บทที่ 1 - TATC · Web viewวงจรไฟฟ าท แสดงในร ปท 1.4 (ก) เป นวงจรท ใช สร างพ ลส ร ปส เหล

แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 1 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบี

บทท่ี 1 ความรูเ้บื้องต้นเกี่ยวกับรูปคลื่น1.1 ลักษณะและชนิดของรูปคลื่น 1.1.1 คำาจำาจดัความของรูปคลื่นแบบต่าง ๆ

สิง่ประดิษฐส์ารกึ่งตัวนำาชนิดต่าง ๆ เชน่ ไดโอด , ทรานซสิเตอรช์นิดไบโพล่าร ์, ฟลิด์เอฟเฟคทรานซสิเตอร ์(FET) และสิง่ประดิษฐส์ารกึ่งตัวนำาชนิดพเิศษอ่ืน ๆ อีกเป็นจำานวนมากสามารถถกูนำามาใชง้านเป็นสวติชอิ์เล็กทรอนิกส์ได้เป็นอยา่งดี การนำาสิง่ประดิษฐเ์หล่าน้ีมาใชง้านเพื่อเป็นสวติชอิ์เล็กทรอนิกส ์ปกติมกัจะมชีิน้สว่นอิเล็กทรอนิกสอ่ื์น ๆ เชน่ ตัวต้านทาน , ตัวเก็บประจุไฟฟา้มาประกอบรว่มกันเป็นวงจรไฟฟา้ วงจรไฟฟา้น้ีถกูเรยีกวา่ "วงจรสวติช์ชิง่" (Switching circuits) ซึ่งผลการทำางานของวงจรสวติชน้ี์จะทำาใหไ้ด้สญัญาณไฟฟา้ซึ่งอาจเป็นกระแสหรอืแรงดันก็ได้ท่ีมรูีปรา่งลักษณะเป็นหว้ง ๆ ซึ่งไมใ่ชค่ล่ืนไซน์ (Nonsinusoidal wave) แต่เป็นลักษณะของคล่ืนท่ีมเีหล่ียมมมุีม โดยท่ีรูปคล่ืนแต่ละชว่งอาจจะซำ้ากันหรอืไมก่็ได้ คล่ืนไฟฟา้ดังกล่าวน้ีเราเรยีกวา่ "พลัส"์ (Pulse) ดังนัน้อาจกล่าวได้วา่วงจรสวติชช์ิง่สามารถทำาหน้าท่ีสรา้งพลัสข์องกระแสหรอืแรงดันออกมาได้

รูปท่ี 1.1 แสดงรูปทรงและลักษณะของคล่ืนไฟฟา้ (แรงดันหรอืกระแส) อยา่งพื้นฐาน

รหสั 3105-2002 วชิา วงจรพลัสเ์ทคนิค ระดับ ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารย์เสกสรร ศรจีนัทร์


พลัสเ์หล่าน้ีเมื่อพจิารณาดใูหด้ีแล้วจะเหน็วา่ สว่นใหญ่เกิดจากการประกอบของรูปคล่ืนขัน้บนัได (Step) , คล่ืนเอียง (Ramp), หรอืคล่ืนเอ็กโพเนนเชีย่ล ดังแสดงในรูปที่ 1.1 (ก),(ข) และ (ค) ตามลำาดับ รูปคล่ืนของแรงดันไฟฟา้ที่เรานิยมนำามาใชง้านกันมากที่สดุก็คือ รูปคล่ืนท่ีมลัีกษณะเป็นรูปสีเ่หล่ียมมุมฉากดังแสดงในรูปท่ี 1.2 (ก). คล่ืนรูปสีเ่หล่ียมมุมฉาก (Rectangular wave) น้ีก็ได้มาจากการรวมตัวกันของรูปคล่ืนขัน้บนัได 2 สว่นนัน้เอง และมกัถกูเรยีกวา่พลัส ์ หรอืในกรณีของคล่ืนรูปฟนัเล่ือย (Sawtooth wave) ดังแสดงในรูปที่ 1.2 (ข) ก็ได้มาจากการรวมกันของคล่ืนเอียง 2 สว่น หรอือาจเป็นการรวมกันของคล่ืนเอียงหน่ึงสว่นกับคล่ืนขัน้บนัไดอีกหน่ึงสว่นก็ได้ นอกจากน้ีคล่ืนอินติเกรตเตด (Integrated) ดังแสดงในรูปที่ 1.2 (ค) ก็คือรูปคล่ืนซึ่งประกอบขึ้นมาจากคล่ืนยอ่ยรูปเอ็กโพเนนเชีย่ล สองรูป และคล่ืนดิฟเฟอเรนทิเอเตด (Differentiated) ดังแสดงในรูปที่ 1.2 (ง) ก็คือคล่ืนซึ่งประกอบขึ้นจากคล่ืนยอ่ยขัน้บนัไดและคล่ืนเอ็กโพเนนเชีย่ล รวมตัวกันนัน่เอง

