การทดลองที่ 2 op amp applications i ตอนที่ 1 summing amp ... 2 ex...
TRANSCRIPT
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 1
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
Rf
vout
v2 Ri2
-
+
v1 Ri1
IiI1
I2
If
การทดลองที่ 2 Op Amp Applications I ตอนที่ 1 Summing Amp Circuit
วัตถุประสงค์ 1. ประกอบวงจรขยายผลรวม (Summing Amp) แบบกลบัเฟสและแบบไมก่ลบัเฟสได้ถกูต้อง 2. อธิบายการท างานของวงจรขยายผลรวม แบบกลบัเฟสและแบบไม่กลบัเฟสได้ 3. สามารถหาความสมัพนัธ์ระหวา่งสญัญาณอินพตุกบัสญัญาณเอาต์พตุ เมื่อสญัญาณอินพตุเปลีย่นแปลงได้ 4. สามารถหาความสมัพนัธ์ระหวา่งสญัญาณอินพตุกบัสญัญาณเอาต์พตุ เมื่อความต้านทาน 1R เปลีย่นแปลงได้
ทฤษฎ ี 1. วงจรขยายผลรวมแบบกลบัเฟส (Inverting Summing Amplifier)
รูปที่ 1-1
จากวงจรรูปท่ี 1-1 จะเห็นได้วา่ 21i
III และ
fiII
ดงันัน้ f12
III
1i11
R/VI 222 / iRVI
fofR/VI
2211 /// iifo RVRVRV 2211 // VRRVRRV ififo ถ้าให้
i2i1iRRR
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 2
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
21ifo
VVR/RV และถ้าให้ RRR ´i
21 VVVo วงจรขยายผลบวกนี ้เป็นหลกัการเบือ้งต้นของวงจร Digital to Analogue Converter (DAC) เนื่องจาก เมื่อก าหนดให้แรงดนัอินพตุแตล่ะตวัมีคา่เทา่กนั เสมือนเป็นลอจิก “1” และ R ที่ตอ่อยูก่บัอินพตุนัน้ๆเป็นคา่ประจ าหลกั ก็จะท าให้ได้คา่ outV เป็นผลรวมของคา่เลขฐานสองแตล่ะบิต ดงัรูป
Rf
Vo-
+
Rx
Rp
Rn Vn
Vp
Vx
R2
V1
V2
R1
รูปที่ 1-2
p
nx
fx
n21f
n
n
f
2
2
f
1
1
f
oV
)RR(
RR)
R
1
R
1
R
1
R
1(V)
R
R(V)
R
R(V)
R
R(V
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 3
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
Rf
vout
vth
Rth
-
+
Ri
Rf
vout
v2
R2
-
+
v1
Ri
R1
2. วงจรขยายผลรวมแบบไมก่ลบัเฟส (Non-Inverting Summing Amplifier)
รูปที่ 1-3
จากวงจรรูปท่ี 1-3 จะเห็นได้วา่ 1...............R/R1VVifio
วิธีหา thV ก าหนดให้ RRR
21
จาก Thevenin theorem 2/RR//RR21th
จาก Superposition theorem 2.................2/VVV21th
จากสมการ (1) และ (2) สามารถเขียนเป็นวงจรใหมไ่ด้ดงันี ้
รูปที่ 1-4
เนื่องจากอินพตุอิมพีแดนซ์ของวงจรขยายแบบไมก่ลบัเฟสมีคา่สงูมาก ๆ ดงันัน้ 3...............VV
ith
จากสมการ (1),(2) และ (3) สามารถเขยีนเป็นสมการใหมไ่ด้ดงันี ้
2/VVR/R1V21ifo
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 4
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
เคร่ืองมือและอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 1. มลัติมิเตอร์ 1 เคร่ือง 2. ออสซิลโลสโคป 1 เคร่ือง 3. IC Op-Amp เบอร์ uA741 4. ความต้านทานท่ีใช้งาน 4k10,k5 5. สายตอ่วงจร 1 ชดุ การทดลองตอนที่ 1 วงจรขยายผลรวม
วงจรขยายผลรวมแบบกลบัเฟส (Inverting Summing Amplifier) 1.1 ตอ่วงจรตามรูปท่ี 1-5 ที่ก าหนดให้ (ยงัไมม่ี LR )
Rf 10k
+12V
vov2
Ri2 10k
LM741
-12V
4
72
3
6
-
+
v1
Ri1 10k
รูปที่ 1-5
