PulseandSwitch1

2105-2006 วงจรพลั สแ์ ละสวิตชิง

สญั ญาณไฟฟา (Electrical Signal) ทีน่ าํ มาใชง านมดี ว ยกนั หลายชนิดหลายรปู แบบ ถกู กาํ เนิดขนึ้ มาจากแหลง กําเนดิ สญั ญาณทแ่ี ตกตา งกนั ไปสัญญาณไฟฟาเหลา นี้มบี ทบาทสาํ คญั ตอ การนําไปใชควบคมุ การทาํ งาน ในหลายดา น หลายหนา ท่ี การวิเคราะหร ปู คลนื่ สญั ญาณไฟฟา จงึ เปนสงิ่ สําคญั และจาํ เปนเพื่อใหเ กดิ ความรคู วามเขา ใจ และสามารถเลอื กใชง านสญั ญาณไฟฟาไดอ ยา งถูกตอ งเหมาะสม รวมถงึ ชวยในการวเิ คราะหร ะบบการทาํ งาน และการควบคมุ การทํางาน ใหม ีความถกู ตอ งแมน ยาํ

การวิเคราะหร ปู คลนื่ สญั ญาณไฟฟา ทาํ ไดห ลายวิธีดว ยกนั เชน ใชห ลกั การวเิ คราะหค า ดว ยคณติ ศาสตร ใชการวิเคราะหด ว ยวิธฟี ูรเิ ออร (Fourier Analysis)อีกวธิ หี นง่ึ ใชว ธิ สี งั เกตจากการเปลยี่ นแปลงของแรงดนั และกระแสอยา งตอเนอื่ งในแตล ะสว น ทาํ ใหท ราบลกั ษณะและรปู รา งของสญั ญาณไฟฟา ชนดิ ตา งๆ วามีรูปรา งที่แตกตา งกนั ไป สญั ญาณไฟฟา เหลา นมี้ กั จะถกู เรยี กวา รปู คลน่ื (Wave)



รปู คลน่ื สญั ญาณไฟฟา แตละชนดิ มรี ปู รา งทแ่ี ตกตา งกนั สามารถวดั รปู รา งสัญญาณไฟฟาออกมาไดด ว ยเครอื่ งมือวดั ท่ีเรยี กวา ออสซลิ โลสโคป (Oscilloscope)

รูปคล่นื สัญญาณไฟฟา ทกุ ชนดิ ทว่ี ดั ออกมาไดจ ะแสดงคา ออกมาใหเ ห็นเปน 2ลักษณะเทา นนั้ คือ 1. รปู คล่ืนแบบทศิ ทางเดยี ว เปนรปู คลนื่ ทแ่ี สดงคาออกมาอยา งสมา่ํ เสมอ เปน คาบวก (+) อยา งเดยี ว หรอื เปน คา ลบ (–) อยางเดยี ว โดยรปู คล่นื ทแ่ี สดงคาออกมาไมครอ มผา นแกนแรงดนั ทตี่ าํ แหนง ศนู ย (0) รูปคล่ืนพน้ื ฐานแบบทศิ ทางเดยี ว 2. รูปคล่นื แบบสองทศิ ทาง หรอื เรยี กวา รูปคล่ืนสลบั รูปคล่นื ทแ่ี สดงออกมามีการเปลยี่ นแปลงไปทางดา นบวก (+) และเปล่ียนกลบั ไปทางดา นลบ (–) ผา นแกนแรงดันทต่ี าํ แหนง ศนู ย (0) สลบั ไปสลบั มา รปู คลนื่ แบบสองทศิ ทาง เชน คล่นื ไซน

1) รูปคลื่นไซน เปน คลื่นพน้ื ฐานทกี่ าํ เนดิ ขนึ้ ไดท วั่ ไป จากแหลง กาํ เนดิ สญั ญาณหลายชนดิ ทง้ัเกิดขนึ้ เองตามธรรมชาติ จากการผลติ ขนึ้ มาดว ยอปุ กรณ เครอ่ื งกาํ เนดิ สัญญาณ หรือจากการทาํ งานของเครอื่ งมอื เคร่อื งจกั รตา งๆ รวมถึงสญั ญาณเสยี งจากแหลง กาํ เนดิ เสียงลักษณะคลนื่ ไซน ระดบั ความแรงคลน่ื (E) จะเกดิ ขน้ึ เปลีย่ นแปลงไปสัมพนั ธกบั เวลา (t)คุณสมบัตพิ ิเศษอยา งหน่ึงของคลื่นไซน ทค่ี ลน่ื ชนดิ อน่ื ไมม ี คอื เมอื่ ปอ นคลื่นไซนเ ขาวงจรทปี่ ระกอบดว ยตวั ตา นทาน (R) ตัวเกบ็ ประจุ (C) และตัวเหนย่ี วนาํ (L) ตอ รวมกนัลกั ษณะรปู รา งของคลนื่ ไซนไ มเ ปลีย่ นแปลงไป ยงั มรี ปู รา งเปนคลนื่ ไซนต ามเดมิ



