be01 intro elec ckt 50 - ::: welcome to...
TRANSCRIPT
14/11/50
Introduction to El t i
1
241241--209209Basic ElectronicsBasic Electronics
DK
Introduction to El t i
2
Chapter 1Chapter 1Introduction to Electronic CircuitsIntroduction to Electronic Circuits
14/11/50
Introduction to El t i
3
วงจรไฟฟาและสัญญาณ รูปแบบของสัญญาณไฟฟา ประเภทของอุปกรณอิเล็กทรอนิกส แหลงจายกระแส แหลงจายแรงดัน ทฤษฎีของเทเวนินและนอรตัน วงจรแบงแรงดันและวงจรแบงกระแส ทฤษฎีของการทับซอน การวิเคราะหโดยใชเทคนิคทางกราฟฟก และวงจรที่มีหลายแหลงจายกําลัง
Introduction to El t i
4
วิวัฒนาการทางดานอิเล็กทรอนิกสวิวัฒนาการทางดานอิเล็กทรอนิกสหลอดสุญญากาศ (Vacuum Tube) 1904 ไดโอด (Diode) ทรานซิสเตอรแบบสารกึ่งตัวนํา (Semiconductor Transistor) วงจรรวม (Integrated Circuit)
14/11/50
Introduction to El t i
5
นิยามที่ใชในอิเล็กทรอนิกสนิยามที่ใชในอิเล็กทรอนิกสวงจรอิเล็กทรอนิกส (Electronic Circuits)
หมายถึงการนําสวนประกอบทางอิเล็กทรอนิกสมาเชื่อมตอกับเปนวงจรโดยถูกออกแบบเพื่อจัดการกับงานใดงานหนึ่งโดยเฉพาะหรือหลายๆ งาน
สวนประกอบทางอิเล็กทรอนิกส (Electronics Component) ประกอบดวย ตัวตานทาน (Resistors), ตัวเก็บประจุ (Capacitors), ตัว
เหนี่ยวนํา (Inductors), แหลงจายแรงดัน (Voltage Sources), แหลงจายกระแส (Current Sources) และ อุปกรณสารก่ึงตัวนํา (Semiconductor Devices)
Introduction to El t i
6
วงจรแบบดิสครีต (Discrete Circuit)การนําอุปกรณแตละตัว เชน ตัวเก็บประจุ, ตัวตานทาน ทรานซิสเตอร
มาเชื่อมตอเขาดวยกันเปนวงจรไฟฟา
วงจรรวมหรือไอซี (Integrated Circuit, IC)โดยกระบวนการเจือสารเคมีบนผิวซิลิกอนบางๆ ออกมาเปนชุดวงจร
สําเร็จรูป เชน ออปแอมป (Op-amp) หรือ ชิพไมโครคอมพิวเตอร(Microcomputer Ship) โดยกระทําในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม.
