Piiriteoriaa

Peruspiiriteoria luo pohjan yksinkertaisille laskurutiineille, joiden avulla monimutkaistenkin kytkentöjen salat aukenevat. Tarkoitus elektroniikan laskelmissa on yleensä yksinkertaistaa monimutkaisia asioita, jotta laskeminen olisi ylipäätään mahdollista. Tähän käytetään esimerkiksi yksinkertaistettuja piirimalleja, joista muutama esitellään kurssin aikana. Tietokoneet ja elektroniikan simulointiohjelmistot mahdollistavat tänä päivänä helpon, tietokoneavusteisen ratkaisun, mutta silti täytyy peruspiiriteoriasta tietää perusteet, jotta simuloinnit onnistuisivat muutenkin kuin arvaamalla.

Yleistä

SÄHKÖVIRTA: Sähkövirta on varattujen hiukkasten liikettä. Johteissa  varauksen kuljettajina ovat elektronit. Virta kulkee aina suljetun lenkin sähköisessä piirissä.

JÄNNITE: Jännite kuvaa varauksien potentiaalieroa sähkökentässä, kuten korkeus kuvaa massan potentiaalia maan gravitaatiokentässä. Jännite vaikuttaa aina joidenkin pisteiden välissä - esimerkiksi pistorasiasta voidaan mitata verkkojännite kahden koskettimen väliltä.

VASTUS: Jokaisessa sähköisessä piirissä on vastusta, resistanssia, joka vastustaa sähkövirran kulkua (vrt. putkessa virtaava vesi: mitä paksumpi putki, sitä pienempi vastus). Resistanssi on määritelty vastuksen yli olevan jännitteen ja sen läpi kulkevan virran suhteena. Vastuksen päiden välillä  on siis jännite, jos sen läpi kulkee virtaa.

Jännitteen (U), virran(I) ja resistanssin(R) yhdistää Ohmin laki:

	Vastuksen R yli vaikuttaa jännite U kun vastuksen läpi kulkee virta I

Jännitten, virran ja vastuksen suhdetta voidaan havainnollistaa vesianalogialla.

Laskuesimerkki Ohmin lain käytöstä
 

Jännite- ja virtalähteet

Piirin osaa, joka tuottaa jännitettä tai virtaa, kutsutaan lähteeksi (esim. paristo). Sitä osaa piiristä, jonka läpi lähteen tuottama virta kulkee, kutsutaan kuormitukseksi (esim. lamppu), tällöin kuluu myös tehoa (P).

Jännitelähteille on useita eri piirrosmerkkejä. Tasajännitelähteille on omat piirrosmerkkinsä ja vaihtojännitelähteille omansa. Lisäksi amerikkalinen merkintätapa eroaa eurooppalisesta. Muutamia yleisimmin käytettyjä merkintöjä on esitetty seuraavassa kuvassa.

Jännitelähteiden piirrosmerkkejä

Vaihtojännitelähteelle (kuten "pistorasialle") käytetään yleensä äärimmäisenä vasemmalla olevaa symbolia. Piirrosmerkissä palleron sisällä oleva mato kuvaa siniaaltoa. Tasajännitelähteelle (kuten paristo) voidaan taas käyttää toisena vasemmalla olevaa merkintää.

Ideaalinen eli vakiojännitelähde on lähde, jonka napajännite pysyy vakiona lähteeseen liitettävästä kuormituksesta huolimatta. Ideaalinen jännitelähde kykenee syöttämään minkälaista virtaa tahansa, jännitteen pysyessä halutussa arvossa.

Myös virtalähteille on useita piirrosmerkkejä, seuraavassa kuvassa muutama esimerkki.

Virtalähteiden piirrosmerkkejä

Ideaalinen eli vakiovirtalähde on lähde, jonka antama virta pysyy vakiona lähteeseen liitettävästä kuormituksesta huolimatta. Ideaalinen virtalähde kykenee syöttämään minkälaisia kuormia tahansa, virran pysyessä halutussa arvossa. Käytännön lähteet Käytännön lähteet eivät luonnollisesti ole ideaalisia. Sisäinen resistanssi R_s rajoittaa toimintaa. Vaikka sisäinen resistanssi saataisiinkin jollakin keinolla pois, ei äärettömän suurta jännitettä tai virtaa voida saada aikaiseksi.

Pariston sisäresistanssin mittaaminen