Transcript ความรู้พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282) วงจรไฟฟ้ าอนุกรมและขนาน กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ ห้องวิจยั การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ดว้ ยระบบคอมพิวเตอร์ (CANDLE) ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ความรู้พนื้ ฐานทางวิศวกรรมไฟฟ้ า(252282)
วงจรไฟฟ้ าอนุกรมและขนาน
กสิ ณ ประกอบไวทยกิจ
ห้องวิจยั การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ดว้ ยระบบคอมพิวเตอร์ (CANDLE)
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
วัตถุประสงค์
 เข้ า ใจคุ ณ สมบั ติ ข องแหล่ ง จ่ า ยพลั ง งานของ
วงจรไฟฟ้ า
 เข้าใจคุณสมบัติของวงจรไฟฟ้ าแบบอนุ กรมและ
วงจรแบบขนาน
 คานวณหาค่าปริ มาณไฟฟ้ าต่าง ๆ ในวงจรได้
วัตถุประสงค์
 เข้าใจกฎแรงดันไฟฟ้ าและกฏกระแสไฟฟ้ าของ
เคิร์ชฮอฟฟ์
 แก้ปัญหาของวงจรไฟฟ้ าอนุกรมและขนานได้
 บอกความแตกต่ า งระหว่ า งวงจรไฟฟ้ าแบบ
อนุกรมและแบบขนานได้
 นากฎของเคิร์ชฮอฟฟ์ ใช้แก้ปัญหาวงจรไฟฟ้ าได้
แหล่งจ่ ายแรงดันอิสระ
(Independent Voltage Sources)
แหล่งจ่ ายแรงดันอิสระ มีตวั อักษรกากับเป็ นฟังก์ชันทีใ่ ช้ ในการกาหนดค่ าแรงดันที่
ตกคร่ อมขั้วทั้งสอง
(a) แสดงถึงสั ญลักษณ์ ของแหล่ งจ่ ายแรงดันกระแสตรงอิสระ
(b) แสดงถึงสั ญลักษณ์ ของแบตเตอรี่
(c) แสดงสั ญลักษณ์ ของแหล่งจ่ ายแรงดันกระแสสลับอิสระ
แหล่งจ่ ายแรงดันอิสระ
(Independent Voltage Sources)
- กราฟแสดงลักษณะเฉพาะของแหล่งจ่ าย
แรงดันอิสระทีเ่ วลา t ใด ๆ
- ค่ าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ ายแรงดันจะมี
ค่ าเท่ ากับ vs(t) เสมอ ไม่ ว่ากระแสไฟฟ้าที่
ไหลผ่ านแหล่งจ่ ายจะมีค่าเท่ าใดก็ตาม
แหล่งจ่ ายกระแสอิสระ
(Independent Current Sources)
แหล่ งจ่ ายกระแสอิสระ มีตวั อักษรกากับเป็ นฟังก์ชันที่ใช้ ในการ
กาหนดค่ ากระแสทีจ่ ่ ายให้ แก่ วงจร โดยมีทศิ ทางการไหลของ
กระแสตามทิศทางของลูกศรในสั ญลักษณ์
แหล่งจ่ ายกระแสอิสระ
(Independent Current Sources)
- กราฟแสดงลักษณะเฉพาะของแหล่งจ่ าย
กระแสอิสระทีเ่ วลา t ใด ๆ
- ค่ ากระแสไฟฟ้าของแหล่งจ่ ายกระแสจะมี
ค่ าเท่ ากับ is(t) เสมอ ไม่ ว่าแรงดันไฟฟ้าที่
ตกคร่ อมแหล่งจ่ ายจะมีค่าเท่ าใดก็ตาม
แหล่งจ่ ายควบคุม
(Controlled Sources)
แหล่ งจ่ ายควบคุม หรือแหล่ งจ่ ายไม่ อสิ ระ (Dependent Source)
เป็ นแหล่ งจ่ ายซึ่งมีค่าแรงดัน(กระแส)ขึน้ อยู่กบั แรงดันหรือ
กระแสขององค์ ประกอบตัวอืน่ ๆ ในวงจรไฟฟ้ า
แหล่ งจ่ ายพลังงานทีต่ ่ ออนุกรมและขนาน
ถ้ามีแหล่งจ่ายแรงดันต่ออนุกรมกันในวงจร เราสามารถรวมเป็ นแหล่งจ่าย
แรงดันเทียบเคียงเพียงแหล่งจ่ายเดียวได้ โดยการนาแหล่งจ่ายแรงดันแต่ละ
ตัวมาบวกกันทางพีชคณิ ต
แหล่ งจ่ ายพลังงานทีต่ ่ ออนุกรมและขนาน
ถ้ามีแหล่งจ่ายกระแสต่อขนานกันในวงจร เราสามารถรวมเป็ นแหล่งจ่าย
กระแสเทียบเคียงเพียงแหล่งจ่ายเดียวได้ โดยการนาแหล่งจ่ายกระแสแต่ละ
ตัวมาบวกกันทางพีชคณิ ต
ตัวอย่ าง
วงจรไฟฟ้าอนุกรม
- กาลังไฟฟ้ า
PT  ET IT
PT  PR1  PR2  PR3 
 PRn
วงจรไฟฟ้าอนุกรม
- กระแสไฟฟ้ า
IT  IR1  IR2  IR3 
 IRn
วงจรไฟฟ้าอนุกรม
- ความต้านทาน
R T  R1  R 2  R 3 
 Rn
วงจรไฟฟ้าอนุกรม
R T  R1  R 2
วงจรไฟฟ้าอนุกรม
- แรงดันไฟฟ้ า
ET  VR1  VR2
วงจรไฟฟ้าอนุกรม
- แรงดันไฟฟ้ า
ET  VR1  VR2  VR3 
 VRn
การลัดวงจรและวงจรขาด
การลัดวงจร(Short Circuit)
การลัดวงจรและวงจรขาด
วงจรขาด(Open Circuit)
สมการแบ่ งแรงดัน
ET R n
VRn 
RT
วงจรไฟฟ้ าขนาน
- กาลังไฟฟ้ า
PT  PR1  PR2  PR3 
 PRn
วงจรไฟฟ้ าขนาน
- กระแสไฟฟ้ า
IT  IR1  IR2  IR3 
 IRn
สมการกระแสไฟฟ้าของเคิร์ชฮอฟฟ์
ผลรวมทางพีชคณิ ตของกระแสไฟฟ้ าที่ไหลเข้าและไหลออกจุดต่อ
ใด ๆ ของวงจรมีค่าเป็ นศูนย์ หรื อผลรวมของกระแสไฟฟ้ าที่ไหล
เข้าจุดใด ๆ จะเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้ าที่ไหลออกจากจุด
นั้น ๆ
วงจรไฟฟ้ าขนาน
- แรงดันไฟฟ้ า
ET  VR1  VR2  VR3 
 VRn
วงจรไฟฟ้ าขนาน
- ความต้านทาน
1
RT 
1
1
1



