ทฤษฎีเครือข่าย - ภาพรวม

Network theoryเป็นการศึกษาการแก้ปัญหาของวงจรไฟฟ้าหรือเครือข่ายไฟฟ้า ในบทเกริ่นนำนี้ให้เราพูดถึงคำศัพท์พื้นฐานของวงจรไฟฟ้าและประเภทขององค์ประกอบเครือข่ายก่อน

คำศัพท์พื้นฐาน

ในทฤษฎีเครือข่ายเรามักจะเจอคำศัพท์ต่อไปนี้ -

• วงจรไฟฟ้า
• เครือข่ายไฟฟ้า
• Current
• Voltage
• Power

ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่เราจะต้องรวบรวมความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับข้อกำหนดเหล่านี้ก่อนที่จะดำเนินการต่อไป เริ่มต้นด้วย Electric Circuit

วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยเส้นทางปิดสำหรับการไหลของอิเล็กตรอนจากแหล่งจ่ายแรงดันหรือแหล่งกระแส องค์ประกอบที่มีอยู่ในวงจรไฟฟ้าจะอยู่ในseries connection, parallel connectionหรือในการผสมผสานระหว่างอนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนาน

เครือข่ายไฟฟ้า

เครือข่ายไฟฟ้าไม่จำเป็นต้องมีเส้นทางปิดสำหรับการไหลของอิเล็กตรอนจากแหล่งจ่ายแรงดันหรือแหล่งกระแส ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า "วงจรไฟฟ้าทั้งหมดเป็นเครือข่ายไฟฟ้า" แต่การสนทนาไม่จำเป็นต้องเป็นจริง

ปัจจุบัน

ปัจจุบัน "I"การไหลผ่านตัวนำไม่ได้เป็นเพียงอัตราเวลาของการไหลของประจุ ในทางคณิตศาสตร์สามารถเขียนเป็น

$$ I = \ frac {dQ} {dt} $$

ที่ไหน

• Q คือค่าใช้จ่ายและหน่วยของมันคือ Coloumb

• t คือเวลาและหน่วยเป็นวินาที

ในการเปรียบเทียบกระแสไฟฟ้าสามารถคิดได้ว่าเป็นการไหลของน้ำผ่านท่อ ปัจจุบันวัดในรูปของAmpere.

โดยทั่วไปแล้ว Electron current ไหลจากขั้วลบของแหล่งกำเนิดไปยังขั้วบวกในขณะที่ Conventional current ไหลจากขั้วบวกของแหล่งกำเนิดไปยังขั้วลบ

Electron current ได้มาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระในขณะที่ Conventional currentได้มาจากการเคลื่อนที่ของประจุบวกอิสระ ทั้งสองอย่างนี้เรียกว่าเป็นelectric current.

แรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้า "V"เป็นเพียงแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ทำให้ประจุ (อิเล็กตรอน) ไหล ในทางคณิตศาสตร์สามารถเขียนเป็น

$$ V = \ frac {dW} {dQ} $$

ที่ไหน

• W คือพลังงานศักย์และหน่วยของมันคือจูล

• Q คือค่าใช้จ่ายและหน่วยของมันคือ Coloumb

ในการเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าสามารถคิดได้ว่าเป็นแรงดันของน้ำที่ทำให้น้ำไหลผ่านท่อ มันวัดในรูปของVolt.

อำนาจ

พลัง "P"ไม่มีอะไรนอกจากอัตราเวลาของการไหลของพลังงานไฟฟ้า ในทางคณิตศาสตร์สามารถเขียนเป็น

$$ P = \ frac {dW} {dt} $$

ที่ไหน

• W คือพลังงานไฟฟ้าและวัดได้ในรูปของ Joule.

• t คือเวลาและวัดเป็นวินาที

เราสามารถเขียนสมการข้างบน a

$$ P = \ frac {dW} {dt} = \ frac {dW} {dQ} \ times \ frac {dQ} {dt} = VI $$

ดังนั้น, power ไม่มีอะไรนอกจาก product ของแรงดันไฟฟ้า V และปัจจุบัน I. หน่วยของมันคือWatt.

