes de champ électrique.

Remarque: comme la mécanique quantique et le mouvement brownien le décriront, la trajectoire réelle d'un électron individuel est assez aléatoire. Cependant, tous les électrons présenteront un mouvement macroscopique "moyen" basé sur la force indiquée par le champ électrique.

Ainsi, nous pouvons calculer avec précision comment un échantillon macroscopique d'électrons répondra à un champ électrique.

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Potentiel électrique

$\lvert \vec E\rvert$

$$\lvert \vec E\rvert = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}} \frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}$$

$r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$ l'on se rapproche de l'origine du champ électrique.

$r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$ : lorsque vous vous éloignez infiniment de l'origine d'un champ électrique, l'intensité du champ tend vers zéro.

Maintenant, considérons l'analogie d'une planète. À mesure que la masse cumulée totale de la planète augmente, sa gravité augmente également. La superposition des forces gravitationnelles de toute la matière contenue dans la masse de la planète produit une attraction gravitationnelle.

$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$ que votre attraction gravitationnelle est éclipsée par l'attraction de la planète.

Rappelez-vous de la cinématique que le potentiel gravitationnel est la quantité de potentiel d'un objet en raison de sa distance du centre gravitationnel de la planète . Le centre gravitationnel de la planète peut être traité comme une source de gravité ponctuelle.

$q$

Dans le cas du potentiel gravitationnel, nous supposons que le champ de gravité est nul infiniment loin de la planète.

$m$$\vec g_{\text{planet}}$ fonctionne pour rapprocher la masse. Par conséquent, le champ gravitationnel "perd du potentiel" à mesure qu'une masse s'approche de la planète. Pendant ce temps, la masse accélère et gagne de l'énergie cinétique.

$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

Il en résulte:

• $\vec E$
• $\vec E$
• $\vec E$ d'une charge de source positive.
• $\vec E$

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Potentiel électrique dans les conducteurs

Prenons le modèle des conducteurs ou des métaux de transition comme le cuivre ou l'or ayant une "mer d'électrons". Cette "mer" est composée d'électrons de valence qui sont plus lâchement couplés et en quelque sorte "partagés" entre plusieurs atomes.

Si nous appliquons un champ électrique à ces électrons "lâches", ils sont enclins, en moyenne macroscopique, à se déplacer dans une direction spécifique dans le temps.

N'oubliez pas que les électrons se déplacent dans la direction opposée au champ électrique.

De même, placer une longueur de conducteur de fil près d'une charge positive provoquera un gradient de charge sur toute la longueur du fil.

La charge en tout point du fil peut être calculée en utilisant sa distance par rapport à la charge source et les attributs connus du matériau utilisé dans le fil.

La charge positive due à l'absence d'électrons apparaîtra plus loin de la charge source positive, tandis que la charge négative due à la collecte et au surplus d'électrons se formera plus près de la charge source.

En raison du champ électrique, une "différence de potentiel" apparaîtra entre deux points sur le conducteur. C'est ainsi qu'un champ électrique génère de la tension dans un circuit.

La tension est définie comme la différence de potentiel électrique entre deux points d'un champ électrique.

Finalement, la distribution de charge le long du fil atteindra "l'équilibre" avec le champ électrique. Cela ne signifie pas que la charge cesse de se déplacer (rappelez-vous le mouvement brownien); seulement que le mouvement "net" ou "moyen" de la charge s'approche de zéro.

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Batteries non idéales

Constituons une source d'alimentation à cellules galvaniques ou voltaïques .

$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$

$\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$ .

Terminologie utile:

• cation : un ion chargé positivement
• anion : un ion chargé négativement
• cathode : les cations s'accumulent à la cathode
• anode : les anions s'accumulent à l'anode

Mnémotechnique utile: « un ion » est « un ion » est « UN ion egative »

Si nous examinons la réaction de la cellule galvanique zinc-cuivre ci-dessus:

$$\text{Zn}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}~~+~~\text{Cu}^{2+} \quad\longrightarrow\quad \text{Zn}^{2+}~~+~~\text{Cu}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}$$

$\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

Remarque: Plus tôt, nous avons dit que la charge positive est «l'absence» d'électrons. Les cations (ions positifs) sont positifs car la suppression des électrons entraîne une charge atomique positive nette due aux protons dans le noyau. Ces cations sont mobiles dans la solution de la cellule galvanique, mais comme vous pouvez le voir, les ions ne voyagent pas à travers le pont conducteur reliant les deux côtés de la cellule . Autrement dit, seuls les électrons se déplacent à travers le conducteur .

Sur la base du fait que les cations positifs se déplacent et s'accumulent vers la cathode, nous la qualifions de négative (les charges positives sont attirées par le négatif).

Inversement, parce que les électrons se rapprochent et s'accumulent à l'anode, nous la qualifions de positive (les charges négatives sont attirées vers le positif).

$\textbf{+}$$\textbf{-}$

En effet, le courant est défini comme le flux de charge positive virtuelle à travers une zone de section transversale . Les électrons circulent toujours à l'opposé du courant par convention.

Ce qui rend cette cellule galvanique non idéale, c'est que finalement le processus chimique générant le champ électrique à travers le conducteur et provoquant la circulation des électrons et de la charge s'équilibrera.

En effet, l'accumulation d'ions à l'anode et à la cathode empêchera la réaction de continuer.

D'un autre côté, une source d'alimentation "idéale" ne perdra jamais la force du champ électrique.

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Les sources de tension idéales sont comme des escaliers mécaniques magiques

Revenons à l'analogie du potentiel gravitationnel.

Supposons que vous êtes sur une colline et que vous avez un chemin arbitraire en bas de la colline construit avec des murs en carton. Disons que vous faites rouler une balle de tennis sur ce chemin avec des murs en carton. La balle de tennis suivra le chemin.

