ວິຊາວິສະວະກຳ ອີເລັກໂຕນິກ1

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แผนบรหิ ารการสอนประจาํ บทท่ี 9 วงจรขยายทรานซิสเตอร 6 ชวั่ โมง หวั ขอ เนอื้ หา 9.1 บทนาํ 9.2 การวเิ คราะหว งจรขยาย 9.2.1 การวเิ คราะหว งจรไฟกระแสตรง 9.2.2 การวิเคราะหว งจรไฟกระแสสลับ 9.3 ตวั แปรของวงจรขยาย 9.3.1 อิมพแี ดนซข าเขา 9.3.2 เอาตพ ุตอิมพีแดนซ 9.3.3 อัตราขยายแรงดนั 9.3.4 อัตราขยายกระแส 9.4 แบบจาํ ลองของทรานซิสเตอร 9.4.1 แบบจําลองไฮบริด 9.4.2 แบบจําลองแอตมติ แตนซ 9.4.3 ปรากฏการณเ ออรล ยี และแรงดันเออรลีย 9.5 แบบจําลองแบบทขี องทรานซิสเตอรบจี ีที 9.5.1 แบบจําลองทรานซสิ เตอรแบบทีหรือแบบจําลองตวั ตานทานอิมติ เตอร 9.5.2 แบบจําลองแบบไฮบรดิ ของทรานซสิ เตอรบ ีจีที 9.6 การวิเคราะหวงจรไฟกระแสสลบั 9.7 วงจรอมิ ิตเตอรรว มแบบไมม ตี ัวตานทานอมิ ิตเตอร 9.8 วงจรอมิ ิตเตอรรว มแบบมตี วั ตานทานทีข่ าอมิ ติ เตอร 9.9 วงจรขยายแบบอิมิตเตอรร ว มทีจ่ ัดไบแอสแบบแบงแรงดนั 9.10 วงจรขยายแบบเบสรวม 9.11 วงจรขยายแบบคอลเล็กเตอรรวม 9.12 บทสรุป สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 321

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วตั ถปุ ระสงคเชงิ พฤตกิ รรม 1. เพอ่ื ใหผ ูเรยี นมคี วามเขาใจและสามารถอธิบายนยิ ามสญั ญาณขนาดเลก็ และแบบจาํ ลองสัญญาณ ขนาดเล็กของทรานซสิ เตอร 2. เพอ่ื ใหผ เู รยี นมคี วามเขาใจและสามารถอธบิ ายตวั แปรของวงจรขยายทรานซสิ เตอรท่ีเปน โครงขา ยไฟฟาแบบสองพอรต 3. เพื่อใหผเู รยี นมคี วามเขา ใจและสามารถคาํ นวณหาคาตวั แปรของวงจรขยายทรานซสิ เตอรได วิธีสอนและกจิ กรรมการเรียนการสอนประจําบท 1. บรรยายเนอื้ หาในแตล ะหัวขอ พรอ มยกตัวอยา งประกอบ 2. ศกึ ษาจากเอกสารประกอบการสอน 3. ผสู อนสรุปเนอ้ื หา 4. ทาํ แบบฝก หดั เพอื่ ทบทวนบทเรยี น 5. ผเู รียนถามขอ สงสยั 6. ผูส อนทําการซกั ถาม ส่อื การเรยี นการสอน 1. เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 2. ภาพเลอ่ื น (Slide) การวดั ผลและการประเมนิ 1. ประเมนิ จากการซกั ถามในชนั้ เรยี น 2. ประเมินจากความรวมมอื และความรบั ผดิ ชอบตอ การเรยี น 3. ประเมินจากการทาํ แบบฝก หดั ทบทวนทา ยบทเรยี น สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี บทท่ี 9 322

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วงจรขยายทรานซิสเตอร วตั ถุประสงค 1. ทราบนยิ ามสัญญาณขนาดเลก็ และแบบจําลองสญั ญาณขนาดเลก็ ของทรานซิสเตอร 2. ทราบตวั แปรของวงจรขยายทรานซสิ เตอรทเี่ ปนโครงขายไฟฟา แบบสองพอรต 3. คาํ นวณหาคาตวั แปรของวงจรขยายทรานซสิ เตอรได 9.1 บทนาํ บทนี้จะศึกษาเกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานและรูปแบบของวงจรขยายทรานซิสเตอรสําหรับ สัญญาณขนาดเล็ก ในชวงที่วงจรมีพฤติกรรมแบบเปนเชิงเสนซ่ึงตองทํางานในชวงขนาดของ สัญญาณที่เหมาะสม ถาขนาดของสัญญาณมีขนาดเล็กหรือใหญเกินไปการทํางานของวงจรจะมี พฤติกรรมแบบไมเปนเชิงเสน สําหรับทรานซิสเตอรซิลิกอนแบบสองรอยตอซ่ึงมีความสัมพันธ ระหวางแรงดันอินพุตและกระแสเอาตพุตแบบเอกซโพเน็นเชียล (Exponential characteristics) ขนาดของสัญญาณอินพุตจะถูกเปรียบเทียบกับแรงดันความรอน (Thermal voltage : VT ) ซึ่งมี คา ประมาณ 25 มลิ ลโิ วลตทอ่ี ุณหภูมิหอง ถา ตอ งการใหวงจรขยายทํางานแบบเชิงเสนและสัญญาณ เอาตพุตมีความผิดเพย้ี นต่ําๆ ขนาดของสัญญาณอนิ พตุ ท่ปี อนใหวงจรขยายควรมีคานอยกวาแรงดัน ความรอ นหรือไมเ กนิ 25 มลิ ลิโวลต รูปท่ี 9.1 เปรียบเทยี บความสมั พันธร ะหวา งแรงดนั กระแสแบบฟง กชนั เอกซโ พเนน็ เชย่ี ล และแบบฟง กช ันยกกําลังสอง สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 323

