คุณจะบอกได้อย่างไรว่าทิศทางสุทธิของการไหลของกระแสคืออะไรเมื่อมีแหล่งที่มาที่ตรงข้ามสองแหล่ง
คุณจะทราบได้อย่างไรว่าแหล่งจ่าย 12V จะเอาชนะแหล่ง 5A ที่ตัวต้านทาน 4 โอห์มได้หรือไม่? การเปลี่ยนทิศทางปัจจุบันสุทธิในโหนด V2 หรือในทางกลับกันถ้าแหล่ง 5A แรงกว่า 12 V.
คำตอบ
วาดแผนผังก่อน
บ่อยครั้งการวาดแผนผังใหม่จะช่วยได้มาก ไม่เสมอ. แต่บางครั้งกระบวนการด้วยตนเองจะช่วยให้คุณได้รับข้อมูลเชิงลึกหรืออย่างน้อยสองอย่างก็พัฒนาความรู้สึกต่อสิ่งต่างๆเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อคุณทำมันซ้ำแล้วซ้ำเล่า
ด้านล่างนี้ฉันเริ่มต้นโดยทำตามกฎในภาคผนวกด้านล่าง: อย่าใช้พลังงานบัสรอบ ๆ :
จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างขึ้นโดยใช้CircuitLab
ฉันยังสังเกตเห็นว่าแหล่งที่มาปัจจุบันทั้งสองของคุณสามารถลดลงได้ดังที่แสดงไว้ด้านบน หากคุณต้องการดูวิธีการให้เปลี่ยน\$3\:\text{A}\$แหล่งที่มาปัจจุบันที่มีสองรายการในชุด (นั่นไม่ใช่ความแตกต่างอะไรเลย) เมื่อคุณทำเสร็จแล้วคุณสามารถ "ตัด" การเชื่อมโยงระหว่างพวกเขา (พวกมันมีอิมพีแดนซ์ไม่สิ้นสุดอยู่ดี) จากนั้นสังเกตว่ามี\$5\:\text{A}\$ซอร์สเข้าสู่โหนดและ\$3\:\text{A}\$ออกจากโหนดซึ่งเหมือนกับเพียง\$2\:\text{A}\$ซอร์สลงในโหนดนั้น ดังนั้นแผนผังข้างต้นจึงสรุปได้เช่นกัน
การวิเคราะห์ที่สำคัญ
การวิเคราะห์ Nodal เป็นเพียงการดำเนินการของ KCL สมการต่อไปนี้ได้รับการพัฒนาโดยการตรวจสอบกระแสที่ไหลออกก่อน (วางไว้ทางด้านซ้าย) และกระแสที่ไหลเข้า (วางไว้ทางด้านขวา) ตาม KCL กระแสทั้งสองนี้จะต้องเท่ากัน:
$$\begin{align*} \begin{array}{c} {V_1}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\{V_2}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\{V_3}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}} \end{array} && \overbrace{ \begin{array}{r} \frac{V_1}{R_4} + \frac{V_1}{R_5} + \frac{V_1}{R_6}\\\\ \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_2}{R_3} + \frac{V_2}{R_4}\\\\ \frac{V_3}{R_1} + \frac{V_3}{R_2} + \frac{V_3}{R_6} \end{array} }^{\text{outflowing currents}} & \begin{array}{c} &\quad{=}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\&\quad{=}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}}\\\\&\quad{=}\vphantom{\frac{V_1}{R_1}} \end{array} & \overbrace{ \begin{array}{l} \frac{V_2}{R_4} + \frac{V_3}{R_6} + 2\:\text{A}\\\\ \frac{V_3}{R_2} + \frac{V_1}{R_4}\\\\ \frac{12\:\text{V}}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_1}{R_6} + 3\:\text{A} \end{array} }^{\text{inflowing currents}} \end{align*}$$
คุณสามารถใช้สมการข้างต้นเป็นสามสมการในสามสิ่งที่ไม่รู้จักและแก้ปัญหาสำหรับแรงดันไฟฟ้าโหนดทั้งสามโดยใช้วิธีพีชคณิตเชิงเส้น บางครั้งกฎของ Cramerจะใช้เมื่อคุณทำสิ่งเหล่านี้ด้วยมือไม่ได้ ลองดูสิ มิฉะนั้นให้ใช้เครื่องมือฟรีเช่นsympyสำหรับพีชคณิตสัญลักษณ์และปราชญ์สำหรับพีชคณิตเชิงตัวเลข
สรุป
ไม่ไม่มีไม้กายสิทธิ์ที่คุณสามารถโบกมือเพื่อตัดสินใจว่าแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าล้นและกำลังดูดซับพลังงานเมื่อเวลาผ่านไปหรือใช้จนหมด คุณเพียงแค่ต้องผลักดันรายละเอียดและดู
ภาคผนวก
วิธีหนึ่งที่ดีกว่าในการพยายามทำความเข้าใจวงจรที่ในตอนแรกดูเหมือนจะสับสนคือการวาดใหม่ มีกฎบางอย่างที่คุณสามารถปฏิบัติตามที่จะช่วยให้เข้าใจกระบวนการเรียนรู้ดังกล่าว แต่ยังมีทักษะส่วนบุคคลเพิ่มเติมบางอย่างที่ค่อยๆพัฒนาขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเช่นกัน