Dans les circuits, le conducteur forme le chemin.

Supposons maintenant que vous ayez un escalator au bas de la colline. Comme une machine Rube Goldberg, l'escalator ramasse des balles de tennis que vous faites rouler sur le chemin, puis les dépose au début du chemin en haut de la colline.

L'escalator est votre source d'alimentation idéale.

Maintenant, disons que vous saturez presque complètement tout le chemin (escalator inclus) avec des balles de tennis. Juste une longue file de balles de tennis.

Parce que nous n'avons pas complètement saturé le chemin, il y a encore des lacunes et des espaces pour que les balles de tennis bougent.

Une balle de tennis qui est portée dans l'escalator se heurte à une autre balle, qui se heurte à une autre balle qui ... continue encore et encore.

Les balles de tennis qui descendent le long du chemin sur la colline gagnent de l'énergie en raison de la différence potentielle de gravité. Ils rebondissent l'un dans l'autre jusqu'à ce que finalement, une autre balle soit chargée sur l'escalator.

Appelons les balles de tennis nos électrons. Si nous suivons le flux d'électrons en bas de la colline, à travers notre "circuit" en faux carton, puis en remontant la "source d'alimentation" de l'escalator magique, nous remarquons quelque chose:

Les "écarts" entre les balles de tennis se déplacent dans la direction opposée exacte des balles de tennis (remonter la colline et descendre l'escalator) et ils se déplacent beaucoup plus rapidement. Les balles passent naturellement d'un potentiel élevé à un potentiel faible, mais à une vitesse relativement lente. Ils sont ensuite ramenés à un potentiel élevé à l'aide de l'escalator.

Le bas de l'escalator est en fait la borne négative d'une batterie ou la cathode de la cellule galvanique dont nous avons discuté plus tôt.

Le sommet de l'escalator est en fait la borne positive d'une batterie ou l'anode d'une cellule galvanique. La borne positive a un potentiel électrique plus élevé.

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Courant

D'accord, la direction dans laquelle la charge positive circule est la direction du courant électrique.

Qu'est-ce qui est courant?

Par définition, c'est: la quantité de charge qui traverse une zone en coupe par seconde (unités: Coulombs par seconde). Elle est directement proportionnelle à la surface de la section transversale du fil / matériau conducteur et à la densité de courant. La densité de courant est la quantité de charge traversant une unité de surface (unités: Coulombs par mètre carré).

Voici une autre façon de penser:

Si vous avez un lanceur de balles de tennis qui crache positivement balles chargées travers une porte, le nombre de balles qu'il passe à travers la porte par seconde détermine son "courant".

La vitesse à laquelle ces balles se déplacent (ou la quantité d'énergie cinétique qu'elles ont lorsqu'elles frappent un mur) est la "tension".

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Conservation de la charge et de la tension

C'est un principe fondamental.

Pensez-y comme ceci: il y a un nombre fixe d'électrons et de protons. Dans un circuit électrique, la matière n'est ni créée ni détruite ... donc la charge reste toujours la même. Dans l'exemple de l'escalator de balle de tennis, les balles allaient juste en boucle. Le nombre de balles est resté fixe.

En d'autres termes, l'accusation ne "se dissipe pas". Vous jamais perdez charge.

Ce qui se passe, c'est que la charge perd du potentiel . Les sources de tension idéales redonnent à la charge son potentiel électrique.

Les sources de tension NE créent PAS de charge. Ils génèrent un potentiel électrique.

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Courant entrant et sortant des nœuds, résistance

Prenons ce principe de conservation de la charge. Une analogie similaire peut être appliquée à l'écoulement de l'eau.

Si nous avons un système fluvial sur une montagne qui se ramifie, chaque branche est analogue à un "nœud" électrique.

          / BRANCH A
         /
        /
MAIN ---
        \
         \
          \ BRANCH B

-> downhill

La quantité d'eau qui s'écoule dans une branche doit être égale à la quantité d'eau sortant de la branche par le principe de conservation: l'eau (la charge) n'est ni créée ni détruite.

Cependant, la quantité d'eau qui descend dans une branche particulière dépend de la quantité de "résistance" que cette branche met en place.

Par exemple, si la branche A est extrêmement étroite, la branche B est extrêmement large et les deux branches ont la même profondeur, alors la branche B a naturellement la plus grande section transversale.

Cela signifie que la branche B présente moins de résistance et qu'un plus grand volume d'eau peut y circuler en une seule unité de temps.

Ceci décrit la loi actuelle de Kirchoff.

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Vous êtes encore là? Impressionnant!

1. Qu'arrive-t-il au reste du courant non utilisé?

En raison du principe de conservation, toute charge dans un nœud doit s'écouler. Il n'y a pas de courant "inutilisé" car le courant n'est pas utilisé . Il n'y a pas de changement de courant dans un seul circuit série.

Cependant, différentes quantités de courant peuvent circuler dans différentes branches d'un nœud électrique dans un circuit parallèle en fonction des résistances des différentes branches.

2. La LED utilise-t-elle tout le courant?

Techniquement, la LED et la ou les résistances n'utilisent pas de courant, car il n'y a pas de baisse de courant (la quantité de charge traversant la LED ou la ou les résistances en une unité de temps). Ceci est dû à la conservation de la charge appliquée à un circuit série: il n'y a pas de perte de charge dans tout le circuit, donc pas de baisse de courant.

La quantité de courant (charge) est déterminée par le comportement de la LED et de la ou des résistances comme décrit par leurs courbes iv

3. Pourquoi la LED "chute-t-elle" d'une certaine quantité?

Voici un circuit LED de base .

