หน่วยที่ 6 วงจรไฟฟ้าเบื้องต้น

สาระสำคัญ

  วงจรไฟฟ้าคือการนำเอาแหล่งจ่ายไฟฟ้ามาจ่ายแรงดันและกระแสให้กับโหลด โดยผ่านลวดตัวนำ และใช้สวิตช์ในการเปิดปิดวงจรเพื่อตัดหรือต่อกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลด ในทางปฏิบัติจะมีฟิวส์ในวงจรเพื่อป้องกันปัญหาข้อผิดพลาดที่จะเกิดกับวงจรและอุปกรณ์  เช่น โหลดเกิน หรือไฟฟ้าลัดวงจร วงจรไฟฟ้าเบื้องต้นที่ควรศึกษามีอยู่ 3 ลักษณะคือ วงจรอนุกรม, วงจรขนานและวงจรผสม

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม

1. อธิบายองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้าได้
2. เปรียบเทียบหน้าที่ความแตกต่างของวงจรไฟฟ้าแบบต่าง ๆได้
3. ประกอบวงจรไฟฟ้าแบบอนุกรม, ขนาน และผสมได้
4. คำนวณและวัดค่าแรงดัน, กระแส, ความต้านทานของวงจรได้
5. ประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้

องค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้าคือการนำแหล่งจ่ายไฟฟ้า จ่ายแรงดันและกระแสให้กับโหลดโดยใช้ลวดตัวนำ

ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง จะต่อจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ และใช้สวิตช์ เป็นตัวเปิดปิดการไหลของกระแสไฟฟ้า  การที่จะทำให้แรงดัน และกระแสไหลผ่านโหลดได้  จะต้องมีองค์ประกอบ ของวงจรไฟฟ้าดังนี้

1. แหล่งจ่ายไฟฟ้า คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการจ่ายแรงดันและกระแสให้กับวงจร เช่น แบตเตอรี่, ถ่านไฟฉาย, เครื่องจ่ายไฟ, ไดนาโม และ เจนเนอร์เรเตอร์  เป็นต้น 

2. ลวดตัวนำ คือ อุปกรณ์ที่นำมาต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้า จากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง เพื่อจ่ายแรงดันและกระแสไฟฟ้าให้กับโหลด ลวดตัวนำที่นำกระแสไฟฟ้าได้ดีที่สุดคือ เงิน แต่เนื่องจากเงินมีราคาแพงมาก จึงนิยมใช้ทองแดง ซึ่งมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดีพอสมควรและราคาไม่แพงมากนัก นอกจากนี้ยังยังมีโลหะชนิดอื่น ๆ ที่สามารถนำไฟฟ้าได้ เช่น ทองคำ, ดีบุก,เหล็ก,  อลูมิเนียม,  นิเกิล ฯลฯ เป็นต้น

3. โหลดหรือภาระทางไฟฟ้า คืออุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ที่นำมาต่อในวงจร เพื่อใช้งาน  เช่นตู้เย็น, โทรทัศน์, พัดลม, เครื่องปรับอากาศ, เตารีด, หลอดไฟ, ตัวต้านทาน เป็นต้น

4. สวิตช์ คืออุปกรณ์ที่ใช้ในการปิดหรือเปิดวงจร ในกรณีที่เปิดวงจรก็จะทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าจ่ายให้กับโหลด ในทางปฏิบัติการต่อวงจรไฟฟ้า จะต้องต่อสวิตช์เข้าไปในวงจรเพื่อทำหน้าที่ตัดต่อและควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้า

5. ฟิวส์ คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการป้องกันไม่ให้วงจรไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ได้รับความเสียหาย เนื่องจากการทำงานผิดปกติของวงจร เช่น โหลดเกิน หรือ เกิดการลัดวงจร เมื่อเกิดการผิดปกติฟิวส์จะทำหน้าที่ในการเปิดวงจรที่เรียกว่า ฟิวส์ขาดนั่นเอง

วงจรอนุกรม

วงจรอนุกรมคือ การนำโหลดมาต่อเรียงกัน โดยให้ปลายของโหลดตัวแรก ต่อกับปลายของโหลดตัวถัดไป หรืออีกนัยหนึ่งหมายถึง การนำโหลดตั้งแต่สองตัวมาต่อเรียงกันไปแบบอันดับ ทำให้กระแสไหลทิศทางเดียวกัน (ในหนังสือเล่มนี้จะขอใช้ตัวต้านทานแทนโหลดทั่ว ๆ ไป)

การคำนวณค่าความต้านทาน

การวัดค่าความต้านทาน

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดโอห์ม ในกรณีที่เป็นมิเตอร์แบบเข็มให้ทำการปรับค่าศูนย์ (Zero Ohm Adjust) ก่อนที่จะดำเนินการขั้นตอนต่อไป
2. นำสายวัดของมัลติมิเตอร์เส้นที่หนึ่งสัมผัสกับขาของตัวต้านทานด้านหนึ่ง
3. นำสายวัดของมัลติมิเตอร์เส้นที่สองสัมผัสกับขาของตัวต้านทานอีกด้านหนึ่ง
4. อ่านค่าความต้านทาน

