Základní zákony elektrických obvodů se zaměřují na základní parametry obvodu napětí, proudu, výkonu a odporu. Tyto zákony definují, jak je každý parametr obvodu vzájemně propojen. Tyto zákony byly objeveny Georgem Ohmem a Gustavem Kirchhoffem a jsou známy jako Ohmův zákon a Kirchhoffovy zákony.
Ohmův zákon
Ohmův zákon je vztah mezi napětím, proudem a odporem v obvodu. Je to nejběžnější (a nejjednodušší) vzorec používaný v elektronice. Ohmův zákon lze napsat několika způsoby, které se běžně používají.
- Proud protékající odporem se rovná napětí přes odpor děleno odporem (I = V / R).
- Napětí se rovná proudu protékajícímu odporu krát jeho odporu (V = IR).
- Odpor se rovná napětí na rezistoru děleno proudem, který jím protéká (R = V / I).
Ohmův zákon je také užitečný při určování množství energie, kterou obvod používá, protože příkon obvodu se rovná proudu, který protéká, vynásobený napětím (P = IV). Ohmův zákon určuje příkon obvodu, pokud jsou pro obvod známy dvě z proměnných v Ohmově zákoně. Jednou základní aplikací Ohmova zákona a silového vztahu je určit, kolik energie se rozptýlí jako teplo v komponentě. Tyto informace vám pomohou vybrat komponentu správné velikosti se správným výkonem pro danou aplikaci. Například když vyberete 50-ohmový odpor pro povrchovou montáž, který při normálním provozu uvidí 5 voltů, musí se při ztrátě 5 voltů rozptýlit o polovinu watt. Vzorec s postupnými substitucemi je:
- P = I × V → P = (V ÷ R) × V → P = (5 voltů) ² ÷ 50 ohmů → 0,5 wattu
Proto budete potřebovat rezistor s vyšším výkonem než 0,5 wattu. Znalost využití energie komponent v systému vám dá vědět, zda mohou být vyžadovány další tepelné problémy nebo chlazení. Také určuje velikost napájecího napětí systému.
Kirchhoffovy obvodové zákony
Kirchhoffovy obvodové zákony spojují Ohmův zákon do úplného systému. Kirchhoffův současný zákon se řídí zásadou zachování energie. Uvádí, že celkový součet veškerého proudu proudícího do uzlu (nebo bodu) v obvodu se rovná součtu proudu proudícího z uzlu. Jednoduchým příkladem Kirchhoffova současného zákona je napájecí zdroj a odporový obvod s několika odpory paralelně. Jedním z uzlů obvodu je místo, kde se všechny rezistory připojují k napájecímu zdroji. V tomto uzlu napájecí zdroj generuje proud do uzlu a proud se dělí mezi rezistory a proudí z tohoto uzlu do rezistorů. Kirchhoffův zákon o napětí se rovněž řídí zásadou zachování energie. Uvádí, že součet všech napětí v úplné smyčce obvodu se musí rovnat nule. Rozšířením předchozího příkladu napájecího zdroje s několika rezistory paralelně mezi napájecím zdrojem a zemí, každá jednotlivá smyčka napájecího zdroje, rezistor a zem vidí stejné napětí na rezistoru, protože existuje pouze jeden odporový prvek. Pokud má smyčka sadu rezistorů v sérii, je napětí na každém rezistoru rozděleno podle vztahu Ohmova zákona.