Har du tænkt på føre dine helt egne Arduino, ESP32 eller Raspberry Pi idéer ud i livet? Så vil en smule kredsløbsanalyse helt sikkert hjælpe dig på vej! Elektronik kan nemlig virke som det rene magi, men hvis man holder tungen lige i munden og anvender lidt kredsløbsteori, så udvikler man det ene elektronik projekt efter det andet på ingen tid!
Så hvad er kredsløbsanalyse? Kort sagt er et kredsløb en sti for flowet af elektroner. Flowet af elektroner betragtes som en elektrisk strøm. Formålet med kredsløbsanalyse er at få en forståelse for, hvordan man undersøger, manipulerer og benytter disse elektroner. Derfor er kredsløbsanalyse et grundlæggende værktøj inden for elektroteknik. Dette omfatter grundlæggende en forståelse af Ohms Lov og af Kirchhoffs Love.
Så hvad er kredsløbsanalyse? Kort sagt er et kredsløb en sti for flowet af elektroner. Flowet af elektroner betragtes som en elektrisk strøm. Formålet med kredsløbsanalyse er at få en forståelse for, hvordan man undersøger, manipulerer og benytter disse elektroner. Derfor er kredsløbsanalyse et grundlæggende værktøj inden for elektroteknik. Dette omfatter grundlæggende en forståelse af Ohms Lov og af Kirchhoffs Love.
Ohms Lov
Ohms lov forklares grundigt i denne blog, så det dækkes blot kort her. Det anbefales at besøge den ovenfornævnte blog, for at få Ohms Lov helt på plads! Men vi fortsætter dog nu med en hurtig angivelse af Ohms Lov.
Ohms lov er et grundlæggende princip i fysik, der definerer forholdet mellem den elektriske strøm, spænding og modstand i et elektrisk kredsløb.
Ohms Lov siger, at strømmen, der løber gennem en leder mellem to punkter, er direkte proportional med spændingen, over de to punkter og omvendt proportional med lederens modstand. Matematisk kan Ohms Lov udtrykkes som vist på figur 1.
Ohms lov er et grundlæggende princip i fysik, der definerer forholdet mellem den elektriske strøm, spænding og modstand i et elektrisk kredsløb.
Ohms Lov siger, at strømmen, der løber gennem en leder mellem to punkter, er direkte proportional med spændingen, over de to punkter og omvendt proportional med lederens modstand. Matematisk kan Ohms Lov udtrykkes som vist på figur 1.
Figur 1: Ohms Lov.
Spændingen, V, måles i Volt.
Strømmen, I, måles i Ampere
Modstanden, R, måles i Ohm
Se figur 2.
Spændingen, V, måles i Volt.
Strømmen, I, måles i Ampere
Modstanden, R, måles i Ohm
Se figur 2.
Figur 2: En tabel for enhederne i Ohms Lov.
* Denne tabel er et udsnit fra bloggen om Ohms Lov. Tjek den blog ud for en dybere forståelse af Ohms Lov!
* Denne tabel er et udsnit fra bloggen om Ohms Lov. Tjek den blog ud for en dybere forståelse af Ohms Lov!
Kirchhoffs Love
Kirchhoffs love er to andre grundlæggende principper for kredsløbsanalyse. Disse love beskriver henholdsvist strøm og spænding i et elektrisk kredsløb og bruges til at analysere og forstå kredsløbets opførsel. Nedenfor gennemgås de to love en ad gangen.
1 - KCL
Kirchhoffs Strømlov (KCL - Kirchhoffs Current Law)
Denne lov siger, at den samlede strøm, der kommer ind i et knudepunkt skal svarer til den samlede strøm, der forlader knudepunktet (der gives et eksempel og forklaring af et knudepunkt på følgende figur). Med andre ord kan det udtrykkes som summen af alle strømme ind i et knudepunkt, er lig med nul.
Denne lov siger, at den samlede strøm, der kommer ind i et knudepunkt skal svarer til den samlede strøm, der forlader knudepunktet (der gives et eksempel og forklaring af et knudepunkt på følgende figur). Med andre ord kan det udtrykkes som summen af alle strømme ind i et knudepunkt, er lig med nul.
