วงจรไฟฟ้า

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
วงจรไฟฟ้าอย่างง่ายประกอบไปด้วยแหล่งจ่ายไฟและตัวต้านทาน ในวงจรนี้จะเห็นว่า V=iR ตามกฏของโอห์ม

วงจรไฟฟ้า (อังกฤษ: Electric Circuit) หมายถึง การเชื่อมต่อกันของอุปกรณ์ไฟฟ้าเช่น ตัวต้านทาน ตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุ แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า แหล่งจ่ายกระแสและ สวิตช์ ในรูปวงจรปิดทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าครบวงจร วงจรไฟฟ้าเชิงเส้น เป็นวงจรไฟฟ้าชนิดพิเศษที่ประกอบด้วยแหล่งจ่าย (แรงดันหรือกระแส), อุปกรณ์เชิงเส้นเป็นชิ้นเดี่ยว (ตัวต้านทาน, ตัวเหนี่ยวนำ, ตัวเก็บประจุ) และอุปกรณ์เชิงเส้นกระจาย(สายส่ง) มีคุณสมบัติที่สัญญาณสามารถทับซ้อนกันได้เป็นเส้นต่อเนื่อง วงจรนี้จึงง่ายต่อการวิเคราะห์ โดยใช้วิธีการโดเมนความถี่ที่มีประสิทธิภาพ เช่นการแปลงของลาปลาซ เพื่อตรวจสอบการตอบสนอง DC, การตอบสนอง AC และ การตอบสนองสัญญาณที่เกิดระยะสั้น

วงจรตัวต้านทาน เป็นวงจรที่มีแต่ตัวต้านทานเท่านั้น และแหล่งจ่ายกระแสและแรงดัน การวิเคราะห์วงจรตัวต้านทานมีความซับซ้อนน้อยกว่าการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้าที่ประกอบตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำ ถ้าแหล่งจ่ายมีค่า (DC) คงที่ ผลที่ได้คือวงจร DC

วงจรที่มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่า วงจรอิเล็กทรอนิกส์ มักจะไม่เป็นเชิงเส้น และต้องมี การออกแบบและเครื่องมือในการวิเคราะห์ที่ซับซ้อนมากขึ้น

การจัดหมวดหมู่[แก้]

โดยการเป็นพาสซีฟ[แก้]

วงจรแอคทีฟเป็นวงจรที่ประกอบด้วยอย่างน้อยหนึ่งแหล่งจ่ายแอคทีพ เช่นแหล่งจ่าย แรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายกระแส (อุปกรณ์แอคทีฟคืออุปกรณ์ที่ต้องมีไฟเลี้ยงจึงจะทำงานได้ เช่นทรานซิสเตอร์ ไดโอด ฯลฯ)

วงจรพาสซีฟเป็นวงจรที่ไม่มีอุปกรณ์แอคทีฟใดๆ มีแต่อุปกรณ์พาสซีฟ(อุปกรณ์ที่ไม่มีไฟเลี้ยง ก็สามารถทำงานได้เช่นตัวนำ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ)

โดยเชิงเส้น[แก้]

วงจร เชิงเส้นเป็นวงจรซึ่งประกอบด้วยแหล่งจ่ายที่เป็นอิสระ แหล่งจ่ายไม่อิสระแต่เป็นเชิงเส้น และอุปกรณ์ที่เป็นพาสซีฟเชิงเส้นหรือรวมกันทั้งสองอย่าง (วงจรจะเรียกว่าเป็นเชิงเส้น ถ้ามัน เป็นไปตามหลักการของความเป็นเนื้อเดียวกันและซ้อนกัน) นอกนั้นจะเรียกว่าเครือข่ายที่ไม่ใช่เชิงเส้น

การจำแนกประเภทของแหล่งจ่าย[แก้]

แหล่งจ่ายสามารถแบ่งเป็น แหล่งจ่ายอิสระและแหล่งจ่ายไม่อิสระ

แหล่งจ่ายอิสระ[แก้]

แหล่งจ่ายอิสระในอุดมคติจะรักษาระดับแรงดันหรือกระแสไว้เท่าเดิม โดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบอื่นๆในวงจร ระดับของแรงดันหรือกระแสเป็นได้ทั้ง คงที่(DC) หรือ ซายน์ (AC) ความแข็งแรงของแรงดันไฟฟ้าหรือกระแส จะไม่เปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของโหลดใด ๆ

