~ 1 ~

วงจรขยายการวด (Instrument Amplifier)

ประกอบดวยออปแอมป3 ตว การกำาหนดอตราการขยายจะใชคาความตานทานจากภายนอก(External Resistor) จะนำาวงจรน ไปใชวดสญญาณความแตกตางและกำาจดสญญาณ รบกวนแบบคอมมอนโหมด เชน การตรวจสญญาณระยะไกล (Remote

Sensing) ทมคาไมคงท ซงจะแปรเปลยนระดบสญญาณตลอดเวลา

ดานอนพตของวงจรจะประกอบดวยวงจรขยายแบบไมกลบเฟส 2 ตว (Non

Inverting Amplifier) อตราการขยายขนอยกบตวตานทานภายนอกทมาตอ สวนออปแอมปตวท 3 จะเปนวงจรความแตกตาง (Differential Amplifier) ทมอตราการขยายเทากบหนง

~ 2 ~

หลกการทำางาน ในชวงแรกของวงจรจะปอนสญญาณอนพตเปนแรงดนไฟฟา e1

และ e2 ทขานอนอนเวอรตงของออปแอมป U2 U3 ซงเปนวงจรตามแรงดนไฟฟา จะไดสญญาเอาตพตของออปแอมปรวมกน โดยม Rg ทำาหนาทปรบอตราการขยายรวมกน โดยปกตถาเราจะใหขยายเทากน R3 และ R4 ตองมคาเทากน และถาหากเราไมตองการใหมอตราการขยายทเทากนเราอาจจะสราง Rg ใหเปนตวตานทานแบบปรบคาไดกได หลงจากสญญาณทออกจากออปแอมป U3 และ U4 กจะเขาสออปแอมป U1 ททำาหนาทเปนวงจร Differential Amp เพอเปรยบเทยบสญญาณทขยายออกมาจากวงจรตามแรงดนไฟฟา ซงแรงดนเอาตพตทออกมาจะมสมการดงน

~ 3 ~

Vo = -Av(V2-V1)

โดย Av = Vo

V 2−V 1 หรอ (1+ 2R3Rg ¿ x R7R2 โดย R3=R4 และ R7=R5

โดย(1+2R3Rg )มาจากสมการวงจร Noninverting Amp และ(R7/R2) มาจากวงจร Inverting Amp

นำา Av ไปแทนคาจะไดวา Vo = - (1+2R3Rg

¿ x R7R2 x(V2-V1)

โดย V2 และ V1 =Vin เพราะมาจากวงจรขยายตามแรงดนซงมคา Av=1

และ Vo ทไดจะกลบเฟสกลบสญญาณเรมตนเพราะผานวงจร Diff Amp ซงมพนฐานมาจากวงจร Inverting Amp

ตวอยางการออกแบบวงจร Instrument Amp กำาหนดให Input Maximum ท 1V เทยบกบ V2=0V จะได Vo maximum=2.4V จงหาคา R ตางๆ

วธทำา จากโจทยคอตองการให มอตราขยายรวมเทากบ 2.4 เทา มาจาก Av = Vout/Vin

เลอก R3 และ R4 ใหมคาเทากน ใช R 10 k และใหขยายชวงแรก 1.2 เทาจากสมการ

Av = 1+ 2R3Rg แทนคาในสมการ 1.2 =1+ 2(10k Ω)Rg

0.2 = 20kΩRg

เพราะฉะนนจะได Rg = 100kΩ

ขยายชวงทสองอก 2 เทา เลอก R7=R5

จากสมการ Av = R7R2 เลอกใช R7=20 kΩ

แทนคาในสมการ 2= 20KΩR2

จะได R2 มคา เปน 10kΩ ซง R1= R2

จาก Vo = - (1+2R3Rg

¿ x R7R2 x(V2-V1)จะๆไดวา

~ 4 ~

Vo = −(1+ 2 x10k Ω100kΩ

) x 20k Ω10k Ω

x (1−0) = -2.4 V

ลองทดสอบเปลยนแรงดน Vin เปน 1.5 V จะไดวา Vo = −(1+ 2 x10k Ω100 kΩ

) x 20k Ω10k Ω

x (1.5−0)

