หน วยที่ 7 ออปแอมป · หน วยที่ 7 ออปแอมป 7...

หนวยท่ี 7 ออปแอมป

บทนํา

งานดานวิศวกรรมเปนการประยุกตหลักการทางฟสิกสมาใชเพ่ือออกแบบอุปกรณสําหรับอํานวยประโยชน (ความสะดวก) ใหกับมนุษย แตหลักการทางฟสิกสดังกลาวจะไมมีประโยชนเลยถาไมมีการวัด ในความเปนจริงนักฟสิกสมักกลาวเสมอวา ฟสิกสเปนวิทยาศาสตรที่วัดความเปนจริง ดังนั้นการวัดจึงถือวาเปน เครื่องมือสําหรับทําความเขาใจเก่ียวกับฟสิกส เครื่องมือวัด (Instruments) เปนเครื่องมือสําหรับใชในการวัด สําหรับออปแอมปเปนบล็อกหนึ่งของเครื่องมือวัดไฟฟาสมัยใหม ดังน้ันการศึกษาหลักการพ้ืนฐานของออปแอมปจึงเปนสิ่งที่สําคัญอยางยิ่งในการประยุกตใชวงจรอิเล็กทรอนิกสในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะสําหรับผูศึกษาทางดานวิศวกรรมไฟฟา การมีทักษะในการปฏิบัติงานเก่ียวกับเครื่องมือวัดดิจิตอลและอนาลอกยิ่งมีความสําคัญมาก เชน ในเครื่องมือวัดตาง ๆ รวมถึงแอมมิเตอร โวลตมิเตอร โอหมมิเตอร ออสซิลโลสโคป สเปกตรัม อนาไลเซอร และเครื่องกําเนิดสัญญาณ เปนตน นอกจากน้ีการมีทักษะในการปฏิบัติงานดังกลาว ทําใหวิศวกรไฟฟาบางสวนอาจมีความเช่ียวชาญจนสามารถออกแบบและสรางเครื่องมือวัดอิเล็กทรอนิกสที่ใชกับงานทางดานวิศวกรรมไฟฟาไดเอง วิศวกรเหลานี้จะมีความภาคภูมิใจที่สรางเครื่องมือวัดดังกลาวดวยตัวเองได และบางคนยังไดประดิษฐและไดมีการจดขอรับการคุมครองสิทธิบัตรในการประดิษฐคิดคนน้ันดวย เครื่องมือวัดทางไฟฟาแบบอิเล็กทรอนิกสแบบพิเศษตาง ๆ เราจะเห็นวามีใชใหเห็นในโรงเรียนทางการแพทย โรงพยาบาล หองทดลองวิจัย อุตสาหกรรมอากาศยาน และในงานอุตสาหกรรมอื่น ๆ อีกเปนพัน ๆ ท่ีตองใชเครื่องมือวัดดังกลาวโดยเฉพาะในงานที่ทําประจําเปนปกติทุกวัน 7.1 ออปแอมป

ออปแอมปเปนอุปกรณอิเล็กทรอนิกสที่มีการจัดวางอุปกรณภายในอยางซับซอน อันประกอบดวยอุปกรณพ้ืนฐานตาง ๆ หลายอยาง เชน ความตานทาน ทรานซิสเตอร คาปาซิเตอร และไดโอดเปนตน ในท่ีน้ีจะกลาวถึงออปแอมปในลักษณะของบล็อกของวงจร และการตอขั้วภายนอกเพ่ือเปนแนวทางเบื้องตนในการประยุกตใชงานในการวิเคราะหและใชงานในทางปฏิบัติเทานั้นจะไมกลาวถึงวงจรภายในอยางละเอียด ออปแอมปเปนวงจรรวม (IC) มีรูปแบบตาง ๆ กัน ปจจุบันที่พบเห็นบอยคือ แบบบรรจุในตัวถังพลาสติกท่ีเรียกวาดูอัลอินไลน (Dual in-line package หรือ DIP) มี 8 ขาหรือขั้ว (Terminal) ดังภาพรางรูปที่ 7.1

7 – 2 เคร่ืองมือวัดและการวัดทางไฟฟา

ก) ข)

รูปท่ี 7.1 ตัวอยางสัญลักษณออปแอมป ก) การจัดขา (Pin) ข) สัญลักษณ

ขาหรือขั้วที่สําคัญท่ีใชบอยและใชมากมีอยู 5 ขั้ว คือ 1. ขาดานเขากลับขั้ว (-) 2 (Inverting Input) 2. ขาดานเขาไมกลับขั้ว (+) 3 (Noninverting Input) 3. ขาดานออก 6 (Output) 4. ขั้วแหลงจายไฟบวก 7 5. ขั้วแหลงจายไฟลบ 4

ตารางท่ี 7.1 ตัวอยางพิสัยพารามิเตอรของออปแอมป

พารามิเตอร พิสัย คาอุดมคติ

อัตราขยายวงเปด (A) 105 ถึง 108 ∞

ความตานทานดานเขา (Ri) 106 ถึง 1013 ∞ โอหม

ความตานทานดานออก (RO) 10 ถึง 100 โอหม 0 โอหม

แรงดันแหลงจาย (VCC) 5 ถึง 24 โวลต

เมื่อไมมีการตออุปกรณภายนอกเขากับขั้วตาง ๆ ของออปแอมป เมื่อปอนแรงดันเขาที่ขาอินพุตกลับขั้ว

และขาอินพุตไมกลับขั้ว จะมีแรงดันแตกตางเกิดขึ้นระหวางขั้วดานขาเขาทั้งสอง Vd เมื่ออัตราขยายวงรอบเปด

(A) มีคามาก 105 ถึง 108 เทา จะทําใหไดแรงดันขั้วดานขาออกมีคาเทากับผลคูณของ Vd กับอัตราขยาย

วงรอบเปดไดคาแรงดันขั้วดานขาออกที่สูงมาก ซึ่งทางปฏิบัติจะสูงสุดไดไมเกินแรงดันแหลงจาย โดยปกติจะมี

คาแรงดันแหลงจายสําหรับแหลงจายบวกลบประมาณ ±15 โวลต ดังน้ันแรงดันดานขั้วดานขาออกจะมี

1 8

7

6

5

2

3

4

N o c o n n e c tio n

V +

O u tp u t

B a la n c e

B a la n c e

In v e r tin g in p u t

N o n in v e r tin g in p u t

V -

In v e r tin g in p u t

N o n in v e r tin g in p u t

2

3

O u tp u t6

V +

V -

7

1

หนวยที่ 7 ออปแอมป 7 – 3

คาประมาณ ±14 โวลต ซึ่งคาที่ไดจะเปนบวกหรือลบข้ึนกับคาแรงดันแตกตาง Vd วามีคาเปนบวกหรือลบ

