ความรู้เรื่องสัญญาณพัลส์

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 1 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี บทที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเก่ียวกบั รูปคล่ืน1.1 ลกั ษณะและชนิดของรูปคลื่น1.1.1 คาจาจัดความของรูปคลื่นแบบต่าง ๆสิ่งประดิษฐ์สารก่ึงตวั นาชนิดต่าง ๆ เช่น ไดโอด , ทรานซิสเตอร์ชนิดไบโพล่าร์ , ฟิ ลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์ (FET) และส่ิงประดิษฐ์สารก่ึงตวั นาชนิดพิเศษอื่น ๆ อีกเป็ นจานวนมากสามารถถูกนามาใช้งานเป็ นสวิตช์อิเลก็ ทรอนิกส์ไดเ้ ป็นอยา่ งดี การนาส่ิงประดิษฐ์เหล่าน้ีมาใชง้ านเพื่อเป็ นสวติ ช์อิเล็กทรอนิกส์ ปกติมกั จะมีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อ่ืน ๆ เช่น ตวั ตา้ นทาน , ตวั เก็บประจุไฟฟ้ามาประกอบร่วมกนั เป็ นวงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟ้าน้ีถูกเรียกวา่ \"วงจรสวติ ช์ช่ิง\" (Switching circuits) ซ่ึงผลการทางานของวงจรสวติ ช์น้ีจะทาใหไ้ ดส้ ัญญาณไฟฟ้าซ่ึงอาจเป็ นกระแสหรือแรงดนั ก็ไดท้ ี่มีรูปร่างลกั ษณะเป็ นหว้ ง ๆ ซ่ึงไม่ใช่คล่ืนไซน์ (Nonsinusoidal wave) แต่เป็ นลกั ษณะของคล่ืนที่มีเหลี่ยมมีมุม โดยที่รูปคลื่นแต่ละช่วงอาจจะซ้ากนั หรือไม่ก็ได้ คล่ืนไฟฟ้าดงั กล่าวน้ีเราเรียกว่า \"พลั ส์\"(Pulse) ดงั น้นั อาจกล่าวไดว้ า่ วงจรสวติ ช์ชิ่งสามารถทาหนา้ ที่สร้างพลั ส์ของกระแสหรือแรงดนั ออกมาได้รูปที่ 1.1 แสดงรูปทรงและลกั ษณะของคลื่นไฟฟ้า (แรงดนั หรือกระแส) อยา่ งพ้นื ฐานพลั ส์เหล่าน้ีเม่ือพิจารณาดูใหด้ ีแลว้ จะเห็นวา่ ส่วนใหญ่เกิดจากการประกอบของรูปคลื่นข้นั บนั ได (Step) ,คลื่นเอียง (Ramp), หรือคลื่นเอก็ โพเนนเชี่ยล ดงั แสดงในรูปท่ี 1.1 (ก),(ข) และ (ค) ตามลาดบั รูปคล่ืนของแรงดนั ไฟฟ้าที่เรานิยมนามาใชง้ านกนั มากที่สุดกค็ ือ รูปคล่ืนที่มีลกั ษณะเป็นรูปสี่เหลี่ยมมุมฉากดงั แสดงในรูปท่ี1.2 (ก). คล่ืนรูปส่ีเหล่ียมมุมฉาก (Rectangular wave) น้ีกไ็ ดม้ าจากการรวมตวั กนั ของรูปคลื่นข้นั บนั ได 2 ส่วนน้นั เองและมกั ถูกเรียกวา่ พลั ส์ หรือในกรณีของคลื่นรูปฟันเลื่อย (Sawtooth wave) ดงั แสดงในรูปที่ 1.2 (ข) ก็ไดม้ าจากการรวมกนั ของคล่ืนเอียง 2 ส่วน หรืออาจเป็นการรวมกนั ของคล่ืนเอียงหน่ึงส่วนกบั คล่ืนข้นั บนั ไดอีกหน่ึงส่วนก็ได้นอกจากน้ีคล่ืนอินติเกรตเตด (Integrated) ดงั แสดงในรูปที่ 1.2 (ค) ก็คือรูปคล่ืนซ่ึงประกอบข้ึนมาจากคล่ืนยอ่ ยรูปเอก็ โพเนนเช่ียล สองรูป และคล่ืนดิฟเฟอเรนทิเอเตด (Differentiated) ดงั แสดงในรูปที่ 1.2 (ง) ก็คือคลื่นซ่ึงประกอบข้ึนจากคลื่นยอ่ ยข้นั บนั ไดและคล่ืนเอก็ โพเนนเช่ียล รวมตวั กนั นน่ั เองรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 2 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี1.1.2 