ในโลกของไฟฟ้าและวงจรไฟฟ้า จำเป็นที่จะต้องทำความเข้าใจแนวคิดพื้นฐานที่ควบคุมการไหลของประจุไฟฟ้า ซึ่งความรู้นี้เป็นความรู้พื้นฐานของทฤษฎีวงจรไฟฟ้า DC (กระแสตรง) โดยเราจะมาเจาะลึกแนวคิดเหล่านี้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้คำเชื่อมส่วนต่างๆ :

ประจุไฟฟ้าและอะตอม

วัสดุทั้งหมดประกอบขึ้นมาจากอะตอม  อะตอมมีองค์ประกอบสำคัญสามส่วน: โปรตอน、นิวตรอน และอิเล็กตรอน โดยโปรตอนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก、นิวตรอนมีความเป็นกลาง และอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ อะตอมจะคงความสเถียร เมื่อองค์ประกอบเหล่านี้อยู่รวมกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อแยกออกจากกัน องค์ประกอบเหล่านี้จะสร้างความแตกต่างในประจุไฟฟ้า จนก่อเกิดเป็นแรงดึงดูดขึ้น

การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงจรปิด

ในวงจรปิด อิเล็กตรอนที่หลวมจะถูกกระตุ้นให้เคลื่อนที่และลอยกลับไปหาโปรตอน เนื่องจากการดึงดูดซึ่งกันและกัน  การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่า กระแสไฟฟ้า ทั้งนี้สิ่งสำคัญที่จำเป็นต้องรู้คือ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไม่เป็นอิสระ อิเล็กตรอนจะต้องเผชิญกับความต้านทานของวัสดุที่เคลื่อนที่ผ่าน

แรงดันไฟฟ้า、กระแสไฟฟ้า、และความต้านทาน

วงจรไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกพื้นฐานทุกวงจรโคจรรอบปริมาณไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกันสามประเภท: แรงดันไฟฟ้า (V)、กระแสไฟฟ้า (I)、และความต้านทาน (Ω)

แรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้า (V) เป็นตัวแทนพลังงานศักย์ที่จัดเก็บอยู่ในประจุไฟฟ้า หรืออาจมองว่าเป็นแรงผลักอิเล็กตรอนให้ผ่านตัวนำ แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นสอดคล้องกับแรงผลักที่มากขึ้น และความสามารถในการทำงานมากขึ้น ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดในวงจรเรียกว่า ความต่างศักย์ไฟฟ้า  (p.d.) หรือ แรงดันไฟฟ้าตก

แรงดันไฟฟ้า DC และแรงดัน AC

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าคงที่ ไม่เปลี่ยนแปลงเรียกว่า แรงดันไฟฟ้า DC ในขณะที่แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่มีความเปลี่ยนแปลงจะเรียกว่า แรงดันไฟฟ้า AC ทั้งสองใช้หน่วยวัดเป็นโวลต์ (V) โดยมีคำนำหน้าเช่น ไมโครโวลต์ (μV)、มิลลิโวลต์ (mV)、หรือกิโลโวลต์ (kV) เพื่อใช้ในการระบุแรงดันไฟฟ้าหน่วยย่อยต่างๆ โดยแรงดันไฟฟ้าอาจเป็นบวก หรือลบก็ได้

กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า (I) คือการไหลของประจุไฟฟ้า มีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์ (A) ซึ่งก็คือ การเคลื่อนที่ต่อเนื่องของอิเล็กตรอนในวงจรที่ขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า หากมองการไหลเป็นการไหลตามกระแสนิยมจะตั้งสันนิษฐานว่า กระแสไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ แม้ว่าจริงๆ แล้วอิเล็กตรอนจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามก็ตาม

การไหลตามกระแสนิยม vs การไหลของอิเล็กตรอน

การไหลตามกระแสนิยมหมายถึง การเคลื่อนที่ของประจุบวกจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ในขณะที่การไหลของอิเล็กตรอนคือ การเคลื่อนที่ที่แท้จริงของอิเล็กตรอนจากขั้วลบไปยังขั้วบวก  ปัจจุบันพบการใช้งานทั้งสองรูปแบบ แต่โดยทั่วไปแล้ว การไหลตามกระแสนิยมจะเข้าใจได้ง่ายกว่า

แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดที่ทำหน้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าตามปริมาณที่ระบุ (เช่น 1A、5A) และแสดงเป็นสัญลักษณ์วงกลมพร้อมลูกศรแสดงทิศทาง กระแสไฟฟ้าวัดเป็นหน่วยแอมแปร์ (A) และสามารถแสดงเป็นไมโครแอมป์ (μA) หรือมิลลิแอมป์ (mA) ได้ กระแสไฟฟ้าสามารถเป็นบวกหรือลบได้ ขึ้นอยู่กับทิศทางของมัน

กระแสไฟฟ้า DC และกระแส AC

กระแสไฟฟ้าตรง (DC) จะไหลไปในทิศทางเดียวกัน ในขณะที่กระแสไฟฟ้าสลับ (AC) จะมีทิศทางการไหลของกระแสสลับกลับไปมา  แรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญที่ช่วยให้เกิดการไหลของกระแส และจะถูกจำกัดปริมาณการไหลของกระแสตามความต้านทานของวงจร และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้า

แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า และเงื่อนไขของวงจร

แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้ามักลัดวงจร หรือวงจรปิด และไม่ชอบสภาวะวงจรเปิดที่ป้องกันการไหลของกระแส หากเปรียบเทียบกับการไหลของน้ำ กระแสไฟฟ้าจะไหลคล้ายการไหลของน้ำในท่อ และความเร็วของการไหลสอดคล้องกับความแรงของกระแส

โดยสรุป การทำความเข้าใจแรงดันไฟฟ้า、กระแสไฟฟ้า、และความต้านทานเป็นความรู้เบื้องต้นที่จะช่วยให้ทำความเข้าใจทฤษฎีวงจร DC ได้ ซึ่งแนวคิดเหล่านี้เปรียบเหมือนองค์ประกอบสำคัญของวิศวกรรมไฟฟ้า ที่ช่วยให้เราสามารถออกแบบ วิเคราะห์ และแก้ไขปัญหาวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