Sähköpiirien peruslait keskittyvät piirin perusparametreihin, kuten jännite, virta, teho ja vastus. Nämä lait määrittelevät, kuinka kukin piiriparametri liittyy toisiinsa. Georg Ohm ja Gustav Kirchhoff löysivät nämä lait, ja ne tunnetaan Ohmin ja Kirchhoffin laeina.
Ohmin laki
Ohmin laki on jännitteen, virran ja vastuksen välinen suhde piirissä. Se on yleisin (ja yksinkertaisin) elektroniikassa käytetty kaava. Ohmin laki voidaan kirjoittaa useilla tavoilla, joita kaikkia käytetään yleisesti.
- Resistanssin läpi kulkeva virta on yhtä suuri kuin vastuksen yli kulkeva jännite jaettuna vastuksella (I=V/R).
- Jännite on yhtä suuri kuin vastuksen läpi kulkeva virta kertaa sen vastus (V=IR).
- Resistanssi on yhtä suuri kuin jännite vastuksen yli jaettuna sen läpi kulkevalla virralla (R=V/I).
Ohmin laki on hyödyllinen myös määritettäessä piirin käyttämää tehoa, koska piirin tehonotto on yhtä suuri kuin sen läpi kulkeva virta kerrottuna jännitteellä (P=IV). Ohmin laki määrittää piirin tehonkulutuksen niin kauan kuin kaksi Ohmin lain muuttujaa tunnetaan piirille.
Yksi Ohmin lain ja tehosuhteen perussovellutus on määrittää, kuinka paljon tehoa hajoaa lämpönä komponentissa. Nämä tiedot auttavat sinua valitsemaan oikean kokoisen komponentin, jolla on oikea teholuokitus tiettyyn sovellukseen.
Esimerkiksi kun valitset 50 ohmin pinta-asennusvastuksen, joka näkee 5 volttia normaalin käytön aikana, sen on haihduttava puoli wattia, kun siihen tulee 5 volttia. Kaava progressiivisine substituutioineen on:
P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 volttia)² ÷ 50 ohmia → 0,5 wattia
Siksi tarvitset vastuksen, jonka teho on suurempi kuin 0,5 wattia. Kun tiedät järjestelmän komponenttien virrankulutuksen, voit tietää, tarvitaanko muita lämpöongelmia tai jäähdytystä. Se myös sanelee järjestelmän virtalähteen koon.
Kirchhoffin piirilakit
Kirchhoffin piirilait sitovat Ohmin lain täydelliseen järjestelmään. Kirchhoffin nykyinen laki noudattaa energian säilymisen periaatetta. Siinä todetaan, että piirin solmuun (tai pisteeseen) virtaavan virran kokonaissumma on yhtä suuri kuin solmusta ulos tulevan virran summa.
Yksinkertainen esimerkki Kirchhoffin nykylaista on virtalähde ja resistiivinen piiri, jossa on useita vastuksia rinnakkain. Yksi piirin solmuista on paikka, jossa kaikki vastukset kytkeytyvät virtalähteeseen. Tässä solmussa virtalähde tuottaa virran solmuun ja virta jakautuu vastusten kesken ja virtaa ulos solmusta vastuksiin.
Kirchhoffin jännitelaki noudattaa myös energian säilymisen periaatetta. Siinä todetaan, että piirin täydellisen silmukan kaikkien jännitteiden summan on oltava nolla.
Jatkamalla edellistä esimerkkiä virtalähteestä, jossa on useita vastuksia rinnakkain virtalähteen ja maan välillä, jokainen yksittäinen virtalähteen silmukka, vastus ja maa näkee saman jännitteen vastuksen yli, koska niitä on vain yksi resistiivinen elementti. Jos silmukassa on sarja vastuksia, kunkin vastuksen jännite jaetaan ohmin lain mukaan.