วิธีโนดโวลเตจ
ในการแก้ปัญหาของโจทย์ในวงจรไฟฟ้าที่ค่อนข้างยุ่งยากสลับซับซ้อน เราอาจ ใช้วิธีเมชเคอร์เรนท์พิจารณาหาค่าต่างๆ ในวงจรได้ ซึ่งเราต้องสมมติและกำหนดทิศทาง กระแสไฟฟ้าไหลวนในวงจรปิดต่างๆ และนำหลักการของกฎข้อที่ 2 ของเคอร์ซอฟฟ์มาสร้าง สมการแรงดันไฟฟ้าของแต่ละวงจรปิดเพื่อหาค่าของตัวแปรที่เราไม่ทราบค่า
ในบทนี้เป็นอีกวิธีการหนึ่งที่พยายามแก้ปัญหาของโจทย์ในวงจรที่ข้อนข้างยุ่ง ยากสลับซับซ้อนโดยนำหลักการของกฎข้อที่ 1 ของเคอร์ซอฟฟ์ที่ว่า ผลบวกทางพีชคณิต ของกระแสไฟฟ้า ณ จุดหนึ่ง ๆ มีค่าเป็นศูนย์ มาใช้ในการพิจารณาหาค่าต่าง ๆ ในวงจร ที่กำหนดให้ ซึ่งเรียกวิธีการนี้ว่า วิธีโนดโวลเตจ ศัพท์ที่เกี่ยวกับโนดโวลเตจ โนด (Node) หมายถึง จุดต่อในวงจรไฟฟ้าที่มีจำนวนสาขาตั้งแต่ 2 สาขาขึ้นไป ปรินท์ซิเปิ้ลโนด (Principle node) หมายถึง จุดต่อในวงจรไฟฟ้าที่มีจำนวนสาขา ตั้งแต่3 สาขาขึ้นไปบางทีเรียกว่า จุดต่อเชื่อม ซึ่งในการพิจารณาวงจรไฟฟ้าด้วยวิธีโนด โวลเตดถ้าพูดถึงคำว่า โนด จะหมายถึงปรินท์ซิเปิ้ลโนดนั่นเอง โนดโวลเตจ (Node voltage) หมายถึงความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุด 2 จุดหรือ ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างโนด 2 โนดในวงจรไฟฟ้านั้น ๆ กล่าวคือเป็นความแตกต่างของ ระดับแรงดันไฟฟ้าที่โนดใด ๆ ก็ได้ในวงจร เมื่อนำไปเทียบกับโนดอ้างอิง โนดอ้างอิง (Reference node) เป็นปรินท์ซิเปิ้ลโนดหนึ่งซึ่งเรากำหนดให้เป็นโนด อ้างอิงโดยถ้าโนดใดถูกกำหนดให้เป็นโนดอ้างอิงแล้ว เวลาพิจารณาให้ถือว่าโนดอ้างอิงนั้น มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนยหรือถือว่าเป็นโนดที่ถูกต่อลงกราวด์สำหรับการพิจารณาในวงจรนั้น ๆ ซึ่งในการกำหนดโนดอ้างอิงนี้ทั่วๆ ไปนิยมกำหนดโนดที่มีสาขาการต่อมากที่สุด หรือกำหนด โนดที่มีสาขาการต่อที่ต่อเข้ากับขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟในวงจรที่ยุ่งยากนั้นๆ มากที่สุดเป็น โนดอ้างอิง เช่น
|
รูปที่ 4  |
|
จากรูป 4 จะพบว่า
1. จำนวนปรินท์ซิเปิ้ลโนด = 3 โนดหมายเลข 1 , โนดหมายเลข 2 และโนดหมายเลข3 เรียกสั้นๆว่า node 1, node 2 และ node 3 ตามลำดับ 2. โนดอ้างอิง คือ node 3 ซึ่งเราเห็นได้ว่าถูกต่อลงกราวด์ 3. โนดโวลเตจที่โนดต่างๆ จะพิจารณาความต่างศักย์ไฟฟ้า ณ โนดนั้น ๆ โดยเทียบกับโนดอ้างอิง เช่น - ถ้าพิจารณาศักย์ไฟฟ้าที่โนด A เทียบกับโนดอ้างอิง ใช้สัญลักษณ์ VA - ถ้าพิจารณาศักย์ไฟฟ้าที่โนด 1 เทียบกับโนดอ้างอิง ใช้สัญลักษณ์ V1 - ถ้าพิจารณาศักย์ไฟฟ้าที่โนด 2 เทียบกับโนดอ้างอิง ใช้สัญลักษณ์ V2 เป็นต้น
ลำดับขั้นการใช้วิธีโนดโวลเตจหาค่าต่าง ๆ ในวงจรไฟฟ้า
1. กำหนดโนดต่าง ๆ ลงในวงจรที่กำหนดให้
2. พิจารณาโนดโวลเตจที่โนดต่าง ๆ เทียบกับโนดอ้างอิงเพื่อสร้างสมการ กระแสไฟฟ้า มีหลักพิจารณาดังนี้
2.1 ถ้าพิจารณาที่โนดใด ๆ ให้ถือว่าโนดนั้นมีศักย์ไฟฟ้าสูงที่สุด จากกฎของโอห์ม พบว่าการต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะไหลจากจุดที่มีศักย์สูงกว่าไปยังจุดที่มีศักย์ต่ำกว่า ดังนั้น ถ้าพิจารณาโนดใด ๆ ให้ถือว่ากระแสไฟฟ้าพยายามไหลออกจากโนดนั้นผ่านสาขาต่างๆ ไปยังโนดที่มาสัมพันธ์ด้วยโดยเทียบกับโนดอ้างอิง
2.2 จำนวนสมการของกระแสไฟฟ้าที่ต้องสร้างขึ้นเพื่อหาค่าตัวแปรนั้นมีจำนวน น้อยกว่าปรินท์ซิเปิ้ลโนดเท่ากับ 1
นั่นคือ จำนวนของโนดโวลเตจ = n 1, เมื่อ n = จำนวนปรินท์ซิเปิ้ลโนด
3. หาค่าของตัวแปรจากสมการที่สร้างขึ้น โดยใช้เมตริกและดีเทอร์มีแนนท์เข้าช่วย |