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ถาขนาดของแรงดันอินพุตมีคามากกวาแรงดันความรอนความผิดเพี้ยนก็จะเกิดข้ึนกับสัญญาณ เอาตพุตของวงจรขยายมากย่ิงขึ้นทง้ั ในแงข อง 1) ความผดิ เพีย้ นเชิงขนาด (Amplitude distortion) และ 2) ความผิดเพยี้ นเชงิ เฟส (Phase distortion) แนวทางการแกไขความผดิ เพี้ยนอาจทําไดโดยใชทรานซิสเตอรแ บบเจเฟต ซงึ่ มีความสัมพันธ ระหวา งแรงดันอนิ พุตและกระแสเอาตพุตแบบฟง กช ันยกกาํ ลงั สอง (Square law characteristics) ดงั รปู ท่ี 9.1 ซงึ่ พบวา ความชันของกราฟทม่ี ีความสัมพันธระหวางแรงดันและกระแสแบบฟง กช นั เอกซ โพเน็นเชียลจะมีความชันมากกวาความสัมพนั ธแ บบฟงกชนั ยกกาํ ลงั สอง ซ่งึ เปนตวั อยา งอยางงา ยทใ่ี ช ในการอธบิ ายพฤตกิ รรมความเปน เชงิ เสนหรือไมเ ปนเชิงเสนของอุปกรณอ เิ ลก็ ทรอนิกส 9.2 การวเิ คราะหว งจรขยายทรานซสิ เตอร การวิเคราะหก ารทาํ งานของวงจรขยายสญั ญาณทรานซสิ เตอรประกอบไปดวยขน้ั ตอนหลกั 2 ขั้นตอนคือ 1) การวเิ คราะหวงจรไฟกระแสตรงท่ีกําหนดจดุ ทํางานของวงจรและ 2) การวิเคราะห วงจรไฟกระแสสลบั ของสัญญาณเพอื่ หาตัวแปรตางๆ ของวงจรขยายสัญญาณขนาดเล็ก 9.2.1 การวิเคราะหว งจรไฟกระแสตรง เ ป น กา ร วิเ ค รา ะห หา ค า แ รง ดั น แ ล ะก ระแ ส ที่ ใช ใ นก า ร กํ า ห น ด จุ ด ทํ า ง า น ข อ ง ทรานซสิ เตอรซง่ึ ไดกลาวถึงไปแลวในบทที่ 6 ในทรานซสิ เตอรแบบสองรอยตอ ก็จะเปน การออกแบบ และการคํานวณเพอื่ กําหนดคา (ICQ, VCEQ) สวนทรานซสิ เตอรแบบเจเฟตก็จะเปนการออกแบบและ การคาํ นวณเพอื่ กาํ หนดคา (IDQ, VDSQ) เปน ตน โดยการออกแบบวงจรไบแอสเพอ่ื กําหนดจุดทํางาน จะตองคํานึงถึงเสถียรภาพของวงจรทีต่ องมีความทนทานตอการเปล่ียนแปลงอุณหภูมิ (Thermal stability) และคาพิกัดสงู สดุ ของทรานซิสเตอร (Transistor rating) 9.2.2 การวเิ คราะหว งจรไฟกระแสสลับ คากระแสและแรงดนั ที่ไดจ ากขัน้ ตอนท่ี 1 จะนาํ ไปใชใ นการคํานวณหาตัวแปรสาํ หรบั การสรางแบบจําลองสัญญาณขนาดเล็กของทรานซิสเตอรที่ทํางานในสภาวะไฟกระแสสลับไดแก re,r,ro,gm เพือ่ ใชใ นการวิเคราะหว งจรในสภาวะไฟกระแสสลับ โดยทัว่ ไปแบบจําลองสญั ญาณ ขนาดเล็กของทรานซิสเตอรม ีหลายรปู แบบ แตท่ีรจู ักและใชง านกนั มากที่สดุ คือ แบบจําลองแบบ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 324

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ที (T-model) และแบบจําลองแบบไฮบริด-ไพ (Hybrid- model) นอกจากนี้ยังมีแบบจําลอง ทรานซิสเตอรใ นรปู แบบของโครงขายไฟฟา 2 พอรต (Two-port parameters) อ่ืนๆ เชน แบบแอต มิตแตนซ (Y-parameters) แบบอิมพีแดนซ (Z-parameters) หรือแบบไฮบริด (H-parameters) ที่ หาไดจ ากคมู ือหรือเว็บไซตของบริษัทผูผ ลิต แบบจาํ ลองเหลาน้จี ะนาํ ไปใชใ นการสรางวงจรสมมลู ไฟ กระแสสลับ (AC equivalent circuit) เพอื่ ใชใ นการวิเคราะหห าตัวแปรของวงจรขยายทรานซสิ เตอร โดยรายละเอยี ดและขัน้ ตอนในการวิเคราะหวงจรจะกลา วถึงในหวั ขอทเ่ี ก่ยี วขอ งตอ ไป 9.3 ตวั แปรของวงจรขยาย วงจรขยายทรานซิสเตอรสําหรับสัญญาณขนาดเล็กเปนโครงขายไฟฟาแบบสองพอรต (Two-port network) ประเภทหนึ่งท่ีมคี ูข้วั (Terminal) 2 คู ดังรปู ที่ 9.2 (ก) (ข) รูปท่ี 9.2 (ก) โครงขา ยไฟฟาแบบสองพอรต และ (ข) ตวั แปรของวงจรขยายในรปู โครงขา ยไฟฟาแบบ 2 พอรต สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 325

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี โดยวงจรทางดานขาเขา หรอื อินพุตของวงจรจะอยูทางดานซาย ในขณะท่ีวงจรทางดานขาออกหรือ เอาทพตุ ของวงจรจะอยทู างขวาเช่ือมตอ อยูก ับโหลดของวงจรเมอ่ื มกี ารใชงาน ดังนน้ั การวเิ คราะหก าร ทํางานของวงจรขยายสญั ญาณขนาดเล็กในสภาวะไฟกระแสสลบั กค็ ือการหาคา ตัวแปรตา งๆ วงจรซง่ึ ประกอบไปดว ย 9.3.1 อิมพีแดนซขาเขา ของโครงขา ยไฟฟาแบบสองพอรตพิจารณาไดจากวงจรในรูปที่ 9.2 (ก) ซึง่ พจิ ารณาได จากกฎของโอหมคือ Zi  Vi (9.1) Ii ในทางปฏบิ ัติคา Zi ไมสามารถใชโอหมมิเตอรวัดคาความตานทานนี้ไดเพราะโอหมมิเตอรจะใชวัด ความตานทานไฟฟากระแสตรง (ก) (ข) รูปท่ี 9.3 การหาคาอินพุตอมิ พแี ดนซโดยการวดั แรงดันครอมตวั ตานทานดวยการปรบั คา ความตา นทาน Rd จน Vi  1 / 2VS วิธีการหาคา Zi ก็คือการวัดแรงดัน Vi และ กระแส Ii แลวนํามาคํานวณตามสมการขางบน ในทางปฏิบัตินิยมใชออสซิลโลสโคปวัดขนาดแรงดันครอมตัวตานทานท่ีรูคาแนนอนแลวจึงมา คํานวณหาคากระแสทีหลัง ดังเชนการหาคา Zi ในรูปที่ 9.3 โดยการปรับความตานทาน Rd สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 326