1.2 ปอ้นแรงดนั 52 V โวลต์ และปรับแรงดนั 1V เปลีย่นแปลงไปตามตารางที่ 1-1 ใช้ออสซิลโลสโคปวดัแรงดนัเอาต์พตุ เลอืกวดัไฟ DC แล้วบนัทกึผลการทดลอง oV ลงในตารางที่ 1-1
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 5
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางที่ 1-1
1.3 เปลีย่นแรงดนั 2V เป็น 0 โวลต์ และปรับแรงดนั 1V เปลีย่นแปลงไปตามตารางที่ 1-1 อีกครัง้ แล้วบนัทกึผลการทดลอง
oV ลงในตารางที่ 1-1 1.4 เปลีย่นแรงดนั 2V อีกเป็น -5 โวลต์ และปรับแรงดนั 1V เปลีย่นแปลงไปตามตารางที่ 1-1 อีกครัง้ แล้วบนัทกึผลการทดลอง oV ลงในตารางที่ 1-1 1.5 จากการทดลอง oV ในตารางที่ 1-1 น ามาเขียนกราฟ oV ในฟังก์ชัน่ของ 1V เมื่อ 2V =+5 ,0 และ -5V ลงในตารางกราฟรูปท่ี 1-1
Vo (V)
V1 (V)
ตารางกราฟรูปที่ 1-1
1.6 ให้เปลีย่น 1iR มีคา่เทา่กบั 5 k ทดลองซ า้ข้อ 1.1 ถึง 1.5 และบนัทกึผลการทดลอง oV ลงในตารางที่ 1-2
)(1 VV -10 -8 -6 -2 0 +2 +6 +8 +10
VV 52 )(0 VV
VV 02 )(0 VV
VV 52 )(0 VV
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 6
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางที่ 1-2
1.7 จากผลการทดลอง
oV ในตารางที่ 1-2 น ามาเขียนกราฟ oV ในฟังก์ชัน่ของ 1V เมื่อ 5
2V
และ V5 ลงในตารางกราฟท่ี 1-2
Vo (V)
V1 (V)
ตารางกราฟที่ 1-2
วงจรขยายผลรวมแบบไมก่ลบัเฟส (Non-Inverting Summing Amplifier)
1.8 ตอ่วงจรตามรูปท่ี 1-4 ปอ้นสญัญาณอินพตุ V1 รูปคลืน่ Sine Wave ให้ได้ความถ่ี Z
kH1 ขนาด
PPV 4 และ V2 = 2V 1.9 ใช้ Oscilloscope วดัสญัญาณอนิพตุ V1 และเอาต์พตุ Vout เปรียบเทียบกนั ตัง้ Oscilloscope ให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกวดัไฟ DC แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟที่ 1-3 และบนัทกึผลคา่สงูสดุ
)(1 VV -10 -8 -6 -2 0 +2 +6 +8 +10
VV 52 )(0 VV
VV 02 )(0 VV
VV 52 )(0 VV
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 7
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
LM741
Rf 10k
voutv2
R2 10k
-
+
v1
Ri 10k
R1 10k
-12V
4
2
3 7
6
+12V
รูปที่ 1-4
ตารางกราฟรูปที่ 1-3
วดัคา่ VO Peak =…………………V 1.10 ทดลองซ า้ข้อ 1.8 ถึง 1.9 แตเ่ปลีย่น Ri ให้มีคา่เทา่กบั 5K แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟ
รูปท่ี 1-4 และบนัทกึผลคา่สงูสดุ
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base………..s/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 8
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 1-4
วดัคา่ VO Peak =…………………V ค าถามท้ายการทดลอง
1. เปรียบเทียบผลที่ได้จาก ตารางที่ 1-1 กบัตารางที่ 1-2 และอธิบายสาเหตขุองความแตกตา่ง ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2. เปรียบเทียบรูปคลืน่ VO ที่ได้จากข้อ 1.8 และข้อ 1.10 และอธิบายสาเหตขุองความแตกตา่ง ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
สรุปและวิเคราะห์ผลการทดลอง ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base……..ms/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 9
