หน่วยที่ 7 · 2018-06-14 · (ค)...

7 - 1 หนวยท 7 เรอง วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

ออปแอมปและลเนยรไอซ ธระพนธ พทกษศลป

หนวยท 7

เรอง วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา เวลาเรยน 3 ชวโมง

ผงมโนทศน

วงจร แปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

1. ความหมายวงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

2. วงจร อนทเกรเตอร

3. วงจร ดฟเฟอรเรนดเอเตอร



แบบทดสอบกอนเรยนหนวยท 7 เรอง วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

ค าสง จงเลอกขอทถกตองทสดเพยงขอเดยว 1. วงจรแปลงรปคลนสญญาณ มความหมายตรงอยางไร

ก. วงจรทใหเอาตพตเปนการผสมสญญาณหลายความถ ข. วงจรทใหสญญาณเอาตพตมความถมากกวาสญญาณอนพต ค. วงจรทใหรปสญญาณเอาตพตแตกตางกบรปสญญาณอนพต ง. วงจรใหรปสญญาณอนพตและเอาตพตแตกตางกนอยางสนเชง จ. วงจรใหรปสญญาณอนพตและเอาตพตแตกตางกนทางดานรปสญญาณและความถ

2. วงจรอนทเกรเตอร มโครงสรางอยางไร ก. วงจรขยายสญญาณใชขยายสญญาณคลนรปสเหลยม ข. วงจรขยายกลบสญญาณ ปอนกลบแรงดนดวยตวเกบประจ ค. วงจรขยายสญญาณไฟฟาวงเปดปอนสญญาณผานตวเกบประจ ง. วงจรขยายสญญาณวงเปดปอนกลบปอนกลบแรงดนผานวงจรอนกรมตวตานทาน และตวเกบประจ จ. วงจรขยายสญญาณคลนรปสเหลยมและคลนรปสามเหลยมมสวนประกอบวงจร เปนตวเกบประจ

3. ถาสญญาณอนพตของวงจรอนทเกรตเตอรมความถสงขน จะเปนอยางไร ก. แรงดนเอาตพตลดลงต าสด ข. แรงดนปอนกลบจากเอาตพตเปน 0 V ค. อตราการขยายแรงดนภายในวงจรสงสด ง. ในทางปฏบตแรงดนเอาตพตเปน 0 V จ. อตราการขยายแรงดนของวงจรลดลง

4. โครงสรางของวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร เปนอยางไร ก. วงจรขยายไมกลบสญญาณปอนกลบดวยตวตานทาน ข. วงจรขยายกลบสญญาณปอนกลบดวยตวตวเกบประจ ค. วงจรขยายไมกลบสญญาณปอนกลบดวยตวเกบประจ



ง. วงจรขยายกลบสญญาณปอนสญญาณอนพตผานตวเกบประจ จ. วงจรขยายไมกลบสญญาณปอนสญญาณอนพตผานตว

5. จากวงจรทก าหนดให มการท างานอยางไร

-VEEinV

+VCCVout

CF

RL

Rin

V1

V2

Rom

RF

Rom = Rin

ก. จะตองก าหนดให omR = inR = FR ข. แรงดนตกครอม FC จะต ามากทความถต า ค. ถาใหสญญาณอนพตมความถต า วงจรจะมอตราการขยายแรงดนต ามาก ง. ถาใหสญญาณอนพตมความถสงขนวงจรจะมอตราการขยายแรงดนจะลดลง จ. อปกรณการปอนกลบเปนตวเกบประจ จงไมสามารถขยายสญญาณกระแสตรงได

6. การเพม FR ในวงจรอนทเกรเตอร มผลตอวงจรอยางไร

-VEEinV

+VCCVout

CF

RL

Rin

V1

V2

Rom

RF

Rom = Rin

ก. ปรบแรงดนอนพท ข. เพมแรงดนปอนกลบ ค. ลดขนาดแรงดนเอาตพต ง. เพมอตราการขยายของวงจร จ. แกปญหาความเพยนจากอตราการขยายแรงดนทความถต า



7. จากวงจร ถาตองการคาบเวลา T = 1 mS ก าหนดให FC = 0.1 F ตวตานทาน inR มคาเทาใด

-VEEinV

+VCCVout

CF

B1I

B2I

Fi

RL

Rin

V1

V2

ini

ก. 100 Ω

ข. 1 kΩ ค. 10 kΩ ง. 50 kΩ จ. 100 kΩ

8. ถาตองการคาบเวลา T = 0.5 mS โดยก าหนดให FC = 0.1 F ตวตานทาน inR มคาเทาใด

-VEEinV

+VCCVout

CF

B1I

B2I

Fi

RL

Rin

V1

V2

ini

ก. 1 kΩ ข. 5 kΩ ค. 10 kΩ ง. 50 kΩ จ. 100 kΩ

9. จากวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร การเพม FC และ inR ในวงจรจะมผลดอยางไร ก. อตราการขยายเพมเมอความถเพมขน ข. วงจรมแรงดนเอาตพตเพมขนเมอความถลดลง ค. วงจรท างานไดดขนอตราการขยายคงทเมอความถเพมขน ง. ความถของสญญาณเอาตพตจะตองเพมขนมากกวาสญญาณอนพต จ. ความถของสญญาณเอาตพตจะตองลดลงตามอตราการขยายของวงจร