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี จนกระทั่งขนาด Vi  1 / 2VS จากรูปที่ 9.3 (ก) โดยการเพ่ิมตวั ตา นทาน Rd เขาไปในวงจรซง่ึ จะทาํ ใหไดคากระแสไหลท่ีอนิ พตุ คือ Ii  VS Vi และ Zi  Vi Rd Ii เพ่อื ความสะดวกจะใช Rd เปนตัวตานทานปรับคาไดแลวทาํ การปรับความตานทานจนได Vi เปน คร่งึ หนึ่งของ VS ก็จะไดว า ตามกฎการแบงแรงดันคาความตานทาน Rd ในขณะน้ันจะเทากับความ ตานทานอินพตุ ของวงจนในรูปที่ 9.3 (ข) ทัง้ น้ีเน่อื งจากวาเมอื่ Rd เทากับความตานทานอินพุตจะทํา ให Vi มคี าเปน ครึ่งหนงึ่ ของ VS น่นั เอง 9.3.2 เอาตพตุ อมิ พีแดนซ เปน คา ความตา นทานท่ีมองกลบั เขาไปในวงจรหรือระบบในดานเอาทพตุ ในขณะท่ี ใหแรงดันอินพุตเปนศูนย เชนเดียวกับอินพุตอิมพีแดนซการหาคาเอาทพุตอิมพีแดนซจะใหการ คํานวณจาก Zo Vo Io ซง่ึ จะใชการคํานวณคากระแสจากแรงดันครอ มตวั ตา นทานท่ที ราบคา Rd ดงั รปู ที่ 9.4 Io  VL Vo และ Zo  Vo (9.2) Rd Io หรอื ใชความตา นทาน Rd ที่ปรบั คา ได โดยปรับจน Vo เทากบั ครึง่ หนงึ่ ของ VL คาความตานทาน Rd ทีไ่ ดจะเทา กบั Zo รูปที่ 9.4 การหาคาเอาตพ ตุ อิมพแี ดนซ 9.3.3 อตั ราขยายแรงดัน หมายถึง อัตราสวนแรงดันเอาตพุตตอแรงดันอินพุต เปนการบอกใหรูวาวงจร สามารถขยายแรงดนั ไดกี่เทา บางคร้ังจะเรียกอัตรายายแรงดันในชวงความถี่กวางวาผลตอบสนอง ความถี่ (Frequency response) ในกรณีไรโหลด (No-load) อัตราขยายแรงดนั มีคาเปน สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 327

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี AV  Vo (9.3) Vi เมื่อตอโหลดเขากับวงจรจะทาํ ใหแ รงดันทเ่ี อาทพตุ มีคาตกลงไป (Loading effect) สงผลให อตั ราขยายลดลง แรงดนั อนิ พุตจะตกลงมากหรอื นอยขนึ้ อยกู ับขนาดของความตา นทานโหลด (RL ) ท่ี นํามาตอ และ Zo (หรอื Ro หรอื RS ) อตั ราสวน RL / RS ท่มี คี า นอยจะทําใหแ รงดันตกลงมากกวา RL / RS ทม่ี คี ามาก นอกจากน้ีคา RS (ความตานทานภายในของแหลง จายแรงดนั อินพุต) สงู ๆ ก็จะ ทาํ ใหอัตราขยายตกลงไดเชนเดยี วกนั 9.2.4 อตั ราขยายกระแส ตวั แปรสดุ ทายของวงจรโครงขายไฟฟาแบบสองพอรต คือ อตั ราขยายกระแสซงึ่ เปน สงิ่ ทบ่ี อกใหรวู า วงจรสามารถขยายกระแสไดม ากนอ ยเทาไรดังสมการ Ai  Io (9.4) Ii โดยที่ Ii คือกระแสท่ีไหลจากแหลงกําเนิดสญั ญาณไปยงั อินพุตของวงจรและ Io หมายถงึ กระแสทไี่ หล ผานความตานทานโหลดของวงจร รูปที่ 9.5 การหาคา อตั ราขยายกระแสของวงจรขยาย จากรปู ท่ี 9.5 สามารถหาความสัมพนั ธระหวา ง Ai และ Vi ได จาก Io  Vo RL สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ Io  Vi Zi คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 328

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี Ai  Ii  VVoi / RL  VVioRZLi Ii / Zi หรือ Ai  AV Zi (9.5) RL ซ่ึงจากสมการดังกลา วจะทําใหเราสามารถหาคาอตั ราขยายแรงดันจากอัตราขยายกระแสหรอื กลบั กนั ได โดยใชคาอมิ พีแดนซเขา มาชวยในการคํานวณ 9.4 แบบจาํ ลองของทรานซสิ เตอร แบบจําลองสําหรับสัญญาณขนาดเล็กของทรานซิสเตอรใชส ําหรับการอธิบายความสัมพันธ ระหวา งตัวแปรทางอินพุตและเอาตพ ตุ ของทรานซิสเตอร โดยแรงดนั และกระแสทางอนิ พตุ คอื แรงดนั เบส-อิมิตเตอร v1  vbe และกระแสเบส i1  ib ในขณะท่ีแรงดันและกระแสทางเอาตพุตคือ แรงดนั คอลเลก็ เตอร-อิมิตเตอร v2  vce และกระแสคอลเล็กเตอร i2  iC เปนตน วงจรสมมลู ของโครงขายไฟฟา แบบสองพอรตและพารามิเตอรตา งๆ ท่ีกลาวถึงเปนตัวแปรท่ี ใชใ นวงจรแบบเชิงเสนทีไ่ มมีแหลง จายกําลังอิสระ คาของตัวแปรในแบบจําลองรูปแบบตางๆ ของ ของทรานซิสเตอรสามารถไดมาจากการวิเคราะหจากคุณลักษณะ (ไฟกระแสสลับ) ท่ีจุดทํางานที่ กาํ หนด คา ดังกลาวหาไดจ ากคาอนุพนั ธย อ ยของตวั แปรตางๆ ณ จดุ ทํางานที่กําหนดเชน คา ตวั แปร แบบไฮบริด ตวั แปรแบบวายพารามิเตอร ตัวแปรแบบแซดเปน ตน ในทางปฏิบัตคิ า ตัวแปรเหลา นี้ทาง บรษิ ัทผูผลติ จะกําหนดมาใหในดาตา ชตี เพ่ือใชป ระโยชนในการคํานวณพารามเิ ตอรท่ีสําคัญของวงจร เชน Zi , Zo , Ai และ Av 9.4.1 แบบจาํ ลองไฮบรดิ โครงขายไฟฟาแบบสองพอรตดังรปู ที่ 9.4 จะมตี ัวแปรทางไฟฟาอยู 4 ตัวแปรคอื I1 , V1 , I2และ V2 ตัวแปรเหลา น้ีสามารถนําไปสรางความสมั พันธทางคณิตศาสตรไ ดหลายรปู แบบ ใน แบบจาํ ลองแบบไฮบรดิ จะกําหนดสมการ 2 สมการ ท่ีใชแทนความสัมพันธตามวงจรดังกลาว โดยมี คาตัวแปรไฮบรดิ แบบสองพอรตเขามาประกอบดงั นี้ V1 = h11I1 + h12V2 (9.6 ก) I2 = h21I1 + h22V2 (9.6 ข) สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 329

