ວິຊາວິສະວະກຳ ອີເລັກໂຕນິກ1

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ขอ สังเกต (1) จากสมการขา งตน กรณีวงจรไมมีโหลด (No-load) จะไดอตั ราขยายของวงจรเปน ไป ตามเงอ่ื นไข RL   ดงั น้นั จากสมการที่ (2.30) จะได vo  Avovi ซงึ่ จะสอดคลอ งกับวงจรในรูป ที่ 2.2ต (ก) น่ันเอง (2) อตั ราขยาย Avo เปน อตั ราการขยายแรงดัน กรณที ว่ี งจรไมม โี หลดหรือกรณเี ปด วงจร (open-circuit) น่ันเอง (3) อตั ราขยาย Av เปนอตั ราการขยายแรงดนั กรณวี งจรมโี หลด (Loaded) หรือกรณีปด วงจร (close-circuit) ตัวแปรที่สาํ คญั ของวงจรขยาย นอกจากอตั ราการขยายแรงดนั แลวยงั มี อตั ราขยายกระแส และอัตราการขยายกาํ ลัง ตัวอยางเชน ถาตองสงสัญญาณจากแหลงกําเนิดสัญญาณ vs ที่มีตัว ตานทานอนิ พตุ เปน Rs ถา Rs มีคามากกวา RL มากๆ การเชอ่ื มตอระหวา งแหลงกาํ เนิดสญั ญาณ กบั โหลด RL โดยตรง จะทาํ ใหข นาดของสัญญาณเกิดการลดทอนขนาด (Signal attenuation) ใน กรณีน้ีเราจะตอ งมีวงจรขยายอกี หน่งึ ชุดมาชวย เพ่อื ไมใ หเกดิ การลดลองขนาดของสัญญาณมาก จนเกนิ ไป โดยจะเรียกวา วงจรขยายน้ีวาวงจรขยายบัฟเฟอร “Buffer Amplifier” โดยตัวขยายนี้ จะตอ งมี Ri มากกวา Rs ตัวอยางที่ 2.3 จากรูปที่ 2.30 เปนการนําวงจรขยายมาตอ 2 ภาค (Stage) จงหาอัตราการขยาย แรงดนั รวมทั้ง 2 ภาค รวมทง้ั หา vL / vs อัตราการขยายกระแสและอัตราการขยายกําลงั ของวงจร 100k 1k 1k 100k 10k 1 M รปู ท่ี 2.30 วงจรขยายแรงดนั แบบ 2 ภาค สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 71

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วิธที าํ ขัน้ แรกหาสญั ญาณอินพุต vi1 ของวงจรขยายภาคแรง เมอ่ื ไดร ับแรงดันจากแหลงกาํ เนดิ สัญญาณเปน vs โดยใชกฎการแบงแรงดนั จากสมการ (2.29) จะได vi1  vs  Ri Ri Rs  vs  1M  0.9vs  1M  100k ตอไปหาอตั ราการขยายแรงดันของวงจรขยายในข้นั ท่ี 1 จากสมการ (2.22) Av  vo  Avo  RL Ro vi RL  Av1  vi2  Av 01  RL1  10  100k  9.9 V /V vi 1 RL1  Ro1 100k  1k การหาอัตราการขยายแรงดันของวงจรขยายในวงจรขยายภาคที่ 2 หาไดจ าก Av2  vL  Av 02  RL2  100  10k  90.9 V /V vi2 RL2  Ro2 10k  1k ดังนั้นอัตราขยายแรงดันรวมของวงจรทัง้ 2 ภาคหาไดจ าก Av  vL  Av1Av 2  9.9 90.9  899.91 V /V vi1 หรือคิดคา แบบเดซิเบลจะได Av(dB)  20 log Av  20 log(899.91)  59.08 dB หาอัตราขยายกระแส Ai  io  vL / RL  vL / 10k  102  Av  899.91  102 ii1 vi1 / Ri1 vi1 / 1M สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 72

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี Ai(dB)  20 log(Ai )  20 log(899.91102)  99.08 dB หาอัตราขยายกําลัง Ap  PL  vLio  AvAi  899.91 899.91102 Pi vi1ii Ap(dB)  20 log(Ap)  20 log(899.91 899.91102)  158.16 dB 2.8.2 แหลงจายไฟของวงจรขยายสัญญาณ จากตัวอยา งในหัวขอกอ นหนานี้ อาจะมขี อสงสยั วา ทําไมกาํ ลังไฟฟาที่โหลดมากกวา กาํ ลงั ไฟฟา ของแหลง กาํ เนิด ก็จะมีคาํ ถามวากําลังไฟฟา ท่เี พิ่มขน้ึ น้มี าจากไหน คาํ ตอบกค็ อื วงจรขยาย กาํ ลังไฟฟาตอ งใชแหลงจายไฟตรง (DC power supplies) มาชวยในการเพ่มิ กําลังไฟฟา วงจรในรูป ที่ 2.26 ไมไดแสดงในสวนทีเ่ ปนแหลง จายไฟตรงไว วงจรในรปู ท่ี 2.31 และ 2.32 แสดงวงจรขยายทม่ี ี แหลง จา ยไฟตรง 2 แหลงจา ยคอื V1 เปน แหลงจา ยไฟบวกใหก ับวงจรขยาย V2 เปน แหลงจา ยไฟลบ ใหก ับวงจรขยายและทําใหมีกระแส I1,I2 ไหลในวงจร รปู ท่ี 2.30 วงจรขยายพรอ มแหลง จายไฟตรง ในรูปท่ี 2.32 เปนการเขียนวงจรขยายใหงายขึ้นและเปนวิธีท่ีนิยมนําไปใช ถากําลังไฟฟาจาก แหลง จายไฟตรง (Pdc ) ทจ่ี ายใหก ับวงจรมีคา เทากบั Pdc  V1I1 V2I2 (2.33) สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 73

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รปู ท่ี 2.32 วงจรขยายพรอ มแหลงจา ยไฟตรงในรปู สัญลักษณ V1 และ V2 ให Pi เปนกําลังไฟฟาของแหลงกําเนิดสัญญาณ PL เปนกําลังไฟฟาท่ีตัวตานทานโหลดและ Pdissipated เปนกําลังงานที่วงจรใชในการขยายสัญญาณ สมการความสัมพันธของกําลังงาน วงจรขยายคอื Pdc  Pi  PL  Pdissipated (2.34) และประสิทธภิ าพในการขยายกาํ ลงั ของวงจร (Power efficiency) คือ   PL (2.35) Pdc เทอมประสิทธิภาพในการขยายกําลังของวงจรมีความสําคัญมากในการออกแบบวงจรขยายกําลัง (Power amplifiers) เชน ในภาคเอาตพ ุตของวงจรขยายกําลงั ระบบสเตอรโิ อ (Stereo Systems) 2.8.3 การอม่ิ ตวั ของวงจรขยายสญั ญาณ คุณสมบัติการถายโอน (Transfer characteristic) ท่ีสําคัญของวงจรขยายก็คือ คุณสมบัติความเปน เชิงเสน แตคุณสมบัติดังกลาวก็มีขอบเขตของการทํางานท่ีจํากัด (Limited) ทั้ง ทางดานอินพุตและเอาตพุต สําหรับวงจรขยายท่ีมีแหลงจายไฟตรง 2 ชุด (แรงดันไฟบวกและ แรงดันไฟลบ) ขนาดของแรงดันเอาตพตุ ท่ีเกดิ ขน้ึ ก็จะมคี าไมเกินขีดจาํ กดั ของแรงดนั ของแหลง จา ยไฟ สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 74

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รูปท่ี 2.33 ชวงสัญญาณอินพตุ และเอาตพตุ ของวงจรขยายทีไ่ มทําใหเกดิ ความผดิ เพยี้ น รูปที่ 2.34 ชวงสญั ญาณอนิ พตุ ทที่ ําเหมาะสมและใหญเกดิ ไปทที่ ําใหสญั ญาณเอาตพ ตุ ถกู ขลิบ สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 75

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดงั แสดงในรูปท่ี 2.33 ถาใหแรงดนั อม่ิ ตัวดา นไฟบวก (Positive saturation levels) และอม่ิ ตัวดาน ไฟลบ (Negative saturation levels) เปน L และ L ตามลําดับ จะเห็นวาสัญญาณเอาตพุตจะ เกิดความผิดเพี้ยน ถาสัญญาณอินพุตท่ีไมอยูในชวงหรือขอบเขตของความเปนเชิงเสน (มีคามาก เกินไปหรอื นอ ยเกนิ ไป) จากรูปที่ 2.34 พิจารณาจากสญั ญาณอินพุต (1) ซ่ึงเปน สญั ญาณอินพุตทอ่ี ยใู นชว งของความ เปน เชงิ เสน ถูกปอ นเขา สูวงจรขยายสญั ญาณ สัญญาณเอาตพ ุตท่ีเกิดขึ้นจะไมมีความผิดเพ้ียน แต เม่ือพจิ ารณาสญั ญาณอนิ พตุ (2) ซงึ่ เปนสัญญาณอินพุตทีไ่ มอยใู นชวงของความเปนเชิงเสน สัญญาณ เอาตพตุ ท่ีไดจะเกิดความผิดเพ้ียน เนื่องจากสัญญาณสวนที่เกินขอบเขตจะถูกตัดออกหรือถูกขลิบ (clip) ดงั น้ันถา ตอ งการใหสัญญาณเอาตพุตไมเกดิ ความผิดเพ้ยี น สญั ญาณอนิ พุตจะตอ งอยใู นเงอ่ื นไข L  vo  L ถาวงจรขยายมีขยายแรงดัน Av จะไดชวงของสญั ญาณอนิ พตุ ทม่ี ีความเหมาะสมคอื L Av  vi  L Av V+ vi(t) + + + - vI vo(t)  Av(VI  vi(t)) VI - รปู ท่ี 2.35 การปรับระดับจดุ ก่ึงกลาง (จดุ ไบอสั ) ในการแกวง ของสญั ญาณในกรณี ทใี่ ชแ หลงจายไฟตรงข้วั เดยี วเพอ่ื หลีกเลยี่ งการถกู ขลิบของสญั ญาณเอาตพ ตุ ในกรณขี องวงจรขยายท่ใี ชแ หลง จา ยไฟตรงข้วั บวกเพยี งข้ัวเดยี ว ทําใหฟงกชนั การถายโอนไมม จี ดุ ศนู ยกลาง (Origin) ของการแกวง เทคนคิ ท่ีทาํ ใหวงจรขยายคงคุณสมบตั คิ วามเปน วงจรเชิงเสน คอื การสรา งจดุ ศูนยกลางการแกวงของสญั ญาณข้ึนมาใหม โดยการไบอสั วงจรดวยแหลงจา ยไฟตรง VI ดงั รปู ที่ 2.34 ทม่ี แี รงดนั ขนาดที่ใกลเคยี งกบั จดุ ก่ึงกลางของฟงกชันการถายโอน ทาํ ใหไดจ ดุ ศนู ยกลาง ใหมท ่เี รยี กวา “จดุ ทํางานสงบ หรือ quiescent point หรือ Q-point ” ถาใหสัญญาณแรงดันท่ี ตอ งการขยายเปน vi(t) โดยแรงดนั นจ้ี ะซอ นทับ (superimposed) กบั แหลง จายไฟตรง VI ทาํ ใหผล รวมของสญั ญาณอนิ พุต ณ เวลา t ใด ๆ แทนดวย vI (t) คอื สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 76

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี vI (t)  VI  vi (t) (2.36) (2.37) ทําใหว งจรขยายมขี ยายแรงดนั เอาตพตุ ทเี่ วลา t ใดๆ เปน vO (t)  Vo  vo(t) 2.9 บทสรุป สัญญาณไฟฟาอิเลคทรอนิคสเปนสวนประกอบท่ีสําคัญมากในระบบทางอิเล็กทรอนิกส เพราะเปนสวนที่ใชแทนขอมลู ขาวสารหรือใชในการควบคุมอุปกรณหรือวงจรตางๆ ใหทํางานตาม วัตถปุ ระสงคของผูใ ชงาน การแสดงสัญญาณทางไฟฟา อิเลก็ ทรอนิกสสามารถทําไดท ้ังในอาณาจักร ของเวลาและความถ่ี ซึ่งจะมตี วั แปรทใ่ี ชในการอธบิ ายคุณลกั ษณะของสญั ญาณหลายตัวแปร ในการ นําไปใชงานสัญญาณทางไฟฟาอิเล็กทรอนกิ สจะมรี ปู รา งท่แี ตกตา งกันหลายชนิดแตแบงออกเปนกลุม ใหญๆ ได 2 กลมุ คือ สัญญาณทมี่ ีความตอเน่ืองทางเวลาหรือสัญญาณอนาล็อกและสัญญาณท่ีไมมี ความตอเนื่องทางเวลาหรือสัญญาณดิจิทัล สวนวงจรอิเลคทรอนิคสจะทําหนาทใ่ี นการประมวล สัญญาณใหไดเงื่อนไขตามความตอ งการของการใชงาน โดยจะตอ งไมทําใหสัญญาณที่นํามาประมวล สญั ญาณเกดิ ความผิดเพ้ียนทงั้ ในเชิงขององคป ระกอบของขนาดและองคประกอบของความถี่ ดงั นั้น การเรียนรูเก่ียวกับรูปราง องคประกอบของรูปสัญญาณ ตัวแปรท่ีสําคัญของสัญญาณและการนํา สัญญาณไปใชป ระโยชน รวมท้ังพ้ืนทางของวงจรและระบบทางอิเล็กทรอนิกส จะเปนประโยชนตอ การศกึ ษาในทางฟา อิเล็กทรอนิกสในขนั้ สูงตอไป คาํ ถามทายบท 2.1 สัญญาณไฟฟาคืออะไร 2.2 จงยกตัวอยางสัญญาณไฟฟา ที่รจู ักในชวี ติ ประจาํ วัน 2.3 จงยกตัวอยา งการนําสญั ญาณจากไฟฟา กระแสตรงมาใชประโยชน 2.4 จงใหค วามหมายของคาํ วาสญั ญาณรายคาบและคาบเวลา 2.5 สญั ญาณรูปสเี่ หลี่ยมท่ีเปนสัญญาณรายคาบประกอบดวยสัญญาณฮารโมนิกสและสัญญาณมูล ฐานอยางไรบา งใหเขียนรปู แสดงประกอบ 2.6 จงวิจารณผ ลตอบสนองตอความถขี่ องวงจรเมื่อมสี ญั ญาณอินพุตเปนสญั ญาณรปู สเี่ หลย่ี ม 2.7 สเปคตรมั ของสญั ญาณไฟฟา คอื อะไรและมปี ระโยชนอ ยา งไร สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 77

