ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟ

ในสาขา วิศวกรรมไฟฟ้า, ข้อตกลงเครื่องหมายพาสซีฟ (อังกฤษ: Passive sign convention (PSC)) เป็นข้อตกลงเกี่ยวกับเครื่องหมายหรือกฎมาตรฐานที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้อย่างกว้างขวางโดยชุมชนวิศวกรรมไฟฟ้าเพื่อกำหนดเครื่องหมายของ กำลังไฟฟ้า (อังกฤษ: electric power) ในวงจรไฟฟ้าหนึ่ง ข้อกำหนดนี้ได้กำหนดให้กำลังไฟฟ้าที่ไหลออกมาจากวงจร เข้า ไปใน ชิ้นส่วนไฟฟ้า มีเครื่องหมายเป็นบวก และกำลังไฟฟ้าที่ไหลเข้าไปในวงจร ออก จากชิ้นส่วนไฟฟ้าหนึ่ง มีเครื่องหมายเป็นลบ ดังนั้น ชิ้นส่วนที่เป็น พาสซีฟ ซึ่งบริโภคกำลังไฟฟ้าเช่นเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือหลอดไฟ จะมีการกระจายพลังงาน (อังกฤษ: power dissipation) เป็น บวก ในขณะที่ชิ้นส่วนที่เป็นแอคทีฟ ได้แก่แหล่งจ่ายพลังงานเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ จะมีการกระจายพลังงานเป็น ลบ นี่คือการกำหนดมาตรฐานของการใช้พลังงานในวงจรไฟฟ้า เพื่อให้สอดคล้องกับข้อตกลง ทิศทางของตัวแปร แรงดัน และ กระแส ที่ใช้ในการคำนวณกำลังไฟฟ้าและความต้านทานในชิ้นส่วน จะต้องมีความสัมพันธ์ที่แน่นอน ตัวแปรกระแสจะต้องถูกกำหนดเพื่อที่ว่ากระแสบวกจะเข้าทางขั้วแรงดันไฟฟ้าบวกของอุปกรณ์ ทิศทางเหล่านี้อาจแตกต่างจากทิศทางของการไหลของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริง ข้อตกลงเครื่องหมายพาสซีฟระบุว่าในชิ้นส่วนที่ตัวแปร กระแสตามธรรมเนียมปฏิบัติ i จะถูกกำหนดให้เป็นการไหลเข้าสู่อุปกรณ์ผ่านขั้วไฟฟ้าที่เป็นบวกตามที่กำหนดโดยตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v ดังนั้น กำลังไฟฟ้า p และความต้านทาน r จะได้จาก ในชิ้นส่วนที่กระแส i ไหลเข้าไปผ่านขั้วไฟฟ้าแรงดันลบ กำลังไฟฟ้าและความต้านทานจะได้จาก ด้วยนิยามเหล่านี้ ชิ้นส่วนพาสซีฟ (โหลด) จะมี p > 0 และ r > 0 และชิ้นส่วนแอคทีฟ (แหล่งพลังงาน) จะมี p < 0 และ r < 0 ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้า กำลังไฟฟ้า หมายถึงอัตราของพลังงานไฟฟ้าที่ไหลเข้าหรือออกจากชิ้นส่วนใด ๆ กำลังไฟฟ้าเป็นปริมาณที่มีเครื่องหมาย โดยที่กำลังไฟฟ้าที่เป็นลบหมายถึงเพียงว่าเป็นกำลังไฟฟ้าที่ไหลไปในทิศทางที่ตรงข้ามกับกำลังที่เป็นบวก จากมุมมองของการไหลของกำลังไฟฟ้า ชิ้นส่วนไฟฟ้า ในวงจรจึงสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ดังนี้ บางชิ้นส่วนอาจเป็นได้ทั้งแหล่งพลังงานหรือโหลด ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสที่ผ่านตัวพวกมัน ตัวอย่างเช่นแบตเตอรี่ที่ชาร์จใหม่ได้จะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเมื่อมันถูกนำมาใช้ในการผลิตกำลังไฟฟ้า แต่จะเป็นโหลดเมื่อมันกำลังถูกชาร์จใหม่ เนื่องจากกระแสสามารถไหลได้ทั้งสองทิศทาง มันจึงมีสองวิธีที่เป็นไปได้ในการกำหนดกำลังไฟฟ้า; หรือสอง ทิศทางอ้างอิง ที่เป็นไปได้: คือกำลังไฟฟ้าไหลเข้ามาในวงจร หรือกำลังไฟฟ้าไหลออกมาจากวงจร อันใดอันหนึ่งนี้สามารถกำหนดให้เป็นบวก ไม่ว่าทิศทางไหนจะถูกกำหนดให้เป็นบวก อีกทิศทางหนึ่งจะเป็นลบ ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟจะกำหนดกำลังไฟฟ้าที่ไหล ออก จากวงจร (เข้า ชิ้นส่วน) ให้เป็นบวก ดังนั้นชิ้นส่วนพาสซีฟจึงมีกำลังไฟไหลผ่านเป็น "บวก" การไหลของกำลังไฟฟ้า p และ ความต้านทาน r ของชิ้นส่วนไฟฟ้าหนึ่ง จะเกี่ยวข้องกับตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v และกระแส i โดยกำหนดเป็นสมการสำหรับกำลังไฟฟ้าและ กฎของโอห์ม ดังต่อไปนี้: เช่นเดียวกับกำลังไฟฟ้า แรงดันและกระแสก็มีปริมาณเป็นเครื่องหมาย การไหลของกระแสในเส้นลวดจะมีสองทิศทางที่เป็นไปได้ ดังนั้นเมื่อจะกำหนดตัวแปรกระแส i ทิศทางซึ่งแทนความหมายของการไหลของกระแสในเชิงบวกจะต้องชี้ให้เห็น โดยมักจะเป็นลูกศรในแผนภาพวงจร เครื่องหมายนี้เรียกว่าทิศทางอ้างอิงสำหรับกระแส i ถ้ากระแสที่เกิดขึ้นจริงเป็นไปในทิศทางตรงกันข้าม ตัวแปร i ก็จะมีค่าเป็นลบ ในทำนองเดียวกันในการกำหนดตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v ขั้วไฟฟ้าที่แสดงความหมายว่าเป็นด้านบวกจะต้องมีการระบุ ซึ่งมักใช้ลูกศรหรือเครื่องหมายบวก เครื่องหมายนี้เรียกว่า ทิศทางอ้างอิงสำหรับแรงดันไฟฟ้า v เพื่อให้เข้าใจถึง 'ข้อตกลงสำหรับสัญลักษณ์พาสซีฟ' มากยิ่งขึ้น มันจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแยกแยะทิศทางอ้างอิงของตัวแปร v และ i ซึ่งสามารถกำหนดได้ด้วยสามัญสำนึก จากทิศทางของแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งจะถูกกำหนดโดยวงจร แนวคิดของข้อตกลงนี้ก็คือว่าโดยการกำหนดทิศทางอ้างอิงของตัวแปร v และ i ในชิ้นส่วนหนึ่งด้วยความสัมพันธ์ที่ถูกต้อง, การไหลเวียนของกำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วนแบบพาสซีฟที่คำนวณได้จากสมการ (1) จะมีผลออกมาเป็นบวก ในขณะที่การไหลของกำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วนแบบแอคทีฟจะมีผลออกมาเป็นลบ มันไม่จำเป็นที่จะต้องทราบว่าชิ้นส่วนนั้นจะผลิตหรือจะบริโภคพลังงานเมื่อทำการวิเคราะห์วงจร; ทิศทางอ้างอิงสามารถกำหนดได้เองสำหรับเส้นทางไปยังกระแสและขั้วไฟฟ้าไปยังแรงดัน จากนั้นข้อตกลงฯ มีใว้ใช้ในการคำนวณการใช้กำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วนทั้งหลาย ถ้ากำลังไฟฟ้าออกมาในเป็นบวก ชิ้นส่วนนั้นจะเป็นโหลดซึ่งแปลงกำลังไฟฟ้าให้เป็นกำลังงานรูปอื่น ถ้ากำลังไฟฟ้าออกมาเป็นลบ ชิ้นส่วนนั้นจะเป็นแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งจะแปลงกำลังงานรูปแบบอื่นให้เป็นกำลังไฟฟ้า การอภิปรายข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการเลือกทิศทางที่สัมพันธ์กันของตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสในชิ้นส่วนหนึ่งจะเป็นตัวกำหนดทิศทางการไหลของกำลังไฟฟ้าที่ได้ถูกพิจารณาว่าเป็นบวก ทิศทางอ้างอิงของตัวแปรแต่ละตัวจะไม่สำคัญ ความสัมพันธ์ของพวกมันที่มีต่อกันเท่านั้นที่สำคัญ มีสองทางเลือกคือ: ในทางปฏิบัติมันไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสในวงจรเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของเครื่องหมายพาสซีฟ มีชิ้นส่วนหลายอย่างที่ตัวแปรมีความสัมพันธ์ "ย้อนหลัง" และมีตัวแปรกระแสไหลเข้าสู่ขั้วลบ ชิ้นส่วนพวกนี้ยังสามารถถูกทำเพื่อให้สอดคล้องกับข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟโดยการเปลี่ยนเครื่องหมายของความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบ (1) และ (2) ใช้กับพวกมัน กระแสที่เข้าทางขั้วลบเทียบเท่ากับกระแสลบที่เข้าสู่ขั้วบวก ดังนั้นในชิ้นส่วนดังกล่าว