การทำความเข้าใจกับพื้นฐานของอิเล็กทรอนิกส์หมายถึงการทำความเข้าใจวงจร วิธีทำงาน และวิธีคำนวณสิ่งต่างๆ เช่น ความต้านทานรวมรอบวงจรประเภทต่างๆ วงจรในโลกแห่งความจริงอาจซับซ้อน แต่คุณสามารถเข้าใจได้ด้วยความรู้พื้นฐานที่คุณได้รับจากวงจรที่เรียบง่ายกว่าและมีอุดมคติ
วงจรสองประเภทหลักคือแบบอนุกรมและแบบขนาน ในวงจรอนุกรม ส่วนประกอบทั้งหมด (เช่น ตัวต้านทาน) จะถูกจัดเรียงเป็นเส้นตรง โดยมีลวดเส้นเดียวประกอบเป็นวงจร วงจรขนานแยกออกเป็นหลายเส้นทางโดยมีส่วนประกอบอย่างน้อยหนึ่งส่วนในแต่ละเส้นทาง การคำนวณวงจรอนุกรมนั้นง่าย แต่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจความแตกต่างและวิธีการทำงานกับทั้งสองประเภท
พื้นฐานของวงจรไฟฟ้า
ไฟฟ้าไหลในวงจรเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง จำเป็นต้องมีการวนซ้ำทั้งหมดเพื่อให้บางสิ่งทำงานได้ หากคุณทำลายวงจรนั้นด้วยสวิตช์ พลังงานจะหยุดไหล และไฟของคุณ (เช่น) จะปิดลง คำจำกัดความของวงจรอย่างง่ายคือวงปิดของตัวนำที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ไปรอบๆ ได้ โดยปกติแล้วจะประกอบด้วยกำลัง แหล่งที่มา (เช่น แบตเตอรี่) และส่วนประกอบหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า (เช่น ตัวต้านทานหรือหลอดไฟ) และสายไฟ
คุณจะต้องเข้าใจคำศัพท์พื้นฐานบางอย่างเพื่อทำความเข้าใจว่าวงจรทำงานอย่างไร แต่คุณจะคุ้นเคยกับคำศัพท์ส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวัน
"ความต่างศักย์ไฟฟ้า" เป็นคำที่ใช้เรียกความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างสองตำแหน่งต่อหน่วยประจุ แบตเตอรี่ทำงานโดยสร้างความแตกต่างในศักยภาพระหว่างขั้วทั้งสอง ซึ่งช่วยให้กระแสไหลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งเมื่อเชื่อมต่อในวงจร ศักยภาพ ณ จุดหนึ่งคือแรงดันในทางเทคนิค แต่ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญในทางปฏิบัติ แบตเตอรี่ 5 โวลต์มีความต่างศักย์ 5 โวลต์ระหว่างขั้วทั้งสอง และ 1 โวลต์ = 1 จูลต่อคูลอมบ์
การเชื่อมต่อตัวนำ (เช่น สายไฟ) เข้ากับขั้วทั้งสองของแบตเตอรี่จะสร้างวงจร โดยมีกระแสไฟฟ้าไหลอยู่รอบๆ กระแสวัดเป็นแอมป์ ซึ่งหมายถึงคูลอมบ์ (ของประจุ) ต่อวินาที
ตัวนำใด ๆ จะมี "ความต้านทาน" ทางไฟฟ้าซึ่งหมายถึงการต่อต้านการไหลของกระแสของวัสดุ ความต้านทานวัดเป็นโอห์ม (Ω) และตัวนำที่มีความต้านทาน 1 โอห์มเชื่อมต่อผ่านแรงดันไฟฟ้า 1 โวลต์จะยอมให้กระแสไหล 1 แอมป์
ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านี้ถูกห่อหุ้มโดยกฎของโอห์ม:
วี=ไออาร์
กล่าวอีกนัยหนึ่งว่า "แรงดันเท่ากับกระแสคูณด้วยความต้านทาน"
ซีรีส์เทียบกับ วงจรขนาน
วงจรสองประเภทหลักมีความแตกต่างกันตามวิธีการจัดเรียงส่วนประกอบในวงจร
คำจำกัดความของวงจรอนุกรมอย่างง่ายคือ “วงจรที่มีส่วนประกอบเรียงกันเป็นเส้นตรง ดังนั้นกระแสทั้งหมดจะไหลผ่านแต่ละส่วนประกอบในทางกลับกัน” ถ้า คุณสร้างวงจรลูปพื้นฐานด้วยแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานสองตัว จากนั้นมีการเชื่อมต่อกลับไปที่แบตเตอรี่ ตัวต้านทานสองตัวจะอยู่ใน ชุด. ดังนั้นกระแสจะไปจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ โผล่ออกมาจากขั้วบวก) ไปที่ตัวต้านทานตัวแรก จากนั้นไปที่ตัวต้านทานตัวที่สองแล้วกลับไปที่ and แบตเตอรี่.
