Podstawowe prawa obwodów elektrycznych koncentrują się na podstawowych parametrach obwodów: napięciu, prądzie, mocy i rezystancji. Prawa te określają, w jaki sposób każdy parametr obwodu jest ze sobą powiązany. Prawa te zostały odkryte przez Georga Ohma i Gustava Kirchhoffa i są znane jako prawo Ohma i prawa Kirchhoffa.
Prawo Ohma
Prawo Ohma to zależność między napięciem, prądem i rezystancją w obwodzie. Jest to najczęstsza (i najprostsza) formuła stosowana w elektronice. Prawo Ohma można zapisać na kilka sposobów, z których wszystkie są powszechnie używane.
- Prąd płynący przez rezystancję jest równy napięciu na rezystancji podzielonemu przez rezystancję (I=V/R).
- Napięcie jest równe prądowi płynącemu przez rezystor pomnożonemu przez jego rezystancję (V=IR).
- Rezystancja jest równa napięciu na oporniku podzielonemu przez przepływający przez niego prąd (R=V/I).
Prawo Ohma jest również przydatne przy określaniu ilości energii zużywanej przez obwód, ponieważ pobór mocy przez obwód jest równy przepływającemu przez niego prądowi pomnożonemu przez napięcie (P=IV). Prawo Ohma określa pobór mocy obwodu, o ile znane są dla obwodu dwie zmienne prawa Ohma.
Jednym z podstawowych zastosowań prawa Ohma i zależności mocy jest określenie, ile mocy jest rozpraszane jako ciepło w elemencie. Informacje te pomogą Ci wybrać komponent o odpowiedniej wielkości i odpowiedniej mocy znamionowej dla danej aplikacji.
Na przykład, jeśli wybierzesz 50-omowy rezystor do montażu powierzchniowego, który podczas normalnej pracy będzie wykazywał napięcie 5 woltów, musi rozproszyć pół wata przy napięciu 5 woltów. Wzór z progresywnymi podstawieniami to:
P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 V)² ÷ 50 omów → 0,5 W
Dlatego będziesz potrzebować rezystora o mocy większej niż 0,5 wata. Znajomość zużycia energii przez komponenty w systemie pozwala wiedzieć, czy mogą być wymagane dodatkowe problemy termiczne lub chłodzenie. Decyduje również o wielkości zasilania systemu.
Przepisy obwodu Kirchhoffa
Prawa obwodu Kirchhoffa wiążą prawo Ohma w kompletny system. Obecne prawo Kirchhoffa jest zgodne z zasadą zachowania energii. Stwierdza, że całkowita suma całego prądu płynącego do węzła (lub punktu) w obwodzie jest równa sumie prądu wypływającego z węzła.
Prostym przykładem prawa prądowego Kirchhoffa jest zasilanie i obwód rezystancyjny z kilkoma rezystorami połączonymi równolegle. Jednym z węzłów obwodu jest miejsce, w którym wszystkie rezystory łączą się z zasilaczem. W tym węźle zasilacz generuje prąd do węzła, a prąd dzieli się między rezystory i wypływa z tego węzła do rezystorów.
Prawo napięcia Kirchhoffa jest również zgodne z zasadą zachowania energii. Stwierdza, że suma wszystkich napięć w kompletnej pętli obwodu musi być równa zeru.
Rozszerzenie poprzedniego przykładu zasilacza z kilkoma rezystorami równolegle między zasilaczem a uziemieniem, każda pojedyncza pętla zasilacza, rezystor i uziemienie widzi to samo napięcie na rezystorze, ponieważ jest tylko jeden element rezystancyjny. Jeśli pętla ma zestaw rezystorów połączonych szeregowo, napięcie na każdym rezystorze jest dzielone zgodnie z prawem omów.
