เอกสารแผ่นใส หน่วยที่ 1

ส่ือการเรียนการสอน รายวิชา ออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี รหสั วิชา 30105-2004 ช่ือหน่วย หลกั การเบอื้ งต้นของออปแอมป์ จัดทาโดย ปกจิ ตาณันท์ พรหมผาง

รายวชิ า ออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี รหสั วชิ า 30105-2004 ช่ือหน่วย หลักการเบอื้ งต้นของออปแอมป์ จุดประสงค์ 1. เข้าใจหลักการเบอื้ งต้นของออปแอมป์ 2. นักเรียนมีวนิ ัย และมีความรับผดิ ชอบ จุดประสงค์เชิงพฤตกิ รรม 1. บอกหลักการเบอื้ งต้นของออปแอมป์ ได้ 2. อธิบายถงึ วธิ ีการเลือกใช้งานออปแอมป์ ได้ 3. คานวณหาค่าต่างๆ ท่ีเก่ียวข้องกับคุณสมบตั ิ ของออปแอมป์ ได้ 4. นักเรียนมีพฤตกิ รรมบ่งชีถ้ งึ ความมีวนิ ัย, ความรับผิดชอบ

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คุณสมบตั ทิ ่วั ไปของออปแอมป์ +VCC Input - 1 2 3 Output Input + -VCC 1. High input impedance differential amplifier ทาหน้าท่เี ปรียบเทียบสัญญาณ 2. High gain voltage amplifier ทาหน้าท่ขี ยายสัญญาณอนิ พุต 3. Low impedance output amplifier ทาหน้าท่ีปรับค่าอมิ พแิ ดนช์ทางเอาต์พุต แผ่นท่ี 1

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คคุณุณสสมมบบตั ัติขทิอ่งวั อไปอปขแอองมอปอ์ ใปนแออดุ มมคป์ติ 1. ค่าอนิ พุตอมิ พแิ ดนช์ +VCC ออปแอมป์ มคี ่าค่าอนิ พตุ อมิ พแิ ดนช์สงู เป็ นInอpนuัtน-ต์ จงึ เป็ นผลทาให้กระแสทางอนิ พตุ มไบีคอI่าnัสตpท่าuจาtนง+อเกนิ ือพบตุ เท่ากับศูนย์ หรือไม่มีกระแส Output 2. อัตอรอาปขแยอายมขป์ ณมีคะ่เาปอิ ดัตลรูปาข(-ยOVาCpยCeขnณloะoเpปิ ดmลoูปdeส)ูงมาก เป็ นอนันต์ซ่งึ หมายความว่าแรงดันระหว่างขัว้ อนิ พุต ควรมีค่าใกล้ศูนย์ 3. เอาท์พุตอมิ พแิ ดนช์ (Zout) ออปแอมป์ มีค่าเอาท์พุตอมิ พแิ ดนช์ต่ามาก จนไม่เป็ นโหลดต่อภาคเอาท์พุตของวงจรขยาย แผ่นท่ี 2

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1.สคัญุณลสักมษบณัต์ททิ ่่วัวั ไไปปขขอองงออออปปแแออมมปป์์ +VCC Input - Output Input + -VCC y Type or part number of Opamp y Inverting input terminal y Noninverting input terminal y Orther leads y + Vcc y - Vcc y Output แผ่นท่ี 3

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 12. คลุณักสษมณบะัตกทิ า่วัรไทปาขงาอนงอของปอแออปมแป์อมป์ +VCC Input - Output Input + y เป็ นการใช้งานอย่ใู น-ลVักCCษณะของลูปเปิ ด y ให้อัตราขยายสูงมากเป็ นอนันต์ y การใช้งานจริงแรงดนั เอาท์พุตอาจจะมีค่า สูงสุดประมาณ 90 % ของแรงดัน Vcc y สามารถประยุกต์ใช้งานได้ดังนี้ o วงจรคอมพาราเตอร์ o วงจรขยายสัญญาณ ฯลฯ แผ่นท่ี 4

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 12.. คลุณักสษมณบะัตกทิ า่วัรไทปาขงาอนงอขอองปอแออปมแป์อมป์ +VCC Input - Output Input + -VCC y เป็ นการใช้งานอยู่ในลักษณะของลูปปิ ด y อัตราขยายขนึ้ อยู่กับการอัตราการป้ อนกลับ y การใช้งานจริงแรงดนั เอาท์พุตอาจจะมีค่า น้อยกว่าค่าสูงสุดซ่งึ ขนึ้ อยู่กับ Rf y สามารถประยุกต์ใช้งานได้ดังนี้ o วงจรขยายสัญญาณ ฯลฯ แผ่นท่ี 5