= -3.6 V

~ 5 ~

ลองทดสอบเปลยนแรงดน Vin เปน 3 V จะไดวา Vo = −(1+ 2 x10kΩ100kΩ

) x 20k Ω10k Ω

x (3−0) = -

7.2V

วงจร ซโรและสแปน (Zero and Span)

ในการวดอณหภมดวยเซนเซอรอณหภมแลวจะเปลยนเปนแรงดนเอาตพตทอยในชวง 2.48-3.90 V ในการสงผานสญญาณไฟฟานไปยงวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอล 0-5 V ปญหาคอระดบแรงดนไฟฟาเอาตพตไมสอดคลองกบกบแรงดนไฟฟาอนพต เราจงตองแกไขปญหาเหลานดวยวงจรซโรและสแปน หรอเรยกวา ออปเซต(offset)

~ 6 ~

กราฟทรานเฟอร (Tranfer Curve)

กราฟทานเฟอรเปนกราฟเสนตรงทแสดงความสมพนธระหวางแรงดนไฟฟาอนพตตำาสด Vin(min) และสงสด Vin(max) เปลยนเปนแรงดนฟาเอาตพตคาตำาสด Vout(min)และแรงดนไฟฟาเอาตพตสงสด Vout(max) วงจรซโรทำาหนาทเปลยนคาแรงดนไฟฟาอนพตเปนคายานแรงดนเอาตพตตามทตองการ โดยมความสมพนธกนเปนกราฟ 2 แบบดงน

1.แบบสแปนเปนบวก(Positive Span)

ถาแรงดนไฟฟาอนพตมคาเพมขนหรอลดลง จะทำาใหแรงดนเอาตพตเพมขนหรอลดลงอยางเปนสดสวน

2 แบบสแปนเปนลบ(Negative Span)

~ 7 ~

การเปลยนแรงดนไฟฟาอนพตกบแรงดนเอาตพตจะเปนตรงกนขามกนนนคอถาแรงดนอนพตมคาเพมขนแรงดนไฟฟาเอาตพตจะมคาลดลง แตถาแรงดนไฟฟาอนพตมคาลดลงแรงดนไฟฟาเอาตพตจะเพมขน

การทำางานของวงจร

วงจรซโรและสแปนจะใชรวมกบวงจรรวมขยายแบบกลบเฟสหรอขยายไมกลปเฟสแลวแตกรณถาตองการใหไมกลบเฟสจะเปนแบบสแปนเปนบวกถาตองการกลบเฟสสแปนเปนลบ โดยการทำางาน Vin ถกปองใหออปแอมปU1 ซงมอตราการขยาย-Rf/Ri และแรงดนไฟฟาอางอง Vref =+- V จะถกปอนใหแรงดนไฟฟาอนพตอกคาหนงและมอตราการขยายเทากบ –Rf/Ros โดยมสมการการออกแบบวงจร คอ แรงดน

ไฟฟาเอาตพต Vo = mVin + b โดย m =RfRi หรอ

m = Vout (max )−Vout(min)Vin (max )−Vin(min)