10. จากวงจรถาก าหนดให bf 10 kHz และ inC = 0.1 F คาความตานทาน inR มคาเทาใด

-VEEinV

+VCCVout

RF

Rom RL

Cin

Rom = Rin

Rin

CF

ก. 100 Ω ข. 159 Ω ค. 1.59 kΩ ง. 10 kΩ จ. 50 kΩ



หวขอการเรยนร

หนวยท 7

เรอง วงจรแปลงคลนสญญาณไฟฟา

สาระการเรยนร

จดประสงคการเรยนร

1. ความหมายวงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา 2. วงจรอนทเกรเตอร 3. วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร

วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา เปนวงจรทใชแปลงรปคลนสญญาณไฟฟาสามารถเปลยนรปสญญาณได ในการใชงานสญญาณไฟฟา บางครงจะตองท าการวเคราะหสญญาณรปแบบตาง ๆ ตามคาบเวลาทก าหนด การใชงานหรอการก าหนดขนาดของสญญาณทอางองกบการเปลยนของคาบเวลา การสรางสญญาณทเกยวของกบเวลาทก าหนด ตองอาศยการท างานของวงจรแปลงรปคลนสญญาณ

จดประสงคทวไป 1. เพอใหมความเขาใจเกยวกบวงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา 2. เพอใหมกจนสยในความรบผดชอบ ความซอสตย มมนษยสมพนธ ยอมรบฟงความเหน ผอน ท างานดวยความปลอดภย ประณตและรอบคอบ

จดประสงคเชงพฤตกรรม 1. อธบายความหมายวงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟาไดถกตอง 2. อธบายโครงสรางวงจรอนทเกรเตอรไดถกตอง 3. อธบายหลกการท างานวงจรอนทเกรเตอรไดถกตอง 4. ออกแบบวงจรอนทเกรเตอรไดถกตอง



5. อธบายโครงสรางวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรไดถกตอง 6. อธบายหลกการท างานวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรไดถกตอง 7. ออกแบบวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรไดถกตอง

วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา เปนวงจรใหสญญาณเอาตพตมลกษณะแตกตางจากสญญาณอนพตทรบเขามา โดยการปอนสญญาณเขาสวงจรขยายสญญาณเชงเสนและไดสญญาณเอาตพตมรปสญญาณทเปลยนไป คอ วงจร R - C อนทเกรเตอร และวงจร R - C ดฟเฟอรเรนตเอเตอร วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟามดงน 1. วงจรอนทเกรเตอร (Integrator Circuit) 2. วงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร (Differentiator Circuit)

วงจรอนทเกรเตอร เปนวงจรทใหสญญาณเอาตพตเปนผลจากการอนทเกรตของสญญาณอนพต มสวนประกอบทส าคญคอ ตวตานทาน R และตวเกบประจ0C โดยประกอบเปนวงจรอนกรม R - C วงจรอนทเกรเตอร ท าหนาทเปนวงจรแปลงรปสญญาณไฟฟาโดยสญญาณเอาตพตเปนการ อนทเกรตสญญาณจากอนพท

7.2.1 โครงสรางและหลกการท างานวงจรอนทเกรเตอร วงจรอนทเกรเตอรหรอวงจรขยายสญญาณแบบอนทเกรเตอร ใชหลกการท างานของวงจรขยายกลบสญญาณ โดยการเปลยนตวตานทานปอนกลบ FR แทนดวยตวเกบประจ FC ตามวงจรในรปท7 - 1 (ก) จากวงจรอนทเกรเตอรเขยนสมการกระแสของเคอรชอฟฟทโนด 2V ไดดงน

FBin iIi (7 - 1) แต BI มคานอยมาก จะไดเปน

ini Fi (7 - 2)

จากวงจรตามรปท 7 - 1 (ก) ได ini = in

2in

R

)V(V

ความสมพนธของแรงดนทตกครอมและกระแสทไหลผาน ตวเกบประจ ดงน

dt

dV C i C

C (7 - 3)

7.1 ความหมายวงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

7.2 วงจรอนทเกรเตอร สญญาณไฟฟา



CF

-VEEinV

+VCCVoutB1I

B2I

Fi

RL

Rin

V1

V2

ini

B1I B2I 0

(ก)

t

t

+V

0V

-V

-V

0V

0.5 1 1.5 2

Vin

Vout

(ข)

t

t

+V

-V

0V

0V

2TT

2TT

1

2

Vin

Vout

(ค) รปท 7 - 1 (ก) แสดงวงจรอนทเกรเตอร (ข) แสดงสญญาณอนพตรปสเหลยมและสญญาณเอาตพต (ค) แสดงสญญาณอนพตรปไซนและสญญาณเอาตพต



แทนคาลงในสมการ (7 - 2) ไดเปน

out2F

in

2in VV dt

dC

R

VV

(7 - 4)

แต 0VV 21 เนองจาก OLA มคาสงมาก ดงนน

จากสมการ (7 - 4) จะไดเปน outF

in

in Vdt

dC

R

V (7 - 5)

แรงดนเอาตพต สามารถหาไดโดยการอนทเกรตทงสองดานของสมการ

t

0

t

0outF

in

in dtVdt

dCdt

R

V

dtVC outF (7 - 6)

