หน่วยที่ 11 การกำเนิดสัญญาณ

หน่วยที่ 11การกาเนิดสัญญาณจดั ทาโดย ครปู ราณทพิ ย์ ชนวรี ์จารณุ ฐั

วิชา วงจรพลั ส์และสวติ ชิง 2105-2006 หน่วยที่ 11 การกาเนิดสญั ญาณสาระการเรียนรู้ 1. วงจรกาเนดิ สญั ญาณ 2. วงจรกาเนดิ สัญญาณฟันเลื่อยโดยใชไ้ อซเี บอร์ 555 3. วงจรกาเนิดสัญญาณรูปสีเ่ หล่ยี มโดยใชไ้ อซีเบอร์ 555จดุ ประสงค์การเรียนรู้ จดุ ประสงคท์ ั่วไป 1. เพ่อื ให้นกั เรียนมคี วามรู้ และเขา้ ใจเกีย่ วกบั การกาเนดิ สัญญาณแบบต่าง ๆ 2. เพอื่ ให้มีกจิ นิสยั ในการพัฒนาคุณธรรม จรยิ ธรรมหนว่ ยท่ี 11 การกาเนิดสัญญาณ 1-17

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-2006จดุ ประสงค์เชิงพฤติกรรม1. บอกหน้าทขี่ องวงจรกาเนิดสญั ญาณได้2. อธิบายการทางานของวงจรกาเนดิ สัญญาณรปู ฟนั เล่ือยได้3. คานวณหาค่าพารามิเตอรข์ องวงจรกาเนิดสญั ญาณรปู ฟนั เลือ่ ยได้4. อธิบายการทางานของวงจรกาเนดิ สญั ญาณรูปส่ีเหลี่ยมได้5. คานวณหาค่าพารามิเตอรข์ องวงจรกาเนดิ สัญญาณรปู สี่เหล่ียมได้6. มกี ารพัฒนาคณุ ธรรม จรยิ ธรรม และคุณลักษณะอันพึงประสงค์ที่ผูส้ อน สามารถสงั เกตเห็นได้ในดา้ นมนษุ ยสัมพันธ์ มีวนิ ยั ใช้วสั ดอุ ุปกรณ์ ความ รบั ผดิ ชอบ ตรงต่อเวลาละเอียดรอบคอบ มคี วามกระตอื รือร้นในการทางาน เช่อื มนั่ ในตนเอง ซอ่ื สัตยส์ จุ รติ สนใจใฝร่ ู้ รักสามัคคีหนว่ ยท่ี 11 การกาเนิดสญั ญาณ 2-17

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-20061. วงจรกาเนดิ สญั ญาณ สัญญาณต่าง ๆ จะกาเนิดขึ้นมาได้น้ัน จาเป็นต้องอาศัยแหล่งกาเนิด โดยจะกาเนิดสัญญาณที่มีรูปร่างแตกต่างกันออกไป ซ่ึงรูปสัญญาณต่าง ๆ เหล่านี้ จะถูกสร้างมาจากวงจรกาเนดิ สัญญาณ (Oscillator Circuit) วงจรกาเนิดสัญญาณไฟฟ้า หมายถึง วงจรท่ีทาหน้าที่ กาเนิดสัญญาณไฟฟ้าต่าง ๆ ให้มีรูปร่างตามต้องการ เพื่อนาสัญญาณเหล่าน้ีไปใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ แบ่งออกได้เป็นสองกลุ่มใหญ่ ๆ ด้วยกันคือ วงจรกาเนิดสญั ญาณรูปไซน์ (Sinusoidal wave) และวงจรกาเนิดสัญญาณทีไ่ มใ่ ชร่ ปู ไซน์(Non-Sinusoidal Wave)หน่วยที่ 11 การกาเนดิ สัญญาณ 3-17

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-20062. วงจรกาเนิดสญั ญาณฟันเล่ือยโดยใชไ้ อซีเบอร์ 555เป็นวงจรที่สร้างสัญญาณรูปคล่ืนลาดเอียง ซึ่งมีลักษณะเพิ่มหรือลดลงอย่างเป็นเชิงเส้นเมื่อเทียบกับเวลา เราสามารถสร้างวงจรกาเนิดสัญญาณรูปฟันเล่ือยแบบง่าย ๆ และมเี สถียรภาพที่ดไี ด้ โดยใชไ้ อซีเบอร์ 555 +VCC VCC D1 IE 4 8 OUTPUT 1 OUTPUT 1 1N4001 BD140 Q1 IC 0 t 555 3 tR1 IB IC 5 VCCOUTPUT 2 7 6 C2 2วงจร C1 OUTPUT 2 2 VCC 3 1 1 VCC 3 0 tp td รูปคล่ืน รูป วงจรกาเนิดสญั ญาณฟนั เล่ือยทใี่ ช้ไอซเี บอร์ 5T55หนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สญั ญาณ 4-17