และ B คอแรงดนไฟฟาอางอง b = Rf x VrefRos

ตวอยางจงออกแบบวงจรเซนเซอรชนดหนงทมแรงดนไฟฟาดานอนพตอยระหวาง 1-

13 V ตองการเปลยนเปนแรงดนไฟฟาระหวง 40-100 V จงออกแบบวงจร

วธทำา จาก m = Vout (max )−Vout(min)Vin (max )−Vin(min) จะไดวา

~ 8 ~

m = 100−4013−1 = 5

เลอก Rf =100 kΩ จะไดวา Ri = Rfm = 100kΩ/5 จะไดวา Ri = 20kΩ

จาก Vo = mVin + b

40 = 5x1 + b

จะได b = 35

หา Ros จาก สมการ b = Rf x VrefRos เลอก Vref = 20 V

จะไดวา Ros = 100k x 2035 จะได Ros =57.14 kΩ เลอกเปนตวตานทานแบบปรบคาได 100 k เพอ

ทจะไดZero ได

จะได b = 100k x 20

57.14 kΩ = 35.00 V

จะได Vo =(5 x1) + 35.00 = 40.00 V ถาแรงดนเกนหรอตำากวา 40 แกไขดวยใหเปน 40 V โดยการปรบแตง Ros

แตเมอลองปรบโปแทนซโอหมมเตอรจะได ผลทไดจะใกลเคยงกบทคำานวณ โดยคา Ros ทปรบจากโปแทนซโอหมเตอราไดจะตองมคาในการปรบ = 57.14 kΩ ตามทคำานวณ ซงหากใชงานจรงถาคาโปรแทนซดอหมเตอรทใชมคาไมละเอยดพอคาแรงดน Vo อาจจะคลาดเคลอนเลกนอย

~ 9 ~

ทดสอบเปลยน Vin เปน 7 V

Vo =(5 x7) + 35.00 = 70.00 V

~ 10 ~

ทดสอบเปลยน Vin เปน 13 V

Vo =(5 x13) + 35.00 = 100.00 V

วงจรเปลยนแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟา (Voltage to Current Conversion)

การสงสญญาณแรงดนไฟฟามปญหาเรองอณหภม จดตอทไมด (Pool Connection) ความตานทานของสาย (Line Resistance) ทเกดระหวางเอาตรพตของวงจรกบโหลด การสญเสยในสายเพยง 2-3 mV นนจะทำาใหมคาความผดพลาดจากสญญาณการวด ดงนนจงเปลยนจากการสงแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟาแทนเพราะไมมปญหาเรองการสญเสยในสายและจดตอ โดยจะมอยสองชนดคอ แบบโลหดลอย และโหลดตอลงกราวนด ซงจะอธบายเฉพาะแบบโหลดลอย

~ 11 ~

หลกการทำางานของวงจร

วงจรเปลยนแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟาอยางงายดงรป จะเปนวงจรขยายแบบไมกลบเฟส ลปสายสงระยะไกล (Remote Load)ออปแอมปจะขยายสญญาณแบบลปปด(Closed Loop) ดวยการปอนกลบแบบลบ แรงดนไฟฟาอนพตทปรากฏทขานอนอนเวอรตงจะปรากฏทขาอนเวอรตงและตกครอมท R แตละตว โดยมกระแสไฟฟา ไหลผาน โดยแรงดนทตกครอมโหลดจะเทากบ

Vout = (1+RfRi ) x Vin โดย Rf = Rwire1 + Rwire2 + Rload

และกระแสทไหลจะเอาตพตสามารถหาไดจากกฎของโอหม I = VoutRf

ตวอยางการออกแบบวงจร ถาเซนเซอรจายแรงดนไฟฟาท 5 V แตเราตองการสงทางสายไฟฟาในระยะทาง 100 เมตร โดยในสายไฟฟาท 100 เมตรมคาความตานทาน 0.5

โอหม และถาตองการใหแรงดนไฟฟาอนพตท 5 V ใหกระแสฟาเอาตพตท 50 mA จงออกแบบวงจร

วธทำา จากโจทยจะไดRf= 0.5 + 0.5 +100 = 101 โอหม

เพราะฉะนนจะได Vout = I x Rf = 50mA x 101 =5.05 V

หา Ri จาก Vout = (1+RfRi ) x Vin

5.05 = (1 + 101Ri ) x 5

จะได Ri =10100 โอหม เลอก Ri = 10 kΩ

ตวอยางการทดสอบวงจร

~ 12 ~

******Amp meter ทแสดงผลเปนแบบ หลก 100 mA จากรป 0.50 mA คอ 50 mA

นนเอง*****

ทดสอบเปลยนแรงดน Vin =3 V

จะได Vout = (1 +10110kΩ ) x 3 = 3.03 V

ทดสอบเปลยนแรงดน Vin =2 V

จะได Vout = (1 +10110kΩ ) x 2 = 2.02 V

~ 13 ~

วงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดนไฟฟา (Current To Voltage Conversion)

เมอเปลยนแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟาแลวกอนจะนำาไมประมวลผลตองเปลยนกลบมาเปนแรงดนไฟฟาอกครงหนงโดยนำากระแสไฟฟานนใหไหลผานตวตานทานทำาใหเกดแรงดนไฟฟาตกครอมบนตวตานทาน ซงจะเหนไดวาวงจรเปลยนแรงดนเปนกระแสไฟฟาจะใชงานรวมกบวงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดน โดยวงจรเปลยนกระแสไฟฟาม 2 แบบคอ แบบโหลดตอลงกราวนด และ แบบโหลดลอย จะขออธบายวงจรแบบโหลดลอย

~ 14 ~

การทำางานของวงจร

วงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดนไฟฟาแบบโหลดลอยดงรป จะมโหลดลอยเปน Rspan กระแสไฟฟาถกสงไปไฟฟาโหลดลอยแลวไหลยอนกลบตามสายทบดไขวกน ถามสญญาณรบกวนเขามาดวยจะไปปรากฏทปลายทงสองของโหลดลอยพรอมๆกนไมวาจะมการเพมขนหรอลดลง จะเหนไดวา สญญาณรบกวนแบบคอมมอนโหมดนจงถกกำาจดทงไปทงหมด และ สญญาณคอมมอนโหมดและสญญาณแตกตางระหวางกราวนดของวงจรสง(Transmitter) และกราวนดของวงจรรบ(Reciver)จะถกปอนเขามาสายสงสญญาณทบดไขวกนทงสองดานแลวนำาไปปอนใหโหลดลอย Rspan โดยสญญาณแตกตางจะถกขยายดวยวงจรขยายการวดตอไป

เมอกระแสไฟฟาทเปลยนเปนแรงดนไฟฟาตกคอมโหลดลอย Rspan โดยมออปแอมป U1 เปนวงจรขยายความแตกตาง อตราการขยายความแตกตางของวงจร กำาหนดดวย Ri/Rf โดย Ri1=Ri2 และ Rf1=Rf2 โดยคาของ Ri>>Rspan เพอปองกนผลโหลดดงท Ri การปรบคาออฟเซต หรอ ซโร จะปรบดวย Rpot ทออปแอมป U2 เชนเดยวกบการปรบออฟเซต หรอ ซโร ทควบคมเอาตพต ออฟเซตของวงจขยายการวดดงรป ทผานมาแลว

~ 15 ~

พจารณาแรงดนไฟฟาเอาตพตของออปแอมป U1 จะขนอยกบ 3

สวน คอกระแสไฟฟา I ทไหลผานโหลดลอยและ Rspan โดยอตราการขยาย = RfRi และ

แรงดนไฟฟาออฟเซต Vz

โดยมสมการการออกแบบวงจร ดงน

Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz โดย Av = RfRi

Rspan = Vmax−Vmin

Av x( Imax−Imin) โดย Ri>>Rspan

Vz = Vmin – Av(Imin)Rspan

ตวอยางการออกแบบวงจร จงออกแบบงวงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดนไฟฟา ใหเปลยนสญญาณ อนพต 1-13 mA เปนแรงดนไฟฟาในชวง 2 – 12 V