1.1.2 ประเภทของรูปคลื่นแบบต่าง ๆ

รูปท่ี 1.2 แสดงรูปคล่ืนลักษณะต่าง ๆ

1.1.3 คำาจำากัดความของรูปคลื่นพลัส์


แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 3 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบี คล่ืนทรงสีเ่หล่ียมจตัรุสัของแรงดันไฟฟา้เรามกันิยมเรยีกวา่ "คล่ืนจตัรุสั" (Square wave) คล่ืนจตัรุสัจะมลัีกษณะคล้ายคล่ืนรูปสีเ่หล่ียมมุมฉากซึ่งปรากฏอยา่งต่อเน่ืองเป็นชว่ง ๆ โดยลักษณะพเิศษประการหน่ึงคือ ชว่งเวลาของพลัสท่ี์ปรากฏกับชว่งเวลาของพลัสท่ี์ไมป่รากฏจะมค่ีาเท่ากันดังแสดงในรูปท่ี 1.3 และในเรื่องนี้จะได้กล่าวถึงลักษณะคณุสมบติั, การสรา้งและการวิเคราะหส์ญัญาณพลัสรู์ปคล่ืนจตัรุสัโดยละเอียด

รูปท่ี 1.3 แสดงรูปคล่ืนจตัรุสั1.2 พารามเิตอรข์องรูปคลื่นพลัส์

วงจรไฟฟา้ที่แสดงในรูปท่ี 1.4 (ก) เป็นวงจรท่ีใชส้รา้งพลัสรู์ปสีเ่หล่ียมมุมฉากดังแสดงในรูปท่ี 1.4 (ข) ในวงจรน้ีจะมรีะดับของแรงดันอยูส่องระดับคือ ที่ปลายออก หรอืเอาต์พุตของวงจรน้ีจะมแีรงดัน 10 โวลต์ เมื่อขัว้ของสวติชอ์ยูท่ี่ตำาแหน่ง 1 และจะมแีรงดันเป็น 0 โวลต์ เมื่อขัว้ของสวติชอ์ยูท่ี่ตำาแหน่ง 2 เมื่อพจิารณาขนาดของพลัสน้ี์กับเวลาที่เปล่ียนแปลงไปจะเหน็ได้ดังในรูปท่ี 1.4 (ข) กล่าวคือขนาดของพลัสน้ี์ก็คือ "จุดยอด" (Peak value) เมื่อเวลาเพิม่ขึ้นจากศูนย ์"ขอบนำา" (Leading edge) ของพลัสก์็จะปรากฏ และต่อมาเมื่อขนาดของพลัสต์กลงมา ก็จะปรากฏ "ขอบหลัง" (Trailing edge) ชว่งของคล่ืนระหวา่งขอบนำากับขอบหลังเรยีกวา่ "ความกวา้งของพลัส์" เขยีนแทนด้วย tP และชว่งระหวา่งจุดที่เริม่เกิดพลัสห์น่ึง ๆ จนกระทัง้ถึงชว่งท่ีเกิดพลัสอ่ื์นถัดมา เราเรยีกวา่ "เวลาท่ีพลัสเ์กิดซำ้า" (Pulse repetition time) เขยีนแทนรหสั 3105-2002 วชิา วงจรพลัสเ์ทคนิค ระดับ ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารย์เสกสรร ศรจีนัทร์

แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 4 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบีด้วย prt และพลัสซ์ึ่งเกิดขึ้นอยา่งต่อเน่ืองกันหลาย ๆ พลัสถ์กูเรยีกวา่ "ขบวนพลัส"์ (Pulse train)

1.2.1 ค่าพารามเิตอรข์องรูปคลื่นพลัส์

รูปท่ี 1.4 แสดงลักษณะของพลัสรู์ปสีเ่หล่ียมมุมฉากในทางทฤษฎี

ในขบวนพลัสห์น่ึง ๆ จำานวนของพลัสท่ี์เกิดขึ้นใน 1 วนิาที เราเรยีกวา่ "อัตราการเกิดพลัสซ์ำ้า" (Pulse repetition rate) และเขยีนแทนด้วย prr หรอืบางครัง้ก็ถกูเรยีกวา่ "ความถ่ีของการเกิดพลัสซ์ำ้า" (Pulse repetition frequency) เขยีนแทนด้วย prf ซึ่งมหีน่วยเป็นจำานวนรอบต่อวนิาทีหรอืเฮิรตซ ์(Hz) จากรูปท่ี 1.4 (ข) ถ้าหาก tP หรอื t1 มค่ีาเท่ากับ t2 แล้วพลัสน้ี์ก็คือคล่ืนจตัรุสั (Square wave) นัน้เอง

"อัตราการเกิดพลัสซ์ำ้า" (prr) ก็คือสว่นกลับของ "เวลาท่ีพลัสจ์ะเกิดซำ้า" (prt) ดังนัน้อาจเขยีนได้วา่


prr = (Hz) (1.1)


