Har du funderat på att förverkliga dina egna Arduino, ESP32- eller Raspberry Pi — aktuellt kortutbud; kontrollera exakt Raspberry Pi-modell, gränssnitt och tillbehörskompatibilitet-idéer? Lite kretsanalys hjälper dig säkert på vägen! Elektronik kan verka som ren magi, men med lite ansträngning och kretsteori utvecklar du snart ditt första elektronikprojekt!

Vad är då kretsanalys? Enkelt uttryckt är en krets en väg för elektronernas flöde. Elektronflödet betraktas som en elektrisk ström. Kretsanalys syftar till att förstå hur dessa elektroner kan undersökas, påverkas och användas. Därför är kretsanalys ett grundläggande verktyg inom elektroteknik. Det omfattar en grundläggande förståelse för Ohms lag och Kirchhoffs lagar.

Ohms lag

Ohms lag förklaras utförligt i denna blogg, så vi tar bara upp den kort här. Vi rekommenderar att du läser den artikeln för att få ordentlig koll på Ohms lag! Nu fortsätter vi med en kort beskrivning av lagen.

Ohms lag är en grundläggande princip inom fysiken som beskriver sambandet mellan elektrisk ström, spänning och resistans i en elektrisk krets.

Ohms lag säger att strömmen genom en ledare mellan två punkter är direkt proportionell mot spänningen mellan punkterna och omvänt proportionell mot ledarens resistans. Matematiskt kan Ohms lag uttryckas som i figur 1.

Figur 1: Ohms lag.

Spänningen, V, mäts i volt.

Strömmen, I, mäts i ampere

Resistansen, R, mäts i ohm

Se figur 2.

Figur 2: En tabell över enheterna i Ohms lag.
* Tabellen är ett utdrag ur bloggen om Ohms lag. Läs den artikeln för en djupare förståelse av Ohms lag!

Kirchhoffs lagar

Kirchhoffs lagar är två andra grundläggande principer inom kretsanalys. De beskriver ström respektive spänning i en elektrisk krets och används för att analysera och förstå kretsens beteende. Nedan går vi igenom dem en i taget.

1 - KCL

Kirchhoffs strömlag (KCL - Kirchhoff’s Current Law)

Denna lag säger att den totala strömmen in i en nod måste vara lika stor som den totala strömmen ut ur noden (nästa figur visar och förklarar en nod). Med andra ord är den algebraiska summan av alla strömmar i en nod noll när ingående och utgående strömmar har motsatta tecken.

För att förklara lagen används ofta en vattenanalogi. Mängden vatten som strömmar in i en förgreningspunkt är lika stor som mängden som strömmar ut. En nod illustreras i figur 3.

Figur 3: Illustration av Kirchhoffs strömlag (KCL - Kirchhoff’s Current Law). Figuren visar en del av en elektrisk krets. Strömmarna in i noden (röda) är lika stora som strömmarna ut ur noden (blå).

Tillbaka till vattenanalogin: Om vägarna för strömmarna I1, I2, I3, I4 och I5 är vattenrör möts strömmarna i noden. De röda strömmarna går mot noden och de blå bort från den. Den sammanlagda vattenmassan i de röda flödena måste vara lika stor som i de blå. Detta är principen bakom Kirchhoffs strömlag (KCL - Kirchhoff’s Current Law).

2 - KVL

Kirchhoffs spänningslag (KVL - Kirchhoff’s Voltage Law)

Denna lag säger att den totala spänningen runt en sluten slinga i en krets måste vara noll. En sluten slinga är en väg i en elektrisk krets som börjar och slutar i samma punkt.

Med andra ord är summan av alla spänningsfall i en sluten slinga lika med den totala spänningshöjningen i slingan.

Figur 4: En krets med en spänningskälla, V1, och 2 motstånd (sicksacksymbolerna visar R1 och R2). Kretsen bildar en sluten slinga som börjar och slutar i samma punkt, V1. Strömmen I:s värde och riktning runt kretsen visas i figurens mitt.

Figur 4 visar hur spänningsfallet runt den slutna slingan är lika med startspänningen från spänningskällan V1. Spänningen längs kretsens röda del är de ursprungliga 9 V från V1. Den gröna delen ligger på 5,4 V och den blå på 0 V.

Låt oss använda Ohms lag på varje del av kretsen med värdena i figur 5.  De tre delarna skiljs åt av spänningsfallen V2 och V3. Vi beräknar V2 och V3, och summan ska bli 9 V. Detta är tanken bakom Kirchhoffs spänningslag (KVL - Kirchhoff’s Voltage Law).

Figur 5: Beräkning av spänningsfallen i kretsen i figur 4

• I figur 5 definierar vi först kretsens värden
• Sedan beräknar vi spänningarna V2 och V3
• Slutligen summerar vi V2 och V3
  

Detta visar Kirchhoffs spänningslag (KVL - Kirchhoff’s Voltage Law).

Tillsammans ger Ohms lag och Kirchhoffs lagar effektiva verktyg för att analysera elektriska kretsar och ligger till grund för flera metoder för kretsanalys. Efter den här artikeln är du ett steg närmare att förverkliga dina elektronikdrömmar och projekt. Vi förstår nu kretsanalys bättre. Även om vi bara gått igenom några grunder är vi redo att lära oss ännu mer och få en bredare förståelse för elektronik.

Elektronik är en gränslös hobby: du kan alltid bli bättre och det finns alltid mer att lära. Om du vill fördjupa dig i kretsanalys finns fler metoder och principer, exempelvis Thévenin, Norton, maskanalys och nodanalys.

Vi har också en artikel om en mycket användbar delkrets: spänningsdelaren. Läs den! Spänningsdelare används i otaliga elektronikprodukter och är en av elektronikens viktigaste delkretsar.