ไดแรงดนเอาตพตตามสมการ (7 - 7) ดงน

t

0in

Fin

out CdtVCR

1V (7 - 7)

เมอ C เปนคาคงท (ไมใชตวเกบประจ) และเปนสดสวนกบแรงดนเอาตพตทเวลา t 0 Sec

จากสมการ (7 - 7) จะเหนวา สญญาณเอาตพตของวงจรทผานการอนทเกรตจะเปนสดสวนตรงกบสญญาณอนพต inV แตมข วของแรงดนตรงขามกน และเปนสดสวนผกผนกบคาบเวลา

Fin CR ดงนนถาสญญาณอนพตเปนสญญาณรปไซน สญญาณเอาตพตจะไดเปนรปโคไซน (Cosine) หรอถาสญญาณอนพตเปนสญญาณรปสเหลยม จะไดสญญาณเอาตพตเปนสญญาณรปสามเหลยมแสดงในรปท 7 - 2 (ข) และ (ค) ในกรณทก าหนดให FinCR = 1 Sec และ V0VOOT เมอ 0C และจะได แรงดน V0Vin วงจรอนทเกรตเตอรจะท างานในลกษณะของวงจรขยายวงเปด เพราะตวเกบประจ FC เปดวงจร CFX = เกดแรงดนออฟเซตอนพต ( ioV ) ขนจากกรณของแรงดนออฟเซตอนพต ioV และกระแสจากอนพตประจใหกบตวเกบประจ FC ท าใหเกดแรงดนคลาดเคลอนออกทางเอาตพตของวงจรดงนนในทางปฏบตใชตวตานทาน FR ตอขนานกบตวเกบประจปอนกลบ FC เพอลดความคลาดเคลอนแรงดนเอาตพต นอกจากน FR จะควบคมอตราการขยายของวงจรทความถต าไมใหมคาสงมาก การตอบสนองทางความถของวงจรอนทเกรเตอร ตามรปท 7 - 2 จะเหนวา bf เปนความถทมอตราการขยายเปน dB0 ซงมความถตามสมการ (7 - 8) ดงน



bf FinCπR2

1 (7 - 8)

ในวงจรขยายสญญาณแบบอนทเกรเตอร พบวามปญหาส าคญทเกดในวงจร 2 ประการคอความเสถยรของวงจรและการลดลงของอตราการขยายทความถต า มสาเหตมาจากการเพมตวตานทาน

FR แสดงในวงจรรปท 7 - 2 การตอบสนองทางความถของวงจรอนทเกรเตอรทางปฏบต

(Hz)

20

40

60

80

01 10 210 310 410 510

RFRin

dBRFRin

(dB) -3dB

(dB)

100

รปท 7 - 2 แสดงการตอบสนองทางความถของวงจรอนทเกรเตอร

จากรปท 7 - 2 ตามแนวเสนปะจะเหนวา ความถ f เปนความถใชงานใด ๆ และส าหรบความถ f ถง af จะมอตราการขยายแรงดนของวงจรคงท แตความถทสงกวา af ขนไป อตราการขยายของวงจรจะลดลงในอตรา 20 dB/decade หรอระหวางความถ af ถงความถ bf ตามรปท 7 - 2 มอตราการขยายลดลง ดงนนวงจรอนทเกรเตอรมอตราการขยายทถกควบคมถงความถ af ตามสมการ (7 - 9) ดงน

af FFCπR2

1 (7 - 9)

7.2.2 การออกแบบวงจรอนทเกรเตอร การก าหนดความถ af และคาของ inR FC และ FR FC ควรเลอกใหไดคาของ af < bf

ถาก าหนดให af 10

fb แลวจะได FR 10 inR ดงนนสญญาณอนพตจะถกอนทเกรต ถาคาบเวลา

T ของสญญาณอนพตมากกวาหรอเทากบ FR FC ดงน

T FR FC (7 - 10)



เมอ FR FC aπf2

1

การใชงานของวงจรอนทเกรเตอรใชค านวณสญญาณ ส าหรบวงจรเปลยนสญญาณอนาลอกเปนสญญาณดจตอล และวงจรแปลงรปสญญาณ การออกแบบวงจรอนท เกรเตอร จะมขนตอนการออกแบบตามตวอยางท 7 - 1

-VEEinV

+VCCVout

CF

RL

Rin

V1

V2

Rom

RF

Rom = Rin

(ก) Vin

t0V2V

1 2 3 4

tVout

-2-4-6-8

1 2 3 4

(ข)

รปท 7 - 3 (ก) แสดงวงจรอนทเกรเตอร (ข) แสดงรปสญญาณอนพต และสญญาณเอาตพต



ตวอยาง 7 - 1 จากวงจรแสดงในรปท 7 - 3 ถาก าหนดให inR FC 1 .Sec และแรงดนอนพต 2 V จงค านวณหาแรงดนเอาตพต วธท า สญญาณอนพตมลกษณะคงทโดยเรมจาก t 0 .Sec คอ inV 2 V ส าหรบ 4t0 หาแรงดนเอาตพต ดงน

outV - 4

0

dt2

-

1

0

2

1

3

2

4

3

dt2dt2dt2dt2

-[2+2+2+2] -8 V

สญญาณเอาตพตแสดงในรปท 7 - 3 (ข) สญญาณเปนลกษณะของสญญาณแรมพ โดยมความชนของสญญาณแรมพเปน -2 V/Sec จะเหนวา เมอปอนอนพตเปนแรงดนคงทวงจรอนทเกรเตอรใหเอาตพตเปนสญญาณรปแรมพ

วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร หมายถง วงจรทใหการท างานตามคณสมบตทางคณตศาสตรการหาอนพนธ สญญาณเอาตพตจะเปนอนพนธของสญญาณอนพต ใชส าหรบแปลงรปสญญาณไฟฟาหรอปรบแตงรปคลนสญญาณ และวงจรตรวจจบสญญาณความถสง

7.3.1 โครงสรางและหลกการท างานวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร มโครงสรางจากวงจรขยายวงปดกลบแรงดนโดยการเปลยนตวตานทานอนพต inR เปนตวเกบประจ inC การหาแรงดนเอาตพตของวงจร สามารถหาไดโดยเขยนสมการกระแสของเคอรชอฟฟ ทโนด 2V ดงตอไปน Ci BI Fi

และ BI 0

Ci Fi

dt

dCin

)V(V 2in F

out2

R

VV

แต 1V 2V 0 V เพราะ OLA มคาสงมาก ดงนน

7.3 วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร สญญาณไฟฟา



dt

dVC in

in F

out

R

V (7 - 11)

หรอ outV dt

dVCR in

inF (7 - 12)

-VEEinV

+VCCVout

RF

B1I

B2I

Fi

Rom RL

Cin

V1

V2

Ci

Rom = RFB1I B2I 0

รปท 7 - 4 แสดงวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร

ดงนนแรงดนเอาตพต outV มอตราการเปลยนแปลงตามแรงดนอนพต inV ตอคาบเวลา เปนแรงดนชวขณะทางลบทมคาบเวลาเทากบ inF CR มหลกการท างานตรงขามกบวงจรอนทเกรเตอร โดยถาปอนแรงดนอนพตเปนคลนรปโคไซนวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร จะใหแรงดนเอาตพตเปนคลนรปไซน หรอถาใหสญญาณอนพตเปนคลนรปสามเหลยมจะไดสญญาณทางเอาตพตเปนคลน รปสเหลยม อตราการขยายแรงดนของวงจรเพมขนเมอความถเพมขนในอตรา 20 dB/decade วงจรท างานไมคงทหรอไมเสถยรซงเกดจาก คาอนพตอมพแดนช )(XCin ลดลงเมอความถสญญาณอนพตเพมขนเปนผลใหวงจรมการตอบสนองตอสญญาณรบกวนความถสงไดด เมอน าไปใชงานขยายสญญาณ โดยสญญาณรบกวนจะอยเหนอสญญาณเอาตพต การตอบสนองความถแสดงในรปท 7 - 5 เมอ af เปนความถทมอตราการขยายเปน 0 dB โดยหาไดจากสมการ (7 - 13)

af inFCπR2

1 (7 - 13)

จากปญหาเกยวกบความไมเสถยรและสญญาณรบกวนทความถสง ซงแกไขโดยการเพม inR และ FC ลงในวงจรแสดงในรปท 7 - 6 (ก) เปนวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรทางปฏบต และการตอบ สนองทางความถแสดงในรปท 7 - 5 จากรปกราฟเสนประทความถ f ถง bf วงจรจะมอตราการขยายเพมขน 20 dB/decade แตความถทสงกวา bf วงจรจะมอตราการขยายลดลงในอตรา 20 dB/decade เชนเดยวกน และวงจรมอตราการขยายเปลยนไปเปน -40dB/decade โดยเปนผลจาก inin CR และ

FF RC ความถทอตราการขยายถกจ ากด หรอ bf หาไดจากสมการตอไปน



20

40

60

80

100

0

1 1020

af

(Hz)

bf

(dB)

102 103 104 105

รปท 7 - 5 แสดงความสมพนธของอตราการขยายตอความถ

bf ininCπR2

1 (7 - 14)

เมอ inin CR FF CR

จะเหนวา inin CR และ FF CR ชวยลดผลกระทบจากสญญาณอนพตความถสงปองกนการขยายสญญาณรบกวนและออฟเซต ท าใหวงจรมเสถยรภาพโดยการปองกนไมใหอตราการขยายของวงจรเพมขนตามความถของสญญาณอนพต ส าหรบคาของ bf ทก าหนดโดย inin CR และ FF CR ควรเลอก ดงน

af bf Cf เมอ af

inFCπR2

1

bf ininCπR2

1

FFCπR2

1

เมอ Cf แทนความถทมอตราการขยายแรงดนเปนหนง



-VEEinV

+VCCVout

RF

Rom RL

Cin

Rom = Rin

Rin

CF

(ก)

t

t

+V

0V

V

-V

0 V

Vout

inV

+V

(ข)

t

t

Vout

+V

-V

0V

2

2 3 4

inV

V

V

+

-

0V 2 3 4

(ค) รปท 7 - 6 (ก) แสดงวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร (ข) แสดงสญญาณอนพตรปสเหลยมและสญญาณเอาตพต (ค) แสดงสญญาณอนพตรปไซนและสญญาณเอาตพต