2) รปู คลืน่ สเ่ี หลย่ี ม เปนคลนื่ ทน่ี ยิ มนาํ ไปใชง านกบั การทาํ งานทางดา นดจิ ติ อล คลืน่ ชนิดนส้ี ามารถใหกาํ เนดิ ขนึ้ จากการนาํ คลนื่ ขนั้ บนั ไดขาขนึ้ กบั คลน่ื ขน้ั บนั ไดขาลงมาตอ รว มกนั คล่ืนสีเ่ หลยี่ มทกี่ าํ เนดิ ขน้ึ มาแบง ได 2 รูปแบบ คือ แบบแรกคล่นื สเ่ี หลีย่ มจตั รุ สั เปน คลน่ื ทมี่ ีชว งเกดิ คล่นื (t1) และชว งชอ งวา งคลนื่ (t2) มีเวลาเทา กนั แบบทส่ี องคลน่ื พลั ส เปนคลนื่ ท่มี ชี ว งเกดิ คล่ืน (t1) และชวงชอ งวา งคลนื่ (t2) มเี วลาไมเ ทา กนั



3) รูปคลน่ื สามเหลยี่ ม เปนคลนื่ ทถ่ี กู ผลติ ขน้ึ มาใชง านอกี ชนดิ หนงึ่ คล่ืนชนดิ นสี้ ามารถใหกาํ เนดิ ขน้ึ จากการนาํ คลนื่ เอยี งขาขน้ึ กับคลืน่ เอยี งขาลงมาตอ รว มกนั คลืน่ สามเหลีย่ มทก่ี าํ เนดิ ขน้ึ มาแบงได 2 รปู แบบ คอื แบบแรกคลนื่ สามเหลย่ี มทว่ั ไป เปน คล่ืนทม่ี ชี ว งเกดิ คลนื่ ขาขนึ้(t1) และชว งเกดิ คลื่นขาลง (t2) มเี วลาเทา กนั แบบทส่ี องคลนื่ ฟน เลือ่ ย เปน คลื่นทมี่ ชี ว งเกดิ คล่นื ขาขน้ึ (t1) และชว งเกดิ คลืน่ ขาลง (t2) มีเวลาไมเ ทา กนั



4) รปู คลนื่ อนิ ทเิ กรต เปนคลนื่ ทม่ี รี ปู รา งลกั ษณะแตกตา งออกไป รปู คลนื่ กาํ เนดิ ขนึ้ มาไดจ ากการนาํ คลืน่เอกซโ พเนนเชยี ลลาดขน้ึ และเอกซโ พเนนเชยี ลลาดลงมาตอ รว มกนั คล่นื อนิ ทเิ กรตเกิดขนึ้ จากการเปล่ียนแปลงรปู รางไปของคลืน่ สี่เหล่ียม ดวยการปอ นคลืน่ ส่ีเหลีย่ มผา นตัวเกบ็ ประจุ (C) ในขณะทต่ี วั เกบ็ ประจทุ าํ การประจแุ รงดนั เกบ็ ไว จะเกดิ คล่ืนเอกซโพเนนเชยี ลลาดขน้ึ ปรากฏทตี่ วั เกบ็ ประจุ และขณะทต่ี วั เกบ็ ประจทุ าํ การคายประจุแรงดันออกมา จะเกดิ คลืน่ เอกซโ พเนนเชยี ลลาดลงปรากฏทต่ี วั เกบ็ ประจุ วดั คลืน่ ทงั้ สองออกมากค็ อื คล่ืนอนิ ทเิ กรตนน่ั เอง



5) รูปคลน่ื ดฟิ เฟอเรนชเิ อต เปน คลื่นทม่ี รี ปู รา งลกั ษณะแตกตา งออกไปอกี แบบหน่งึ เกดิ ขน้ึ มคี วามสัมพนั ธก บัคลื่นอนิ ทเิ กรต รูปคล่ืนกาํ เนดิ ขนึ้ มาไดจ ากการเปล่ียนแปลงรปู รา งไปของคลนื่ สีเ่ หลย่ี มดวยการปอ นคลน่ื สีเ่ หลย่ี มผา นเขา ในวงจรทปี่ ระกอบดว ยตวั ตา นทาน (R) ตอ รว มกบั ตวัเก็บประจุ (C) ทาํ การวดั สัญญาณตกครอ มตวั ตา นทาน