วงจรขนานนั้นแตกต่างกัน วงจรที่มีตัวต้านทานสองตัวขนานกันจะแบ่งออกเป็นสองแทร็ก โดยมีตัวต้านทานแต่ละตัว เมื่อกระแสถึงทางแยก ปริมาณกระแสที่เข้าสู่ทางแยกจะต้องออกจากทางแยกด้วย สิ่งนี้เรียกว่าการอนุรักษ์ประจุ หรือเฉพาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ กฎหมายปัจจุบันของ Kirchhoff หากเส้นทางทั้งสองมีความต้านทานเท่ากัน กระแสที่เท่ากันจะไหลลงมา ดังนั้นหากกระแส 6 แอมป์ถึงทางแยกที่มีความต้านทานเท่ากันทั้งสองเส้นทาง แต่ละทาง 3 แอมป์จะไหลลงมา จากนั้นเส้นทางจะเข้าร่วมอีกครั้งก่อนที่จะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่อีกครั้งเพื่อให้วงจรสมบูรณ์
การคำนวณความต้านทานสำหรับวงจรอนุกรม
การคำนวณความต้านทานรวมจากตัวต้านทานหลายตัวเน้นความแตกต่างระหว่างอนุกรมกับตัวต้านทาน วงจรขนาน สำหรับวงจรอนุกรม ความต้านทานรวม (Rรวม) เป็นเพียงผลรวมของแนวต้านแต่ละตัว ดังนั้น:
R_{total}=R_1 + R_2 + R_3 + ...
ความจริงที่ว่ามันเป็นวงจรอนุกรมหมายความว่าความต้านทานรวมบนเส้นทางเป็นเพียงผลรวมของความต้านทานแต่ละตัวบนนั้น
สำหรับปัญหาการปฏิบัติ ลองนึกภาพวงจรอนุกรมที่มีความต้านทานสามตัวR1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω และR3 = 6 Ω. คำนวณความต้านทานรวมในวงจร
นี่เป็นเพียงผลรวมของแนวต้านแต่ละตัว ดังนั้นวิธีแก้ไขคือ:
\begin{aligned} R_{total}&=R_1 + R_2 + R_3 \\ &=2 \; \โอเมก้า \; + 4 \; \โอเมก้า \; +6 \; \โอเมก้า \\ &=12 \; \โอเมก้า \end{จัดตำแหน่ง}
การคำนวณความต้านทานสำหรับวงจรขนาน
สำหรับวงจรขนาน การคำนวณของRรวม ซับซ้อนกว่าเล็กน้อย สูตรคือ:
{1 \above{2pt}R_{total}} = {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}
จำไว้ว่าสูตรนี้ให้ส่วนกลับของแนวต้าน (เช่น หารด้วยแนวต้าน) ดังนั้นคุณต้องหารหนึ่งด้วยคำตอบเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานทั้งหมด
ลองนึกภาพตัวต้านทานสามตัวที่เหมือนกันก่อนหน้านี้ถูกจัดเรียงแบบขนานแทน ความต้านทานรวมจะได้รับโดย:
\begin{aligned} {1 \above{2pt}R_{total}} &= {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}\\ &= {1 \above{2pt}2 \; Ω} + {1 \above{2pt}4 \; Ω} + {1 \above{2pt}6\; Ω}\\ &= {6 \above{2pt}12 \; Ω} + {3 \above{2pt}12 \; Ω} + {2 \above{2pt}12 \; Ω}\\ &= {11 \above{2pt}12Ω}\\ &= 0.917 \; Ω^{-1} \สิ้นสุด{จัดตำแหน่ง}
แต่นี่คือ 1 /Rรวมดังนั้นคำตอบคือ:
\begin{aligned} \ R_{total} &= {1 \above{2pt}0.917 \; Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \โอเมก้า \end{จัดตำแหน่ง}
