หน่วยที่ 4 คลิปเปอร์Qr

หนว่ ยที่ 4คลิปเปอร์จดั ทาโดย ครูปราณทิพย์ ชนวรี ์จารณุ ฐั

วิชา วงจรพัลส์และสวติ ชงิ 2105-2006หน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์สาระการเรียนรู้ 1. ไดโอดทางานเป็นสวิตช์ 2. วงจรคลิปเปอร์ 3. วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ อนกุ รม 4. วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนาน 5. วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานมไี บแอส 6. วงจรคลปิ เปอรแ์ บบใชไ้ ดโอดและซีเนอรไ์ ดโอดจุดประสงค์การเรยี นรู้ จดุ ประสงค์ทั่วไป 1. เพอ่ื ให้นักเรยี นมคี วามรู้ ความเขา้ ใจ วงจรคลิปเปอรแ์ บบตา่ ง ๆ 2. เพ่ือใหม้ ีกจิ นสิ ยั ในการพัฒนาคณุ ธรรม จริยธรรมหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 1-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006จุดประสงคเ์ ชงิ พฤตกิ รรม1. อธบิ ายการทางานของไดโอดท่ีทางานเปน็ สวิตช์ได2. อธบิ ายการทางานของวงจรคลิปเปอร์ได้3. อธบิ ายการทางานของวงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดตอ่ อนกุ รมได้4. อธิบายการทางานของวงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดตอ่ ขนานได้5. อธิบายการทางานของวงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนานมีไบแอสได้6. อธบิ ายการทางานของวงจรคลิปเปอร์แบบใชไ้ ดโอดและซีเนอร์ไดโอดได้7. มกี ารพัฒนาคุณธรรม จริยธรรม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์ที่ผสู้ อน สามารถสังเกตเห็นได้ในด้านมนุษยสมั พันธ์ มีวินยั ใชว้ สั ดุอุปกรณ์ ความ รับผิดชอบ ตรงต่อเวลาละเอยี ดรอบคอบ มีความกระตือรอื ร้นในการทางาน เชื่อม่นั ในตนเอง ซอื่ สตั ย์สุจรติ สนใจใฝ่รู้ รักสามคั คีหน่วยที่ 4 คลปิ เปอร์ 2-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 1. ไดโอดทำงำนเปน็ สวติ ช์ การทางานของตัวไดโอดข้ึนอยู่กับการจ่ายแรงดันไบแอสให้ตัวไดโอด ซึ่งจะมี 2 สภาวะ คือ  สภาวะไบแอสตรง (Forward Bias) เป็นสภาวะท่ไี ดโอดทางานหรอื นากระแส  สภาวะไบแอสกลับ (Reverse Bias) เปน็ สภาวะท่ีไดโอดไมท่ างานหรอื หยุดนากระแสหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 3-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-2006 ไดโอดทท่ี างานเป็นเสมือนสวิตช์ไฟฟา้ มสี ภาวะการทางาน 2 สภาวะ คือ สภาวะปิดวงจร (ON) ถ้าจ่ายแรงดันไบแอสตรงให้กับตัวไดโอด ไดโอดก็ จะนากระแสเปรียบเสมอื นกบั สวติ ช์ปิดวงจร “ON” สภาวะเปิดวงจร (OFF) ถ้าจ่ายแรงดันไบแอสกลับให้กับตัวไดโอดไดโอดก็จะไม่นากระแสเปรยี บเสมอื นกบั สวิตชเ์ ปิดวงจร “OFF”หน่วยที่ 4 คลิปเปอร์ 4-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 D + ON R D + RE I EI - - รูป ไดโอดทางานเป็นสวิตช์ขณะจ่ายแรงดันไบแอสตรง แสดงการทางานของไดโอดทางานเป็นสวิตช์ขณะจ่ายแรงดันไบแอสตรงไดโอดจะนากระแสเสมือนกับสวิตช์ “ON” แต่จะแตกต่างไปจากสวิตช์ไฟฟ้าจริงตรงที่ ไดโอดจะเร่ิมนากระแสได้นั้น แรงดันไบแอสตรงท่ีป้อนให้ตัวไดโอดต้องมีค่ามากกว่าแรงดันสมมุติระหว่างรอยต่อ ที่เรียกว่า แรงดันเทรสโฮลด์ (ThresholdVoltage) หรอื เรยี กอกี อย่างวา่ แรงดันคตั อนิ (Cut-in Voltage)หน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 5-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 D OFF +E D - R + R E - รูป ไดโอดทางานเปน็ สวติ ชข์ ณะจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั แสดงการทางานของไดโอดทางานเป็นสวิตช์ขณะจ่ายแรงดันไบแอสกลับไดโอดจะไม่นากระแสเสมือนกับสวิตช์เปิดวงจร “OFF” ในขณะจ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ไดโอดก็จะต้องคานึงถึงแรงดันไบแอสท่ีจ่ายให้ไดโอดด้วย โดยแรงดันไบแอสกลับทจ่ี ่ายใหไ้ ดโอดต้องมีคา่ มากกว่าแรงดันเทรสโฮลด์ดว้ ยเชน่ กันหน่วยที่ 4 คลปิ เปอร์ 6-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-20062. วงจรคลิปเปอร์ วงจรคลิปเปอร์ (Clipper Circuit) จะทาหน้าท่ีตัดสัญญาณของอินพุตVin ให้มีขนาดความแรงและรูปร่างตามต้องการ โดยที่ขนาดของสัญญาณอินพุตจะถูกจากดั ด้วยแรงดันค่าหนงึ่ ทาให้สัญญาณเอาต์พุต Vout ท่ีได้จะมีค่าไม่เกินแรงดันนั้นจงึ มชี ือ่ เรยี กอีกอย่างว่า วงจรลิมิตเตอร์ (Limiter Circuit)หน่วยที่ 4 คลิปเปอร์ 7-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 Vin Vout _ t 0+ 0+ t _ t Vin Vout Vout _ 0+ รปู การทางานของวงจรคลิปเปอร์ แสดงการทางานของวงจรคลปิ เปอร์ เมอื่ จา่ ยคลนื่ สญั ญาณไฟกระแสสลับผา่ นเข้าทางดา้ น Vin ของวงจรคลิปเปอร์ จะมสี ญั ญาณบางส่วนถกูตดั ทงิ้ ไป ทาให้เหลอื สัญญาณทส่ี ่งออก Vout ไมเ่ ทา่ เดมิหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 8-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 วงจรคลิปเปอร์ทน่ี ิยม วงจรคลปิ เปอรท์ น่ี ิยมใชง้ านจะเป็นชนิดทใ่ี ช้ไดโอดทาหน้าที่ตัดสัญญาณตามตาแหน่งการวางไดโอดแบง่ ออกไดเ้ ป็น 2 ลกั ษณะ คือ  วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดต่ออนกุ รม (Series Diode Clipper Circuit)  วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนาน (Shunt Diode Clipper Circuit)หนว่ ยท่ี 4 คลิปเปอร์ 9-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 3. วงจรคลปิ เปอร์แบบไดโอดตอ่ อนกุ รม คุณสมบัตขิ องไดโอดท่ีทางานเป็นสวิตช์ โดยสวิตช์จะอย่ใู นสภาวะ “ON”เมื่อไดโอดได้รับไบแอสตรง และสวิตช์จะอยู่ในสภาวะ “OFF” เมื่อไดโอดได้รับไบแอสกลับ ทาให้สามารถกาหนดแรงดันเอาตพ์ ตุ เป็นช่วงบวกหรอื ชว่ งลบก็ได้ วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดอนกุ รมแบง่ ตามลักษณะการวางตัวไดโอดได้2 แบบ คือ  วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดต่ออนุกรมตัดคลื่นด้านลบ  วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ อนุกรมตัดคลน่ื ด้านบวกหนว่ ยที่ 4 คลิปเปอร์ 10-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชิง 2105-2006 วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ อนุกรมตัดคล่ืนด้านลบ แสดงวงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดต่ออนกุ รมตัดคลน่ื ด้านลบ D + + + Vin 0 - _ tVin - R Vout + + Vout t 0 รูป วงจรคลปิ เปอร์แบบไดโอดต่ออนกุ รมตัดคล่ืนด้านลบหน่วยที่ 4 คลปิ เปอร์ 11-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 คุณสมบตั ิการทางาน คณุ สมบตั กิ ารทางานไดโอดในทางอุดมคติ ท่ีมสี ภาวะเป็นสวิตช์ “ON” และ “OFF”ปอ้ นสญั ญาณคลื่นไซน์ D ไดส้ ญั ญาณออกทางเข้าทาง Vin + - Vout Vin R Voutหน่วยที่ 4 คลปิ เปอร์ 12-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ อนุกรมตัดคลื่นด้านบวก แสดงวงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ อนกุ รมตัดคลน่ื ด้านบวก + + Vin 0 t _ D + - -Vin R Vout + Vout 0 t - _ รูป วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่ออนุกรมตัดคลื่นด้านบวกหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 13-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-2006 4. วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนาน วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนาน (Shunt Diode Clipper Circuit) วงจรจะประกอบดว้ ย ไดโอดตอ่ อนุกรมกบั ตวั ต้านทาน วดั แรงดันตกคร่อมท่ีตัวไดโอดเป็นแรงดัน ออกเอาต์พุต ไดโอดจะต่อขนานกับข้ัวเอาต์พุต และทาหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดวงจร “ON” หรอื สวิตช์เปิดวงจร “OFF” แรงดันที่ออกเอาต์พตุ จะเกิดตรงกันข้ามกับการทางานของไดโอด คอื เมื่อสวติ ชอ์ ย่ใู นสภาวะปดิ วงจร “ON” สัญญาณทป่ี ้อนเขา้ มาจะถกู ตัดทิ้งไป เมือ่ สวิตชเ์ ปิดวงจร “OFF” สญั ญาณทปี่ อ้ นเข้ามาจะผา่ นออกเอาต์พุตได้หน่วยที่ 4 คลปิ เปอร์ 14-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-2006 วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานแบ่งตามลกั ษณะการวางตัวไดโอดได้2 แบบ คือ  วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดต่อขนานตัดคล่ืนดา้ นลบ  วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดต่อขนานตดั คล่ืนด้านบวกวงจรและการทางาน + + Vin 0 R _ t Vin + - - D Vout + + Vout t 0 รูป วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานตัดคลื่นด้านลบหนว่ ยที่ 4 คลิปเปอร์ 15-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-2006 + R Vin 0 + _ t + - -Vin D Vout + Vout 0 t - _ รูป วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานตัดคลื่นด้านบวกหนว่ ยที่ 4 คลิปเปอร์ 16-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 5. วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดตอ่ ขนานมไี บอัส วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนานมีไบแอส (Bias Shunt DiodeClipper Circuit) จะใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงต่ออนุกรมกับไดโอดเพ่ือเลือกตาแหน่งการตัดรูปสัญญาณตามท่ีต้องการ ซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ถูกตัดจะมีค่าเท่ากับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต่ออนุกรมกับไดโอดบวกกับแรงดันตกคร่อมไดโอดขณะไบแอสกลับ แบ่งเปน็ 2 แบบ  วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานมีไบแอสตัดสญั ญาณด้านลบ  วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานมไี บแอสตดั สญั ญาณด้านบวกหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 17-26

วิชา วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 ลกั ษณะวงจรและการทางาน + + Vin 0 R D- - t - tVin Vout - VB + + Vout 0 + -VBรปู วงจรคลปิ เปอรแ์ บบไดโอดตอ่ ขนานมีไบแอสตัดสัญญาณดา้ นลบหน่วยท่ี 4 คลิปเปอร์ 18-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 ลักษณะวงจรและการทางาน + + Vin 0 R D- - t - tVin Vout + VB +VB - Vout 0 + -รูป วงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดต่อขนานมีไบแอสตัดสัญญาณดา้ นบวกหนว่ ยที่ 4 คลปิ เปอร์ 19-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชิง 2105-2006 6. วงจรคลิปเปอร์แบบใชไ้ ดโอดและซเี นอรไ์ ดโอด วงจรคลิปเปอร์แบบใช้ไดโอดและซีเนอร์ไดโอด ถูกนามาใช้แทนวงจรคลิปเปอร์ที่ต่อแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงไบแอสให้กับไดโอด เนื่องจากแบตเตอรี่มีข้อจากัดเร่ืองอายุการใช้งานและขนาด โดยมีหลักการทางานของวงจรคือ ถ้าแรงดันไฟฟ้าท่ีปอ้ นเขา้ มาทางอนิ พตุ มีค่ามากกว่าแรงดันซีเนอร์ จะมีกระแสไหลผ่านตัวซีเนอร์ไดโอดแรงดันไฟฟ้าท่ีถูกตัดจะเท่ากับแรงดันซีเนอร์บวกด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมท่ีตัวไดโอดขณะท่ไี