สญญาณอนพตจะผานการหาอนพนธเมอคาบเวลา T ของสญญาณมากกวาหรอเทากบคาบ เวลาคงทของ inF CR คอ T inF CR

จากรปท 7 - 6 (ข) และ (ค) แสดงสญญาณอนพตรปสญญาณเปนไซนและรปสเหลยม และผลของสญญาณทางเอาตพต ทเปรยบเทยบกน ส าหรบวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรทางปฏบต

7.3.2 การออกแบบวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร การออกแบบวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรสามารถออกแบบไดตามขนตอนดงนน 1. เลอกความถ af ใหเทากบหรอสงกวาความถของสญญาณอนพตทตองการหาอนพนธ และ ใหก าหนดคาของ inC < 1F แลวค านวณหาคาของ FR 2. ก าหนดคาของ bf af20 และค านวณหาคาของ inR และ FC เมอ inin CR FF CR วงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรนยมใชตรวจจบสญญาณอนพตความถสง โดยเฉพาะการตรวจจบ การเปลยนแปลงทางความถของการผสมสญญาณแบบ FM

ตวอยาง 7 - 2 จงออกแบบวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร ส าหรบหาอนพนธของสญญาณอนพตความถเปลยนตงแต 10 Hz - 1 kHz และปอนสญญาณอนพตคลนรปไซนขนาด 1Vp มความถ 1 kHz วธท า ก าหนดความถดานสง af 1 kHz =

inFCπR2

1

ก าหนดให Cin = 0.1 µF ค านวณหา FR

inaCπf2

1Ω

)10)(0.1000π(12

16

= 1592 Ω เมอ bf =

ininCπR2

1

bf = 20 af = 20 1 kHz = 20 kHz หา inR =

inbCπf2

1



= )10)(0.110π(202

163

= 79.5 Ω เมอ inR = 79.5 Ω คาทใชงานจรงคอ 82 Ω (เนองจาก 79.5 Ω ไมมในการใชงาน) จาก inin CR FF CR

จะได FC = F

inin

R

CR

=

1592

)101.0(82 6

0.0055 F

การใชงานวงจรอนทเกรเตอร และวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร จะพบเหนไดในวงจรเปลยนรปคลนสญญาณไฟฟาจากคลนรปสเหลยม เปนคลนรปสามเหลยมในรปท 6 - 6 และวงจรก าเนดสญญาณคลนรปสามเหลยมในรปท 3 - 13 ซงทงสองวงจรจะใชหลกการท างานเดยวกน และใชวงจรอนทเกรเตรเตอรเปลยนรปสญญาณจากคลนรปสเหลยมเปนคลนรปสามเหลยม

จากวงจรในรปท 7 - 7 แสดงวงจรควบคมอตโนมต PID แบบอนาลอก ทใชส าหรบการควบคมสญญาณอตโนมตทใชในงานอตสาหกรรม วงจรจะประกอบสวนทส าคญ 3 สวน คอ วงจรควบคมแบบสดสวน (Proportional) วงจรอนทกรอล (Integral) และดรเวทฟ (Derivative) จากวงจรในสวนของวงจรขยายสญญาณ 2A เปนวงจรอนทเกรเตอร และวงจรขยายสญญาณ 3A ซงจะเหนวาเปนวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร ทงสองวงจรจะรวมกนกบวงจรควบคมแบบสดสวน ท าหนาทในการสรางสญญาณควบคมอตโนมตส าหรบควบคมกระบวนการตาง ๆทใชในเครองจกรกลของงานอตสาหกรรม เพอใหไดสญญาณควบคมส าหรบงานควบคมกระบวนการใหมประสทธภาพมากทสด จากปญญาในการใชงานของวงจรควบคมแบบสดสวนเพยงอยางเดยว จะพบปญหาเกยวกบการท างานทลาชา และมออฟเซต เกดขนในระหวางการท างาน ดงนนเพอขจดปญหาทเกดขนจงแกปญหาดวยการเพมสวนของวงจรอนเกรเตอร และวงจรดเฟอรเรนตเอเตอรเขารวมดวย จงท าใหไดสญญาณควบคมทมประสทธภาพ สามารถท างานไดเรวขนและขจดปญหาของออฟเซตใหหมดไปได ในสวนของวงจรอนทเกรเตอรทด จะตองมคาความตานทานอนพตสงมาก จงพบวาวงจรอนทเกรเตอรทใชในวงจรควบคมแบบ PID จะใชออปแอมปในกลมทอนพตเปนทรานซสเตอรสนามไฟฟา (FET) หรอ ทเรยกวา ไบ - มอส (Bi - MOS) เชน ออปแอมปหมายเลข LF351 หรอ TL072