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 2.8 วงจรขยายมีอตั ราการขยายแรงดัน 100 V/V และอัตราการขยายกระแส 100 A/A จงหา อัตราการขยายน้ีในหนว ยของเดซเิ บล (dB ) และหาอัตราการขยายกําลงั 2.9 วงจรขยายแรงดนั ตอ อยูกับแหลงจา ย vs เม่ือไมม ีโหลดมอี ตั ราขยายแรงดนั 100 V/V และเมอื่ มี โหลด 1 k อัตราขยายแรงดัน 70 V/V จงหาความตานทานของเอาตพุต Ro และจงหา อัตราการขยายเมือ่ มีโหลด 500  2.10 วงจรขยายกระแส มี Ri  1k , Ro  10k และ Ro  10k และAis  100 A/A ตออยูกับแหลงกําเนดิ สญั ญาณอนิ พตุ ขนาด 100 mV 100 มคี วามตานทาน 100 k และตอ อยู กบั โหลดขนาด 1 k (ก) จงหาคาอตั ราขยายกระแสของวงจร (io / ii ) (ข) จงหาคา อัตราขยายแรงดันของวงจร (vo / vs ) (ค) จงหาคา อตั ราขยายกําลงั ของวงจร (Po / Pi ) เอกสารอางองิ Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.(1998). Microelectronic Circuits. New York: Oxford University Press. Neamen, A. D. (2002). Electronic Circuit Analysis and Design. New York: McGraw-Hill. Floyd, L. T. (1999). Electronic Devices. New Jersey: Prentice-Hall International Inc.: Sedra, R. S.(2007). Electronic Devices for Computer Engineering. India : S. Chand and Company Ltd. ยืน ภวู รวรรณ (2531). ทฤษฎแี ละการใชงานอเิ ลก็ ทรอนกิ ส เลม 1. กรุงเทพ : หจก.นาํ อกั ษร การพมิ พ. ประภากร สุวรรณะ และ สมศักด์ิ ชุมชวย. (2545). วิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 พิมพค ร้ังท่ี 1 กรุงเทพ: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาลาดกระบัง. จริ ยทุ ธ มหทั ธนกลุ . (2550). อเิ ลก็ ทรอนกิ ส. พมิ พค ร้งั ที่ 2 กรงุ เทพมหานคร : มหาวิทยาลยั เทคโนโลยมี หานคร. สุรนันท นอ ยมณี (2549). เอกสารคําสอนกระบวนวชิ า 261213 อปุ กรณอ เิ ลก็ ทรอนกิ สสําหรับ วศิ วกรรมคอมพวิ เตอร. จ. เชียงใหม : มหาวิทยาลยั เชยี งใหม. สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 78

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แผนบริหารการสอนประจําบทท่ี 3 อุปกรณอเิ ลก็ ทรอนกิ สแ บบพาสซพี 3 ชว่ั โมง หวั ขอ เนอื้ หา 3.1 ทฤษฏที เ่ี กี่ยวของ 3.2 เสนลวดตวั นํา 3.3 ตวั ตา นทาน 3.4 ตวั เหนี่ยวนํา 3.4.1 การออกแบบตวั เหน่ียวนาํ ชั้นเดียวแกนอากาศ 3.4.2 วสั ดแุ มเ หลก็ 3.5 ตัวเกบ็ ประจุ 3.5.1 ชนิดของวัสดไุ ดอเิ ลก็ ตริก 3.5.2 ไมโครโฟนกิ ส 3.5.3 วงจรสมมลู แบบอนุกรมของตัวเก็บประจุ 3.5.4 ตัวประกอบกาํ ลงั งานและตวั ประกอบการสญู เสียความรอน 3.5.5 ตวั ประกอบคุณภาพของตัวเกบ็ ประจุ 3.6 บทสรุป สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 79

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วตั ถุประสงคเ ชงิ พฤตกิ รรม 1. เพอ่ื ใหผ ูเ รยี นมคี วามเขาใจและทราบนยิ าม ชนดิ และคุณลักษณะทางไฟฟาของอปุ กรณ แบบพาสซพี 2. เพอื่ ใหผ ูเ รยี นทราบคุณสมบตั ิทสี่ าํ คัญของตัวตา นทาน ตัวเก็บประจแุ ละตัวเหนย่ี วนํา 3. เพอ่ื ใหผ เู รยี นทราบคณุ สมบตั อิ ืน่ ๆ ทจ่ี าํ เปนตอ การนาํ ไปใชงานของอุปกรณพาสซพี วิธีสอนและกจิ กรรมการเรียนการสอนประจาํ บท 1. บรรยายเนอื้ หาในแตล ะหัวขอ พรอ มยกตัวอยางประกอบ 2. ศกึ ษาจากเอกสารประกอบการสอน 3. ผสู อนสรุปเนอื้ หา 4. ทําแบบฝก หดั เพอื่ ทบทวนบทเรยี น 5. ผเู รียนถามขอ สงสยั 6. ผูส อนทาํ การซักถาม สอื่ การเรียนการสอน 1. เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนกิ ส 1 2. ภาพเลอ่ื น (Slide) การวดั ผลและการประเมิน 1. ประเมินจากการซกั ถามในช้นั เรยี น 2. ประเมนิ จากความรว มมอื และความรบั ผดิ ชอบตอ การเรยี น 3. ประเมนิ จากการทาํ แบบฝก หดั ทบทวนทา ยบทเรยี น สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 80

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี บทท่ี 3 อปุ กรณอิเล็กทรอนกิ สแบบพาสซพี วตั ถปุ ระสงค 1. เพอ่ื ใหน ักศกึ ษาทราบนยิ าม ชนิดและคณุ ลกั ษณะทางไฟฟาของอปุ กรณแ บบพาสซีพ 2. เพอื่ ใหนักศึกษาทราบคุณสมบตั ทิ ่สี าํ คญั ของตวั ตา นทาน ตัวเกบ็ ประจุและตวั เหนยี่ วนาํ 3. เพอื่ ใหน ักศกึ ษาทราบคณุ สมบตั อิ น่ื ๆ ทจี่ ําเปน ตอ การนาํ ไปใชงานของอปุ กรณพ าสซีพ 3.1 ทฤษฎีท่ีเกี่ยวของ อุปกรณพาสซีฟ (Passive components) หรืออุปกรณเฉื่อยงานท่ีรูจักกันในรูปของตัว ตานทาน (Resistor) ตัวเหนี่ยวนํา (Inductor) และตัวเก็บประจุ (Capacitor) เปนสวนประกอบที่ สาํ คญั ในเคร่อื งใชไฟฟา จาํ พวกวิทยุ โทรทัศน โทรศัพทเ คล่อื นท่ี เครอ่ื งรับสงแฟกซ เคร่ืองมือวัดทาง อตุ สาหกรรมรวมทง้ั คอมพวิ เตอรแ บบตา งๆ Vs + + VL Vin Vout 10 R, L,C 0 - - -10 -20 Insertion loss (dB) -30 รูปท่ี 3.1 ผลตอบสนองความถข่ี องโครงขายไฟฟาแบบพาสซีพ 81 สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี โดยพฤติกรรมของอุปกรณพาสซีพจะไมมีความสามารถในการเพิ่มหรือขยายขนาดกําลังงานของ สัญญาณท่อี ปุ กรณเ หลาน้นั ไปเกย่ี วของ ในทางตรงกันขา มกลับลดขนาดกําลังงานของสัญญาณใหมี คาลดลง นอกจากนี้เมื่อนําอุปกรณพาสซีพไปสรางเปนวงจรหรือโครงขายไฟฟาแบบพาสซีพ (Passive networks) วงจรเหลา น้ีจะดงึ กาํ ลงั งานจากแหลง กาํ เนดิ สัญญาณเพอ่ื ทํางานตามหนาทเี่ ชน วงจรกรองความถี่ วงจรแบงกําลังงานหรือวงจรเลื่อนเฟส ในทางทฤษฎีเม่ือสัญญาณจาก แหลงกําเนิดผา นวงจรพาสซีพ ขนาดกาํ ลงั งานของสญั ญาณจะมคี าเทาเดิมถา วงจรน้ันปราศจากการ สูญเสีย (Lossless) แตในทางปฏิบัติแลวขนาดของกําลังงานจะมีขนาดลดลง เพราะวงจรหรือ อปุ กรณพ าสซพี มีสวนประกอบท่ีทําใหเกิดการสูญเสียกําลังงาน (Lossy) แฝงอยูในรูปของคาความ ตานทานหรือรีซิสแตนซทําใหมีแผกําลังงานความรอน P  i2R เขาไปในอุปกรณ ดังนั้นจึง กลาวไดว าวงจรพาสซีพเปน “วงจรท่ีมีอตั ราขยายกาํ ลงั งานนอยกวาหรือเทากับหนึ่ง” หรือมีคานอย กวาหรือเทากับ 0 ดีบี ดังรูปที่ 3.1 ตัวอยางของการใชงานอุปกรณพาสซีพแบบตางๆ ในวงจร อิเลก็ ทรอนิกสสําหรับระบบสื่อสารจะแสดงอยูในรูปท่ี 3.2 ซึ่งจะเปนการใชงานอุปกรณพาสซีพ สําหรับหนาทต่ี างๆ ดังนี้ 1) วงจรแมตชซ่ิงแบบ LC เปนวงจรตอรวมกันระหวางตวั เก็บประจุและตัวเหนี่ยวนําเพ่ือ ปรบั คา อิมพีแดนซในชวงแถบความถี่แคบๆ (Narrow-band matching network) 2) อารเอฟโชค (RF choke) เปน ตัวเหนย่ี วนําท่ีทาํ หนา ท่ปี อ นไฟกระแสตรงเลี้ยงวงจรใหก บั อุปกรณแอกทีฟและแยกวงจรในสวนของไฟเลย้ี งกบั อุปกรณแอกทีฟออกจากกันในชวง ความถ่ีทาํ งาน ดงั น้ันอารเอฟโชค จงึ มีพฤติกรรมลัดวงจรในชวงไฟกระแสตรงแตมีคา อิมพีแดนซสงู ในชว งความถ่ที าํ งาน (ในระบบ 50 โอหม อารเอฟโชค มคี ารีแอกแตนซอยู ในชวง 250- 500 โอหม) 3) ตัวเก็บประจุบายพาส (Bypass) หรือตัวเก็บประจุดีคับปลิ้ง (De-coupling) แยก สัญญาณออกจากบัสของสัญญาณไฟเล้ียงเพ่ือไมใหไปรบกวนวงจรภาคอ่ืนๆ ดวยการ บายพาสสัญญาณไฟฟา กระแสสลบั ลงกราวนดควรมีคาอิมพแี ดนซต่าํ ๆ 4) ตัวเก็บประจบุ ล็อกไฟตรง (DC block) ทําหนาที่ปองกนั คาไฟกระแสตรงท่ีจะทําใหจุด ไบอัสของวงจรเปลี่ยนแปลงหรือปองกนั ไฟกระแสตรงจากวงจรภาคอืน่ ๆ ตวั เก็บประจนุ ้ี ควรมีคาอมิ พแี ดนซตํา่ XC  1 / 2f0C  1  ท่ีความท่ีทาํ งาน สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 82

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 5) จุดกราวนด (Ground) ทีเ่ กดิ จากลวดเชื่อม ลายทองแดงทเ่ี ช่ือมตอลงระนาบกราวดจะ ทําใหเกิดคา อนิ ดักแตนซแบบอนุกรมแอบแฝงท่ีทาํ ใหเกดิ การรโี ซแนนซ การเลอ่ื นความถ่ี การทํางานท่อี อกแบบไวหรือการปอนกลับแบบคอมมอนโหมด 3 +VDD 4 21 -VGG รูปท่ี 3.2 การใชง านอุปกรณพาสซีพในวงจรอเิ ลก็ ทรอนิกสสอ่ื สาร ดังนั้นการเลือกใชงานอุปกรณพาสซีพเหลาจึงมขี อควรระวังหลายๆ ประการในการเลือกใชเพ่อื ให เหมาะสมกับลักษณะงานเชน รปู แบบและขนาดตัวถังของอปุ กรณ (Packages and sizes) ชนิดของ วสั ดทุ ี่ใชผ ลติ กําลงั งานสูญเสยี สงู สุด อตั ราการทนแรงดนั หรือกระแสสูงสดุ หรือความถี่รโี ซแนนซของ อุปกรณ (Self Resonance Frequency: SRF) ซงึ่ เปน ตัวกําหนดความถี่สูงสุดท่ีเหมาะสมในการใช งาน รวมทง้ั ตวั แปรอนื่ ๆ ที่เปน ตัวบง ช้คี ณุ ภาพของอุปกรณเ ชน ตวั ประกอบคุณภาพ (Quality factor: Q) หรือคา ESR โดยจะไดก ลา วถงึ รายละเอียดของอปุ กรณแตละชนิดดังตอไปน้ี 3.2 เสนลวดตัวนํา (Conductor Wire) ตัวนาํ หรือลวดตวั นาํ ซ่งึ ทาํ หนา ทเี่ ปนตัวนาํ พาอเิ ลก็ ตรอนในวงจรอิเลก็ ทรอนกิ สเปนองคป ระกอบ ท่ีสําคัญที่จะพบอยูในรูปของขาอุปกรณ สายเชื่อมจุดตอในแผนพิมพ สายไฟกระแสตรงจาก แหลงจายท่ีทําหนาท่ีเลี้ยงวงจรหรือแมแตลวดเชื่อม (Wire bond) ภายในไอซหี รืออุปกรณสารก่ึง ตวั นาํ ชนิดตา งๆ ถา พดู ถึงลวดตัวนาํ โดยทัว่ ไปมกั จะพิจารณาลวดทองแดง (Copper: Cu) ที่นํามา สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 83