ประเภทของรูปคลื่นแบบต่าง ๆ รูปท่ี 1.2 แสดงรูปคล่ืนลกั ษณะตา่ ง ๆ 1.1.3 คาจากดั ความของรูปคล่ืนพลั ส์ คลื่นทรงสี่เหลี่ยมจตั ุรัสของแรงดนั ไฟฟ้าเรามกั นิยมเรียกวา่ \"คลื่นจตั ุรัส\" (Square wave) คลื่นจตั ุรัสจะมีลักษณะคล้ายคลื่นรูปส่ีเหลี่ยมมุมฉากซ่ึงปรากฏอย่างต่อเนื่องเป็ นช่วง ๆ โดยลักษณะพิเศษประการหน่ึงคือช่วงเวลาของพลั ส์ท่ีปรากฏกบั ช่วงเวลาของพลั ส์ท่ีไมป่ รากฏจะมีค่าเท่ากนั ดงั แสดงในรูปที่ 1.3 และในเรื่องน้ีจะได้กล่าวถึงลกั ษณะคุณสมบตั ิ, การสร้างและการวเิ คราะห์สญั ญาณพลั ส์รูปคล่ืนจตั ุรัสโดยละเอียด รูปท่ี 1.3 แสดงรูปคล่ืนจตั ุรัสรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 3 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี1.2 พารามิเตอร์ของรูปคล่ืนพลั ส์วงจรไฟฟ้าที่แสดงในรูปที่ 1.4 (ก) เป็นวงจรท่ีใชส้ ร้างพลั ส์รูปส่ีเหล่ียมมุมฉากดงั แสดงในรูปที่ 1.4 (ข) ในวงจรน้ีจะมีระดบั ของแรงดนั อยสู่ องระดบั คือ ที่ปลายออก หรือเอาตพ์ ตุ ของวงจรน้ีจะมีแรงดนั 10 โวลต์ เมื่อข้วัของสวติ ชอ์ ยทู่ ่ีตาแหน่ง 1 และจะมีแรงดนั เป็ น 0 โวลต์ เมื่อข้วั ของสวิตชอ์ ยทู่ ่ีตาแหน่ง 2 เมื่อพจิ ารณาขนาดของพลั ส์น้ีกบั เวลาท่ีเปล่ียนแปลงไปจะเห็นไดด้ งั ในรูปท่ี 1.4 (ข) กล่าวคือขนาดของพลั ส์น้ีกค็ ือ \"จุดยอด\" (Peak value)เม่ือเวลาเพ่มิ ข้ึนจากศูนย์ \"ขอบนา\" (Leading edge) ของพลั ส์กจ็ ะปรากฏ และต่อมาเม่ือขนาดของพลั ส์ตกลงมา กจ็ ะปรากฏ \"ขอบหลงั \" (Trailing edge) ช่วงของคลื่นระหวา่ งขอบนากบั ขอบหลงั เรียกวา่ \"ความกวา้ งของพลั ส์\" เขียนแทนดว้ ย tP และช่วงระหวา่ งจุดที่เร่ิมเกิดพลั ส์หน่ึง ๆ จนกระท้งั ถึงช่วงที่เกิดพลั ส์อ่ืนถดั มา เราเรียกวา่ \"เวลาที่พลั ส์เกิดซ้า\" (Pulse repetition time) เขียนแทนดว้ ย prt และพลั ส์ซ่ึงเกิดข้ึนอยา่ งต่อเน่ืองกนั หลาย ๆ พลั ส์ถูกเรียกวา่\"ขบวนพลั ส์\" (Pulse train)1.2.1 ค่าพารามิเตอร์ของรูปคล่ืนพลั ส์ รูปท่ี 1.4 แสดงลกั ษณะของพลั ส์รูปสี่เหล่ียมมุมฉากในทางทฤษฎี ในขบวนพลั ส์หน่ึง ๆ จานวนของพลั ส์ท่ีเกิดข้ึนใน 1 วินาที เราเรียกว่า \"อตั ราการเกิดพลั ส์ซ้า\" (Pulserepetition rate) และเขียนแทนดว้ ย prr หรือบางคร้ังก็ถูกเรียกวา่ \"ความถี่ของการเกิดพลั ส์ซ้า\" (Pulse repetitionfrequency) เขียนแทนดว้ ย prf ซ่ึงมีหน่วยเป็ นจานวนรอบต่อวนิ าทีหรือเฮิรตซ์ (Hz) จากรูปที่ 1.4 (ข) ถา้ หาก tPหรือ t1 มีค่าเทา่ กบั t2 แลว้ พลั ส์น้ีก็คือคล่ืนจตั ุรัส (Square wave) น้นั เองรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ท่ี 4 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี\"อตั ราการเกิดพลั ส์ซ้า\" (prr) ก็คือส่วนกลบั ของ \"เวลาท่ีพลั ส์จะเกิดซ้า\" (prt) ดงั น้นั อาจเขียนไดว้ า่ prr = 1 (Hz) (1.1) prt เมื่อ prr คือ อตั ราการเกิดพลั ส์ซ้า (Pulse repetition rate) มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hz) prt คือ เวลาที่พลั ส์เกิดซ้า (Pulse repetition time) มีหน่วยเป็น วนิ าที (S)ค่าเฉลี่ยของรูปคลื่นใด ๆ (อาจเป็นแรงดนั หรือกระแส) ก็คือส่วนซ่ึงเป็น \"กระแสตรง\" (Direct current) ของคล่ืนน้นัๆ และการคิดหาคา่ เฉล่ีย (Average value) ของแรงดนั ของคล่ืนตามทฤษฎีในรูปท่ี 1.4 (ข) ทาไดโ้ ดยการหารพ้ืนที่(AP) ของพลั ส์ ดว้ ยค่าของเวลาท่ีพลั ส์เกิดซ้า (prt) คา่ เฉล่ียของแรงดนั น้ีกค็ ือ ค่าซ่ึงสามารถอา่ นไดจ้ ากเครื่องวดั แรงเคลื่อนกระแสตรง (DC Voltmeter) ที่ใชว้ ดั ขนาดของพลั ส์ =AP tp Epeak (S.V) (1.2)เม่ือ AP คือ พ้ืนท่ีพลั ส์ tp คือ ความกวา้ งของพลั ส์ มีหน่วยเป็น วนิ าที (S) Epeak คือ คา่ แรงดนั สูงสุดของพลั ส์ มีหน่วยเป็ น โวลต์ (V) Eav คือ ค่าแรงดนั เฉลี่ยของพลั ส์ มีหน่วยเป็น โวลต์ (V)ดงั น้นั AP = 10  10-6  10 = 100  10-6 วนิ าที – โวลต์ =Eav Ap (V) prt (1.3)Eav = 100 = 2.5 V 40 น้นั คือค่าเฉลี่ย ของพลั ส์ในรูปท่ี 1.4 (ข) Eav คือ 2.5 โวลต์ อน่ึงพลั ส์อาจจะเร่ิมตน้ ท่ีค่าแรงดนั ใด ๆ ก็ได้ไม่จาเป็ นตอ้ งเริ่มจากแรงดนั เป็ นศูนยเ์ สมอไป ดงั น้นั ค่าตวั เลขท่ีใช้หาค่า AP ในสมการท่ี 1.2 ก็คือผลรวมทางคณิตศาสตร์ของพ้ืนที่ของพลั ส์กล่าวคือเป็นผลรวมสุทธิของพ้นื ท่ีของพลั ส์ซ่ึงเป็นบวกและพ้นื ท่ีที่เป็ นลบรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ท่ี 5 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี1.2.2 ค่าประสิทธิผลของเครื่องมือวดัดงั น้นั ในรูปที่ 1.5 (ก) จะเห็นไดว้ า่ มีลกั ษณะคลา้ ยพลั ส์ในรูปที่ 1.4 (ข) ทุกประการหากแต่ระดบั เร่ิมตน้ของพลั ส์มีค่าต่างกนั รูปของพลั ส์ซ่ึงปรากฏบนจอของออสซิลโลสโคปดงั รูปที่ 1.5 (ก) เป็นรูปคลื่นขณะที่ทาการวดั แบบกระแสสลบั (Alternating current) และในรูปที่ 1.5 (ข) เป็นรูปคลื่นขณะที่ทาการวดั แบบกระแสตรง (D.C) ส่ิงสาคญั ที่ควรคานึงถึงในที่น้ีก็คือเส้นประที่เกิดข้ึนบนจอภาพของออสซิลโลสโคป (Oscilloscope) ท้งั สองกรณีในขณะท่ีไม่มีการป้อนสญั ญาณใด ๆ จะตอ้ งอยทู่ ี่ตาแหน่งก่ึงกลางของจอภาพ และการวดั ขนาดของพลั ส์จะตอ้ งมีระดบั เปรียบเทียบระดบั หน่ึงซ่ึงเป็นระดบั กระแสตรง พลั ส์ท่ีเรียกวา่ \"พลั ส์บวก\" (Positive pulse) หมายถึง ค่าของกระแสหรือแรงดนั ของพลั ส์น้นั จะมีคา่ เป็ นบวกเมื่อเทียบกบั ระดบั ศูนย์ และพลั ส์ลบ (Negative pulse) หมายถึง ค่าของกระแสหรือแรงดนั ของพลั ส์น้นั มีค่าเป็นลบเทียบกบั ระดบั ศูนย์ ดงั น้นั ในรูปท่ี 1.5 (ก) ในขบวนพลั ส์ท่ีปรากฏมีท้งั พลั ส์บวกและพลั ส์ลบ การหาพ้นื ท่ีสุทธิของพลั ส์กค็ ือผลตา่ งของพ้ืนท่ีของพลั ส์บวกและพลั ส์ลบน้นั เอง ในรูปท่ี 1.6 (ก) และ (ข) กระท้งั ถึง (ฉ) แสดงตวั อยา่ งของลกั ษณะของพลั ส์ของแรงดนั ที่อาจเป็นไปได้ และระดบัเปรียบเทียบของพลั ส์น้นั ๆ รูปท่ี 1.5 แสดงภาพบนจอของออสซิลโลสโคปขณะทาการวดั แบบ (ก) กระแสสลบั และ (ข) กระแสตรง พลั ส์ซ่ึงมีรูปร่างเหมือนกนั อาจมีระดบั เปรียบเทียบแตกกนั ได้ การสร้างหรือการเปล่ียนแปลงระดบัเปรียบเทียบกระแสตรงของพลั ส์อาจทาไดโ้ ดยวงจรไฟฟ้าท่ีเรียกวา่ \"วงจรปรับระดบั \" (Clamper circuit) ตวั พารามิเตอร์ท่ีควรรู้อีกตวั หน่ึงซ่ึงใชง้ านเก่ียวกบั พลั ส์กค็ ือ \"ดิวต้ี ไซเคิล\" (Duty cycle) ซ่ึงก็คืออตั ราส่วนระหวา่ งค่าเฉลี่ยกบั คา่ จุดยอดของคล่ืนพลั ส์ของแรงดนั โดยทว่ั ไปแลว้ เราจะใชค้ า่ ดิวต้ี ไซเคิล ในส่วนท่ีเก่ียวกบักาลงั ของเครื่องส่ง (Transmitter power) ซ่ึงปกติจะแสดงในรูปของเปอร์เซ็นต์ เราสามารถคานวณค่า ดิวต้ี ไซเคิลของรูปคลื่นพลั ส์ของแรงดนั ท่ีแสดงในรูปที่ 1.4 (ข) ไดโ้ ดยรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 6 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี จากนิยาม (1.4) =% duty cycle Eav  100 % E peakดงั น้นั % duty cycle = 2.5100 % = 25% 10 Eav 100 % Ap E peak prt= =หรือ % duty cycle E peak 100 % = =tp  Epeakprt 10106 100 % E peak 100 % 40 106น้นั คือ คา่ ดิวต้ี ไซเคิล = 25% คล่ืนพลั ส์ของแรงดนั ที่แสดงในรูป 1.4 (ข) เป็นรูปคล่ืนที่เป็นไปตามทฤษฎี แตใ่ นทางปฏิบตั ิแลว้ พลั ส์รูปส่ีเหล่ียมมุมฉากจะไมเ่ ป็นมุมฉากที่สมบูรณ์เลยทีเดียว แต่โดยทว่ั ไปจะปรากฏเป็ นรูปคล่ืนพลั ส์ดงั แสดงในรูปที่ 1.7เม่ือรูปของพลั ส์ไมเ่ ป็นมุมฉากปัญหาท่ีจะติดตามมาก็คือการหาค่าคุณสมบตั ิตา่ ง ๆ ของพลั ส์จะไมม่ ีมาตราฐานเปรียบเทียบที่แน่นอนและเหมือนกนั ดงั น้นั จึงจาเป็นตอ้ งมีกฎเกณฑข์ อ้ กาหนดท่ีใชเ้ ป็ นมาตราฐานข้ึน เพ่อืสามารถเปรียบเทียบคุณสมบตั ิของพลั ส์ท่ีตา่ งกนั ได้ เช่น ในการหาค่าความกวา้ งของพลั ส์ กใ็ หย้ ดึ ถือขอ้ กาหนดดงั น้ีคือความกวา้ งของพลั ส์ กาหนดวา่ เป็ นช่วงเวลาระหวา่ งตาแหน่งที่พลั ส์มีขนาดเป็ น 90 เปอร์เซ็นตข์ องคา่ จุดยอด (ขนาดของพลั ส์)รหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ท่ี 7 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรีรูปท่ี 1.6 แสดงพลั ส์ของแรงดนั ซ่ึงมีขนาด E โวลต์ แตม่ ีลกั ษณะต่างกนัรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 8 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี รูปท่ี 1.7 แสดงลกั ษณะของรูปสี่เหลี่ยมมุมฉากในทางปฏิบตั ิซ่ึงสร้างข้ึนไดจ้ ริง ๆ ดงั ในรูปท่ี 1.7 ก็คือช่วง tp และสาหรับช่วงระยะเวลาที่พลั ส์มีขนาดจาก 10 เปอร์เซ็นตเ์ พิ่มข้ึนเป็น 90เปอร์เซ็นตข์ องขนาดสูงสุดของพลั ส์ เรียกวา่ “เวลาไตข่ ้ึน” (Rise time) เขียนแทนดว้ ย tr ช่วงระยะเวลาท่ีพลั ส์ลดลงจาก 90 เปอร์เซ็นต์ เหลือเป็ น 10 เปอร์เซ็นตข์ องขนาดสูงสุดของพลั ส์ เรียกวา่ “เวลาตก” (Fall