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 21.. คลุณักษสณมบะกตั าทิ ร่วั ทไปางขาอนงขออองปอแออปมแปอ์ มป์ +VCC Input - Output Input + -VCC y เป็ นการใช้งานอยู่ในลักษณะของลูปปิ ด y อัตราขยายขนึ้ อย่กู ับการอัตราการป้ อนกลับ y การใช้งานจริงแรงดันเอาท์พุตอาจจะมีค่า น้อยกว่าค่าสูงสุดซ่งึ ขนึ้ อย่กู ับอัตราส่วน ระหว่าง y สามารถประยุกต์ใช้งานได้ดงั นี้ o วงจรขยายสัญญาณ ฯลฯ แผ่นท่ี 6

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 21. คลุณักสษมณบะตักทิา่รวั ทไปางขาอนงขอองปอแออปมแปอ์ มป์ +VCC Input - Output Input + -VCC y เป็ นการใช้งานอยู่ในลักษณะของลูปปิ ด y อัตราขยายเท่ากับ 1 y การใช้งานจริงแรงดนั เอาท์พุต มีค่าเท่ากบั 1 y สามารถประยุกต์ใช้งานได้ดังนี้ o วงจรกันชนสัญญาณ ฯลฯ แผ่นท่ี 7

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คุณสมบัตทิ ่วั ไปของออปแอมป์ สรุปความสัมพนั ธ์ของขัว้ อนิ พุตและเอาต์พุต +VCC Input - Output Input + -VCC y ถ้ากาหนดให้ขัว้ - มีศักดาเป็ นบวก สูงกว่าขัว้ + จะได้เอาท์พุต มีค่าเป็ น - Maximum y ถ้ากาหนดให้ขัว้ + มีศักดาเป็ นบวก สูงกว่าขัว้ - จะได้เอาท์พุต มีค่าเป็ น + Maximum แผ่นท่ี 8

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13..คคุณุณสสมมบบัตัตทิ ิ่วัแไลปะขคอ่างพอาอรปามแอิเตมอปร์ ์ +VCC 1. อนิ พุตอิมพแิ ดนช์ของออปแอมป์ Input - yทางอุดมคตคิ ่าอนิ พุตอมิ พแิ ดนช์ Input + มีค่าสูงมากโดยมีค่าเท่ากับอOนuันtpตu์ t yทางปฏบิ ัตแิ ล้วค่าเกดิ ขนึ้ จะมคี ่า โดยประมาณ -VCC หมายเหตุ o ค่าอนิ พุตอมิ พแิ ดนช์ย่งิ มีค่าสูงขนึ้ ประสทิ ธิภาพในการทางานของออปแอมป์ ย่งิ ดี ขนึ้ ตาม o แต่ผลคือเม่ือใช้งานในย่าน ความถ่สี ูง จะทาให้เกดิ ค่าคาปาซแิ ตนช์ขนึ้ ท่ีอนิ พุตของวงจรค่าประมาณ แผ่นท่ี 9

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13..คคุณุณสสมมบบัตตัทิ ิ่วัแไลปะขคอ่างพอาอรปามแอเิ ตมอปร์ ์ +VCC 2. เอาท์พุตอิมพแิ ดนช์ของออปแอมป์ Input - yทางอุดมคตคิ ่าเอ้าท์พุตอมิ พแิ ดนช์ Input + yทมาีคง่าปตฏ่าบิมตัากแิ โลด้วยคม่าีคเก่าดิศขูนนึ้ยจ์ ะมOคี u่าtput โดยประมาณ -VCC หมายเหตุ o ค่าเอ้าท์พุตอมิ พแิ ดนช์ย่งิ มีค่าต่า ประสทิ ธิภาพในการทางานของออปแอมป์ ย่งิ ดี ขนึ้ ตาม o การคานวณในทางทฤษฏี จะกาหนดให้มีค่าโดยประมาณเป็ น แผ่นท่ี 10