E(V) ขอบขาขน�ึ ขอบขาลง Ep \"1\"2 ชอ่ งว่างพัลส์ \"0\" ความกว้าง 10 11 12 13 Eav(µts)1 พัลส์0 1 23 4 5 67 8 9 td ts prt รูปคลนื่ พลั สเ ปน รูปคลื่นทนี่ าํ ไปใชง านทางดา นดจิ ติ อล คอมพิวเตอร และระบบควบคุมการทาํ งานทางดา นไฟฟาและอเิ ล็กทรอนกิ ส อยางกวา งขวางทวั่ ไป

1. ขอบขาขนึ้ (Leading Edge) หรือขอบหนา เปนขอบของพลั สชว งแรกที่ปรากฏใหเหน็ สัญญาณเปลย่ี นแปลงจากระดบั ตาํ่ ไปสูระดบั สงู เชน เปลี่ยนแปลงจาก 0V ไปเปน 2 V 2. ขอบขาลง (Trailing Edge) หรอื ขอบหลัง เปน ขอบของพลั สชว งทสี่ องที่ปรากฏใหเหน็ สญั ญาณเปล่ียนแปลงจากระดบั สงู ไปสรู ะดบั ตา่ํ เชน เปลย่ี นแปลงจาก 2V ไปเปน 0 V 3. ความกวา งพัลส (Pulse Width) เปนชว งเวลาทเี่ กดิ พลั ส พิจารณาจากขอบขาข้นึ พลั ส ถงึ ขอบขาลงพลั สใ นพลั สลกู น้ัน นิยมบอกคา ไวใ นรปู ของเวลาพัลส (PulseDuration ; td) เชน ขอบขาขนึ้ พลั สท ี่ 1µs ขอบขาลงพลั สท ี่ 4 µs ดังน้ันเวลาพลั ส td= 3 µs

4. ชอ งวางพลั ส (Pulse Space) เปนชว งเวลาทไ่ี มเ กดิ พลั ส พจิ ารณาจากขอบขาลงของพลั สล กู หนงึ่ ถงึ ขอบขาขนึ้ ของพลั สลกู ตอ ไป นิยมบอกคา ไวใ นรปู เวลาชอ งวางพัลส (Pulse Space Duration ; ts) 5. เวลาเกดิ พลั สซ า้ํ (Pulse Repetition Time) หรอื prt เปนชว งเวลาทน่ี ับจากจดุ เรมิ่ ตน ของการเกดิ พลั สล ูกแรก ไปจนถงึ จดุ เรมิ่ ตน ของการเกดิ พัลสล ูกตอ ไป ซึ่งบางครง้ั อาจเรยี กวาคาบเวลาพลั ส (Pulse Period) การคดิ ชว งเวลาพลั สใ นหน่ึงรอบคล่นื โดยหาคา prt ไดจากสมการ

6. อตั ราการเกดิ พลั สซ า้ํ (Pulse Repetition Rate) หรือ prr เปนจาํ นวนพลั สท ี่เกิดขนึ้ ในเวลา 1 วนิ าที หรอื อาจเรยี กวา ความถขี่ องการเกดิ พลั สซา้ํ (PulseRepetition Frequency) หรือ prf โดยหาคา prr ไดจ ากสมการ 7. แรงดนั สงู สดุ (Peak Voltage) หรือ Ep เปน ระดบั ของแรงดนั พลั สท เี่ กดิ ขนึ้อา นคา ออกมาถงึ คา สูงสดุ

8. แรงดนั เฉลยี่ (Average Voltage) หรือ Eav เปนระดบั แรงดันไฟตรงทใี่ ชโ วลตมิเตอรไฟตรงวดั คา แรงดนั พลั สทีเ่ กิดขน้ึ ออกมา อา นคา ออกมาไดเ ปน คา เฉลยี่ หรือใชว ธิ หี าคา โดยการนําคา พื้นที่เกดิ พลั ส (Pulse Area ; Ap) ตง้ั หารดว ยเวลาเกดิ พลั สซ ้ํา (prt) สามารถการหาคาEav ไดจากสมการดงั น้ี 9. ระดับแรงดนั พลั ส (Pulse Voltage Level) เปน ระดบั แสดงสภาวะการเกดิ พลั ส มีอยู 2ระดับ คือ ระดับหนง่ึ มีสญั ญาณพลั ส (High) หรือระดบั เอนาเบลิ (Enable) แสดงคา เปนตัวเลข “1” ถูกเรยี กวา สภาวะทํางาน อกี ระดบั หนงึ่ ไมมีสญั ญาณพลั ส (Low) หรอื ระดับดสิ เอเบลิ (Disable) แสดงคา เปน ตวั เลข “0” ถูกเรยี กวา สภาวะไมทาํ งาน

