pulse01

ใบเตรียมการสอน ครั้งที่ 1 เลขหนา 1 / 15 เนือ้ หา ความรูเบอ้ื งตน เกี่ยวกบั รปู คลื่น1.1 ลกั ษณะและชนดิ ของรปู คลน่ื 1.1.1 คําจาํ จัดความของรปู คลน่ื แบบตา ง ๆ ส่งิ ประดษิ ฐสารก่ึงตัวนําชนิดตาง ๆ เชน ไดโอด , ทรานซิสเตอรชนิดไบโพลาร , ฟลดเอฟเฟคทรานซิสเตอร (FET) และส่ิงประดิษฐสารกึ่งตัวนําชนิดพิเศษอื่น ๆ อีกเปนจํานวนมากสามารถถูกนํามาใชงานเปนสวิตชอิเล็กทรอนิกสไดเปนอยางดี การนําส่ิงประดิษฐเหลานี้มาใชงานเพื่อเปนสวิตชอิเล็กทรอนิกส ปกติมักจะมีชิ้นสวนอิเล็กทรอนิกสอ่ืน ๆ เชน ตัวตานทาน , ตัวเก็บประจุไฟฟามาประกอบรวมกันเปนวงจรไฟฟา วงจรไฟฟาน้ีถูกเรียกวา \"วงจรสวิตชช่ิง\" (Switchingcircuits) ซึ่งผลการทํางานของวงจรสวิตชนี้จะทําใหไดสัญญาณไฟฟาซ่ึงอาจเปนกระแสหรือแรงดนั ก็ไดที่มีรปู รางลักษณะเปนหวง ๆ ซึ่งไมใชคล่ืนไซน (Nonsinusoidal wave) แตเปนลักษณะของคล่ืนที่มเี หลยี่ มมีมุม โดยทรี่ ูปคลื่นแตละชว งอาจจะซ้ํากันหรือไมก็ได คล่ืนไฟฟาดังกลาวน้ีเราเรยี กวา \"พลั ส\" (Pulse) ดงั นน้ั อาจกลา วไดวาวงจรสวิตชชิ่งสามารถทําหนาที่สรางพัลสของกระแสหรอื แรงดันออกมาได(ก) คลื่นขน้ั บนั ได (ค) คลน่ื เอก็ โพเนนเช่ยี ล (ข) คลืน่ เอียงรปู ท่ี 1.1 แสดงรปู ทรงและลักษณะของคลื่นไฟฟา (แรงดันหรือกระแส) อยางพืน้ ฐาน

ใบเตรียมการสอน ครง้ั ที่ 1 เลขหนา 2 / 15 เนื้อหา พลั สเหลานเ้ี มื่อพจิ ารณาดใู หดีแลวจะเหน็ วา สว นใหญเ กดิ จากการประกอบของรปู คลน่ืข้นั บนั ได (Step) , คล่นื เอียง (Ramp), หรอื คลื่นเอ็กโพเนนเชีย่ ล ดังแสดงในรปู ท่ี 1.1 (ก),(ข) และ(ค) ตามลําดบั รูปคลน่ื ของแรงดนั ไฟฟาทีเ่ รานิยมนํามาใชง านกนั มากท่ีสดุ ก็คือ รูปคล่ืนที่มีลกั ษณะเปนรูปสี่เหล่ยี มมุมฉากดังแสดงในรปู ท่ี 1.2 (ก). คล่นื รปู สี่เหล่ียมมมุ ฉาก (Rectangularwave) นก้ี ไ็ ดมาจากการรวมตัวกนั ของรปู คลนื่ ขน้ั บันได 2 สว นนั้นเอง และมักถกู เรียกวาพัลสหรอื ในกรณขี องคล่ืนรูปฟนเลอ่ื ย (Sawtooth wave) ดังแสดงในรูปที่ 1.2 (ข) กไ็ ดมาจากการรวมกนัของคล่นื เอียง 2 สวน หรอื อาจเปนการรวมกันของคล่นื เอียงหน่ึงสว นกบั คลืน่ ขน้ั บนั ไดอีกหนง่ึ สว นก็ได นอกจากน้ีคลน่ื อินติเกรตเตด (Integrated) ดังแสดงในรปู ที่ 1.2 (ค) กค็ ือรูปคลนื่ ซึ่งประกอบข้นึ มาจากคลืน่ ยอยรปู เอก็ โพเนนเช่ยี ล สองรปู และคล่ืนดฟิ เฟอเรนทเิ อเตด (Differentiated) ดังแสดงในรูปท่ี 1.2 (ง) กค็ ือคลืน่ ซึ่งประกอบขึน้ จากคล่นื ยอยขน้ั บันไดและคล่ืนเอ็กโพเนนเชย่ี ลรวมตวั กันนน่ั เอง1.1.2 ประเภทของรูปคลนื่ แบบตาง ๆ(ก) คลื่นรปู ส่ีเหลี่ยมมุมฉาก (ข) คลน่ื รปู ฟนเลอื่ ย(ค) คล่ืนอินทเิ กรตเตด (ง) คล่นื ดฟิ เฟอเรนทเิ อเตด รูปท่ี 1.2 แสดงรูปคล่ืนลกั ษณะตา ง ๆ