วธทำา จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz โดย Av = RfRi

ใหอตราขยาย(Av)เปน 10 เทา และหา Rspan จาก Rspan = Vmax−Vmin

Av x( Imax−Imin) โดย Ri>>Rspan

จะไดวา Rspan = 24−12

10x (13mA−1mA) =100 Ω

ปกต Rspan จะเปนตวตานทานแบบปรบคาได แต R =100 โอหมมขายในตลาดเราสามารถใชคา R นไดเลย หรอถาตองการทจะใหสแปนคา กสามารถเลอก R spna เปนโปเทนซโอมมเตอรแบบหลายรอบตออนกรมกบตวตานทานคาคงทกได

จาก Av = RfRi เลอก Ri =10kΩ จะไดRf =100kΩ

หา Vz จาก Vz = Vmin – Av(Imin)Rspan

แทนคา Vz = 12 – 10 x 1mA x100 =11 V

ทดสอบดวยการแทนคา Iinput 1 mA จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz

แทนคา V0 = 10 x 100 x 1mA + 11 =12 V

~ 16 ~

ทดสอบดวยการแทนคา Iinput 5 mA จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz

แทนคา V0 = 10 x 100 x 5mA + 11 =16 V

~ 17 ~

ทดสอบดวยการแทนคา Iinput 13 mA จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz

แทนคา V0 = 10 x 100 x 13mA + 11 =24 V

วงจรเปลยนแรงดนไฟฟาเปนความถ ( Voltage to Frequency Conversion )

การสงสญญาณกระแสไฟฟาคอนขางดกวาการสงสเปนสญญาณแรงดนไฟฟาตรงทไมมปญหาเรองการสญเสยความตานทานของลป ( Loop

Resistance ) และเมอใหกระแสไฟฟาไหลผานโหลดลอยจะไดแรงดนไฟฟาทตกครอมเปนสญญาณความแตกตางปอนใหกบวงจรขยายการวด ซงมคณสมบตทดในการกำาจดสญญาณรบกวนหรอคอมมอนโหมดทแทรกเขามาในลป ในทางปฏบตแลวสภาพแวดลอมของโรงงานจะมโหลดหลายๆชนดและมการเดนสายไฟฟาอกมากมาย ถงแมวงจรจะขยายดเพยงใดจะยงมคาผดพลาดในการวดสญญาณอนพตเนองจากสญญาณรบกวนแทรกเขามาแตกำาจดไปไมหมด

สญญาณทแทรกเขามาจะมแอมปลจดสงและตำาตลอดเวลา และจะรวมกบแอมปลจดสงและตำาตลอดเวลาและจะรวมกบของสญญาณแรงดนไฟฟา

~ 18 ~

อนพต ดงนนการกำาจดสญญาณรบกวนทำาไดโดยสงสญญาณดวยการเปลยนเปนสญญาณอะนาลอกเปลยนเปนสญญาณดจตอลแทน แรงดนไฟฟาจากเซนเซอรจะเปนสญญาณอะนาลอกถกเปลยนเปนสญญาณดจตอล ซงเปนสญญาณพลสทมความกวางของพลสคงทแตความถจะแปรเปลยนตามสญญาณอนพต โดยสญญาณความถนจะถกเปลยนเปนเปนกระแสไฟฟาอกทหนงแลวสงใหไปยงโหลดของวงจรขยายการวดเพอทจะเปลยนกลบเปนสญญาณแรงดนไฟฟาหรออะนาลอกเหมอนเดมตงแตแรก

การทำางานของวงจร

คาปาซเตอรCL ถกชารจประจไฟฟาจากวงจรแหลงจายกระแสไฟฟาจากวงจรแหลงจายคงทtlow = 1.1RtCt เมอ Rl ถกชารจประจไฟฟาจนเตมแลววงจรแหลงจายกระแสไฟฟาจะตดการชารจประจของ Cl จะดสชารจประจผาน RL จนกระทงระดบแรงดนไฟฟา Vx<V1 ทำาใหแรงดนไฟฟาอนพต V1 ถกปอนใหวงจรคอมพาราเตอรมสญญญาณไปทรกใหวงจรซอตไทมเมอรจายกระแสไฟฟาใหทรานซสเตอรท ำางานจะไดสญญาณเอาตพตเปนศนย( Low Logic ) และวงจรวนซอตไทมเมอรจะสงสญญาณไป

