ทฤษฎีวงจร Dc

DC คืออะไร?

ในโรงเรียนประถมเราได้เรียนรู้ว่าทุกสิ่งสร้างขึ้นโดยอะตอม นี่คือผลคูณจากอนุภาคสามชนิด ได้แก่ อิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอน ตามชื่อที่แนะนำว่านิวตรอนไม่มีประจุใด ๆ ในขณะที่โปรตอนเป็นบวกและอิเล็กตรอนเป็นลบ

ในอะตอมอิเล็กตรอนโปรตอนและนิวตรอนจะอยู่รวมกันในรูปแบบที่เสถียร แต่ถ้าโดยกระบวนการภายนอกใด ๆ อิเล็กตรอนจะถูกแยกออกจากอะตอมพวกเขาจะต้องการที่จะไปอยู่ในตำแหน่งก่อนหน้าเสมอดังนั้นมันจะสร้างแรงดึงดูดต่อโปรตอน ถ้าเราใช้อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้และดันเข้าไปภายในตัวนำซึ่งเป็นวงจรแรงดึงดูดที่อาจเกิดขึ้นจะก่อให้เกิดความต่างศักย์

ถ้าการไหลของอิเล็กตรอนไม่เปลี่ยนเส้นทางและอยู่ในกระแสทิศทางเดียวหรือการเคลื่อนที่ภายในวงจรจะเรียกว่า DC หรือ Direct Current DC Voltage เป็นแหล่งจ่ายแรงดันคงที่

ในกรณีของกระแสตรงขั้วจะไม่ย้อนกลับหรือเปลี่ยนแปลงตามเวลาในขณะที่การไหลของกระแสอาจเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา

ตามความเป็นจริงไม่มีสภาพสมบูรณ์ ในกรณีของวงจรที่มีอิเล็กตรอนอิสระไหลก็เป็นจริงเช่นกัน อิเล็กตรอนอิสระเหล่านั้นไม่ได้ไหลอย่างอิสระเนื่องจากวัสดุนำไฟฟ้าไม่สมบูรณ์ที่จะปล่อยให้อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระ มันต่อต้านการไหลของอิเล็กตรอนโดยกฎข้อ จำกัด บางประการ สำหรับปัญหานี้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ / ไฟฟ้าทุกตัวประกอบด้วยปริมาณพื้นฐานของแต่ละบุคคลซึ่งเรียกว่า VI R

• แรงดันไฟฟ้า (V)
• ปัจจุบัน (I)
• และความต้านทาน (R)

ทั้งสามสิ่งนี้เป็นปริมาณพื้นฐานขั้นพื้นฐานซึ่งปรากฏเกือบทุกกรณีเมื่อเราเห็นหรืออธิบายบางสิ่งหรือทำบางสิ่งที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ ทั้งสองมีความสัมพันธ์กันอย่างดี แต่ได้แสดงถึงสามสิ่งที่แยกจากกันในวิชาอิเล็กทรอนิกส์หรือความรู้พื้นฐานด้านไฟฟ้า

ปัจจุบันคืออะไร?

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้อิเล็กตรอนที่แยกจากกันอิสระจะไหลภายในวงจร การไหลของอิเล็กตรอน (ชาร์จ) นี้จะเรียกว่าเป็นปัจจุบัน เมื่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้ในวงจรอนุภาคที่มีประจุลบจะไหลอย่างต่อเนื่องในอัตราที่สม่ำเสมอ กระแสนี้วัดเป็นแอมแปร์ตามหน่วย SIและแสดงเป็นIหรือi เป็นต่อหน่วยนี้1 แอมแปร์คือปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ดำเนินการใน 1 วินาที หน่วยฐานของประจุคือคูลอมบ์

1A คือประจุไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ที่อยู่ในวงจรหรือตัวนำใน 1 วินาที สูตรก็คือ