ใบเตรยี มการสอน ครง้ั ที่ 1 เลขหนา 3 / 15 เนอื้ หา1.1.3 คาํ จาํ กัดความของรูปคลื่นพัลสคลื่นทรงสี่เหล่ียมจัตุรัสของแรงดันไฟฟาเรามักนิยมเรียกวา \"คล่ืนจัตุรัส\" (Square wave)คลื่นจัตรุ ัสจะมีลกั ษณะคลา ยคลื่นรูปสเ่ี หลย่ี มมุมฉากซ่ึงปรากฏอยา งตอเนือ่ งเปนชวง ๆ โดยลักษณะพิเศษประการหนึ่งคือ ชวงเวลาของพัลสท่ีปรากฏกับชวงเวลาของพัลสที่ไมปรากฏจะมีคาเทากันดังแสดงในรูปท่ี 1.3 และในเรื่องน้ีจะไดกลาวถึงลักษณะคุณสมบัติ, การสรางและการวิเคราะหสัญญาณพัลสรูปคลน่ื จตั รุ ัสโดยละเอียด ชว งเวลาทไี่ มป รากฏรปู พลั สแรงดนั 0 ชว งเวลาทปี่ รากฏรูปพลั ส รปู ที่ 1.3 แสดงรปู คลืน่ จตั ุรัส1.2 พารามิเตอรข องรูปคล่ืนพลั ส วงจรไฟฟาทแ่ี สดงในรปู ท่ี 1.4 (ก) เปน วงจรทใ่ี ชส รางพลั สรปู สเ่ี หลี่ยมมมุ ฉากดังแสดงในรปู ท่ี 1.4 (ข) ในวงจรน้ีจะมีระดับของแรงดันอยูส องระดับคือ ท่ปี ลายออก หรือเอาตพตุ ของวงจรน้ีจะมแี รงดัน 10 โวลต เม่อื ขั้วของสวติ ชอยูท่ีตาํ แหนง 1 และจะมีแรงดนั เปน 0 โวลต เมื่อขัว้ ของสวิตชอยทู ีต่ าํ แหนง 2 เมื่อพจิ ารณาขนาดของพลั สนกี้ บั เวลาทเ่ี ปล่ียนแปลงไปจะเห็นไดดงั ในรปู ท่ี1.4 (ข) กลา วคอื ขนาดของพัลสน ก้ี ็คอื \"จดุ ยอด\" (Peak value) เมื่อเวลาเพม่ิ ข้ึนจากศนู ย \"ขอบนํา\"(Leading edge) ของพลั สกจ็ ะปรากฏ และตอมาเม่ือขนาดของพัลสต กลงมา กจ็ ะปรากฏ \"ขอบหลงั \" (Trailing edge) ชวงของคล่นื ระหวา งขอบนาํ กบั ขอบหลงั เรียกวา \"ความกวางของพลั ส\"เขยี นแทนดวย tP และชว งระหวางจุดท่ีเร่มิ เกดิ พลั สหนงึ่ ๆ จนกระทั้งถงึ ชว งที่เกิดพัลสอ ่นื ถดั มา เราเรยี กวา \"เวลาทพี่ ลั สเ กิดซํา้ \" (Pulse repetition time) เขยี นแทนดว ย prt และพัลสซ ่ึงเกดิ ข้ึนอยา งตอ เนอ่ื งกันหลาย ๆ พลั สถ กู เรยี กวา \"ขบวนพัลส\" (Pulse train)

ใบเตรยี มการสอน ครัง้ ท่ี 1 เลขหนา 4 / 151.2.1 คาพารามเิ ตอรข องรปู คลื่นพัลส เน้ือหา 1 S t1 t2 t1 2 10 คาจุดยอด V e o (V) ขอบหลัง10V eo 5 ขอบนํา 2 Eav t S 0 10 20 30 40 50 60 tp (คาเฉลี่ยเวลา) ชอ งระหวา งพัลส prt t1 = tp ร(ปูก)ที่ 1.4 แสดงลักษณะของพัลสร ูป(สขี่เ)หลี่ยมมมุ ฉากในทางทtฤ1ษ+ฎี t2 = prt ในขบวนพลั สหนง่ึ ๆ จํานวนของพัลสที่เกิดข้ึนใน 1 วินาที เราเรียกวา \"อัตราการเกิดพัลสซํ้า\" (Pulse repetition rate) และเขียนแทนดวย prr หรือบางคร้ังก็ถูกเรียกวา \"ความถ่ีของการเกิดพัลสซํ้า\" (Pulse repetition frequency) เขียนแทนดวย prf ซ่ึงมีหนวยเปนจํานวนรอบตอวินาทีหรือเฮิรตซ (Hz) จากรูปท่ี 1.4 (ข) ถาหาก tP หรือ t1 มีคาเทากับ t2 แลวพัลสน้ีก็คือคล่ืนจัตุรัส (Squarewave) นน้ั เอง \"อตั ราการเกิดพลั สซํ้า\" (prr) กค็ ือสวนกลบั ของ \"เวลาทพ่ี ลั สจะเกดิ ซาํ้ \" (prt) ดงั นัน้ อาจเขยี นไดว า prr = 1 (Hz) (1.1) prtเม่ือ prr คอื อัตราการเกดิ พัลสซ าํ้ (Pulse repetition rate) มีหนว ยเปน เฮิรตซ (Hz) prt คอื เวลาทพ่ี ลั สเกดิ ซํ้า (Pulse repetition time) มีหนว ยเปน วินาที (S)