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สรางเปนตัวเหน่ียวนําหรือหมอแปลงแบบตางๆ ซึ่งมีมาตรฐานในการกําหนดคุณสมบัติหลายๆ มาตรฐานเชน มาตรฐานของสหราชอาณาจักร (British Standard Gauge and Imperial Wire Gauge) มาตรฐาน International Electrotechnical Commission หรือมาตรฐานของ IEC 60228 ตารางที่ 3.1 คุณสมบตั ิของเสน ลวดตามมาตรฐาน AWG เบอรลวด Diamater () TOW Cu (Resistance) *Amps MaxAmps Ohms/Kft AGW Inch mm (per)Inch (per)Cm 0.0490 282.12 423.18 0.0618 223.73 335.60 0000(4/0) 0.4599 11.68 2.17 0.85 0.0779 177.43 266.14 0.0983 140.71 211.06 000(3/0) 0.4096 10.40 2.44 0.96 0.1239 111.59 167.38 0.1563 88.492 132.74 00(2/0) 0.3647 9.26 2.74 1.08 0.1970 70.177 105.27 0.2485 55.653 83.480 0(1/0) 0.3249 8.251 3.08 1.21 0.3133 44.135 66.203 0.3951 35.001 52.501 1 0.2893 7.348 3.46 1.36 0.4982 27.757 41.635 0.6282 22.012 33.018 2 0.2576 6.544 3.88 1.53 0.7921 17.456 26.185 0.9989 13.844 20.765 3 0.2294 5.827 4.36 1.72 1.5883 8.7064 13.060 4.0156 3.4436 5.1654 4 0.2043 5.189 4.89 1.93 6.3851 2.1657 3.2485 10.153 1.3620 2.0430 5 0.1819 4.621 5.5 2.17 16.143 0.8566 1.2849 25.669 0.5387 0.8081 6 0.162 4.115 6.17 2.43 64.898 0.2131 0.3196 103.19 0.1340 0.2010 7 0.1443 3.665 6.93 2.73 414.85 0.0333 0.0500 1048.9 0.0132 0.0198 8 0.1285 3.264 7.78 3.06 9 0.1144 2.906 8.74 3.44 10 0.1019 2.588 9.81 3.86 12 0.0808 2.053 12.38 4.87 16 0.0508 1.291 19.69 7.75 18 0.0403 1.023 24.81 9.77 20 0.0320 0.812 31.25 12.30 22 0.0253 0.643 39.53 15.56 24 0.0201 0.510 49.75 19.59 28 0.0126 0.321 79.37 31.25 30 0.0100 0.254 100.0 39.37 36 0.0050 0.127 200.0 78.74 40 0.0031 0.079 322.58 127.0 สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 84

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แตมาตรฐานท่ีมกี ารใชงานและเปนที่รูจ ักกันมากท่ีสุดคอื มาตรฐานของประเทศสหรัฐอเมรกิ าทเี่ รยี กวา American Wire Gauge : AWG ซ่งึ ในหมชู นอเมริกันบางกลมุ อาจจะเรียกวามาตรฐานเสนลวดของ Brown และ Sharpe มาตรฐานน้ีจะถูกใชในประเทศสหรัฐอเมริกาและประเทศอื่นๆ อีกหลาย ประเทศรวมทั้งประเทศไทย มาตรฐานลวดแบบ AWG จะแบงขนาดลวดออกเปนเบอรตางๆ ตาม ขนาดของเสนผานศนู ยก ลาง () เบอรท มี่ คี า นอยๆ จะมีเสนผานศูนยกลางขนาดใหญแตเ บอรท ีม่ คี า มากๆ จะมเี สน ผานศูนยก ลางขนาดเลก็ ดงั ตารางที่ 2.1 ซึ่งเปนขอ มลู ของเสน ลวดทองแดงแบบเปลอื ย (Bare) ไมไ ดเ คลือบนา้ํ ยาวานิช จากขอ มูลในตารางที่ 3.1 จะเหน็ วา ลวดเบอร 36 AWG จะมเี สน ผา นศูนยกลาง 0.0050 นิ้ว (5 mils) หรือ 0.127 มิลลิเมตร ในขณะท่ีลวดเบอร 0000 AWG มี ขนาดของเสน ผานศูนยก ลางถงึ 0.46 นว้ิ (ประมาณ 460 mils) หรอื 11.68 มลิ ลเิ มตร โดยที่ 1000 mils = 1 น้ิว = 2.54 เซนติเมตร ในขณะที่ 1 mils = 0.001 นิ้ว = 25.4 ไมโครเมตร เมื่อเทียบ อัตราสวนของเสน ผา นศูนยกลางแลวปรากฏวาตา งกนั ถงึ 92 เทา โดยถา เบอรข องเสนลวดเพิ่มขึ้น 6 เบอรเชน จากเบอร 4 AWG ( = 5.189 mm) เปนเบอร 10 AWG ( = 2.588 mm) ขนาด เสนผานของเสน ลวดจะลดลงประมาณ 2 เทา นอกจากนี้เมือ่ พิจารณาพนื้ ท่ีหนาตัดของเสนลวดจะ พบวา ถา เบอรข องเสน ลวดลดลง 3 เบอรพ ื้นที่หนาตดั จะเพม่ิ ขน้ึ 2 เทา แตถา เบอรของเสน ลวดลดลง 10 เทาเชน เบอร 10 AWG เปน เบอร 0(1/0) AWG พื้นท่ีหนาตัด นํ้าหนักและคาความ ตา นทานก็จะลดลง 10 เทา เชน กัน เพอ่ื ความสะดวกในการเลือกใชงานเสนลวดตามมาตรฐาน AWG สมการที่ใชในการคํานวณหาขนาดผา นศนู ยกลางของเสน ลวดคือ 36n (3.1) dn  0.005 inch  92 39 เมอ่ื n คอื เบอรข องเสน ลวดตวั นาํ ตามมาตรฐาน AWG ในขณะทพ่ี ื้นทห่ี นาตัดของเสนลวดจะคํานวณ ไดจากสมการ An   dn2  0.000019635 36n (3.2) 4 inch 2  92 19.5 โดยเสนลวดทเ่ี ปน เบอร m/0 AWG จะหาคา n ไดจากสมการ n = -(m-1) เชน เสน ลวดเบอร 0000 (4/0) AWG จะมคี า n = -(4-1) = -3 สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 85

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตัวอยางที่ 3.1 จงหาขนดเสน ผา นศนู ยกลางและพน้ื ท่ีหนาตดั ของเสน ลวดเบอร 10 AWG แลวเทียบ กบั ตาราง วธิ ีทาํ จากสมการที่ 3.1 เมือ่ n = 10 3610 dn  0.005 inch  92 39  0.10189  0.1019 inch จากสมการที่ 3.2 เม่อื n = 10 An   dn2  0.000019635 36n  0.00816 inch 2 4 inch2  92 19.5 ในอุดมคติคาความตานทานของเสนลวดจะดิจิตอลมีคาเปนศูนยโอหม แตสมมุติฐานน้ีจะใชไดก็ ตอเม่ือวงจรทํางานอยูในชวงความถ่ีต่ําเทานั้น ในชวงความถี่สูงตั้งแต 10 เมกกะเฮิรตซข้ึนไป สมมุติฐานนี้ไมสามารถใชได เพราะกระแสท่ีไหลอยูในเสนลวดตัวนําจะเหน่ียวนําใหเกิด สนามแมเหล็กรอบๆ เสนลวดตามกฎมือขวา สนามแมเหล็กน้ีจะทําใหเกิดแรงดันไฟฟาจากการ เหนี่ยวนํา (Induced voltage) ซึ่งมีการเปล่ียนแปลงแบบตรงกันขามกับกระแสที่ไหลในเสนลวด ปรากฏการณน จ้ี ะทาํ ใหเกิดคา ความเหน่ยี วนําของเสน ลวด (self inductance : L) นอกเหนือไปจาก คา ความตานทานท่แี ฝงอยูในเสน ลวดดงั รปู ที่ 3.3 RL d l รปู ท่ี 3.3 ลวดตัวนาํ และวงจรสมมลู ทค่ี วามถสี่ งู คา ความตา นทานไฟกระแสตรง (DC resistance) ที่เกิดขึ้นในเสน ลวดจะคาํ นวณไดจ ากสมการ  l  l  4l  (3.3) A d 2 / 4  RDC d 2 cond สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 86

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เมื่อ  คือคาสภาพความตา นทานไฟฟา (Resistivity : .m ) ในขณะที่  คือคาสภาพความนํา ไฟฟา (Conductivity : S / m ) ของโลหะท่ใี ชผ ลติ เสนลวด l คือความยาวของเสนลวดและ d คอื เสน ผานศูนยก ลางของเสนลวดมีหนวยเปน เซนติเมตร (cm) A คือพื้นท่ีหนาตัดของเสนลวด (cm2) สวนคาความเหนี่ยวนาํ ของเสน ลวดจะคํานวณหาไดจ ากสมการ [C. bowick] L  0.002l ln 4dl  0.75 uH (3.4) สาํ หรับคาความเหนยี่ วนาํ ที่เกิดจากขาอปุ กรณทรานซสิ เตอรแ ละขาอปุ กรณพาสซีพเชน ตัวตานทาน ตวั เกบ็ ประจุที่ใชในวงจรอเิ ลก็ ทรอนิกสจะประมาณไดวา ความยาวของขาอุปกรณ 1 มิลลิเมตรจะทํา ใหเ กดิ คาความเหน่ียวนาํ ประมาณ 1 นาโนเฮนรี คา ความเหนยี่ วนําแอบแฝงนจี้ ะมีผลกระทบตอ การ ทํางานของวงจรอเิ ล็กทรอนิกสที่ทํางานในยานความถ่ี 10 เมกกะเฮิรตซข้ึนไปดังน้ันจึงตองตัดขา อุปกรณใหส ั้นพาสซพี ใหส น้ั ทีส่ ุดเทา ที่จะทําไดก อ นบัดกรีลงแผนพิมพว งจร ปรากฏการณผิว (Skin effect) พฤติกรรมการไหลของกระแสไฟฟาในชวงความถ่ีต่ํากับชวงความถ่ีสูงจะมีลักษณะที่ แตกตา งกัน ในชว งความถีต่ า่ํ กระแสไฟตรงจากการไหลของกระแสนาํ (Conduction current : J) จะกนิ พืน้ ท่ตี ลอดพื้นทหี่ นาตดั ของลวดตัวนํา แตเ มื่อความถีส่ งู กวา 1 เมกกะเฮิรตซขึ้นไป คาความ หนาแนนกระแสจะมีคา ลดลงแบบเอกซโปเน็นเชียล เม่อื ระยะทางความลึกจากผิวตัวนํามีคามากข้ึน ปรากฏการณน ที้ าํ ใหม ีการสญู เสยี เพ่มิ ขึน้ เน่ืองจากคารีซิสแตนซของสัญญาณไฟฟากระแสสลับมีคา เพมิ่ ปรากฏการณน ี้เกิดขน้ึ จากสญั ญาณไฟฟากระแสสลบั ทไี่ หลในลวดตวั นาํ ทาํ ใหเกิดสนามแมเหล็ก สนามแมเ หลก็ น้ีจะเหน่ยี วนําใหเ กดิ สนามไฟฟา ตามกฎของฟาราเดย สนามไฟฟาที่เกิดขึ้นจะทําเกิด กระแสที่ไหลในทิศทางตรงกันขามกับสัญญาณกระแสไฟฟาเริ่มตนทําใหเกิดการหักลางกระแส ปรากฏการณน ้ีจะเกดิ ขน้ึ อยา งเดนชัดบรเิ วณใจกลางของลวดตวั นาํ (r = 0) และคอยๆ ลดลงเมอื่ เขา ใกลผ วิ ของลวดตวั นํา ดงั นั้นบริเวณภายในตวั นําโดยเฉพาะใจกลางของลวดตัวนําจะมีคาความ หนาแนนกระแสตํา่ มาก สงผลใหมีคารีซิสแตนซสูง ความลึกของผิวตวั นํา s ท่ีความหนาแนน กระแสลดลงจนมีคา เปน 37 เปอรเ ซน็ ต ของคาความหนาแนนกระแสสูงสุดท่ีผิวโลหะจะถูกเรียกวา ระยะผวิ “Skin depth” หรือ สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 87

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี s  1 1 (3.5) f R0cond f  เมอื่ R คอื คาความซึมซาบสนามแมเ หล็กสมั พัทธข องวสั ดุสาํ หรับทองแดง (Cu) ซึง่ เปนโลหะทีใ่ ช งานกันมากในงานทางอเิ ลก็ ทรอนกิ สมคี า R  1 และ   5.88107 mho/m ดงั นน้ั ท่ี ความถี่ใดๆ ระยะผวิ มคี า s  1  0.066 f m (3.6)  f R0cond ถาพิจารณาเสนตัวนําแบบทรงกระบอกท่ีมีคารัศมี a ความหนาแนนกระแสนําของสัญญาณไฟ กระแสตรงซง่ึ มกี ระแสไหลตลอดทง้ั หนาตดั ของตวั นําจะมคี า Jz0  I (3.7) a 2 ในขณะท่ีสมการความหนาแนนกระแสโดยประมาณในทิศทางแกน z (ทิศทางตามยาวของ (3.8) เสน ลวดตวั นํา) สาํ หรบั สญั ญาณความถสี่ งู คือ Jz  Ip e -(1+j) a-r j2a s r เม่ือ Ip คือคาความหนาแนนสูงสุดบริเวณผิวของเสนลวดตวั นําและ r คือระยะทางในแนวรัศมีของ เสนลวดตัวนํา สมการอยางงายของคารีซิสแตนซและคารีแอคแตนซสําหรับสัญญาณไฟฟา กระแสสลับทส่ี มั พนั ธก ับระยะผิวกับคารัศมขี องเสนลวดตวั นาํ แบบทรงกระบอกดังรูปท่ี 3.5 ที่ความถี่ สงู กวา 500 เมกกะเฮริ ตซข ้นึ ไปคือ Rac  a RDC 2s (3.9 ก) และ L  a (3.9 ข) RDC 2s สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 88