~ 19 ~

ใหวงจรแหลงจายไฟฟาไปชารจประจไฟฟาเพมให CL อกจนกระทงแรงดนไฟฟา Vx>V1

จะไดแรงดนไฟฟาอนพตเปน Vx ปอนใหกบวงจรตอมพาราเตอรทำาใหหยดการทรกทวงจรวนซอตไทมเมอรจากนนการชารจประจไฟฟาจะถกตดออกและทรานซสเตอรจะหยดทำางาน มสญญาณเอาตพตออกมา(High Logic) ขณะเดยวกน CL จะดสชารจประจผาน RL

อกครงเปนการเร มไซเกลใหมตอไป จะสงเกตไดวา สญญาณเอาตพตทผลตไดจะมความถเปนสดสวนตามแรงดนไฟฟาอนพตทปอนเขามา

ซงการเปลยนสญญาณแรงดนไฟฟามความถดงนจะขนอยกบคาตอไปน ซงเราจะมสมการการออกแบบวงจรเพอกำาหนดคาความถเอาตพตใหสมพนธกบแรงดนอนพตดงน

fout = Vin x Rs

2.09x Rl x Rt xCt

จะไดวา Rs = 2.09 x fout x Rl x Rt x Ct

Vin

โดย Tmin =1fmax และ Tlow = 0.8Tmin และ Rt =

Tlow1.1Ct

~ 20 ~

ในวงจร LM 131 จะมตวตานทาน 10 kΩ ตออยกบขา 3 ซงขา 3 นจะเปดขาคอลเลกเตอรของทรานซสเตอรไว (Open – Collector Output) และ Vlogic ควรจะตอแรงดนไฟฟาทวงจรไอซดจตอลใชงานโดยปกตแลวจะเทากบ 5V

กระแสไฟฟาทชารจประจไฟฟากำาหนดคาความตาน Rs

I = 2.09Rs < 200µA

ตวตานทาน 12kΩ ตออนกรมกบโปรแทนซโอหมมเตอร 5kΩ เพอทจะไดปรบอตราการขยายของของ LM 131 ใหทำางานอยางเหมาะสม ตวตานทาน 47KΩ ทตออนกรมกบ CL

เพอจดคา ฮสเตอเรสส(Hysteresis)ของวงจรคอมพาราเตอรใหทำางานเชงเสน(Linearity)

ตวตานทาน Rin คาเทากบ RL เพอใหกระแสไฟฟาไบอส iB (Input Bias

Current) ของวงจรคอมพาราเตอรเทากน สวนคาปาซเตอร Cin จะทำาหนาทกรองความถตำารวมกบ Rin เพอลดสญญาณรบกวน

ตวอยางจงออกแบบวงจรเปลยนแรงดนไฟฟาท 10 V เปนความถ 10 kHz

วธทำา จาก Tmin = 1fmax แทนคา Tmin =

110kHz = 100µs

Tlow =0.8Tmin = 0.8 x 100us = 80 us

เลอก Ct = 0.01µF จาก Rt =Tlow1.1Ct แทนคาจะไดวา Rt= 80us/1.1 x 0.01 µF = 7.27 kΩ เลอกใช

6.8kΩ

คา Rt จะกำาหนดเวลาการชารจประจไฟฟาในการเลอกคาใชงานจะตองไมใหเกนคาทไดจากการคำานวณเพราะมผลตอ Tlow ดงนนจงเลอกใช Rt = 6.8 k หา Rs จะตองใช Rt และ Ct