time) เขียนแทนดว้ ยtf หรือบางคร้ังเรียกวา่ “เวลาลด” (Decay time) ในตารางบางเล่ม สัญลกั ษณ์ td อาจใชแ้ ทนความกวา้ งของพลั ส์ก็ได้วา่ แต่ในที่น้ีจะขอใช้ tp เหตุที่เลือกใช้ tp แทนความกวา้ งของพลั ส์กเ็ พราะสญั ลกั ษณ์ td มกั จะใชแ้ สดงค่าของเวลาชา้(Delay time) ซ่ึงอาจทาใหส้ ับสนสาหรับในบางคล่ืนสัญญาณของพลั ส์ ค่าเวลาไต่ข้ึนและเวลาตกจะมีค่านอ้ ยมากซ่ึงในทางปฎิบตั ิแลว้ เป็ นเรื่องยากมากท่ีจะวดั ให้ไดค้ ่าแม่นยา หรือถูกตอ้ งจริง ๆ แมว้ ่าจะใชอ้ อสซิสโลสโคปแบบความถี่สูงก็ตาม และเมื่อความกวา้ งของพลั ส์มีคา่ นอ้ ยมาก ๆ เวลาไตข่ ้ึนและเวลาตกก็ใหถ้ ือวา่ เป็นเวลาท้งั หมดของพลั ส์1.3 ลกั ษณะของรูปคลื่นพลั ส์และการสร้างสัญญาณ 1.3.1 ลกั ษณะของรูปคล่ืนพลั ส์ พลั ส์รูปส่ีเหลี่ยมมุมฉากอาจถูกสร้างไดห้ ลายวธิ ี แต่ที่จะกล่าวถึงตอ่ ไปน้ีเป็นเพียงบางวธิ ีเท่าน้นั 1. คลื่นรูปสี่เหลี่ยมมุมฉากหรือคลื่นจตั ุรัสของแรงดนั ไฟฟ้าอาจสร้างไดโ้ ดยการป้อนสัญญาณรูปไซน์ผา่ นเขา้ ไปในวงจรขยายประเภท A (Class A amplifier) โดยใหส้ ัญญาณรูปไซน์เป็ นตวั กระตุน้ ใหว้ งจรขยายทางานเกินขอบเขต (Overdriven) กล่าวคือในช่วงคร่ึงแรกของสัญญาณรูปไซน์จะทาใหท้ รานซิสเตอร์ในวงจรขยายทางานในยา่ นอ่ิมตวั (Saturation) และช่วงคร่ึงหลงั ของสญั ญาณรูปไซน์จะทาใหท้ รานซิสเตอร์ในวงจรขยายทางานในยา่ น คตัออฟ (Cutoff) ดงั น้นั ที่ทางออก (Output) ของวงจรขยายจะทาให้ไดค้ ล่ืนแรงดนั ซ่ึงลกั ษณะท่ีพอจะอนุโลมไดว้ ่าเป็นคลื่นรูปส่ีเหล่ียมมุมฉาก หรือคล่ืนจตั ุรัสและการที่คลื่นแรงดนั น้ีจะมีลกั ษณะคลา้ ยกบั คลื่นรูปสี่เหลี่ยมมุมฉากรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ท่ี 9 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรีหรือคล่ืนจตั รัสมากนอ้ ยเพยี งใดก็ขึนอยกู่ บั การกาหนดจุดทางาน (Operating point) ของทรานซิสเตอร์ในวงจรขยายน้นั 2. คลื่นจตั ุรัสของแรงดนั อาจถูกสร้างโดยการใชว้ งจรมลั ติไวเบรเตอร์ (Multivibrator) แบบหน่ึงแบบใดก็ได้ ซ่ึงวงจรแบบน้ีก็คือวงจรขยาย 2 ภาคมาต่อรวมกนั โดยมีตวั ตา้ นทานและตวั เก็บประจุไฟฟ้าเป็ นตวั “คปั ปลิ้ง”(Coupling) หรือนิยมเรียกวา่ “อาร์-ซี คปั ปลิ้งแอมปลิไฟร์ (R-C coupling amplifier) และผลที่ไดจ้ ากวงจรขยายภาคแรกจะถูกป้อนเขา้ ท่ีทางเขา้ (Input) ของวงจรขยายภาคที่สองแลว้ ผลที่ไดจ้ ากวงจรขยายของภาคสองน้ีก็จะถูกป้อนให้ยอ้ นกลบั ไปยงั ทางเขา้ ของวงจรขยายภาคแรกอีก การทางานของวงจรขยายน้ีจะอยู่ในลกั ษณะทางานเกินขอบเขต ผลก็คือทาใหไ้ ดส้ ญั ญาณของแรงดนั ที่ทางออกเป็นรูปคลื่นจตั ุรัสหรือคล่ืนรูปส่ีมุมฉาก 3. คล่ืนจตั ุรัสของแรงดนั อาจถูกสร้างไดโ้ ดย การใชแ้ หล่งจา่ ยแรงดนั คลื่นรูปไซนซ์ ่ึงมีคา่ ความถี่หลกั มูล(Fundamental frequency) ต่อขนานร่วมกบั แหล่งจ่ายแรงดนั คลื่นรูปไซนอ์ ่ืน ๆ ซ่ึงมีค่าความถ่ีเท่ากบั ค่าความถ่ีหลกัคูณกบั เลขค่ีจานวนเตม็ ใด ๆ หรือนิยมเรียกวา่ “ออ๊ ดฮาร์โมนิค”(Odd harmonic frequencies) ท้งั น้ีตอ้ งทาให้คลื่นรูปไซน์ของแหล่งจ่ายต่าง ๆ มีขนาด (Amplitude) และเฟส(Phase) ท่ีถูกตอ้ ง ผลจากการรวมกนั ระหว่างคลื่นหลกั และคลื่นฮาร์โมนิคน้ีจะทาให้ไดส้ ัญญาณของแรงดนั รูปจตั ุรัส ซ่ึงอตั ราการเกิดพลั ส์ซ้า (prr) หรือที่เรียกง่าย ๆ วา่ ความถ่ีของพลั ส์น้ีจะมีคา่ ท่ากบั ความถี่หลกั ที่กาหนดข้ึน1.3.2 วธิ ีสร้างสัญญาณพลั ส์ 1.3.2. 1 การสร้างคล่ืนรูปส่ีเหลย่ี มมุมฉากของแรงดันโดยวธิ ีใช้วงจรขยายสัญญาณทที่ างานเกนิ ขอบเขต คลื่นจตั ุรัสของแรงดนั อาจจะสร้างมาจากคลื่นรูปไซน์ของแรงดนั ได้ โดยการใชว้ งจรขยายประเภท A ซ่ึงทรานซิสเตอร์ในวงจรน้ันจะถูกทาให้มีการทางานท่ีเกินขอบเขต เม่ือถูกป้อนด้วยสัญญาณรูปไซน์ กล่าวคือสัญญาณแรงดนั รูปไซน์จะตอ้ งมีขนาดมากพอท่ีจะทาให้ทรานซิสเตอร์ในวงจรขยายมีการทางานอยู่ในลกั ษณะท่ีเกินขอบเขต น้นั คืออยูใ่ นภาวะอ่ิมตวั และภาวะคตั ออฟ ขณะท่ีแต่ละคร่ึงช่วงของสัญญาณรูปไซน์ถูกป้อนเขา้ ไปดงั แสดงในรูปท่ี 1.8 (ก) รูปท่ี 1.8 (ข) แสดงการทางานของทรานซิสเตอร์ เนื่องจากสัญญาณไซน์ท่ีป้อนเขา้ ไปในวงจรขยาย จะทาใหท้ รานซิสเตอร์ทางานอยใู่ นภาวะอิ่มตวั และภาวะคตั ออฟ แรงดนั ที่ทางออกของวงจรขยายมีลกั ษณะคลา้ ยกบั เป็ นคล่ืนรูปจตั ุรัส และถา้ หากจุด Q ไม่อยทู่ ี่ตาแหน่งก่ึงกลางของ “เส้นโหลด” (Load line) คลื่นท่ีไดจ้ ะมีลกั ษณะเป็ นคล่ืนรูปส่ีเหล่ียมมุมฉาก ยกตวั อยา่ งเช่น ในการออกแบบวงจรสวิตซ์ชิ่ง เพ่ือให้ไดค้ ลื่นจตั ุรัสของแรงดนั ซ่ึงมีความถ่ี 1000 HZตอ้ งการขนาดสูงสุดของพลั ส์มีค่า 20 โวลต์ จากสัญญาณไซน์ของแรงดนั ซ่ึงมีความถี่ 1000 HZ และมีขนาดของคลื่นระหวา่ งจุดยอด (Peak to peak) เป็ น 2 VP – P และทรานซิสเตอร์ในวงจรขยายเป็ นซิลิกอนทรานซิสเตอร์ชนิดNPN และมีพารามิเตอร์ต่าง ๆ ดงั น้นั hfe = 50 , hie = 1,000  , ICO มีคา่ นอ้ ยมากสามารถตดั ทิง้ ได้ , แหล่งจ่ายแรงดนักระแสตรงที่ใชม้ ีค่าปรับไดต้ ้งั แต่ 0 ถึง 30 โวลต์ และจ่ายกระแสได้ 250 มิลลิแอมป์รหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 10 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรีจากรูปลกั ษณะคุณสมบตั ิซ่ึงแสดงในรูปที่ 1.8(ข) จะเห็นไดว้ า่ เพอื่ ใหข้ นาดของพลั ส์มีค่า 20 โวลตด์ งั น้นัคา่ Vcc ในวงจรรูปท่ี 1.8 (ก) จึงตอ้ งมีค่า 20 โวลตด์ ว้ ย ส่วนการเลือกคา่ ของกระแสคอลเลก็ เตอร์อาจทาไดไ้ มจ่ ากดัแต่ตอ้ งเขา้ ใจวา่ ท่ีคา่ ของกระแสคอลเล็กเตอร์สูง ๆ คา่ อิมพแี ดนซ์ (Input impedance) ของวงจรจะมีคา่ ไม่เป็นเชิงเส้น(Nonlinear) ดงั น้นั จึงควรเลือกค่ากระแสคอลเล็กเตอร์ท่ีต่าๆ รูปที่ 1.8 แสดง (ก) วงจรขยายประเภท A ซ่ึงทรานซิสเตอร์ถูกต่อไวแ้ บบอิมิตเตอร์ร่วมและถูก กาหนดใหม้ ีการทางานท่ีเกินขอบเขต (ข) สัญญาณคล่ืนที่อินพุตและเอาตพ์ ุตของวงจรรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ที่ 11 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรีเพ่ือใหค้ ่าอินพุตอิมพีแดนซ์ของวงจรมีค่าเป็ นเชิงเส้นซ่ึงจะทาให้ไดค้ ลื่นรูปจตั ุรัสที่สมบูรณ์กว่า เช่น เม่ือเลือกค่าของกระแสคอลเล็กเตอร์ 10 mA. สาหรับจุด Q จุดทางานของวงจรจากขอ้ กาหนดเหล่าน้ีทาให้สามารถหาค่า RL ในวงจรไดด้ งั น้ี=RL ERL = VCC  VCE = 20  10 = 10V = 1,000  Ic 10mA 10mA IC ความสัมพนั ธ์ระหวา่ งกระแสคอลเลคเตอร์, กระแสเบสและ hfe ของทรานซิสเตอร์ เราใชใ้ นการกาหนดค่าท่ีถูกตอ้ งของกระแสเบสเพื่อใหก้ ระแสคอลเตอร์มีค่า 10 mAโดย IB = IC = 10mA = 0.2 mA h fe 50สมมุติวา่ แรงดนั ที่ตกคร่อมท่ีรอยต่อ อิมิตเตอร์-เบส มีคา่ นอ้ ยกระทงั่ ตดั ทิง้ ได้ ดงั น้นั คา่ ท่ีถูกตอ้ งของ RBคือ RB = VCC = 20 100 k IB 0. 2mAนอกจากน้ีแลว้ ขณะที่วงจรทางานเกี่ยวขอ้ งกบั สัญญาณกระแสสลบั ส่วนประกอบของวงจรท่ีสาคญั ซ่ึงเกี่ยวขอ้ งกบั การทางานของวงจรขณะไดร้ ับสัญญาณกระแสสลบั คือตวั ตา้ นทาน (RS) และตวั เก็บประจุไฟฟ้า (CC)ซ่ึงทาหนา้ ท่ีคปั ปลิ้งสัญญาณกระแสสลบั ดงั น้ันค่าของ RS และ CC จึงตอ้ งมีส่วนสัมพนั ธ์กบั พารามิเตอร์ตวั อื่น ๆของวงจรดว้ ย การกาหนดคา่ ของ CC อาจทาไดโ้ ดยการพิจารณาวา่ ค่า “รีแอคแตนซ์” XC (Reactance) ของ CC จะมีผลคลา้ ยกบั ความตา้ นทานท่ีต่ออนุกรมกบั อินพุตอิมพีแดนซ์ของวงจร ขณะที่สัญญาณกระแสสลบั เขา้ มาทางอินพุตโดยผา่ นCC ก็จะทาให้เกิดแรงดนั ตกคร่อม CC ด้วย ค่าของแรงดนั ที่ตกคร่อม CC ควรมีค่านอ้ ยมาก เพื่อให้แรงดนั เกือบท้งั หมดของสัญญาณท่ีเขา้ มาไปปรากฏที่อินพุตของวงจรขยาย ค่าอินพตุ อิมพีแดนซ์ของวงจรขยายโดยไมค่ ิดคา่ ของ RB ก็คือค่า hie ซ่ึงเท่ากบั 1000  และคา่ อินพุตอิมพีแดนซ์ของ RB ของวงจรขยายเมื่อคิดรวมกบั คา่ RB กค็ ือซ่ึงเกิดจากอิมพีแดนซ์ของ RB และ hfe ตอ่ ขนานกนั ซ่ึงกจ็ ะมีคา่ ราว 1000  น้นั เอง ดงั น้นั ถา้ หากคา่ “รีแอคแตนซ์” XC (Reactance)ของตวั เก็บประจุ CC มีคา่ 1 10 เทา่หรือนอ้ ยกวา่ ค่าอิมพีแดนซ์ของวงจรขยาย 10 เทา่ แลว้ คา่ แรงดนั (กระแสสลบั ) ท่ีตกคร่อมตวั เกบ็ ประจุไฟฟ้า CC ก็อาจพิจารณาไดว้ า่ มีค่านอ้ ยและสามารถตดั ทิง้ ได้ 1 1 10 10ดงั น้นั XC = Zin = 1000 = 100 รหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ท่ี 12 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี 1= 1 6.28103 102 CC = 2fX C = 1.59 F โดยที่ XC คือ ค่ารีแอคแตนซ์ของ CC Zin คือ อินพตุ อิมพแี ดนซ์ของวงจรขยาย CC คือ คา่ ความจุไฟฟ้า และ f คือค่าความถ่ีของสญั ญาณไซน์ จากรูปท่ี 1.8 (ข) จะเห็นวา่ ทรานซิสเตอร์สามารถทางานไดเ้ ต็มที่เมื่อขนาดกระแสอินพุต (หรือกระแสเบส) IB มีค่าสูงถึง 0.4 mAp-pหรือ 0.1414 