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตัวแปรทีใ่ ชในสมการ (9.6 ก) และ (9.6 ข) เรยี กวา ตัวแปรไฮบริด (Hybrid model) โดยใชตัวยอ h มาจากคาํ วาไฮบรดิ ที่แปลวาการผสมผสาน ซึ่งหมายถึงการผสมกันระหวางตัวแปร V และ I การ คํานวณหาคาพารามิเตอรข องแตละสมการจะใชการกําหนดเงอ่ื นไขใหตัวแปรบางตวั เปนศูนยดงั นี้ การหาคา ตัวแปร h11 เมื่อให V2  0 (ลัดวงจรทางดานพอรตเอาตพุต) จากสมการ (9.6 ก) จะได h11  V1 เมอื่ V2  0 V (9.7) I1 ตวั แปร h11 เปนคาของอินพตุ อมิ พีแดนซ เนอื่ งจากเปน อัตราสวนของแรงดนั อนิ พตุ และกระแสอนิ พตุ แตเนื่องจากเปนการหาตัวแปรจากการลัดวงจรท่ีพอรตเอาตพุตดังน้ันจึงเรียกตัวแปรนี้วา Short- circuit input-impedance parameter : h1 การหาคาตัวแปร h12 เมื่อกําหนดให I1  0 (เปดวงจรทางดานพอรตอินพุต) จาก สมการ (9.6 ก) จะได h12  V1 เมอ่ื I2  0 (9.8) V2 คาของพารามเิ ตอรh12 ที่ไดจะเปนอัตราสวนของแรงดนั อินพตุ ตอ แรงดันเอาตพตุ เมือ่ พอรต เอาตพ ตุ เปดวงจรจงึ เรียกตวั แปรนีว้ า Open-circuit reverse transfer voltage ratio parameter :h12 การหาคา ตวั แปร h21 เม่ือให V2  0 (ลัดวงจรทางดานพอรตเอาตพุต) จากสมการ (9.6 ข) จะได h21  Io เมอ่ื V2  0 (9.9) Ii คาของพารามิเตอร h21 ท่ีไดจ ะเปน อตั ราสวนของกระแสเอาพตุ ตอ กระแสอนิ พุตเมื่อ แรงดันเอาทพตุ เปนศูนยหรือถูกลัดวงจรจึงเรียกตัวแปรนี้วา Short-circuit forward transfer voltage ratio parameter : h21 การหาคา ตัวแปร h22 เมือ่ ให I2  0 (เปดวงจรท่ีพอรตเอาตพ ุต) จากสมการ (9.6 ข) จะไดเ ปน สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 330

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี h22  Io เมอ่ื I2  0 (9.10) Vo คาของพารามิเตอร h22 ท่ีไดจะเปนอัตราสวนของกระแสเอาตพุตตอแรงดันอินพุต เมื่อ กระแส อินพุตเปนศูนยหรือเปดวงจรทางดานอินพุตจึงเรียกพารามิเตอรนี้วา Open-circuit output admittance parameter : h22 Ii Io + h11 + V-i h12Vo h21Ii h22 Vo (ก) - s (ข) รูปท่ี 9.6 (ก) วงจรสมมลู แบบไฮบริดดานอินพตุ และ (ข) วงจรสมมลู แบบไฮบริดดานเอาตพ ตุ จากคณุ สมบัตขิ องคา ตัวแปรตาง ๆ ทําใหสามารถสรางเปนวงจรสมมูลดังรูปท่ี 9.6 เนื่องจาก h11 มี หนว ยเปนโอหมแทนท่ดี วยตวั ตานทานทางดานอินพุต ในขณะท่ี h12 เปนอัตราสวนระหวางแรงดัน อินพตุ ตอ เอาทพตุ ดงั น้นั จึงแทนท่ดี ว ยแหลงจายแรงดันที่แปรตาม Vo ซ่ึงหมายถึงแรงดันปอ นกลับ สําหรบั h21 เปนอตั ราขยายกระแสจงึ แทนดวยแหลงจา ยกระแสเอาทพุตที่แปรตามกระแสอินพุตและ h22 เปน คา แอตมติ แตนซของเอาตพตุ พอรต 9.4.2 แบบจาํ ลองแอตมิตแตนซ แบบจําลองแอดมิตแตนซเปนแบบจําลองในรปู โครงขายไฟฟาแบบสองพอรต ท่ีมีการ กระตนุ วงจรดว ยแรงดันและตรวจผลตอบสนองทีเ่ กิดข้นึ ในรปู ของกระแส โดยมีตัวแปรทเ่ี กี่ยวของ 4 ตัวแปรคอื Ii Vi Io และ Vo นํามาสรางสมการทางคณติ ศาสตรไ ด 2 สมการทใ่ี ชแ ทนความสัมพนั ธ ระหวา งกระแสและแรงดันของทรานซิสเตอร โดยมีตวั แปรแอดมติ แตนซเ ขา มาประกอบดงั น้ี i1  y11v1  y12v2  yiv1  yrv2 (9.11 ก) i2  y21v1  y22v2  yf v1  yov2 (9.11 ข) หรือ ib  y11vbe  y12vce (9.12 ก) (9.12 ข) ic  y21vbe  y22vce 331 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี จากสมการ (9.11 ก) สามารถเปรียบเทียบตัวแปรแอดมิตแตนซกับตัวแปรสัญญาณขนาดเล็กของ ทรานซิสเตอรไ ดดังน้ี อนิ พุตรซี ิสแตนซ : r 1  0vT  0 (9.13 ก) y11 IC gm คาความตา นทานทีแ่ ผอ ยใู นขาเบส rbb ของทรานซิสเตอรจะมคี า ต่ําประมาณ 10 - 100 โอหม ดงั นน้ั ในแบบจาํ ลองจึงละเลยความตา นทานและคิดรวมในความตานทาน r ไดเลย สวนกระแสเบสที่ พอ รต อินพุต และก ระแสคอ ลเล็กเต อ รที่พอ รต เอ าตพุตจ ะมีความสัมพันธดัง สมการ ic  ib  gmv  gmibr เมือ่   gmr โดยท่ี y12  0 (9.13 ข) เพราะในยา นความถต่ี ่ําตวั เก็บประจุ Cu ซึง่ ทําใหเกิดการปอนกลบั ระหวางขาคอลเล็กเตอรและขา เบสจะมพี ฤตกิ รรมแบบเปดวงจร ทรานสคอนดกั แตนซ :  gm  Re y21  ic  Icq  Ic  40Ic (9.13 ค) v kT vT ในขณะที่เอาตพุตรีซิสแตนซจะหาไดจากแรงดันกับเออรลีย (Early-voltage : VA ) แรงดัน คอลเล็กเตอร-อมิ ิตเตอรแ ละกระแสคอลเลก็ เตอรดังนี้ เอาตพ ตุ รซี ิสแตนซ : ro  1  VA VCE (9.13 ง) y22 Ic 9.4.3 ปรากฏการณเออรลยี และแรงดันเออรลีย ในการทํางานของทรานซิสเตอรก ระแสคอลเล็กเตอร iC จะแปรผันตามแรงดันท่ีตก ครอมรอยตอเบส-อิมิตเตอรรวมทัง้ แรงดันท่ีตกครอ มรอยตอเบส-อิมิตเตอรอีกดวย เมื่อแรงดัน ยอ นกลับทต่ี กครอมรอยตอ เบส-อิมิตเตอรมีคา เพ่ิมขน้ึ (นั่นคือแรงดนั vBC มคี า สูงขึ้น) บริเวณปลอด พาหะรอบ ๆ รอยตอดังกลาวจะมขี นาดกวา งขนึ้ สง ผลใหความกวางเบสมีขนาดแคบลงและกระเบส iC มีคาสงู ข้ึน สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 332