14/11/50
Introduction to El t i
7
วงจรไฟฟาและสัญญาณวงจรไฟฟาและสัญญาณ (Circuits and Signal)(Circuits and Signal)
Input Signal Output SignalBOX
Vin Vout
ElectronicAmplifier
t
Vout(Volts)
Vin (Volts)
t
Introduction to El t i
8
รูปแบบขรูปแบบขอองสัญญาณงสัญญาณ
+V
-V
V1
V2
t
VV
t
รูปที่ 2 (a) สัญญาณอนาลอก (b) สัญญาณดิจิตอล
14/11/50
Introduction to El t i
9
วงจรไฟฟาและสัญญาณวงจรไฟฟาและสัญญาณ (Circuits and Signal)(Circuits and Signal)
อุปกรณแบบลิเนียร (Linear Devices)
V= RxII = AeV
V (volt)V (volt)
I (A)I (A)
อุปกรณแบบนอนลิเนียร (Nonlinear Device)
Introduction to El t i
10
กระแสไฟฟากระแสไฟฟา (Electric Current)(Electric Current)การไหลของประจุไฟฟาไปตามตัวกลางตางๆ เชน ตัวนําไฟฟา
(Conductor), สารกึ่งตัวนํา (Semiconductor) ของเหลว (Liquid) หรือก าซ(Gas)
การไหลของอิเล็กตรอน (Electron Flow) การไหลของประจุไฟฟาที่เปนลบโดยจะไหลจากขั้วลบไปยัง
ขั้วบวก
การไหลของกระแสตามแบบนิยม (Conventional Current Flow)
ใชในการคํานวณโดยไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ
14/11/50
Introduction to El t i
11
แหลงจายกระแสไฟฟาแหลงจายกระแสไฟฟา (Current Source)(Current Source)แหลงจายกระแสไฟฟากระแสตรงในอุดมคติ (Ideal DC Current Source)
-I
i
+I
i (A)
t
0 II (A)
V (V)
I
แหลงจายกระแสไฟฟากระแสสลับในอุดมคติ (Ideal ac Current Source)
Introduction to El t i
12
แหลงจายกระแสไฟฟากระแสตรงคงที่ เมื่อมีโหลด (DC Constant Current Source with Load)
0 I1 I (A)
V (V)
R=5k
I=1mA
R=5k
+
VT
-
+
VT
-
+
VR
-
+
VR
-
I=1mA
VS = 10V
(a) Characteristic (b) VT = I x R= 5 V
(c) VT = (I x R)+10 = 1mA x 5k)+10= 15 V
14/11/50
Introduction to El t i
13
แหลงจายกระแสแบบไมเปนอุดมคติ(Nonideal Current Sources)
เสมือนกับการที่มีตัวตานทานภายใน (Internal Resistance) มาตอขนานกับแหลงจายกระแสอุดมคติ
0 I IT (A)
VT=IRS
VT (V)
RS
I
+
VT
-
IRIT
(a) แหลงจายกระแสแบบไมเปนอุดมคติ (b) ลักษณะสมบัติ V-I
Introduction to El t i
14
กฎกระแสของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff's Current Law, KCL)
“ผลรวมของกระแสที่ไหลเขาสูจุดรวม จะเทากับผลรวมของกระแสที่ไหลออกจาก จุดรวม นั้น”
I1 + I2 = I3 + I4
I4
I3
I2
I1
14/11/50
Introduction to El t i
15
แหลงจายแรงดันแหลงจายแรงดัน (Voltage Sources)(Voltage Sources)
ความตางศักย (Potential Difference)ความตางศักยเกิดขึ้นระหวางขั้วความตานทานทั้งสอง ถามี
กระแสไฟฟาไหลผานตัวตานทานนั้น
VR = IxR = VAB
A + VR - B
R
I
Introduction to El t i
16
แหลงจายแรงดันแบบอุดมคติ (Ideal Voltage Source)เปนแหลงจายกําลังท่ีใหคาแรงดันคงที่ตลอดชวงการใชงานไมวา
โหลดจะเปนเชนไรก็ตาม
T-V
+V
v=Vsinωt
v (V)
t
0 IT (A)
VT (V)
VS
+
+
VT
-
ITDC Indeal Voltage Source
ac Ideal Voltage Source
14/11/50
Introduction to El t i
17
กฏแรงดันของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff's Voltage Law, KVL)