ใบเตรียมการสอน คร้งั ที่ 1 เลขหนา 5 / 15 เนอ้ื หา คาเฉลี่ยของรปู คล่นื ใด ๆ (อาจเปนแรงดันหรอื กระแส) กค็ อื สว นซ่งึ เปน \"กระแสตรง\"(Direct current) ของคลนื่ น้ัน ๆ และการคดิ หาคาเฉลย่ี (Average value) ของแรงดันของคลืน่ ตามทฤษฎใี นรปู ที่ 1.4 (ข) ทาํ ไดโดยการหารพน้ื ท่ี (AP) ของพัลส ดว ยคาของเวลาทีพ่ ัลสเ กิดซํา้ (prt)คาเฉลยี่ ของแรงดนั นีก้ ็คือ คา ซึง่ สามารถอานไดจากเครือ่ งวัดแรงเคลอ่ื นกระแสตรง (DCVoltmeter) ที่ใชวดั ขนาดของพัลส=AP tp Epeak (S.V) (1.2)เมือ่ AP คอื พนื้ ท่พี ลั ส tp คือ ความกวางของพลั ส มหี นวยเปน วนิ าที (S) Epeak คอื คา แรงดันสูงสุดของพัลส มหี นวยเปน โวลต (V) Eav คอื คา แรงดนั เฉลีย่ ของพัลส มหี นว ยเปน โวลต (V)ดังนั้น AP = 10  10-6  10 = 100  10-6 วนิ าที – โวลต=Eav Ap (V) prt (1.3)Eav = 100 = 2.5 V 40น้ันคือคาเฉล่ีย ของพัลสในรูปท่ี 1.4 (ข) Eav คือ 2.5 โวลต อน่ึงพัลสอาจจะเร่ิมตนท่ีคาแรงดันใด ๆ ก็ได ไมจําเปนตองเร่ิมจากแรงดันเปนศูนยเสมอไป ดังนั้นคาตัวเลขท่ีใชหาคา AP ในสมการที่ 1.2 กค็ อื ผลรวมทางคณติ ศาสตรของพื้นที่ของพัลสก ลา วคอื เปน ผลรวมสุทธิของพ้ืนที่ของพัลสซ ่ึงเปนบวกและพ้นื ท่ที ีเ่ ปน ลบ

ใบเตรียมการสอน คร้งั ท่ี 1 เลขหนา 6 / 15 เน้อื หา1.2.2 คาประสทิ ธิผลของเครอื่ งมือวัดดงั นนั้ ในรูปที่ 1.5 (ก) จะเหน็ ไดวามลี กั ษณะคลายพลั สในรปู ท่ี 1.4 (ข) ทกุ ประการหากแตระดับเร่ิมตน ของพลั สม คี าตางกัน รูปของพัลสซ่งึ ปรากฏบนจอของออสซิลโลสโคปดังรูปที่ 1.5(ก) เปน รปู คลื่นขณะทท่ี ําการวัดแบบกระแสสลับ (Alternating current) และในรปู ที่ 1.5 (ข) เปนรูปคล่ืนขณะท่ีทาํ การวัดแบบกระแสตรง (D.C) สง่ิ สาํ คัญทค่ี วรคาํ นึงถงึ ในที่นี้กค็ ือเสนประทีเ่ กดิ ขึ้นบนจอภาพของออสซลิ โลสโคป (Oscilloscope) ทัง้ สองกรณีในขณะทีไ่ มม ีการปอนสัญญาณใดๆ จะตองอยทู ่ีตาํ แหนง กง่ึ กลางของจอภาพ และการวัดขนาดของพลั สจะตองมีระดบั เปรียบเทียบระดับหนึง่ ซง่ึ เปนระดับกระแสตรง พัลสท ่ีเรยี กวา \"พัลสบ วก\" (Positive pulse) หมายถงึ คา ของกระแสหรอื แรงดันของพัลสน้ันจะมคี าเปนบวกเมื่อเทยี บกบั ระดบั ศนู ย และพัลสล บ (Negativepulse) หมายถึง คาของกระแสหรือแรงดันของพัลสนัน้ มีคา เปน ลบเทยี บกับระดับศนู ย ดงั นั้นในรูปท่ี 1.5 (ก) ในขบวนพัลสทป่ี รากฏมีท้ังพลั สบ วกและพลั สล บ การหาพ้ืนทส่ี ุทธิของพัลสกค็ อืผลตางของพนื้ ทีข่ องพลั สบ วกและพัลสล บน้นั เอง ในรปู ท่ี 1.6 (ก) และ (ข) กระทั้งถงึ (ฉ) แสดงตวั อยางของลกั ษณะของพลั สข องแรงดันที่อาจเปน ไปได และระดบั เปรยี บเทียบของพลั สนน้ั ๆ10Vpeak Eav 10Vpeak 2V (ก) (ข) รปู ที่ 1.5 แสดงภาพบนจอของออสซลิ โลสโคปขณะทําการวัดแบบ (ก) กระแสสลับ และ (ข) กระแสตรง