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รปู ที่ 9.7 กราฟคุณลักษณะของทรานซสิ เตอรบเี จที IC VA VCE(sat ) iB ,VBE VCE รูปที่ 9.8 กราฟคณุ ลักษณะของทรานซสิ เตอรบีเจที เรียกปรากฏการณด งั กลาวนีว้ า “การผนั แปรความกวางเบส (base-width modulation)” หรือ “ปรากฏการณเ ออรล ยี  (Early effect)” ทอ่ี ธบิ ายการทํางานดว ยสมการ iC  I evBE /VT 1  vCE  (9.14) S VA สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 333

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 9.5 แบบจาํ ลองแบบทีของทรานซสิ เตอรบ เี จที 9.5.1 แบบจําลองทรานซสิ เตอรแ บบทหี รอื แบบจําลองตวั ตานทานอมิ ติ เตอร เปน แบบจําลองทแี่ ทนทรานซิสเตอรด ว ยตัวตา นทานอิมิตเตอร re และแหลง จา ยกระแสที่ ถกู ควบคุมดวยกระแสหรือแรงดนั ไฟฟาอกี ชดุ หนง่ึ (Dependence current source) (ก) (ข) รปู ที่ 9.9 แบบจาํ ลองแบบทใี นรปู แหลงกาํ เนดิ กระแสท่ีถกู ควบคุมดวย (ก) แรงดนั และ (ข) กระแส 9.5.2 แบบจาํ ลองแบบไฮบรดิ ไพของทรานซสิ เตอรบ เี จที ในยา นความถ่ีระดับกิโลเฮิรตซคารีแอคแตนซของตัวเก็บประจุมีคาสูงมากในขณะที่ คารีแอคแตนซของตวั เหนยี่ วนาํ กม็ ีคา ตาํ่ มากเชน กัน ดงั นั้นแบบจําลองไฮบรดิ -ไพของทรานซิสเตอร แบบบีเจทีจึงประกอบไปดวยตัวตานทานและแหลงกาํ เนดิ กระแสแบบไมอ สิ ระทถี่ กู ควบคมุ ดว ยกระแส หรอื แรงดนั ท้ังทางดา นอินพตุ และเอาตพ ุตเทานนั้ i ic i ic b b r  VT r gv g  IC r i e I m be m V b C T r  re ie ie (ก) (ข) รูปที่ 9.10 แบบจําลองไฮบรดิ -ไพในรูปของแหลง กําเนดิ กระแสทถี่ กู ควบคมุ ดว ย (ก) แรงดนั และ (ข) กระแส สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 334

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตารางท่ี 9.1 ตัวแปรในแบบจําลองของทรานซิสเตอรแบบบเี จที ตวั แปร สมการ กระแสคอลเลก็ เตอร IC  IS expqkVTBE  ทรานสคอนดกั แตนซ gm  qIC  IC  40IC อนิ พุตรีซสิ แตนซ kT VT เอาตพุตรีซิสแตนซ แรงดนั ความรอ น r  0 gm ro  VA IC VT  kT q ตัวแปรท่ีเก่ียวของกับแบบจําลองดังกลาวจะสรุปไวในตารางที่ 9.4 แบบจําลองไฮบริด-ไพ ของ ทรานซิสเตอรแ บบบีเจทที ีป่ ระกอบไปดว ยตัวตา นทานที่ขาเบส r กับแหลงจายกระแสแบบไมอ ิสระ gvbe หรอื ib รวมทง้ั เอาตพ ุตรีซสิ แตนซ ro r gv ro m be รูปท่ี 9.11 ขอ ควรจาํ เกยี่ วกบั ตวั แปรของแบบจาํ ลองไฮบริด-ไพ ตัวอยางที่ 9.1 จงหาตัวแปรของจําลองแบบไฮบริด-ไพ ของทรานซิสเตอรท่ีมีคากระแส IC  1 mA   100 และแรงดัน VA  100 V, VCE =5 V สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 335

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วิทที ํา re  25 mV  25  r  re  100  25   2.5 k IC gm  IC  40IC  40 1103  40 mS VT ro  VA VCE  100  5  105 k IC 1  103 9.6 การวเิ คราะหว งจรไฟกระแสสลบั ในการวิเคราะหสัญญาณไฟกระแสสลับสามารถตัดคาสัญญาณไฟกระแสตรงออกจากการ วิเคราะหไดตามหลักของทฤษฎีการทับซอน โดยมองวาระบบประกอบดวยแหลงกําเนิดที่เปนไฟ กระแสตรงคือแหลงจายการไบแอสของวงจรท้ังหลายและแหลงกําเนิดที่เปนไฟกระแสสลับท่เี ปน อินพุตของวงจร โดยจะใชแบบจาํ ลองวงจรขยายทรานซสิ เตอรซ่ึงเปนการนําสัญลักษณตวั แปรทาง ไฟฟาของอุปกรณท้ังแบบแบบแอ็คทีพและพาสซีพในวงจรมาตอรวมกัน เพ่ือใชในการอธิบาย พฤติกรรมในการทํางาน องคประกอบที่นํามาใชจะแทนอุปกรณจริงนี้จะเปนคาเชิงประมาณ (Approximate) ที่มีคณุ ลกั ษณะใกลเคียงกับอุปกรณจริงภายใตเงื่อนไขการทํางานท่ีกําหนด โดยมี ขน้ั ตอนครา วๆ ในการวเิ คราะหการทาํ งานของวงจรดังตอไปนี้ ข้ันตอนที่ 1 ขั้นตอนการวิเคราะหหาจุดทํางานของวงจร เปนขั้นตอนในการวิเคราะหไฟ กระแสตรงเพื่อหาคา ICQ และ VCEQ ในรูปที่ 9.12 เปนวงจรขยายทรานซสิ เตอรทม่ี กี ารจดั ไบแอส Co   Ci   CE   รูปท่ี 9.12 วงจรขยายทรานซสิ เตอรทร่ี วมสว นประกอบท่ีเปนวงจรไบแอส ตัวเกบ็ ประจคุ บั ปลงิ้ และตัวเกบ็ ประจบุ ายพาส สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 336

