Основные законы электрических цепей сосредоточены на основных параметрах цепи: напряжении, токе, мощности и сопротивлении. Эти законы определяют, как взаимосвязан каждый параметр схемы. Эти законы были открыты Георгом Омом и Густавом Кирхгофом и известны как закон Ома и законы Кирхгофа.
Закон Ома
Закон Ома – это соотношение между напряжением, током и сопротивлением в цепи. Это самая распространенная (и самая простая) формула, используемая в электронике. Закон Ома можно записать несколькими способами, каждый из которых обычно используется.
- Ток, протекающий через сопротивление, равен напряжению на сопротивлении, деленному на сопротивление (I=V/R).
- Напряжение равно произведению тока, протекающего через резистор, на его сопротивление (V=IR).
- Сопротивление равно напряжению на резисторе, деленному на ток, протекающий через него (R=V/I).
Закон Ома также полезен при определении количества энергии, потребляемой цепью, поскольку потребляемая мощность цепи равна протекающему через нее току, умноженному на напряжение (P=IV). Закон Ома определяет потребляемую мощность цепи, если для этой цепи известны две переменные в законе Ома.
Одно из основных применений закона Ома и зависимости мощности состоит в том, чтобы определить, сколько энергии рассеивается в виде тепла в компоненте. Эта информация поможет вам выбрать компонент правильного размера с соответствующей номинальной мощностью для данного приложения.
Например, когда вы выбираете резистор для поверхностного монтажа сопротивлением 50 Ом, который будет воспринимать 5 вольт при нормальной работе, он должен рассеивать полватта при напряжении 5 вольт. Формула с прогрессивными заменами:
P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 вольт)² ÷ 50 Ом → 0,5 Вт
Поэтому вам потребуется резистор с номинальной мощностью более 0,5 Вт. Знание энергопотребления компонентов в системе позволяет узнать, могут ли потребоваться дополнительные тепловые проблемы или охлаждение. Это также диктует размер блока питания для системы.
Законы кругооборота Кирхгофа
Контурные законы Кирхгофа связывают закон Ома в законченную систему. Закон тока Кирхгофа следует принципу сохранения энергии. В нем говорится, что общая сумма всех токов, втекающих в узел (или точку) цепи, равна сумме токов, вытекающих из узла.
Простым примером закона тока Кирхгофа является источник питания и резистивная цепь с несколькими параллельными резисторами. В одном из узлов схемы все резисторы подключаются к источнику питания. В этом узле источник питания генерирует ток в узле, и ток делится между резисторами и течет из этого узла в резисторы.
Закон Кирхгофа о напряжении также следует принципу сохранения энергии. В нем говорится, что сумма всех напряжений в полном контуре цепи должна равняться нулю.
Расширяя предыдущий пример источника питания с несколькими резисторами, подключенными параллельно между источником питания и землей, каждый отдельный контур источника питания, резистора и земли видит одинаковое напряжение на резисторе, поскольку есть только один резистивный элемент. Если в петле есть набор резисторов, соединенных последовательно, напряжение на каждом резисторе делится в соответствии с соотношением закона Ома.