เชน ถาแรงดันที่ขาไมกลับขั้วมีคานอยกวาแรงดันที่ขากลับขั้ว จะไดแรงดันออกมาเปน –14 โวลต และถากลับกันก็จะไดเปน +14 โวลต เปนตน เพ่ือใหพิจารณาเขาใจงายขึ้นสามารถเขียนเปนสมการไดคือ

Vd = V2 – V1 (7.1)

Vd = แรงดันแตกตางระหวางขาดานเขากลับขั้ว (-) และขาดานเขาไมกลับขั้ว (+)

V2 = แรงดันระหวางขาดานเขาไมกลับขั้ว (+) กับกราวน

V1 = แรงดันระหวางขาดานเขากลับขั้ว (-) กับกราวน

และแรงดันดานออก (Output) จะไดจากสมการ

VO = AVd = A(V2 – V1) (7.2)

และ - VCC ≤ VO ≤ +VCC (7.3)

VO = แรงดันดานออก

A = อัตราขยายวงรอบเปด (Open Loop Voltage Gain)

VCC = แรงดันแหลงจาย

ออปแอมปอาจพิจารณาไดวาเปนวงจรขยายแรงดันท่ีมีอัตราขยายสูงมาก ๆ หรือมองวาเปนหนวยทางอิเล็กทรอนิกสที่มีพฤติกรรมเหมือนกับแหลงจายแรงดันแบบใชแรงดันควบคุม (Voltage Controlled Voltage Source) และนอกจากสามารถใชทําเปนแหลงจายแบบแรงดันควบคุมหรือกระแสควบคุมไดแลว ยังใชรวมสัญญาณ ขยายสัญญาณ อินทิเกรต หรือหาคาอนุพันธของสัญญาณไดดวย ความสามารถในการดําเนินการทางคณิตดังกลาวจึงทําใหถูกเรียกวา Operational Amplifier หรือส้ัน ๆ วา ออปแอมป

ตัวอยางที่ 7.1 ออปแอมป เบอร 741 มีอัตราขยายวงเปด A = 2 × 105 มีความตานทานดานเขา RI = 2 เมกกะ

โอหม ความตานทานดานออก RO = 50 โอหม ตออุปกรณภายนอกเปนวงจรดังรูปที่ 7.2 จงหาคา อัตราขยาย

วงปด (Closed loop Gain : VO/VS) และหาคากระแส I เม่ือ VS = 2 โวลต

รูปท่ี 7.2 วิธีคิด จากรูปที่ 7.2 พิจารณาท่ีจุด 1 ใชกฎกระแส KCL จะได

1

7 4 1-

+V

S VO

-

+

1 0 kΩ

2 0 kΩ

I

O


31S

1010

VV

×−

= 61

102

V

×+ 3

O11020

VV

×−

คูณตลอดดวย 2 × 106 ทั้งสองดานและจัดเทอมจะได

200VS = 301V1 – 100VO

2VS = 3V1 – VO

V1 = (2VS + VO)/3

จากรูปที่ 7.2 พิจารณาท่ีจุด O โดยใชกฎกระแส KCL จะได

3O1

1020

VV

×−

= 50AVV dO −

เน่ืองจาก Vd = - V1 และ A = 200,000 ดังน้ันจะได

V1 – VO = 400(VO + 200,000 V1)

แทนคา V1 ดวย (2VS + VO)/3 จะได

0 = 26,667,067 VO + 53,333,333 VS

SO

VV

= -1.9999699

ซ่ึงเปนอัตราขยายแบบวงปดเน่ืองจากมีความตานทานปอนกลับ (Feedback) ตอระหวางขั้วดานขา

ออกและขั้วดานขาเขา เมื่อ VS = 2 โวลต เราจะได V1, VO และกระแส I คือ

VO = 2 (–1.9999699) = –3.9999398 โวลต

จาก V1 = (2VS + VO)/3 = (4 – 3.9999398)/3

และ I = 3O1

1020

VV

×−

= 0.1999 มิลลิแอมป

7.2 ออปแอมปในเชิงทฤษฎี1 (Ideal Op-Amp)

เพ่ือใหงายตอการทําความเขาใจวงจรออปแอมป เราจะสมมติใหออปแอมปเปนแบบเชิงทฤษฎี โดยมีลักษณะดังนี้

1. มีอัตราขยายวงเปด A = ∞

2. มีความตานทานดานเขา RI = ∞

3. มีความตานทานดานออก RO = 0

1 เชิงทฤษฎี ในตําราหลายเลมใชคําวา อุดมคติ ซึ่งมีความหมายเหมือนกัน


1

V d-

+V

1 VO

-

+

V2

-

+

I1= 0

I2= 0

O

7 4 1-

+

VS

VO-

+

5 kΩ4 0 kΩ

IO

2 0 kΩ

I2= 0

I1= 0

อยางไรก็ตามเราจะสมมติวา เปนออปแอมปเชิงทฤษฎีเพ่ือการวิเคราะหโดยประมาณเทาน้ัน โดยที่ปจจุบันออปแอมปจะมีอัตราขยายสูง (Large) มีอิมพีแดนซดานขาเขาสูง ทําใหเราสามารถใชผลการประมาณในการวิเคราะหเชิงทฤษฎีดังกลาวน้ีไดผลไมตางจากการวิเคราะหโดยละเอียดตามจริงมากนัก ดังนั้นทุกหัวขอตอไปนี้จะเปนการวิเคราะหโดยใช ออปแอมปในเชิงทฤษฎี ดังรูปที่ 7.3 แสดงออปแอมปเชิงทฤษฎี

รูปที่ 7.3 ออปแอมปเชิงทฤษฎี จากรูปที่ 7.3 จะกําหนดใหออปแอมปมีลักษณะสมบัติสําคัญ 2 ขอคือ 1. ไมมีกระแสไหลเขาหรือออกจากขั้วดานขาเขาท้ังสอง น่ันคือ

I1 = 0 และ I2 = 0 (7.4)

2. แรงดันแตกตางระหวางขั้วดานขาเขาท้ังสองมีคานอยมากไมนํามาคิด น่ันคือ

Vd = V2 – V1 = 0 (7.5)

หรือ V1 = V2 (7.6)

ซ่ึงทั้งสองขอดังกลาวคือ 1 ไมมีกระแสไหลเขาขั้วดานขาเขาท้ังสอง เน่ืองจากความตานทานดานข้ัวขาเขามีคาสูงมากและขอ 2 แรงดันแตกตางระหวางขั้วดานขาเขาท้ังสองมีคานอยมาก ใชถือเปนหลักสําคัญในการวิเคราะห วงจร ออปแอมปโดยใชแบบจําลองอุดมคติของออปแอมป

ตัวอยางที่ 7.2 ออปแอมป เบอร 741 มีอัตราขยายวงเปด A = ∞ มีความตานทานขั้วดานเขา Ri = ∞ เมกกะ