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แบบแบงแรงดันและมตี ัวตานทานท่ีขาอมิ ติ เตอรแตต ัวตา นทานดงั กลา วถูกตัวเก็บประจุบายพาสตอ ครอม ข้ันตอนท่ี 2 การลดรปู วงจรเพอื่ สรางวงจรสมมูลกระแสสลับ ในการวิเคราะหวงจรไฟกระแสสลับ จะตอ งตัดแหลง จา ยอน่ื ออก ดงั นัน้ ในรูปที่ 9.12 เม่อื พจิ ารณาเฉพาะสัญญาณจากแหลงกาํ เนดิ vs ที่ เปนสัญญาณไฟกระแสสลับก็จะทําใหแหลงจายไฟกระแสตรงถูกลัดวงจรลงกราวด รวมท้ังตัวเก็บ ประจทุ ้งั หมดในวงจรก็จะถูกลดั วงจรเชนกันทําใหไดวงจรสมมูลไฟกระแสสลับดงั รูปที่ 9.13 ในทาง ปฏิบตั ิตวั เก็บประจุ Ci และ Co จะมไี วเพอ่ื กันสญั ญาณไฟกระแสตรง (DC blocking) และคับปลิ้ง สัญญาณไฟกระแสสลับ RBB  RB1  RB2 รปู ที่ 9.13 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลับของวงจรขยายทรานซสิ เตอรท่ีไดจ ากการลดรปู วงจร โดยจะเลือกขนาดตัวเก็บประจุที่ทําใหสัญญาณไฟกระแสสลับที่ความถ่ีใชงานไหลผานไดดีที่สุด (XCi  1  ) ซึ่งก็จะเปรียบเทียบเสมือนลัดวงจร โดยหลักการในการยุบวงจรสมบูรณเปนวงจร สมมลู ไฟกระแสสลับมดี งั นี้ ขน้ั ตอนท่ี 3 การนําแบบจําลองไฮบรดิ -ไพมาแทนท่ที รานซสิ เตอรใ นวงจร เมอื่ ไดวงจรสมมลู ไฟ กระแสสลับแลว ขัน้ ตอนตอ ไปคอื การนาํ แบบจาํ ลองไฮบรดิ -ไพมาแทนทสี่ ญั ลกั ษณทรานซิสเตอรใน วงจรดังรูปที่ 9.14 เพ่ือใหงายตอการวิเคราะหวงจร โดยจะเห็นวาเมื่อนําแบบจําลองมาแทนที่ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 337

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สัญลักษณทรานซิสเตอรแลวจะทําใหวงจรแบงออกเปนวงจรดานอินพุตและเอาตพุตอยางชัดเจน โดยมีตัวแปร ib และ vbe ทําหนาท่ีเชื่อมตอความสัมพันธระหวางอินพุตและเอาตพุต ดวย อตั ราขยาย  และ gm ตามลาํ ดบั ii i i i iRBB b c o r RBB  RB1  RB2 i ro b รปู ที่ 9.14 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลับของวงจรขยายทรานซสิ เตอร ขนั้ ตอนที่ 4 การลดรูปวงจรเพอ่ื สรางวงจรสมมูลกระแสสลบั วงจรสมมูลไฟกระแสสลับอาจจะมี การลดรปู วงจรตอ ใหเ ปน วงจรสมมูลอยา งงายดงั รูปท่ี 9.15 เพื่อใหงา ยในการวเิ คราะหวงจร เชน การยุบรวมตวั ตา นทานทกุ ตัวท่ีวงจรดา นเอาตพุตใหอยูใ นรูปตวั แปร RLAC เพยี งตวั เดียว i i i b c o r ib RLAC  ro  RC  RL RLAC  RC  RL รปู ที่ 9.15 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลบั ของวงจรขยายทรานซสิ เตอรอ ยา งงาย เพือ่ ใหก ารวิเคราะหวงจรทางดา นเอาตพ ตุ งายข้ึน (โดยไมตอ งนําตัวตานทาน ro มาคิดรวมเพราะมี คาสงู มากจนเสมอื นเปด วงจร) นอกจากนี้ในกรณีที่ความตานทาน RBB มีคาสูงมากๆ เชนมากกวา r สบิ เทาขนึ้ ไปอาจจะมองวา คา ตัวตานทานดงั กลาวเปด วงจรก็ได แตคาตัวแปรตางๆ ท่ีคํานวณได อาจจะเลื่อนไปจากความจรงิ บา ง เพราะใชเ งอื่ นไขของการประมาณคา ขน้ั ตอนท่ี 5 การคํานวณเพ่อื หาคาตวั แปรของวงจรขยายทรานซิสเตอร เปน ขั้นตอนการคํานวณหาคาตวั แปรพื้นฐานของวงจรขยายทรานซิสเตอรซง่ึ ประกอบไปดว ย อนิ พุตอมิ พีแดนซ เอาตพุตอิมพีแดนซ อัตราขยายแรงดนั และอัตราขยายกระแสดงั รายละเอียดใน วงจรขยายทรานซิสเตอรแบบตา งๆ ดงั ตอ ไปน้ี สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 338

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 9.7 วงจรขยายแบบอมิ ิตเตอรร วมแบบไมมตี ัวตานทานอิมิตเตอร รปู ท่ี 9.16 เปนวงจรขยายคอมมอนอิมิตเตอร (Common emitter configuration) ท่ีจัด ไบแอสแบบคงที่และไมมตี วั ตานทาน RE รูปที่ 9.16 วงจรสมมลู ของวงจรขยายสัญญาณขนาดเลก็ สาํ หรับวิเคราะหวงจรไฟฟา แหลงกาํ เนดิ สญั ญาณจะเช่อื มตอ กับขาเบสของทรานซิสเตอรผา นตัวเก็บประจุ C1 ในขณะท่ีตัวเก็บ ประจุ C2 จะเชอ่ื มตอสญั ญาณจากขาคอลเล็กเตอรไปยังตวั ตา นทานโหลด ตัวเก็บประจุ C1 และ C2 จะไมม ผี ลตอแรงดนั ไบแอสซง่ึ เปนไฟกระแสตรง ในการวเิ คราะหว งจรไฟกระแสสลับตวั เก็บประจุ C1 และ C2 จะถูกลดั วงจรทคี่ วามถท่ี ํางานและแหลงจายไฟกระแสตรง VCC ก็จะถูกลัดวงจรลงกราวด ทําใหไดว งจรสมมลู ไฟกระแสสลับดังรูปท่ี 9.17 โดยตัวตานทาน RB จะตอ ขนานอยกู บั ขาเบสของ ทรานซิสเตอรดา นอินพตุ และตวั ตา นทาน RC ตอ ขนานอยูก ับขาคอลเล็กเตอรด า นเอาตพ ตุ ของวงจร C Ii B Io + RB vo RC + - vi E Zo Zi - รูปท่ี 9.17 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลบั หลังจากลดั วงจรตัวเกบ็ ประจแุ ละลัดวงจรแหลง จายไฟลงกราวด วงจรนมี้ ีคูข้ัวเบส-อิมิตเตอรเปนอินพุตและคูข้ัวคอลเล็กเตอร-อิมิตเตอรเปนเอาตพุตของวงจร ขา อิมติ เตอรเปน จดุ รวมของสญั ญาณอนิ พุตและสญั ญาณเอาตพ ุต ทาํ ใหเ รียกวงจรนี้วา “วงจรอิมิตเตอร สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 339