วิธีแก้อนุกรมและวงจรรวมแบบขนาน
คุณสามารถแบ่งวงจรทั้งหมดออกเป็นวงจรอนุกรมและวงจรขนานได้ สาขาของวงจรขนานอาจมีสามองค์ประกอบในอนุกรม และวงจรอาจประกอบด้วยชุดของสามส่วนขนานกันและแตกแขนงเป็นแถว
การแก้ปัญหาเช่นนี้หมายถึงการแยกวงจรออกเป็นส่วนๆ และดำเนินการตามลำดับ ลองพิจารณาตัวอย่างง่ายๆ ที่มีสามกิ่งก้านบนวงจรขนาน แต่หนึ่งในกิ่งเหล่านั้นมีตัวต้านทานสามชุดต่ออยู่
เคล็ดลับในการแก้ปัญหาคือการรวมการคำนวณความต้านทานแบบอนุกรมเข้ากับค่าที่ใหญ่กว่าสำหรับวงจรทั้งหมด สำหรับวงจรขนาน คุณต้องใช้นิพจน์:
{1 \above{2pt}R_{total}} = {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}
แต่สาขาแรกR1จริง ๆ แล้วทำจากตัวต้านทานที่แตกต่างกันสามตัวในซีรีย์ ดังนั้นหากคุณโฟกัสไปที่สิ่งนี้ก่อน คุณจะรู้ว่า:
R_1=R_4 + R_5 + R_6
ลองนึกภาพว่าR4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω และR6 = 3 Ω. ความต้านทานรวมคือ:
\begin{aligned} R_1&=R_4 + R_5 + R_6 \\ &= 12 \; \โอเมก้า \; + 5 \; \โอเมก้า \; + 3 \; \โอเมก้า \\ &= 20 \; \โอเมก้า \end{จัดตำแหน่ง}
ด้วยผลลัพธ์นี้สำหรับสาขาแรก คุณสามารถไปยังปัญหาหลักได้ ด้วยตัวต้านทานตัวเดียวบนแต่ละเส้นทางที่เหลือ บอกว่า sayR2 = 40 Ω และR3 = 10 Ω. ตอนนี้คุณสามารถคำนวณ:
\begin{aligned} {1 \above{2pt}R_{total}} &= {1 \above{2pt}R_1} + {1 \above{2pt}R_2} + {1 \above{2pt}R_3}\\ &= {1 \above{2pt}20 \; Ω} + {1 \above{2pt}40 \; Ω} + {1 \above{2pt}10\; Ω}\\ &= {2 \above{2pt}40 \; Ω} + {1 \above{2pt}40 \; Ω} + {4 \above{2pt}40 \; Ω}\\ &= {7 \above{2pt}40 \; Ω}\\ &= 0.175 \; Ω^{-1} \สิ้นสุด{จัดตำแหน่ง}
นั่นหมายความว่า:
\begin{aligned} \ R_{total} &= {1 \above{2pt}0.175 \; Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \โอเมก้า \end{จัดตำแหน่ง}
การคำนวณอื่นๆ
ความต้านทานคำนวณได้ง่ายกว่าวงจรอนุกรมมากกว่าวงจรขนาน แต่ก็ไม่เสมอไป สมการความจุ (ค) ในวงจรอนุกรมและวงจรขนานนั้นโดยทั่วไปจะทำงานตรงกันข้าม สำหรับวงจรอนุกรม คุณมีสมการสำหรับส่วนกลับของความจุ คุณจึงคำนวณความจุรวม (ครวม) ด้วย:
{1 \above{2pt}C_{total}} = {1 \above{2pt}C_1} + {1 \above{2pt}C_2} + {1 \above{2pt}C_3} + ...
แล้วคุณต้องหารด้วยผลลัพธ์นี้เพื่อหาครวม.
สำหรับวงจรขนานคุณมีสมการที่ง่ายกว่า:
C_{total} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
อย่างไรก็ตาม แนวทางพื้นฐานในการแก้ปัญหาอนุกรมกับ วงจรขนานก็เหมือนกัน