ขั้นตอนแต่ละขั้นตอนในกระบวนการเรียนรู้มีความจำเป็นต่อการสร้างรากฐานสำหรับขั้นตอนต่อไป ในบางกรณี สิ่งนี้เป็นจริงมากกว่าในกรณีอื่นๆ ในกรณีนี้ มันเป็นจริงสองเท่า เพราะหลายสิ่งที่เราพูดถึงในวันนี้จะไม่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาวงจรโดยตรง แต่จะเป็นพื้นฐานอย่างแน่นอนในการทำความเข้าใจโครงสร้างของวงจร ซึ่งถือเป็นขั้นตอนแรกในการแก้ปัญหาวงจร ดังนั้น ฉันอาจขัดแย้งกับตัวเอง แต่เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้จะกลายเป็นเรื่องธรรมชาติมากจนไม่ใช่ขั้นตอนที่มีสติสัมปชัญญะอีกต่อไป

สาขา

ส่วนแรกของวงจรที่เราจะพูดถึงคือสาขา สาขาเป็นคำทั่วไปที่ใช้แทนองค์ประกอบเดียวในวงจร อาจเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ หรืออื่นๆ รวมถึงองค์ประกอบที่มีสองขั้ว อุปกรณ์ที่ซับซ้อนกว่า เช่น อ็อปแอมป์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ ไม่จัดอยู่ในกลุ่ม "สาขา" แต่ไม่เป็นไร เราจะไม่พูดถึงสิ่งที่ซับซ้อนขนาดนั้นสักพัก

โหนด

ส่วนที่สองของวงจรคือโหนด ซึ่งเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างสาขาสองสาขาหรือมากกว่านั้น วิธีที่ดีในการคิดถึงโหนดก็คือจุดเชื่อมต่อที่กระแสไฟฟ้าไหลเข้าและออกตามสาขาต่างๆ โหนดเป็นส่วนสำคัญของการวิเคราะห์และการออกแบบวงจร ดังนั้นมาดูตัวอย่างบางส่วนของโหนดกันดีกว่า:

ลูป

สุดท้าย ส่วนสุดท้ายของวงจรที่สำคัญสำหรับเราในตอนนี้คือลูป ลูปคือเส้นทางปิดในวงจร เส้นทางปิดหมายถึงเส้นทางเริ่มต้นที่โหนดหนึ่ง ผ่านโหนดอื่นๆ และสิ้นสุดที่โหนดเดียวกันโดยไม่ผ่านโหนดอื่นสองครั้ง โปรดทราบว่าคำจำกัดความนี้มีความยืดหยุ่นตรงที่คุณสามารถรวมโหนดเพิ่มเติมหรือไม่รวมโหนดได้ ตราบใดที่คุณไม่ผ่านโหนดเดียวกันสองครั้ง ยกเว้นโหนดเริ่มต้น/สิ้นสุด มาดูตัวอย่างวงจรเดียวกันและลูปที่แตกต่างกันสองลูปที่วางซ้อนกัน

สิ่งนี้มีความสำคัญเนื่องจากเมื่อทำการวิเคราะห์วงจร คุณจะมีข้อได้เปรียบคือสามารถเลือกลูปที่เหมาะกับสถานการณ์ได้มากที่สุด แต่ข้อเสียก็คือจะซับซ้อนกว่าเล็กน้อย เนื่องจากคุณต้องแน่ใจว่าลูปของคุณมีความสมเหตุสมผลทางคณิตศาสตร์และทำงานร่วมกันได้ ความยืดหยุ่นที่มากขึ้นมาพร้อมกับความรับผิดชอบที่มากขึ้น

ตอนนี้เราได้ผ่านเงื่อนไขเหล่านี้ไปแล้วและทราบโดยเฉพาะว่าโหนดคืออะไร เราจึงสามารถพูดคุยเกี่ยวกับสาขาแบบอนุกรมและขนานและความแตกต่างของมันได้

อนุกรมและขนาน

สาขาหรือองค์ประกอบสองขั้วจะเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับสาขาอื่น ๆ หนึ่งสาขาขึ้นไปเมื่อสาขาเหล่านี้ใช้โหนดเดียวเท่านั้นและจ่ายกระแสไฟฟ้าเท่ากัน สาขาเหล่านี้มักจะดูเหมือนเชื่อมต่อแบบต่อเนื่อง ต่อกันเป็นสาย วิธีที่ดีที่สุดในการอธิบายเรื่องนี้คือการใช้รูปภาพสองสามรูป เราจะใช้ตัวต้านทานเป็นตัวอย่าง