Une LED a une tension d'activation, généralement d'environ 1,8 à 3,3 V. Si vous ne respectez pas la tension d'activation, pratiquement aucun courant ne circule. Reportez-vous aux courbes LED iv liées ci-dessous.

Si vous essayez de pousser le courant dans la direction opposée à la polarité des LED, vous utiliserez la LED dans un mode de "polarisation inverse" dans lequel presque aucun courant ne passe. Le mode de fonctionnement normal d'une LED est le mode polarisation directe. Au-delà d'un certain point en mode polarisation inverse, la LED "tombe en panne".Consultez le graphique iv d'une diode.

Les LED sont en fait des jonctions PN (silicium dopé p et dopé n écrasés ensemble). Sur la base des niveaux de Fermi du silicium dopé (qui dépend des bandes interdites électroniques du matériau dopé), les électrons ont besoin d'une quantité très spécifique d'énergie d'activation pour passer à un autre niveau d'énergie. Ils rayonnent ensuite leur énergie sous forme de photon avec une longueur d'onde / fréquence très spécifique alors qu'ils redescendent à un niveau inférieur.

Cela explique la haute efficacité (bien plus de 90% de l'énergie dissipée par une LED est convertie en lumière, pas en chaleur) des LED par rapport aux ampoules à filament et aux ampoules fluocompactes.

C'est aussi pourquoi l'éclairage LED semble si «artificiel»: la lumière naturelle contient un mélange relativement homogène d'un large spectre de fréquences; Les LED émettent des combinaisons de fréquences de lumière très spécifiques.

Les niveaux d'énergie expliquent également pourquoi la chute de tension à travers une LED (ou d'autres diodes) est effectivement "fixe" même si plus de courant la traverse. Examinez la courbe iv pour une LED ou une autre diode: au-delà de la tension d'activation, le courant augmente BEAUCOUP pour une petite augmentation de tension. En substance, la LED tentera de laisser passer autant de courant que possible, jusqu'à ce qu'elle se détériore physiquement.

C'est également pourquoi vous utilisez une résistance de limitation de courant en ligne pour limiter le flux de courant à travers une diode / LED à un milliampère nominal spécifique en fonction des spécifications de la LED.

3 b). Et qu'advient-il des autres composants en série, la tension chute-t-elle pour chaque composant, jusqu'à ce qu'il ne reste plus rien?

Oui, la loi de tension de Kirchoff est que la somme de toutes les chutes de tension dans une boucle autour d'un circuit est nulle . Dans un circuit série simple, il n'y a qu'une seule boucle.

4. Choisissez-vous votre résistance au point de "consommer tout le courant / tension" avant qu'elle n'atteigne la fin du circuit?

Non. Vous choisissez votre résistance en fonction du courant nominal des LED (disons 30 mA = 0,03 A) et de la loi d'Ohm, comme décrit dans l'article sur le circuit des LED .

Votre tension s'épuisera. Votre courant reste le même tout au long d'un circuit en série unique.

5. Pourquoi une batterie tombe-t-elle en panne si vous connectez directement les bornes, mais si vous ajoutez une ampoule (résistance), ce n'est pas le cas?

Je ne suis pas sûr de ce que vous entendez par "short short".

La connexion des bornes d'une batterie entraîne un important courant déchargé à la tension de la batterie. Cette tension est dissipée à travers la résistance interne de la batterie et le fil conducteur sous forme de chaleur - car même les conducteurs ont une certaine résistance.

C'est pourquoi les batteries en court-circuit deviennent très chaudes. Cette chaleur peut nuire à la composition d'une cellule chimique jusqu'à ce qu'elle explose.

6. Pourquoi des résistances sont-elles nécessaires?

Voici la rhétorique: imaginez qu'il y a ce concert incroyable. Tous vos groupes préférés vont être là. Ça va être un bon moment.

Disons que les organisateurs d'événements n'ont aucune notion de la réalité. Ils rendent donc les frais d'entrée à ce concert étonnant presque entièrement gratuits. Ils l'ont mis dans un endroit extrêmement accessible. En fait, ils sont tellement désorganisés, ils ne se soucient même pas s'ils survendent et il n'y a pas assez de sièges pour tous ceux qui achètent des billets.

Oh, et c'est à New York.

Assez rapidement, ce concert incroyable se transforme en un désastre total. Les gens sont assis les uns sur les autres, renversant de la bière partout; les combats éclatent, les toilettes sont bloquées, les groupies font flipper tout le monde et on entend à peine la musique avant tout l'agitation.

Considérez votre LED comme ce concert incroyable. Et pensez à quel point votre LED sera gâchée si vous n'y avez pas plus de résistance pour empêcher TOUT LE MONDE et leurs mamans de se présenter au concert.

Dans cet exemple stupide, «résistance» se traduit par «coût d'entrée». Par de simples principes économiques, l'augmentation du coût du concert diminue le nombre de personnes présentes.

De même, l'augmentation de la résistance dans un circuit empêche la charge (et par conséquent le courant) de passer. Cela signifie que votre LED (concert) n'est pas complètement détruite par toutes les personnes (charge).

Oui, l'ingénierie électrique est une vraie fête.

Quel est le moyen le plus rapide de comprendre l'électricité de base? Concentrez-vous simplement sur les problèmes de "bouton chaud" comme les suivants. Fixez vos concepts mentaux et tout se met en place et prend tout son sens.

Les conducteurs sont des matériaux composés d '«électricité mobile». Ils ne conduisent pas l'électricité, ils contiennent plutôt de l'électricité et leur électricité peut se déplacer. Méfiez-vous de la définition incorrecte répandue des conducteurs:

FAUX: conducteurs sont transparents au courant, comme les conduites d'eau vides? Nan.

CORRECT: tous les conducteurs contiennent une charge mobile, comme les tuyaux remplis d'eau.