โอหม ความตานทานขั้วดานขาออก RO = 0 โอหม ตออุปกรณภายนอกเปนวงจรดังรูปที่ 7.4 จงหาคา อัตราขยาย

วงปด (Closed Loop Gain : VO/VS) และหาคากระแส I เม่ือ VS = 1 โวลต

รูปท่ี 7.4


วิธีคิด เมื่อคิดเชิงทฤษฎีจะไดวา V1 = V2 ดังน้ัน V2 = VS ดวย ดังน้ันกระแสไหลผานความตานทาน 5

และ 40 กิโลโอหมจะเปนคาเดียวกันซึ่งหาไดจาก

I = I5kΩ = 3S105

V

× = 0.2 มิลลิแอมป

แรงดัน VO = (I)(5kΩ + 40kΩ) = 9 โวลต

จะได IO = I + 3O1020

V

×

= 0.2 mA + 0.45 mA = 0.65 มิลลิแอมป

เมื่อคิดแบบทางปฏิบัติ จะไดแรงดัน VO ประมาณ 8.99955796 โวลต และกระแส IO = 0.649 มิลลิ

แอมป ซึ่งเม่ือเทียบกับการคิดเชิงทฤษฎีแลวคาใกลเคียงกันมาก จนเราสามารถยอมรับไดวาการวิเคราะหโดยใชเชิงทฤษฎีจะไดผลใกลเคียงเปนท่ียอมรับได 7.3 การขยายกลับข้ัว (Inverting Ampliler)

ลักษณะสําคัญของวงจร คือ สัญญาณเขาและความตานทานปอนกลับจะตอเขากับขากลับขั้วของ ออปแอมป พิจารณาจากรูปท่ี 7.5 จะตอขาไมกลับขั้ว (Non – inverting)) เขากับกราวน สวนแรงดันแหลงจาย

สัญญาณ Vi จะตอเขากับขา กลับขั้ว (Inverting) ผานความตานทาน R1 และตอความตานทานปอนกลับ Rf

ระหวางขั้วดานขาออกกับขากลับขั้ว

รูปท่ี 7.5 การขยายแบบกลับขั้ว

พิจารณาจากรูป 7.5 โดยใชกฎกระแส KCL ที่จุด 1 จะได

I1 = I2

1

1iR

VV − =

fO1

RVV −

(7.7)

แตออปแอมปในเชิงทฤษฎีถือวาแรงดัน V1 = V2 = 0 ดังนั้นเมื่อตอขาไมกลับขั้วลงกราวนจะได

-

+V

S VO

-

+

R1

Rf

0 V

0 AV

1

V2

IS

I2

1

ถูกลบ: Non - invertingNon – Ig


1i

RV

= fO

RV−

= -fO

RV

หรือ VO = -1f

RR

Vi (7.8)

อัตราขยายแรงดันคือ AV = iO

VV

= - if

RR

การออกแบบวงจรดังรูปที่ 7.5 คลายกับคําวา Inverter

ไดมาจากเครื่องหมายลบ (-) น่ันเอง น่ันคือ การขยายแบบกลับขั้วจะกลับขั้วสัญญาณดานขาเขานั่นเอง และจะเห็นวาอัตราขยายไดจากความตานทานปอนกลับหารดวยความตานทานท่ีตอดานขาเขา น่ันคืออัตราขยายของวงจรจะขึ้นกับอุปกรณภายนอกท่ีตอเขากับขั้วตาง ๆ ของออปแอมปเทานั้น สําหรับตัวอยางการใชงาน วงจรขยายแบบกลับขั้ว จะนิยมใชเปนวงจรเปล่ียนกระแสเปนแรงดัน และวงจรกลับเฟสแรงดัน เปนตน

ตัวอยางที่ 7.3 จากรูปท่ี 7.5 ถา R1 = 10 kΩ และ Rf = 25 kΩ เมื่อแรงดัน Vi = 0.5 โวลต ใหคํานวณหา

ก) แรงดันดานขั้วขาออก (VO)

ข) กระแสที่ไหลผานความตานทาน R1 (10 kΩ)

วิธีคิด ก) จากสมการ (7.8) VO = -1

f

R

RVi

= - 3

3

1010

1025

××

(0.5 V) = - 1.25 โวลต

ข) กระแสที่ไหลผานความตานทาน R1 (10 kΩ)

I = 1

iR

0V − = 31010

0V5.0

×−

= 50 ไมโครแอมป

ตัวอยางที่ 7.4 จากวงจรออปแอมปรูปที่ 7.6 แรงดันดานออก (VO) มีคาเทาไร

รูปที่ 7.6

-

+V

O

-

+

2 0 kΩ

4 0 kΩ

b

a

2 V6 V


-

+V

O

-

+

R1

Rf

V2

V1

V i

I1

I2

วิธีคิด ใชกฎกระแส KCL ท่ีจุด a จะได

40VV Oa − = 20

VV6 a−

Va – VO = 40 ( 20VV6 a−

)

= 12 V – 2 Va

VO = 3Va – 12V

โดย Va = Vb = 2 โวลต (ออปแอมปอุดมคติ) ดังน้ันจะได

VO = 3(2 V) – 12V

= -6 โวลต

ขอสังเกต ถา Vb = 0 = Va แลวจะได VO = -12 โวลต สอดคลองกับสมการ (7.8)

7.4 การขยายแบบไมกลับข้ัว (Non-Inverting Amplifier)

การขยายแบบไมกลับขั้วดวยออปแอมปเปนการประยุกตใชท่ีสําคัญอีกอยางหน่ึงมีลักษณะการตอวงจรภายนอกดังรูปท่ี 7.7

รูปท่ี 7.7 การขยายแบบไมกลับขั้วดวยออปแอมป

การขยายแบบน้ีสัญญาณที่จะขยายจะตอเขาขาไมกลับขั้วของออปแอมปและความตานทาน R1 จะตอ

เขากับขากลับขั้วเทียบกับกราวน ความตานทานปอนกลับก็ตออยูระหวางข้ัวขาดานออกและขั้วขากลับขั้ว (พิจารณาตามรูปที่ 7.7) เชนเดียวกับการขยายแบบอ่ืน เราตองการทราบแรงดันดานออกและอัตราขยายแรงดัน ดังน้ันประยุกตใชกฎกระแส KCL ท่ีขากลับขั้วจะได

I1 = I2

1

1R

V0− =

fO1

RVV −

(7.9)


-

+V

O

-

+

Rf = 0

V2

V1

V i

I2

= VS

ว ง จ ร ภ าค

แ ร ก

ว ง จ รภ าค

ท่ี ส อ ง

-

+

VO

V2

-

+

-

+

Vi

แต V1 = V2 = Vi เขียนสมการ (7.9) ใหมไดเปน

1

1R

V− =

fOi

RVV −

(7.10)

หรือ VO = )RR

1(if+ Vi (7.11)