ใบเตรยี มการสอน ครั้งที่ 1 เลขหนา 7 / 15 เน้อื หา พัลสซึ่งมีรูปรางเหมือนกัน อาจมีระดับเปรียบเทียบแตกกันได การสรางหรือการเปล่ียนแปลงระดับเปรียบเทียบกระแสตรงของพัลสอาจทําไดโดยวงจรไฟฟาที่เรียกวา \"วงจรปรับระดับ\" (Clamper circuit) ตัวพารามิเตอรท่คี วรรูอ กี ตัวหนึ่งซง่ึ ใชงานเกี่ยวกบั พัลสก ค็ ือ \"ดวิ ตี้ ไซเคลิ \" (Duty cycle)ซง่ึ ก็คอื อัตราสวนระหวา งคา เฉลย่ี กับคาจุดยอดของคลื่นพัลสของแรงดัน โดยท่วั ไปแลวเราจะใชค าดิวต้ี ไซเคิล ในสวนท่เี กี่ยวกับกําลังของเครื่องสง (Transmitter power) ซึ่งปกติจะแสดงในรูปของเปอรเซ็นต เราสามารถคํานวณคา ดวิ ต้ี ไซเคลิ ของรปู คลื่นพลั สข องแรงดันทแ่ี สดงในรปู ท่ี 1.4 (ข)ไดโดยจากนยิ าม % duty cycle = Eav  100 % (1.4) E peak ดังน้ัน % duty cycle = 2.5100 % = 25% 10 หรือ % duty cycle = Eav 100 % = Aprpt 100 % E peak E peak t p  E peak prt 10106 100 % = E peak 100 % = 40 106 นน้ั คือ คา ดิวตี้ ไซเคิล = 25%

ใบเตรียมการสอน คร้งั ที่ 1 เลขหนา 8 / 15 เนอื้ หา +E (ก) (พลั สบ วก) พลั สบ วกเริม่ จากระดับ แรงดนั มคี าเปน ศนู ย 0 เวลา 0 (ข) (พลั สล บ) พลั สลบเรม่ิ จากระดบั -E แรงดันมคี า เปน ศูนย +E (ค) พลั สบ วกเริ่มจากระดับ แรงดนั มคี าเปน บวกแรงดัน + 0 + (ง) พลั สลบเริม่ จากระดบั แรงดันมคี าเปน บวก 0 -E 0 - (จ) พลั สลบเรม่ิ จากระดับ แรงดันมคี าเปน ลบ -E +Eรูปที่ 1.6 แสดงพัลสของแรงดันซงึ่ มขี นาด E โวลต แ(ตฉม) ีลพกั ลั ษสณบวะกตเรา่ิมงจกาันกระดบั 0 แรงดนั มคี าเปน ลบ -

ใบเตรยี มการสอน ครง้ั ที่ 1 เลขหนา 9 / 15 เนือ้ หา คลื่นพัลสข องแรงดันท่ีแสดงในรูป 1.4 (ข) เปนรปู คล่ืนทีเ่ ปน ไปตามทฤษฎี แตใ นทางปฏบิ ตั แิ ลว พัลสรปู สีเ่ หล่ียมมมุ ฉากจะไมเปนมุมฉากที่สมบูรณเ ลยทีเดียว แตโดยทั่วไปจะปรากฏเปน รปู คลนื่ พลั สด งั แสดงในรูปท่ี 1.7 เมอ่ื รปู ของพลั สไ มเปน มมุ ฉากปญ หาทจี่ ะตดิ ตามมากค็ ือการหาคา คุณสมบตั ติ า ง ๆ ของพลั สจ ะไมมมี าตราฐานเปรียบเทยี บที่แนน อนและเหมอื นกัน ดงั น้ันจงึจําเปน ตองมีกฎเกณฑข อกําหนดทีใ่ ชเปนมาตราฐานข้นึ เพ่ือสามารถเปรยี บเทียบคุณสมบัติของพลั สท ตี่ า งกนั ได เชน ในการหาคาความกวางของพัลส กใ็ หยดึ ถือขอกําหนดดังนค้ี ือความกวา งของพลั ส กําหนดวาเปน ชว งเวลาระหวางตาํ แหนงท่พี ลั สมีขนาดเปน 90 เปอรเซ็นตของคาจดุ ยอด(ขนาดของพลั ส) 100 90แรงดัน (เปอ รเซ็น ต) 10 เวลา 0 tr tp tf รปู ท่ี 1.7 แสดงลกั ษณะของรปู สเ่ี หล่ยี มมุมฉากในทางปฏบิ ัติซึ่งสรางข้นึ ไดจ รงิ ๆ ดังในรปู ที่ 1.7 กค็ ือชว ง tp และสาํ หรับชวงระยะเวลาทพ่ี ัลสมขี นาดจาก 10 เปอรเซ็นตเพมิ่ ข้นึ เปน 90 เปอรเซน็ ตของขนาดสงู สุดของพลั ส เรยี กวา “เวลาไตข ้นึ ” (Rise time) เขยี นแทนดวย tr ชวงระยะเวลาที่พัลสล ดลงจาก 90 เปอรเ ซน็ ต เหลือเปน 10 เปอรเ ซ็นตข องขนาดสงู สุดของพลั ส เรียกวา “เวลาตก” (Fall time) เขยี นแทนดว ย tf หรอื บางคร้ังเรยี กวา “เวลาลด” (Decay time)ในตํารางบางเลม สัญลกั ษณ td อาจใชแทนความกวางของพัลสก ไ็ ดวา แตในที่นจ้ี ะขอใช tp เหตทุ ี่เลอื กใช tp แทนความกวางของพลั สก็เพราะสัญลกั ษณ td มักจะใชแสดงคา ของเวลาชา (Delay time)ซงึ่ อาจทาํ ใหส ับสน

ใบเตรยี มการสอน คร้งั ท่ี 1 เลขหนา 10 / 15 เน้อื หา สาํ หรับในบางคลื่นสัญญาณของพัลส คาเวลาไตขึ้นและเวลาตกจะมีคานอยมากซ่ึงในทางปฎิบัติแลวเปนเร่ืองยากมากที่จะวัดใหไดคาแมนยํา หรือถูกตองจริง ๆ แมวาจะใชออสซิสโลสโคปแบบความถส่ี ูงก็ตาม และเมื่อความกวางของพัลสมีคานอยมาก ๆ เวลาไตขึ้นและเวลาตกก็ใหถือวาเปน เวลาทง้ั หมดของพัลส1.3 ลกั ษณะของรูปคลื่นพัลสและการสรา งสัญญาณ1.3.1 ลักษณะของรปู คล่นื พัลส พัลสรูปส่ีเหลี่ยมมุมฉากอาจถูกสรางไดหลายวิธี แตที่จะกลาวถึงตอไปน้ีเปนเพียงบางวิธีเทานั้น 1. คลื่นรูปสี่เหลี่ยมมุมฉากหรือคลื่นจัตุรัสของแรงดันไฟฟาอาจสรางไดโดยการปอนสัญญาณรูปไซนผานเขาไปในวงจรขยายประเภท A (Class A amplifier) โดยใหสัญญาณรูปไซนเปน ตัวกระตุน ใหว งจรขยายทํางานเกินขอบเขต (Overdriven) กลา วคือในชวงคร่ึงแรกของสัญญาณรปู ไซนจะทาํ ใหท รานซิสเตอรในวงจรขยายทํางานในยานอ่ิมตัว (Saturation) และชวงคร่ึงหลังของสัญญาณรูปไซนจะทําใหทรานซิสเตอรในวงจรขยายทํางานในยาน คัตออฟ (Cutoff) ดังน้ันที่ทางออก (Output) ของวงจรขยายจะทําใหไดคล่ืนแรงดัน ซ่ึงลักษณะท่ีพอจะอนุโลมไดวาเปนคลื่นรูปส่ีเหลี่ยมมุมฉาก หรือคล่ืนจัตุรัสและการท่ีคล่ืนแรงดันน้ีจะมีลักษณะคลายกับคลื่นรูปส่ีเหลี่ยมมุมฉากหรือคล่ืนจัตรัสมากนอยเพียงใดก็ขึนอยูกับการกําหนดจุดทํางาน (Operating point) ของทรานซิสเตอรในวงจรขยายนัน้ 2. คลื่นจัตุรัสของแรงดันอาจถูกสรางโดยการใชวงจรมัลติไวเบรเตอร (Multivibrator)แบบหน่ึงแบบใดก็ได ซึ่งวงจรแบบน้ีก็คือวงจรขยาย 2 ภาคมาตอรวมกันโดยมีตัวตานทานและตัวเก็บประจุไฟฟาเปนตัว “คัปปล้ิง” (Coupling) หรือนิยมเรียกวา “อาร-ซี คัปปล้ิงแอมปลิไฟร (R-Ccoupling amplifier) และผลที่ไดจากวงจรขยายภาคแรกจะถูกปอนเขาท่ีทางเขา (Input) ของวงจรขยายภาคที่สองแลว ผลที่ไดจ ากวงจรขยายของภาคสองนีก้ ็จะถูกปอ นใหย อนกลับไปยังทางเขาของวงจรขยายภาคแรกอีก การทํางานของวงจรขยายน้ีจะอยูในลักษณะทํางานเกินขอบเขต ผลก็คือทําใหไ ดส ัญญาณของแรงดันทที่ างออกเปน รปู คลื่นจัตรุ ัสหรอื คลื่นรปู สมี่ ุมฉาก 3. คลื่นจตั ุรสั ของแรงดันอาจถูกสรา งไดโดย การใชแ หลง จายแรงดนั คลน่ื รปู ไซนซงึ่ มีคาความถี่หลักมลู (Fundamental frequency) ตอ ขนานรวมกบั แหลงจายแรงดันคล่ืนรูปไซนอ ืน่ ๆซ่ึงมีคา ความถ่เี ทากับคาความถ่หี ลกั คูณกบั เลขค่จี าํ นวนเต็มใด ๆ หรอื นิยมเรียกวา “ออ ดฮารโมนคิ ”