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13..คคุณุณสสมมบบัตัตทิ ิ่วัแไลปะขคอ่างพอาอรปามแอิเตมอปร์ ์ 3. กระแสไบอัสด้านอินพ+VุตCขCองออปแอมป์ Input - yทางอุดมคตคิ ่ากระแสไบอัสด้าน Input + yอทนิ าพงปุตฏมบิ ีคัต่าตแิ ่ลาม้วคาก่าทโด่เี กยมดิ ีขค่นึา้ ศจูนะOมยu์ีคtp่าut โดยประมาณ -VCC หมายเหตุ o ค่ากระแสไบอัสด้านอนิ พุตย่งิ มีค่า ต่าประสทิ ธิภาพในการทางานของออปแอมป์ ย่งิ ดีขนึ้ ตาม o การลดค่ากระแสไบอัสด้าน อนิ พุตของออปแอมป์ อาจจะทาได้โดยการ เลือกใช้ออปแอมป์ ท่ีมีอนิ พุตเป็ น FET แผ่นท่ี 11

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13. .คุณคุณสมสบมตับทิัต่วัิ แไปลขะคอ่างพออารปาแมอิเตมอป์ ร์ 4. แรงดนั ออฟเช็ททเ่ี อาท+์พVตุ CขC องออปแอมป์ Input - yทางอุดมคตแิ รงดนั ออฟเซท็ ท่เี อ้าท์พุต จะมีค่าเป็ นศูนย์ หเมร่ือือแเทร่งาดกนัันOอuนิ tpพuุตt Input + ทัง้ สองเป็ นศูนย์ yทางปฏบิ ัตแิ ล้วแรงดนั ออฟเซท็ ท่เี อ้าท์พุตจะม-VีคC่าCไม่เป็ นศูนย์ หมายเหตุ o จะต้องลดค่าแรงดันออฟเซท็ ท่ีเอ้าท์พุตให้มีค่าต่าลง เพ่ือประสทิ ธิภาพ ในการทางานของออปแอมป์ ท่สี ูงขนึ้ o การลดค่าแรงดนั ออฟเซท็ ท่เี อ้าท์พุตให้มีค่าเป็ นศูนย์ ทาได้โดยการ ปรับความสมดุลย์ทางอนิ พุต แผ่นท่ี 12

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13. .คุณคุณสมสบมัตบทิตั ่วัิ แไปลขะคอ่างพออารปาแมอเิ ตมอป์ ร์ +VCC 5. กระแสออฟเช็ททอี่ นิ พุตของออปแอมป์ Input - การปรับกระแสออฟเช็ท Input + yทางอุดมคตจิ ะทาได้โดยการOปuรtัpบut กระแสอนิ พุตให้มีค่าเท่ากนั yทใหาง้อปนิ ฏพิบุตตั แพิ ตบก-วVต่า่CาเCงรกาันต้เอลงก็ จน่า้ยอกยระแส หมายเหตุ o ค่ากระแสออฟเชท็ โดยท่วั ไป จะมีค่าโดยประมาณ o ในวงจรใช้งานจริงอาจจะไม่ต้อง คานึงถงึ เน่ืองจากค่ากระแสมีค่าต่ามาก แผ่นท่ี 13

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13..คคุณุณสสมมบบตั ัตทิ ิ่วัแไลปะขคอ่างพอาอรปามแอเิ ตมอปร์ ์ +VCC 6. แรงดนั ออฟเช็ททอ่ี นิ พตุ ของออปแอมป์ Input - การปรับแรงดนั ออฟเช็ท Input + yทางอุดมคตจิ ะทาได้โดยการOปuรัtบput แรงดนั อนิ พุตให้มีค่าเท่ากัน yทใหาง้อปนิ ฏพบิ ุตัตแพิ ตบกว-ตV่า่าCเงรCกานัต้อเลงก็จน่าย้อแยรงดนั หมายเหตุ o ค่าแรงดันออฟเชท็ โดยท่วั ไป จะมีค่าโดยประมาณ o ในวงจรใช้งานจริงอาจจะไม่ต้อง คานึงถงึ เน่ืองจากค่าแรงดนั มีค่าต่ามาก แผ่นท่ี 14

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 31.. คคุณุณสสมมบบตั ตั ทิ ิ แ่วั ลไปะขค่อาพงอาอราปมแิเอตมอปร์์ +VCC 7. อตั ราสลูว์ (Slew rate) Input - yหมายถงึ อัตราการเปล่ียนแปลง Input + สูงสุดของแรงดันเอาท์พุต Output เทยี บกับเวลา yปรคะ่าสยทิ ่งิ ธมิภีคา่าพสใูงนมกา-กาVรเCททC่าาใงดานย่งิ แสดงถงึ ของออปแอมป์ yออปแอมป์ ให้ค่าอัตราสลูว์แต่ละตวั มีค่าไม่เหมือนกนั แผ่นท่ี 15