อัตราขยายแรงดันคือ AV = iO

VV

= )RR

1(if+ ซึ่งไมมีเครื่องหมายลบ (-) ดังนั้น แรงดันดานขา

ออกจะมีขั้วเหมือนกับแรงดันดานขาเขา นั่นคือวงจรขยายแบบไมกลับขั้วจะถูกออกแบบใหมีอัตราขยายเปนบวก น่ันเอง และก็เหมือนกับวงจรขยายแบบกลับขั้วท่ีอัตราขยายของวงจรจะข้ึนกับอุปกรณภายนอกที่นํามาตอเทาน้ัน

ถากําหนดใหความตานทานปอนกลับ Rf = 0 (ตอลัดวงจร) หรือ R1 = ∞ (หรือเปดวงจร) อยางใด

อยางหน่ึง หรือท้ังสองอยางดังกลาว จะทําใหอัตราขยายของวงจรนี้มีคาเทากับ 1 กรณี Rf = 0 (ตอลัดวงจร) และ

R1 = ∞ (หรือเปดวงจร) รูปที่ 7.8 ก) จะเขียนไดเปนวงจรดังรูปที่ 7.8 ข) ซ่ึงเรียกวา วงจรตามแรงดัน (Voltage

Follower) เพราะแรงดันดานขาออก จะมีคาเดียวกับแรงดันดานขาเขา น่ันคือ

VO = Vi (7.12)

เน่ืองจากออปแอมปมีคาความตานทานหรืออิมพีแดนซดานขาเขาสูงมาก จึงใชประโยชนเปนตัวคั่นระหวางวงจรขยายซึ่งอาจเรียกวา บัฟเฟอร (Buffer) ใชสําหรับแยกวงจรโดยอธิบายไดดังรูปท่ี 7.8 โดยบัฟเฟอรจะเปนตัวกลางกั้นไมใหวงจรท้ังสองกวนซึ่งกันและกันและยังชวยไมใหวงจรขั้นถัดไปกินกําลัง (Loading) วงจรแรกอีกดวย

ก) ข)

รูปท่ี 7.8 วงจรตามแรงดันหรือบัฟเฟอรใชแยกวงจรแตละขั้นออกจากกัน


ตัวอยางที่ 7.5 จากรูปวงจรท่ี 7.9 อยากทราบวาแรงดันดานขาออก VO มีคาก่ีโวลต

รูปที่ 7.9 วิธีคิด วิธีที่ 1 ใชวิธีซุปเปอรโพสซิช่ัน (คิดผลของแหลงจายสัญญาณทีละตัว) เน่ืองจาก 6 V โดยใหแหลงจาย 4 โวลต ลัดวงจร (= 0 โวลต)

VO6V = - ΩΩ

k4k10

(6V) = - 15 โวลต

เน่ืองจาก 4 V โดยใหแหลงจาย 6 โวลต ลัดวงจร (= 0 โวลต)

VO4V = (1 + ΩΩ

k4k10

)(4V) = 14 โวลต

แรงดันดานขาออกจะไดจากผลของแรงดันแหลงจายทั้งสองรวมกันคือ

VO = VO6V + VO4V

= - 15 + 14 = –1 โวลต วิธีที่ 2 ใชกฎกระแสท่ีจุด a

3a

104

V6

×−

= 3Oa

1010

VV

×−

จากรูปที่ 7.9 พิจารณาไดวา Va = Vb = 4 โวลต ดังนั้นจะได

3104

V4V6

×−

= 3O

1010

VV4

×−

20 = 16 – 4 VO

4VO = 16 – 20 = - 4 โวลต

∴ VO = - 4 / 4 = -1 โวลต

-

+V

O

-

+

4 kΩ

1 0 kΩ

b

a

4 V6 V

หนวยท่ี 7 ออปแอมป 7 – 11

7.5 การขยายแบบรวมสัญญาณ (Summing Amplifier)

นอกจากขยายสัญญาณแลวยังสามารถใชออปแอมปในการรวม (บวก) หรือการลบไดดวย สําหรับ การรวมคือ การตอวงจรออปแอมปเพ่ือใหรับสัญญาณดานเขาแลวหลาย ๆ สัญญาณรวมกันและสรางเปนคาที่ไดออกมาท่ีดานออกเปนผลรวมของคาแรงดันของคาดานขาเขา (คาประจําหลัก) มีลักษณะการตอวงจรแสดงดังรูปที่ 7.10

รูปที่ 7.10 วงจรขยายแบบรวมสัญญาณ จากรูปท่ี 7.10 จะเห็นวาวงจรขยายแบบรวมสัญญาณก็คือวงจรที่แปลงรูปมาจากวงจรขยายแบบกลับขั้ว โดยใชขอดีที่รูปแบบของวงจรขยายแบบกลับขั้วสามารถใชไดกับจุดตอดานขาเขาหลายจุดตอในเวลาเดียวกัน เชนท่ีผานมาเรายังคงใชหลักการเดิม คือถือวาไมมีกระแสไหลเขาแตละขั้วที่ดานเขาของออปแอมป (เปน 0) เมื่อใชกฎกระแส KCL ที่จุด a จะได

I = I1 + I2 + I3 (7.13)

แต I = f

OaR

VV −, I1 =

1a1

RVV −

, I2 =2

a2R

VV −, I3 =

3a3

RVV −

(7.14)

เราจะสังเกตไดวา Va = 0 เมื่อแทนคาในสมการ (7.14) แลวนําไปแทนในสมการ (7.13) เราจะได

สมการแรงดันดานขาออกดังน้ี

VO = - ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ++ 3

3f

22f

11f VR

RVR

RVR

R (7.15)

สมการแสดงใหเห็นวาแรงดันดานขาออกเปนผลรวมของแรงดันดานขาเขา เราจึงเรียกวงจรน้ีไดวา ตัวรวม (Summer) โดยจํานวนจุดตอรับสัญญาณดานขาเขาอาจมากกวาที่กลาวขางตนก็ได

-

+V

O

-

+

R2

Rf

0a

V1

R3

R1

V2

V3

I

0


ตัวอยางที่ 7.6 จงคํานวณหาคาแรงดัน VO และ กระแส IO ของวงจรออปแอมปในรูปท่ี 7.11

รูปท่ี 7.11 วิธีคิด จากรูปที่ 7.11 พิจารณาไดวาเปนวงจรขยายแบบรวมสัญญาณมีสวนตอเขาสองชุด ใชสมการที่ (7.15) เพียงสองเทอมได