เมื่อprr คือ อัตราการเกิดพลัสซ์ำ้า (Pulse repetition rate) มี

หน่วยเป็น เฮิรตซ ์ (Hz)prt คือ เวลาท่ีพลัสเ์กิดซำ้า (Pulse repetition time) มี

หน่วยเป็น วนิาที (S)ค่าเฉล่ียของรูปคล่ืนใด ๆ (อาจเป็นแรงดันหรอืกระแส) ก็คือสว่นซึ่งเป็น "กระแสตรง" (Direct current) ของคล่ืนนัน้ ๆ และการคิดหาค่าเฉล่ีย (Average value) ของแรงดันของคล่ืนตามทฤษฎีในรูปที่ 1.4 (ข) ทำาได้โดยการหารพื้นที่ (AP) ของพลัส ์ด้วยค่าของเวลาท่ีพลัสเ์กิดซำ้า (prt) ค่าเฉล่ียของแรงดันน้ีก็คือ ค่าซึ่งสามารถอ่านได้จากเครื่องวดัแรงเคล่ือนกระแสตรง (DC Voltmeter) ท่ีใชว้ดัขนาดของพลัส์

เ ม ื่อ AP คือ พื้นที่พลัส์ tp คือ ความกวา้งของพลัส ์ มหีน่วยเป็น วนิาที (S) Epeak คือ ค่าแรงดันสงูสดุของพลัส ์ มหีน่วยเป็น โวลต์

(V) Eav คือ ค่าแรงดันเฉล่ียของพลัส ์ มหีน่วยเป็น โวลต์ (V)

ดังนัน้ AP = 10 10-6 10 = 100 10-6 วนิาที – โวลต์


AP = tp Epeak (S.V) (1.2)

Eav = (V) (1.3)


Eav = = 2.5 Vนัน้คือค่าเฉล่ีย ของพลัสใ์นรูปที่ 1.4 (ข) Eav คือ 2.5 โวลต์ อน่ึง

พลัสอ์าจจะเริม่ต้นที่ค่าแรงดันใด ๆ ก็ได้ ไมจ่ำาเป็นต้องเริม่จากแรงดันเป็นศูนย์เสมอไป ดังนัน้ค่าตัวเลขท่ีใชห้าค่า AP ในสมการท่ี 1.2 ก็คือผลรวมทางคณิตศาสตรข์องพื้นท่ีของพลัสก์ล่าวคือเป็นผลรวมสทุธขิองพื้นท่ีของพลัสซ์ึ่งเป็นบวกและพื้นท่ีที่เป็นลบ

1.2.2 ค่าประสทิธผิลของเครื่องมอืวดั ดังนัน้ในรูปท่ี 1.5 (ก) จะเหน็ได้วา่มลัีกษณะคล้ายพลัสใ์นรูปที่ 1.4 (ข) ทกุประการหากแต่ระดับเริม่ต้นของพลัสม์ค่ีาต่างกัน รูปของพลัสซ์ึ่งปรากฏบนจอของออสซลิโลสโคปดังรูปท่ี 1.5 (ก) เป็นรูปคล่ืนขณะที่ทำาการวดัแบบกระแสสลับ (Alternating current) และในรูปที่ 1.5 (ข) เป็นรูปคล่ืนขณะท่ีทำาการวดัแบบกระแสตรง (D.C) สิง่สำาคัญที่ควรคำานึงถึงในท่ีน้ีก็คือเสน้ประท่ีเกิดขึ้นบนจอภาพของออสซลิโลสโคป (Oscilloscope) ทัง้สองกรณีในขณะท่ีไมม่กีารป้อนสญัญาณใด ๆ จะต้องอยูท่ี่ตำาแหน่งกึ่งกลางของจอภาพ และการวดัขนาดของพลัสจ์ะต้องมรีะดับเปรยีบเทียบระดับหน่ึงซึ่งเป็นระดับกระแสตรง พลัสท่ี์เรยีกวา่ "พลัสบ์วก" (Positive pulse) หมายถึง ค่าของกระแสหรอืแรงดันของพลัสนั์น้จะมคี่าเป็นบวกเมื่อเทียบกับระดับศูนย ์ และพลัสล์บ (Negative pulse) หมายถึง ค่าของกระแสหรอืแรงดันของพลัสนั์น้มค่ีาเป็นลบเทียบกับระดับศูนย ์ ดังนัน้ในรูปท่ี 1.5 (ก) ในขบวนพลัสท์ี่ปรากฏมทีัง้พลัสบ์วกและพลัสล์บ การหาพื้นที่สทุธขิองพลัสก์็คือผลต่างของพื้นท่ีของพลัสบ์วกและพลัส์ลบนัน้เอง ในรูปที่ 1.6 (ก) และ (ข) กระทัง้ถึง (ฉ) แสดงตัวอยา่งของลักษณะของพลัสข์องแรงดันที่อาจเป็นไปได้ และระดับเปรยีบเทียบของพลัสน์ัน้ ๆ



