Základní zákony elektrických obvodů se zaměřují na základní obvodové parametry napětí, proudu, výkonu a odporu. Tyto zákony definují, jak jsou jednotlivé parametry obvodu vzájemně propojeny. Tyto zákony objevili Georg Ohm a Gustav Kirchhoff a jsou známé 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, z nichž všechny se běžně používají.
- Proud protékající odporem se rovná napětí na odporu děleném odporem (I=V/R).
- Napětí se rovná proudu protékajícího rezistorem krát jeho odpor (V=IR).
- Odpor se rovná napětí na odporu děleném proudem, který jím protéká (R=V/I).
Ohmův zákon je také užitečný při určování množství energie, kterou obvod spotřebuje, protože spotřeba energie obvodu se rovná proudu, který jím protéká, vynásobený napětím (P=IV). Ohmův zákon určuje spotřebu energie obvodu, pokud jsou pro obvod známy dvě proměnné v Ohmově zákoně.
Jednou ze základních aplikací Ohmova zákona a poměru výkonu je určit, kolik energie je rozptýleno jako teplo v komponentě. Tyto informace vám pomohou vybrat součást správné velikosti se správným jmenovitým výkonem pro danou aplikaci.
Když například vyberete 50ohmový rezistor pro povrchovou montáž, který bude při normálním provozu vidět 5 voltů, musí při 5 voltech ztratit půl wattu. Vzorec s progresivními 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 spotřeby energie komponentami v systému vám umožní vědět, zda mohou být nutné další tepelné problémy nebo chlazení. Také určuje velikost napájecího zdroje pro systém.
Kirchhoffovy zákony o obvodech
Kirchhoffovy obvodové zákony spojují Ohmův zákon do kompletního systému. Kirchhoffův současný zákon se řídí principem zachování energie. Uvádí, že celkový součet veškerého proudu tekoucího do uzlu (nebo bodu) na okruhu se rovná součtu proudu tekoucího z uzlu.
Jednoduchým příkladem Kirchhoffova současného zákona je napájecí a odporový obvod s několika paralelně zapojenými rezistory. Jeden z uzlů obvodu je místo, kde jsou všechny odpory připojeny k napájení. V tomto uzlu zdroj generuje proud do uzlu a proud se dělí mezi rezistory a vytéká z tohoto uzlu do rezistorů.
Kirchhoffův zákon o napětí se také řídí principem zachování energie. Uvádí, že součet všech napětí v úplné smyčce obvodu se musí rovnat nule.
Rozšíříme-li předchozí příklad 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, napětí na každém rezistoru se rozdělí podle vztahu Ohmova zákona.