Les fils sont comme des tuyaux préremplis, où les électrons du métal sont comme de l'eau déjà à l'intérieur du tuyau. Dans les métaux, les propres électrons des atomes sautent constamment et «orbitent» tout au long de la masse métallique entière. Tous les métaux contiennent une «mer» d'électricité mobile semblable à un fluide. Donc, si nous accrochons des fils métalliques en cercle, nous avons créé une sorte de courroie d'entraînement ou de volant moteur dissimulé. Une fois la boucle formée, la "ceinture électrique" circulaire est libre de se déplacer à l'intérieur du métal. (Si nous saisissons et agitons notre cercle de fils, nous produirons en fait un minuscule courant électrique par inertie, comme si le fil était un tuyau plein d'eau. Recherche: effet Tolman.)

Le chemin du courant est un cercle complet, y compris l'alimentation. Les blocs d'alimentation ne fournissent pas d'électrons. (En d'autres termes, le cercle n'a pas de début. C'est une boucle, comme un volant mobile.) Les électrons mobiles sont apportés par les fils eux-mêmes. Les alimentations électriques ne sont que des pompes électriques. Le chemin du courant passe par l'alimentation et revient. Une alimentation électrique n'est qu'une autre partie de la boucle fermée.

Les courants électriques sont des flux assez lents. Mais, comme les roues et les courroies d'entraînement, lorsque nous poussons sur une partie de la roue, la roue entière se déplace comme une unité. Nous pouvons utiliser une courroie d'entraînement en caoutchouc pour transférer instantanément l'énergie mécanique. Nous pouvons utiliser une boucle fermée d'électricité pour transférer instantanément de l'énergie électrique à n'importe quelle partie de la boucle. Pourtant, la boucle elle-même ne bouge pas à la vitesse de la lumière! La boucle elle-même se déplace lentement. Et pour les systèmes à courant alternatif, la boucle se déplace d'avant en arrière tandis que l'énergie se déplace continuellement vers l'avant. Gros indice: plus les électrons sont rapides, plus les amplis sont élevés. Zéro ampères? C'est alors que les propres électrons des fils s'arrêtent. Autre indice: l'énergie électrique est constituée d'ondes et les électrons sont le "milieu" le long duquel les ondes se déplacent. Le médium oscille d'avant en arrière, tandis que l'onde se propage rapidement vers l'avant. Ou, le médium sursaute en arrière, se déplaçant lentement, tandis que la vague avance extrêmement rapidement. (En d'autres termes, aucune "électricité" n'existe, car il y avait toujours deux choses distinctes se déplaçant à l'intérieur des circuits: les courants circulaires lents des électrons et la propagation rapide à sens unique de l'énergie électromagnétique. Ils se déplacent à deux vitesses entièrement différentes dans les circuits , et tandis que les courants circulent en boucles, l'énergie circule dans un sens d'une source vers un consommateur.)

Les batteries ne stockent pas d'électricité. Ils ne stockent pas de charge électrique. Ils ne stockent même pas d' énergie électrique . Au lieu de cela, les batteries stockent uniquement du «carburant» chimique sous forme de métaux non corrodés tels que le lithium, le zinc, le plomb, etc. Mais alors, comment les batteries peuvent-elles fonctionner? Facile: une batterie est une pompe de charge à alimentation chimique. À mesure que leurs plaques métalliques se corrodent, de l'énergie chimique est libérée et elles pompent de l'électricité à travers elles-mêmes. Le chemin du courant passe parla batterie et reculez. (Les pompes ne sont pas utilisées pour stocker les éléments pompés!) Et, la «capacité» de la batterie est simplement la quantité de carburant chimique à l'intérieur. Une certaine quantité de carburant est capable de pomper une certaine quantité totale d'électrons avant que le carburant ne soit épuisé. (C'est un peu comme évaluer votre réservoir d'essence en miles de voyage plutôt qu'en gallons. Les réservoirs d'essence ne stockent pas de miles et les batteries ne stockent pas d'électricité!) Des batteries rechargeables? C'est alors que nous les refoulons de force, de sorte que leurs «produits d'échappement» internes sont reconvertis en carburant: les composés de corrosion sont à nouveau transformés en métal.

Les résistances ne consomment pas d'électricité. Lorsqu'une ampoule est allumée, ses propres électrons commencent à bouger, car de nouveaux électrons pénètrent à une extrémité du filament, mais en même temps, d'autres électrons quittent l'extrémité distante. Le filament fait partie d'un anneau d'électrons complet qui se déplace comme une courroie d'entraînement. L'effet chauffant est une sorte de frottement, comme lorsque vous poussez votre pouce contre la jante d'un pneu en rotation. (Votre pouce ne consomme pas de caoutchouc, au lieu de cela, il est simplement chauffé par friction, et les ampoules ne consomment pas d'électrons, elles "frottent" simplement les électrons en mouvement et chauffent par friction.) Ainsi, les résistances ne sont que des dispositifs de friction. Le chemin pour les électrons est à travers, et aucun électron n'est consommé ou perdu. Notez que plus les électrons sont rapides, plus les ampères sont élevés et plus le chauffage est important. Un courant «faible» n'est qu'une électricité lente.

Je suis également débutant mais essayez de répondre à vos questions:

1. Il n'y a pas de «repos» du courant. Le courant est utilisé autant que nécessaire. Si vous connectez un fil de + (VCC) à - (GND), vous obtenez un court-circuit. Voyez-le car il n'y a aucun frein à la vitesse à laquelle les électrons peuvent fonctionner.

2. S'il n'y a pas de résistance, la LED utilisera les électrons à la «vitesse» la plus rapide possible. Comme c'est trop, la LED brûle (tôt ou tard).

