Conhecer os fundamentos da eletrônica significa compreender os circuitos, como funcionam e como calcular coisas como a resistência total em torno de diferentes tipos de circuitos. Os circuitos do mundo real podem ser complicados, mas você pode entendê-los com o conhecimento básico obtido em circuitos mais simples e idealizados.
Os dois tipos principais de circuitos são em série e em paralelo. Em um circuito em série, todos os componentes (como resistores) são dispostos em uma linha, com um único loop de fio formando o circuito. Um circuito paralelo se divide em vários caminhos com um ou mais componentes em cada um. Calcular circuitos em série é fácil, mas é importante entender as diferenças e como trabalhar com os dois tipos.
Noções básicas de circuitos elétricos
A eletricidade flui apenas em circuitos. Em outras palavras, ele precisa de um loop completo para que algo funcione. Se você interromper esse loop com um interruptor, a energia para de fluir e sua luz (por exemplo) se apagará. Uma definição simples de circuito é um circuito fechado de um condutor pelo qual os elétrons podem viajar, geralmente consistindo em uma potência fonte (uma bateria, por exemplo) e um componente ou dispositivo elétrico (como um resistor ou uma lâmpada) e fio condutor.
Você precisará se familiarizar com alguma terminologia básica para entender como funcionam os circuitos, mas você estará familiarizado com a maioria dos termos da vida cotidiana.
Uma “diferença de tensão” é um termo para a diferença de energia potencial elétrica entre dois lugares, por unidade de carga. As baterias funcionam criando uma diferença de potencial entre seus dois terminais, o que permite que uma corrente flua de um para o outro quando eles estão conectados em um circuito. O potencial em um ponto é tecnicamente a voltagem, mas as diferenças de voltagem são o mais importante na prática. Uma bateria de 5 volts tem uma diferença de potencial de 5 volts entre os dois terminais e 1 volt = 1 joule por coulomb.
Conectar um condutor (como um fio) a ambos os terminais de uma bateria cria um circuito, com uma corrente elétrica fluindo em torno dele. A corrente é medida em amperes, o que significa coulombs (com carga) por segundo.
Qualquer condutor terá "resistência" elétrica, o que significa a oposição do material ao fluxo de corrente. A resistência é medida em ohms (Ω), e um condutor com 1 ohm de resistência conectado a uma tensão de 1 volt permitiria o fluxo de uma corrente de 1 ampere.
A relação entre eles é encapsulada pela lei de Ohm:
V = IR
Em palavras, "tensão é igual a corrente multiplicada pela resistência".
Série vs. Circuitos Paralelos
Os dois tipos principais de circuitos são diferenciados pela maneira como os componentes são organizados neles.
Uma definição simples de circuito em série é “Um circuito com os componentes dispostos em linha reta, de modo que toda a corrente flui por cada componente por vez”. Se você fez um circuito de loop básico com uma bateria conectada a dois resistores, e então tem uma conexão voltando para a bateria, os dois resistores estariam em Series. Assim, a corrente sairia do terminal positivo da bateria (por convenção, você trata a corrente como se ela emerge da extremidade positiva) para o primeiro resistor, daquele para o segundo resistor e depois de volta para o bateria.
Um circuito paralelo é diferente. Um circuito com dois resistores em paralelo seria dividido em duas trilhas, com um resistor em cada uma. Quando a corrente atinge uma junção, a mesma quantidade de corrente que entra na junção tem que deixar a junção também. Isso é chamado de conservação de carga ou, especificamente para eletrônicos, a lei atual de Kirchhoff. Se os dois caminhos tiverem resistência igual, uma corrente igual fluirá por eles; portanto, se 6 amperes de corrente atingirem uma junção com resistência igual em ambos os caminhos, 3 amperes irão fluir para baixo em cada um. Os caminhos então se unem novamente antes de se reconectar à bateria para completar o circuito.
Calculando a resistência para um circuito em série
O cálculo da resistência total de vários resistores enfatiza a distinção entre as séries e circuitos paralelos. Para um circuito em série, a resistência total (Rtotal) é apenas a soma das resistências individuais, então:
R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
O fato de ser um circuito em série significa que a resistência total no caminho é apenas a soma das resistências individuais nele.
Para um problema prático, imagine um circuito em série com três resistências:R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω eR3 = 6 Ω. Calcule a resistência total do circuito.