ใบเตรียมการสอน ครั้งที่ 1 เลขหนา 11 / 15 เนอื้ หา(Odd harmonic frequencies) ทั้งน้ีตองทําใหคล่ืนรูปไซนของแหลงจายตาง ๆ มีขนาด (Amplitude)และเฟส (Phase) ที่ถูกตอง ผลจากการรวมกันระหวางคลื่นหลักและคลื่นฮารโมนิคน้ีจะทําใหไดสัญญาณของแรงดนั รูปจัตุรัส ซ่ึงอัตราการเกิดพัลสซ้ํา (prr) หรือท่ีเรียกงาย ๆ วาความถ่ีของพัลสนี้จะมีคา ทากบั ความถีห่ ลกั ท่ีกาํ หนดขนึ้1.3.2 วธิ สี รางสัญญาณพลั ส 1.3.2. 1 การสรางคลน่ื รูปส่ีเหลีย่ มมุมฉากของแรงดันโดยวิธใี ชว งจรขยายสัญญาณที่ทาํ งานเกิน ขอบเขต คล่นื จัตุรัสของแรงดันอาจจะสรา งมาจากคลื่นรปู ไซนข องแรงดันได โดยการใชวงจรขยายประเภท A ซึ่งทรานซิสเตอรในวงจรน้ันจะถูกทําใหมีการทํางานที่เกินขอบเขต เม่ือถูกปอนดวยสัญญาณรูปไซน กลาวคือสัญญาณแรงดันรูปไซนจะตองมีขนาดมากพอท่ีจะทําใหทรานซิสเตอรในวงจรขยายมีการทํางานอยูในลักษณะท่ีเกินขอบเขต นั้นคืออยูในภาวะอ่ิมตัวและภาวะคัตออฟขณะทีแ่ ตละครงึ่ ชว งของสัญญาณรูปไซนถ ูกปอ นเขา ไป ดังแสดงในรูปท่ี 1.8 (ก) รูปท่ี 1.8 (ข) แสดงการทํางานของทรานซิสเตอร เนื่องจากสัญญาณไซนท่ีปอนเขาไปในวงจรขยาย จะทาํ ใหทรานซสิ เตอรทํางานอยูในภาวะอ่มิ ตัวและภาวะคัตออฟ แรงดันท่ีทางออกของวงจรขยายมีลักษณะคลายกับเปนคลื่นรูปจัตุรัส และถาหากจุด Q ไมอยูที่ตําแหนงกึ่งกลางของ“เสน โหลด” (Load line) คลื่นท่ีไดจะมีลกั ษณะเปน คล่นื รปู ส่เี หลีย่ มมุมฉาก ยกตัวอยางเชนในการออกแบบวงจรสวิตซช่ิง เพ่ือใหไดคลื่นจัตุรัสของแรงดันซึ่งมีความถี่1000 HZ ตองการขนาดสูงสุดของพัลสมีคา 20 โวลต จากสัญญาณไซนของแรงดันซ่ึงมีความถ่ี1000 HZ และมีขนาดของคลื่นระหวางจุดยอด (Peak to peak) เปน 2 VP – P และทรานซิสเตอรในวงจรขยายเปนซิลิกอนทรานซิสเตอรชนิด NPN และมีพารามิเตอรตาง ๆ ดังน้ัน hfe = 50 , hie =1,000  , ICO มคี านอ ยมากสามารถตดั ทง้ิ ได , แหลงจายแรงดันกระแสตรงที่ใชมีคาปรับไดต้ังแต 0ถึง 30 โวลต และจา ยกระแสได 250 มลิ ลแิ อมป จากรปู ลักษณะคุณสมบัตซิ งึ่ แสดงในรูปที่ 1.8(ข) จะเหน็ ไดว าเพอื่ ใหขนาดของพัลสมีคา20 โวลตด ังนนั้ คา Vcc ในวงจรรปู ท่ี 1.8 (ก) จงึ ตอ งมีคา 20 โวลตด ว ย สวนการเลอื กคา ของกระแสคอลเลก็ เตอรอาจทําไดไ มจ ํากัดแตตองเขาใจวา ทีค่ าของกระแสคอลเล็กเตอรสงู ๆ คา อมิ พแี ดนซ(Input impedance) ของวงจรจะมคี าไมเปน เชงิ เสน (Nonlinear) ดังนั้นจึงควรเลือกคา กระแสคอลเลก็ เตอรท่ีตา่ํ ๆ