VO = ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +− 2

2f

11f VR

RVR

R

= ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +− )1(5.2

10)2(5

10เศษและสวนมีหนวย kΩ เหมือนกันจึงไมเขียน

= –(4 + 4 ) = - 8 โวลต

กระแส IO เปนผลรวมของกระแสท่ีไหลผานความตานทาน 10 และ 2 กิโลโอหม ซึ่งมีแรงดันครอม

เทากับ VO = –8 โวลต และ จะเห็นวาแรงดัน Va = Vb = 0 เนื่องจากแรงดันแตกตางนอยมากจนถือวาไมมีและจุด

b ตอลงกราวน ดังน้ันจะได

IO = I10k + I2k

= 100VO − + 2

0VO −

= –0.8 – 0.4 = –1.2 มิลลิแอมป

-

+V

O

-

+

a2 .5 kΩ

1 Vb

2 V

5 kΩ 1 0 kΩ

2 kΩ

IO


7.6 การขยายผลตาง (Difference Amplifier)

การขยายผลตาง คือวงจรที่ใชในการขยายความแตกตางของสัญญาณระหวางขาดานเขาทั้งสอง ซึ่งจะตรงขามกับหัวขอการขยายแบบรวมสัญญาณที่กลาวมาแลว นอกจากน้ียังมีลักษณะคลายหรือเก่ียวของกับ การขยายสําหรับเครื่องมือวัด (Instrumentation Amplifier) อันเปนวงจรขยายที่มีประโยชนและนิยมใชมาก

รูปท่ี 7.12 การขยายผลตาง พิจารณาจากรูปที่ 7.12 และใชขอกําหนดของออปแอมปที่กลาววาไมมีกระแสไหลเขา (ศูนย :0) ขั้วดานขาเขาของออปแอมป เชน เดิมเราประยุกตใชกฎกระแส KCL ท่ีจุด a เขียนสมการไดดังน้ี

1

a1R

VV − = 2

OaR

VV −

หรือ VO = ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +1R

R12 Va –

12

RR

V1 (7.16)

ท่ีจุด b ใชกฎกระแส KCL จะได

3

b2R

VV − = 4

bR

0V −

หรือ Vb = 43

4RR

R+ V2 (7.17)

เมื่อ Va = Vb แทนสมการ (7.17) ลงในสมการ (7.16) จะไดสมการ

VO = ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +1R

R12

434

RRR+ V2 –

12

RR

V1

หรือ VO = 12

RR

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

+

+

1RR

1RR

4321

V2 – 12

RR

V1 (7.18)

เมื่อแรงดัน V1 = V2 วงจรขยายตองใหแรงดันดานขั้วขาออก VO = 0 ซึ่งเปนลักษณะสมบัติของวงจร

ที่ขจัดสัญญาณรวม (Reject a Signal Common) ที่ขาดานเขาทั้งสอง ซึ่งจะตองเปนไปตามเง่ือนไขดังกลาวและ

-

+V

O

-

+

Va

R3

V2

Vb

V1

R1

R2

0

R4

0


21

RR

= 43

RR

(7.19)

น่ันคือ เม่ือวงจรเปนการขยายผลตางสมการ (7.18) จะกลายเปน

VO = 12

RR

V2 – 12

RR

V1

= 12

RR

(V2 – V1) (7.20)

ถากําหนดให R1 = R2 และ R3 = R4 วงจรการขยายความแตกตางจะกลายเปน ตัวลบ

(Subtractor)สัญญาณ ซึ่งมีแรงดันดานขาออกเปน

VO = (V2 – V1) (7.21)

ตัวอยางที่ 7.7 จงออกแบบวงจรออปแอมปเมื่อมีแรงดันดานขาเขาเปน V1 และ V2 แลวใหแรงดันดานขาออกเปน

VO = –5V1 + 3V2

วิธีคิด วิธีที่ 1 ใชออปแอมปตัวเดียวเหมือนกันรูปที่ 7.12 เปรียบเทียบสมการของโจทยกับสมการ (7.18)

จะได 12

RR

= 5

R2 = 5 R1

ทํานองเดียวกัน

12

RR

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

+

+

1RR

1RR

4321

= 3

5 ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

+

+

1RR

1RR

4321

= 3

1R

R56

43 +

= 53

43

RR

+ 1 =

5356

43

RR

= 1


น่ันคือ R3 = R4 ดังน้ัน ถาเลือก R1 = 10 kΩ และ R3 = 20 kΩ จะได R2 = 50 kΩ และ

R4 = 20 kΩ ตรงตามสมการที่โจทยตองการคือ VO = –5V1 + 3V2

วิธีท่ี 2 ถาใชออปแอมปมากกวา 1 ตัว อาจไดจากการใชการขยายกลับขั้วรวมกับการขยายแบบรวมสัญญาณที่มีสองอินพุตดังรูปที่ 7.13

รูปท่ี 7.13 พิจารณาที่ตัวรวมสัญญาณ

VO = – Va – 5V1

พิจารณาที่ตัวขยายแบบกลับขั้ว

Va = –3V2

รวมท้ังสองสมการดวยกันจะได

VO = 3 V2 – 5 V1

ซ่ึงเปนไปตามที่ตองการ ถาเลือก R1 = 10 kΩ และ R2 = 20 kΩ หรือ R1 = R2 = 10 kΩ

-

+V

O

R1

-

+

3 R3

5 R1

5 R1

R6

V2

V1

Va


ตัวอยางที่ 7.8 Instrumentation Amplifier แสดงดังรูปที่ 7.14 เปนวงจรขยายสําหรับสัญญาณคาต่ํา ๆ ท่ีใชใน การควบคุมกระบวนการ หรือการประยุกตใชดานการวัด และในทางการคาเราสามารถหาใชไดโดยจะทําเปนอุปกรณชุดเดียวกัน (รวมเปนอุปกรณ 1 ตัว) จากรูปที่ 7.14 จงแสดงใหเห็นวา

VO = 12

RR

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +1R

R2

43 (V2 – V1)


วิธีคิด จากรูป A3 คือวงจรขยายความแตกตางหรือวงจรขยายผลตาง ดังนั้นเขียนสมการแรงดันดานขาออก

VO ได

VO = 12

RR

(VO2 – VO1)

เมื่อพิจารณาวาไมมีกระแสไหลเขาออปแอมป A1 และ A2 กระแส I จะไหลผานความตานทาน 3 ตัวที่

อนุกรมกันอยู ดังนั้น

VO2 – VO1 = I (R3 + R4 + R3)

= I (2 R3 + R4)

แต I = 4

baR

VV −

และ Va = V1 , Vb = V2 ดังนั้นจะไดวา

I = 4

21R

VV −

แทนคา VO1 – VO2 ดวย I (R3 + R4 + R3) และแทน I ดวย 4

21R

VV − ลงในสมการ

-

+V

O

R1

R1 R

2

V1

I

R2

Va

-

+

0

-

+

V2

0R

3

R4

Vb

R3

A2

A1

A3


VO = 12

RR

(VO2 – VO1)

จะไดสมการตามที่โจทยตองการคือ

VO = 12

RR

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +1R

R243 (V2 – V1)