10. ดิวตไี ซเคลิ (Duty Cycle) เปนคา รอ ยละท่บี อกใหทราบถงึ อตั ราสวน ระหวา งสว นเกิดพลั สกบั สว นชอ งวา งพลั สมคี า เทาไร คา ดิวตไี ซเคลิ หาไดจ าก การนาํ คา แรงดนั เฉล่ยี (Eav)ต้ัง หารดว ยคา แรงดนั สูงสดุ (Ep) และคณู ดว ยรอ ย ไดค า ออกมาเปน รอ ยละ การหาคา ดวิ ตีไซเคิลทาํ ไดดงั นี้ หรอื คา ดวิ ตไี ซเคลิ ยงั สามารถหาคา ไดจ ากการนาํ คา เวลาพลั ส (td) ตง้ั หารดวยเวลาเกิดพลั สซ า้ํ (prt) และคูณดว ยรอ ย เขยี นสมการออกมาไดเ ปน

รูปคลน่ื พัลสท ี่ผลติ ขน้ึ มาใชง านจรงิ มีความแตกตา งจากรปู คลนื่ พลั สท างอุดมคติบา ง ท่ีรูปคลน่ื ไมเปน สี่เหลย่ี มมมุ ฉากจรงิ แตจ ะเกดิ ความลาดเอยี งของรปู คลื่นปนมาดว ย ทําใหการหาคาลกั ษณะสมบตั ขิ องรปู คลน่ื พัลสจ าํ เปน ตอ งมรี ะดบั ทเี่ หมาะสมในการหาคา ใหเ ปนมาตรฐานเดียวกนั นาํ ไปใชเ ปรยี บเทยี บคณุ สมบตั ิของรปู คลื่นพลั สท ี่แตกตา งกนั ได

การหาคา คณุ ลกั ษณะของรปู คลนื่ พลั สใ ชง านจรงิ จาํ เปน ตอ งกําหนดระดบั การวดั คา ที่มีมาตรฐานเดียวกนั มาตรฐานทใ่ี ชง านในการวดั ความกวา งพลั ส และวัดคา แรงดันพลั สกาํ หนดคา ตาํ แหนง วดั ไวท ร่ี ะดบั ความแรง 10 % และ 90 % ของรูปคลนื่ พลั สร ปู นนั้ คาตางๆทเ่ี กดิ ข้นึ กับรปู คลืน่ พลั สใ ชง านจรงิ มีดังน้ี 1. เวลาเคลื่อนขนึ้ (Rise Time) หรือ tr คิดระยะเวลาของสญั ญาณพลั สเ รมิ่ เคลอ่ื นขนึ้ตง้ั แตค า ระดบั แรงดนั ท่ี 10 % จนถงึ คา ระดับแรงดันท่ี 90 % ของคา แรงดนั พลั สส งู สุด บอกหนว ยออกมาเปน วนิ าที (s) 2. เวลาเคล่อื นลง (Fall Time) หรอื tf คดิ ระยะเวลาของสญั ญาณพลั สเ รม่ิ เคลอื่ นลงจากคา แรงดนั สูงสดุ ของรปู คลนื่ พลั ส คิดทค่ี าเรม่ิ ตน ที่ระดับแรงดนั 90 % จนถึงคา ระดบัแรงดนั ที่ 10 % บอกหนวยออกมาเปน วนิ าที (s)

3. เวลาพัลส (td) คิดระยะเวลาของสญั ญาณพลั สท ่รี ะดบั แรงดนั พลั สม ากกวา 90 % ขน้ึไปของคา แรงดนั พลั สส งู สุด บอกหนว ยออกมาเปน วนิ าที (s) 4. เวลาชอ งวา งพลั ส (ts) คิดระยะเวลาของสัญญาณพลั สชว งลดตาํ่ ลงที่ระดบั แรงดนั พลั สนอยกวา 10 % ลงไปของคา แรงดนั พลั สส งู สดุ บอกหนวยออกมาเปน วนิ าที (s) 5. เวลาเกดิ พลั สซ ํา้ (prt) คดิ ระยะเวลาของสญั ญาณพลั ส ต้ังแตเวลาเคลอ่ื นขนึ้ ของระดับแรงดันพลั สท ี่ 10 % ขน้ึ ไปของพลั สล กู หนงึ่ ไปถงึ เวลาเคลื่อนขึน้ ท่ีระดบั แรงดันพลั สท ี่ 10 %ข้ึนไปของพลั สล ูกตอ ไป บอกหนวยออกมาเปน วนิ าที (s)

เม่อื prt = เวลาเกดิ พลั สซ าํ้ หนวย s tr = เวลาเคลอื่ นขน้ึ หนว ย s td = เวลาพัลส หนว ย s tf = เวลาเคลอ่ื นลง หนว ย s ts = เวลาชองวา งพัลส หนว ย s T = เวลาหนง่ึ รอบคลน่ื หนวย s