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี A1  r12 A2  r22 Skin depth area  A2  A1  r22  r12 สัญญาณความถสี ูงจะไหลมาก r2 บริเวณพืนทแี รเงา r1 s (ก) (ข) รูปที่ 3.4 (ก) พ้นื ท่ีการไหลของกระแสความถีส่ งู และ (ข) อมิ พีแดนซส วนจรงิ และสว นจนิ ตภาพของลวดตวั นาํ 3.3 ตัวตานทาน (Resistor) ตัวตานทานจะยินยอมใหกระแสท่มี คี าเทากับแรงดนั ท่ีปอนหารดวยคาความตา นทานท่สี ัญญาณ ไหลผาน พฤตกิ รรมดงั กลาวสามารถเขียนเปน สมการคณิตศาสตรอยางงายไดดังน้ี I V (3.10) R สัญลักษณในสมการ (3.10) ใชอ ักษรพิมพใ หญบงช้ีวาเปนปริมาณไฟฟากระแสตรง สําหรับสัญญาณ ไฟกระแสสลับของกระแสที่ไหลผานและแรงดันท่ีตกครอมตัวตานทานจะแสดงในรูปที่ 3.5 เม่ือ พจิ ารณาสัญญาณแรงดัน v(t) และกระแส i(t) ทแ่ี ปรเปลี่ยนตามเวลา t ใดๆ กําลังงาน v(t) ทแ่ี ผ ในตวั ตานทาน (Power dissipated) ทเ่ี วลา t ใดๆ จะมีคา P(t)  v(t)i(t) (3.11) เม่อื พิจารณากรณีของสัญญาณกระตนุ ทเี่ ปน แบบคลนื่ รูปไซน คา กําลงั งานเฉลี่ยทีแ่ ผออกมา PAVG ที่ ขวั้ ทั้งสองขางของอุปกรณซึ่งในทน่ี คี้ ือตัวตานทานคือ สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 89

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี I R + V (ก) V,I 90 IV 180 IV 0 270 0 180 360 (ข) รปู ท่ี 3.5 (ก) ตัวตา นทานในอดุ มคตแิ ละ (ข) กระแสทไ่ี หลผานและแรงดันท่ตี กครอ ม ตวั ตานทานซ่งึ มมี มุ เฟสตรงกนั PAVG  12VpI p cos  (3.12) เม่ือ Vp,Ip คือคาแรงดันและกระแสสูงสุดและ  คือผลตางมุมเฟสระหวางสัญญาณแรงดันและ กระแส อยา งไรกด็ โี ดยทัว่ ไปแลว เทอมของกําลังงานที่ใชในการอธิบายความสามารถในการทํางาน ของอปุ กรณหรอื วงจรใดๆ มกั จะนยิ ามเปน คารากที่สองของกาํ ลงั งานเฉลยี่ (Root Mean Squared : rms) สาํ หรบั สญั ญาณแบบคลืน่ รปู ไซนคา อารเอ็มเอสหรอื คา รากท่ีสองของกาํ ลังงานเฉลยี่ ของกระแส และแรงดันจะกําหนดดว ยสมการ Vrms  Vpeak (3.13 ก) 2 และ I rms  I peak (3.13 ข) 2 สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 90

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดังนั้น PAVG  VrmsIrms cos  (3.13 ค) ขอ สังเกตสําหรับสญั ลกั ษณข องตวั แปรในสมการทเ่ี ปนตัวอักษรแบบตวั พิมพเล็กจะบงบอกวาสญั ญาณ เปน แบบคลื่นรูปไซน สําหรบั ตวั ตานทานในอดุ มคตคิ าของมุมตางเฟสระหวา งแรงดันและกระแส   0 ดงั นัน้ กําลงั งานทแ่ี ผเขา ไปในตวั ตานทานจงึ มคี าเทากับผลคณุ ของแรงดันและกระแส v(t)i(t) หนา ท่ีหลกั ของตวั ตานทานในวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ สก ค็ อื การใชงานเปนอปุ กรณสําหรบั กาํ หนดคา ของแรงดันและกระแสในวงจรตางๆ เชน ทําหนาที่เปนวงจรไบอสั เพอ่ื กาํ หนดจดุ ทํางาน ของวงจรขยายทรานซิสเตอร เปนอปุ กรณย กระดบั แรงดัน (Pull-up) ในวงจรดจิ ติ อล ลอจกิ เปน อปุ กรณก ําหนดความถ่ีในการทํางานรวมกบั ตัวเกบ็ ประจแุ ละตัวเหนี่ยวนาํ ในวงจรกรองความถหี่ รอื วงจรออสซลิ เลเตอร ตัวต้านทาน แบบมีขา (leaded) แบบ SMT แบบฟิ ล์มคารบ์ อน, + 5% แบบฟิ ล์มหนา, + 1%, + 5% แบบฟิ ล์มโลหะ, + 1% แบบฟิ ล์มบาง, < + 1% แบบฟิ ลม์ ออกไซดโ์ ลหะ > W แบบลวดพนั > W รูปที่ 3.6 แผนผงั ชนิดของตัวตานทาน สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 91

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตัวตานทานท่ีมีจําหนายในทองตลาดแบงเปนชนิดใหญๆ ได 2 แบบดังรูปท่ี 3.6 คือ 1) แบบมีขา (Leaded) และ 2) แบบประกบผิวหนาหรอื แบบ (Surface Mount Technology: SMT) ในสว นของ ตวั ตา นทานแบบมีขาสามารถแบงแยกออกเปน ชนดิ ตางๆ ขน้ึ อยูก ับชนดิ ของวัสดทุ ใ่ี ชใ นการผลิตเชน ตัวตานทานแบบฟลมคารบอน (Carbon film resistor) เปนตัวตานทานที่มีราคาถูกและ หางายมีคาเปอรเซ็นตความผิดพลาด 5 หรือ 10 % โครงสรางประกอบไปดวยแทงเซรามิค ทรงกระบอกท่ีมีแผนฟลม คารบ อน (สารประกอบคารบ อนจะทาํ ใหคา ความตา นทานเปลยี่ นแปลงเมอ่ื ไดร ับแรงดนั ไฟฟาคาสูง) การเพมิ่ หรือลดคาความตา นทานทําไดโ ดยการปรบั สว นผสม ความกวา งและ จํานวนรอบของแผนฟลม ดงั รปู ที่ 3.7 แผน่ โลหะพนั รอบเพอื กาํ หนด ขวั โลหะ คา่ ความต้านทาน ขาโลหะ ฉนวนเคลือบ แทง่ เซรามิค รูปที่ 3.7 โครงสรา งของตวั ตานทานแบบมขี า ตวั ตานทานแบบฟล มโลหะ (Metal film resistor) มกั จะเปน ฟล มของสารประกอบระหวา ง นิเกิลและโครเมยี มหรือนโิ ครม (NiCr) ตวั ตานทานชนิดนมี้ ีคุณภาพและความแมนยําคอ นขางสงู จึง เหมาะกับวงจรจาํ พวกวงจรกรองความถแี ละวงจรประมวลสญั ญาณแบบอนาลอ็ กแบบตา งๆ ที่ ตอ งการใหมขี นาดของสญั ญาณรบกวนต่าํ มคี าเปอรเซ็นตความผิดพลาด 0.5 1 หรอื 2 % และสัม ประสทิ ธิอุณหภูมิราว 25 หรือ 50 พพี เี อ็ม สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 92

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตวั ต้านทานฟิ ลม์ คาร์บอน ตวั ต้านทานฟิ ล์มโลหะ ตวั ต้านทานออกไซด์ของโลหะ ตวั ต้านทานแบบลวดพนั รูปท่ี 3.8 ตวั ตา นทานแบบมขี าชนดิ ตางๆ ตวั ตา นทานแบบฟล ม ออกไซดของโลหะ (Metal oxide resistor) เปน ตวั ตานทานทีผ่ ลติ จาก ฟล มออกไซของโลหะเชน ดีบกุ ออกไซด ตวั ตานทานชนดิ นมี้ ีคาความเหนยี่ วนําแอบแฝงตํา่ ตานทาน แรงดนั และกระแสสงู ไดร วมทง้ั ทนอุณหภมู ิทส่ี งู มากกวา 240 องศาเซลเซยี ส จงึ นยิ มนําไปใชกับวงจร ดา นอเิ ล็กทรอนกิ สก าํ ลงั มีคา เปอรเ ซ็นตค วามผิดพลาดประมาณ 2% และสมั ประสิทธอิ ุณหภูมริ าว +350 พีพเี อม็ ตวั ตานทานแบบลวดพัน (Wire wound resistor) เปนตัวตานทานสําหรับงานที่ตองการคา ความตา นทานและการทนกําลงั ไดส งู ๆ ตั้งแต 1 ถึงหลายกิโลวัตต ใชกับงานจําพวก อิเลก็ ทรอนิกส กําลัง ผลิตจากแทงเซรามคิ ทรงกระบอกทถ่ี ูกพันรอบดวยเสนลวดเพื่อกําหนดคาความตานทานมีคา เปอรเซน็ ตความผิดพลาดประมาณ 1 ถึง 10 % ตัวตานทานอีกรูปแบบหนึ่งท่ีนิยมใชกับวงจร อิเล็กทรอนิกสที่ตองการใหวงจรโดยรวมมีขนาดเลก็ ก็คอื ตัวตานทานแบบประกบผิวหนาหรือ ตัว ตานทานแบบ SMT หรือ SMD (Surface mount device) ดังรปู ท่ี 3.10 ซึ่งมีการเร่ิมตนผลิตครั้ง แรกในชวงป ค.ศ. 1960 โดยกลุมวิศวกรของบริษัทไอบีเอ็มและไดรับความนิยมอยางแพรหลาย ในชว งป ค.ศ. 1980 ขอดีคือมีขนาดเล็กและนํ้าหนักเบา งายตอการประกอบลงบนแผนพิมพวงจร เพราะไมต องเจาะรเู พ่อื ใสข าอุปกรณขนาดของตวั ถงั และขามีขนาดเลก็ อุปกรณแฝงจงึ มคี า นอ ยเหมาะ ท่ีจะนําไปใชก ับวงจรทีท่ าํ งานในยา นความถ่ีสูง แตมีขอเสยี หลักก็คือ การซอมแซมวงจรท่ีสรางจาก อุปกรณจ ําพวกนี้ทําไดยาก ตวั ตานทานชนดิ น้ีจะระบุคาความตานทานดว ยรหสั ตวั เลข 3 หลัก สอง หลักแรกบอกคาสองหลักแรกของความตานทานและ หลักท่ี 3 คือคาเลขยกกําลังของ 10 ตวั อยา งเชน \"472\" ใชห มายถงึ \"47\" เปน คา สองหลกั แรกของคา ความตา นทาน คณู ดว ย 10 ยกกําลัง สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 93

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สอง 47 102  47 100  4700 โอหม สว นตัวตา นทาน SMT แบบความแมนยําสูงจะใช รหัสเลข 4 หลักในการระบคุ า 3 หลกั แรกบอกคา ความตานทานสวนละหลกั ท่ี 4 คือคา เลขยกกําลัง ของ 10 ตวั ตานทานแบบประกบผวิ หนา แบงออกไดเ ปน 2 ชนดิ ตามเทคนคิ การเคลือบฟลม คือ ตวั ตานทาน SMT แบบฟลม บาง (Thin film resistor) เปน ตวั ตา นทานท่ผี ลติ ดว ยการเคลอื บ ฟลม บางซึ่งมกั เปน ฟลม นิโครมดวยเทคนิคสปตเตอรร ง่ิ ลงบนซับสเตรท (อลูมนิ มั Al2O3) ในแชมเบอร สุญญากาศและกดั เซาะฟลมบางใหเปนลวดลายเพอื่ ปรับคาความตา นทานดวยเทคนคิ ทางแสง ฟล ม ท่ี นํามาใชงานมักจะเปน แทนทาลัมไนไตร (TaN) รูธีเนียมไดออกไซด (RuO2) ตะกั่วออกไซด (PbO) หรือนิโครม (NiCr) เปน ตน มีคาเปอรเซ็นตค วามผิดพลาดประมาณ 0.1 0.2 0.5 และ 1 % ตามลาํ ดบั การปรับแตงความตา นทานคาทําไดดวยลาํ แสงเลเซอรมคี าสมั ประสิทธอิ ณุ หภูมิราว 5 ถึง 25 ppm ตวั ต้านทาน SMT แบบฟิ ล์มบาง ตัวต้านทาน SMT แบบฟิ ลม์ หนา รปู ที่ 3.9 ตวั ตา นทานแบบ SMT ตารางท่ี 3.2 ขนาดตัวถังของตัวตา นทานแบบ SMT ความกวา ง (W) ขนาด โคด ความยาว (L) mm mils mm mils 0.5 20 0402 1.0 40 0.8 30 0603 1.6 60 1.2 50 L W 0805 2.0 80 1.6 60 1206 3.2 120 2.5 100 1210 3.2 120 ตัวตานทาน SMT แบบฟลมหนา (Thick film resistor) เปนตัวตานทานที่ผลิตจาก กระบวนการเคลือบฟล ม แบบสกรนี หรอื การพมิ พ (Screen and printing) ของสารประกอบเซรามิค ที่สามารถนําไฟฟาไดเชนเดียวกันกับแบบฟลมบางแลวทําการเผาท่ีอุณหภูมิประมาณ 850 องศา สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 94

