قوانین پایه مدارهای الکتریکی بر پارامترهای مدار اصلی ولتاژ، جریان، توان و مقاومت تمرکز دارند. این قوانین نحوه ارتباط هر پارامتر مدار را مشخص می کند. این قوانین توسط گئورگ اهم و گوستاو کیرشهوف کشف شد و به قانون اهم و قوانین کیرشهوف معروف است.
قانون اهم
قانون اهم رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت در مدار است. این رایج ترین (و ساده ترین) فرمول مورد استفاده در الکترونیک است. قانون اهم را می توان به چندین روش نوشت که همه آنها معمولاً استفاده می شوند.
- جریان عبوری از مقاومت برابر است با ولتاژ در دو بخش مقاومت تقسیم بر مقاومت (I=V/R).
- ولتاژ برابر است با جریان عبوری از مقاومت در برابر مقاومت آن (V=IR).
- مقاومت برابر است با ولتاژ دو سر مقاومت تقسیم بر جریان عبوری از آن (R=V/I).
قانون اهم در تعیین مقدار توان مصرفی مدار نیز مفید است زیرا توان مصرفی مدار برابر است با جریان عبوری از آن، ضرب در ولتاژ (P=IV). تا زمانی که دو متغیر در قانون اهم برای مدار شناخته شده باشند، قانون اهم توان مصرفی مدار را تعیین می کند.
یکی از کاربردهای اساسی قانون اهم و رابطه توان این است که تعیین کنیم چه مقدار توان به عنوان گرما در یک جزء تلف می شود. این اطلاعات به شما کمک می‌کند مولفه‌ای با اندازه مناسب با رتبه‌بندی توان مناسب برای یک برنامه خاص انتخاب کنید.
به عنوان مثال، هنگامی که یک مقاومت 50 اهم برای نصب روی سطح را انتخاب می کنید که در طول کارکرد عادی 5 ولت را می بیند، زمانی که 5 ولت وارد می شود باید نیم وات از بین برود. فرمول، با تعویض های پیش رونده، این است:
P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 ولت)² ÷ 50 اهم → 0.5 وات
بنابراین، به مقاومتی با توان بالاتر از 0.5 وات نیاز دارید. دانستن میزان مصرف برق اجزاء در یک سیستم به شما امکان می دهد تا در صورت نیاز به مشکلات حرارتی یا خنک کننده اضافی مطلع شوید. همچنین اندازه منبع تغذیه سیستم را تعیین می کند.
قوانین مدار Kirchhoff
قوانین مدار کیرشهوف قانون اهم را به یک سیستم کامل گره می زند. قانون فعلی کیرشهوف از اصل بقای انرژی پیروی می کند. بیان می کند که مجموع کل جریان وارد شده به یک گره (یا نقطه) در مدار برابر است با مجموع جریان خارج شده از گره.
یک مثال ساده از قانون جریان Kirchhoff یک منبع تغذیه و مدار مقاومتی با چندین مقاومت به صورت موازی است. یکی از گره های مدار جایی است که تمام مقاومت ها به منبع تغذیه متصل می شوند. در این گره، منبع تغذیه جریان را به گره تولید می کند و جریان بین مقاومت ها تقسیم می شود و از آن گره خارج می شود و به مقاومت ها می ریزد.
قانون ولتاژ کیرشهوف نیز از اصل بقای انرژی پیروی می کند. بیان می کند که مجموع تمام ولتاژهای یک حلقه کامل یک مدار باید برابر با صفر باشد.
بسط مثال قبلی یک منبع تغذیه با چندین مقاومت به طور موازی بین منبع تغذیه و زمین، هر حلقه جداگانه منبع تغذیه، یک مقاومت و زمین ولتاژ یکسانی را در مقاومت می بیند زیرا فقط یک مقاومت وجود دارد. عنصر مقاومتی اگر یک حلقه دارای مجموعه ای از مقاومت ها به صورت سری باشد، ولتاژ در هر مقاومت بر اساس رابطه قانون اهم تقسیم می شود.