ดังที่คุณเห็นในภาพแรก มี 2 สาขา ซึ่งทั้งสองสาขาเป็นตัวต้านทาน และมีจุดเชื่อมต่อระหว่างสาขาทั้งสองสาขาที่ใช้กับ 2 สาขานี้เท่านั้น ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานตัวหนึ่งจะไหลผ่านตัวต้านทานอีกตัวด้วย

ในภาพที่สอง มีสามสาขา ตัวต้านทานสองตัวที่ด้านบนและตัวต้านทานหนึ่งตัวที่ด้านล่าง นี่เป็นตัวอย่างที่ซับซ้อนกว่า เนื่องจากมีโหนดเดียวที่ทั้งสามสาขาเชื่อมต่อกัน หากคุณมองในแง่หนึ่ง ตัวต้านทานสองตัวบนจะรวมกลุ่มกัน ตัวต้านทานสองตัวบนจะต่ออนุกรมกับตัวต้านทานตัวล่าง กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานตัวบนจะไหลผ่านตัวต้านทานตัวล่าง ดังนั้น ตัวต้านทานสองตัวบนจึงต่ออนุกรมกับตัวต้านทานตัวล่าง สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าตัวต้านทานตัวบนเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่ไม่ได้ต่ออนุกรมกับตัวต้านทานตัวล่าง แต่ตัวต้านทานสองตัวบนจะต่ออนุกรมกับตัวต้านทานตัวเดียวด้านล่าง

สำหรับสาขาขนาน จะเป็นกรณีที่องค์ประกอบสองขั้วหรือมากกว่านั้นเชื่อมต่อกับโหนดเดียวกันสองโหนด ในกรณีนี้ ไม่สำคัญว่าจะมีสิ่งอื่นเชื่อมต่อกับโหนดใดโหนดหนึ่งหรือไม่ ตราบใดที่องค์ประกอบสองขั้วมีองค์ประกอบทั้งสองเชื่อมต่อกับโหนดเดียวกัน แสดงว่าเชื่อมต่อแบบขนาน ในขณะที่อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเท่ากัน อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบบขนานจะมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน หวังว่ารูปภาพบางส่วนจะช่วยได้

อย่างที่คุณเห็นได้ง่ายๆ ในภาพแรกและภาพที่สอง สาขาเหล่านี้ซึ่งแสดงโดยตัวต้านทานอีกครั้งนั้นใช้โหนดร่วมกันทั้งสองด้าน ในภาพที่สอง แม้ว่าจะมีสาขามากกว่า แต่ทุกสาขาก็ใช้โหนดเดียวกัน 2 โหนด ดังนั้นจึงขนานกันหมด อย่างไรก็ตาม ภาพที่สามทำให้ทุกอย่างซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย มีตัวต้านทานสองตัวที่ต่ออนุกรมกัน และตัวต้านทานสองตัวที่ต่ออนุกรมกันนั้นจะขนานกับตัวต้านทานตัวเดียว บางครั้ง อาร์เรย์ตัวต้านทานที่ซับซ้อนหรือสาขาอื่นๆ สามารถทำให้ง่ายขึ้นได้อย่างง่ายดาย หากคุณสามารถจดจำสิ่งเหล่านี้ได้

ก่อนที่เราจะตื่นเต้นมากเกินไป เราต้องจำไว้ว่าไม่ใช่ทุกอย่างจะอยู่ในอนุกรมหรือขนาน แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยครั้งเพียงพอที่จะทำให้คุณไม่เพียงแต่ควรจะทำ แต่เกือบจะแน่นอนว่าจะเชี่ยวชาญในการระบุและทำความเข้าใจวงจรอนุกรมและขนาน

นอกจากการทราบว่าสาขาแบบอนุกรมใช้กระแสไฟฟ้าร่วมกันและสาขาแบบขนานมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากันแล้ว หนึ่งในเหตุผลสำคัญที่ส่วนประกอบแบบขนานและแบบอนุกรมมีความสำคัญก็คือ คุณสามารถทำให้ส่วนประกอบเหล่านี้เรียบง่ายขึ้นได้ มาดูวิธีการดำเนินการนี้กัน ซึ่งฉันคิดว่าวิธีนี้ใช้ได้กับตัวต้านทานเท่านั้น แม้ว่าหลักการจะนำไปใช้กับส่วนประกอบอื่นๆ ได้ดีในภายหลังก็ตาม