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตอนที่ 2 Integrator Circuit วัตถุประสงค์
1. ประกอบวงจรอินทิเกรเตอร์ (Integrator circuit) โดยใช้ Op-Amp ได้ถกูต้อง 2. อธิบายการท างานของวงจรอินทิเกรเตอร์ (Integrator circuit) โดยใช้ Op-Amp ได้สามารถวดัและ
ค านวณหาขนาดรูปคลืน่ของ i
V และ o
V ได้ถกูต้อง
3. สามารถวดัและค านวณหาขนาดรูปคลืน่แรงดนัของ i
V และ o
V ได้ถกูต้อง ทฤษฎี Op-Amp Integrator circuit คือวงจรใช้ไอซีออปแอมป์สร้างเป็นวงจร Integrator สญัญาณแรงดนัอินพตุที่เข้ามา แสดงดงัรูปท่ี 2-1 โดยมี 1R เป็น Input Element และมี C เป็น Feedback Element วงจรจะตอ่กลบักนักบัวงจร Differentiator สมการของแรงดนัขาออกจะเป็นไปตามสมการของการ Integrator สญัญาณแรงดนัขาเข้า
1..........................)(./1)( 1 dttvCRtv io
vout
-
+
vin R1
C
รูปที่ 2-1 วงจรอนิทเิกรเตอร์
ความสมัพนัธ์ของความถ่ีสญัญาณขาเข้าก็มีผลตอ่การเปลีย่นแปลงของแรงดนัขาออกเช่นกนัจงึต้องใช้ sR ตอ่ขนานกบั C เพื่อจ ากดั (Low Frequency Resistor) เมื่อความถ่ีเปลีย่นแปลง แล้วอาจเพิม่ 2R เข้าที่ขา Non-Inv ก็ได้ เพื่อลด
oiV (input offset) แสดงดงัรูปท่ี 2-2
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 10
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
R2
RS
vout
-
+
vin R1
C
รูปที่ 2-2 วงจรอนิทเิกรเตอร์ที่สมบูรณ์แบบ
การท างาน ถ้า f > fc วงจรท างานเป็น Integrator จะได้ dttvCRtv io )(/1)( 1
และ ถ้า f < fc วงจรท างานเป็น Inverting Amp จะได้ 1sv
R/RA
เมื่อ fc = CR2/1s
และ s12
R//RR
คา่ก าหนดทัว่ไป มกัให้ 1s
R10R โดยที่คา่คาบเวลาของสญัญาณเข้า CRTs
เคร่ืองมือและอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 1. มลัติมิเตอร์ 1 เคร่ือง 2. ออสซิลโลสโคป 1 เคร่ือง 3. IC OP-AMP เบอร์ uA741 4. ความต้านทานท่ีใช้งานคา่ k100,3xk10 5. คาปาซิเตอร์ที่ใช้งานคา่ 0022.0 F 6. สายตอ่วงจร 1 ชดุ
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 11
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
การทดลองตอนที่ 2 Integrator Circuit สตูรค านวณเบือ้งต้น
1. tVtv peakii sin)( )(
2. Output Voltage: dttvCR
tvt
io 01
)(1
)(
3. Low Frequency Response : CR2
1f
s
c
4. เมื่อ f < fc
วงจรจะท างานคล้ายกบั Inverting Amp โดยมี1
s
vR
RA
f > fc
วงจรจะท างานเป็น Integrator 5. )RR/()RR(R
s1s12
2.1 ตอ่วงจรตามรูปท่ี 2-3 ตัง้ออสซลิโลสโคปให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกดสูญัญาณ AC
R2 10k
RS 100k
+12V
vout
741
-12V
4
72
3
6
-
+
vin R1 10k
C 0.0022 µF
รูปที่ 2-3 Integrator Circuit 2.2 ปอ้นสญัญาณอินพตุรูปคลืน่ Square Wave ความถ่ี 10kHz ขนาด 1 Vpp ใช้ Oscilloscope วดัสญัญาณอินพตุและเอาต์พตุเปรียบเทียบกนั แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟรูปท่ี 2-1 แล้วบนัทกึผล
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 12
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 2-1
2.3 วดัคา่
oV
oV =……………....
