Virtapiirejä

Virtapiirejä ovat sähköisten komponenttien muodostamia verkostoja, joiden kautta sähkövirta voi kulkea ja joissa energia siirtyy tai varastoituu. Ne voivat olla yksinkertaisia, kuten paristo ja vastus, tai monimutkaisia, sisältäen useita komponentteja, kytkimiä ja signaalilinjoja.

Yleisimmät komponentit virtapiireissä ovat resistorit, kondensaattorit, kelat sekä jännite- tai virtalähteet. Aktiivisia komponentteja käytetään signaalin vahvistamiseen tai muokkaamiseen, tyypillisesti diodit ja transistorit. Virtapiirejä voidaan yhdistää sekä sarjaan että rinnakkain, ja monimutkaisissa verkoissa käytetään sekä solmupohjaista (nodal) että silmukka- (mesh) analyysiä. Tärkeimmät säännöt ovat Ohmin laki sekä Kirchhoffin lait, joiden avulla voidaan ratkaista jännitteet, virrat ja vastukset.

Virtapiirejä analysoidaan usein matemaattisesti jännitteen ja virran arvojen avulla tai käyttämällä simulaatioita, kuten SPICE-työkaluja. Fyysisesti virtapiirit voivat olla sekä analogisia että digitaalisia, ja niihin liittyy usein epälineaarisia ominaisuuksia sekä ajassa muuttuvia ilmiöitä, kuten reaktanssia ja epävarmuuksia komponenttien arvoissa.

Käytännössä virtapiirejä suunnitellaan ja tutkitaan kaikessa elektroniikassa ja sähkötekniikassa, pienistä laitteista suuriin tehojärjestelmiin. Ne muodostavat perustan laitteiden toiminnalle, signaalin käsittelylle, mittauksille sekä ohjaus- ja säätöjärjestelmille. Turvallisuudesta huolehditaan noudattamalla asianmukaisia käyttöturvallisuusohjeita ja eristämis- sekä suojatoimia suurjännitteisissä sovelluksissa.