ใบเตรยี มการสอน ครง้ั ท่ี 1 เลขหนา 12 / 15 เน้อื หา Vcc 20V RB Ic RL 20 eout Rg CC 10mA T - 1 10ein f = 1KHz hie1k (ก) Rg 600 hfe 50 ein 2Vp - pIc (mA) 30 0.6 iin 20 Q 0.4 10 10 VCE(V) 0.2 mA 0ภาวะอมิ่ ตวั 0 20 Ib 0mA ภาวะคตั ออฟ (ข)รปู ที่ 1.8 แสดง (ก) วงจรขยายประเภท A ซ่งึ ทรานซสิ เตอรถกู ตอไวแ บบอิมติ เตอรรว มและ ถกู กาํ หนดใหม ีการทํางานทเี่ กนิ ขอบเขต (ข) สัญญาณคลื่นท่อี ินพุตและเอาตพ ุตของวงจร

ใบเตรียมการสอน ครงั้ ที่ 1 เลขหนา 13 / 15 เน้ือหาเพ่ือใหคาอินพุตอิมพีแดนซของวงจรมีคาเปนเชิงเสนซึ่งจะทําใหไดคลื่นรูปจัตุรัสท่ีสมบูรณกวา เชน เมื่อเลือกคาของกระแสคอลเล็กเตอร 10 mA. สําหรับจุด Q จุดทํางานของวงจรจากขอกาํ หนดเหลา นที้ ําใหส ามารถหาคา RL ในวงจรไดด งั นี้RL = ERL = VCC  VCE = 20  10 = 10V = 1,000  Ic IC 10mA 10mA ความสัมพันธระหวางกระแสคอลเลคเตอร, กระแสเบสและ hfe ของทรานซิสเตอร เราใชในการกําหนดคา ที่ถูกตอ งของกระแสเบสเพอื่ ใหกระแสคอลเตอรม คี า 10 mA โดย IB = IC = 10mA = 0.2 mA h fe 50สมมุติวาแรงดันที่ตกครอมท่ีรอยตอ อิมิตเตอร-เบส มีคานอยกระท่ังตัดท้ิงได ดังน้ันคาที่ถูกตองของ RB คือ RB = VCC = 20 100 k IB 0.2mAนอกจากนี้แลว ขณะท่ีวงจรทํางานเก่ียวของกับสัญญาณกระแสสลับ สวนประกอบของวงจรท่ีสําคัญซ่ึงเก่ียวของกับการทํางานของวงจรขณะไดรับสัญญาณกระแสสลับคือตัวตานทาน(RS) และตวั เกบ็ ประจุไฟฟา (CC) ซึ่งทําหนาท่คี ปั ปล้ิงสญั ญาณกระแสสลบั ดังน้ันคา ของ RS และ CCจงึ ตอ งมีสวนสมั พนั ธก ับพารามิเตอรตัวอนื่ ๆ ของวงจรดวย การกําหนดคา ของ CC อาจทําไดโดยการพิจารณาวาคา “รีแอคแตนซ” XC (Reactance) ของCC จะมีผลคลายกับความตานทานที่ตออนุกรมกับอินพุตอิมพีแดนซของวงจร ขณะท่ีสัญญาณกระแสสลับเขามาทางอินพุตโดยผาน CC ก็จะทําใหเกิดแรงดันตกครอม CC ดวย คาของแรงดันที่ตกครอ ม CC ควรมีคานอยมาก เพ่ือใหแรงดันเกือบทั้งหมดของสัญญาณท่ีเขามาไปปรากฏท่ีอินพุตของวงจรขยาย คา อินพตุ อิมพแี ดนซของวงจรขยายโดยไมคดิ คา ของ RB กค็ ือคา hie ซง่ึ เทากบั 1000  และคา อินพตุ อิมพแี ดนซข อง RB ของวงจรขยายเมื่อคิดรวมกับคา RB ก็คือซ่ึงเกดิ จากอิมพแี ดนซของ RBและ hfe ตอขนานกัน ซ่งึ ก็จะมีคา ราว 1000  นั้นเอง ดงั นน้ั ถาหากคา “รแี อคแตนซ” XC(Reactance)ของตวั เกบ็ ประจุ CC มคี า 1 10 เทา หรือนอ ยกวาคาอิมพีแดนซ