หากต้องการลดความซับซ้อนของตัวต้านทานแบบอนุกรม เพียงแค่บวกตัวต้านทานทั้งสองตัวเข้าด้วยกัน วิธีนี้ง่ายและสะดวกมาก เพราะถ้ากระแสไฟฟ้าต้องไหลผ่านตัวต้านทานตัวหนึ่งแล้วจึงไหลผ่านอีกตัวหนึ่ง กระแสไฟฟ้าจะต้องไหลผ่านความต้านทานของตัวต้านทานทั้งสองตัว มาดูตัวอย่างสั้นๆ กัน

‍

เราขอแนะนำให้ทดลองปฏิบัติจริงเมื่อเรียนรู้ เพราะจะช่วยให้ทุกอย่างคงที่ Ohmite มีชื่อเสียงในเรื่องตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าซึ่งถือว่าเกินความจำเป็นสำหรับตัวอย่างเหล่านี้ (แม้ว่าจะทดสอบได้สนุกก็ตาม!) แต่คุณอาจต้องการซื้อตัวต้านทาน Little Rebel ซึ่งเป็นตัวต้านทานที่ดีแต่ราคาถูกกว่าตัวต้านทานกำลังไฟฟ้าสูง หากทำได้ ฉันขอแนะนำให้ซื้อค่าต่างๆ หลายๆ ค่าและทดสอบวงจรเหล่านี้ด้วยมัลติมิเตอร์หรือโอห์มมิเตอร์ราคาถูก

การลดความซับซ้อนของตัวต้านทานแบบขนานนั้นค่อนข้างซับซ้อนกว่าเล็กน้อยแต่ก็ยังง่ายอยู่ดี และยังมีบางกรณีที่สามารถลดความซับซ้อนของขั้นตอนลงไปได้อีก โดยทั่วไปแล้ว ในการคำนวณค่าความต้านทานเทียบเท่าของตัวต้านทานแบบขนาน คุณเพียงแค่ใช้สมการนี้:

วิธีนี้ง่ายมากหากคุณมีเครื่องคิดเลขและเรามีเครื่องมือที่จะช่วยให้ทำได้ง่ายขึ้นแต่ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือการลืมกลับค่าผลรวม ซึ่งก็คือการลืมด้านซ้ายของสมการนั่นเอง อย่าลืมว่าอย่าข้ามขั้นตอนนี้ไป! สิ่งที่สำคัญที่สุดคือต้องเข้าใจอย่างถ่องแท้ สิ่งหนึ่งที่คุณควรทราบก็คือ ตัวต้านทานแบบขนานจะสร้างความต้านทานที่เท่ากันซึ่งน้อยกว่าความต้านทานของตัวต้านทานที่เล็กที่สุด และยิ่งคุณใส่ตัวต้านทานแบบขนานมากเท่าไร ความต้านทานโดยรวมก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น

มีสองกรณีที่คุณสามารถลดความซับซ้อนของสมการนี้ได้ กรณีแรกคือเมื่อคุณมีตัวต้านทานเพียงสองตัว จากนั้นสมการจะลดความซับซ้อนลงเหลือ:

กรณีสุดท้ายคือ หากตัวต้านทานสองตัวมีค่าความต้านทานเท่ากัน ค่าความต้านทานที่เทียบเท่าจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลรวมของตัวต้านทานสองตัว คุณสามารถแทนค่าตัวเลขใดก็ได้ลงในสมการใดสมการหนึ่งและพิสูจน์ด้วยตัวเองได้ หากคุณไม่เชื่อ

สรุป

ตอนนี้เราเข้าใกล้ความสามารถในการวิเคราะห์วงจรที่มีอยู่และออกแบบวงจรของเราเองไปอีกขั้นแล้ว! เราได้เรียนรู้คำศัพท์เกี่ยวกับวงจรที่สำคัญบางคำแล้ว และตอนนี้สามารถระบุสาขา โหนด และลูปได้แล้ว เรานำความรู้เกี่ยวกับสาขาและโหนดมาใช้ในการเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรแบบอนุกรมและขนาน วิธีระบุวงจร และวิธีการลดความซับซ้อนของวงจร ในไม่ช้านี้ เราจะนำความรู้เกี่ยวกับลูปมาใช้เมื่อเราเรียนรู้เกี่ยวกับกฎกระแสและแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff (KCL และ KVL ตามลำดับ) ซึ่งเป็นสองส่วนสำคัญของการวิเคราะห์วงจรที่จะเปิดโอกาสให้มีเครื่องมือมากมายสำหรับคลังอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณ

‍