แหล่งจ่ายไม่อิสระ[แก้]

แหล่งจ่ายไม่อิสระจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเฉพาะของวงจรสำหรับการส่งมอบกำลังไฟฟ้าหรือ แรงดันไฟฟ้า หรือกระแส ขึ้นอยู่กับชนิดของแหล่งมันเป็น

กฎของไฟฟ้า[แก้]

กฎของไฟฟ้ามีเป็นจำนวนมากที่นำไปใช้กับทุกวงจรไฟฟ้า ได้แก่ :

  • กฎกระแสของ Kirchhoff : ผลรวมของกระแสทั้งหมดที่เข้าโหนดจะมีค่าเท่ากับผลรวมของ กระแสทั้งหมดที่ออกจากโหนด
  • กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff : ผลรวมโดยตรงของความต่างศักย์ไฟฟ้ารอบวงจรต้องเป็นศูนย์
  • กฎของโอห์ม : แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะมีค่าเท่ากับผลคูณของความต้านทานและกระแสที่ไหลผ่านตัวมัน
  • ทฤษฎีบทของนอร์ตัน : วงจรของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายกระแสและตัวต้านทาน ใดๆมีความหมายทางไฟฟ้าเทียบเท่ากับแหล่งจ่ายกระแสหนึ่งแหล่งต่อแบบคู่ขนานกับตัวต้านทานตัวเดียว
  • ทฤษฎีบทของเทเวนิน : วงจรของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหรือแหล่งจ่ายกระแสและตัวต้านทานใดๆมีความหมายทางไฟฟ้าเทียบเท่ากับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าหนึ่งแหล่งต่อซีรีส์กับความต้านทานตัวเดียว
  • ทฤษฎีบทการทับซ้อน : ในวงจรเชิงเส้นที่มีแหล่งจ่ายอิสระหลายแหล่ง การตอบสนองต่อสาขาใดสาขาหนึ่ง, เมื่อแหล่งจ่ายทั้งหมดทำหน้าที่พร้อมกัน, จะมีค่าเท่ากับผลรวมเชิงเส้นของแต่ละการตอบสนองนั้น การคำนวณได้จากการพูดคุยของแหล่งจ่ายอิสระทีละแหล่ง

วิธีการออกแบบ[แก้]

การวิเคราะห์วงจรเชิงเส้น
องค์ประกอบไฟฟ้า

ResistanceCapacitor button.svgInductor button.svgReactanceImpedanceVoltage button.svg
ConductanceElastance button.svgBlank button.svgSusceptance button.svgAdmittance button.svgCurrent button.svg

อุปกรณ์ไฟฟ้า

Resistor button.svg Capacitor button.svg Inductor button.svg Ohm's law button.svg

วงจรอนุกรมและขนาน

Series resistor button.svgParallel resistor button.svgSeries capacitor button.svgParallel capacitor button.svgSeries inductor button.svgParallel inductor button.svg

Impedance transforms

Y-Δ transform Δ-Y transform star-polygon transforms Dual button.svg

Generator theorems Network theorems

Thevenin button.svgNorton button.svgMillman button.svg

KCL button.svgKVL button.svgTellegen button.svg

Network analysis methods

KCL button.svg KVL button.svg Superposition button.svg

Two-port parameters

z-parametersy-parametersh-parametersg-parametersAbcd-parameter button.svgS-parameters


การออกแบบวงจรไฟฟ้าใดๆ ทั้งอนาล็อกหรือดิจิตอล, วิศวกรไฟฟ้าจะต้องสามารถที่จะทำนาย แรงดันไฟฟ้าและกระแสที่ทุกสถานที่ภายในวงจร วงจรเชิงเส้นเป็นวงจรที่มีความถี่ที่อินพุทเท่ากับความถี่ที่เอาต์พุต สามารถวิเคราะห์ได้ด้วยมือโดยใช้ทฤษฎีจำนวนซับซ้อน วงจรอื่นๆจะสามารถวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมซอฟต์แวร์พิเศษหรือเทคนิคการประมาณค่าเช่นรูปแบบ piecewise-linear เท่านั้น

ซอฟต์แวร์การจำลองวงจร เช่น HSPICE และภาษาเช่น VHDL-AMS และ Verilog-AMS ช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบวงจรโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย เวลา และความเสี่ยงของความผิดพลาดที่เกี่ยวข้องในการสร้างต้นแบบวงจร

  • ดูเพิ่มเติม Network analysis (electrical circuits).