Til at forklare denne lov benyttes der ofte en vand analogi. Mængden af vand, der strømmer ind i et knudepunkt er lig med mængden af vand, der strømmer ud af knudepunktet. Der ses en illustration af et knudepunkt på figur 3.
Figur 3: Illustration af Kirchhoffs Strømlov (KCL - Kirchhoffs Current Law). Figuren er et udsnit af et elektrisk kredsløb. Strømmene, der går ind i knudepunktet (rød) er lig med strømmene, der går ud af knudepunktet (blå).
For at vende tilbage til vand analogien: Hvis man anser stierne for strømmene, I1, I2, I3, I4 og I5 som vandrør, bemærkes det at strømmene mødes i knudepunktet. De røde strømme har retning mod knudepunktet og de blå har retning ud af knudepunktet. Massen af vand for summen af de røde strømme må da være lig med massen af vand for de blå strømme. Dette er princippet for Kirchhoffs Strømlov (KCL - Kirchhoffs Current Law).
2 - KVL
Kirchhoffs Spændingslov (KVL - Kirchhoffs Voltage Law)
Denne lov siger, at den samlede spænding omkring enhver lukket sløjfe i et kredsløb skal være lig nul. En lukket sløjfe i et elektrisk kredsløb refererer til en sti i kredsløbet, der starter og slutter ved samme punkt.
Med andre ord kan det udtrykkes som summen af alle spændingsfald i en lukket sløjfe, er lig med den samlede spændingsstigning i sløjfen.
Denne lov siger, at den samlede spænding omkring enhver lukket sløjfe i et kredsløb skal være lig nul. En lukket sløjfe i et elektrisk kredsløb refererer til en sti i kredsløbet, der starter og slutter ved samme punkt.
Med andre ord kan det udtrykkes som summen af alle spændingsfald i en lukket sløjfe, er lig med den samlede spændingsstigning i sløjfen.
Figur 4: Er et kredsløb med en spændingsgenerator, V1, og 2 modstande (zig-zag symbolerne angiver modstandene R1 og R2). Kredsløbet viser en lukket sløjfe, da det starter og slutter ved samme punkt, nemlig ved V1. Strømmen, I, er angivet med værdi og retning rundt i kredsløbet i midten af figuren.
Figur 4 illustrerer, hvordan spændingsfaldet omkring den lukkede sløjfe er lig med påførte startspænding fra spændingsgeneratoren V1. Spændingen over den røde del af kredsløbet er de oprindelige 9 V fra V1. Spændingen over den grønne del af kredsløbet er 5,4 V, og for den blå sektion er spændingen 0 V.
Lad os anvende Ohms Lov på hver sektion af kredsløbet med værdierne defineret på figur 5. De tre sektioner er delt op af spændingsfaldene V2 og V3. Vi beregner spændingsfaldet over V2 og V3, og når vi tager summen af disse spændinger, skulle vi gerne få 9 V. Dette er konceptet bag Kirchhoffs Spændingslov (KVL - Kirchhoffs Voltage Law).
Figur 5: Udregner spændingsfaldene i kredsløbet, der ses på figur 4
- På figur 5 definerer vi først værdierne i kredsløbet
- Så udregner vi spændingerne over V2 og V3
- Og til sidst tager vi da summen af V2 og V3
Dermed er Kirchhoffs Spændingslov (KVL - Kirchhoffs Voltage Law) påvist.
Tilsammen danner Ohms lov og Kirchhoffs love et effektivt sæt værktøjer til at analysere elektriske kredsløb og danner grundlag for flere metoder til kredsløbsanalyse. Efter at have læst denne blog, er du nu et skridt tættere på at føre dine elektronik drømme og projekter ud i livet. Vi har nu en bedre forståelse af kredsløbsanalyse, og selvom vi blot har været igennem noget af det basale, så er vi nu klædt på til at blive endnu bedre og danne en bredere forståelse af elektronik.
Elektronik er en grænseløs hobby - man kan altid blive bedre og der er altid mere at lære. Hvis du er interesseret i mere kredsløbsanalyse findes der flere metoder og principper såsom Thevenin, Norton, Mesh og Nodal Analyse.
Vi har også en blog om et meget brugbart delkredsløb, nemlig spændingsdeleren. Tjek den ud! Spændingsdeleren bruges i utallige elektronik produkter og er et af de vigtigste delkredsløb i elektronik.