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006สาหรับค่าคาบเวลา (T) ในการกาเนิดสัญญาณจะมีค่าใกล้เคียงกับเวลาในการเกบ็ ประจขุ อง ตวั เก็บประจุ C1 หาคา่ ไดจ้ ากสมการ T = VCC C (สมการท่ี 11-1) 3IC (สมการท่ี 11-2) VCC;VBE (สมการที่ 11-3) IB = R IC = βIBการคานวณค่าความถ่ขี องการกาเนิดสญั ญาณฟันเลื่อย หาไดจ้ ากสมการf = 3IC (สมการท่ี 11-4) VCCCหนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สัญญาณ 5-17

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006T คอื ค่าคาบเวลาF คือคา่ ความถี่ คืออตั ราการขยายสัญญาณC คือตวั เกบ็ ประจุมหี นว่ ยเป็น ฟารัด (F)IB คือกระแสเบสมีหน่วยเป็น แอมแปร์ (A)IC คือกระแสคอลเลคเตอรม์ ีหน่วยเป็น แอมแปร์ (A)VCC คอื แรงดนั แหล่งจ่ายไฟฟ้ามีหน่วยเป็น โวลต์ (V)VBE คอื แรงดันตกคร่อมรอยตอ่ เบสและอมิ ติ เตอรข์ องทรานซิสเตอร์ เม่ืออิ่มตัว มีหนว่ ยเปน็ โวลต์ (V)หนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สัญญาณ 6-17

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006ตวั อยา่ งท่ี 11.1คานวณหาความถี่ของสัญญาณเอาต์พุต เมอื่ ทรานซิสเตอร์เบอร์ 2N3906 มี hfe = 60 + 9V R1 D1 1N4001 IE 4 8 3100K IB Q1 IC 5 OUTPUT 1 555 2N3906 IC C2 7 OUTPUT 2 6 0.1μF 2 C1 1 0 .01 μ F รูป วงจรกาเนดิ รูปสัญญาณฟันเลอ่ื ยหนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สัญญาณ 7-17

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006วิธีทา IB = VCC;VBE R1 จากสตู ร = = 9V;0.7V 100kΩ 83µAจากโจทย์ กาหนด hfe = 60 ดงั นนั้ คานวณหาค่า IC IC = ßIB = 60 × 83 µA = 4,980µAหนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สญั ญาณ 8-17

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 f= 3IC = 3V×CC4×,9C80µA 9V×0.01µF = 3×4,980×10−6 = = 196V6×,000.001H×z10−6 166 kHzตอบความถ่ีของสญั ญาณเอาตพ์ ุตของวงจรเทา่ กับ 166 kHzหนว่ ยที่ 11 การกาเนดิ สญั ญาณ 9-17

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 3. วงจรกาเนดิ สญั ญาณรูปสี่เหลย่ี มโดยใชไ้ อซเี บอร์ 555 วงจรกาเนดิ สัญญาณรูปสี่เหลีย่ มโดยใชไ้ อซเี บอร์ 555 ทตี่ ้องการDuty Cycle 50 % จะประกอบด้วยตัว R1, R2 และตัว C1 เป็นตัวกาหนดคาบเวลาและความถขี่ องสัญญาณท่ีเกิดและตัว D1 ท่ีให้กระแสไหลผ่านขณะคายประจุ โดยไม่ตอ้ งผา่ นตัว R2 ทาใหเ้ วลาของสญั ญาณพัลส์บวกเทา่ กบั เวลาของสัญญาณพัลส์ลบหน่วยที่ 11 การกาเนดิ สญั ญาณ 10-17

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 +VCC V 48 VCC OUTPUT R1 7 3D1 R2 5 0 ts t IC C2 tp C1 555 6 T 2 1 รูป วงจรกาเนดิ สัญญาณรปู ส่เี หล่ยี มโดยใช้ไอซเี บอร์ 555หนว่ ยที่ 11 การกาเนดิ สัญญาณ 11-17

วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวิตชิง 2105-2006 วงจรกาเนดิ สญั ญาณรปู สเ่ี หลีย่ มโดยใช้ไอซีไทม์เมอร์เบอร์ 555 ทจี่ ะสามารถหาค่า ความถ่ี และค่าดวิ ตไี ซเคิล ไดด้ ้วยสตู รตอ่ ไปน้ีสมการ 1.44 (สมการท่ี 11-5) (R1:2R2)C1 (สมการท่ี 11-6) f= tp × 100คา่ % Duty Cycle tp:ts IB =หนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สัญญาณ 12-17