วงจรแคสเคดออปแอมป (Cascaded Op–Amp Circuits)

รูปที่ 7.15 บล็อกไดอะแกรมการตอแบบแคสเคด 3 ภาค การตอแบบแคดเคดคือการนําเอาอุปกรณมาตอเรียงลําดับกัน เชน วงจรขยายหลายภาคจะเร่ิมจากภาคที่ 1 โดยตอขั้วดานขาออกของภาคท่ี 1 เขากับอินพุตของภาคท่ี 2 เปนตน วงจรออปแอมปก็เชนกัน สามารถนํามาตอเรียงกันเปนภาค ๆ ไดเหมือนกันเรียกวาวงจรแคสเคดออปแอมป ซึ่งในทางปฏิบัติมีความจําเปนตองตอวงจรแบบแคสเคดเพ่ือใหไดอัตราขยายรวมมีคาใหญขึ้น โดยอัตราขยายรวมของการตอจะไดจากผลคูณของอัตราขยายของแตละภาค เขียนเปนสมการไดคือ

A = A1 A2 A3 (7.22)

ออปแอมปแตละตัวที่ตอกันแบบแคสเคดจะเรียกวา ภาค (Stage) สัญญาณดานเขาจะถูกขยายดวยอัตราขยายของแตละภาค เน่ืองจากออปแอมปมีขอดี คือ มีอินพุตอิมพีแดนซสูงถึงอนันตขั้วดานขาออกอิมพีแดนซตํ่าถึงศูนย (อุดมคติ) ทําใหสามารถตอแคสเคดกันไดโดยไมทําใหความสัมพันธระหวางอินพุตและข้ัวดานขาออกของแตละสวนเปลี่ยนไป แตอยางไรก็ตามตองระวังในการออกแบบของออปแอมปในทางปฏิบัติ โดยตองระวังการโหลดของภาคถัดไปที่จะทําใหออปแอมปอิ่มตัว

-

+V2 = A

1V

1A

2-

+

A1 -

+

A3

V3 = A

2V

2V

1V

O = A

3V

3

ภ าค ข ย าย 1 ภ าค ข ย าย 2 ภ าค ข ย าย 3


ตัวอยางที่ 7.9 จากรูปวงจร รูปที่ 7.16 จงหาแรงดันและกระแสดานขาออก VO, IO

รูปท่ี 7.16 วิธีคิด จากรูปพิจารณาไดวาเปนวงจรขยายแบบไมกลับขั้วสองชุดตอแคสเคดกัน ที่ดานขาออกของชุดแรกคือ

Va = ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +13

12(20) = 100 มิลลิโวลต

ท่ีดานขาออกของออปแอมปชุดที่ 2 คือ

VO = ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +14

10(Va)

= ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +14

10(100) = 350 มิลลิโวลต

กระแสดานขาออก IO คือกระแสที่ไหลผานความตานทาน 10 kΩ น่ันคือ

IO = 3bO

1010

VV

×−

แอมแปร

แต Vb = Va= 100 มิลลิโวลต ดังน้ันจะได

IO = 3

3

1010

10)100350(

××− −

= 25 ไมโครแอมป

a

-

+

2 0 m V

3 kΩ1 2 kΩ

O

-

+

VO

-

+

4 kΩ1 0 kΩ

IO

b


ตัวอยางที่ 7.10 จากรูปท่ี 7.17 จงหาคา VO เมื่อ V1 = 1 โวลต และ V2 = 2 โวลต


วิธีคิด วงจรประกอบดวยวงจรขยายกลับขั้วสองชุดคือ A และ B และ ตัวรวมสัญญาณ C อันดับแรกเราจะหาแรงดันดานขาออกของวงจรขยายกลับขั้วกอนคือ

Va = – 36

(V1) = –3(1) = –3 โวลต

Vb = –48 (V2) = –2(2) = –4 โวลต

ท้ังแรงดัน Va และ Vb เปนแรงดันดานขาเขาของวงจรรวมสัญญาณ ดังน้ันแรงดันดานขาออกจะเปน

VO = – ( 510

Va + 1510

Vb)

= –[ 2(–3) + 32

(–4)] = 8.333 โวลต

7.7 ตัวอยางการประยุกตใช

7.7.1 ตัวเปลี่ยนดิจิตอลเปนอนาลอก (Digital–to–Analog Converter)

ตัวแปลงดิจิตอลเปนอนาลอกหรือเขียนยอ DAC คือตัวเปล่ียนสัญญาณดิจิตอลใหอยูในรูปของสัญญาณอนาลอก ในที่น้ีจะยกตัวอยางเปน DAC ขนาด 4 บิต ดังแสดงในรูปท่ี 7.18 โดยที่ DAC 4 บิต สามารถทําไดหลายวิธี ๆ อยางงายคือแบบ Binary Weighted Ladder รูปที่ 7.18 ข) แตละบิตจะมีคานํ้าหนัก (คลายคาใน

ระบบเลขที่เราคุนเคย คือ หลักหนวย สิบ รอย เปนตน) เรียงตามคาของ Rf / Rn ซึ่งบิตที่ตํ่ากวาจะมีขนาดน้ําหนัก

ลดเปนครึ่งหน่ึงของบิตที่มีลําดับติดกันท่ีสูงกวา ในที่น้ีจะสังเกตไดวาเปนวงจรขยายแบบรวมสัญญาณกลับขั้ว คาแรงดันดานขาออกจะสัมพันธกับคาแรงดันดานขาเขาดังน้ี

-

+V

O

-

+

6 kΩ

5 kΩV2

a

-

+

8 kΩ

V2

A

B

C

b

4 kΩ

2 kΩ

1 5 kΩ

1 0 kΩ


–VO = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++ 4

4f

33f

22f

11f VR

RVR

RVR

RVR

R (7.23)

เราเรียกแรงดันดานขาเขา V1 เปนบิตท่ีมีนัยสําคัญสูงสุด (Most Significant Bit : MSB) และ V4 เปน

บิตท่ีมีนัยสําคัญตํ่าสุด (Least Significant Bit : LSB) แตละบิตของทั้งสี่บิตดานขาเขาจะสมมติใหระดับแรงดันซึ่ง

จะมีคาเทาใดน้ัน ขึ้นกับคาท่ีใชในทางปฏิบัติจะมีระดับแรงดันเปน 0 ถึง ±5 โวลต แตจะกําหนดใหเปนระดับ ลอจิก 0 และ 1 (On และ Off) และหากเลือกคาความตานทานปอนกลับไดเหมาะสม DAC จะใหแรงดันดาน ขาออกแปรเปนสัดสวนกับสัญญาณดานขาเขา

ก) ข) รูปที่ 7.18 DAC 4 บิต ก) แผนภาพกลอง ข) วงจรไบนารีแลดเดอร

ตัวอยางที่ 7.11 จากรูปที่ 7.18 กําหนดให Rf =10 , R1 = 10 , R2 = 20 , R3 = 40 และ R4 = 80 kΩ ตามลําดับ