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เซลเซียส ตัวตานทานชนิดนี้มีคาเปอรเซ็นตความผิดพลาดประมาณ 1 หรือ 2% และสัมประสิทธิ อณุ หภูมริ าว +250 พพี เี อ็ม เปน ตัวตา นทานที่มีราคาถกู และผลิตไดในปรมิ าณสงู ๆ ตัวตานทานแบบ SMT เหลานจ้ี ะมีตวั ถงั ขนาดตางๆ ซ่งึ มคี วามกวางและความยาวดงั แสดงในตารางที่ 3.2 ซ่งึ เปน ขอมลู ของตัวถังตวั ตา นทานแบบ SMT บางรนุ ความไมเปน อุดมคตขิ องตวั ตานทาน Non-Ideal Resistor) คา อนิ ดัคแตนซแอบแฝง (Parasitic) เกิดจากเสนลวดตวั นํา (L) ที่ทาํ หนา ที่เปนขาของตัว ตานทานเชนเดยี วกันกับคาคาปาซิแตนซแอบแฝง (C) ท่ีเกิดจากข้ัวไฟฟาประกบอยูกับฐานรองที่ เชื่อมตออยูกบั ขาตัวตา นทานท้ังสองดา นจะสง ผลกระทบตอการทํางานของตัวตานทานเมื่อนําไปใช งานในชว งความมสี่ งู ตวั แปรแอบแฝงทงั้ หมดรวมทัง้ คาตวั ตา นทาน R สามารถเขียนเปนแบบจําลอง ทางไฟฟาไดด ังรูปที่ 2.11 R LR L C รูปที่ 3.10 ตวั ตานทานในอดุ มคติและแบบรวมตวั แปรแอบแฝง Magnitude (% DC Resistance) 200 LR L 180 160 C 5 140 120 Wirewound 100 100 80 1k 60 1M 100k 10k 40 20 101 102 103 104 105 106 107 108 109 0 Frequency (Hz) 100 รปู ท่ี 3.11 อิมพแี ดนซข องตวั ตานทานทแ่ี ปรตามความถี่ 95 สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 3.4 ตวั เหนย่ี วนาํ (Inductor) ตัวเหนี่ยวนําในอุดมคติจะมีพฤติกรรมท่ีไมเหมือนตัวตานทานนั่นคือไมมีการแผกําลังงาน ความสมั พนั ธระหวา งกระแสทไ่ี หลผา นและแรงดันท่ีตกครอมตวั เหน่ยี วนาํ คอื v(t)= L di(t ) (3.14) dt สว นคา กระแสท่ีไหลผา นตัวเหนย่ี วนําท่ีเวลา t ใดๆ จะหาไดด ว ยการอนิ ทรเิ กรตแรดงดนั ไฟฟา v (3.15) i(t)= v(t)dt 0 ปริมาณของพลังงานที่เก็บสะสมในตัวเหนี่ยวนํา UL ที่ถูกเก็บสะสมในตัวเหนี่ยวนําจะมคี าเทากับ อินทริกรลั เทยี บกับเวลาของผลคณู v(t) i(t) โดยมีเงือ่ นไขของกระแสเรมิ่ ตนคือ i(t=0)=0  UL=t L t d(i) i(t)dt (3.16 ก) 0 v(t )i(t )dt 0 dt จากสมการ (3.16 ก) พลังงานทถ่ี กู สะสมในตัวเหน่ยี วนาํ ณ เวลา t ใดๆ คือ UL = 1 L i(t ) 2 (3.16 ข) 2 ปริมาณของกระแสที่ไหลผานตัวเหน่ียวนําทุกรูปแบบของสัญญาณจะแปรตามอินทริกรัลของ แรงดันไฟฟาที่จายใหตัวเหน่ียวนํา ถาสัญญาณที่จายใหตัวเหน่ียวนําเปนสัญญาณแรงดันรูปไซน v(t) V0 cos t กระแสทีไ่ หลผานตวั เหน่ยี วนาํ จะหาไดดวยการอนิ ทริเกรตดังนี้ I1 V0 cos tdt  V0 sin t (3.17) L L สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 96

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี I L + V (ก) V,I 90 I 180 V 0 V I 270 0 180 360 (ข) รูปที่ 3.12 (ก) ตวั เหนย่ี วนําในอดุ มคตแิ ละ (ข) มมุ เฟสของกระแสทต่ี ามมมุ เฟสของแรงดัน 90 องศา จากกฎของโอหมแรงดันที่หารดว ยกระแสมหี นวยเปน โอหม ดงั นั้นเทอม L ซ่ึงเปน คา รแี อคแตนซ ของตัวเหนยี่ วนําจงึ มหี นวยเปนโอหม นอกจากนต้ี ัวเหนยี่ วนาํ ในอดุ มคติยังพฤตกิ รรมทส่ี าํ คญั ประการ หนึ่งก็คือไมมีการแผกําลังงานแตมีการสะสมพลังงานเม่ือตัวเหนี่ยวนําไดรับการกระตุนดวย สญั ญาณไฟฟากระแสสลับ มุมเฟสของกระแสจะตาม (Lag) มมุ เฟสของแรงดันอยู 90 องศา ดังนั้น กาํ ลังงานท่แี ผอ อกมาจงึ มีคา PDiss  1 V I cos   0 (3.18) 2 เมอื่ พจิ ารณากราฟอิมพีแดนซข องตัวเหน่ียวนําในอดุ มคติจะมีลักษณะเปนเชิงเสนแปรตามความถ่ีที่ เพ่มิ ขนึ้ จนถึงความถอ่ี นันต ในขณะทตี่ ัวเหนี่ยวนําท่ีรวมผลกระทบของตัวแปรแอบแฝง (Parasitic parameters) เขาไปดวยในวงจรสมมูลดังรปู ที่ 3.13 (ก) จะมพี ฤตกิ รรมทตี่ างจากนน้ั คอื เมอื่ ถงึ ความถี่ คาหนึ่งขนาดอิมพีแดนซของตัวเหนี่ยวนําจะมีขนาดเปนอนันตซึ่งเปนพฤตกิ รรมท่ีคลายกับวงจร รโี ซแนนซแ บบขนานและหลงั จากความถรี่ โี ซแนนซดังกลาว สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 97

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี L RL C (ก) Impedance (Ohm) (ข) รปู ท่ี 3.13 (ก) ตัวเหนย่ี วนาํ ในอดุ มคตแิ ละแบบมตี ัวแปรแอบแฝงและ (ข) ตวั เหนี่ยวนาํ แบบชพิ ที่มาของภาพ : http://www.coilcraft.com/ 105 RL 104 ตวั เหนียวนาํ แบบมีตวั แปรแอบแฝง 103 102 ตัวเหนยี วนาํ ในอดุ มคติ 101 fr 101006 107 108 109 Frequency (Hz) รปู ท่ี 3.14 อิมพแี ดนซของตัวเหนย่ี วนําทแ่ี ปรตามความถี่ สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 98

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ขนาดอมิ พีแดนซของตัวเหนี่ยวนาํ จะมคี าลดลงเหมอื นกบั อิมพีแดนซข องตัวเก็บประจเุ ราจะเรยี กวา ถร่ี ี โซแนนซดังกลา ววาความถ่ีรโี ซแนนซดวยตัวเองของตัวเหนี่ยวนํา (SFR) หรือความถี่ fr นอกจากน้ี เมอ่ื พิจารณาคาอมิ พแี ดนซของตวั เหน่ียวนํา Zin ที่รวมตวั แปรแอบแฝงแลวกพ็ บวา มที ั้งคาท่ีเปนสวน จริง ReZin  ซึ่งแทนการสูญเสยี ท่แี ฝงอยใู นอุปกรณแ ละสว นจินตภาพ ImZin ซ่ึงเปนคา รแี อค แตนซของตัวเหน่ียวนาํ ผลของความไมเ ปนอดุ มคติของตวั เหน่ียวนาํ ซงึ่ มกี ารสญุ เสยี แฝงอยทู าํ ใหเ กดิ นิยามตัวประกอบคุณภาพของอุปกรณ (Q) ซ่งึ นิยามไดจ าก Q   Energy stored  XL  2fL (3.19) Energy loss Rs Rs ตวั อยางที่ 3.2 คา ตวั ประกอบคุณภาพของตวั เหนีย่ วนาํ 15 H ทที่ ํางานทีค่ วามถ่ี 10 เมกกะเฮริ ตซ มีคา 90 จงหาคา ความตานทานไฟกระแสตรงของตวั เหนยี่ วนําน้ี วิธีทํา จากขอมูลท่ีโจทยใหมา L  15 H , f  10 MHz และ Q  90 คาตัวประกอบ คุณภาพของตัวเก็บประจหุ าไดจากสมการ Q  90  2fL  2   10 106 15 106 Ro Ro Ro  2   10 106 15 106  10.5  90 3.4.1 การออกแบบตวั เหนยี่ วนาํ ช้ันเดียวแกนอากาศ ตวั เหนย่ี วนําช้ันเดียวแบบแกนอากาศ (Air-core single layer inductor) เปนตัว เหนี่ยวนําทีส่ รางไดง า ยบนคอยลฟ อรมนําเสนอโดย Wheeler เปนครัง้ แรก เมอ่ื ป ค.ศ. 1928 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 99

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี l D r รปู ท่ี 3.15 ตัวเหนี่ยวนําชน้ั เดยี วแบบแกนอากาศ L(H )  0.394 r 2N 2 (3.20) 9r  10l เมอื่ คอื คา ความเหนย่ี วนาํ มีหนวยเปน ไมโครเฮนรี (H ) คอื ความยาวของขดลวดมีหนว ยเปน เซนตเิ มตร (cm) L คอื รศั มภี ายในของแกนมหี นวยเปน เซนติเมตร (cm) l คอื จาํ นวนรอบของการพนั ขดลวดมีหนว ยเปน รอบ r N หรอื ในสตู รท่ขี นาดตางๆ มีหนวยเปนนิ้ว L(H )  D 2N 2 (3.21) 18D  40l เมอื่ D คอื เสนผา นศูนยกลางของตัวเหนยี่ วนาํ แบบคอยล มหี นว ยเปน น้ิว (Inch) แตถ า คาเริ่มตน เปน คาอนิ ดักแตนซท ต่ี อ งการจาํ นวนรองของการพนั N จะมคี า L 18D  40l (3.22) N D ตวั อยา งที่ 3.3 จงหาคาอินดักแตนซข องตัวเหนี่ยวนําท่พี นั จากลวดจาํ นวน 48 รอบดวยความยาว 32 รอบตอ นิ้ว มีเสน ผา นศูนยก ลาง 0.75 นว้ิ จากขอ มลู D  0.75 นวิ้ จํานวนรอบ N  78 และความยาว l  48 / 32 =1.5 นว้ิ สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 100

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เพราะฉะนั้น L(H )  0.752 482  1300  18 ไมโครเฮนรี 18  0.75  40 1.5 74 ตวั อยา งท่ี 3.3 ถาตอ งการคา อินดกั แตนซข องตัวเหนยี่ วนาํ เทากับ 10.0 ไมโครเฮนรี จากขดลวดทีพ่ ัน บนคอยลฟ อรมทมี่ ขี นาด D  1.25 นิว้ และมีความยาว l=1.25 นิ้ว ตอ งพันขดลวดทงั้ หมดก่ี รอบ จาก N 10.018 1.0  40 1.25 680  26.1 รอบ 1.0  3.4.2 วสั ดุแกนแมเ หลก็ ถาตองการสรางตัวเหนี่ยวทม่ี ีคาสูงระดบั หลายสิบหรอื หลายรอยไมโครเฮน็ รอี าจทาํ ได ดวยการเพม่ิ จํานวนขดลวดแตข อเสียทต่ี ามมาคอื ตวั เหน่ียวนาํ ที่ไดม ีขนาดใหญ ในทางทฤษฎีการเพมิ่ คาอินดักแตนซจะทําไดดวยการเพ่ิมความหนาแนนของฟลักซแมเหล็กซ่ึงจะเกิดข้ึนเมื่อคาความ ตา นทานทางแมเ หล็กหรือรีลัคแตนซ (Reluctance) มคี า ลดลง วิธกี ารอยางงายกค็ ือการเพิม่ คอรห รอื แกนแมเ หล็กเขา ไปในตวั โครงสราง (Coil form) ของตัวเหน่ียวนําหรือการพัดลวดรอบแกนเหล็กดัง รปู ท่ี 3.16 วัสดทุ ี่นํามาผลติ แกนของตวั เหนีย่ วนําเหลานีอ้ าจจะเปน วสั ดุจําพวกแกนเหลก็ (Iron core) หรือแกนเฟอรไ รต (Ferrite core) ซ่งึ มคี าความซึมซาบทางแมเหลก็ (Magnetic permeability :  ) High current line filter Bi-filar winding Tri-filar winding Surface-mount inductor Small-rf coil Circuit-board variable choke รูปท่ี 3.16 ตวั เหน่ียวนําบนแกนวัสดแุ มเหล็กแบบตา งๆ ทีม่ าของภาพ : http://www.indiamart.com/intexpower/electrical-inductors.html สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 101