ฉันเรียนรู้กฎเหล่านี้ครั้งแรกในปี 1980 โดยเรียนชั้นเรียน Tektronix ที่เสนอให้เฉพาะพนักงานเท่านั้น ชั้นเรียนนี้มีขึ้นเพื่อสอนการร่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้กับผู้ที่ไม่ใช่วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ แต่จะได้รับการฝึกอบรมอย่างเพียงพอเพื่อช่วยร่างแผนผังสำหรับคู่มือของพวกเขา
สิ่งที่ดีเกี่ยวกับกฎคือคุณไม่จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญในการปฏิบัติตามกฎเหล่านี้ และถ้าคุณทำตามพวกเขาก็แทบจะสุ่มสี่สุ่มห้าด้วยซ้ำว่าแผนผังที่เกิดขึ้นนั้นง่ายกว่าที่จะคิดออก
กฎคือ:
- จัดเรียงแผนผังเพื่อให้กระแสไฟฟ้าทั่วไปไหลจากด้านบนไปยังด้านล่างของแผ่นแผนผัง ฉันชอบจินตนาการว่านี่เป็นม่านชนิดหนึ่ง(ถ้าคุณชอบแนวคิดที่คงที่มากกว่า) หรือน้ำตก (ถ้าคุณชอบแนวคิดแบบไดนามิกมากกว่า) ของประจุที่เคลื่อนที่จากขอบด้านบนลงไปที่ขอบด้านล่าง นี่คือการไหลของพลังงานชนิดหนึ่งที่ไม่ได้ทำงานที่เป็นประโยชน์ใด ๆ ด้วยตัวมันเอง แต่ให้สภาพแวดล้อมสำหรับงานที่มีประโยชน์ที่จะต้องทำ
- จัดเรียงแผนผังเพื่อให้สัญญาณของดอกเบี้ยไหลจากด้านซ้ายของแผนผังไปทางด้านขวา จากนั้นอินพุตจะอยู่ทางซ้ายโดยทั่วไปเอาต์พุตจะอยู่ทางขวา
- ห้าม "รถบัส" ไฟฟ้ารอบ ๆ ในระยะสั้นหากตะกั่วของส่วนประกอบตกลงพื้นหรือรางแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ อย่าใช้สายไฟเพื่อเชื่อมต่อกับส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ไปยังราง / กราวด์เดียวกันด้วย เพียงแค่แสดงชื่อโหนดเช่น "Vcc" แล้วหยุด การต่อสายไฟรอบ ๆ บนแผนผังนั้นเกือบจะรับประกันได้ว่าจะทำให้เข้าใจแผนผังได้น้อยลงไม่ใช่มากขึ้น (มีหลายครั้งที่มืออาชีพจำเป็นต้องสื่อสารสิ่งที่ไม่เหมือนใครเกี่ยวกับบัสรางแรงดันไฟฟ้าให้กับผู้เชี่ยวชาญคนอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีข้อยกเว้นในบางครั้งสำหรับกฎนี้ แต่เมื่อพยายามทำความเข้าใจกับแผนผังที่สับสนสถานการณ์ไม่เป็นเช่นนั้นและเป็นข้อโต้แย้งดังกล่าว "โดยมืออาชีพไปจนถึงมืออาชีพ" ยังคงล้มเหลวที่นี่ดังนั้นอย่าทำอย่างนั้น) อันนี้ต้องใช้เวลาสักครู่เพื่อทำความเข้าใจให้ถ่องแท้ มีแนวโน้มอย่างมากที่จะต้องการแสดงสายไฟทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการบัดกรีวงจร ต่อต้านแนวโน้มนั้น แนวคิดก็คือสายไฟที่จำเป็นในการสร้างวงจรอาจทำให้เสียสมาธิได้ และในขณะที่อาจจำเป็นต้องทำให้วงจรทำงาน แต่ก็ไม่ได้ช่วยให้คุณเข้าใจวงจร ในความเป็นจริงพวกเขาทำตรงกันข้าม ดังนั้นให้ถอดสายไฟดังกล่าวออกและแสดงการเชื่อมต่อกับรางแล้วหยุด
- พยายามที่จะจัดระเบียบรอบวงจรการทำงานร่วมกัน มันเกือบจะเป็นไปได้เสมอที่ "แซวนอกเหนือ" วงจรเพื่อให้มีนอตขององค์ประกอบที่มีการเชื่อมต่อแน่นแต่ละไปยังอีกที่แยกออกจากกันแล้วโดยมีเพียงไม่กี่สายอื่น ๆ ไปนอต หากคุณสามารถหาสิ่งเหล่านี้ได้ให้เน้นย้ำโดยการแยกนอตออกจากกันและเน้นที่การวาดแต่ละอันด้วยวิธีที่มีความหมายก่อน อย่าแม้แต่คิดเกี่ยวกับแผนผังทั้งหมด เพียงแค่มุ่งเน้นไปที่การทำให้แต่ละส่วนสอดคล้องกัน "ดูถูกต้อง" ด้วยตัวมันเอง จากนั้นเพิ่มสายไฟสำรองหรือส่วนประกอบบางส่วนแยก "การแบ่งตามธรรมชาติ" เหล่านี้ในแผนผัง สิ่งนี้มักจะพบฟังก์ชันที่แตกต่างกันอย่างน่าอัศจรรย์ที่เข้าใจง่ายกว่าซึ่งจะ "สื่อสาร" กันผ่านการเชื่อมต่อที่เข้าใจได้ง่ายกว่า
กฎข้างต้นไม่ยากและรวดเร็ว แต่ถ้าคุณพยายามติดตามพวกเขาคุณจะพบว่ามันช่วยได้มาก
ฉันยังบอกบิตของเรื่องและให้ตัวอย่างบางส่วนของร่างที่ประสบความสำเร็จของแผนงานที่นี่
โดยทั่วไปคุณไม่สามารถทำได้
คุณแค่สมมติทิศทางและถ้ากระแสออกมาเป็นลบเมื่อคุณแก้สมการแสดงว่ามันตรงข้ามกับสมมติฐานของคุณ