Elektrisk og elektronisk kredsløb – definition, komponenter og AC/DC
Lær alt om elektrisk og elektronisk kredsløb: definition, nøglekomponenter, AC vs. DC, omformere og praktiske anvendelser for både begyndere og fagfolk.
Et kredsløb er en lukket vej af ledende materiale, som består af forskellige kredsløbskomponenter, hvor elektroner fra en spændings- eller strømkilde kan bevæge sig. Hvis kredsløbet alene indeholder passive komponenter som fx modstande, kondensatorer og spoler, omtales det ofte som et elektrisk kredsløb. Indeholder kredsløbet aktive halvlederkomponenter som fx en diode eller en transistor, kaldes det et elektronisk kredsløb. Elektroniske kredsløb kan således bestå af både elektriske og elektroniske komponenter, mens et rent elektrisk kredsløb typisk kun indeholder passive elektriske komponenter.
Komponenter i et kredsløb
- Spændings- eller strømkilde: Leverer energi til kredsløbet (fx batteri, netspænding eller generator).
- Modstand (resistor): Begrænser strømmen og omdanner elektrisk energi til varme. Enhed: ohm (Ω).
- Kondensator: Lagrer elektrisk ladning og kan filtrere eller koble vekselstrøm fra. Enhed: farad (F).
- Induktor (spole): Lagrer energi i et magnetfelt og modstår ændringer i strøm. Enhed: henry (H).
- Dioder og transistorer: Styrer strømmen i én retning eller fungerer som forstærkere og switcher i elektroniske kredsløb.
- Kontakter, sikringer og afbrydere: Sikrer og styrer til- og frakobling af strøm.
Kilde, retur og belastning
Det punkt, hvor elektronerne "kommer ind" i kredsløbet, er kilden (fx den negative pol på et batteri i konventionel elektronbehandling kan man også tale om spændingskilde og positiv/negativ terminal afhængigt af reference). Det punkt, hvor strømmen returnerer til kilden, kaldes retur eller jord (afhængigt af systemet). Den del af kredsløbet, som bruger energi fra kilden — fx en lampe, motor eller elektronik — kaldes belastningen. Belastningen kan være enkel (fx en husholdningsapparat som et køleskab, fjernsyn eller en lampe) eller meget kompleks (fx turbiner og generatorer på et vandkraftværk).
AC (vekselstrøm) og DC (jævnstrøm)
Kredsløb anvender to hovedtyper af elektrisk strøm:
- Vekselstrøm (AC): Strømmen skifter retning periodisk. AC bruges typisk til netforsyning og større motorer, og den leveres af kraftværker. AC har frekvens (fx 50 Hz i Europa) og kan transformeres til forskellige spændingsniveauer ved hjælp af transformatorer.
- Jævnstrøm (DC): Strømmen flyder i én retning. DC bruges i batteridrevne apparater, elektronik og visse transportformer som fx elbiler (køretøjer) og i elektroniske kredsløb (elektronik).
Der findes komponenter, der omformer mellem AC og DC: ensrettere og strømforsyninger konverterer AC til DC; invertere konverterer DC til AC. Ved højvolts strømtransmission og moderne kraftsystemer anvendes store omformere og invertere for effektiv transport og integration af fx vind- og solenergi.
Seriekobling, parallelkobling og grundlæggende love
- Seriekobling: Komponenter i serie har samme strøm, mens spændingsfaldene fordeles. Summen af spændingsfaldene er lig med kildens spænding.
- Parallelkobling: Komponenter i parallel deler samme spænding, mens strømmen fordeles mellem dem.
- Ohms lov: V = I·R (spænding = strøm · modstand) er grundlæggende for lineære kredsløb.
- Kirchhoffs love: Kirchhoffs spændingslov (KVL) siger, at summen af spændingsfaldene i en lukket sløjfe er nul. Kirchhoffs strømlov (KCL) siger, at summen af strømme ind i et knudepunkt er nul.
Måling, fejlfinding og sikkerhed
- Måleudstyr: Multimeter til måling af spænding, strøm og modstand. Oscilloskop til visning af tidsafhængige signaler. LCR-meter til kondensatorer og spoler.
- Fejlfinding: Kontrol af forbindelser, måling af spændingsniveauer, og isoleringstest kan hjælpe med at finde brud, kortslutninger eller defekte komponenter.
- Sikkerhed: Arbejd aldrig direkte på spændingsførende kredsløb uden korrekt uddannelse og værktøj. Brug sikringer, afbrydere og jordforbindelse, og vær opmærksom på risikoen ved højspænding og kortslutninger.
Anvendelser
Kredsløb findes i næsten alle teknologier: fra enkle lommelygter og lamper til komplekse styringssystemer i industrien, kraftværker og moderne elektronik. Forståelse af forskellen mellem AC og DC, og kendskab til de grundlæggende komponenter og love, er afgørende for design, analyse og sikker håndtering af elektriske og elektroniske systemer.
Elektronisk kredsløb
Elektroniske kredsløb anvender normalt jævnstrømskilder. Belastningen i et elektronisk kredsløb kan være så enkel som nogle få modstande, kondensatorer og en lampe, der alle er forbundet sammen for at skabe blitzen i et kamera. Eller et elektronisk kredsløb kan være kompliceret og forbinde tusindvis af modstande, kondensatorer og transistorer. Det kan være et integreret kredsløb, f.eks. en mikroprocessor i en computer.
Modstande og andre kredsløbselementer kan være forbundet i serie eller parallelt. Modstanden i seriekredsløb er summen af modstanden.