รูปท่ี 1.5 แสดงภาพบนจอของออสซลิโลสโคปขณะทำาการวดัแบบ (ก) กระแสสลับ และ (ข) กระแสตรง

พลัสซ์ึ่งมรูีปรา่งเหมอืนกัน อาจมรีะดับเปรยีบเทียบแตกกันได้ การสรา้งหรอืการเปล่ียนแปลงระดับเปรยีบเทียบกระแสตรงของพลัสอ์าจทำาได้โดยวงจรไฟฟา้ท่ีเรยีกวา่ "วงจรปรบัระดับ" (Clamper circuit)

ตัวพารามเิตอรท่ี์ควรรูอี้กตัวหนึ่งซึ่งใชง้านเกี่ยวกับพลัสก์็คือ "ดิวต้ี ไซเคิล" (Duty cycle) ซึ่งก็คืออัตราสว่นระหวา่งค่าเฉล่ียกับค่าจุดยอดของคล่ืนพลัสข์องแรงดัน โดยทัว่ไปแล้วเราจะใชค่้า ดิวต้ี ไซเคิล ในสว่นท่ีเกี่ยวกับกำาลังของเครื่องสง่ (Transmitter power) ซึ่งปกติจะแสดงในรูปของเปอรเ์ซน็ต์ เราสามารถคำานวณค่า ดิวต้ี ไซเคิล ของรูปคล่ืนพลัสข์องแรงดันท่ีแสดงในรูปที่ 1.4 (ข) ได้โดย

จากนิยาม

ดังนัน้ % duty cycle = = 25%


% duty cycle = % (1.4)


หรอื % duty cycle = =

= =

นัน้คือ ค่าดิวต้ี ไซเคิล = 25%

คล่ืนพลัสข์องแรงดันที่แสดงในรูป 1.4 (ข) เป็นรูปคล่ืนที่เป็นไปตามทฤษฎี แต่ในทางปฏิบติัแล้วพลัสรู์ปสีเ่หล่ียมมุมฉากจะไมเ่ป็นมุมฉากที่สมบูรณ์เลยทีเดียว แต่โดยทัว่ไปจะปรากฏเป็นรูปคล่ืนพลัสดั์งแสดงในรูปที่ 1.7 เมื่อรูปของพลัสไ์มเ่ป็นมุมฉากปัญหาที่จะติดตามมาก็คือการหาค่าคณุสมบติัต่าง ๆ ของพลัสจ์ะไมม่มีาตราฐานเปรยีบเทียบท่ีแน่นอนและเหมอืนกัน ดังนัน้จงึจำาเป็นต้องมกีฎเกณฑ์ขอ้กำาหนดท่ีใชเ้ป็นมาตราฐานขึ้น เพื่อสามารถเปรยีบเทียบคณุสมบติัของพลัสท์ี่ต่างกันได้ เชน่ ในการหาค่าความกวา้งของพลัส ์ ก็ใหย้ดึถือขอ้กำาหนดดังน้ีคือความกวา้งของพลัส ์ กำาหนดวา่เป็นชว่งเวลาระหวา่งตำาแหน่งท่ีพลัสม์ขีนาดเป็น 90 เปอรเ์ซน็ต์ของค่าจุดยอด (ขนาดของพลัส์)



รูปท่ี 1.6 แสดงพลัสข์องแรงดันซึ่งมขีนาด E โวลต์ แต่มลัีกษณะต่างกัน



รูปท่ี 1.7 แสดงลักษณะของรูปสีเ่หล่ียมมุมฉากในทางปฏิบติัซึ่งสรา้งขึ้นได้จรงิ ๆ

ดังในรูปท่ี 1.7 ก็คือชว่ง tp และสำาหรบัชว่งระยะเวลาที่พลัสม์ีขนาดจาก 10 เปอรเ์ซน็ต์เพิม่ขึ้นเป็น 90 เปอรเ์ซน็ต์ของขนาดสงูสดุของพลัส ์เรยีกวา่ เวลาไต่ขึ้น “ ” (Rise time) เขยีนแทนด้วย tr ชว่งระยะเวลาท่ีพลัสล์ดลงจาก 90 เปอรเ์ซน็ต์ เหลือเป็น 10 เปอรเ์ซน็ต์ของขนาดสงูสดุของพลัส ์เรยีกวา่ เวลาตก “ ” (Fall time) เขยีนแทนด้วย tf หรอืบางครัง้เรยีกวา่ เวลา“ลด ” (Decay time) ในตำารางบางเล่ม สญัลักษณ์ td อาจใชแ้ทนความกวา้งของพลัสก์็ได้วา่แต่ในท่ีนี้จะขอใช ้tp เหตท่ีุเลือกใช ้tp แทนความกวา้งของพลัสก์็เพราะสญัลักษณ์ td มกัจะใชแ้สดงค่าของเวลาชา้ (Delay time) ซึ่งอาจทำาให้สบัสนสำาหรบัในบางคล่ืนสญัญาณของพลัส ์ ค่าเวลาไต่ขึ้นและเวลาตกจะมค่ีาน้อยมากซึ่งในทางปฎิบติัแล้วเป็นเรื่องยากมากที่จะวดัใหไ้ด้ค่าแมน่ยำา หรอืถกูต้องจรงิ ๆ แมว้า่จะใชอ้อสซสิโลสโคปแบบความถ่ีสงูก็ตาม และเมื่อความกวา้งของพลัสม์ีค่าน้อยมาก ๆ เวลาไต่ขึ้นและเวลาตกก็ใหถ้ือวา่เป็นเวลาทัง้หมดของพลัส์