1A = 1 C / S

โดยที่ C แสดงว่าคูลอมบ์และ S เป็นอันดับสอง

ในสถานการณ์จริงอิเล็กตรอนจะไหลจากแหล่งที่เป็นลบไปยังแหล่งที่เป็นบวกของแหล่งจ่ายไฟ แต่เพื่อความเข้าใจเกี่ยวกับวงจรที่ดีขึ้นจะถือว่ากระแสไฟฟ้าไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ

ในแผนภาพวงจรบางอันเรามักจะเห็นว่าลูกศรสองสามตัวที่มี I หรือ i ชี้ไปที่การไหลของกระแสซึ่งเป็นการไหลแบบเดิมของกระแส เราจะเห็นการใช้กระแสไฟฟ้าบนแผงสวิตช์ผนังเป็น "พิกัดสูงสุด 10 แอมป์ " หรือในเครื่องชาร์จโทรศัพท์ "กระแสไฟสูงสุดคือ 1 แอมแปร์ " เป็นต้น

กระแสยังใช้เป็นคำนำหน้าโดยมีค่าย่อยหลายกิโลแอมป์ (10 ³ V) มิลลิแอมป์ (10 ^-3 A) ไมโครแอมป์ (10 ^-6 A) นาโนแอมป์ (10 ^-9 A) เป็นต้น

แรงดันไฟฟ้าคืออะไร?

แรงดันไฟฟ้าคือความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของวงจร จะแจ้งพลังงานศักย์ที่จัดเก็บเป็นประจุไฟฟ้าในจุดจ่ายไฟฟ้า เราสามารถแสดงหรือวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสองจุดใด ๆ ในโหนดวงจรทางแยก ฯลฯ

ความแตกต่างระหว่างจุดสองจุดเรียกว่าเป็นความต่าง ศักย์หรือแรงดันตก

แรงดันตกหรือความต่างศักย์นี้วัดเป็นโวลต์โดยมีสัญลักษณ์ V หรือ v แรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมหมายถึงความจุที่มากขึ้นและการกักเก็บประจุได้มากกว่า

ตามที่อธิบายไว้ก่อนแหล่งกำเนิดแรงดันคงที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง หากแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ๆ ตามเวลาแสดงว่าเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับหรือกระแสสลับ

หนึ่งโวลต์โดยความหมายของการใช้พลังงานของหนึ่งจูลต่อค่าใช้จ่ายไฟฟ้าของหนึ่งคูลอมบ์ความสัมพันธ์เป็นไปตามที่อธิบายไว้

V = พลังงานที่อาจเกิดขึ้น / ประจุ หรือ 1V = 1 J / C

โดยที่ J แสดงเป็น Joule และ C คือคูลอมบ์

แรงดันไฟฟ้าตกหนึ่งโวลต์เกิดขึ้นเมื่อกระแส 1 แอมป์ไหลผ่านความต้านทาน 1 โอห์ม

1V = 1A / 1R

โดยที่ A คือ Ampere และ R คือความต้านทานเป็นโอห์ม

แรงดันไฟฟ้ายังใช้เป็นคำนำหน้าด้วย sub-multiple เช่น Kilovolt (10 ³ V), milivolt (10 ^-3 V), micro-volt (10 ^-6 V), nano-volt (10 ^-9 V) เป็นต้นแรงดันไฟฟ้าก็เช่นกัน แสดงเป็นแรงดันลบและแรงดันไฟฟ้าบวก

มักพบแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในร้านบ้าน ในอินเดียคือ 220V AC ในสหรัฐอเมริกาเป็น 110V AC เป็นต้นเราสามารถรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้โดยการแปลง AC นี้เป็น DC หรือจากแบตเตอรี่แผงโซลาร์เซลล์หน่วยจ่ายไฟต่างๆตลอดจนที่ชาร์จโทรศัพท์ เรายังสามารถแปลง DC เป็น AC โดยใช้อินเวอร์เตอร์

เป็นสิ่งสำคัญมากที่ต้องจำไว้ว่าแรงดันไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีกระแสไฟฟ้าเนื่องจากเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดหรือความต่างศักย์ แต่กระแสไม่สามารถไหลได้โดยไม่มีความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสองจุด

ความต้านทานคืออะไร?

