Sähköpiirien peruslainsäädöt keskittyvät kourallisiin peruspiiriparametreihin, jännite, virta, teho ja vastus sekä määrittelevät, miten ne ovat toisiinsa yhteydessä.
Toisin kuin monimutkaisemmissa elektroniikan suhteissa ja kaavoissa, näitä perusasioita käytetään säännöllisesti, jos ei päivittäin, jokaisella, joka työskentelee elektroniikan kanssa. Nämä lait löysivät Georg Ohm ja Gustav Kirchhoff, ja siksi ne tunnetaan nimellä Ohmsin laki ja Kirchhoffin lait.
Näiden perussääntöjen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää kaikille, jotka suunnittelevat piiriä, elektroniikkaa tai sähköjärjestelmää.
Ohms-laki
Ohmin laki on virtapiirin jännitteen, virran ja vastuksen välinen suhde, ja se on yleisin (ja yksinkertaisin) kaava, jota käytetään elektroniikassa. Ohmia koskeva laki voidaan kirjoittaa useilla tavoilla, joita kaikkia käytetään yleisesti.
- Virta, joka kulkee vastuksen läpi, on yhtä suuri kuin vastuksen koko jännite jaettuna resistanssilla (I = V / R).
- Jännite on yhtä suuri kuin virran, joka virtaa vastuksen aikana sen vastuksen (V = IR)
- Vastus on yhtä suuri kuin vastuksen yli oleva jännite jaettuna sen läpi kulkevalla virralla (R = V / I).
Ohmia koskeva laki on myös hyödyllinen määritettäessä piirin käyttämän tehon määrää, koska piirin virranotto on yhtä suuri kuin jännitteen (P = IV) kautta virtaavan virran. Ohmia koskevaa lakia voidaan käyttää määrittämään piirin tehonveto, niin kauan kuin kahta Ohms-lain muuttujaa tunnetaan piiristä.
Ohms-lain kaava on erittäin tehokas elektroniikan väline, varsinkin kun suurempia piirejä voidaan yksinkertaistaa, mutta ohmilaki on välttämätön kaikilla piirien suunnittelun ja elektroniikan tasoilla. Ohmin lain ja voimasuhteiden yksi perustavanlaatuisimmista sovelluksista on määrittää, kuinka paljon tehoa hajotetaan lämpöä komponenttina. Tietäen, että tämä on kriittinen, jotta oikea koon komponentti, jolla on oikea teho, valitaan sovellukselle.
Esimerkiksi, kun valitaan 50 ohminen pintaliitosvastus, joka näkee 5 voltin normaalin toiminnan aikana, tietäen, että sen täytyy haihtua (P = IV => P = (V / R) * V => P = (5volts ^ 2) / 50 ohmia) = 5 wattia) ½ wattia, kun näkee 5 voltin, tarkoittaa, että vastetta, jonka teho on yli 0,5 wattia, olisi käytettävä. Tietokoneen komponenttien tehonkäytön tunteminen kertoo, voidaanko muita lämpöongelmia tai jäähdytystä tarvita ja sanelee järjestelmän virransyötön koon.
Kirchhoffin piirejä
Yhdistämällä ohmia koskeva laki kokonaisuudeksi on Kirchhoffin piirilakia. Kirchhoffin nykyinen laki noudattaa energiansäästön periaatetta ja toteaa, että kaikkien virtapiiristä solmuun (tai pisteeseen) virtaavan virran summa on yhtä suuri kuin solmun virtaavan virran summa.
Yksinkertainen esimerkki kirchhoffin nykyisestä lainasta on virtalähde ja resistiivinen piiri, jossa on useita vastuksia rinnakkain. Yksi piirin solmuista on, jossa kaikki vastukset kytkeytyvät virtalähteeseen. Tässä solmussa virtalähde syöttää virtaa solmuun ja toimitettava virta jakautuu vastusten joukkoon ja virtaa siitä solmusta ja vastuksiin.
Kirchhoffin jännitelaki noudattaa myös energiansäästön periaatetta ja toteaa, että kaikkien jännitteiden summa piirin täydellisessä silmukassa on oltava nolla. Uuden virtalähteen esimerkin laajentaminen useiden vastusten kanssa virransyöttö- ja maadoitusjännitteen välillä, jokaisen virtalähteen, vastuksen ja maan jokaisen yksittäisen silmukan näkee saman jännitteen vastuksen yli, koska vain yksi resistiivinen elementti on olemassa. Jos silmukassa oli sarja vastuksia sarjassa, jännitteen jokaisen vastuksen yli jaetaan ohmien lain suhteen mukaan.