R1 R 2 R 3
1

Rn
วงจรไฟฟ้ าขนาน
- ความต้านทาน
ลองทาดู
จงคานวนหาค่ากระแส IT, RT และ PT
I T  0.8 [A]
R T  12.5 []
PT  8 [W]
สมการแบ่ งกระแส
IT R 2
IR1 
RT
IR2
I T R1

RT
วงจรไฟฟ้าอนุกรม-ขนาน
ตัวอย่ าง
จงคานวนหาค่ากระแส RT, Ix และ PT เมื่อ ET=120 [V]
ตัวอย่ าง
จากรู ปเราจะได้วา่
R T  66.7 []
IT  1.8 [A]
PT  216 [W]
ลองทาดู
จงคานวนหาค่า R3, PR4 และ ER1
R 3  166.7[]
PR4  24 [W]
VR1  20 [V]
กฎกระแสไฟฟ้ าและกฎแรงดันไฟฟ้ าเคิร์ชฮอฟฟ์
- กฎกระแสไฟฟ้ าของเคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Current Law)
ผลรวมของกระแสที่ไหลเข้าจุดและออก ณ จุดใด ๆ ในวงจร
ไฟฟ้ ามีค่าเท่ากับศูนย์
กฎกระแสไฟฟ้ าและกฎแรงดันไฟฟ้ าเคิร์ชฮอฟฟ์
- กฎแรงดันไฟฟ้ าของ เคิร์ชฮอฟฟ์ (Kirchhoff’s Voltage Law)
ผลรวมของแรงดันไฟฟ้ าในวงจรปิ ดใด ๆ มีค่าเท่ากับศูนย์
กฎกระแสไฟฟ้ าและกฎแรงดันไฟฟ้ าเคิร์ชฮอฟฟ์
1. สมมุ ติ ทิ ศ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้ าในวงจร ซึ่ ง โดยปกติ
กระแสจะไหลจากขั้วบวกไปขั้วลบ
2. กระแสไฟฟ้ าที่ไหลเข้าตัวต้านทานจะทาให้ข้ วั ของแรงดันตกคร่ อม
ตัวต้านทานตัวนั้นมีข้ วั เป็ นบวก และมีข้ วั ลบในจุดที่ กระแสไหล
ออก โดยทิศทางของแรงดันจะสวนกับทิศของกระแส
3. ถ้ากระแสไหลเข้าแบตเตอรี่ ทางขั้วบวก ค่าของแบตเตอรี่ น้ ันจะ
เป็ นบวก แต่ ถ ้า กระแสไหลเข้า ขั้ว ลบของแบตเตอรี่ ค่ า ของ
แบตเตอรี่ น้ นั จะติดเครื่ องหมายลบ
ตัวอย่ าง
จงคานวนหาค่ากระแส Ix
- วงจรปิ ดที่ 1 (ABEF)
0.4I1  0.8Ix  24  0
- วงจรปิ ดที่ 2 (CBED)
- สมการกระแส
Ix  I1  I2
0.4I2  0.8Ix  26  0
I1  10 [A], I2  15 [A], I3  25 [A]
ลองทาดู
จงคานวนหาค่ากระแสที่ไหลในแต่ละกิ่ง
30
I DA 
[A]
91
17
I DC 
[A]
91
1
I AC 
[A]
91
IAB  IDA  IAC
ICB  IDC  IAC
IED  IDA  IDC