3. Je ne connais pas la raison pour laquelle il tombe, probablement le mécanisme interne de la LED entraîne une certaine tension. Cela signifie que le reste a moins de tension. Et oui, cela continuera jusqu'à ce qu'il ne reste plus rien. Cela peut faire en sorte que d'autres LED ne s'allument pas du tout, ou clignotent / se comportent de manière irrégulière ou sont atténuées.

4. En fait, vous devez le calculer en raison de la luminosité de votre led. Ainsi, une résistance plus élevée rend la LED moins lumineuse.

5. Une ampoule a une résistance interne, donc une résistance n'est pas nécessaire.

6. Il ne mange pas de batterie, il fait simplement ralentir le flux d'électrons (au moins c'est une analogie facile).

7. Chaque ampoule a une résistance interne, donc elle n'entraîne pas de court-circuit. Si vous utilisez trop de tension, elle se cassera.

Lisez à propos du modèle de l'eau électrique. Il compare le courant à l'eau qui circule et peut aider à comprendre ce que signifient les termes courant et tension et comment ils agissent ensemble.

Edit
J'ai mentionné ce modèle car il m'a beaucoup aidé à comprendre plusieurs choses.
laptop2d a raison, une explication vaut mieux que "allez chercher ça". Mais il est assez long d'expliquer le tout ici, alors que d'autres sites l'ont déjà fait correctement. Je ne suis pas un expert et décrire des choses en anglais n'est peut-être pas non plus la meilleure idée ... mais essayons.

Corrige moi si je me trompe!

Comparez l'électricité avec un réservoir d'eau au-dessus - la source - et un réservoir d'eau en dessous - l'évier. Dans le réservoir supérieur, il y a de l'eau qui veut passer par un tuyau dans le réservoir inférieur. Ceci est votre batterie. Charger la batterie signifie remplir l'eau du réservoir inférieur dans le réservoir supérieur. Avoir un réservoir supérieur vide est une batterie vide.
Imaginez qu'il y ait un tuyau de haut en bas - le fil.
L'eau veut couler dans le tuyau - la batterie veut produire du courant électrique dans le fil.
Une valve dans le tuyau est comparée à un interrupteur.
L'ouverture d'une vanne à la moitié seulement peut être comprise comme une résistance. Il limite le débit d'eau.
Une roue hydraulique est aussi un consommateur et une résistance. Il limite également le débit d'eau. Si la valve est également utilisée pour créer une résistance, la vitesse de rotation de la roue peut être contrôlée.
La pression de l'eau entre les deux réservoirs est la tension. Un réservoir placé plus haut a une pression plus élevée par rapport au réservoir inférieur.
La quantité d'eau qui coule en 1 seconde à travers les tuyaux est le courant. Soyez conscient de l'heure ici!
La pression de l'eau, la résistance et la quantité d'eau qui coule dépendent les uns des autres. Ceci est la loi d'Ohm. Un tuyau large avec rien d'autre entre laisse l'eau s'écouler de manière incontrôlable - un court-circuit. Les réservoirs et les tuyaux peuvent être endommagés.

Avec ce modèle, vous pouvez peut-être mieux comprendre les choses. Par exemple, l'eau qui ne coule pas dans la roue ne va nulle part ailleurs. Il attend dans le réservoir pour être utilisé plus tard.

Jusqu'à présent, les réponses se concentrent sur les exemples spécifiques de la question, qui sont tous de portée assez limitée. Je crois que le vrai malentendu provient d'une plus grande familiarité avec la logique numérique que les circuits analogiques traditionnels (conduisant à ces exemples limités).

De façon simpliste, un circuit numérique (tel qu'un MPU) peut être construit avec des éléments de commutation marche / arrêt «durs». Les circuits intégrés sont construits comme ceci pour améliorer la consommation d'énergie.

Les résistances sont importantes chaque fois qu'un circuit devient analogique (ou réel comme certaines personnes pourraient l'exprimer). Si la taille de votre signal est importante, il y a probablement des résistances impliquées.

• Un circuit d'ampli op classique (sauf si le gain est de -1) repose sur le rapport des résistances.
• Les convertisseurs A / N et D / A utilisent probablement des résistances.
• Le contrôle d'état par défaut (pull-up / pull-down) utilise des résistances.
• Les circuits de synchronisation simples utilisent un réseau RC. Vous pouvez voir cela dans un circuit de retard de réinitialisation.
• La charge de la batterie, la régulation de la tension et du courant utilisent des résistances, comme indiqué dans la question - dans divers types de fonctions de rétroaction et de stabilisation.

Les aspects analogiques de nombreux circuits modernes sont obscurcis ou contenus dans des modules préemballés. L'émergence du design numérique a réduit les opportunités de comprendre les concepts analogiques simples.

TL; DR pour le cas spécifique d'une LED (comme demandé):

Toute charge connectée à une alimentation en tension continue (par exemple une batterie) qui n'est pas effectivement une résistance de quelque description - est incapable de tirer de l'énergie de la batterie ou d'un court-circuit.

Certaines charges électriques se comportent intrinsèquement comme des résistances (et elles SONT des résistances, ne ressemblant tout simplement pas au composant électronique), par exemple les ampoules, les radiateurs, les fours. Ceux-ci, s'ils sont correctement conçus, autoréguleront leur consommation d'énergie s'ils sont alimentés à partir d'une tension constante source de (batterie, secteur, la plupart des alimentations).

Certains (comme les moteurs, les transformateurs), même s'ils ne sont pas des résistances, se comporteront comme équivalents lorsqu'ils sont connectés à une tension constante CA source de .

