Áramkör

Kapcsolókból és ellenállásokból álló áramkör, amelyben a kapcsolók állásától függően soros, párhuzamos kapcsolás vagy rövidzárlat hozható létre.

Az áramkör olyan összekapcsolt villamos elemek rendszere, amelyben egy áramforrás elektromos töltéshordozókat – fémes vezetőkben elektronokat – hajt át a vezető anyagokon és fogyasztókon. Tartós elektromos áram csak zárt áramkörben jöhet létre. Az áramkör nyitása és zárása rendszerint kapcsolóval történik, amely a vezető szakaszt megszakítja vagy fémes összeköttetést hoz létre.

A fémes vezetőkben az elektronok az áramforrás negatív pólusa felől a pozitív felé áramlanak; ezt nevezzük fizikai áramiránynak. A villamosságtan történetében azonban korábban — az elektron felfedezése előtt — az áram irányát ellenkezőleg jelölték ki; ezt a ma is széles körben használt, hagyományos irányt technikai áramiránynak nevezzük (pozitív pólustól a negatív felé).

Az áramkörök működése lehet egyenáramú (DC) vagy váltakozó áramú (AC). A modern elektronikában ezen belül megkülönböztetünk analóg, digitális és modulált jelű áramköröket is, attól függően, hogy a bennük folyó feszültségek és áramok folytonosak, logikai szintekre kvantáltak vagy időben változó, információt hordozó jelalakokkal rendelkeznek.

Áramköri elemek

Az áramkörökben számos elem található. Az áramot a forrás biztosítja, ilyen lehet például egy szárazelem (ceruzaelem, galvánelem és egyéb típusok), a hálózati feszültség (Magyarországon 230 V váltakozó feszültség), különféle transzformált váltakozó feszültségek, illetve egyenirányítóval létrehozott egyenáramú források.

Minden áramkörben szükség van fogyasztóra is. Ezek egyszerűsítve ellenállással modellezhetők, mivel az árammal szemben elektromos ellenállást fejtenek ki. Tipikus fogyasztók: elektromos motorok, tekercsek (elektromágnesek), izzólámpák, LED-ek és más, működésükhöz áramot igénylő eszközök.

Egyszerű példakör

Az ábrán egy egyszerű áramkör látható, amely egy ceruzaelemből (U = 1,5 V), és egy fogyasztóból (R₁ = 1 kΩ = 1000 Ω) áll.

Innen kiszámolható az áramkörben folyó áram erőssége:

$I={\frac {U}{R}}={\frac {1.5\,V}{1000\,\Omega }}=0.0015\,A=1.5\,mA$

Az áramkör teljesítménye pedig:

$P=U\cdot I=1.5\,V\cdot 0.0015\,A=0.00225\,W=2.25\,mW$

Az áramkörökben nem csupán fogyasztók, hanem különféle vezérlő és szabályzó elemek is működnek, amelyek az áram útját, irányát, időbeli lefolyását és dinamikáját határozzák meg. A kapcsoló mechanikus érintkezők segítségével szakítja meg vagy zárja össze a vezető szakaszt, így alapvető szerepet játszik az áramkör működtetésében. A diódák félvezető p-n átmenetük révén csak egy irányban engedik át az áramot, ezért elengedhetetlenek az egyenirányításban és a visszahatások megakadályozásában. A tranzisztorok – működésüktől függően – elektronikus kapcsolóként vagy jelerősítőként szolgálnak, így a digitális és az analóg elektronika alapvető aktív elemei. A kondenzátorok elektromos töltést tárolnak, ezért meghatározzák az áramkör időállandóit, és alkalmasak szűrésre, jelalak-formálásra vagy energiaeltárolásra. A tekercsek (induktivitások) mágneses térben tárolnak energiát, az áram gyors változását akadályozzák, és a szűrő- valamint transzformációs folyamatok meghatározó elemei. A különféle védelmi eszközök – például varisztorok, biztosítékok vagy hőfüggő PTC-ellenállások – a túlfeszültségek és túláramok korlátozásával a rendszer biztonságos működését biztosítják. Ezen komponensek együttese és kölcsönhatása határozza meg a valós áramkörök tényleges viselkedését és megbízhatóságát.

Integrált áramkör

Integrált áramkör

Az integrált áramkör (IC) olyan miniatürizált, félvezető alapú elektronikai egység, amelyben tranzisztorok, diódák, ellenállások, kondenzátorok és egyéb áramköri struktúrák egyetlen szilíciumlapkán, fotolitográfiai eljárásokkal kialakítottan, nagy sűrűségben helyezkednek el. Működésük fizikája megegyezik a diszkrét alkatrészekével, ám a méretcsökkenés miatt az elektromos paraméterek – például a kapcsolási sebesség, a fogyasztás, a zajviszonyok és a hőterhelés – jelentősen javulnak, illetve a parazita hatások is másképp érvényesülnek. Az integrált áramkörök a legegyszerűbb analóg erősítőktől és logikai kapuktól egészen a mikroprocesszorok milliárdszámú tranzisztort tartalmazó struktúrájáig terjednek, és a modern elektronika szinte minden területén alapvető szerepet töltenek be.

Nyomtatott áramkör

Nyomtatott áramköri kártya (NyÁK)

A nyomtatott áramkör (PCB, magyarul NyÁK) olyan szigetelő hordozóra felvitt, rézfóliából kimaratott vezetősávok rendszere, amely az áramköri elemek mechanikai rögzítését és elektromos összekapcsolását biztosítja. A vezetősávok geometriai kialakítása, szélessége, vastagsága és egymástól mért távolsága meghatározza az egyes vezetékek ellenállását, induktivitását és kapacitív csatolását, így a NyÁK maga is az áramkör részeként viselkedik, különösen nagyfrekvenciás vagy nagy áramú alkalmazásokban. A több rétegű, impedancia-vezérelt, árnyékolt vagy differenciális jelvezetést alkalmazó nyomtatott áramkörök a korszerű elektronika alapvető infrastruktúráját jelentik, lehetővé téve a nagy integráltságú, stabil és elektromágnesesen kompatibilis rendszerek megvalósítását.

Tulajdonságok

A képen az áramkör leírására, lerajzolására szolgáló jelek láthatóak. Ezekből a jelekből áll össze a kapcsolási rajz

1. Kirchhoff-törvények
2. Ohm törvénye

Források

• Holics László: Fizika 1-2., Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1986, ISBN 963-10-7148-0