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอิเลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สงู กวาอากาศทาํ ใหเ พ่ิมจํานวนเสนแรงแมเหล็กระหวางขดลวดดวยใหมีจํานวนมากขึ้น สงผลใหคา ความเหนี่ยวนําเพ่มิ ขึน้ ดวยการใชลวดตัวนําพนั เพยี งไมกร่ี อบเทานั้น แกนเหลก็ หรือแกนเฟอรไ รตแ บบ ตา งๆ ท่ีนํามาใชใ นการสรางตวั เหนีย่ วนาํ จะแสดงในรูปท่ี 3.17 Ferite binocolar balun Suppression Ferite bead Ferite rod Toroid core E-core Slug tune coil form รูปท่ี 3.17 แกนแมเ หลก็ และแกนเฟอรไรตแ บบตา งๆ ทีม่ าของภาพ : http://meige008.b2b.youboy.com/ 3.5 ตัวเกบ็ ประจุ (Capacitor) ตัวเก็บประจแุ บบพ้นื ฐานจะประกอบไปดว ยแผนเพลตโลหะ 2 แผนประกบกบั วสั ดุ ไดอเิ ล็ก ตรกิ ทคี่ ั่นอยตู รงกลางซึ่งอาจจะเปน ฟล ม พสาติก แผน ฉนวนเซรามคิ แผน กระดาษหรอื แผนไมกาเปน ตน คาคาปาซิแตนซ C ทเ่ี กดิ ขน้ึ มีคาเทา กบั จํานวนประจไุ ฟฟา Q ทง้ั หมดทเ่ี กบ็ สะสมอยบู นแผน เพลต ตอ ศกั ดาไฟฟา V ทต่ี กครอมแผนเพลตทัง้ สองดงั สมการ C Q ฟารดั (3.23) V เมอื่ C คอื คาความจไุ ฟฟามหี นวยเปน ฟารดั Q คอื ประจุไฟฟา มหี นวยเปนคูลอมบ V คอื ศกั ดาหรอื แรงดันไฟฟาทต่ี กครอ มระหวา งแผน เพลตทัง้ สองมีหนว ยเปน โวลต สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 102

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี I A + V C d C  rA d รูปท่ี 3.18 (ก) โครงสรา งของตวั เกบ็ ประจแุ บบแผนขนาดและ (ข) สญั ลกั ษณข องตัวเก็บประจุ คาคาปาซแิ ตนซจ ะแปรตามพ้ืนทผี่ ิว A ของแผน เพลตโลหะและคาเพอรมติ ตวิ ติ ้ี  ของวสั ดไุ ดอิเลก็ ตริกทคี่ ัน่ ระหวางแผนเพลตโลหะแตจ ะแปรผกผันกบั ระยะหา งระหวา งแผน เพลตตัวนํา d ดงั สมการ C  A ฟารัด (3.24) d เมอ่ื  คอื คาเพอรมติ ตวิ ติ ้ขี องวัสดไุ ดอเิ ล็กตริก มหี นวยเปน ฟารัด/เมตร A คอื พืน้ ทผี่ ิวของแผนเพลตโลหะ มีหนว ยเปน ตารางเมตร d คอื ระหวางแผน เพลตโลหะ มีหนว ยเปน เมตร ตัวอยางที่ 3.4 จงหาคา คาปาซิแตนซของตัวเกบ็ ประจุแบบแผนขนานทีแ่ ผนเพลตมีพื้นที่ 0.04 m2 และมรี ะยะหา งระหวางแผนเพลตเปน 0.02 m โดยวัสดทุ ีค่ ่ันกลางระหวางแผน เพลตทัง้ 2 เปน ไมกา ทม่ี คี าคงทไี่ ดอเิ ลก็ ตริกเปน 5.0 วิธีทาํ จากขอมูลท่ีโจทยใ หม า A  0.04 m2 , d  0.02 m และ r  5.0 คาคาปาซิแตนซ ของตวั เก็บประจุแบบแผนขนานหาไดจ าก  C  o r A  8.85 1012  5.0  0.04 d 0.02  1.77 1011 C  17.7 pF สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 103

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตวั อยางท่ี 3.5 ตัวเกบ็ ประจแุ บบเซรามิคมพี น้ื ท่ีแผน ขนาน 0.2 m2 จงหาคาความหนาของวัสดุไดอิ เล็กตริก d ถาตัวเก็บประจุมคี าคาปาซิแตนซ 0.428 F และวัสดุเซรามิคที่คั่นกลางมีคาคงที่ ไดอเิ ลก็ ตรกิ เปน 1200 วิธีทํา จากขอมูลท่ีโจทยใหมา A  0.2 m2 , C  0.428 F และ r  1200 คาคาปาซิ แตนซของตวั เกบ็ ประจแุ บบแผนขนานหาไดจ าก เพราะฉะนั้น  C  orA  0.428 1012  8.85 1012 1200  0.2 dd  8.85 1012 1200  0.2 d  0.428 1012  4.96 103 m = 4.96 m ตัวเก็บประจุจะมีพฤติกรรมที่เหมือนกับตวั เหน่ียวนํานั่นก็คือไมมีการแผกําลังงานแตจะมีการเก็บ พลงั งานสะสมพลงั งานในรปู ของการเก็บสะสมประจุ ดงั นั้นพลังงานทีอ่ ยใู นรูปของสนามไฟฟา กจ็ ะถูก เก็บสะสมเพมิ่ ตามไปดว ย จากนิยามของคา คาปาซิแตนซซ ่ึงเปนอตั ราสว นของประจุ q ตอ แรงแรงดนั v ในเวลาใดๆ ท่ีประจุเหลา นั้นถกู สะสมไวหรือ C= q (3.25) v(t) เมอ่ื กระแสไฟฟา ไหลเขา ไปในตัวเกบ็ ประจปุ ระจสุ ะสมก็จะมปี รมิ าณเพิม่ มากขน้ึ อตั ราการเปลยี่ นแปลง ของจาํ นวนประจุตอหนวยเวลาก็คอื คา ของกระแสที่ไหลเขา ตวั เกบ็ ประจุน่ันเอง เมื่อคณู สมการที่ 3.25 ท้ังสองขา งดวยเทอม v แลวทาํ การดฟิ เฟอเร็นชเิ อตเทียบกับเวลา t จะได q = i(t)=C v(t) (3.26) t t จากนน้ั ทาํ การอนิ ทริเกรตกระแสเทียบกบั เวลาจะไดแรงดนั ทเี่ วลา t ใดๆ v(t)= 1  idt (3.27) C สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 104

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ในสภาวะเร่มิ ตนของตวั เกบ็ ประจทุ ย่ี ังไมไ ดร ับการประจซุ งึ่ มคี า แรงดันไฟฟา v(0)=0 อินทรกิ รลั ของ กําลงั งานที่เวลาใดๆ ท่ีจา ยใหกบั ตวั เกบ็ ประจุ v(t) i(t) ก็คือพลังงานที่สะสมอยูในตัวเก็บประจุ UC เม่อื ตวั เกบ็ ประจทุ าํ การสะสมประจจุ นมีมีคาแรงดันไฟฟา เทา กับ v  UC=v C v v(t ) dvd(tt ) dt (3.28) 0 v(t )i(t )dt 0 จากสมการท่ี (3.28) พลงั งานทีถ่ ูกสะสมในตัวเก็บประจุ ณ เวลา t ใดๆ คือ V,I VI 90 0 180 V 0 270 I 0 180 360 รปู ท่ี 3.19 (ก) ตวั เกบ็ ประจุในอดุ มคตแิ ละ (ข) มุมเฟสของกระแสจะนาํ มมุ ของแรงดันทตี่ ก ครอ มตวั เกบ็ ประจุ 90 องศา UC = 1 C v(t)2 (3.29) 2 ปรมิ าณของพลังงานสะสมน้ีจะไมขึน้ กับรปู คล่นื ของสญั ญาณกระแสและแรงดนั ท่ีใชในการสะสมประจุ อยางไรกด็ ีถาสัญญาณทีใ่ ชในการสะสมประจุมีลกั ษณะเปนสัญญาณคลืน่ ไซน กระแสท่ีไหลผานตวั เกบ็ ประจุจะมีมมุ เฟสที่นํามมุ เฟสของแรงดันอยู 90 ดงั นี้ v(t)  V0 cos t i(t) C v(t )  V0C sin t (3.30) t สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 105

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี จากสมการท่ี (3.30) เทอม 1 / C มหี นวยเปนโอหม คอื ซ่ึงก็คือคารีแอคแตนซตวั เกบ็ ประจุ ตัวเกบ็ ประจุแบงออกเปนชนิดใหญๆ ได 2 ชนิดดังแผนภูมิในรูปท่ี 3.19 คือ 1) ตัวเก็บประจุชนิดอิเล็ก โตรสแตติคหรือตวั เกบ็ ประจแุ บบไมมีขัว้ และ 2) ตวั เก็บประจุแบบอิเลก็ โตรไลติค 3.5.1 ชนดิ ของวสั ดไุ ดอเิ ลก็ ตริก วสั ดุไดอิเลก็ ตริกท่ีใชในการผลติ ตัวเกบ็ ประจมุ หี ลายชนิด ตวั เก็บประจุที่ผลิตจากวัสดุ ตา งชนิดกันกจ็ ะมลี กั ษณะการใชง านที่แตกตางกันดงั ตอ ไปน้ี ตัวเกบ็ ประจุ ตวั เกบ็ ประจุแบบอิเลก็ โตรสแตติค ตัวเกบ็ ประจุแบบอเิ ลก็ โตรไลตคิ แบบเซรามคิ แบบอลูมินมั แบบฟิ ลม์ แบบแทนทาลมั รปู ท่ี 3.20 แผนผังชนดิ ของตัวเกบ็ ประจุ 3.5.1.1 วัสดุไดอิเลก็ ตรกิ ชนดิ กระดาษ จะใชกับงานจําพวกแรงดันไฟฟาสูง ไมสามารถนําไปใชกับสภาวะแวดลอมที่ ความช้นื สงู ได เน่อื งจากคา ความเก็บประจุจะเพิ่มข้ึนในขณะที่ความตานทานฉนวน ความคงทนไดอิ เล็กตริก (Dielectric strength) และอายุการใชงาน (Aging) จะลดลงตัวเก็บประจะประเภทน้ีจะมี เปอรเ ซน็ ตความผดิ พลาดประมาณ 10 เปอรเซน็ ต 3.5.1.2 วสั ดไุ ดอเิ ลก็ ตรกิ ชนดิ ฟล ม พลาสตกิ แบง ออกไดห ลายชนิดดังนี้ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 106

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ฟลม พลาสตกิ ชนดิ ไมลารเ ปนช่อื ทางการคา ทาํ งานในชวงอณุ หภูมิ -55 ถงึ +125 องศาเซลเซยี ส คุณสมบตั ิในการดูดซับความช้นื นอ ยกวา กระดาษครง่ึ หนึ่งมคี ุณสมบตั ิคลายโพลเี อสเตอร ฟลมโพลีคารบอรเ นต มีคาคงทีไ่ ดอเิ ล็กตรกิ ประมาณ 2.9 มีคาตัวประกอบกาํ ลงั งานต่ํา ทํางาน ไดดใี นยา นความถไ่ี ฟกระแสสลบั นอกจากน้ียงั มคี า สมั ประสทิ ธิอุณหภมู ติ วั ประกอบการสูญเสียความ รอนและการดูดกลืนไดอเิ ล็กตรกิ มีคาต่ําจึงเหมาะสําหรับการใชง านในวงจรกรองความถี่ ฟลมโพลีเอสเตอรหรือ PET เปนช่ือทางการคาของบริษัทดูปองค (DuPont) ที่นําออกสู ทอ งตลาดราวกลางป ค.ศ. 1950 มีคา คงที่ไดอิเล็กตริกประมาณ 3 ซ่งึ ถือวามีคาต่ํา สามารถใชแทน วสั ดุไดอิเล็กตริคชนิดกระดาษไดเหมาะกับงานหลายชนิดในชวงความถี่ต่ํา เพราะมีการสูญเสียความ รอนสงู ในชว งความถีส่ งู ตัวเก็บประจชุ นิดนม้ี ีเปอรเซ็นตค วามผดิ พลาดประมาณ 20 เปอรเซนต ฟลมไมกา (Mica) มีคา คงที่ไดอิเล็กตรกิ ประมาณ 6 ซึง่ มีคา ตํ่าดังนั้นตัวเก็บประจจุ ึงมีขนาดใหญ ตวั เกบ็ ประจุท่ีสรางจากวัสดุชนิดนี้มีคุณสมบัติดานอุณหภูมิดีมากจึงเหมาะสมที่จะนําไปสรางวงจร กรองความถแี่ ละวงจรรโี ซเนเตอรในชว งความถี่ตา่ํ 3.5.1.3 วสั ดไุ ดอิเลก็ ตรกิ แบบเซรามคิ ตามมาตรฐานของ EIA (Electronics Industries Alliance) สามารถแบงออก ไดเ ปน 2 คลาสหรือกลุม ดังตอไปน้ี วสั ดไุ ดอิเล็กตรกิ คลาสหนึง่ (Class 1 dielectric) เปนวสั ดทุ มี่ คี าคงทไี่ ดอเิ ล็ก ตรกิ ไมเกิน 150 เหมาะสาํ หรบั การผลิตตัวเก็บประจุท่ีมีคานอยกวา 5 นาโนฟารดั ท วัสดุชนิดนี้มีคา สมั ประสทิ ธิ์การเปล่ยี นแปลงคาคาปาซิแตนซต ามคาอณุ หภมู ิ (Temperature coefficient) แรงดนั ความถแ่ี ละอายุการใชงาน (Aging tolerance) ที่มเี สถียรภาพสงู การสญู เสียเนื่องจากการแผกําลัง งานมคี าตา่ํ ในชว งความถีก่ วาง วสั ดกุ ลมุ นีไ้ ดแ ก ไททาเนียมไดออกไซด (TiO2) ที่ผสมกบั แคลเซียม ไททาเนต (CaTiO3) หรือแบเรยี มไททาเนต (Ba2TiO3) ที่มปี รมิ าณนอ ยๆ เพอื่ ลดผลของปรากฏการณ ไมโครโฟนิกสทีจ่ ะแปลงผันการสั่นทางกลใหเปน สัญญาณรบกวนทางไฟฟาเน่ืองแบเรียมไททาเนตมี คุณสมบัตเิ พียโซอเิ ล็กตรกิ วัสดุไดอเิ ล็กตริกที่จดั อยูในคลาสหนึ่งไดแก C0G N220 P110 และ NP0 เปนตน การต้ังชื่อของวัสดุเหลานี้จะทําได 2 ลักษณะตามมาตรฐานของอุตสาหกรรมและตาม มาตรฐานของ EIA การต้ังชื่อมาตรฐานของอุตสาหกรรมจะประกอบตัวอักษรที่เปนชนิดของ สัมประสิทธิ์การเปล่ียนแปลงตามคาอุณหภูมิ เชน P หมายถึง Positive ในขณะท่ี N หมายถึง Negative และ O จะใชแ ทนศูนยหรือ Zero (0) แลว ตามดวยตัวเลขสามหลกั ยกตัวอยางเชน N220 หมายถึง 200 ppm/C สวนวสั ดุชนิด P100 หมายถึง 100 ppm/C ในขณะท่ี การตั้งช่อื สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 107