Et eksperimentelt elektronisk kredsløb
Kredsløbs- og ledningsdiagram
Et kredsløbs- eller ledningsdiagram er en visuel visning af et elektrisk kredsløb. Elektriske og elektroniske kredsløb kan være komplicerede. Ved at lave en tegning af forbindelserne til alle komponentdelene i kredsløbets belastning er det lettere at forstå, hvordan kredsløbskomponenterne er forbundet. Tegninger for elektroniske kredsløb kaldes "kredsløbsdiagrammer". Tegninger af elektriske kredsløb kaldes "ledningsdiagrammer". Ligesom andre diagrammer tegnes disse diagrammer normalt af tegnere og trykkes derefter. Diagrammer kan også udarbejdes digitalt ved hjælp af specialiseret software.
Et skema er et diagram over et elektrisk kredsløb. Skemaer er grafiske gengivelser af de væsentlige forbindelser i et kredsløb, men de er ikke naturtro gengivelser af et kredsløb. Skemaer anvender symboler til at repræsentere komponenter i kredsløbet. Der anvendes konventioner i et skema til at repræsentere den måde, hvorpå elektriciteten flyder. Den almindelige konvention, vi bruger, er fra den positive til den negative terminal. Den realistiske måde, hvorpå elektricitet strømmer, er fra den negative til den positive terminal.
I kredsløbsdiagrammer anvendes særlige symboler. Symbolerne på tegningerne viser, hvordan komponenter som modstande, kondensatorer, isolatorer, motorer, stikkontakter, lys, afbrydere og andre elektriske og elektroniske komponenter er forbundet med hinanden. Diagrammerne er en stor hjælp, når arbejdere forsøger at finde ud af, hvorfor et kredsløb ikke fungerer korrekt.
Afbrydere
Strømmen i et elektrisk eller elektronisk kredsløb kan pludselig stige, når en komponentdel svigter. Dette kan forårsage alvorlig skade på andre komponenter i kredsløbet eller skabe brandfare. For at beskytte sig mod dette kan en sikring eller en anordning, der kaldes en "afbryder", være forbundet til et kredsløb. Afbryderen åbner eller "afbryder" kredsløbet, når strømmen i det pågældende kredsløb bliver for høj, eller sikringen "springer". Dette giver beskyttelse.
Jordfejlsafbrydere (G.F.I.)
Standardreturen for elektriske og elektroniske kredsløb er jordforbindelsen. Når en elektrisk eller elektronisk enhed svigter, kan den åbne returkredsløbet til jordforbindelsen. Brugeren af enheden kan blive en del af enhedens elektriske kredsløb ved at give elektronerne en returvej gennem brugerens krop i stedet for gennem kredsløbets jordjord. Når vores krop bliver en del af et elektrisk kredsløb, kan brugeren blive udsat for alvorlige stød eller endog dø af elektrisk stød.
For at forebygge risikoen for elektrisk stød og muligheden for elektrochok registrerer jordfejlsafbrydere åbne kredsløb til jord i tilsluttede elektriske eller elektroniske apparater. Når der registreres en åben kredsløb til jord, åbner G.F.I.-anordningen straks spændingskilden til anordningen. G.F.I.-anordninger ligner afbrydere, men er beregnet til at beskytte mennesker snarere end kredsløbskomponenter.
Kortslutninger
Kortslutninger er kredsløb, der vender tilbage til strømkilden ubrugt eller med samme effekt som den, der blev udsendt. Ved brug af disse sprænger normalt en sikring, men nogle gange gør de det ikke. Hvis man gør dette med et batteri, kan det forårsage elektriske brande.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er et kredsløb?
A: Et kredsløb er en lukket bane, der består af kredsløbskomponenter, hvori elektroner fra en spændings- eller strømkilde kan strømme.
Spørgsmål: Hvad er de to typer kredsløb?
A: Elektriske kredsløb og elektroniske kredsløb. Elektriske kredsløb består af elektriske komponenter som modstande, kondensatorer og induktorer, mens elektroniske kredsløb består af elektroniske komponenter som dioder og transistorer.
Spørgsmål: Hvad kaldes det punkt, hvor elektroner går ind i et elektrisk kredsløb?
Svar: Det punkt, hvor elektronerne kommer ind i et elektrisk kredsløb, kaldes "kilden" til elektronerne.
Sp: Hvad kaldes det punkt, hvor elektroner forlader et elektrisk kredsløb, for?
Svar: Det punkt, hvor elektronerne forlader et elektrisk kredsløb, kaldes "returpunktet" eller "jordjord".
Spørgsmål: Hvilken del af et elektrisk kredsløb ligger mellem dets startpunkt og retur til kilden?
Svar: Den del af et elektrisk kredsløb, der ligger mellem elektronernes startpunkt og det punkt, hvor de vender tilbage til kilden, kaldes et elektrisk kredsløbs "belastning".
Sp: Hvilke to former for elektricitet anvendes i kredsløb?
Svar: I kredsløb anvendes to former for elektricitet - vekselstrøm (AC) og jævnstrøm (DC). Vekselstrøm driver ofte store apparater og motorer, mens jævnstrøm driver batteridrevne køretøjer og andre maskiner og elektronik.
Sp: Hvordan kan vekselstrøm omdannes til jævnstrøm og omvendt?
A Konvertere kan omdanne vekselstrøm til jævnstrøm og omvendt. Ved højspændingsligestrømsoverførsel anvendes store omformere.
Søge