การวัดค่าความต้านทานรวมของวงจร

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดโอห์ม แล้วทำการปรับค่าศูนย์ (Zero Ohm Adjust)
2. นำสายวัดของมัลติมิเตอร์เส้นที่หนึ่งสัมผัสกับขาของความต้านทานตัวแรก
3. นำสายวัดของมัลติมิเตอร์เส้นที่สองสัมผัสกับขาของความต้านทานตัวสุดท้าย
4. อ่านค่าความต้านทาน

การวัดค่าแรงดันตกคร่อม

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดแรงดันไฟตรง (DCV) ให้มากกว่าแหล่งจ่าย (E)
2. นำสายด้านไฟบวกของมัลติมิเตอร์ สัมผัสกับด้านไฟบวกของตัวต้านทาน R1
3. นำสายด้านไฟลบของมัลติมิเตอร์ สัมผัสกับด้านไฟลบของตัวต้านทาน R1
4. อ่านค่าแรงดันตกคร่อมความต้านทาน R1
5. ทำขั้นตอนที่ 1-4 เพื่อวัดค่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน R2 และ R3

การวัดค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรอนุกรม

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดกระแส (mA) ให้มีค่าสูงไว้ก่อน
2. นำสายด้านไฟบวกของมัลติมิเตอร์ต่ออนุกรมเข้ากับด้านไฟบวกของแหล่งจ่ายไฟ
3. นำสายด้านไฟลบของมัลติมิเตอร์ต่ออนุกรมเข้ากับด้านไฟลบของแหล่งจ่ายไฟ
4. อ่านค่ากระแสที่ไหลผ่านในวงจร

วงจรขนาน

  วงจรขนานคือ การนำโหลดมาต่อขนานกันหรือต่อคร่อมกัน ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปโดยนำจุดต่อของปลายทั้งสองข้างของโหลดแต่ละตัวมาต่อร่วมกัน (ในหนังสือเล่มนี้จะขอใช้ตัวต้านทานแทนโหลดทั่ว ๆ ไป)

การคำนวณค่าความต้านทาน

ในการคิดคำนวณค่าความต้านทานที่ต่อขนานกัน 2 ตัว จะใช้สูตรใดในการคำนวณก็ได้ ผลรวมจะได้เท่ากัน และถ้าค่าความต้านทานมีค่าเท่ากันทั้ง 2 ตัว คำตอบที่ได้จะลดลงครึ่งหนึ่ง

การวัดค่าแรงดันตกคร่อมในวงจรขนาน

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดแรงดันไฟตรง (DCV) ให้มากกว่าแหล่งจ่าย (E)
2. นำสายด้านไฟบวกของมัลติมิเตอร์ สัมผัสกับด้านไฟบวกของตัวต้านทาน R1
3. นำสายด้านไฟลบของมัลติมิเตอร์ สัมผัสกับด้านไฟลบของตัวต้านทาน R1
4. อ่านค่าแรงดันตกคร่อมความต้านทาน R1
5. ทำขั้นตอนที่ 1-4 เพื่อวัดค่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน R2 และ R3

การวัดค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรขนาน

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดกระแส (mA) ให้มีค่าสูงไว้ก่อน
2. นำสายด้านไฟบวกของมัลติมิเตอร์ต่ออนุกรมเข้ากับด้านไฟบวกของแหล่งจ่ายไฟ
3. นำสายด้านไฟลบของมัลติมิเตอร์ต่ออนุกรมเข้ากับด้านไฟลบของแหล่งจ่ายไฟ
4. อ่านค่ากระแสที่ไหลผ่านในวงจร

วงจรผสม

  วงจรผสมคือ การนำโหลดมาต่ออนุกรมและขนานร่วมกันภายในวงจรเดียวกัน (ในหนังสือเล่มนี้จะขอใช้ตัวต้านทาน แทนโหลดทั่ว ๆ ไป)

การคำนวณค่าความต้านทาน

  การคำนวณค่าความต้านทานจะใช้วิธีพิจารณาวงจร ในกรณีที่ต่อแบบอนุกรมจะนำค่าความต้านทานมาบวกกัน ในกรณีที่วงจรต่อแบบขนาน จะใช้สูตรขนานในการคิดคำนวณ จากรูปที่ 6.17  สามารถที่จะคำนวณค่าความต้านทานได้ดังนี้

เขียนวงจรใหม่ได้ดังนี้

เขียนวงจรใหม่ได้ดังนี้

เขียนวงจรใหม่ได้ดังนี้

เขียนวงจรใหม่ได้ดังนี้

การวัดค่าแรงดันตกคร่อมในวงจรผสม

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดแรงดันไฟตรง (DCV) ให้มากกว่าแหล่งจ่าย (E)
2. นำสายด้านไฟบวกของมัลติมิเตอร์ สัมผัสกับด้านไฟบวกของตัวต้านทานที่จะวัด
3. นำสายด้านไฟลบของมัลติมิเตอร์ สัมผัสกับด้านไฟลบของตัวต้านทานที่จะวัด
4. อ่านค่าแรงดันตกคร่อมความต้านทาน

การวัดค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรผสม

1. นำมัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดกระแส (mA) ให้มีค่าสูงไว้ก่อน
2. นำสายด้านไฟบวกของมัลติมิเตอร์ต่ออนุกรมเข้ากับด้านไฟบวกของแหล่งจ่ายไฟ
3. นำสายด้านไฟลบของมัลติมิเตอร์ต่ออนุกรมเข้ากับด้านไฟลบของแหล่งจ่ายไฟ
4. อ่านค่ากระแสที่ไหลผ่านในวงจร