1.3 ลักษณะของรูปคลื่นพลัสแ์ละการสรา้งสญัญาณ 1.3.1 ลักษณะของรูปคลื่นพลัส์

พลัสรู์ปสีเ่หล่ียมมุมฉากอาจถกูสรา้งได้หลายวธิ ี แต่ท่ีจะกล่าวถึงต่อไปน้ีเป็นเพยีงบางวธิเีท่านัน้

1. คล่ืนรูปสีเ่หล่ียมมุมฉากหรอืคล่ืนจตัรุสัของแรงดันไฟฟา้อาจสรา้งได้โดยการป้อนสญัญาณรูปไซน์ผ่านเขา้ไปในวงจรขยายประเภท A (Class A amplifier) โดยใหส้ญัญาณรูปไซน์เป็นตัวกระตุ้นใหว้งจรขยายทำางานเกินขอบเขต (Overdriven) กล่าวคือในชว่งครึง่แรกของสญัญาณรูปไซน์จะ


แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 11 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบีทำาใหท้รานซสิเตอรใ์นวงจรขยายทำางานในยา่นอ่ิมตัว (Saturation) และชว่งครึง่หลังของสญัญาณรูปไซน์จะทำาใหท้รานซสิเตอรใ์นวงจรขยายทำางานในยา่น คัตออฟ (Cutoff) ดังนัน้ที่ทางออก (Output) ของวงจรขยายจะทำาใหไ้ด้คล่ืนแรงดัน ซึ่งลักษณะท่ีพอจะอนุโลมได้วา่เป็นคล่ืนรูปสีเ่หล่ียมมุมฉาก หรอืคล่ืนจตัรุสัและการท่ีคล่ืนแรงดันน้ีจะมลัีกษณะคล้ายกับคล่ืนรูปสีเ่หล่ียมมุมฉาก

หรอืคล่ืนจตัรสัมากน้อยเพยีงใดก็ขนึอยูก่ับการกำาหนดจุดทำางาน (Operating point) ของทรานซสิเตอรใ์นวงจรขยายนัน้

2. คล่ืนจตัรุสัของแรงดันอาจถกูสรา้งโดยการใชว้งจรมลัติไวเบรเตอร ์(Multivibrator) แบบหน่ึงแบบใดก็ได้ ซึ่งวงจรแบบนี้ก็คือวงจรขยาย 2 ภาคมาต่อรวมกันโดยมตัีวต้านทานและตัวเก็บประจุไฟฟา้เป็นตัว คัปปลิ้ง “ ”(Coupling) หรอืนิยมเรยีกวา่ อาร์“ -ซ ีคัปปลิ้งแอมปลิไฟร ์(R-C coupling amplifier) และผลที่ได้จากวงจรขยายภาคแรกจะถกูป้อนเขา้ท่ีทางเขา้ (Input) ของวงจรขยายภาคที่สองแล้วผลท่ีได้จากวงจรขยายของภาคสองน้ีก็จะถกูป้อนใหย้อ้นกลับไปยงัทางเขา้ของวงจรขยายภาคแรกอีก การทำางานของวงจรขยายน้ีจะอยูใ่นลักษณะทำางานเกินขอบเขต ผลก็คือทำาใหไ้ด้สญัญาณของแรงดันที่ทางออกเป็นรูปคล่ืนจตัรุสัหรอืคล่ืนรูปสีมุ่มฉาก

3. คล่ืนจตัรุสัของแรงดันอาจถกูสรา้งได้โดย การใชแ้หล่งจา่ยแรงดันคล่ืนรูปไซน์ซึ่งมคี่าความถ่ีหลักมูล (Fundamental frequency) ต่อขนานรว่มกับแหล่งจา่ยแรงดันคล่ืนรูปไซน์อ่ืน ๆ ซึ่งมค่ีาความถ่ีเท่ากับค่าความถ่ีหลักคณูกับเลขค่ีจำานวนเต็มใด ๆ หรอืนิยมเรยีกวา่ อ๊อดฮารโ์มนิค“ ”(Odd harmonic frequencies) ทัง้น้ีต้องทำาใหค้ล่ืนรูปไซน์ของแหล่งจา่ยต่าง ๆ มขีนาด (Amplitude) และเฟส (Phase) ท่ีถกูต้อง ผลจากการรวมกันระหวา่งคล่ืนหลักและคล่ืนฮารโ์มนิคน้ีจะทำาใหไ้ด้สญัญาณของแรงดันรูปจตัรุสั ซึ่งอัตราการเกิดพลัสซ์ำ้า (prr) หรอืท่ีเรยีกง่าย ๆ วา่ความถ่ีของพลัสน้ี์จะมค่ีาท่ากับความถ่ีหลัก ที่กำาหนดขึ้น


แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 12 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบี1.3.2 วธิสีรา้งสญัญาณพลัส์ 1.3.2. 1 การสรา้งคล่ืนรูปสีเ่หลี่ยมมุมฉากของแรงดันโดยวธิใีช้วงจรขยายสญัญาณท่ีทำางานเกิน ขอบเขต

คล่ืนจตัรุสัของแรงดันอาจจะสรา้งมาจากคล่ืนรูปไซน์ของแรงดันได้ โดยการใชว้งจรขยายประเภท A ซึ่งทรานซสิเตอรใ์นวงจรนัน้จะถกูทำาใหม้กีารทำางานท่ีเกินขอบเขต เมื่อถกูป้อนด้วยสญัญาณรูปไซน์ กล่าวคือสญัญาณแรงดันรูปไซน์จะต้องมขีนาดมากพอท่ีจะทำาใหท้รานซสิเตอรใ์นวงจรขยายมกีารทำางานอยู่ในลักษณะที่เกินขอบเขต นัน้คืออยูใ่นภาวะอ่ิมตัวและภาวะคัตออฟ ขณะท่ีแต่ละครึง่ชว่งของสญัญาณรูปไซน์ถกูป้อนเขา้ไป ดังแสดงในรูปที่ 1.8 (ก)

รูปท่ี 1.8 (ข) แสดงการทำางานของทรานซสิเตอร ์ เน่ืองจากสญัญาณไซน์ท่ีป้อนเขา้ไปในวงจรขยาย จะทำาใหท้รานซสิเตอรท์ำางานอยูใ่นภาวะอ่ิมตัวและภาวะคัตออฟ แรงดันท่ีทางออกของวงจรขยายมลัีกษณะคล้ายกับเป็นคล่ืนรูปจตัรุสั และถ้าหากจุด Q ไมอ่ยูท่ี่ตำาแหน่งกึ่งกลางของ เสน้โหลด “ ” (Load line) คล่ืนที่ได้จะมลัีกษณะเป็นคล่ืนรูปสีเ่หล่ียมมุมฉาก

ยกตัวอยา่งเชน่ ในการออกแบบวงจรสวติซช์ิง่ เพื่อใหไ้ด้คล่ืนจตัรุสัของแรงดันซึ่งมคีวามถ่ี 1000 HZ ต้องการขนาดสงูสดุของพลัสม์ค่ีา 20 โวลต์ จากสญัญาณไซน์ของแรงดันซึ่งมคีวามถ่ี 1000 HZ และมขีนาดของคล่ืนระหวา่งจุดยอด (Peak to peak) เป็น 2 VP – P และทรานซสิเตอรใ์นวงจรขยายเป็นซลิิกอนทรานซสิเตอรช์นิด NPN และมพีารามเิตอรต่์าง ๆ ดังนัน้ hfe = 50 , hie = 1,000 , ICO มค่ีาน้อยมากสามารถตัดทิ้งได้ , แหล่งจา่ยแรงดันกระแสตรงท่ีใชม้ค่ีาปรบัได้ตัง้แต่ 0 ถึง 30 โวลต์ และจา่ยกระแสได้ 250 มลิลิแอมป์

จากรูปลักษณะคณุสมบติัซึ่งแสดงในรูปท่ี 1.8(ข) จะเหน็ได้วา่เพื่อให้ขนาดของพลัสม์คี่า 20 โวลต์ดังนัน้ค่า Vcc ในวงจรรูปท่ี 1.8 (ก) จงึต้องมค่ีา 20 โวลต์ด้วย สว่นการเลือกค่าของกระแสคอลเล็กเตอรอ์าจทำาได้ไมจ่ำากัดแต่


แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 13 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบีต้องเขา้ใจวา่ท่ีค่าของกระแสคอลเล็กเตอรส์งู ๆ ค่าอิมพแีดนซ ์(Input impedance) ของวงจรจะมคี่าไมเ่ป็นเชงิเสน้(Nonlinear) ดังนัน้จงึควรเลือกค่ากระแสคอลเล็กเตอรท่ี์ตำ่าๆ

รูปท่ี 1.8 แสดง (ก) วงจรขยายประเภท A ซึ่งทรานซสิเตอรถ์กูต่อไวแ้บบอิมติเตอรร์ว่มและถกู