“ผลรวมทางพีชคณิต (คิดเครื่องหมาย) ของแหลงจายแรงดัน รอบเสนทางปดใดๆ ตองมีคาเทากับผลรวมทางพีชคณิตของแรงดันตกตามเสนทางปดนั้น”
+
VR2
-
R2
R3
R1
+ VR1 -
+VS
VS = VR1+VR2+VR3
Introduction to El t i
18
จะเสมือนมีคาความตานทานภายใน ตออนุกรมอยูกับแหลงจายแรงดันในอุดมคติ
แหลงจายแรงดันแบบไมเปนอุมคติ (Nonideal Voltage Source)
0 IT(A)
IT=V/RS
VT(V)
VS
RS
+
VT
-
I
14/11/50
Introduction to El t i
19
ทฤษฎีของเทเวนินและนอรตันทฤษฎีของเทเวนินและนอรตัน ((Thevenin'sThevenin'sAnd Norton's Theorems)And Norton's Theorems)
ในการวิเคราะหวงจรไฟฟานั้น วงจรไฟฟาที่มีความซับซอนใดๆ สามารถแปลงเปนวงจรที่มีความซับซอนนอยลงไดโดยใชทฤษฎีของ เทเวนิน หรือทฤษฎีของนอรตัน
Introduction to El t i
20
ทฤษฎีของเทเวนิน (Thevenin's Theorem)วงจรใดๆ ที่เช่ือมตอระหวางขั้วปลาย (Terminal) สองจุด
สามารถแทนที่ไดดวยแหลงจายแรงดันเทเวนิน (Thevenin Voltage Source) ซึ่งตออนุกรมอยูกับอิมพิแดนซเทเวเนิน (Thevenin Impedance) ไดเปน วงจรสมมูลเทเวนิน (Theven in Equiva len t Circu i t )
วงจรตนแบบ วงจรสมมูลกระแสตรง วงจรสมมูลกระแสสลับ
14/11/50
Introduction to El t i
21
เทคนิคการหาวงจรสมมลูเทเวนิน1. วาดวงจรสมมูลเทเวนินที่มี แหลงจายแรงดัน ตออนุกรมกับ อิมพิแดนซ.
2. หาแหลงจายแรงดันเทเวนิน โดยการเปดวงจรสองขั้วปลาย และหาคาแรงดันที่ปรากฏระหวางสองขั้วปลายนั้น.
3. หาความตานทานเทเวเนินระหวาง ขั้วปลาย โดยการแทนที่ แหลงจายแรงดัน แตละตัวในวงจรดวยการลัดวงจร และแหลงจายกระแสดวยการเปดวงจร
Introduction to El t i
22
ทฤษฎขีองนอรตัน (Norton's Theorem)วงจรใดๆ ที่เชื่อมตอระหวางสองจุดปลาย (Terminal) สามารถแทนที่ได
ดวยแหลงจายกระแสนอรตัน (Norton Current Source) ซึ่งตอขนานอยูกับอิมพิแดนซ นอรตัน (Norton Impedance) เรียกวา วงจรสมมูลนอรตัน (Norton Equivalent Circuit)
วงจรตนแบบ วงจรสมมูลกระแสตรง วงจรสมมูลกระแสสลับ
14/11/50
Introduction to El t i
23
เทคนิคการหาวงจรสมมลูนอรตัน
1. วาดวงจรสมมูลนอรตันที่มี แหลงจายกระแส ตอขนานกับอิมพิแดนซ.
2. หากระแสนอรตัน ท่ีเปรียบเสมือนกระแสที่ไหลผานจุดลัดวงจร ท่ีตําแหนงระหวางสองขั้วปลาย.
3. หาความตานทานนอรตันดวยหลักการเดียวกันกับความตานทานเทเวนินระหวางขั้วปลาย โดยการแทนที่แหลงจายแรงดัน แตละตัวในวงจรดวยการลัดวงจร และแทนที่แหลงจายกระแสดวยการเปดวงจร
Introduction to El t i
24
ความสัมพันธระหวางวงจรสมมูลเทเวนินและนอรตันวงจรสมมูลเทเวนิน สามารถแปลงเปนวงจรสมมูลนอรตันได และ
ในทางกลับกัน วงจรสมมูลนอรตัน ก็สามารถแปลงเปน วงจรสมมูลเทเวนิน ไดเชนเดียวกัน
VTH =4V
RTH = 2k
Y
X
IN =2mARN = 2k
Y
X
วงจรสมมูลเทเวนิน วงจรสมมูลนอรตัน
14/11/50
Introduction to El t i
25
กฎวงจรแบงแรงดัน (Voltage Divider Rule) แรงดันที่ตกครอมองคประกอบใดๆ ในวงจร จะมีคาเทากับ
แรงดันที่จายใหกับวงจร คูณ ความตานทานขององคประกอบนั้น หาร ดวยผลรวมความของความตานทานทั้งหมดที่ตออนุกรมอยู.