ppV
2.4 วดัชว่งเวลาของสญัญาณเอาต์พตุ t1 =........................ s, t2 =........................ s (ดรููปท่ี 3-4)
2.5 ค านวณ Output Voltage จากสมการ dttvCR
tvt
io 01
)(1
)( =…………………
2.6 เปรียบเทียบกราฟที่วดัได้กบัสมการที่ค านวณได้ในข้อ 2.5 วา่แตกตา่งกนัอยา่งไร...………………………………………………………………………………………………………………………………. 2.7 ทดลองใหมต่ัง้แตข้่อ 2.2 ถึงข้อ 2.6 โดยเปลีย่นความถ่ีอินพตุให้มีคา่เทา่กบั 4kHz ตัง้ออสซิลโลสโคป ให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกดสูญัญาณ AC แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟรูปที่ 2-2 และบนัทกึผลคา่ Vpp
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base………..s/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 13
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 2-2
2.8 วดัคา่ oV PPo VV ........................... 2.9 วดัชว่งเวลาของสญัญาณเอาต์พตุ t1 =........................ s, t2 =........................ s
2.10 ค านวณคา่ Output Voltage จากสมการ dttvCR
tvt
io 01
)(1
)( =…………………
2.11 เปรียบเทียบกราฟที่วดัได้กบัสมการที่ค านวณได้ในข้อ 2.10 วา่แตกตา่งกนัอยา่งไร...………………………………………………………………………………………………………………………………. 2.12 ทดลองใหมต่ัง้แตข้่อ 2.2 ถงึข้อ 2.6 อีกครัง้ โดยเปลีย่นความถ่ีอินพตุให้มคีา่เทา่กบั 200 Hz ตัง้ ออสซิลโลสโคป ให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกดสูญัญาณ AC แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟรูปท่ี 2-3 และบนัทกึผลคา่ Vpp
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base………..s/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 14
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 2-3 2.12 วดัคา่ oV ppo VV ........................... 2.13 วดัช่วงเวลาของสญัญาณเอาต์พตุ T =........................ s
2.14 หาคา่ Voltage Gain จาก ........................R
RA
1
s
v
และ ........................V
VA
i
o
v
2.15 ค านวณคา่ Output Voltage จากสมการ ppis
ivo VVR
RVAV ........................
1
2.16 เปรียบเทียบคา่ทีว่ดัได้กบัคา่ที่ค านวณได้ในข้อ 2.15 วา่แตกตา่งกนัอยา่งไร ………………………………………………………………………………………………………………………………… ค าถามท้ายการทดลอง
1. จากผลการทดลองในข้อ 2.2 ข้อ 2.7 และ ข้อ 2.12 เพราะเหตใุดรูปคลืน่ oV จึงมีความแตกตา่งกนั ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base………..s/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 15
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
2. คา่ความต้านทาน 2R ในวงจรการทดลองรูปท่ี 2-3 มีผลเป็นอยา่งไร จงอธิบายมาพอเข้าใจ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3. ถ้าปอ้นรูปคลืน่ Sine Wave ความถ่ี 300Hz ขนาด 1 Vpp เข้าที่อนิพตุของวงจรการทดลองรูปท่ี 2-3 จงเขียนรูปคลืน่
oV ลงในตารางกราฟตอ่ไปนี ้(ไมต้่องท าการทดลอง)
V i
VO
+1
+
-1
-
สรุปและวิเคราะห์ผลการทดลอง ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 16
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตอนที่ 3 Differentiator Circuit วัตถุประสงค์ 1. ประกอบวงจรดิฟเฟอร์เรนชิเอเตอร์ (Differentiator Circuit) โดยใช้ Op-Amp ได้ถกูต้อง 2. อธิบายการท างานของวงจรดิฟเฟอร์เรนชิเอเตอร์ โดยใช้ Op-Amp ได้ 3. สามารถวดัรูปคลืน่แรงดนัของ Vi และ Vo ได้ถกูต้อง 4. สามารถค านวณหาคา่อตัราขยายแรงดนั Av ของวงจรได้ถกูต้อง ทฤษฎ ี Differentiator Circuit Op-Amp คือวงจรใช้ไอซีออปแอมป์สร้างเป็นตวั Differentiator สญัญาณใดๆ ก็ได้ แสดงดงัรูปท่ี 3-1 โดยมี C เป็น Input Element และมี R1 เป็น Feedback Element
vout
-
+
vin
Rf
C
รูปที่ 3-1 วงจรดิฟเฟอเรนชิเอเตอร์ เบือ้งต้น
สมการของแรงดนัขาออก คือ 1....................../ TVCRV ifo
ซึง่เขยีนเป็นสมการคณิตศาสตร์ได้วา่ 2......................)(
)(
dt
tdvCRtv i
fo