กำาหนดใหม้กีารทำางานที่เกินขอบเขต (ข) สญัญาณคล่ืนที่อินพุตและเอาต์พุตของวงจร

เพื่อใหค่้าอินพุตอิมพแีดนซข์องวงจรมคี่าเป็นเชงิเสน้ซึ่งจะทำาใหไ้ด้คล่ืนรูปจตัรุสัที่สมบูรณ์กวา่ เชน่ เมื่อเลือกค่าของกระแสคอลเล็กเตอร ์10 mA. สำาหรบัจุด Q จุดทำางานของวงจรจากขอ้กำาหนดเหล่าน้ีทำาใหส้ามารถหาค่า RL ในวงจรได้ดังน้ี

RL = = = = = 1,000

ความสมัพนัธร์ะหวา่งกระแสคอลเลคเตอร,์ กระแสเบสและ hfe ของทรานซสิเตอร ์ เราใชใ้นการกำาหนดค่าท่ีถกูต้องของกระแสเบสเพื่อใหก้ระแสคอลเตอรม์ค่ีา 10 mA

โดย IB = = = 0.2 mAสมมุติวา่แรงดันท่ีตกครอ่มที่รอยต่อ อิมติเตอร-์เบส มค่ีาน้อยกระทัง่ตัด

ท้ิงได้ ดังนัน้ค่าที่ถกูต้องของ RB คือ

RB = = 100 k

นอกจากน้ีแล้ว ขณะท่ีวงจรทำางานเกี่ยวขอ้งกับสญัญาณกระแสสลับ สว่นประกอบของวงจรท่ีสำาคัญซึ่งเกี่ยวขอ้งกับการทำางานของวงจรขณะได้รบัสญัญาณกระแสสลับคือตัวต้านทาน (RS) และตัวเก็บประจุไฟฟา้ (CC) ซึ่งทำาหน้าท่ีคัปปล้ิงสญัญาณกระแสสลับดังนัน้ค่าของ RS และ CC จงึต้องมสีว่นสมัพนัธก์ับพารามเิตอรตั์วอ่ืน ๆ ของวงจรด้วย

การกำาหนดค่าของ CC อาจทำาได้โดยการพจิารณาวา่ค่า รแีอคแตนซ์ “ ” XC

(Reactance) ของ CC จะมผีลคล้ายกับความต้านทานท่ีต่ออนุกรมกับอินพุตอิมพแีดนซข์องวงจร ขณะท่ีสญัญาณกระแสสลับเขา้มาทางอินพุตโดยผ่าน


แผนกวชิาชา่งอิเล็กทรอนิกส์ ใบเนื้อหา หน้าท่ี 15 วทิยาลัยเทคนิคสตัหบีCC ก็จะทำาใหเ้กิดแรงดันตกครอ่ม CC ด้วย ค่าของแรงดันที่ตกครอ่ม CC ควรมค่ีาน้อยมาก เพื่อใหแ้รงดันเกือบทัง้หมดของสญัญาณที่เขา้มาไปปรากฏท่ีอินพุตของวงจรขยาย

ค่าอินพุตอิมพแีดนซข์องวงจรขยายโดยไมคิ่ดค่าของ RB ก็คือค่า hie ซึ่งเท่ากับ 1000 และค่าอินพุตอิมพแีดนซข์อง RB ของวงจรขยายเมื่อคิดรวมกับค่า RB ก็คือซึ่งเกิดจากอิมพแีดนซข์อง RB และ hfe ต่อขนานกัน ซึ่งก็จะมค่ีาราว 1000 นัน้เอง ดังนัน้ถ้าหากค่า รแีอคแตนซ์ “ ” XC (Reactance)ของตัวเก็บประจุ CC มค่ีา เท่าหรอืน้อยกวา่ค่าอิมพแีดนซ์

ของวงจรขยาย 10 เท่าแล้วค่าแรงดัน (กระแสสลับ) ท่ีตกครอ่มตัวเก็บประจุไฟฟา้ CC ก็อาจพจิารณาได้วา่มค่ีาน้อยและสามารถตัดทิ้งได้

ดังนัน้ XC = = = 100 CC = = = 1.59 F

โดยท่ี XC คือ ค่ารแีอคแตนซข์อง CC Zin คือ อินพุตอิมพแีดนซข์องวงจรขยาย

CC คือ ค่าความจุไฟฟา้ และ f คือค่าความถ่ีของสญัญาณไซน์

จากรูปท่ี 1.8 (ข) จะเหน็วา่ทรานซสิเตอรส์ามารถทำางานได้เต็มท่ีเมื่อขนาดกระแสอินพุต (หรอืกระแสเบส) IB มค่ีาสงูถึง 0.4 mAp-p หรอื 0.1414 mArms (rms :ค่ารูทมนีสแควร)์ นัน้คือทรานซสิเตอรจ์ะทำางานในภาวะอ่ิมตัวและคัทออฟได้พอดี ดังนัน้เมื่อสญัญาณกระแสเบสเพิม่เป็นสองเท่าคือ 0.8 mAp-p หรอื 0.2828 mArms แล้วจะทำาใหไ้ด้รูปสญัญาณแรงดันท่ีเอาต์พุตเป็นรูปคล้ายกับคล่ืนจตัรุสันัน่คือสญัญาณของกระแสเบสจะต้องมค่ีา 0.8 mAp-p หรอื 0.2828 mArms นัน้เอง



