ในบทความนี้เป็นเนื้อหาเกี่ยวกับกฎของโอห์ม (Ohm’s Law) ซึ่งเป็นเรื่องพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้าที่เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่มีหน่วยเป็นแอมป์ (Amp) ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าที่่มีหน่วยเป็นโวลต์ (Volt) และความต้านทานของตัวนำหรือโหลด (Load) ที่มีหน่วยเป็นโอห์ม (Ohm) หรือสมการ V=IR โดย V เป็นแรงดัน I คือกระแสไฟฟ้า และ R คือค่าความต้านทานของตัวนำ
กฏของโอห์มได้กำหนดไว้ว่า กระแสไฟฟ้าเมื่อไหลผ่านตัวนำจะสร้างความสัมพันธ์ได้ดังนี้
- V = IR หมายความว่า
- แรงดันจะมากขึ้นเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นหรือค่าความต้านทานลดลง
- แรงดันจะลดลงเมื่อแระแสลดลงหรือค่าความต้านทานสูงขึ้น
- I = V/R หมายความว่า
- กระแสจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้นหรือค่าความต้านทานลดลง
- กระแสจะลดลงเมื่อแรงดันลดลงหรือค่าความต้านทานเพิ่มขึ้น
- R = V/I หมายความว่า
- ค่าความต้านทานจะเพิ่มขึ้นเมื่อ แรงดันเพิ่มขึ้น หรือกระแสลดลง
- ค่าความต้านทานจะลดลงเมื่อ แรงดันลดลง หรือกระแสเพิ่มขึ้น
ตัวอย่าง 1
ถ้าแหลงจ่ายไฟสามารถขับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้ 5 โวลต์ และให้กระแสไฟฟ้าขนาด 1 แอมป์ จะต้องมีค่าความต้านทานของตัวนำหรือโหลดของวงจรเป็นค่าเท่าใด?
จากสมการ
R = V/I
โดยที่
V = 5V
I = 1A
ดังนั้น
R = 5/1
= 5 Ohm
โดยที่โหลดหรือตัวนำต้องทนกระแสได้อย่างน้อย 1 แอป์เพื่อไม่ให้ตัวนำหรือโหลดนั้นเสียหายตัวอย่าง 2
ขา GPIO (General Purpose I/O) ของชิพ ATMEGA328P สามารถส่งแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงได้สูงสุด 5 โวลต์ และขับกระแสได้ 40 มิลลิแอมป์ (mA) จะต้องใช้ค่าต้านทานเท่าไร?
จากสมการ
R = V/I
โดยที่
V = 5V
I = 40mA
= 40/1000 A
= 0.04 A
ดังนั้น
R = 5/0.04
= 125 โอมห์ตัวอย่าง 3
ขาแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 3.3V หรือ 3V3 ของบอร์ด Arduino Uno สามารถขับกระแสได้ 50mA จะสามารถใช้กับโหลดที่มีค่าต้านทานเท่าใด
จากสมการ
R = V/I
โดยที่
V = 3.3V
I = 50mA
= 50/1000 A
= 0.05 A
ดังนั้น
R = 3.3/0.05
= 65.9999...9
= 66 โอมห์
ตัวอย่าง 4
บอร์ดขับจอแสดงผลแอลซีดีกราฟิกส์รุ่นหนึ่งต้องการแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 3.3 โวลต์ และต้องการกระแส 300mA ในการทำงาน เมื่อนำมาใช้กับบอร์ด Arduino Uno ที่สามารถขับแรงดัน 3.3 โวลต์ ด้วยกระแส 50mA จะสามารถใช้ได้หรือไม่?
คำตอบ ไม่ได้ แต่สามารถกระทำได้ด้วยการเพิ่มแหล่งจ่ายไฟให้กับบอร์ดขับจอแสดงผลแอลซีดีกราฟิส์ต่างหาก โดยต้องเชื่อมขากราวด์ (Ground) ของบอร์ด Arduino Uno เข้ากับบอร์ดขับหลอดแอลซีดีกราฟิกส์เข้าด้วยกัน เนื่องจากวงจรไฟฟ้าที่ทำงานร่วมกันจะต้องมีสายกราวด์เชื่อมต่อกัน และที่ต้องพึงระวังคือ ต้องพิจารณาความต้องการของขานำเข้าสัญญาณของบอร์ดแอลซีดีกราฟิกส์ว่ามีความต้องการกระแสไฟฟ้าเท่าไร เนื่องจาก ATMEGA328P สามารถขับได้ 40mA ถ้าเพียงพอตามความต้องการของบอร์ดขับหลอดแอลซีดีกราฟิส์แต่เมื่อทำงานกลับพบว่าการแสดงผลมีความผิดพลาด เช่น จอกระพริบเพราะแรงดันไม่พอ หรือกระแสไม่พอ เป็นต้น ต้องพิจารณาเรื่องของความยาวของสายไฟเชื่อมต่อ เนื่องจากสายไฟเชื่อมต่อมีค่าความต้านทานเช่นกัน เมื่อสายไฟยาวจะให้ค่าความต้านทานที่สูงกว่าสายไฟที่สั้นกว่า สรุป
จากกฎของโอมห์มีความสำคัญต่อการประยุกต์ใช้วงจรการทำงานของระบบไมโครคอนโทรลเลอร์เนื่องจากเป็นความรู้พื้นฐานสำหรับการออกแบบวงจร และการเขียนโปรแกรมเพื่อสั่งงาน ทั้งนี้ ถ้าผู้เขียนโปรแกรมไม่ได้พิจารณาเรื่องของกระแสไฟฟ้า แรงดัน และค่าความต้านทาน เช่นในตัวอย่างที่ 4 ต่อให้โปรแกรมที่เขียนมีความถูกต้อง การทำงานของระบบอาจจะทำงานไม่ได้ หรือได้บ้างไม่ได้บ้าง เป็นต้น ดังนั้น เมื่อพบข้อผิดพลาดเกิดขึ้น หน้าที่ของผู้เขียนโปรแกรมจะต้องพิจารณาให้รอบคอบว่าความผิดพลาดเกิดจากส่วนใด เพราะถ้าเกิดจากความผิดพลาดเรื่องของแรงดันที่ไม่เพียงพอเพราะสายเชื่อมต่อยาวทำให้เกิดค่าความต้านสูงจนไม่เพียงพอ แต่มัวหาที่ผิดของโปรแกรมก็จะทำให้ไม่สามารถแก้ปัญหาได้ตรงจุด ด้วยเหตุนี้ ก่อนเขียนโปรแกรมต้องตรวจสอบความถูกต้องของวงจรให้แน่ใจก่อนว่ามีความถูกต้องตามกฎของโอห์มเพื่อให้มั่นใจว่ากระแสและแรงดันเพียงพอต่อการทำงานของฮาร์ดแวร์ (ที่สำคัญอย่าลืมเชื่อมสายกราวด์เข้าร่วมกัน) ผู้เขียนโปรแกรมจึงมั่นใจได้ว่าโปรแกรมที่เขียนนั้นมีความผิดพลาดและใช้เวลากับการแก้ไขโปรแกรม
(C) 2020-2021, โดย อ.ดนัย เจษฎาฐิติกุล/อ.จารุต บุศราทิจ
ปรับปรุงเมื่อ 2021-05-20, 2021-06-01, 2021-09-11