จะพบวา่ เมื่อใช้ C เป็น Input Element จะมีผลตอ่ความถ่ีของสญัญาณขาเข้า เพราะคา่ cX นัน้เปลีย่นแปลงตามความถ่ีดงัสมการ fC2/1X
c
เมื่อ f = ความถ่ีของสญัญาณขาเข้า (Hz) C = คา่ของตวัเก็บประจ ุ (F) ถ้าเราพิจารณาวงจร Differentiator จะเห็นวา่ cX คล้ายกบัความต้านทาน 1R ของวงจร Inverting Amplifier ถ้าเปลีย่นแปลงไปจะเป็นผลให้ สญัญาณขาออก oV มีคา่เปลีย่นแปลงไปด้วย ในทางปฏิบตัิจึงใช้ความ ต้านทาน sR ตอ่อนกุรมกนั C เป็น Input Element เพื่อจ ากดัผลการเปลีย่นแปลงของความถ่ีสงู (High Frequency Gain) ดงัรูปท่ี 3-2
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 17
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
vout
-
+
vin
Rf
CRS
รูปที่ 3-2 วงจรดิฟเฟอร์เรนชเิอเตอร์ที่สมบูรณ์แบบ
จากสมการ fC2/1Xc
เมื่อเพิ่มคา่ sR เข้าไปแล้ว คา่ของ sc RX ดงันัน้ความถ่ีอนิพตุของวงจร (fc) จึงมีคา่เทา่กบั 3.............................CR2/1f
sc
นัน่คือความถ่ีของสญัญาณขาเข้า จะมีคา่ได้ไมเ่กิน cf วงจรจึงท างานเป็นตวั Differentiate ได้ แตถ้่าความถ่ีของสญัญาณขาเข้ามคีา่มากกวา่
cf วงจรจงึจะท างานเป็น Inverting Amp ซึง่มี Voltage Gain
sfv
R/RA
สรุป ถ้า f < fc วงจรท างานเป็น Differentiator จะได้
dt
tdvCRtv i
fo
)()(
และ ถ้า f > fc วงจรท างานเป็น Inverting Amp จะได้ sfv
R/RA กรณีสญัญาณเข้ามาเป็น Sine Wave สมการของสญัญาณ Sine Wave จะได้ 4.................................sin)( tVtv pi
เมื่อ p
V Peak Voltage
ความเร็วเชิงมมุ (rad/s) f2
จากสมการท่ี (2) 5..........................)(
)(
dt
tdvCRtv i
fo
แทนคา่ (5) ลงใน (2) จะเห็นได้วา่ oV นัน้เปลีย่นแปลงไปตาม inV
tVdt
dCRtv pfo sin)(
5......................cos)( tCVRtv pfo จะเห็นได้วา่ถ้าปอ้นสญัญาณขาเข้าเป็น Sine Wave สญัญาณขาออกเป็น Function ของ Cos นัน้คือ จะมีเฟสของแรงดนัล้าหลงัสญัญาณขาข้า 90 องศา แสดงดงัรูปท่ี 3-3
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 18
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
รูปที่ 3-3 เปรียบเทียบสัญญาณขาเข้ากับขาออกของวงจร Differentiator
เมื่อ Input เป็น Sine, Output เป็น Cosine กรณีสญัญาณเข้ามาเป็น Triangle wave (t1 = t2) ดงัรูปท่ี 3-4 ความถ่ีของสญัญาณ Triangle
7......................................11
21 Tttf
ดงันัน้ขนาดของแรงดนัเอาต์พตุสงูสดุคือ peakVo
8..................t
V2CRV
1
p
fpeako
0
0
+V
+V
-V
-V
V i
Vo
t
t
¶ 2¶
¶ 2¶
t1 t2
รูปที่ 3-4 เปรียบเทียบสัญญาณขาเข้ากับขาออกของวงจร Differentiator
เมื่อ Input เป็น Triangle, Output เป็น Square
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 19
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
เคร่ืองมือและอุปกรณ์อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 1. มลัติมิเตอร์ 1 เคร่ือง 2. ออสซิลโลสโคป 1 เคร่ือง 3. IC OP-AMP เบอร์ 741 4. ความต้านทานท่ีใช้งานคา่ k22,k2.2 5. คาปาซิเตอร์ที่ใช้งานคา่ F0047.0 6. สายตอ่วงจร 1 ชดุ การทดลองตอนที่ 3 Differentiator Circuit สตูรค านวณเบือ้งต้น
1. Output Voltage: dt
tdvCRtv i
fo
)()(
2. Low Frequency Response : CR
fs
c2
1
3. เมื่อ f < fc
วงจรจะท างานเป็น Differentiator
f > f c วงจรจะท างานคล้ายกบั Inverting Amp โดยมีs
fv
R
RA
3.1 ตอ่วงจรตามรูปท่ี 3-5 ตัง้ออสซลิโลสโคปให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกดสูญัญาณ AC
Rf 22kΩ
+12V
vo
741
-12V
4
72
3
6
-
+
vi
RS
2.2kΩ
C
0.0047μF
รูปที่ 3-5 Differentiator Circuit
4.2 ปอ้นสญัญาณอินพตุรูปคลืน่ Triangle Wave ให้ได้ความถ่ี 400Hz ขนาด 1 Vpp ใช้ Oscilloscope วดั
สญัญาณอินพตุและเอาต์พตุเปรียบเทียบกนั เลอืกดสูญัญาณ AC แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟรูปท่ี 3-1
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 20
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 3-1
3.3 วดัคา่
oV ได้ =……………....
