ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟ

ในสาขา วิศวกรรมไฟฟ้า, ข้อตกลงเครื่องหมายพาสซีฟ (Passive sign convention (PSC)) เป็นข้อตกลงเกี่ยวกับเครื่องหมายหรือกฎมาตรฐานที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้อย่างกว้างขวางโดยชุมชนวิศวกรรมไฟฟ้าเพื่อกำหนดเครื่องหมายของ กำลังไฟฟ้า (electric power) ในวงจรไฟฟ้าหนึ่ง ข้อกำหนดนี้ได้กำหนดให้กำลังไฟฟ้าที่ไหลออกมาจากวงจร เข้า ไปใน ชิ้นส่วนไฟฟ้า มีเครื่องหมายเป็นบวก และกำลังไฟฟ้าที่ไหลเข้าไปในวงจร ออก จากชิ้นส่วนไฟฟ้าหนึ่ง มีเครื่องหมายเป็นลบ ดังนั้น ชิ้นส่วนที่เป็น พาสซีฟ ซึ่งบริโภคกำลังไฟฟ้าเช่นเครื่องใช้ไฟฟ้าหรือหลอดไฟ จะมีการกระจายพลังงาน (power dissipation) เป็น บวก ในขณะที่ชิ้นส่วนที่เป็นแอคทีฟ ได้แก่แหล่งจ่ายพลังงานเช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ จะมีการกระจายพลังงานเป็น ลบ นี่คือการกำหนดมาตรฐานของการใช้พลังงานในวงจรไฟฟ้า
เพื่อให้สอดคล้องกับข้อตกลง ทิศทางของตัวแปร แรงดัน และ กระแส ที่ใช้ในการคำนวณกำลังไฟฟ้าและความต้านทานในชิ้นส่วน จะต้องมีความสัมพันธ์ที่แน่นอน ตัวแปรกระแสจะต้องถูกกำหนดเพื่อที่ว่ากระแสบวกจะเข้าทางขั้วแรงดันไฟฟ้าบวกของอุปกรณ์ ทิศทางเหล่านี้อาจแตกต่างจากทิศทางของการไหลของกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจริง
== ข้อตกลง ==
ข้อตกลงเครื่องหมายพาสซีฟระบุว่าในชิ้นส่วนที่ตัวแปร กระแสตามธรรมเนียมปฏิบัติ i จะถูกกำหนดให้เป็นการไหลเข้าสู่อุปกรณ์ผ่านขั้วไฟฟ้าที่เป็นบวกตามที่กำหนดโดยตัวแปรแรงดันไฟฟ้า v ดังนั้น กำลังไฟฟ้า p และความต้านทาน r จะได้จาก
p = vi \,&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;and&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;r = v/i \,
ในชิ้นส่วนที่กระแส i ไหลเข้าไปผ่านขั้วไฟฟ้าแรงดันลบ กำลังไฟฟ้าและความต้านทานจะได้จาก
p = -vi \,&nbsp;&nbsp;&nbsp;and&nbsp;&nbsp;&nbsp;r = -v/i \qquad\,
ด้วยนิยามเหล่านี้ ชิ้นส่วนพาสซีฟ (โหลด) จะมี p > 0 และ r > 0 และชิ้นส่วนแอคทีฟ (แหล่งพลังงาน) จะมี p p = vi \qquad\qquad\qquad\,\,\, (1) \,
r = v/i \qquad\qquad\qquad (2)  \,
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
== ข้อตกลงด้านเครื่องหมาย ==
การอภิปรายข้างต้นแสดงให้เห็นว่าการเลือกทิศทางที่สัมพันธ์กันของตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสในชิ้นส่วนหนึ่งจะเป็นตัวกำหนดทิศทางการไหลของกำลังไฟฟ้าที่ได้ถูกพิจารณาว่าเป็นบวก ทิศทางอ้างอิงของตัวแปรแต่ละตัวจะไม่สำคัญ ความสัมพันธ์ของพวกมันที่มีต่อกันเท่านั้นที่สำคัญ มีสองทางเลือกคือ:

ข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟ: การกำหนดตัวแปรกระแสว่าเป็นการไหลเข้าขั้วบวกหมายความว่าถ้าตัวแปรแรงดันและกระแสมีค่าเป็นบวก, กระแสจะไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ, งานเกิดขึ้น "บน" ชิ้นส่วน เหมือนกับที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วนพาสซีฟ ดังนั้นกำลังไฟฟ้าที่ไหล "ลงสู่" ชิ้นส่วนนั้นจะถูกกำหนดให้เป็นบวก ตัวแปรกำลังไฟฟ้าจะหมายถึง "การกระจาย" (dissipation) ของกำลังไฟฟ้าในชิ้นส่วน ดังนั้น
*ชิ้นส่วนแบบแอคทีฟ (แหล่งพลังงาน) จะมีความต้านทานเป็นลบและการไหลเวียนของกำลังงานเป็นลบ
*ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟ (โหลด) จะมีความต้านทานเป็นบวกและการไหลเวียนของกำลังงานเป็นบวก
นี่คือข้อตกลงที่ใช้ตามปกติ

ข้อตกลงเกี่ยวกับเครื่องหมายแอคทีฟ: การกำหนดตัวแปรกระแสเมื่อมันไหลเข้าขั้วลบหมายความว่าถ้าตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสมีค่าเป็นบวก, กระแสจะไหลจากขั้วลบไปขั้วบวก ดังนั้นงานกำลังจะถูกทำ "บน" กระแส และกำลังไฟฟ้าจะไหลออกจากชิ้น ส่วน ดังนั้นกำลังไฟฟ้าที่ไหลออกจากชิ้นส่วนจะถูกกำหนดให้เป็นบวก ตัวแปรกำลังไฟฟ้าแทนความหมายของกำลังงานที่ถูก "ผลิตขึ้น" ดังนั้น:
*ชิ้นส่วนแบบแอคทีฟจะมีความต้านทานเป็นบวกและการไหลเวียนของกำลังไฟฟ้าก็เป็นบวก
*ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟจะมีความต้านทานเป็นลบและการไหลเวียนของกำลังไฟฟ้าก็เป็นลบ
ข้อตกลงนี้จะไม่ค่อยได้ใช้ ยกเว้นกรณีพิเศษในวิศวกรรมกำลังไฟฟ้า
ในทางปฏิบัติมันไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดตัวแปรแรงดันไฟฟ้าและกระแสในวงจรเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของเครื่องหมายพาสซีฟ มีชิ้นส่วนหลายอย่างที่ตัวแปรมีความสัมพันธ์ "ย้อนหลัง" และมีตัวแปรกระแสไหลเข้าสู่ขั้วลบ ชิ้นส่วนพวกนี้ยังสามารถถูกทำเพื่อให้สอดคล้องกับข้อตกลงสำหรับเครื่องหมายพาสซีฟโดยการเปลี่ยนเครื่องหมายของความสัมพันธ์ที่เป็นส่วนประกอบ (1) และ (2) ใช้กับพวกมัน กระแสที่เข้าทางขั้วลบเทียบเท่ากับกระแสลบที่เข้าสู่ขั้วบวก ดังนั้นในชิ้นส่วนดังกล่าว
p = v(-i) = -vi  \,, and
r = v/(-i) = -v/i \,
== การอนุรักษ์พลังงาน ==
== อ้างอิง==
วงจรอิเล็กทรอนิกส์
พลังงานไฟฟ้า