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 13. .คุณคุณสมสบมตับทิัต่วัิ แไปลขะคอ่างพออารปาแมอเิ ตมอป์ ร์ +VCC 7. อัตราสลูว์ (Slew rate) Input - yการคานวณหาค่าอัตราสลูว์ Input + Output -VCC อัตราสลูว์ = การเปล่ียนแปลงสูงสุดของแรงดนั เอาท์พตุ การเปล่ียนแปลงเวลา แผ่นท่ี 16

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คุณสมบกัตาทิ ร่วัทไดปลขอองงทอ่ีอ1ปแอมป์ เร่ือง การวัดค่า Input+VofCfCset voltage 1. Inจpุดutป-ระสงค์เชงิ พฤตกิ รรม Inpout + สามารถวัดค่า Input offset voltOaguetput ของ Op ampได้ o บอกคุณสมบัติ In-pVuCtC offset voltage ของ Op ampได้ o นักเรียนมีพฤตกิ รรมบ่งชีถ้ งึ ความมีวนิ ัย, ความรับผิดชอบ แผ่นท่ี 17

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 2. วง1จ. รคสุณาหสมรับทัตดทิ ล่วั อไปงของออปแอมป์ +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอื้ งต้น การออกแบบและการคานวณมีรายละเอียดดงั นี้ Closed loop gain Input offset voltage แผ่นท่ี 18

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คุณสมบตั ทิ ่วั ไปของออปแอมป์ เร่ือง การกวาัดรคท่าดInลpอ+uVtงCทbC่iี a2s current 1I.npจutุด-ประสงค์เชงิ พฤตกิ รรม Inpuot + สามารถวัดค่า Input bias curOreunttput ของ Op ampได้ o บอกคุณสมบัติ -IVnCpCut bias current ของ Op ampได้ o นักเรียนมีพฤตกิ รรมบ่งชีถ้ งึ ความมีวนิ ัย, ความรับผิดชอบ แผ่นท่ี 19

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 2. 1ว.งจครุณสสามหบรับตทิ ่ดวั ไลปอขงองออปแอมป์ +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอื้ งต้น Input Bias Current คานวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้ แผ่นท่ี 20

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เรื่อง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คุณสมบตั ทิ ่วั ไปของออปแอมป์ เร่ือง กากรวาัดรคท่าดIลnpอ+uVงtCทCi่mี 3pedance 1I.npจutุด-ประสงค์เชงิ พฤตกิ รรม Inpuot + สามารถวัดค่า Input impedanOceutput ของ Op ampได้ o บอกคุณสมบัติ -IVnCpCut impedance ของ Op ampได้ o นักเรียนมีพฤตกิ รรมบ่งชีถ้ งึ ความมีวนิ ัย, ความรับผดิ ชอบ แผ่นท่ี 21

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 2. 1ว.งจครุณสสามหบรับตทิ ่ดวั ไลปอขงองออปแอมป์ +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอื้ งต้น Input Bias Current คานวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้ Input Impedance หาได้จาก และจากวงจรหาได้จากสมการ แผ่นท่ี 22

การใช้งานออปแอมป์ และลิเนียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 1. คุณสมบัตทิ ่วั ไปของออปแอมป์ เร่ือง กากรวาัดรคท่าดIลnpอ+uVงtCทCi่mี 3pedance 1I.npจutุด-ประสงค์เชงิ พฤตกิ รรม Inpuot + สามารถวัดค่า Slew rate Output ของ Op ampได้ o บอกคุณสมบัติ -SVlCeCw rate ของ Op ampได้ o นักเรียนมีพฤตกิ รรมบ่งชีถ้ งึ ความมีวนิ ัย, ความรับผิดชอบ แผ่นท่ี 23

การใช้งานออปแอมป์ และลเิ นียร์ไอซี เร่ือง หลกั การเบอื ้ งต้นของออปแอมป์ 2. 1ว.งจครุณสสามหบรับตทิ ่ดวั ไลปอขงองออปแอมป์ +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอื้ งต้น การออกแบบและการคานวณมีรายละเอียดดงั นี้ อตั ราสลวู ์ = การเปลีย่ นแปลงสงู สดุ ของแรงดนั เอาท์พตุ การเปล่ยี นแปลงเวลา แผ่นท่ี 24