จรง

และจากสตร Rs = Rs = 2.09x fout x Rl x Rt x Ct

Vin เลอกใช RL =100 kΩ แทนคาตางๆลงใน

สมการจะไดวา

Rs = Rs = 2.09 x 10kHz x100 k Ω x6.8kΩ x0.01 µF

10 = 14.212 kΩ เลอก Rs เปนตวตานทานคา

คงท 12 kΩ (RS1) และ (Rpot) เปนโปเทนซโอหมมเตอร 5 กโลโอหม โดยเราสามารถปรบ

~ 21 ~

อตราการขยายใหมคาเหมาะสมตามวงจรทเราออกแบบมาซงถาหากเราตองการใหความถทออกมาเปน 10 KHz เราจะตองปรบใหคา Rpot = 2.212 กโลโอหม หรออาจจะนำาตวตานทานคาคงท 2.2KΩ มาตออนกรมแทนโปแทนซโอหมเตอรกได

ทดสอบดวยการแทนคาจากสมการ fout = Vin x Rs

2.09x Rl x Rt xCt เมอแทนคาตางๆจะได

วา(Vin=10V)

Fout = 10 x14.212 k Ω

2.09x 100 kΩ x 6.8kΩx 0.01µF = 10 kHz

ภาพจากออสซโลสโคป

~ 22 ~

F =1T หา T จากสโคปจะไดวา 5 x 20µs =100µS

เพราะฉะนน F= 1

100µs = 10kHz

ทดสอบดวยการแทนคาจากสมการ fout = Vin x Rs

2.09x Rl x Rt xCt เมอแทนคาตางๆจะได

วา(Vin = 5V)

Fout = 5 x14.212 k Ω

2.09x 100 kΩ x 6.8kΩx 0.01µF = 5kHz

~ 23 ~

F =1T หา T จากสโคปจะไดวา 10 x 20µs =200µS เพราะฉะนน F =

1200µs = 5kHz

ทดสอบดวยการแทนคาจากสมการ fout =Vin x Rs

2.09 x Rl x Rt xCt เมอแทนคาตางๆจะไดวา(Vin

= 2V)

Fout = 2 x14.212 k Ω

2.09x 100 kΩ x 6.9k Ωx 0.01µF = 2kHz

F = 1T หา T จากสโคปจะไดวา 10 x 50µs =500µS เพราะฉะนน F=

1500µs = 2kHz

~ 24 ~

วงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟา (Frequency to Voltage Conversion)

วงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟาจะใชไอซ LM331 หรอ LM131

ไดเชนเดยวกบวงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟา

การทำางานของวงจร

ขา 3(fout)ไมใชจะตอลงกราวนด ขา(Iout)ตอ Vout ซงตอมาจากแหลงจายกระแสไฟฟา ขา 7(+Comp)ตอตากวงจรแรงดนไฟฟาอางอง สวน 6(-Comp)สำาหรบการปอนสญญาณความถอนพต fin ตวตานทาน RD ตอกบ +Vcc เพอให6(-Comp) ของคอมพาราเตอรมศกยไฟฟาเปนบวกคามากกวาขา 7(+Comp)จะทำาใหวงจรจายกระแสไฟฟาหยดทำางาน สญญาณความถอนพตเมอผาน CD จะกลายเปนสญญาณส

~ 25 ~

ไปค(Spike) โดยซกบวกจะถกไดโอดขลปทงไป ซกลบเขามา 6(-Comp) ทำาใหศกยไฟฟาเปนบวกคาตำากวาขา 7(+Comp) วงจรคอมพาราเตอรจงจดชนวน(Firing) วงจรซอตไทมเมอรตอแหลงจายกระแวไฟฟาจายกระแสไฟฟา I out ใหโหลดอยางตอเนองตามการทรกเกอรจงไดกระแสพลสทโหลดไหลคงท โดยมสมการการออกแบบวงจรดงน

Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin

และ Tmin =1fmax และ Tlow = 0.8Tmin และ Rt =

Tlow1.1Ct

Iav = VoutRL โดย Iav คอแรงดนไฟฟาเฉลย

และ Iav หาไดจากอกสมการ คอ Iav =2.09V x1.1 Rt xCt x fin

Rs

จะได Rs = 2.09V x1.1Rt xCt x Rin

Iav

และ Rt = tlow1.1Ct

โดยมขอแมของวงจรคอ I =2.09Rs <200µA

ตวอยางการออกแบบวงจร จงออกแบบวงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟาจาก 10kHz เปน 10V