D'autres charges (comme les LED, les tubes fluorescents nus) ne se comportent pas en elles-mêmes comme des résistances et ne sont pas en mesure de réguler leur propre consommation d'énergie lorsqu'elles sont alimentées par des sources de tension constante . L'alimentation idéale pour ces charges est une source de courant constant , et les composants supplémentaires nécessaires autour d'eux sont là pour que votre alimentation en tension constante se comporte suffisamment comme une alimentation en courant constant.

J'espère que les réponses déjà publiées donnent des éclaircissements, mais à moins que je ne l'aie raté, il y avait une question qui n'était pas tout à fait abordée: "Pourquoi une batterie tombe-t-elle en panne si vous connectez les bornes directement, mais si vous ajoutez une ampoule ( résistance), n'est-ce pas? "

En fait, quand il fait froid (c.-à-d. Qu'il n'est pas allumé), une lampe à incandescence est presque à court terme; sa résistance est très faible - mais elle aura généralement beaucoup plus que les fils qui y sont connectés. Nous pouvons donc approximer la situation comme une résistance de très faible valeur dans un circuit sans résistance. Pour cette raison, lorsque la batterie est connectée pour la première fois, toute sa différence de potentiel (tension) chute à travers la petite résistance de la lampe, ce qui crée un courant élevé (la loi d'Ohm au travail). Lorsque nous avons une tension généralement stable à un courant élevé à travers un composant, cela va consommer beaucoup de énergie(P = IV) et donc il va chauffer (en passant, la batterie subit la même différence de potentiel et le même courant exact, donc elle chauffe aussi - mais c'est un gros objet lourd tandis que la lampe est un minuscule ruban enroulé de fil de tungstène, donc ce dernier chauffe beaucoup, beaucoup plus).

La chose à propos de la lampe, cependant, est que sa résistance dépend de la température. Normalement, ce n'est pas un phénomène qui se manifeste beaucoup parce que les gammes de températures que nous traitons habituellement sont petites, mais un filament de lampe atteindra 3000 K et dans le cas du tungstène, la résistance augmente avec la température. Ainsi, une fois que la température du filament se stabilise après la connexion de la batterie - tout comme son éclat et sa résistance - il agit comme une résistance assez lourde. En fait, vous pouvez le mesurer vous-même: en utilisant le réglage de résistance d'un DMM, mesurez la résistance aux bornes de la lampe (le DMM utilise une très basse tension pour cela et ne sera même pas proche de l'éclairage de la lampe), puis utilisez le DMM pour mesurer à la fois la tension aux bornes puis le courant à travers la lampe lorsqu'elle est connectée à une batterie. Ensuite, utilisez la loi d'Ohm avec ces deux nombres (V / I = R) et vous obtiendrez un nombre de résistance beaucoup plus élevé que lorsque vous n'étiez pas allumé. En fait, la résistance de la lampe éteinte est si faible que la qualité du contact entre les sondes de votre DMM et les bornes de la lampe aura de l'importance et vous pourriez avoir du mal à arriver à une lecture stable.

Comme quelqu'un l'a dit, court-circuiter une petite batterie ne fait pas fondre immédiatement le fil que vous utilisez pour le faire, car la batterie a une résistance efficace interne assez petite. Vous pouvez mesurer ce que c'est en prenant des lectures V et I avec d'abord une petite résistance (disons, 25 ohms pour une batterie 9V) puis la lecture V sans charge sur la batterie. Vous remarquerez que la tension que vous mesurez avec la résistance présente est légèrement inférieure à la tension en circuit presque ouvert que le DMM lit par lui-même; cette différence de tension divisée par le courant que vous lisez avec la résistance connectée est la résistance interne effective de la batterie.

Eh bien tout d'abord, vous avez parfois besoin de protéger les éléments contre les courants élevés. Par exemple, si vous branchez une diode sur une batterie de 9 volts, le courant la détruira si elle est connectée correctement (A sur +, C sur -). Pour éviter cela, nous branchons une résistance de 600 ohms pour prendre une partie de la tension à ses extrémités, de sorte que la plus petite tension (+ - 3,3 volts pour une LED) apparaîtra aux extrémités de la LED.

Deuxièmement, nous ne pouvons pas toujours choisir l'alimentation. Vous pouvez dire "il y a bien des convertisseurs et transformateurs IC" Oui mais ce n'est tout simplement pas pratique car ils coûtent plus cher et sont plus difficiles à utiliser (sans parler de la différence entre transformateurs idéal et réel et leur poids). Nous avons également des résistances dynamiques (résistances qui changent leur résistance - désolé si ce n'est pas le terme, je suis russe et seulement 1ère année de lycée en électronique) qui sont beaucoup plus pratiques car vous ne pouvez pas changer le nombre de bobines de fil sur un transformateur.

À en juger par la nature de cette question, je suppose que vous vous lancez dans l'électronique, vous n'avez donc pas à vous soucier de ce qui fait quoi. Apprenez simplement les murs - Kirchoffs le plus important et vous comprendrez comment fonctionne le courant et comment fonctionne la tension. Le reste suivra. Vous devez également vous concentrer sur la compréhension des éléments. Les murs viennent en premier, les éléments en second ... Lorsque vous apprendrez votre théorie, vous pourrez travailler avec les LSIC et vous salir les mains. Ou vous pouvez commencer à travailler avec un Arduino ou quelque chose. J'ai l'OSOYO et c'est incroyable. (ce message n'est pas marqué par arduino)

RAPPELEZ-VOUS AUSSI:

Le courant est égal à la tension sur la résistance.