ใหหาขนาดแรงดันดานขาออกเมื่อระดับลอจิกดานขาเขาเปน [0000], [0001], [0010], …, [1111] วิธีคิด แทนคาดานขาเขาท่ีกําหนดใหและคาความตานทานปอนกลับลงในสมการ (7.23) จะได

–VO = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +++ 4

4f

33f

22f

11f VR

RVR

RVR

RVR

R

= V1 + 0.5 V2 + 0.25 V3 + 0.125 V4

แทนคาแรงดันดานขาเขาดวยระดับลอจิก 1 หรือ 0 ตามที่กําหนด เชน [0000] คือ [V1 V2 V3 V4] มีคา

เปนศูนย เม่ือแทนลงในสมการจะไดแรงดันดานออกเปนศูนย (0) ทําไปจนครบที่โจทยกําหนดจะไดคาดังตารางที่ 7.2

ตารางที่ 7.2 คาดานขาเขาและคาดานขาออกของ DAC ขนาด 4 บิต

Binary 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

- VO 0 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875

Binary 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1111

- VO 1.0 1.125 1.25 1.375 1.5 1.625 1.875

-

+

Rf

R1

R2

R3 R

4

VO

V4

V3

V2

V1

M S B L S B

F o u r - b it

D A C

D ig ita l in p u t

(0 0 0 0 - 1 1 1 1 )

A n a lo g o u tp u t


จากตารางสรุปผลการคํานวณคาการแปลงจากดิจิตอลเปนคาอนาลอก จะเห็นวาแตละบิตจะมีคา เทียบเทาแรงดัน 0.123 โวลต ดังนั้นเราจะไมสามารถแสดงคาท่ีอยูระหวางคาที่ติดกัน เชน 1.0000 และ 1.125 โวลตได เพราะความละเอียดของ 4 บิตจํากัดเพียงขั้นละ 0.125 เทาน้ัน ซึ่งเปนขีดจํากัดท่ีสําคัญของการแปลงจากดิจิตอลเปนอนาลอก หากตองการความละเอียดเพิ่มขึ้นจะตองเพ่ิมจํานวนบิต (ซ่ึงรายละเอียดไดกลาวไวในหัวขอการแปลงดิจิตอลเปนอนาลอกแลว) แตอยางไรก็ยังคงไมไดคาอนาลอกที่แทจริง แตแมกระน้ันก็ไดมีการใชดิจิตอลประสบผลสําเร็จในงานตาง ๆ ไดอยางนาท่ึง เชน ซีดีเพลง และรูปภาพดิจิตอล เปนตน 7.7.2 การขยายสําหรับเคร่ืองมือวัด (Instrumentation Amplifier)

Instrumentation Amplifier (IA) เปนวงจรออปแอมปสําหรับใชในการวัดและกระบวนการควบคุมท่ีมีความถูกตองสูง ท่ีเรียกชื่อแบบนี้เพราะวามีการใชในระบบการวัดอยางกวางขวาง ตัวอยางเชน ประยุกตใช IA ทั้งเปนวงจรขยายเด่ียว ๆ ขยายคาแรงดันของเทอรโมคัปเปล และระบบการบันทึกขอมูลตาง (Data Acquisition System) เปนตน Instrumentation Amplifier เปนสวนขยายของการขยายความแตกตาง โดยที่ IA ก็ขยายความแตกตางของสัญญาณระหวางขั้วดานขาเขา ดังแสดงวงจรในรูปท่ี 7.14 (ตัวอยางท่ี 7.8) ตนแบบจะประกอบดวยออปแอมป

3 ตัว และความตานทานอีก 7 ตัว ดังแสดงในรูปท่ี 7.19 ก) โดยใชความตานทาน RG ตอภายนอกระหวางขั้ว

สําหรับตั้งคาอัตราขยาย สวนรูปที่ 7.19 ข) แสดงสัญลักษณ และในตัวอยางท่ี 7.8 ไดแสดงใหเห็นวา

VO = AV(V2 – V1) (7.24)

เมื่ออัตราขยายแรงดันคือ

AV = 1 + GRR2

(7.25)


-

+V

O

-

+ RV1

-

+

R

V2

2R

R

R

R

RG

1

3

In v e r te d in p u t

N o n in v e r t in g in p u t

G a in s e tO u tp u t


ตัวอยางท่ี 7.13 จากรูปที่ 7.19 กําหนดให R1 = 10 kΩ , V1 = 2.011 โวลต และ V2 = 2.017 โวลต ถา RG ปรับ

ไวท่ี 500 Ω จงหา ก) อัตราขยายแรงดัน

ข) แรงดันดานขาออก VO

วิธีคิด ก) อัตราขยายแรงดัน

AV = GRR2

1+

= 500000,102

1×

+ = 41

ข) แรงดันดานขาออก VO

VO = AV(V2 – V1)

= 41(2.017 – 2.011) = 246 มิลลิโวลต Instrumentation Amplifier ขยายสัญญาณแรงดันรบกวนคาตํ่าท่ีมีแรงดันโหมดรวมขนาดใหญ เมื่อแรงดันโหมดรวมมีคาเทากันจะหักลางกันหมดไป (Cancel) IA มีลักษณะสมบัติหลัก ๆ 3 ประการคือ

1. อัตราขยายสามารถปรับไดดวยความตานทานภายนอก RG

2. อิมพีแดนซดานขาเขามีคาสูง ไมเปล่ียนตามอัตราขยายท่ีปรับ

3. แรงดันดานออก VO ขึ้นกับความแตกตางระหวาง V1 และ V2 ดานขาเขา ซึ่งจะไมขึ้นกับแรงดัน

โหมดรวม เน่ืองจากมีการใชงาน IA อยางกวางขวาง ผูผลิตจึงทําการรวมวงจรใหเปนแพคเดียวกันทําใหงายตอการใชงานมากขึ้น ตัวอยางเชน IA แบบ LH0036 ซึ่งพัฒนาโดยบริษัทเนช่ันแนลเซมิคอนดัคเตอร สามารถใชการปรับอัตราขยายดวยความตานทานภายนอกซึ่งอาจมีคาต้ังแต 100 ถึง 10 กิโลโอหมเพียงตัวเดียวตอเพ่ือปรับอัตราขยายโดยสามารถปรับไดต้ังแต 1 ถึง 1,000 เปนตน ซึ่งจะเห็นวาสะดวกตอการใชงานมากขึ้น อยางไรก็ตามผูใชก็ยังควรตองศึกษาหลักการพ้ืนฐานเพื่อใชทําความเขาใจหรือแกปญหาอันอาจเกิดขึ้นไดใหลุลวงไปไดดวยดี