ใบเตรียมการสอน ครั้งท่ี 1 เลขหนา 14 / 15 เนื้อหาของวงจรขยาย 10 เทาแลวคาแรงดัน (กระแสสลบั ) ทตี่ กครอมตัวเก็บประจไุ ฟฟา CC ก็อาจพิจารณาไดวามคี า นอยและสามารถตดั ทิ้งได 1 1ดังนั้น XC = 10 Z in = 10 1000 = 100  CC = 1 = 1 = 1.59 F 2fXC 6.28103 102โดยที่ XC คือ คา รแี อคแตนซข อง CC Zin คอื อินพุตอมิ พีแดนซของวงจรขยายCC คือ คา ความจุไฟฟา และ f คือคา ความถข่ี องสัญญาณไซนจากรูปท่ี 1.8 (ข) จะเหน็ วา ทรานซิสเตอรสามารถทํางานไดเต็มท่ีเม่ือขนาดกระแสอินพุต(หรือกระแสเบส) IB มีคาสูงถึง 0.4 mAp-pหรือ 0.1414 mArms (rms :คารูทมีนสแควร) น้ันคือทรานซิสเตอรจะทํางานในภาวะอิ่มตัวและคัทออฟไดพอดี ดังนั้นเม่ือสัญญาณกระแสเบสเพิ่มเปนสองเทาคอื 0.8 mAp-p หรอื 0.2828 mArms แลวจะทําใหไดรูปสญั ญาณแรงดันที่เอาตพุตเปนรูปคลายกับคล่นื จัตุรัสน่นั คือสญั ญาณของกระแสเบสจะตองมคี า 0.8 mAp-p หรือ 0.2828 mArms น้นั เอง สําหรบั คา ของ RS ในวงจรก็เชน กนั จะตอ งมีคาที่เหมาะสมกลาวคือ เม่ือพิจารณาวา RT คือคาอนิ พตุ อิมพแี ดนซรวมซ่งึ มองจากเครอ่ื งกาํ เนดิ สัญญาณโดย Rg คอื คา อิมพแี ดนซของเครือ่ งกาํ เนดิ สัญญาณดวั นน้ั RT = Rg + RS + Zin RT = e in = 0.707 V = 2.5 k ib 0. 2828 mA RS = RT - (Rg + Zin) = 2.5 k - (0.6 k + 1k) = 900 สง่ิ ทคี่ วรเขาใจใหดกี ็คอื สญั ญาณแรงดนั ท่ีเอาตพตุ อาจมลี ักษณะเปนรปู ส่ีเหล่ยี มมุมฉากก็ได ทงั้ นเ้ี น่ืองจากวงจรนไ้ี มมีเสถียรภาพ (Unstability) และคาของอินพตุ อมิ พแี ดนซกไ็ มเปล่ียนแปลงอยางเชิงเสน

ใบเตรียมการสอน คร้งั ท่ี 1 เลขหนา 15 / 15 เนื้อหา1.3.2.2 การสรา งคลื่นจัตุรัสของแรงดันโดยการรวมคล่ืนรปู ไซน ผลรวมทางเวคเตอร ความถหี่ ลกั มูล ฮารโมนคิ ทสี่ ามของคลื่นหลักขนาด (V) เวลา (วนิ าท)ี คลื่นผลลัพทร ปู จตั ุรสั รูปที่ 1.9 แสดงการรวมคลืน่ รปู ไซนทางเวคเตอรเพ่ือใหไดคล่ืนใหมใ นรปู จตั ุรัส ดงั ทเ่ี คยกลา วมาแลววา เม่อื ตอ แหลงจายแรงดันคล่ืนรูปไซน ซึ่งมีคาความถี่หลักคาหน่ึงตอขนานรวมกับแหลงจายแรงดันคลื่นรูปไซนอ่ืนๆ ซึ่งมีคาความถ่ีเทากับความถ่ีหลักคูณกับเลขค่ีจํานวนเต็มใด (3, 5, 7, 9,...) แลวจะทําใหไดคลื่นจัตุรัสออกมา, คาความถ่ีของคลื่นจัตุรัสที่ไดนี้จะเปนคาเดียวกันกับความถ่ีคล่ืนหลัก การสรางคล่ืนจัตุรัสดวยวิธีน้ีสามารถพิสูจนไดโดยการเขียนรูปกราฟของคลื่นหลักและความถ่ีอ่ืนๆ อีก แลวรวมกันทางเวคเตอร ดังแสดงในรูปท่ี 1.9 ซึ่งเปนการรวมคลื่นหลักกับคลื่นอื่นที่มีคาความถ่ีเปน 3 เทาของความถี่คล่ืนหลัก ผลการรวมของคล่ืนรูปไซนดังกลาวน้ีทางเวคเตอร จะทําใหไดคลื่นใหมซ่ึงมีลักษณะใกลเคียงกับคลื่นจัตุรัสดังแสดงดวยเสนประ ยงิ่ มกี ารรวมคล่ืนรปู ไซนม ากเพียงใดลกั ษณะของคล่นื ทีร่ วมที่ไดจะมีลักษณะใกลเคียงกับคลืน่ จัตุรสั มากยงิ่ ข้นึ ดังนั้นจงึ อาจกลา วไดว า คลื่นจัตรุ สั ก็คือ คลนื่ ซ่งึ เกิดจากการรวมคลน่ื รูปไซนจ าํ นวนมากมายไมจํากดั ซ่งึ มคี า ความถ่ีตา ง ๆ กนั ต้งั แต 0 หรือสวนทเี่ ปน กระแสตรงกระทง่ั ถงึ คา อนนั ตนอกจากนี้ยงั เปนทน่ี า สงั เกตอีกวาในทางทฤษฎแี ลว เครื่องขยายสญั ญาณพัลสร ูปจัตรุ ัส โดยท่ัวไปจะตอ งมคี วามสามารถขยายสญั ญาณไดดีทุก ๆ ความถี่ตงั้ แตต ่ําสดุ จนถึงคาอนันต