เช่นเดียวกับในโลกนี้ไม่มีสิ่งใดในอุดมคติวัสดุทุกชนิดมีคุณสมบัติที่แน่นอนในการต้านทานการไหลของอิเล็กตรอนเมื่อผ่านจากมัน ความจุของต้านทานของวัสดุคือความต้านทานซึ่งเป็นวัดในโอห์ม (Ω) หรือ โอเมก้าเช่นเดียวกับกระแสและแรงดันความต้านทานยังมีคำนำหน้าสำหรับ sub-multiple เช่น Kilo-ohms (10 ³ Ω) mili-ohms (10 ^-3 Ω) mega-ohms (10 ⁶ Ω) เป็นต้นความต้านทานไม่สามารถวัดได้ ในเชิงลบ; มันเป็นเพียงค่าบวกเท่านั้น

ความต้านทานจะแจ้งว่าวัสดุที่กระแสไหลผ่านเป็นตัวนำที่ดีหมายถึงความต้านทานต่ำหรือตัวนำที่ไม่ดีหมายถึงความต้านทานสูง 1 Ωเป็นความต้านทานที่ต่ำมากเมื่อเทียบกับ 1M Ω

ดังนั้นจึงมีวัสดุที่มีความต้านทานต่ำมากและเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี เช่นทองแดงทองเงินอลูมิเนียมเป็นต้นในทางกลับกันมีวัสดุหลายชนิดที่มีความต้านทานสูงมากจึงเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดีเช่นแก้วไม้พลาสติกและเนื่องจากความต้านทานสูงและความสามารถในการนำไฟฟ้าที่ไม่ดี ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับฉนวนกันความร้อนเป็นฉนวน

นอกจากนี้ชนิดพิเศษของวัสดุใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับความสามารถพิเศษในการเป็นตัวนำไฟฟ้าระหว่างที่ไม่ดีและเป็นตัวนำที่ดีมันเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชื่อมีความหมายของมันธรรมชาติกึ่งตัวนำทรานซิสเตอร์ไดโอดวงจรรวมทำโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ เจอร์เมเนียมและซิลิกอนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนนี้

ตามที่กล่าวไว้ก่อนความต้านทานจะไม่สามารถติดลบได้ แต่ความต้านทานมีสองส่วนเฉพาะส่วนหนึ่งอยู่ในส่วนเชิงเส้นและอีกส่วนอยู่ในส่วนที่ไม่ใช่ซับ เราสามารถใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับขอบเขตเฉพาะเพื่อคำนวณความสามารถในการต้านทานของความต้านทานเชิงเส้นนี้ในทางกลับกันความต้านทานแบบแบ่งส่วนที่ไม่ใช่เชิงเส้นไม่มีคำจำกัดความหรือความสัมพันธ์ที่เหมาะสมระหว่างแรงดันและการไหลของกระแสระหว่างตัวต้านทานนี้

กฎของโอห์มและความสัมพันธ์ VI:

Georg Simon Ohm หรือที่เรียกว่า Georg Ohm เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันพบความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างแรงดันไฟฟ้าความต้านทานและกระแสไฟฟ้า ความสัมพันธ์นี้เรียกว่ากฎของโอห์ม

ในการค้นพบของเขาระบุว่ากระแสที่ไหลผ่านตัวนำนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม ถ้าเราแปลงการค้นพบนี้เป็นการสร้างทางคณิตศาสตร์เราจะเห็นสิ่งนั้น

กระแส (แอมแปร์) = แรงดัน / ความต้านทาน I (แอมแปร์) = V / R

ถ้าเราทราบค่าใดค่าหนึ่งจากสองค่าจากทั้งสามเอนทิตีเราจะพบค่าที่สาม

จากสูตรข้างต้นเราจะพบทั้งสามเอนทิตีและสูตรจะเป็น: -

แรงดันไฟฟ้า	V = ฉัน x R	เอาต์พุตจะเป็นแรงดันไฟฟ้าเป็นโวลต์ (V)
ปัจจุบัน	ฉัน = V / R	เอาต์พุตจะเป็นกระแสเป็นแอมแปร์ (A)
ความต้านทาน	R = V / ฉัน	เอาต์พุตจะมีความต้านทานเป็นโอห์ม (Ω)