Esta é simplesmente a soma das resistências individuais, então a solução é:
\ begin {alinhado} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 \\ & = 2 \; \ Omega \; + 4 \; \ Omega \; +6 \; \ Omega \\ & = 12 \; \ Omega \ end {alinhado}
Calculando a resistência para um circuito paralelo
Para circuitos paralelos, o cálculo deRtotal é um pouco mais complicado. A fórmula é:
{1 \ acima {2pt} R_ {total}} = {1 \ acima {2pt} R_1} + {1 \ acima {2pt} R_2} + {1 \ acima {2pt} R_3}
Lembre-se de que esta fórmula fornece o recíproco da resistência (ou seja, um dividido pela resistência). Então você precisa dividir um pela resposta para obter a resistência total.
Imagine que esses mesmos três resistores de antes estivessem dispostos em paralelo. A resistência total seria dada por:
\ começo {alinhado} {1 \ acima {2pt} R_ {total}} & = {1 \ acima {2pt} R_1} + {1 \ acima {2pt} R_2} + {1 \ acima {2pt} R_3} \\ & = {1 \ acima de {2pt} 2 \; Ω} + {1 \ acima de {2pt} 4 \; Ω} + {1 \ acima de {2pt} 6 \; Ω} \\ & = {6 \ acima de {2pt} 12 \; Ω} + {3 \ acima de {2pt} 12 \; Ω} + {2 \ acima de {2pt} 12 \; Ω} \\ & = {11 \ acima de {2pt} 12Ω} \\ & = 0,917 \; Ω ^ {- 1} \ end {alinhado}
Mas este é 1 /Rtotal, então a resposta é:
\ begin {alinhado} \ R_ {total} & = {1 \ acima de {2pt} 0,917 \; Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \ Omega \ end {alinhado}
Como resolver um circuito de combinação em série e paralelo
Você pode dividir todos os circuitos em combinações de circuitos em série e paralelos. Uma ramificação de um circuito paralelo pode ter três componentes em série, e um circuito pode ser composto de uma série de três seções paralelas ramificadas em uma fileira.
Resolver problemas como esse significa apenas dividir o circuito em seções e resolvê-las sucessivamente. Considere um exemplo simples, onde há três ramificações em um circuito paralelo, mas uma dessas ramificações tem uma série de três resistores conectados.
O truque para resolver o problema é incorporar o cálculo da resistência em série ao maior para todo o circuito. Para um circuito paralelo, você deve usar a expressão:
{1 \ acima {2pt} R_ {total}} = {1 \ acima {2pt} R_1} + {1 \ acima {2pt} R_2} + {1 \ acima {2pt} R_3}
Mas o primeiro ramo,R1, é na verdade feito de três resistores diferentes em série. Então, se você se concentrar nisso primeiro, você sabe que:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6
Imagine issoR4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω eR6 = 3 Ω. A resistência total é:
\ begin {alinhado} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 \\ & = 12 \; \ Omega \; + 5 \; \ Omega \; + 3 \; \ Omega \\ & = 20 \; \ Omega \ end {alinhado}
Com este resultado para a primeira ramificação, você pode ir para o problema principal. Com um único resistor em cada um dos caminhos restantes, diga queR2 = 40 Ω eR3 = 10 Ω. Agora você pode calcular:
\ começo {alinhado} {1 \ acima {2pt} R_ {total}} & = {1 \ acima {2pt} R_1} + {1 \ acima {2pt} R_2} + {1 \ acima {2pt} R_3} \\ & = {1 \ acima de {2pt} 20 \; Ω} + {1 \ acima de {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ acima de {2pt} 10 \; Ω} \\ & = {2 \ acima de {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ acima de {2pt} 40 \; Ω} + {4 \ acima de {2pt} 40 \; Ω} \\ & = {7 \ acima de {2pt} 40 \; Ω}\\ &= 0.175 \; Ω ^ {- 1} \ end {alinhado}
Então, isso significa:
\ begin {alinhado} \ R_ {total} & = {1 \ acima de {2pt} 0,175 \; Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \ Omega \ end {alinhado}
Outros cálculos
A resistência é muito mais fácil de calcular em um circuito em série do que em um circuito paralelo, mas nem sempre é o caso. As equações para capacitância (C) em circuitos em série e em paralelo funcionam basicamente ao contrário. Para um circuito em série, você tem uma equação para o recíproco da capacitância, então você calcula a capacitância total (Ctotal) com:
{1 \ acima {2pt} C_ {total}} = {1 \ acima {2pt} C_1} + {1 \ acima {2pt} C_2} + {1 \ acima {2pt} C_3} + ...
E então você tem que dividir um por este resultado para encontrarCtotal.
Para um circuito paralelo, você tem uma equação mais simples:
C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
No entanto, a abordagem básica para resolver problemas com séries vs. os circuitos paralelos são iguais.