Podstawowe prawa obwodów elektrycznych skupiają się na kilku podstawowych parametrach obwodu, napięciu, prądzie, mocy i rezystancji oraz definiują wzajemne zależności między nimi.
W przeciwieństwie do niektórych bardziej złożonych relacji i formuł elektronicznych, te podstawy są używane regularnie, jeśli nie codziennie, przez każdego, kto pracuje z elektroniką. Prawa te zostały odkryte przez Georga Ohma i Gustawa Kirchhoffa i dlatego znane są jako prawo Ohma i prawa Kirchhoffa.
Zrozumienie tych podstawowych zasad jest kluczowe dla każdego, kto projektuje obwód, elektronikę lub system elektryczny.
Prawo Ohma
Prawo Ohma to związek napięcia, prądu i rezystancji w obwodzie i jest to najpowszechniejsza (i najprostsza) formuła stosowana w elektronice. Prawo Ohma można zapisać na wiele sposobów, z których wszystkie są powszechnie używane.
- Prąd płynący przez rezystancję jest równy napięciu między rezystancją podzielonym przez rezystancję (I = V / R).
- Napięcie jest równe prądowi przepływającemu przez rezystor razy jego rezystancja (V = IR)
- Rezystancja jest równa wartości napięcia na rezystorze podzielonej przez przepływający przez nią prąd (R = V / I).
Prawo Ohma jest również użyteczne przy określaniu ilości mocy wykorzystywanej przez obwód, ponieważ pobór prądu w obwodzie jest równy prądowi przepływającemu przez niego razy napięcie (P = IV). Prawo Ohma może być użyte do określenia poboru mocy obwodu, o ile dwie zmienne w prawie Ohma są znane dla obwodu.
Formuła prawa Ohma jest bardzo potężnym narzędziem w elektronice, zwłaszcza, że większe obwody można uprościć, ale prawo Ohma jest niezbędne na wszystkich poziomach projektowania obwodów i elektroniki. Jednym z najbardziej podstawowych zastosowań prawa Ohma i relacji mocy jest ustalenie, ile energii rozprasza się jako ciepło w składniku. Wiedza o tym jest krytyczna, dlatego wybrana jest właściwa wielkość komponentu o odpowiedniej mocy znamionowej dla aplikacji.
Na przykład przy wyborze rezystora do montażu powierzchniowego 50 omów, który zobaczy 5 woltów podczas normalnej pracy, wiedząc, że będzie musiał rozproszyć (P = IV => P = (V / R) * V => P = (5 volts ^ 2) / 50 omów) = 5 watów) ½ wata, gdy widzi 5 woltów, oznacza, że należy użyć rezystora o jeszcze większej mocy niż 0,5 wata. Znajomość zużycia energii przez komponenty w systemie pozwala dowiedzieć się, czy mogą być wymagane dodatkowe problemy termiczne lub chłodzenie, a także określa wielkość zasilania systemu.
Prawa obwodów Kirchhoffa
Połączenie prawa Tying Ohma w kompletny system to prawo obwodu Kirchhoffa. Aktualne prawo Kirchhoffa jest zgodne z zasadą zachowania energii i stwierdza, że całkowita suma wszystkich prądów wpływających do węzła (lub punktu) na obwodzie jest równa sumie prądu płynącego z węzła.
Prostym przykładem obecnego prawa Kirchhoffa jest obwód zasilania i rezystancyjny z kilkoma rezystorami równolegle. Jeden z węzłów obwodu to miejsce, w którym wszystkie rezystory łączą się z zasilaniem. W tym węźle zasilacz dostarcza prąd do węzła, a dostarczany prąd jest dzielony pomiędzy rezystory i wypływa z tego węzła do rezystorów.
Prawo o napięciu Kirchhoffa również przestrzega zasady zachowania energii i stwierdza, że suma wszystkich napięć w kompletnej pętli obwodu musi wynosić zero. Rozszerzając poprzedni przykład zasilacza z kilkoma rezystorami równolegle pomiędzy zasilaczem a ziemią, każda indywidualna pętla zasilacza, rezystor i uziemienie widzą takie samo napięcie na rezystorze, ponieważ jest tylko jeden element rezystancyjny. Jeżeli pętla ma szereg rezystorów ustawionych szeregowo, napięcie na każdym rezystorze zostanie podzielone zgodnie z relacją prawa Ohma.