มาดูความแตกต่างของสามตัวนี้โดยใช้วงจรที่โหลดเป็นความต้านทานและ Am-meter ใช้ในการวัดกระแสและโวลต์มิเตอร์ใช้ในการวัดแรงดันไฟฟ้า

ในภาพด้านบนแอมป์มิเตอร์เชื่อมต่อแบบอนุกรมและให้กระแสไฟฟ้าไปยังโหลดตัวต้านทานในทางกลับกันโวลต์มิเตอร์ที่เชื่อมต่อผ่านแหล่งที่มาเพื่อวัดแรงดันไฟฟ้า

สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าแอมป์มิเตอร์จะต้องมีความต้านทาน 0 เนื่องจากควรให้ความต้านทาน 0 กับกระแสที่ไหลผ่านและเพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้นแอมป์มิเตอร์ 0 โอห์มในอุดมคติจะเชื่อมต่อเป็นอนุกรม แต่เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าคือความต่างศักย์ จากสองโหนดโวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อแบบขนาน

หากเราเปลี่ยนกระแสของแหล่งจ่ายแรงดันหรือแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันหรือความต้านทานโหลดข้ามแหล่งที่มาเป็นเส้นตรงแล้ววัดหน่วยเราจะให้ผลลัพธ์ด้านล่าง:

ในกราฟนี้ถ้า R = 1 กระแสและแรงดันจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน V = I x 1 หรือ V = I ดังนั้นหากความต้านทานได้รับการแก้ไขแล้วแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามกระแสหรือในทางกลับกัน

Power คืออะไร?

กำลังไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นหรือใช้พลังงานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือไฟฟ้าระดับพลังงานจะถูกใช้เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณพลังงานที่วงจรใช้เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่เหมาะสม

ตามกฎของธรรมชาติพลังงานไม่สามารถถูกทำลายได้ แต่สามารถถ่ายโอนได้เช่นพลังงานไฟฟ้าที่เปลี่ยนเป็นพลังงานกลเมื่อกระแสไฟฟ้าใช้กับมอเตอร์หรือพลังงานไฟฟ้าที่เปลี่ยนเป็นความร้อนเมื่อใช้กับฮีตเตอร์ ดังนั้นฮีตเตอร์จึงต้องการพลังงานซึ่งก็คือพลังงานเพื่อให้การกระจายความร้อนที่เหมาะสมพลังงานนั้นคือกำลังไฟของฮีตเตอร์ที่เอาต์พุตสูงสุด

เพาเวอร์จะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ของWและมันเป็นวัดในWATT

กำลังคือค่าคูณของแรงดันและกระแส ดังนั้น, P = V x I

ที่ไหนPคืออำนาจในวัตต์, Vคือแรงดันและฉันเป็นแอมแปร์หรือการไหลของกระแส

นอกจากนี้ยังมีคำนำหน้าย่อยเช่น Kilo-Watt (10 ³ W), mili-Watt (10 ^-3 W), mega-Watt (10 ⁶ W) เป็นต้น

เนื่องจากกฎของโอห์มV = I x RและกฎกำลังคือP = V x Iดังนั้นเราจึงสามารถใส่ค่าของVในกฎกำลังโดยใช้สูตรV = I x R จากนั้นกฎหมายอำนาจจะเป็นอย่างไร

P = I * R * I หรือ P = I ² R

ด้วยการจัดเรียงสิ่งเดียวกันเราจะพบสิ่งที่น้อยที่สุดเมื่อไม่มีสิ่งอื่นสูตรจะถูกจัดเรียงใหม่ในเมทริกซ์ด้านล่าง