Il peut être utile de se familiariser avec les unités et les cotes:

• mAh - milliampère-heure. Une mesure de charge électrique. En soi, cela ne dit pas grand-chose. En tant que note sur une batterie, elle devient significative en combinaison avec la tension nominale de la batterie en tant que mesure d'énergie que la batterie peut stocker. Une milliampère-heure est la quantité de charge représentée par un courant d'un milliampère circulant pendant une heure.
• A - Amp (ou Ampère). Une mesure du courant électrique - taux de flux de charge.
• V - tension. Ceci est une mesure de potentiel. Encore une fois, en soi, ce n'est pas une spécification complète pour une batterie, mais elle est importante. Une batterie idéale maintiendra une tension spécifiée et fournira autant ou aussi peu de courant à un circuit que nécessaire pour maintenir cette tension à ses bornes. Une vraie batterie aura une résistance interne, donc elle aura une tension de "circuit ouvert" (sans charge); la tension chute à mesure que la charge augmente (il doit fournir plus de courant dans un circuit). À mesure que la plupart des batteries réelles s'épuisent, la tension diminue également; la relation entre l'état de charge et la tension en circuit ouvert dépend de la conception et de la chimie de la batterie. Le courant de "court-circuit" est la quantité de courant qu'une batterie fournira lorsqu'elle sera limitée uniquement par sa résistance interne.
• W - Watt. Il s'agit d'une mesure de puissance (taux d'énergie délivrée sur une certaine période de temps). Les watts peuvent mesurer la puissance mécanique ou électrique; de toute façon, c'est un rythme auquel le travail est effectué. En termes électriques, l'énergie est un produit de la tension et du courant (volts x ampères).
• kWh - kilowatt-heure. Ceci est une mesure d'énergie. Un kilowatt-heure représente mille watts de puissance délivrée pendant une heure, ou 1 watt de puissance délivrée pendant mille heures, 10 watts pendant 100 heures, etc. (watts x heures).
• Ohm- la résistance. Une résistance idéale présentera une relation proportionnelle entre le courant qui la traverse et la tension appliquée à ses bornes; doublez la tension et vous doublez le courant (ou vice-versa). Cette relation peut être considérée comme agissant de deux manières: si vous appliquez une tension spécifique aux bornes d'une résistance, elle passera une quantité définie de courant; si vous forcez une quantité spécifique de courant à travers une résistance, cela créera une chute de tension définie. Dans les deux cas, la valeur de la résistance établit une relation fixe entre la tension aux bornes et le courant qui la traverse. Lorsque vous analysez un circuit, vous pouvez l'utiliser pour résoudre n'importe laquelle des trois valeurs (courant, tension, résistance) si vous connaissez les deux autres. Ohms = Volts / Ampères, ou, Ampères = Volts / Ohms, ou, Volts = Ampères x Ohms. Les vraies résistances ont un indice supplémentaire: la puissance - c'est la quantité d'énergie que la résistance peut dissiper sans se détruire. Si vous appliquez un volt sur une résistance de 1 ohm, 1 ampère de courant le traversera et dissipera 1 watt de puissance sous forme de chaleur; si vous doublez la tension, vous doublez le courant, mais maintenant cette résistance de 1 Ohm dissipera 2 V x 2 A = 4 W de puissance sous forme de chaleur. S'il n'est pas évalué pour cela, ou si la conception physique ne permet pas d'éliminer cette chaleur, il surchauffera, brûlera et risque de déclencher un incendie. mais maintenant cette résistance de 1 Ohm dissipera 2V x 2A = 4W de puissance sous forme de chaleur. S'il n'est pas évalué pour cela, ou si la conception physique ne permet pas d'éliminer cette chaleur, il surchauffera, brûlera et risque de déclencher un incendie. mais maintenant cette résistance de 1 Ohm dissipera 2V x 2A = 4W de puissance sous forme de chaleur. S'il n'est pas évalué pour cela, ou si la conception physique ne permet pas d'éliminer cette chaleur, il surchauffera, brûlera et risque de déclencher un incendie.

Lorsque vous analysez des circuits, vous aurez des «connus» et des «inconnus». Par exemple, vous pouvez connaître la tension d'une batterie et la résistance de la charge qu'elle fournit. Compte tenu de cela, vous pouvez calculer le courant que le circuit va tirer. Dans un circuit complexe, vous pouvez avoir de nombreuses valeurs de résistance et des appareils tels que des LED ou des transistors qui auront certaines propriétés:

• les diodes ont des tensions directes caractéristiques - elles maintiendront approximativement la même tension sur une large gamme de courant. Une diode réelle aura une courbe non linéaire caractéristique reliant le courant direct à la tension directe; sur sa plage de fonctionnement normale, la courbe a une pente si faible que, dans la plupart des cas, elle est considérée comme plate (tension constante). Pour comprendre pourquoi cela se produit, vous devez lire les diodes semi-conductrices
• les transistors à jonction ont une tension base-émetteur caractéristique - comme une tension directe de diode, la tension base-émetteur est également presque constante sur une large plage de courant; elle a également une courbe non linéaire reliant la tension et le courant, et ressemble beaucoup à celle d'une diode. Encore une fois, pour comprendre ces propriétés, vous devez lire les transistors .

Vous pouvez utiliser ces propriétés pour travailler à travers un circuit pour calculer les courants à travers des chemins où vous connaissez les tensions, les tensions aux nœuds où vous connaissez les courants à travers certains chemins et les résistances équivalentes où vous avez des résistances connectées ensemble. Ceci est important car les courants et les tensions déterminent la consommation d'énergie (ou la dissipation) qui vous indique si un circuit fonctionnera du tout, quelles valeurs nominales des composants doivent être sélectionnées et la quantité d'énergie qui doit être fournie.

Maintenant ... pourquoi avons-nous besoin d'une résistance en série avec notre LED?

Disons que nous avons une alimentation de 5 V et une LED dont les spécifications sont de 3,2 V et 20 mA, cela signifie que la LED fonctionnera à une tension directe de 3,2 V et devrait être alimentée avec environ 20 mA de courant; moins et il ne dégagera pas autant de lumière que spécifié, plus et il sera plus lumineux, plus chaud et pourrait avoir une durée de vie plus courte.

