Základné zákony elektrických obvodov sa zameriavajú na základné parametre obvodu, ktorými sú napätie, prúd, výkon a odpor. Tieto zákony definujú, ako sú jednotlivé parametre obvodu vzájomne prepojené. Tieto zákony objavili Georg Ohm a Gustav Kirchhoff a sú známe ako Ohmov zákon a Kirchhoffove zákony.
Ohmov zákon
Ohmov zákon je vzťah medzi napätím, prúdom a odporom v obvode. Je to najbežnejší (a najjednoduchší) vzorec používaný v elektronike. Ohmov zákon možno napísať niekoľkými spôsobmi, pričom všetky sa bežne používajú.
- Prúd pretekajúci odporom sa rovná napätiu na odpore vydelenému odporom (I=V/R).
- Napätie sa rovná prúdu pretekajúcemu cez odpor vynásobený jeho odporom (V=IR).
- Odpor sa rovná napätiu na rezistore vydelenému prúdom, ktorý ním preteká (R=V/I).
Ohmov zákon je tiež užitočný pri určovaní množstva energie, ktorú obvod používa, pretože spotreba energie obvodu sa rovná prúdu, ktorý ním preteká, vynásobenému napätím (P=IV). Ohmov zákon určuje spotrebu energie obvodu, pokiaľ sú pre obvod známe dve premenné v Ohmovom zákone.
Jednou zo základných aplikácií Ohmovho zákona a pomeru výkonu je určiť, koľko energie sa rozptýli ako teplo v komponente. Tieto informácie vám pomôžu vybrať komponent správnej veľkosti so správnym menovitým výkonom pre danú aplikáciu.
Keď napríklad vyberiete 50-ohmový rezistor pre povrchovú montáž, ktorý bude počas normálnej prevádzky vidieť 5 voltov, pri napätí 5 voltov musí stratiť pol wattu. Vzorec s progresívnymi substitúciami je:
P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 voltov)² ÷ 50 ohmov → 0,5 wattu
Preto budete potrebovať odpor s vyšším výkonom ako 0,5 wattu. Poznanie spotreby energie komponentmi v systéme vám umožní vedieť, či môžu byť potrebné ďalšie tepelné problémy alebo chladenie. Určuje tiež veľkosť zdroja napájania pre systém.
Kirchhoffove zákony o obvode
Kirchhoffove zákony obvodu spájajú Ohmov zákon do kompletného systému. Kirchhoffov súčasný zákon sa riadi princípom zachovania energie. Uvádza, že celkový súčet všetkých prúdov tečúcich do uzla (alebo bodu) na okruhu sa rovná súčtu prúdu tečúceho z uzla.
Jednoduchým príkladom Kirchhoffovho súčasného zákona je napájací a odporový obvod s niekoľkými paralelne zapojenými odpormi. Jeden z uzlov obvodu je miesto, kde sú všetky odpory pripojené k napájaciemu zdroju. V tomto uzle napájací zdroj generuje prúd do uzla a prúd sa rozdeľuje medzi odpory a tečie z tohto uzla do odporov.
Kirchhoffov zákon o napätí sa tiež riadi princípom zachovania energie. Uvádza, že súčet všetkých napätí v úplnej slučke obvodu sa musí rovnať nule.
Rozšírením predchádzajúceho príkladu napájacieho zdroja s niekoľkými rezistormi paralelne medzi napájacím zdrojom a zemou, každá jednotlivá slučka napájacieho zdroja, rezistor a zem vidí rovnaké napätie na rezistore, pretože je len jeden odporový prvok. Ak má slučka sadu rezistorov v sérii, napätie na každom rezistore sa rozdelí podľa vzťahu Ohmovho zákona.