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี มาตรฐานของ EIA ช่ือวัสดุแตละชนิดจะประกอบไปดวย ตัวอักษร-ตัวเลข-ตัวอักษร เชน NPO หมายถงึ มีเสถียรภาพสูงมากหรือไมม กี ารเปลีย่ นแปลงคาคาปาซิแตนซแ มค าอุณหภมู ิจะเปลยี่ นแปลง วสั ดุชนิด NPO มีคา เทยี บเทากับวสั ดุชนิด C0G ตามมาตรฐานของ EIA หรือ Negative-positive- 0 ppm/C สาํ หรบั ชือ่ ของวสั ดุไดอิเลก็ ตริกคลาสหน่งึ ทเ่ี ทียบเคียงตามมาตรฐานทั้งสองจะแสดงใน ตารางที่ 3.3 ตารางที่ 3.3 คณุ สมบัตเิ ทียบเคียงของวัสดไุ ดอเิ ล็กตรกิ คลาสหนึ่ง มาตรฐาน วสั ดไดอเิ ล็กตรกิ คลาสหน่งึ EIA M7G C0G B2G U1G P2G R2G S2H T2H U2J P3K R3L Industry P100 NPO N030 N075 N150 N220 N330 N470 N750 N1500 N2200 วัสดไุ ดอเิ ล็กตริกคลาสสอง (Class 2 dielectric) เปนวัสดุทม่ี คี า คงท่ีไดอเิ ล็กตริก สูงกวา 18,000 เหมาะสําหรับการผลิตตัวเก็บประจุคาสูงที่ใชงานในยานความถ่ีตํ่า แตก็มีขอเสีย เกีย่ วกับการเปลยี่ นแปลงคา ตามอุณหภูมิ แรงดัน ความถี่ การสญู เสยี เน่อื งจากการแผกาํ ลังงานมีคา สูง วัสดุในกลุมน้ีไดแกไททาเนียมไดออกไซด (TiO2) ผสมกับแบเรียมไททาเนต (Ba2TiO3) ใน อตั ราสวนผสมท่สี งู ๆ เพราะตอ งการสารประกอบท่ีมคี า คงทไี่ ดอิเล็กตริกสงู ดงั นั้นตวั เก็บประจทุ ีผ่ ลติ จากวัสดุกลุมน้ีจงึ มีแนวโนมทจี่ ะเกดิ ปรากฏการณไ มโครโฟนกิ สสูง ตัวอยางของวัสดุท่จี ัดอยูในคลาส สองไดแ ก X7R ท่มี ีการเปลยี่ นแปลงคาคาปาซิแตนซสูงสุดถึง 15 % ในชวงอุณหภูมิ -55 ถึง +125 องศาเซลเซียส วัสดุชนิด Z5U ท่ีมีการเปลี่ยนแปลงคาคาปาซิแตนซสูงสุด 22 ถึง 56 % ในชวง อุณหภูมิ +10 ถึง +125 องศาเซลเซียส วัสดไุ ดอเิ ล็กตริกคลาสสองสามารถแบงออกไดเปนอีกสอง กลมุ ยอยตามชวงคา คงท่ีไดอเิ ล็กตรกิ คอื วสั ดไุ ดอเิ ล็กตรกิ ท่ีมคี าคงทีไ่ ดอเิ ล็กตริกสูงปานกลางและมีเสถียรภาพ (Stable mid-k) มีคาสัมประสิทธิอุณหภูมิสูงสุดถึง +15 % ในชวงอุณหภูมิ – 55 ถึง +125 องศาเซลเซียส วสั ดุที่อยใู นกลมุ นี้ไดแก X7R ซึ่งมีคาคงที่ไดอิเล็กตริกอยูในชวง 600- 4,000 คาเปอรเซ็นต ความ ผดิ พลาดของตัวเกบ็ ประจมุ ีคาประมาณ 10 เปอรเซน็ ต มคี าอยูในชวง 3300 พิโคฟารัดถึง 0.33 ไม โครฟารดั ตวั เกบ็ ประจุชนิดนีเ้ หมาะสมกบั งานจําพวกคบั ปลง้ิ สญั ญาณ วงจรกรองความถี่ วงจรกด ผลตอบสนองทรานเซ้ยี นและวงจรไทมม่ิง สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 108

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตารางที่ 3.4 รหสั ทใ่ี ชในการกาํ หนดชื่อวัสดไุ ดอเิ ล็กตรคิ คลาส 2 EIA CODE Percent capacity change over temperature range RS198 Temperature range X7 55 C ถงึ 125 C X5 55 C ถงึ 125 C Y5 55 C ถงึ 125 C Z5 55 C ถงึ 125 C Code Percent capacity change D 3.3 % E 4.7 % F 7.5 % P 10.0 % R 15.0 % S 22.0 % T 22 %, -33% U 22 %, -56% V 22 %, -82% วสั ดไุ ดอิเลก็ ตริกที่มีคา คงที่ไดอิเล็กตริกสูง (High-k) มีคา สมั ประสทิ ธอิ ณุ หภมู ิสงู สุดถึง 56 % ในชว งอณุ หภมู ิ +10 ถึง +85 องศาเซลเซียส วัสดทุ ีอ่ ยใู นกลุมน้ีไดแก Z5U มคี า คงที่ไดอเิ ลก็ ตริกมากกวา 4,000 มคี า เปอรเซน็ ตความผิดประมาณ 20 เปอรเ ซน็ ต ในชวงคาความเกบ็ ประจุ 0.01 ไมโครฟารดั ถึง 0.33 ไมโครฟารดั เหมาะสมกบั งานจาํ พวกบายพาสและคับปลิ้งสัญญาณ ขนาดของ ตวั เก็บประจุมขี นาดเล็ก 3.5.2 ไมโครโฟนิกส (Microphonics) คอื ปรากฏการณท ีส่ ําคญั ชนิดหนึง่ ท่ีเกิดขน้ึ ในตวั เก็บประจุเมอ่ื อเิ ลก็ ตรอนซง่ึ เปน สว นประกอบของวสั ดุท่ีใชผลิตตัวเก็บประจจุ ะแปลงพลงั งานของการ สั่นเชงิ กลใหเ ปนสัญญาณรบกวนเชงิ ไฟฟา เปนพฤติกรรมท่คี ลายกบั การทาํ งานของไมโครโฟน ตัวเก็บ ประจทุ ่ีมีแนวโนมจะเกิดปรากฏการณน ้คี อื ตวั เกบ็ ประจุทผี่ ลิตจากวัสดเุ ซรามคิ ทม่ี คี าคงท่ีไดอเิ ล็กตรกิ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 109

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สูงๆ จาํ พวก Z5U และ X7R ซึ่งเปนวัสดุเซรามคิ ที่มคี ุณสมบัตเิ พียโซอเิ ลก็ ตริก (Piezoelectric) ในตวั เหมอื นกับวัสดุท่ใี ชสรางไมโครโฟนหรือลาํ โพงแบบเพียโซอเิ ล็กตริก (ก) (ข) รูปที่ 3.21 สัมประสทิ ธอิ์ ณุ หภมู ขิ องวสั ดไุ ดอเิ ลก็ ตริกชนิด (ก) NPO และ (ข) X5R อิมพแี ดนซของตวั เหนีย่ วนําในอดุ มคติจะมีลักษณะเปนเชงิ เสน แปรตามความถีท่ เี่ พม่ิ ขน้ึ จนถึงความถ่ี อนันต ในขณะทต่ี ัวเหน่ยี วนําที่รวมผลกระทบของตัวแปรแอบแฝง (Parasitic parameters) เขาไป ดวยในวงจรสมมูลดงั รูปท่ี 3.22 จะมีพฤติกรรมท่ีตางจากนั้นคือ เม่ือถึงความถ่ีคาหนึ่งขนาด อมิ พแี ดนซของตัวเกบ็ ประจุจะมขี นาดเทากับสว นจรงิ ของวงจรซึ่งเปนคา รซี สิ แตนซซ ง่ึ เปน พฤตกิ รรมท่ี คลา ยกบั วงจรรีโซแนนซแบบอนุกรม หลังจากความถ่ีดงั กลาวขนาดอิมพีแดนซข องตวั เกบ็ ประจุจะ มคี า เพ่ิมขนึ้ เหมือนกับอิมพีแดนซของตัวเหน่ียวนําเราจะเรียกวาถ่ีดังกลา ววาความถ่ีรีโซแนนซดวย ตัวเองของตัวเหนยี่ วนาํ (SFR) หรือความถี่ fr นอกจากน้ีเมื่อพิจารณาคาอิมพแี ดนซข องตัวเก็บประจุ Zin ทีร่ วมตวั แปรแอบแฝงแลว กพ็ บวา มที ัง้ คา ท่ีเปนสว นจรงิ Re Zin  ซงึ่ แทนการสูญเสียที่แฝงอยู ในอปุ กรณและสวนจนิ ตภาพ ImZin  ซ่งึ เปน คารแี อคแตนซของตัวเกบ็ ประจุ ผลของการสูญเสีย ความรอนที่แฝงอยนู ี้มผี ลตอการทํางานของตัวเก็บประจมุ ากและจะไดก ลาวถึงในหัวขอ ถัดไป C C L RS RP 110 รปู ที่ 3.22 ตวั ตา นทานและวงจรสมมูลความถ่ีสงู ทร่ี วมตวั แปรแอบแฝง สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 108 C 106 L R Impedance (Ohm) 104 Rp ตัวเกบ็ ประจุแบบมตี ัวแปรแอบแฝง 102 100 ตวั เกบ็ ประจนุ าํ ในอดุ มคติ 0 100 101 102 103 104 105 106 107 fr 108 109 Frequency (Hz) รูปที่ 3.23 อิมพีแดนซข องตัวเกบ็ ประจทุ แ่ี ปรตามความถ่ี 3.5.3 วงจรสมมลู แบบอนกุ รมของตวั เกบ็ ประจุ ตัวเก็บประจุในทางปฏิบัติมไิ ดม ีเฉพาะคาคาปาซิแตนซซง่ึ เปนสวนประกอบท่ีสะสม พลังงานแตเ พยี งอยางเดยี วเทานั้นแตยงั มคี ารซี ิสแตนซที่เปนตวั แทนของการสญู เสยี ทง้ั หมดทแ่ี อบแฝง อยใู นตัวเกบ็ ประจุในรปู ของคารีซิสแตนซแ บบอนกุ รมหรือแบบขนานดงั ตอไปนี้ - Ras คา ความตานทานอนกุ รมโอหม มคิ (Ohmic resistance) ของขาหรือคาความตานทาน ของแผน เพลตในโครงสรา งของตัวเก็บประจุซงึ่ โดยปรกติจะมคี าตํา่ มากทําใหเกดิ การสญู เสยี ในรปู ของ การแผกําลังงาน I 2Ras และเปนสวนทที่ าํ ใหเ กิดคาตวั ประกอบของการแผก ําลังงาน D1  RasC - RL คา ความตานทานรัว่ ไหล (Leakage resistance) เปนคาความตานทานแบบขนานที่เกิด จากกระแสร่ัวไหลในตัวเกบประจุมีคาสูงเปนรอยเมกกะโอหม ตัวตานทานน้ีทําใหเกิดสูญเสียในรูป ของการแผกําลังงาน V 2 / RL และเปนสวนที่ทําใหเกิดคาตัวประกอบของการแผกําลังงาน D2  1 / (RLC ) - RD การสูญเสียไดอิเล็กตริก (Dielectric loss) เปนคาความตานทานแบบขนานที่เกิดจาก ปรากฏการณโพลารไรเซช่นั ซง่ึ เกิดขนึ้ เมอื่ สญั ญาณความถีส่ ูงทาํ อันตรกิรยิ ากบั วัสดสุ ามารถแบง เปน 2 รปู แบบคอื 1) โพลาไรเซช่นั ของโมเลกลุ (Dipole) และ 2) โพลาไรเซช่ันแบบแยกประจุ (Interfacial polarization or space-charge) ซ่ึงทําใหเกิดการดูดกลนื กําลงั งานของวัสดุมรี ูปแบบดังรปู ที่ 3.24 สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 111

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี E 0 E 0 รปู ที่ 3.24 การเกิดโพลารไรเซช่ันแบบเกิดไดโพลและแบบแยกประจุ การสญู เสียไดอิเลก็ ตริกเหลา นเ้ี ปนการสูญเสยี ทเ่ี ปลยี่ นแปลงตามความถีแ่ ละเปน สว นทท่ี าํ ใหเ กดิ คา ตวั ประกอบของการแผกําลงั งาน D3  1 / (RDC) โดยที่ RD มีคา แปรเปล่ียนตามความถ่ีและ CB คือตวั เก็บประจุแบบบล็อกกิ้ง นอกจากนี้เมอ่ื ทาํ การจาํ ลองลกั ษณะอมิ พีแดนซแ ละคา ESR รวมท้งั คา ESL ทแี่ ปรตามความถี่ของตวั เกบ็ ประจุขนาด 1.2 พโิ คฟารดั แบบ SMT RD CS L Ras C ESR C ESL RL (ข) (ก) รูปที่ 3.25 (ก) วงจรสมมลู ของตวั เกบ็ ประจทุ ีร่ วมการสูญเสยี แบบตางๆ และ (ข) วงจรสมมลู ของ ตัวเกบ็ ประจุแบบรวม ESR และ ESL ดังนั้นเมอ่ื นําพารามเิ ตอรท ั้งหมดมาสรางเปนวงจรสมมูลทางไฟฟาของตวั เกบ็ ประจกุ จ็ ะไดว งจรสมมูล ของตัวเกบ็ ประจทุ ร่ี วมตัวแปรทงั้ หมดดังรปู ที่ 3.25 (ก) และวงจรสมมูลอยางงายทีป่ ระกอบไปดวยคา คาปาซิแตนซ ESR และ ESL ดังรูปท่ี 3.25 (ข) สวนลักษณะของการสูญเสียที่แปรตามความถี่จะ แสดงดงั รูปท่ี 3.25 ซ่งึ มขี นาดแพ็คเกจเบอร 0603 ผลิตจากวัสดุไดอเิ ลก็ ตรกิ คลาสหนึง่ ชนิด C0G ดว ย สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 112