+
-
+ VS
I
R3
V2V2 = R2 x VS
R1+R2+R3R2
Introduction to El t i
26
กฎวงจรแบงกระแส (Current Divider Rule)กระแสที่ไหลผานตัวตานทานใดๆ จะมีคาเทากับกระแสที่ไหลเขาสูวงจร
นั้น คูณ ดวยความตานทานของตัวตานทานอีกตัวที่ตอขนานกันอยู หาร ผลรวมของความตานทานทั้งหมด
I
I1 = R2 x IR1+R2
I2I1
R2R1
14/11/50
Introduction to El t i
27
ทฤษฎีของการทับซอน (The Superposition Theorem)วงจรที่มี แหลงจายกําลังหลายชุด จะสามารถวิเคราะหเพ่ือหาผลลัพธได
โดยการแยกวิเคราะห โดยใหแหลงจายแรงดันหรือกระแสแตละตัวทํางานในขณะที่ตัวอ่ืนๆ จะตองถูกแทนที่ดวยความตานทานภายใน (Internal resistance) ท่ีเปนอุดมคติ และเอาผลลัพธท่ีไดมารวมกันในที่สุด
ความตานทานภายในของแหลงจายแรงดันคือการลัดวงจร ความตานทานภายในของและจายกระแสคือการเปดวงจร
Introduction to El t i
28
ตัวอยางการวิเคราะหวงจรดวย Superposition
ตองการหาคา I ในรูป (a)จะไดวา
I = I1+I2(a)
(b) แยกพิจารณาเฉพาะ Voltage Source ให Current Source Open
(c) แยกพิจารณาเฉพาะ Current Source ให Voltage Source Open
14/11/50
Introduction to El t i
29
การวิเคราะหโดยใชเทคนคิวิธีทางกราฟฟกการวิเคราะหโดยใชเทคนคิวิธีทางกราฟฟก(Graphical Techniques Analysis)(Graphical Techniques Analysis)
การหาผลลัพธของวงจรไฟฟาสามารถใชวิธีการทางกราฟฟก โดยยังคงใหผลลัพธเชนเดียวกับวิธีการทางการคํานวณ
ซึ่งในทางวิศวกรรมการนําเสนอทางกราฟฟกจะใหความเขาใจที่ดีกวาในหลายๆกรณี
Introduction to El t i
30
แหลงจายแรงดันแบบอุดมคติ เมื่อมีโหลดตัวตานทาน
0
I(A)
V(V)
IIR
VS
V
0
I(A)
V(V)
0
I(A)
V=VS V(V)
Operating Point
I=IS
(a) กราฟของ Ideal Voltage Source (b) กราฟของ Resistor
I1IS RVS V
(c) Ideal Voltage Source ตอกับ Resistor (d) กราฟที่ไดและจุดทํางาน
14/11/50
Introduction to El t i
31
แหลงจายแรงดันแบบไมเปนอุดมคติ เมื่อมีโหลดตัวตานทาน
(a) วงจรสมมูล Nonideal Voltage Source (b) กราฟ
(c) Nonideal Voltage Source ตอกับ Resistor (d) กราฟที่ไดและจุดทํางาน
+VS-
IS R +VT-
Open Circuit
Short Circuit
0 Vs
IS (A)ISS = Vs/R
VT (V)
+VS-
IL
RL
RS
+VRL- RL
Voltage SourceOperating Point
0 VRL Vs
IL
IS (A)ISS = Vs/R
VT (V)
Introduction to El t i
32
(a) วงจรสมมูล Nonideal Voltage Source (b) กราฟ
(c) Nonideal Voltage Source ตอกับ Resistor (d) กราฟที่ไดและจุดทํางาน
วงจรหลายแหลงจายกําลัง (Multiple-Sources Circuit)
+VS-
vs=VpsinWt
0
VS
IL
RL
vs
V (V)
t
+VL-
iL = (VS+vs)/RL
0
VS/R
iL(A)
t
vL = VS+vs
0
VS
vL(V)
t
14/11/50
Introduction to El t i
33