Die Grundgesetze elektrischer Schaltkreise konzentrieren sich auf die grundlegenden Schaltkreisparameter Spannung, Strom, Leistung und Widerstand. Diese Gesetze definieren, wie die einzelnen Schaltungsparameter miteinander verknüpft sind. Diese Gesetze wurden von Georg Ohm und Gustav Kirchhoff entdeckt und sind als Ohmsches Gesetz und Kirchhoffsche Gesetze bekannt.
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Ohm'sches Gesetz
Das Ohmsche Gesetz ist die Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand in einem Stromkreis. Es ist die gebräuchlichste (und einfachste) Formel, die in der Elektronik verwendet wird. Das Ohmsche Gesetz kann auf verschiedene Arten geschrieben werden, die alle häufig verwendet werden.
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- Der durch einen Widerstand fließende Strom ist gleich der Spannung am Widerstand dividiert durch den Widerstand (I=V/R).
- Die Spannung ist gleich dem durch einen Widerstand fließenden Strom multipliziert mit seinem Widerstandswert (V=IR).
- Der Widerstand ist gleich der Spannung an einem Widerstand geteilt durch den durch ihn fließenden Strom (R=V/I).
Das Ohmsche Gesetz ist auch bei der Bestimmung der von einem Stromkreis verbrauchten Strommenge nützlich, da die Leistungsaufnahme eines Stromkreises gleich dem durch ihn fließenden Strom multipliziert mit der Spannung (P=IV) ist. Das Ohmsche Gesetz bestimmt die Leistungsaufnahme eines Stromkreises, sofern zwei der Variablen des Ohmschen Gesetzes für den Stromkreis bekannt sind.
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Eine grundlegende Anwendung des Ohmschen Gesetzes und der Leistungsbeziehung besteht darin, zu bestimmen, wie viel Leistung in einer Komponente als Wärme abgegeben wird. Diese Informationen helfen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Komponente mit der richtigen Nennleistung für eine bestimmte Anwendung.
Wenn Sie beispielsweise einen oberflächenmontierbaren 50-Ohm-Widerstand auswählen, der im Normalbetrieb 5 Volt aufweist, muss er bei 5 Volt ein halbes Watt verbrauchen. Die Formel mit progressiven Substitutionen lautet:
- P=I×V → P=(V÷R)×V → P=(5 Volt)² ÷ 50 Ohm → 0,5 Watt
Daher benötigen Sie einen Widerstand mit einer Nennleistung von mehr als 0,5 Watt. Wenn Sie den Stromverbrauch der Komponenten in einem System kennen, können Sie erkennen, ob zusätzliche thermische Probleme oder Kühlung erforderlich sein könnten. Es bestimmt auch die Größe der Stromversorgung für das System.
Kirchhoffs Schaltungsgesetze
Die Kirchhoffschen Schaltungsgesetze verbinden das Ohmsche Gesetz zu einem Gesamtsystem. Kirchhoffs aktuelles Gesetz folgt dem Prinzip der Energieerhaltung. Es besagt, dass die Gesamtsumme aller in einen Knoten (oder Punkt) eines Stromkreises fließenden Ströme gleich der Summe der aus dem Knoten fließenden Ströme ist.
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Ein einfaches Beispiel für Kirchhoffs aktuelles Gesetz ist eine Stromversorgungs- und Widerstandsschaltung mit mehreren parallel geschalteten Widerständen. An einem der Knoten der Schaltung sind alle Widerstände mit der Stromversorgung verbunden. An diesem Knoten erzeugt das Netzteil Strom in den Knoten, der sich auf die Widerstände aufteilt und aus diesem Knoten heraus und in die Widerstände fließt.
Auch das Spannungsgesetz von Kirchhoff folgt dem Energieerhaltungssatz. Es besagt, dass die Summe aller Spannungen in einer vollständigen Schleife eines Stromkreises gleich Null sein muss.
Erweitert man das vorherige Beispiel einer Stromversorgung mit mehreren Widerständen parallel zwischen der Stromversorgung und Masse, sieht jede einzelne Schleife der Stromversorgung, eines Widerstands und der Erde die gleiche Spannung am Widerstand, da es nur ein Widerstandselement gibt. Wenn in einer Schleife mehrere Widerstände in Reihe geschaltet sind, wird die Spannung an jedem Widerstand gemäß der Beziehung des Ohmschen Gesetzes aufgeteilt.