mArms (rms :ค่ารูทมีนสแควร์) น้นั คือทรานซิสเตอร์จะทางานในภาวะอิ่มตวั และคทั ออฟไดพ้ อดี ดงั น้นั เม่ือสัญญาณกระแสเบสเพิ่มเป็ นสองเท่าคือ 0.8 mAp-p หรือ 0.2828 mArms แลว้ จะทาให้ได้รูปสัญญาณแรงดนั ที่เอาตพ์ ุตเป็ นรูปคล้ายกบั คลื่นจตั ุรัสน่นั คือสัญญาณของกระแสเบสจะตอ้ งมีค่า 0.8mAp-p หรือ 0.2828 mArms น้นั เอง สาหรับค่าของ RS ในวงจรก็เช่นกนั จะตอ้ งมีค่าที่เหมาะสมกล่าวคือ เมื่อพิจารณาว่า RT คือ ค่าอินพุตอิมพแี ดนซ์รวมซ่ึงมองจากเคร่ืองกาเนิดสญั ญาณ โดย Rg คือคา่ อิมพแี ดนซ์ของเคร่ืองกาเนิดสญั ญาณ =ดงั น้นั RT Rg + RS + Zin RT = e in = 0. 707 V = 2.5 k ib 0. 2828mA =RS RT - (Rg + Zin) = 2.5 k - (0.6 k + 1k) = 900  สิ่งท่ีควรเขา้ ใจใหด้ ีกค็ ือ สัญญาณแรงดนั ท่ีเอาตพ์ ุตอาจมีลกั ษณะเป็นรูปส่ีเหลี่ยมมุมฉากก็ได้ ท้งั น้ีเน่ืองจากวงจรน้ีไม่มีเสถียรภาพ (Unstability) และคา่ ของอินพุตอิมพีแดนซ์กไ็ มเ่ ปล่ียนแปลงอยา่ งเชิงเส้นรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา

แผนกวชิ าช่างอิเลก็ ทรอนิกส์ ใบเน้ือหา หนา้ ท่ี 13 วทิ ยาลยั เทคนิคปราจีนบุรี1.3.2.2 การสร้างคล่ืนจัตุรัสของแรงดันโดยการรวมคล่ืนรูปไซน์ รูปที่ 1.9 แสดงการรวมคล่ืนรูปไซนท์ างเวคเตอร์เพอ่ื ใหไ้ ดค้ ล่ืนใหมใ่ นรูปจตั ุรัส ดงั ที่เคยกล่าวมาแลว้ ว่าเม่ือต่อแหล่งจ่ายแรงดนั คลื่นรูปไซน์ ซ่ึงมีค่าความถี่หลกั ค่าหน่ึงต่อขนานร่วมกบัแหล่งจ่ายแรงดนั คลื่นรูปไซน์อื่นๆ ซ่ึงมีค่าความถี่เท่ากบั ความถี่หลกั คูณกบั เลขค่ีจานวนเตม็ ใด (3, 5, 7, 9,...) แลว้จะทาใหไ้ ดค้ ลื่นจตั ุรัสออกมา, คา่ ความถ่ีของคล่ืนจตั ุรัสที่ไดน้ ้ีจะเป็นค่าเดียวกนั กบั ความถ่ีคล่ืนหลกั การสร้างคล่ืนจตั ุรัสดว้ ยวธิ ีน้ีสามารถพิสูจน์ไดโ้ ดยการเขียนรูปกราฟของคลื่นหลกั และความถี่อ่ืนๆ อีก แลว้ รวมกนั ทางเวคเตอร์ดงั แสดงในรูปท่ี 1.9 ซ่ึงเป็นการรวมคล่ืนหลกั กบั คล่ืนอ่ืนที่มีค่าความถี่เป็ น 3 เท่าของความถี่คล่ืนหลกั ผลการรวมของคล่ืนรูปไซน์ดงั กล่าวน้ีทางเวคเตอร์ จะทาให้ไดค้ ลื่นใหม่ซ่ึงมีลกั ษณะใกลเ้ คียงกบั คลื่นจตั ุรัสดงั แสดงด้วยเส้นประ ยงิ่ มีการรวมคลื่นรูปไซน์มากเพียงใดลกั ษณะของคลื่นที่รวมที่ไดจ้ ะมีลกั ษณะใกลเ้ คียงกบั คลื่นจตั ุรัสมากยงิ่ ข้ึน ดงั น้นั จึงอาจกล่าวไดว้ า่ คลื่นจตั ุรัส กค็ ือ คลื่นซ่ึงเกิดจากการรวมคลื่นรูปไซนจ์ านวนมากมายไม่จากดั ซ่ึงมีค่าความถี่ต่าง ๆ กนั ต้งั แต่ 0 หรือส่วนที่เป็นกระแสตรงกระทงั่ ถึงค่าอนนั ต์ นอกจากน้ียงั เป็นที่น่าสังเกตอีกวา่ในทางทฤษฎีแลว้ เคร่ืองขยายสัญญาณพลั ส์รูปจตั ุรัส โดยทว่ั ไปจะตอ้ งมีความสามารถขยายสญั ญาณไดด้ ีทุก ๆความถี่ต้งั แต่ต่าสุดจนถึงคา่ อนนั ต์ จบเน้ือหา บทที่ 1 ความรู้เบ้ืองตน้ เกี่ยวกบั รูปคล่ืนรหสั 3105-2001 วชิ า วงจรพลั ส์เทคนิค ระดบั ปวส.1 ชอ. สอนโดย อาจารยก์ รองทอง เมตตา