R2

VR1

R320k

10k

10k

C1

-15V

+15V

R5

R4R6100k2M

10k100k

64

7

3

2

LF 351

-15V

+15V

R7

R8

VR3

R910k

10k

10k10k

64

7

3

2

LM 741

C2

10µF

0.1µF

-15V

+15V

64

7

3

2

LM 741

-15V

+15V

64

7

3

2

LM 741

R12

R11

10k

2.7k

A3

A2

A1

A4

20k

R1

VR2220µF

2MC3

R10

proportional

integral

derivative

รปท 7 - 7 แสดงวงจรควบคม PID แบบอนาลอก

วงจรแปลงรปคลนสญญาณ เปนวงจรทใหสญญาณเอาตพตมลกษณะแตกตางจากสญญาณอนพตทรบเขามา วงจรแปลงรปคลนสญญาณมดงน 1. วงจรอนทเกรเตอร 2. วงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร วงจรอนทเกรเตอร ใหแรงดนเอาตพตเปนผลจากการอนทเกรตแรงดนอนพต ใชหลกการท างานของวงจรขยายลปปดกลบแรงดน เปลยนตวตานทานปอนกลบ FR เปนตวเกบประจ FC ใชส าหรบวงจรเปลยนสญญาณอนาลอกเปนสญญาณดจตอล และวงจรแปลงรปสญญาณ ถาสญญาณอนพตเปนสญญาณรปไซน สญญาณเอาตพตจะไดเปนรปโคไซน หรอถาสญญาณอนพตเปนสญญาณรปสเหลยมจะไดสญญาณเอาตพตเปนสญญาณรปสามเหลยม ใชสมการ

สรป



outV dt

dVCR in

inF

วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร วงจรทใหการท างานตามคณสมบตทางคณตศาสตรการหาอนพนธ สญญาณเอาตพตจะเปนอนพนธของสญญาณอนพต โครงสรางจากวงจรขยายลปปดกลบแรงดนโดยการเปลยนตวตานทานอนพต inR เปนตวเกบประจ inC ถาปอนสญญาณคลนรปโคไซนวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรจะใหแรงดนเอาตพตเปนคลนรปไซน หรอถาใหสญญาณอนพตเปนคลนรปสเหลยมจะไดสญญาณเอาตพตเปนคลนรปแรมป การออกแบบวงจรตามขนตอนดงนน 1. เลอกความถ af ใหเทากบหรอสงกวาความถของสญญาณอนพตทตองการหาอนพนธ และ ใหก าหนดคาของ inC < 1F แลวค านวณหาคาของ FR 2. ก าหนดคาของ bf af20 และค านวณหาคาของ inR และ FC เมอ ininCR FFCR



แบบฝกหดหนวยท 7 เรอง วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

ตอนท 1 ใสเครองหมาย หนาขอทเหนวาถก และเครองหมาย x หนาขอทเหนวาผด

จาก โครงสราง หลกการท างาน และคณสมบตทางไฟฟาของวงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา ตอบค าถามตอไปน (10 คะแนน) ................. 1. วงจรแปลงรปสญญาณเปนวงจรใหเอาตพตเปนการผสมสญญาณหลายความถ ……….... 2. วงจรอนทเกรเตอรใชอปกรณปอนกลบเปนตวเกบประจ ................. 3. วงจรอนทเกรเตอรตองการสญญาณอนพตเปนคลนรปไซน ………… 4. วงจรอนทเกรเตอรความถอนพตเพมขนอตราการขยายลดลง .................. 5. วงจรอนทเกรเตอร ทความถ 0 Hz จะมอตราการขยายสงสด ................. 6. วงจรอนทเกรเตอร สญญาณเอาตพตเปนคลนรปสามเหลยมเมอปอนสญญาณอนพต เปนรปไซน ................. 7. วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรใชอปกรณปอนกลบเปนตวตานทาน ................. 8. วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรมสญญาณอนพตเปนคลนรปไซน ................. 9. วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรสญญาณอนพตรปสามเหลยมไดเอาตพตรปสเหลยม ................. 10. วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรความถอนพตสงขนอตราการขยายเพมขน

ตอนท 2 แสดงวธท า (30 คะแนน)

1. อธบาย โครงสราง หลกการท างานของวงจรอนทเกรเตอร และวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................



2. จงออกแบบวงจรอนทเกรเตอรตามรปท 7 - 3 ก าหนดให inR FC 1 Sec แรงดนอนพตเปนแรงดนไฟตรงระดบแรงดน 1 V ค านวณหาแรงดนทเอาตพตและเขยนรปสญญาณ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ 3. จงออกแบบวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร ตามรปท 7 - 6 ใชสญญาณความถตงแต 20 Hz ถง 2 kHz ก าหนดให inC = 0.1 F สญญาณอนพตความถ 2 kHz ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................



ใบงานท 7 สปดาหท 13

รหสวชา 3105 - 2003 วชา ออปแอมปและลเนยรไอซ หนวยท 7

ชอหนวย วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา ชวโมงรวม 3 ชวโมง

ชอเรอง วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา จ านวน 2 ชวโมง

หวขอการทดลอง 1. วงจรอนทเกรเตอร 2. วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร

จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป 1. เพอใหมความเขาใจเกยวกบการท างานของวงจรเปลยนรปสญญาณไฟฟา 2. เพอใหมทกษะการใชเครองมอทดสอบการท างานของวงจรเปลยนรปสญญาณไฟฟา

จดประสงคเชงพฤตกรรม เมอศกษาหนวยเรยนนแลวมความสามารถดงตอไปน 1. ออกแบบวงจรเปลยนรปสญญาณไฟฟาไดถกตอง 2. ประกอบวงจรเปลยนรปสญญาณไฟฟาไดถกตอง 3. ใชเครองมอทดสอบการท างานวงจรเปลยนรปสญญาณไฟฟาไดถกตอง 4. เพอใหมกจนสยในการท างานดวยความประณต รอบคอบและปลอดภย ตระหนกถง คณภาพของงาน