กฎที่ซับซ้อนมากขึ้นอื่นๆอาจจำเป็นถ้าวงจรประกอบด้วยอุปกรณ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นหรืออุปกรณ์ปฏิกิริยา ระบบ heterodyning ปฏิรูปด้วยตนเองที่ไม่ใช่เชิงเส้นสามารถจะประมาณได้ การประยุกต์ใช้กฎเหล่านี้ให้ผลลัพธ์ในชุดของสมการที่จะสามารถแก้ไขได้ทั้งพีชคณิตหรือตัวเลขไปพร้อมกัน

ซอฟต์แวร์การจำลองวงจร[แก้]

วงจรที่ซับซ้อนมากสามารถวิเคราะห์เป็นตัวเลขด้วยซอฟต์แวร์เช่น SPICE หรือ GNUCAP หรือ แบบสัญลักษณ์โดยการใช้ซอฟต์แวร์ เช่น SapWin

Linearization รอบจุดปฏิบัติการ[แก้]

เมื่อต้องเผชิญกับวงจรใหม่, สิ่งแรก ซอฟแวร์จะพยายามที่จะหาคำตอบของสภาวะที่มั่นคง นั่นคือ อันที่ทำให้โหนดทั้งหมดเป็นไปตามกฎของกระแสและแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมของ Kirchhoff และผ่านแต่ละองค์ประกอบของวงจรที่สอดคล้องกับสมการแรงดัน/กระแสที่ควบคุมองค์ประกอบนั้น

เมื่อสามารถหาคำตอบของสภาวะที่มั่นคงได้แล้ว ก็จะสามารถหาจุดปฏิบัติการของแต่ละองค์ประกอบในวงจรพบด้วย สำหรับการวิเคราะห์สัญญาณขนาดเล็ก ทุกองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น สามารถทำเป็นเชิงเส้นรอบจุดการดำเนินงานเพื่อการประมาณการของสัญญาณขนาดเล็กของแรงดันไฟฟ้าและกระแส นี่คือการประยุกต์ใช้กฎของโอห์ม เมทริกซ์วงจรเชิงเส้นที่ได้รับจะ สามารถแก้ปัญหาได้ด้วยการกำจัดแบบเกาส์

การประมาณการแบบ Piecewise-linear[แก้]

ซอฟต์แวร์เช่น PLECS อินเตอร์เฟซกับ Simulink จะใช้การประมาณแบบ Piecewise-linear ของสมการที่ควบคุมองค์ประกอบของวงจร วงจรจะถูกถือว่าเป็นเครือข่ายเชิงเส้นอย่างสมบูรณ์ของไดโอดในอุดมคติ ทุกครั้งที่ไดโอดสวิทช์จากเปิดเป็นปิดหรือในทางกลับกัน คอนฟิกของเครือข่ายเชิงเส้นจะเปลี่ยน การเพิ่มรายละเอียดมากขึ้นในการประมาณของสมการจะไปเพิ่ม ความถูกต้องของการจำลอง แต่ก็เพิ่มเวลาการทำงานของมันด้วย

ดูเพิ่ม[แก้]

  • Bridge circuit
  • Digital circuit
  • Circuit diagram
  • Circuit theory
  • Diode bridge
  • Quiescent current
  • กราวด์ (ไฟฟ้า)
  • Hydraulic analogy
  • Impedance
  • Load
  • Mathematical methods in electronics
  • เมมริสเตอร์
  • Netlist
  • Network analyzer (electrical)
  • Network analyzer (AC power)
  • Open-circuit voltage
  • LC circuit
  • RC circuit
  • RL circuit
  • RLC circuit
  • Lumped element model and distributed element model
  • Potential divider
  • Prototype filter
  • Schematic
  • Series and parallel circuits
  • Short circuit
  • Superposition theorem
  • Topology (electronics)
  • Continuity test
  • Voltage drop
  • Mesh analysis
Wikibooks
วิกิตำรา มีคู่มือ ตำรา หรือวิธีการเกี่ยวกับ:
ทฤษฎีวงจรไฟฟ้า