วิชา วงจรพลั ส์ และ สวิตชงิ 2105-2006 F คือค่าความถ่ี R1 คอื ตวั ต้านทานมีหนว่ ยเปน็ โอห์ม (Ω) R2 คอื ตวั เกบ็ ประจุมหี น่วยเป็นฟารัด (F) C1 คอื ตวั เก็บประจุมหี น่วยเปน็ ฟารดั (F) % Duty Cycle คอื คา่ อตั ราส่วนที่เป็นรอ้ ยละของช่วงเวลาท่ีเกิดพัลส์(tP) กับชว่ งเวลาที่ไมเ่ กดิ พลั ส์ (tS)tP คือ ช่วงเวลาทีเ่ กดิ พัลส์ มีหนว่ ยเปน็ วินาที (sec)tS คือ ชว่ งเวลาที่ไม่เกิดพัลส์ มีหน่วยเปน็ วินาที (sec)หนว่ ยที่ 11 การกาเนดิ สัญญาณ 13-17

วชิ า วงจรพัลส์ และ สวิตชงิ 2105-2006ตวั อย่างที่ 11.2กาเนดิ สญั ญาณสี่เหลีย่ มความถี่ มีคา่ 2 kHz Duty Cycle 50 % ขนาดสญั ญาณ9 V จงหาคา่ R1, R2 +9V 48 R1 D1 R2 7 3 OUTPUT1N4001 IC 5 C1 555 C2 6 0.1μF 2 0.1μF 1 รปู วงจรกาเนดิ สญั ญาณรปู สเ่ี หลี่ยมความถี่ 2 kHz 14-17หนว่ ยท่ี 11 การกาเนิดสญั ญาณ

วิชา วงจรพัลส์ และ สวิตชิง 2105-2006 วิธที า = 1.44 (R1:2R2)C1 Fที่ความถ่ี 2 kHz = 1.44 = (R1:12.R442)C1 2 kHz (R1:2R2)C1 2 × 103 Hz = 1.44 =ให้ C1 = 0.1µF (R1:2R2)×10.4.14×10−6F = 7,200Ω (R1×103Hz)(0.1×10−6F) 2 × 103 Hz (R1 + 2R2)หนว่ ยท่ี 11 การกาเนดิ สัญญาณ 15-17

วิธที า = 7,200Ω วชิ า วงจรพลั ส์ และ สวติ ชิง 2105-2006ให้ R1 = R2 = 7,200Ω = 2,400Ω R1 + 2R2 = 7,070Ω 3R1 3 ตอบ R1 = 2.4kΩ R1, R2หนว่ ยท่ี 11 การกาเนิดสัญญาณ 16-17

วิชา วงจรพัลส์ และ สวติ ชงิ 2105-2006 สรปุ วงจรกาเนิดสัญญาณ จะทาหน้าที่ กาเนิดสัญญาณไฟฟ้าตามรูปร่างท่ีต้องการ เพ่ือนาสัญญาณเหล่านี้ไปใช้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์อ่ืน ๆ สาหรับหน่วยน้ี จะกล่าวถึง วงจรกาเนิดสญั ญาณ รปู ฟันเลอื่ ย และ วงจรกาเนิดสัญญาณรูปสีเ่ หล่ยี ม โดยใช้ไอซีเบอร์ 555 วงจรกาเนิดสัญญาณรูปฟันเล่ือย เป็นวงจรที่สร้างสัญญาณรูปคลื่นลาดเอียง ซึ่งมีลักษณะเพิ่มหรือลดลงอย่างเป็นเชงิ เสน้ เม่อื เทียบกบั เวลา เราสามารถสร้างวงจรกาเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อยแบบง่าย ๆ และมเี สถียรภาพท่ดี ีไดโ้ ดยใชไ้ อซีเบอร์ 555 วงจรกาเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมโดยใช้ไอซีเบอร์ 555 ทต่ี ้องการDuty Cycle 50 % จะประกอบด้วยตัวต้านทาน R1, R2 ตัวเก็บประจุ C1 เป็นตัวกาหนดคาบเวลาและความถ่ีของสัญญาณท่ีเกิดและไดโอด D1ที่ให้กระแสไหลผ่านขณะคายประจุ โดยไม่ต้องผ่าน R2 ทาให้เวลาของสญั ญาณพัลส์บวกเท่ากับเวลาของสัญญาณพัลสล์ บ วงจรกาเนิดสัญญาณ มีความสาคัญในงานทางอิเล็กทรอนิกส์อย่างมาก ปัจจุบันการกาเนิดสญั ญาณตา่ ง ๆ เหลา่ นี้ อาจจะใช้ไอซีเบอร์ 555 ทรานซิสเตอร์ เฟต ออปแอมป์ หรือไอซีสาเร็จรูปมาสรา้ งเปน็ วงจรกาเนิดสญั ญาณมาใชง้ านได้หน่วยท่ี 11 การกาเนิดสัญญาณ 17-17