เครองมอและอปกรณ 1. แหลงจายแรงดนไฟตรง ±15 V 1 เครอง 2. มลตมเตอรหรอดจตอลมลตมเตอร 2 เครอง 3. ออสซลโลสโคปชนด 2 เสนภาพ 1 เครอง 4. เครองก าเนดสญญาณไฟฟา 1 เครอง 5. ไอซออปแอมป หมายเลข LF351 1 ตว 6. ตวตานทาน 10 kΩ 3 ตว 7. ตวเกบประจ 0.1 µF , 0.01 µF อยางละ 1 ตว 8. แผงประกอบวงจรพรอมสายตอวงจร 9. เอกสารคมอใชงานไอซออปแอมป หมายเลข LF351



ขอควรระวง 1. การประกอบวงจรโดยใชไอซออปแอมป ควรศกษารายละเอยดเกยวกบต าแหนงขาตาง ๆ ของไอซใหครบถวน จากเอกสารคมอการใชงานไอซ 2. การปอนแรงดนจากแหลงจายควรกระท าดวยความรอบคอบ หากผดพลาดจะเกดความเสยหายกบไอซออปแอมปและแหลงจายได 3. การใชเครองมอวดและทดสอบอาจจะช ารดเสยหายไดหากใชงานไมถกวธ

ขอแนะน า 1. การประกอบวงจร ควรวางต าแหนงของอปกรณใหสวยงามสะดวก ตอการวดทดสอบ 2. ในการทดลองไดก าหนดใหใชออปแอมปหมายเลข LF351 กอนประกอบวงจรควรศกษารายละเอยดทวไปของไอซจากเอกสารคมอการใชงานไอซ

ล าดบขนการทดลอง ตอนท 1 วงจรอนทเกรเตอร

1. จากวงจรอนทเกรเตอรในรปท 1 ก าหนดใหแรงดนแหลงจาย ±15 V, inR = 10 kΩ และ

FC = 0.01 F ค านวณหาคาบเวลา t จากสมการ t = inR FC = ........................ Sec

Vout2

3 4

67

10Vp-p1 kHz

inV

+15 V

LF 351

Rin

10 kRL

10 k

Rom = RinRom

10 k-15 V

C1 0. 01 µF

รปท 1

2. ประกอบวงจรตามรปท 1 ปอนสญญาณจาก เครองก าเนดสญญาณไฟฟา เปนคลนรปไซน ความถ 1 kHz ขนาด 10 Vp - pใช ออสซลโลสโคปตรวจสอบสญญาณอนพตและเอาตพตของวงจรบนทกรปสญญาณทวดไดลงในรปท 2



รปท 2

3. จากการทดลอง สญญาณอนพตและเอาตพตมความแตกตางกนอยางไร................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

4. เปลยนสญญาณจากคลนรปไซน เปนคลนรปสเหลยมความถ 1 kHz ขนาด 5 Vp - p ใช ออสซลโลสโคป ตรวจสอบสญญาณอนพตและเอาตพตบนทกรปทวดไดลงในรปท 3

รปท 3 5. เปรยบเทยบสญญาณอนพตและสญญาณเอาตพต มความแตกตางกนหรอไมอยางไร ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

VOLT/DIV = ……….. .V TIME/DIV = ...……….mS ความถ =…….……Hz

VOLT/DIV = ……….. .V TIME/DIV = ...……….mS ความถ =…….……Hz



ตอนท 2 วงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอร 6. ประกอบวงจรดฟเฟอรเรนดเอเตอรตามวงจรรปท 4 โดยก าหนดใหสญญาณอนพตมความถ 1 kHz แรงดน 5 Vp - p

VoutC1 2

3 4

67

0. 01 µF

5 Vp-p1 kHz

inV

+15 V

LF 351

RF

10 kRL

10 k

Rom = RFRom

10 k-15 V

รปท 4

7. ปอนสญญาณอนพตคลนรปสามเหลยมมขนาดแรงดน 5 Vp - p ความถ 1 kHz ใช ออสซลโลสโคปวดสญญาณอนพตและสญญาณเอาตพต บนทกรปสญญาณทไดลงในรปท 5

รปท 5 8. เปรยบเทยบความแตกตางของสญญาณอนพตและเอาตพตทวดได ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

VOLT/DIV = ………..V TIME/DIV = ...……..mS ความถ =………..Hz



9. เปลยนสญญาณอนพตเปนคลนรปไซน แรงดน 5 Vp - p ความถ1 kHz ใชออสซลโลสโคป ตรวจสอบสญญาณอนพตและสญญาณเอาตพต บนทกสญญาณทวดไดลงในรปท 6

รปท 6 10. เปรยบเทยบความแตกตางของสญญาณอนพตและเอาตพต ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

สรปผลการทดลอง ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

VOLT/DIV = ……….. .V TIME/DIV = ...……...mS ความถ =…….…..Hz



ค าถามทายการทดลอง

1. จากวงจรในรปท 1 ถาความถสญญาณอนพตเพมขน จะมผลตอวงจรอยางไร ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................

2. จากวงจรในรปท 2 ถาใหความจของ 1C เพมขนจะมผลอยางไร ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................