ประเภทขององค์ประกอบเครือข่าย

เราสามารถจำแนกองค์ประกอบเครือข่ายออกเป็นประเภทต่างๆได้ตามพารามิเตอร์บางตัว ต่อไปนี้เป็นประเภทขององค์ประกอบเครือข่าย -

• Active Elements และ Passive Elements

• องค์ประกอบเชิงเส้นและองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น

• องค์ประกอบทวิภาคีและองค์ประกอบข้างเดียว

Active Elements และ Passive Elements

เราสามารถจำแนกองค์ประกอบเครือข่ายออกเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง active หรือ passive ขึ้นอยู่กับความสามารถในการส่งมอบพลังงาน

• Active Elementsส่งพลังงานไปยังองค์ประกอบอื่น ๆ ซึ่งมีอยู่ในวงจรไฟฟ้า บางครั้งพวกมันอาจดูดซับพลังเหมือนธาตุแฝง นั่นหมายความว่าองค์ประกอบที่ใช้งานมีความสามารถทั้งในการส่งมอบและการดูดซับพลังExamples: แหล่งจ่ายแรงดันและแหล่งกระแส

• Passive Elementsไม่สามารถส่งพลัง (พลังงาน) ไปยังองค์ประกอบอื่น ๆ ได้ แต่พวกมันสามารถดูดซับพลังได้ นั่นหมายความว่าองค์ประกอบเหล่านี้กระจายพลังงานในรูปแบบของความร้อนหรือเก็บพลังงานในรูปของสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าExamples: ตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ

องค์ประกอบเชิงเส้นและองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น

เราสามารถจำแนกองค์ประกอบเครือข่ายเป็น linear หรือ non-linear ขึ้นอยู่กับลักษณะของพวกเขาเพื่อปฏิบัติตามคุณสมบัติของเส้นตรง

• Linear Elements เป็นองค์ประกอบที่แสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างแรงดันและกระแส Examples: ตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ

• Non-Linear Elements คือสิ่งที่ไม่แสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างแรงดันและกระแส Examples: แหล่งจ่ายแรงดันและแหล่งกระแส

องค์ประกอบทวิภาคีและองค์ประกอบข้างเดียว

องค์ประกอบเครือข่ายสามารถจำแนกได้เช่นกัน bilateral หรือ unilateral ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านองค์ประกอบเครือข่าย

Bilateral Elements เป็นองค์ประกอบที่ยอมให้กระแสทั้งสองทิศทางและมีอิมพีแดนซ์เดียวกันในทิศทางใดทิศทางหนึ่งของการไหลของกระแส Examples: ตัวต้านทานตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ

แนวคิดขององค์ประกอบทวิภาคีแสดงไว้ในรูปต่อไปนี้

ในรูปด้านบนกระแส (I) ไหลจากขั้ว A ไปยัง B ผ่านองค์ประกอบแบบพาสซีฟที่มีอิมพีแดนซ์Z Ω มันคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า (V) ขององค์ประกอบนั้นระหว่างขั้ว A & B และกระแส (I)

ในรูปด้านบนกระแส (I) ไหลจากขั้ว B ไปยัง A ผ่านองค์ประกอบแบบพาสซีฟที่มีอิมพีแดนซ์ของZ Ω นั่นหมายความว่ากระแส (–I) กำลังไหลจากขั้ว A ถึง B ในกรณีนี้เราจะได้ค่าอิมพีแดนซ์เท่ากันเนื่องจากทั้งกระแสและแรงดันมีสัญญาณลบเทียบกับขั้ว A & B

Unilateral Elementsเป็นสิ่งที่ยอมให้กระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นพวกเขาจึงมีความต้านทานที่แตกต่างกันในทั้งสองทิศทาง