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รว ม” จากนัน้ นาํ แบบจําลองไฮบริด-ไพมาแทนสญั ลักษณทรานซสิ เตอรในวงจรสมมูลไฟกระแสสลับ ในรูปท่ี 9.17 จะไดว งจรสมมลู ของวงจรขยายทรานซสิ เตอรสาํ หรับสัญญาณขนาดเล็กดังรปู ที่ 9.18 Ib รูปท่ี 9.18 วงจรสมมลู ของวงจรขยายทรานซิสเตอรส ําหรับสัญญาณขนาดเล็ก อินพุตอิมพีแดนซ เมื่อมองตามทิศทางของกระแส Ii เขาไปทางดานอินพุตของวงจรจะ พบวา  Vi  Iin  RB  re และตามกฎการแบง กระแส Ib  Iin  RB RB  re จากกฎของโอหม Zi  Vi / Ii แตเ นอื่ งจาก RB  rc ดงั นัน้ เทอม RB  re จึงมี (9.15) คาประมาณ rc ดงั นน้ั Zi  re จากสมการ (9.15) คา ความตานทานอินพตุ ของวงจรจะมีคา สูงมากเชน ถาทรานซิสเตอรมี คา  เทากับ 200 และคา re เทากับ 5.0 โอหม วงจรจะมีคาอินพุตอิมพีแดนซเทากับ Zi  2005.0  = 1 กโิ ลโอหม ดงั น้ันวงจรขยายแบบอิมิตเตอรร ว มจึงมีคา อนิ พุตอมิ พีแดนซท ่ี สูงมากทําใหไ มเปน ภาระของแหลง จายสัญญาณอนิ พตุ เอาตพุตอิมพีแดนซ คาเอาตพุตอิมพีแดนซของวงจรจะพิจารณาไดจากวงจรทางดาน เอาตพุตของวงจรสมลู ไฟกระแสสลบั ในรปู ท่ี 9.18 ซ่งึ จะเห็นวามีตัวตานทานคอลเล็กเตอร RC ตอ สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 340

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ขนานอยูกบั ตัวตานทาน ro ซึ่งเปนความตา นทานของแหลงจายกระแสในอุดมคติในรูปวงจรสมมูล ของแหลงกาํ เนดิ กระแสแบบนอรต ันและมีคาสงู มากจนเปดวงจรในรปู สมการ Zo  RC  ro  RC (9.16) อยางไรก็ตามเนือ่ งจากความตานทาน ro มีคา คอนขางสูงประมาณ 40 – 50 กโิ ลโอหม ซ่งึ สามารถถอื วาเปน อนนั ตไดในการคํานวณ โดยคา ความตานทาน ro จะหาคา ไดจ ากดาตาชตี ของบรษิ ทั ผผู ลติ อัตราขยายแรงดัน พิจารณาวงจรทางดา นเอาตพ ตุ สมการแรงดันทางดานเอาทพุต คอื Vo  IoRLAC  I Rc LAC  IbRLAC เมื่อ RLAC  ro  RC  RL และสมการแรงดันทางดานอินพตุ คือ Vi  IiZi หรือ Vi  Ibre จะไดสมการท่เี ชื่อมโยงระหวา งสญั ญาณทางดานอินพตุ และสัญญาณเอาตพ ตุ คือ Ib  Vi r e ดังน้ันจาก Vo  IbRLAC แทนคาตวั แปร Ib ลงในสมการของ Vo จะได Vo    Vi  RLAC r e แตเ นื่องจาก AV Vo /Vi จัดรูปสมการใหอ ยใู นรูปอยางงายจะได AV   RLAC (9.17) re สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 341

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี จะเห็นไดวาอัตราขยายแรงดันของวงจรจะมีคาสูง ถา RLAC มีคาสูง โดยเคร่ืองหมาย – ใน สมการหมายถึงการที่สัญญาณอนิ พตุ จะกลับเฟสกับสญั ญาณทางดา นเอาทพ ตุ อตั ราขยายกระแส สมการอตั ราขยายเทา กับอตั ราสวนกระแสเอาตพุตตอกระแสอินพุตใน รูปสมการพจิ ารณาไดจ าก Ib  RB I i RB  re ดงั น้นั  Ii  Ib RB  re  Ib , RB  re RB ดังนั้น Ai  Io  IC  Ib ดังนัน้ Ii Ib Ib Ai   (9.18) วงจรขยายทรานซสิ เตอรแบบอมิ ิตเตอรรว ม เปนวงจรที่มีอนิ พุตอิมพแี ดนซอยใู นระดบั กลางคอนขา ง สูง ในขณะที่คาเอาทพุตอิมพีแดนซ ระดับอัตราขยายแรงดันและระดับอัตราขยายกระแสมีคาสูง พิจารณาวงจรในรูปที่ 9.19 เมื่อแรงดันอินพุต Vi มีคาเพิ่มขึ้นและลดลง คา Vbe และ Ib จะ เปลยี่ นแปลงตามคา ของ Vi การเปลยี่ นแปลงของ Ib จะทําใหกระแส Ic และแรงดนั ตกครอม RC มี คา เปลย่ี นแปลงจึงทาํ ใหแ รงดันเอาตพ ุตคือ Vo เกิดการเปลย่ี นแปลงของขนาดของ Vi ท่มี ีคาเพ่ิมข้ึน ในทศิ ทางบวกทําใหแ รงดันเบส-อิมิตเตอร VBE มีคา เพมิ่ ขึน้ vo t t vi รปู ที่ 9.19 เปรียบเทยี บเฟสสัญญาณอนิ พตุ และเอาตพ ตุ ของวงจรขยายแบบอมิ ติ เตอรร ว ม สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 342

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี กระแส Ic และแรงดันตกครอ ม RC ก็จะมคี าเพ่ิมขึ้นตามไปดว ยสงผลใหแรงดันคอลเล็กเตอรV C ตาม สมการ VC VCC  ICRC ดงั นน้ั เมอ่ื Vi มีคา สญั ญาณซกี บวกเพิ่มขึ้นVo จะมีเฟสสญั ญาณอยใู นซี กลบ เมอ่ื Vi มีการเปลยี่ นแปลงในสัญญาณซกี ลบVo กจ็ ะมีการเปลย่ี นแปลงสัญญาณในซีกบวกหรือ เฟสของสัญญาณเอาตพ ุตจะแตกตา งกับเฟสของสัญญาณอินพตุ 180 องศา (Out of phase) 9.8 วงจรขยายแบบอมิ ิตเตอรร วมทม่ี ีตวั ตา นทานท่ขี าอิมติ เตอร รปู ท่ี 9.20 เปน วงจรขยายคอมมอนอมิ ติ เตอรทีจ่ ดั ไบแอสแบบคงทีแ่ ละมตี วั ตา นทาน RE ตวั เกบ็ ประจเุ ชอ่ื มตอ C1 จะเชือ่ มตอสัญญาณจากแหลง กาํ เนดิ สัญญาณเขา กบั ขาเบสของทรานซิสเตอร รปู ท่ี 9.20 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลบั ของวงจรขยายอมิ ติ เตอรรว มแบบมตี วั ตา นทานอมิ ติ เตอร ตัวเก็บประจุ C2 จะเชอ่ื มตอ สัญญาณจากขาคอลเล็กเตอรไปยังตัวตานทานโหลด เม่ือลัดวงจรตัว เกบ็ ประจุ C1 และ C2 ในชว งสัญญาณไฟกระแสสลับและลัดวงจรแหลงจายไฟกระแสตรง VCC ลง กราวดเ หมอื นกับวงจรในหวั ขอ ท่ี 9.3 จะไดวงจรสมมูลไฟกระแสสลับดังรูปท่ี 9.21 รปู ที่ 9.21 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลบั ทร่ี วมแบบจาํ ลองไฮบรดิ -ไพ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 343