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี โปรแกรม PSPICE ของบรษิ ทั KEMET กจ็ ะไดผ ลการจาํ ลองทสี่ อดคลอ งกบั ทฤษฎที ี่กลาวถงึ ไปแลว ดงั แสดงในรูปท่ี 3.26 รปู ที่ 3.26 การสญู เสยี ความรอ นแบบตางๆทแ่ี ปรตามความถ่ี 3.5.4 ตวั ประกอบกาํ ลงั งานและตัวประกอบการสญู เสยี ความรอน ตัวประกอบกาํ ลงั งาน (Power factor) และตวั ประกอบการสูญเสยี กําลังงาน (Dissipation factor) เปนตัวประกอบสองตวั ทม่ี ักจะสบั สนกนั อยเู สมอ เนอื่ งจากเปน ตวั เลขที่ใชวดั การสญู เสยี กําลังงานของตัวเกบ็ ประจุ เมอ่ื นําไปใชงานกบั สญั ญาณความถี่กระแสสลบั ในอดุ มคติ กระแสในตวั เก็บประจจุ ะมมี มุ เฟสนํามมุ เฟสแรงดนั อยู 90 องศา แตใ นทางปฏบิ ตั ิมมุ เฟสของกระแสท่ี นํามุมเฟสของแรงดนั จะมคี านอ ยกวา 90 องศา ดังรปู ที่ 3.27 ซงึ่ เปนผลทเ่ี กดิ จากคา ความตา นทาน การสญู เสยี ความรอ น ESR เราจะเรียกมมุ  วามมุ เฟสในขณะทเี่ รยี กมุม  วามุมของการสญู เสยี ความรอนและจะไดส มการ ตัวประกอบกาํ ลังงาน P.F.  cos  or sin (3.31) และ ตัวประกอบการสญู เสยี กาํ ลงั งาน D.F.  tan  (3.32) สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 113

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอิเลก็ ทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รูปท่ี 3.27 อิมพแี ดนซแ ละ ESR ESL ของตัวเกบ็ ประจุทจี่ ําลองดวย PSPICE KEMET ตัวประกอบ D.F. / P.F.นจ้ี ะเปนตัวเลขทบี่ อกวากําลงั งานอินพุตของตัวเกบ็ ประจุไดถ ูกเปลย่ี น ความรอ นกเ่ี ปอรเซ็นต นอกจากนป้ี ระกอบการสูญเสียความรอนยงั มคี วามสมั พันธก บั ESR ดงั สมการ ตัวประกอบการสญู เสยี D.F.  ESR  2fC ESR (3.33) XC หรือถา คดิ เปนการสญู เสยี กาํ ลงั งานในหนว ยทีเ่ หน็ วัตต Watt loss  2fCV 2D.F. (3.34) สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 114

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี I (Ideal) I (Actual) Loss angle  Phase angle  V รูปท่ี 3.28 มมุ ของการสญู เสยี มมุ เฟสจริงของตัวเกบ็ ประจุ 3.5.5 ตวั ประกอบคณุ ภาพของตวั เกบ็ ประจุ (Quality factor : Q) เปนตวั แปรทบี่ อกคุณภาพของตวั เกบ็ ประจทุ ส่ี รางขน้ึ มา โดยท่วั ไปนยิ ามของตวั ประกอบคุณภาพคอื Q    Energy stored (3.35) Power loss ในทางไฟฟา ตวั ประกอบคุณภาพจะบง บอกถงึ ผลกระทบของการสญู เสยี ความรอ นในรปู ของคา รซี สิ แตนซที่มผี ลตอ การทาํ งานของอปุ กรณห รอื วงจร Q  1  XC (3.36) D.F. ESR 3.6 บทสรุป อปุ กรณพ าสซีพหรืออุปกรณเ ฉ่ือยงานท่ีรจู กั กันดมี อี ยู 3 ชนิดคอื ตวั ตานทาน ตัวเหน่ียวนํา และตวั เกบ็ ประจุ เปน สวนประกอบท่ีสําคัญในวงจรอเิ ล็กทรอนิกส โยทว่ั ไปจะมีการนําตัวตานทาน ไปใชในการกําหนดแรงดนั ตกครอมหรอื แบงคากระแสไฟตรงหรอื กระแสสลบั ในวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ สใ ห เปนไปตามทอี่ ุปกรณในวงจรนัน้ ๆ ตอ งการ สวนตัวเก็บประจุและตัวเหน่ียวนําจะใชในการกําหนด พฤติกรรมในการทํางานของวงจรที่เก่ียวของกับความถ่ี ซึ่งจะตองมีการพิจารณาเก่ียวกับคา ตัว ประกอบคณุ ภาพซึ่งสมั พนั ธกับการสญู เสยี ในรปู ของตวั ตา นทานทแ่ี ฝงอยูภายในตัวเก็บประจุและตัว เหนยี่ วนําดวยซึ่งสามารถสรา งแบบจําลองทางไฟฟา อยางงา ยมาอธิบายเกี่ยวกับตัวแปรเหลาน้ี การ นําอุปกรณพาสซีพไปใชงานในทางปฏิบัติจะตองคํานึงถึงคุณสมบัติพื้นฐานของอุปกรณรวมท้ัง สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 115

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ขีดจํากัดดา นตางๆ เชน การทนแรงดัน กระแส กําลังงานหรอื ความถสี่ งู สดุ ทอ่ี ุปกรณนนั้ ๆ ยังสามารถ ทํางานไดส มบูรณ คําถามทา ยบท 3.1 จงอธบิ ายความหมายของคาํ วาอุปกรณแบบพาสซีพและอุปกรณแบบแอ็คทพี มาพอเขาใจ 3.2 จงอธิบายความหมายของคําวา คาสภาพความตานทานไฟฟา และคาสภาพความนําไฟฟา มาพอเขา ใจ 3.3 จงอธบิ ายความหมายของเทอม R และ R ในเชิงของอุปกรณทางไฟฟามาพอเขาใจ 3.4 จงอธิบายนิยามของคําวา “ปรากฎการณผิว” มาพอเขา ใจ 3.5 จงอธบิ ายความหมายของคําวาความถี่รีโซแนนซของอุปกรณ (Self Resonance Frequency: SRF) มาพอเขาใจ 3.6 คา ตัวประกอบคุณภาพของตัวเหน่ียวนาํ 10 H ทีท่ ํางานทค่ี วามถี่ 10.7 เมกกะเฮิรตซมีคา 60 จงหาคา ความตานทานแฝงของตัวเหนย่ี วนํานี้ 3.7 ตวั เหนีย่ วนาํ 2.2 H มีคาความตา นทานอนกุ รมแฝงอยู 4.5 โอหมท่คี วามถ่ี 1 เมกกะเฮิรตซจ ง หาคา ตัวประกอบคุณภาพของตวั เหน่ยี วนาํ น้ี RL รูปที่ 3.29 ภาพประกอบคาํ ถามที่ 3.7 3.8 จงอธิบายความหมายของคาํ วา “คา คงทไี่ ดอิเล็กตรกิ สัมพัทธ” มาพอเขาใจ 3.9 จงอธบิ ายความหมายของคาํ วา คา สัมประสิทธ์อิ ุณหภมู ขิ องตวั เกบ็ ประจมุ าพอเขา ใจ 3.10 จงอธิบายความหมายของคาํ วาปรากฎการณไ มโครโฟนกิ ส (microphonics) มาพอเขา ใจ 3.11 จงหาคา อินดกั แตนซข องตวั เหน่ยี วนาํ ทพ่ี นั จากลวดจาํ นวน 32 รอบดวยความยาว 28 รอบ ตอ นิ้วมีเสน ผา นศูนยก ลาง 0.6 นิ้ว สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 116

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 3.12 ตัวเกบ็ ประจุแบบเซรามิค มีพื้นที่แผนขนาน 0.125 m2 จงหาคา ความหนาของวัสดุ ไดอิเล็กตริก d ถาตัวเก็บประจุมีคาคาปาซิแตนซ 0.22 F และวัสดุเซรามิคที่คั่นกลางมี คา คงท่ีไดอเิ ล็กตริกเปน 1000 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 117

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เอกสารอางอิง Ludwig, R. and Bretcho, P. (2002). RF Circuit design”, Upper Sadle river : Peason education. Young, Pual H. (1990). Electronic Communication Technique. Newyork : Macmillan Publishing Company. Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.(1998). Microelectronic Circuits. New York: Oxford University Press. Neamen, A. D. (2002). Electronic Circuit Analysis and Design. New York: McGraw-Hill. Floyd, L. T. (1999). Electronic Devices. New Jersey: Prentice-Hall International Inc. Millman, J. and Grabel, A. (1987), Microelectronics. New York: McGraw-Hill. Boylestad, R. and Nashelsky, L. (1996) Electronic Devices and Circuit Theory. Prentice-Hall. Sedra, R. S.(2007). Electronic Devices for Computer Engineering. India : S. Chand and Company Ltd. http://www.radio-electronics.com/info/data/inductors/ferrite-bead-inductors.php. http://www.pupman.com/listarchives/1998/April/msg00189.html. http://en.wikipedia.org/wiki/American_wire_gauge. http://www.arrl.org/tis/info. http://www.niccomp.com/help/capvalues.asp. http://www.dialelectrolux.ru/files/file/Kemet/f3102.pdf. http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/kechome.nsf/weben/kemsoft. สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 118

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แผนบรหิ ารการสอนประจาํ บทที่ 4 พ้ืนฐานทฤษฎสี ารก่ึงตวั นาํ และอปุ กรณแ บบรอยตอ 6 ชวั่ โมง หวั ขอ เนอ้ื หา 4.1 บทนาํ 4.2 พืน้ ฐานเกีย่ วกบั อะตอม 4.2.1 วงโคจรของอิเล็กตรอน 4.2.2 จํานวนอิเลก็ ตรอน 4.3 แถบพลังงาน 4.4 ของแขง็ 4.5 สารก่ึงตัวนํา 4.5.1 สารกงึ่ ตวั นาํ บรสิ ทุ ธ์ิ 4.5.2 การนาํ ไฟฟา ในตวั นํา 4.5.3 การนําไฟฟาในสารกึ่งตวั นาํ บรสิ ทุ ธ์ิ 4.6 สารกง่ึ ตัวนาํ ไมบ รสิ ุทธ์ิ 4.6.1 สารกงึ่ ตัวนาํ ชนิดเอน็ 4.6.2 สารกง่ึ ตวั นาํ ชนิดพี 4.6.3 ประจุพาหะสวนมากและประจุพาหะสว นนอย 4.6.4 ประจแุ บบเคลือ่ นท่แี ละแบบไมเ คล่ือนท่ใี นสารกึ่งตัวนาํ ชนดิ เอ็น 4.6.5 ความหนาแนนประจแุ ละการนํากระแสในสารกึ่งตวั นําไมบ ริสทุ ธิ์ 4.6.6 กลไกการเคลอื่ นทีข่ องประจุพาหะในสารก่ึงตัวนาํ 4.7 รอยตอ พเี อน็ 4.8 แถบพลังงานในรอยตอพีเอ็น 4.8.1 แถบพลงั งานเน่ืองจากการไบแอสตรงทีร่ อยตอพีเอ็น 4.8.2 แถบพลังงานเน่ืองจากการไบแอสกลบั ทีร่ อยตอพีเอ็น 4.9 บทสรุป สาขาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 119

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วตั ถุประสงคเ ชงิ พฤตกิ รรม 1. เพอ่ื ใหผูเรยี นมคี วามเขา ใจและสามารถอธิบายสามารถอธิบายโครงสรางพน้ื ฐานของอะตอมได 2. เพอ่ื ใหผ เู รยี นมคี วามเขา ใจและสามารถอธิบายพนื้ ฐานเกย่ี วกับทฤษฎแี ถบพลังงานพื้นฐานของ สารก่งึ ตวั นาํ ได 3. เพอื่ ใหผ ูเรยี นมคี วามเขา ใจและสามารถอธิบายคุณสมบตั ขิ องสารกง่ึ ตวั นําบรสิ ทุ ธิแ์ ละสารกึง่ ตัวนํา ไมบริสทุ ธไ์ิ ด 4. เพอื่ ใหผ เู รยี นมคี วามเขาใจและสามารถอธบิ ายโครงสรา งและการทํางานรอยตอ ของสารพเี อ็นได วธิ สี อนและกจิ กรรมการเรยี นการสอนประจําบท 1. บรรยายเนอ้ื หาในแตล ะหัวขอ พรอ มยกตัวอยางประกอบ 2. ศกึ ษาจากเอกสารประกอบการสอน 3. ผสู อนสรุปเนอ้ื หา 4. ทาํ แบบฝก หัดเพอ่ื ทบทวนบทเรยี น 5. ผเู รยี นถามขอ สงสยั 6. ผูสอนทําการซักถาม ส่ือการเรียนการสอน 1. เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 2. ภาพเลอื่ น (Slide) การวดั ผลและการประเมนิ 1. ประเมินจากการซกั ถามในช้นั เรยี น 2. ประเมนิ จากความรว มมอื และความรับผดิ ชอบตอ การเรยี น 3. ประเมินจากการทาํ แบบฝกหดั ทบทวนทา ยบทเรยี น สาขาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 120