ppV
3.4 ค านวณคา่ Output Voltage จากสมการ
1
p
fpeakot
V2CRV
.................Vpeako
3.5 เปรียบเทียบคา่ทีว่ดัได้กบัคา่ที่ค านวณได้วา่แตกตา่งกนัอยา่งไร………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3.6 ทดลองใหมต่ัง้แตข้่อ 3.1 ถงึข้อ 3.5 เปลีย่นความถ่ีอินพตุให้มีคา่เทา่กบั 1kHz ตัง้ให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกดสูญัญาณ AC แล้วเขียนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟรูปท่ี 3-2 และบนัทกึผล
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base………..s/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 21
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 3-2 ดงันัน้ ได้ V0 =………………………… VP-P
3.7 วดัช่างเวลาของสญัญาณเอาต์พตุ t1 = ………………..ms และ t2 =……………….ms
3.8 ค านวณคา่ Output Voltage จากสมการ
1
p
fpeakot
V2CRV
3.9 เปรียบเทียบคา่ทีว่ดัได้กบัคา่ค านวณวา่แตกตา่งกนัอยา่งไร............................................................................................................................................................................................................................................................................................
3.10 ทดลองใหมต่ัง้แตข้่อ 3.1 ถึง ข้อ 3.5 อีกครัง้ เปลีย่นความถ่ีอินพตุให้มีคา่เทา่กบั 20 kHz ตัง้ออสซิลโลสโคปให้เห็นรูปกราฟได้อยา่งเหมาะสม เลอืกดสูญัญาณ AC แล้วเขยีนรูปคลืน่ท่ีได้ลงในตารางกราฟรูปท่ี 3-3
1CH ............ V/Div 2CH ........... V/Div Time Base………..s/Div
1CH ............ V/Div
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 22
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
ตารางกราฟรูปที่ 3-3
ดงันัน้ ได้ V0 =……………………….VP-P 3.11. วดัช่วงเวลาของสญัญาณเอาต์พตุ t1 =…………………..ms และ t2 =…………….ms
3.12. ค านวณคา่ Output Voltage จากสมการ
1
p
fpeakot
V2CRV
3.13. หาคา่ Voltage Gain จาก Av = - s
f
R
R = ………………………………
และ Av = i
0
V
V = ………………………………
3.15 เปรียบเทียบคา่ที่วดัได้ (Av = i
0
V
V ) กบัคา่ค านวณ (Av = -
s
f
R
R ) วา่แตกตา่งกนัอยา่งไร
...........................................................................................................................................................................
ค าถามท้ายการทดลอง
1. จากวงจรรูปท่ี 3-5 คา่ความถ่ี fc มีคา่เทา่ไร จงแสดงวิธีการค านวณ โดยละเอียด
303303 Electrical Engineering Laboratory II Lab 2 23
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา้ มหาวิทยาลยันเรศวร
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
2. ถ้าต้องการเปลีย่นแปลงคา่ความถ่ี fc ของวงจรจะท าอยา่งไร จงอธิบายพอเข้าใจ
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................
3. จากการทดลองในข้อ 3.10 เพราะเหตใุดเมื่อปอ้นแรงดนั Vi เป็น Triangle Wave จึงไมไ่ด้แรงดนั V0 เป็น Square Wave เหมือนกบัการทดลองในข้อ 3.6 จงให้เหตผุลตามสมควร .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
สรุปและวิเคราะห์ผลการทดลอง ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................