ดังนั้นแต่ละส่วนจึงประกอบด้วยสามสูตร ในทุกกรณีถ้าต้านทานกลายเป็น 0 แล้วในปัจจุบันจะเป็นอินฟินิตี้ก็จะเรียกว่าสภาพการลัดวงจรถ้า แรงดันกลายเป็น 0 แล้วปัจจุบันไม่ได้อยู่และวัตต์จะเป็น 0ถ้าปัจจุบันกลายเป็น 0 แล้ววงจรอยู่ในสภาพที่วงจรเปิดที่แรงดันไฟฟ้าที่เป็นปัจจุบัน แต่ไม่ได้ในปัจจุบันดังนั้นอีกครั้งวัตต์จะเป็น 0, ถ้าวัตต์คือ 0 แล้วไม่มีอำนาจจะถูกบริโภคหรือผลิตโดยวงจร

แนวคิดการไหลของอิเล็กตรอน

กระแสตามสถานที่ท่องเที่ยวที่เรียกเก็บเงิน ในความเป็นจริงเนื่องจากอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคลบและไหลจากขั้วลบไปยังขั้วบวกของแหล่งพลังงาน ดังนั้นในวงจรจริงการไหลของกระแสอิเล็กตรอนจากขั้วลบไปยังขั้วบวกแต่ในการไหลของกระแสทั่วไปตามที่เราอธิบายไว้ก่อนที่เราจะถือว่ากระแสไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ในภาพถัดไปเราจะเข้าใจการไหลของกระแสได้ง่ายมาก

ไม่ว่าทิศทางจะเป็นอย่างไรก็ไม่มีผลต่อการไหลของกระแสภายในวงจรจึงง่ายกว่าที่จะเข้าใจการไหลของกระแสทั่วไปจากบวกไปเป็นลบ ทิศทางเดียวกระแสไฟฟ้ากระแสตรงหรือกระแสตรงและทิศทางอื่นที่เรียกว่ากระแสสลับหรือกระแสสลับ

ตัวอย่างการปฏิบัติ

มาดูสองตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจสิ่งต่างๆได้ดีขึ้น

1. ในวงจรนี้แหล่งจ่ายไฟ 12V DC เชื่อมต่อผ่านโหลด2Ωคำนวณการใช้พลังงานของวงจร?

ในวงจรนี้ความต้านทานรวมคือความต้านทานต่อโหลดดังนั้น R = 2 และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 12V DC ดังนั้น V = 12V กระแสไฟฟ้าในวงจรจะเป็น

ฉัน = V / R ฉัน = 12/2 = 6 แอมแปร์

เป็นวัตต์ (W) = แรงดันไฟฟ้า (V) x แอมแปร์ (A) กำลังวัตต์ทั้งหมดจะเป็น 12 x 6 = 72 วัตต์

นอกจากนี้เรายังสามารถคำนวณค่าโดยไม่ใช้แอมแปร์

วัตต์ (W) = พลังงาน = แรงดัน² / ความต้านทาน ไฟฟ้า = 12 ² /2 = 12 * 12/2 = 72 วัตต์

ไม่ว่าจะใช้สูตรอะไรผลลัพธ์ก็จะเหมือนกัน

2. ในวงจรนี้การใช้พลังงานทั้งหมดในโหลดคือ 30 วัตต์ถ้าเราเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ 15V DC ต้องใช้กระแสเท่าไร?

ในวงจรนี้ไม่ทราบความต้านทานทั้งหมด แรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 15V DC ดังนั้น V = 15V DC และกระแสไฟที่ไหลผ่านวงจรคือ 30W ดังนั้น P = 30W กระแสไฟฟ้าในวงจรจะเป็น

I = P / VI = 30/15 2 แอมแปร์

ดังนั้นการเปิดวงจรที่ 30W เราต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 15V DC ซึ่งสามารถส่งกระแส DC ได้ 2 แอมป์หรือมากกว่าเนื่องจากวงจรต้องการกระแส 2Amp