กำาหนดให Ct =0.01 µF

วธทำา หา Tmin = 1fmax แทนคาจะไดวา Tmin =

110k Hz = 100 µs

หา Tlow =0.8 Tmin แทนคาจะได Tlow =0.8 x 10µs =80µs

หา Rt จาก Rt = tlow1.1Ct แทนคาจะไดวา Rt =

80µ s1.1x 0.01µF =7.27k Ω เลอกใช Rt= 6.8 kΩ

หา Iav = VoutRl

= 10V100 kΩ = 100 µA

หา Rs เลอก RL=100kΩ จาก Iav = 2.09V (1.1RtCt ) fin

Rs

~ 26 ~

Rs = 2.09V (1.1RtCt ) fin

Iav = 2.09 x 1.1x 6.8kΩx 0.01µF x10K h z

100 µA = 15.6332 KΩ

เลอกใช Rs โดยมตวตานทานคาคงท 12KΩ ตออนกรมกบโปเทนซโอหมมเตอร 5 kΩ เพอทจะสามารถปรบอตราขยายใหมคาเหมาะสมกบวงจรโดย โดยเราสามารถปรบจนคาความถ ณ Vin =10 V เปนความถ10KHz เพอทจะไดคาทใกลเคยงกบคาคำานวนโดยเราจะตองปรบโปเทนซโอหมมเตอรใหมคาประมาณ 3.6322kΩ ถงจะทำาใหแรงดน Vin=10v มคาเปน 10kHz

เราจำาเปนตองตรวจสอบกระแสไฟฟา โดย I = 2.09VRs

<200µ A แทนคาในสมการ โดย Rs

เราจะใช Rs min เพราะวาจะไดรวาถาเกดเราปรบโปเทนซโอหมมเตอรมคาเปน ศนย โอหม วงจรจะเกดปญหาไหม

I = 2.09V12kΩ = 174.166 µA < 200 µA

ทดสอบโดยการแทนคา fin = 10KHz จาก Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin

Vout = 2.09V x 1.1 x 6.8KΩ x 0.01µF x 100 kΩ

15.6322k Ωx 10kHz = 10 V

~ 27 ~

ทดสอบโดยการแทนคา fin = 5KHz จาก Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin

Vout = 2.09V x 1.1 x 6.8KΩ x 0.01µF x 100 kΩ

15.6322k Ωx 5kHz = 5 V

ทดสอบโดยการแทนคา fin = 8KHz จาก Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin

Vout = 2.09V x 1.1 x 6.8KΩ x 0.01µF x 100 kΩ

15.6322k Ωx 8kHz = 8 V

~ 28 ~

~ 29 ~

~ 30 ~

~ 31 ~

~ 32 ~

~ 33 ~

~ 34 ~

~ 35 ~

~ 36 ~

~ 37 ~

~ 38 ~

~ 39 ~

~ 40 ~

~ 41 ~

~ 42 ~

~ 43 ~

~ 44 ~

~ 45 ~

~ 46 ~

~ 47 ~

~ 48 ~

~ 49 ~

~ 50 ~

~ 51 ~

~ 52 ~

~ 53 ~

~ 54 ~

~ 55 ~

~ 56 ~

~ 57 ~

~ 58 ~

~ 59 ~

~ 60 ~

~ 61 ~

~ 62 ~

~ 63 ~

~ 64 ~

~ 65 ~

~ 66 ~

~ 67 ~

~ 68 ~

หนงสอ เครองมอวดและการวดทางไฟฟา บทท11 การเปลยนสญญาณและการสง

www.datasheet.com

http://eshop.engineering.uiowa.edu/NI/pdfs/00/56/DS005680.pdf

~ 69 ~