แบบทดสอบหลงเรยนหนวยท 7 เรอง วงจรแปลงรปคลนสญญาณไฟฟา

ค าสง จงเลอกขอทถกตองทสดเพยงขอเดยว

1. โครงสรางของวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร เปนอยางไร ก. วงจรขยายกลบสญญาณปอนสญญาณอนพตผานตวเกบประจ ข. วงจรขยายไมกลบสญญาณปอนสญญาณอนพตผานตวตานทาน

ค. วงจรขยายไมกลบสญญาณปอนกลบดวยตวตานทาน ง. วงจรขยายกลบสญญาณปอนกลบดวยตวตวเกบประจ จ. วงจรขยายไมกลบสญญาณปอนกลบดวยตวเกบประจ

2. จากวงจรทก าหนดให มการท างานอยางไร

-VEEinV

+VCCVout

CF

RL

Rin

V1

V2

Rom

RF

Rom = Rin

ก. ถาใหสญญาณอนพตมความถสงขนวงจรจะมอตราการขยายแรงดนจะลดลง ข. อปกรณการปอนกลบเปนตวเกบประจ จงไมสามารถขยายสญญาณกระแสตรงได ค. จะตองก าหนดให omR = inR = FR ง. แรงดนตกครอม FC จะต ามากทความถต า จ. ถาใหสญญาณอนพตมความถต า วงจรจะมอตราการขยายแรงดนต ามาก



3. การเพม FR ในวงจรอนทเกรเตอร มผลตอวงจรอยางไร

-VEEinV

+VCCVout

CF

RL

Rin

V1

V2

Rom

RF

Rom = Rin

ก. ลดขนาดแรงดนเอาตพต ข. เพมอตราการขยายของวงจร ค. ปรบแรงดนอนพท ง. เพมแรงดนปอนกลบ จ. แกปญหาความเพยนจากอตราการขยายแรงดนทความถต า

4. จากวงจร ถาตองการคาบเวลา T = 1 mS ก าหนดให FC = 0.1 F ความตานทาน inR มคาเทาใด

-VEEinV

+VCCVout

CF

B1I

B2I

Fi

RL

Rin

V1

V2

ini

ก. 100 Ω

ข. 1 kΩ ค. 10 kΩ ง. 50 kΩ จ. 100 kΩ



5. จากวงจร ถาตองการคาบเวลา T = 1 mS ก าหนดให FC = 0.1 F ตวตานทาน inR มคาเทาใด

-VEEinV

+VCCVout

CF

B1I

B2I

Fi

RL

Rin

V1

V2

ini

ก. 1 kΩ ข. 5 kΩ ค. 10 kΩ ง. 50 kΩ จ. 100 kΩ

6. จากวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอรการเพม FC และ inR ในวงจรจะมผลดอยางไร ก. วงจรท างานไดดขนอตราการขยายคงทเมอความถเพมขน ข. วงจรมแรงดนเอาตพตเพมขนเมอความถลดลง ค. ความถของสญญาณเอาตพตจะตองเพมขนมากกวาสญญาณอนพต ง. อตราการขยายเพมเมอความถเพมขน จ. ความถของสญญาณเอาตพตจะตองลดลงตามอตราการขยายของวงจร

7. จากวงจรถาก าหนดให bf 10 kHz และ inC = 0.1 F คาความตานทาน inR มคาเทาใด

-VEEinV

+VCCVout

RF

Rom RL

Cin

Rom = Rin

Rin

CF

ก. 100 Ω ข. 159 Ω ค. 1.59 kΩ ง. 10 kΩ จ. 50 kΩ



8. วงจรแปลงรปคลนสญญาณ มความหมายตรงอยางไร ก. วงจรทใหรปสญญาณเอาตพตแตกตางกบรปสญญาณอนพต ข. วงจรใหรปสญญาณอนพตและเอาตพตแตกตางกนอยางสนเชง ค. วงจรทใหเอาตพตเปนการผสมสญญาณหลายความถ ง. วงจรทใหสญญาณเอาตพตมความถมากกวาสญญาณอนพต จ. วงจรใหรปสญญาณอนพตและเอาตพตแตกตางกนทางดานรปสญญาณและความถ

9. วงจรอนทเกรเตอร มโครงสรางอยางไร ก. วงจรขยายสญญาณไฟฟาวงเปดปอนสญญาณผานตวเกบประจ ข. วงจรขยายสญญาณใชขยายสญญาณคลนรปสเหลยม ค. วงจรขยายกลบสญญาณ ปอนกลบแรงดนดวยตวเกบประจ ง. วงจรขยายสญญาณวงเปดปอนกลบปอนกลบแรงดนผานวงจรอนกรมตวตานทาน และตวเกบประจ จ. วงจรขยายสญญาณคลนรปสเหลยมและคลนรปสามเหลยมมสวนประกอบวงจร เปนตวเกบประจ

10. ถาสญญาณอนพตของวงจรอนทเกรตเตอรมความถสง จะมผลอยางไร ก. แรงดนเอาตพตต าสด ข. อตราการขยายแรงดนของวงจรลดลง ค. แรงดนปอนกลบเปน 0 V ง. อตราการขยายแรงดนสงสด

จ. ในทางปฏบตแรงดนเอาตพตเปน 0 V

หน่วยที่ 7 · 2018-06-14 · (ค)...

Documents