สำาหรบัค่าของ RS ในวงจรก็เชน่กันจะต้องมค่ีาที่เหมาะสมกล่าวคือ เมื่อพจิารณาวา่ RT คือ ค่าอินพุตอิมพแีดนซร์วมซึ่งมองจากเครื่องกำาเนิดสญัญาณ

โดย Rg คือค่าอิมพแีดนซข์องเครื่องกำาเนิดสญัญาณ

ดังนัน้ RT = Rg + RS + Zin

RT = = = 2.5 kRS = RT - (Rg + Zin) = 2.5 k - (0.6 k + 1k) = 900

สิง่ที่ควรเขา้ใจใหดี้ก็คือ สญัญาณแรงดันที่เอาต์พุตอาจมลัีกษณะเป็นรูปสีเ่หล่ียมมุมฉากก็ได้ ทัง้น้ีเน่ืองจากวงจรน้ีไมม่เีสถียรภาพ (Unstability) และค่าของอินพุตอิมพแีดนซก์็ไมเ่ปล่ียนแปลงอยา่งเชงิเสน้

1.3.2.2 การสรา้งคล่ืนจตัรุสัของแรงดันโดยการรวมคลื่นรูปไซน์



รูปท่ี 1.9 แสดงการรวมคล่ืนรูปไซน์ทางเวคเตอรเ์พื่อใหไ้ด้คล่ืนใหมใ่นรูปจตัรุสั

ดังที่เคยกล่าวมาแล้ววา่เมื่อต่อแหล่งจา่ยแรงดันคล่ืนรูปไซน์ ซึ่งมคี่าความถ่ีหลักค่าหน่ึงต่อขนานรว่มกับแหล่งจา่ยแรงดันคล่ืนรูปไซน์อ่ืนๆ ซึ่งมคี่าความถ่ีเท่ากับความถ่ีหลักคณูกับเลขค่ีจำานวนเต็มใด (3, 5, 7, 9,...) แล้วจะทำาใหไ้ด้คล่ืนจตัรุสัออกมา, ค่าความถี่ของคล่ืนจตัรุสัท่ีได้น้ีจะเป็นค่าเดียวกันกับความถ่ีคล่ืนหลัก การสรา้งคล่ืนจตัรุสัด้วยวธิน้ีีสามารถพสิจูน์ได้โดยการเขยีนรูปกราฟของคล่ืนหลักและความถ่ีอ่ืนๆ อีก แล้วรวมกันทางเวคเตอร ์ ดังแสดงในรูปท่ี 1.9 ซึ่งเป็นการรวมคล่ืนหลักกับคล่ืนอ่ืนที่มค่ีาความถี่เป็น 3 เท่าของความถ่ีคล่ืนหลัก ผลการรวมของคล่ืนรูปไซน์ดังกล่าวน้ีทางเวคเตอร ์ จะทำาให้ได้คล่ืนใหมซ่ึ่งมลัีกษณะใกล้เคียงกับคล่ืนจตัรุสัดังแสดงด้วยเสน้ประ ยิง่มกีารรวมคล่ืนรูปไซน์มากเพยีงใดลักษณะของคล่ืนท่ีรวมที่ได้จะมลัีกษณะใกล้เคียงกับคล่ืนจตัรุสัมากยิง่ขึ้น

ดังนัน้จงึอาจกล่าวได้วา่คล่ืนจตัรุสั ก็คือ คล่ืนซึ่งเกิดจากการรวมคล่ืนรูปไซน์จำานวนมากมายไมจ่ำากัด ซึ่งมค่ีาความถี่ต่าง ๆ กัน ตัง้แต่ 0 หรอืสว่นท่ีเป็นกระแสตรงกระทัง่ถึงค่าอนันต์ นอกจากน้ียงัเป็นที่น่าสงัเกตอีกวา่ในทางทฤษฎีแล้ว เครื่องขยายสญัญาณพลัสรู์ปจตัรุสั โดยทัว่ไปจะต้องมคีวามสามารถขยายสญัญาณได้ดีทกุ ๆ ความถ่ีตัง้แต่ตำ่าสดุจนถึงค่าอนันต์

จบเน้ือหา บทที่ 1 ความรูเ้บื้องต้นเกี่ยวกับรูปคล่ืน


Documents

บทที่ 1 - TATC · Web viewวงจรไฟฟ าท แสดงในร ปท 1.4 (ก) เป นวงจรท ใช สร างพ ลส ร ปส เหล