สรุป

ออปแอมปมีอัตราขยายสูง มีความตานทานอินพุตสูงและความตานทานดานขั้วดานขาออกตํ่า ออปแอมปในอุดมคติ (เชิงทฤษฎี) มีความตานทานอินพุตเปนอนันต สวนดานขั้วดานขาออกมีความตานทานเปนศูนยและมีอัตราขยายเปนอนันตดวย ในกรณีอุดมคติจะไมมีกระแสไหลเขาท่ีขาอินพุตทั้งสองขา และ แรงดันแตกตางระหวางขาอินพุตทั้งสองมีคานอยมากจนละท้ิงไมนํามาคิดได เมื่อตอเปนวงจรขยายกลับขั้ว แรงดันดานขั้วดานขาออกจะมีขนาดหลายเทาของอินพุตและเปนบวก ในวงจรตามแรงดันแรงดันดานขั้วดาน ขาออกจะมีคาเทากับดานอินพุต สําหรับวงจรรวมสัญญาณจะไดขั้วดานขาออกท่ีเปนผลรวมของคาน้ําหนักของแตละอินพุต วงจรขยายความตางจะไดขั้วดานขาออกที่เปนสัดสวนกับแรงดันผลตางของอินพุตทั้งสอง วงจร ออปแอมปอาจตอแยกกัน (Cascaded ) โดยที่ความสัมพันธของอินพุตและข้ัวดานขาออกไมเปลี่ยนแปลง และ สุดทายของหนวยน้ีไดยกตัวอยางการประยุกตใช ไดกลาวถึงตัวแปลงดิจิตอลเปนอนาลอกและวงจรขยาย เครื่องมือวัด (Instrumentation Amplifier) เพ่ือใหเล็งเห็นแนวทางในการใชงานออปแอมปตอไป


แบบฝกหัดหนวยที่ 7

1. ถาออปแอมป 741 มีอัตราขยายแรงดันลูปเปด 2 × 105 มีความตานทานขั้วดานขาเขา 2 เมกกะโอหม

ความตานทานขั้วดานขาออก 50 โอหม ตอวงจรดังรูปที่ บฝ._7.1 จงคํานวณหาอัตราขยายวงรอบปด VO/VS

และหาคา IO เม่ือ VS = 1 V (ตอบ 9.0041 และ – 362 มิลลิแอมป)

รูปท่ี บฝ._7.1 รูปที่ บฝ._7.2 2. หาขั้วดานขาออกของออปแอมปรูปที่ บฝ._7.2 และคํานวณหากระแสผานความตานทานปอนกลับ

(ตอบ – 120 มิลลิโวลต และ 8 ไมโครแอมป)

3. จากรูปการเปล่ียนกระแสเปนแรงดันรูปที่ บฝ._7.3 จงแสดงใหเห็นวา S0

IV

= –R

รูปท่ี บฝ._7.3 รูปที่ บฝ._7.4

4. จากรูปตัวแปลงกระแสเปนแรงดันรูปที่ บฝ._7.4 จงพิสูจนวา S0

IV

= –R1 ( 23

13

RR

RR

1 ++ )

-

+V

O

-

+

IS

R

-

+V

O

-

+

IS

R1

R2

R3

O

7 4 1-

+

VS

VO-

+

5 kΩ4 0 kΩ

I

2 0 kΩ

I2= 0

I1= 0

-

+4 0 m V V

O

-

+

5 kΩ

1 5 kΩ


5. จากรูปท่ี บฝ._7.5 จงคํานวณหา VO (ตอบ 7 โวลต)

รูปท่ี บฝ._7.5

6. จากรูปท่ี บฝ._7.6 ใหหาคา VO และ IO (ตอบ – 3.8 โวลต และ –1.425 มิลลิแอมป)


7. ออกแบบการขยายแบบผลตาง เพ่ือใหไดคาอัตราขยายเปน 4 เทา

(ตอบ R1 = R3 = 10 กิโลโอหม และ R2 = R4 = 40 กิโลโอหม)

รูปที่ บฝ._7.7

O

-

+

3 VV

O

-

+

2 kΩ5 kΩ

8 kΩ

4 kΩ

-

+V

O

-

+

1 0 kΩ

8 kΩ

a

1 .5 V

6 kΩ

2 0 kΩ

2 V

1 .2 V

IO

4 kΩ

-

+V

O

-

+

Va

R3

V2

Vb

V1

R1

R2

0

R4

0


8. จากรูปท่ี บฝ._7.8 จงหาคากระแสดานขั้วดานขาออก IO (ตอบ 2 ไมโครแอมป)


9. จากรูปท่ี บฝ._7.9 จงหาคาแรงดันดานขาออก VO และกระแสดานดานขาออก IO

(ตอบ 10 โวลต และ 1 มิลลิแอมป)


-

+I

O2 0 kΩ

2 0 kΩ

-

+8 .0 1 V

-

+

8 .0 0 V

4 0 kΩ

4 0 kΩ

1 0 kΩ

-

+

4 V

-

+

VO

-

+

4 kΩ6 kΩ

IO


10. จากรูปท่ี บฝ._7.10 ถาแรงดัน V1 = 2 โวลต และ V2 = 1.5 โวลต จงหาแรงดันขั้วดานขาออก VO

(ตอบ 9 โวลต)


11. วงจรแปลง DAC ขนาด 3 บิตดังรูปที่ บฝ._7.11

รูปท่ี บฝ._7.11 จงหา

ก) ขนาดแรงดันดานออก |VO| เมื่อ [V1 V2 V3] = [0 1 0]

ข) แรงดัน |VO| ถา [V1 V2 V3] = [1 1 0]

ค) ถาตองการ |VO| = 1.25 โวลต จะใชแรงดัน [V1 V2 V3] เทาไร

ง) เพ่ือใหได |VO| = 1.75 โวลต จะใชแรงดัน [V1 V2 V3] เทาไร

ตอบ ก) 0.5 โวลต ข) 1.5 โวลต ค) [1 0 1] ง) [1 1 1]

-

+V

-

+

2 0 kΩV2

-

+

5 0 kΩ

V2

4 kΩ

2 kΩ

3 0 kΩ

6 0 kΩ

-

+ VO

2 0 kΩ

1 0 kΩ V

1

4 0 kΩ

1 0 kΩ

V2

V3


12. จงหาคาของความตานทานภายนอก RG ท่ีใชสําหรับต้ังอัตราขยายของ IA ในรูปที่ บฝ._7.12 เพ่ือใหได

อัตราขยายเปน 142 เมื่อ R มีคาเทากับ 25 กิโลโอหม (ตอบ 354.6 โอหม)


-

+V

O

-

+ RV1

-

+

R

V2

2R

R

R

R

RG

1

3

In v e r te d in p u t

N o n in v e r t in g in p u t

G a in s e tO u tp u t

หน วยที่ 7 ออปแอมป · หน วยที่ 7 ออปแอมป 7...

Documents