Si nous connectons la LED sans résistance, l'alimentation tentera de piloter autant de courant que possible pour maintenir le 5V. La LED passera une énorme quantité de courant avant que la tension à ses bornes atteigne 5V. Selon toute vraisemblance, l'alimentation électrique atteindra sa limite de courant et permettra à la tension de chuter, mais à ce stade, trop de courant traversera la LED et émettra un flash lumineux et montera dans une bouffée de fumée.

Donc ... nous voulons limiter le courant LED à environ 20mA tandis que la tension à l'alimentation reste 5V et la tension aux bornes de la LED est 3.2V. Nous avons besoin d'une résistance en série qui passera environ 20mA (0,02A) de courant à 1,8V (1,8 + 3,2 = 5). Donc, nous calculons 1,8 V / 0,02A = 90 Ohm. Nous pourrions sélectionner une résistance standard de 82 Ohms pour cela. 1,8 V / 82 Ohms = 21,9 mA. Un peu au-dessus des spécifications, mais une marge de 10% ne devrait pas être un problème. Gardez à l'esprit que les dispositifs réels ne peuvent pas être supposés avoir des propriétés définies avec précision; la résistance peut être un peu plus ou un peu moins que spécifiée et la LED peut fonctionner à une tension un peu plus élevée ou un peu inférieure à celle spécifiée. Nous concevons pour un cas nominal sachant que les performances réelles de notre circuit peuvent être un peu différentes.

Alors ... qu'avons-nous fait ici? Nous avons utilisé une résistance pour régler ce qui se passe dans notre circuit afin que nous puissions utiliser l'alimentation électrique dont nous disposons et faire fonctionner la LED selon ses spécifications.

Que pouvons-nous faire d'autre avec une résistance?

Les résistances sont couramment utilisées pour ajuster les tensions ou limiter les flux de courant. Par exemple: vous avez une alimentation 5V et avez besoin d'une référence 3V. Sélectionnez deux résistances dans notre bac de pièces: un 330 Ohm et un 220 Ohm, et connectez-les en série: le 220 entre le fil 5V et notre sortie de référence, et le 330 entre la sortie de référence et 0V. Il y aura un courant constant à travers ces résistances de 5V / 550 Ohm = ~ 10mA, mais nous verrons une tension de 3V à notre borne de référence. Ce genre de chose est fréquemment utilisé pour concevoir des circuits comme des amplificateurs où nous devons établir une tension spécifique, une fraction d'une autre tension, etc.

Nous pouvons utiliser des résistances pour définir des constantes de temps. Si vous connectez une résistance et un condensateur en série, le courant circulera initialement dans le condensateur; ce courant initial sera déterminé par la tension du circuit et la valeur de résistance. Mais, le condensateur se chargera; en se rechargeant, il créera une tension à ses bornes; cela réduira la tension aux bornes de la résistance, réduisant le courant qui la traverse. Cela réduira la vitesse à laquelle le condensateur se charge, réduisant la vitesse à laquelle sa tension augmente, et ainsi de suite. Finalement, le condensateur atteindra la tension du circuit, la tension aux bornes et le courant à travers la résistance sera nul. Les valeurs de résistance et de capacité détermineront le temps nécessaire au condensateur pour se charger à une certaine fraction de la tension du circuit; la quantité ditela constante de temps est le temps mis pour que la tension du condensateur se charge à environ 63% de la tension du circuit. Il est utilisé pour concevoir des circuits tels que des oscillateurs et des filtres.

Des résistances existent et sont utilisées pour limiter les «infinis» virtuels. Dans le sens où sans résistance un composant brûlerait ou un fusible sauterait, ou un circuit ne fonctionnerait tout simplement pas comme prévu.

Des exemples moins extrêmes seraient de «polariser» un circuit à une tension spécifique, en combinaison avec d'autres résistances ou diodes zener. Ils limitent également le courant d'appel aux alimentations, prolongeant ainsi la durée de vie de l'interrupteur d'alimentation.

En raison de la chute de tension aux bornes d'une résistance avec du courant qui la traverse, ils constituent des capteurs de courant excellents et précis.

Des raisons encore plus exotiques seraient d'arrêter les oscillations parasites ou les ondes réfléchies dans les lignes de transmission RF. Les MOSFET ont généralement une résistance à leur grille pour empêcher la sonnerie et le dépassement au niveau du drain, en raison de fronts montants / descendants nets.

En combinaison avec des condensateurs, ils créent une «constante de temps» à utiliser comme filtre ou retard. Cela peut être pour l'accord de fréquence, ou si plus robuste, il agit comme un filtre d'ondulation dans les alimentations.

Dire qu'ils limitent les sons à l'infini est un peu banal, mais nous n'aurions pas de technologie sans eux. Même le modèle «T» Ford avait de grandes banques de résistances pour sélectionner le courant de charge approprié pour la batterie. Ce n'était pas la charge de précision que nous avons aujourd'hui, mais une solution `` juste-à-passer '' était assez bonne à l'époque.

Il semble que vous ne compreniez pas complètement comment le courant circule et sa relation avec la tension. Si vous comprenez cette relation, vous pouvez facilement répondre à toutes vos questions.

Les électrons veulent passer d'un endroit à haute tension à un endroit à basse tension aussi rapidement que possible, comme d'une extrémité de la batterie à l'autre. Si les deux extrémités de la batterie sont connectées directement ensemble par fil, les électrons vont tous sauter incroyablement rapidement vers l'extrémité basse tension, car rien ne les ralentit.

La résistance ralentit la vitesse à laquelle les électrons peuvent se déplacer dans le circuit. Sans la résistance, la batterie s'épuise instantanément.