ด้รบั ไบแอสตรง แบ่งเป็น 3 แบบ คือ  วงจรคลปิ เปอรต์ ัดคลน่ื ด้านบวกแบบใชไ้ ดโอดและซีเนอรไ์ ดโอด  วงจรคลิปเปอรต์ ดั คลนื่ ดา้ นลบแบบใช้ไดโอดและซีเนอรไ์ ดโอด  วงจรคลปิ เปอรต์ ดั คลนื่ 2 ดา้ นแบบใช้ซเี นอรไ์ ดโอดหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 20-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-2006 ลกั ษณะวงจรและการทางาน R+ + t Vin 0 - D - Vin Vout ZD VZ +VZ Vout 0 + t - -รูป วงจรคลิปเปอรต์ ัดสญั ญาณดา้ นบวกแบบใช้ไดโอดและซีเนอรไ์ ดโอดหนว่ ยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 21-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 ลกั ษณะวงจรและการทางาน + + Vin 0 R D- - t - tVin Vout ZD VZ + Vout 0 -VZรูป วงจรคลิปเปอรต์ ดั สัญญาณดา้ นลบแบบใช้ไดโอดและซีเนอรไ์ ดโอดหนว่ ยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 22-26

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 ลกั ษณะวงจรและการทางาน R+ ZD1 VZ1 + t Vin 0 -Vin Vout - ZD2 VZ2 +VZ Vout 0 + t - รูป วงจรคลิปเปอรต์ ดั สัญญาณ 2 ดา้ นแบบใช้ซเี นอรไ์ ดโอดหนว่ ยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 23-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-2006สรปุ วงจรคลิปเปอร์หรือวงจรลิมิตเตอร์ เป็นวงจรตัดรูปคล่ืนสัญญาณไฟสลับท่ีส่งเข้ามา ให้มีรูปคล่ืนไฟสลับท่ีออกเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงไปตามต้องการในลักษณะไม่เป็นเชิงเส้น แบ่งลักษณะการจัดไดโอดในวงจรคลิปเปอร์ได้เป็นไดโอดตอ่ อนุกรมและไดโอดต่อขนาน วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่ออนุกรม มีไดโอดต่ออนุกรมกับตัวต้านทานสัญญาณออกเอาต์พุตเป็นสัญญาณตกคร่อมตัวรีซิสเตอร์ ไดโอดทางานเป็นสวิตช์ปิดวงจร“ON” มีสัญญาณออกท่ี เอาต์พุต และไดโอดทางานเป็นสวิตช์เปิดวงจร“OFF” ไม่มสี ัญญาณออกทเี่ อาต์พตุหน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 24-26

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนาน มีไดโอดต่ออนุกรมกับตัวต้านทานสัญญาณออกเอาต์พุตเป็นสัญญาณตกคร่อมตัวไดโอด โดยตัวไดโอดต่อขนานกับขั้วต่อเอาต์พุต ไดโอดทางานเป็นสวิตช์ปิดวงจร “ON” ไม่มีสัญญาณออกท่ีเอาต์พุตและไดโอดทางานเป็นสวิตช์เปิดวงจร“OFF” มสี ัญญาณออกทเ่ี อาตพ์ ตุ วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนานมีไบแอส จะใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงต่ออนุกรมกับไดโอดเพ่ือเลือกตาแหน่งการตัดรูปสัญญาณตามต้องการแบ่งเป็น 2 แบบ คือ วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนานมีไบแอสตัดคล่ืนด้านลบและวงจรคลิปเปอรแ์ บบไดโอดต่อขนานมีไบอสั ตดั คล่ืนดา้ นบวกหน่วยท่ี 4 คลิปเปอร์ 25-26

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 วงจรคลิปเปอร์แบบใช้ไดโอดและซีเนอร์ไดโอด ถูกนามาใช้แทนวงจรคลิปเปอรท์ ต่ี อ่ แหล่งจ่ายไฟกระแสตรงไบแอสให้กับไดโอด เน่อื งจากแบตเตอรี่ มีข้อจากัดเรื่องอายุการใช้งานและขนาด โดยมีหลักการทางานของวงจรคือ ถ้าแรงดันไฟฟา้ ท่ีปอ้ นเขา้ มาทางอินพตุ มคี ่ามากกวา่ แรงดันซีเนอร์ จะมีกระแสไหลผ่านตัวซีเนอร์ไดโอด แรงดันไฟฟ้าท่ีถูกตัดจะเท่ากับแรงดันซีเนอร์บวกด้วยแรงดันไฟฟ้าทต่ี กครอ่ มทต่ี ัวไดโอดขณะท่ีได้รบั ไบแอสตรง วงจรคลิปเปอรส์ ามารถนาไปประยกุ ต์ใช้งานในวงจรต่าง ๆ เชน่วงจรเร็กติไฟเออร์แบบต่าง ๆ วงจรเครื่องส่งวิทยุ วงจรเครื่องรับวิทยุ วงจรขับรีเลย์เปน็ ตน้หน่วยท่ี 4 คลปิ เปอร์ 26-26