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี นําแบบจําลองไฮบรดิ -ไพมาแทนสญั ลกั ษณทรานซสิ เตอร ในวงจรสมมูลไฟกระแสสลับในรูปท่ี 9.21 จะไดวงจรสมมลู สญั ญาณขนาดเล็กดังรปู ที่ 9.22 Ie    1Ib รูปที่ 9.22 วงจรสมมลู ไฟกระแสสลบั ทแี่ ทนท่ที รานซสิ เตอรด วยรวมแบบจําลองไฮบริด-ไพ อินพตุ อิมพีแดนซ เมอื่ มองตามกระแส Ii เขาไปทางดานอินพุตของวงจรจะพบวาท่ีจุด b อิมพีแดนซท่ขี าเบสของวงจรคอื Zb  re  (  1)RE  (re  RE ) จากนั้นขยบั ออกมาทางซายทข่ี ้ัวอนิ พตุ ของวงจรจะไดอินพุตอิมพีแดนซข องวงจรมคี า เทา กบั Zi  RB  Zb  Vi (9.19) Ii เอาตพุตอิมพแี ดนซ เอาตพตุ คาอมิ พีแดนซจะพิจารณาตัวตานทาน ro ทต่ี อขนานอยกู บั ตัว ตานทานคอลเลก็ เตอรRC ในรปู สมการ Zo  RC  ro (9.20) อัตราขยายแรงดนั จากสมการแรงดันทางดานเอาตพุตของวงจรขยาย Vo  IoRLAC  IcRLAC  IbRLAC สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 344

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี พิจารณาดานอินพตุ ของวงจรจะได Vi  IbZb  Ib(re  RE ) จะไดส มการท่เี ชอื่ มโยงสัญญาณอินพตุ ไปยังสญั ญาณทางดา นเอาตพ ุตคอื Ib  Vi (re  RE ) เนอื่ งจาก Vo  IbRLAC Ib ลงในสมการของ Vo จะได Vo    (re Vi RE )  RLAC  แตเน่ืองจาก AV Vo /Vi จัดรปู สมการ () ใหอยูในรปู อยางงายจะได AV   RLAC ) เมอ่ื RLAC  ro  RC (9.21) (re  RE จากสมการตวั ตา นทาน RE จะทาํ ใหอตั ราขยายแรงดันของวงจรขยายแบบอิมิตเตอรรว มมคี า ลดลง เปนอยางมากเม่ือเทียบกับวงจรท่ีไมมีตัวตานทานดังกลาว แตส่ิงที่จะเกิดข้ึนตามมาคืออินพุต อมิ พแี ดนซและเถียรภาพของวงจรมีคาเพิ่มขึ้น การไดค ุณสมบตั ิดานหน่ึงมาและสูญเสียคุณสมบัติ ดา นอื่นๆ ไป (ไดอ ยางเสียอยา ง) ในทางวศิ วกรรมเรียกกรณีเชนนว้ี า “Trade off” โดยความสัมพันธ ระหวางสญั ญาณอินพุตและเอาตพตุ ของวงจรน้ยี ังเปน แบบกลับเฟสเชนเดมิ อตั ราขยายกระแส สมการอัตราขยายเทากับอัตราสวนกระแสเอาตพุตตอกระแสอินพุต พิจารณาไดจ าก Ib  RB  RB I i  1)RE  RB I i re  ( RB  Zb ดังนน้ั  Ii  Ib RB  Zb RB สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 345

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดังน้นั จาก  Ai  Io  Ic  Ib  IbRB  RB (9.22) RB  Zb Ii Ii Ii Ib RB  Zb 9.9 วงจรขยายแบบอมิ ิตเตอรร วมท่จี ัดไบแอสแบบแบง แรงดนั รูปท่ี 9.23 เปนวงจรขยายอมิ ิตเตอรรว มท่ีจดั ไบแอสแบบแบง แรงดันและมีตัวตานทาน RE แตตอครอมดว ยตวั เกบ็ ประจุ CE เพอื่ บายพาสสัญญาณกระแสสลับจากขาอิมิตเตอรลงกราวด ทํา การลดั วงจรตัวเก็บประจุ C1 และ C2 และลัดวงจรแหลงจายไฟกระแสตรง VCC ลงกราวดจะได วงจรสมมูลไฟกระแสสลับดังรูปท่ี 9.24 รปู ท่ี 9.23 วงจรขยายทรานซสิ เตอรแ บบอมิ ติ เตอรรวมทจี่ ดั ไบแอสแบบแบง แรงดนั ดังนั้นวงจรทางดานอินพตุ ซง่ึ เปนขาเบสตัวตานทาน R1 และ R2 จะตอขนานกันอยูกับขาเบส ใน ทาํ นองเดยี วกนั ตวั ตา นทาน RC กจ็ ะตอขนานอยกู ับขาคอลเล็กเตอรทางดานเอาตพ ตุ เปน ผลให RC และ RL ตอ ขนานกัน ถา วงจรมโี หลด RL รูปที่ 9.24 วงจรสมมลู กระแสสลบั ของวงจรขยายอมิ ติ เตอรร วมแบบตวั ตานทานอมิ ติ เตอร สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 346

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ถกู ตอ ครอ มดวยตวั เก็บประจบุ ายพาส นําแบบจําลองไฮบรดิ -ไพมาแทนสัญลักษณท รานซิสเตอร ในวงจรสมมูลไฟกระแสสลับในรูปท่ี 9.24 จะไดวงจรสมมูลของวงจรขยายสัญญาณขนาดเลก็ ดังรปู ท่ี 9.25 Ii Ib Ic b + c+ Zi Vi R1 R2 ro RC Vo Zo - RBB Io - รปู ที่ 9.25 วงจรสมมลู ของวงจรขยายสญั ญาณขนาดเลก็ สําหรบั วเิ คราะหวงจรไฟฟากระแสสลบั อินพุตอิมพแี ดนซ ที่คูขั้วเบส-อิมิตเตอรจะมีตัวตานทานตอขนานกันอยู 3 ตัวคอื R1,R2 และre ถา กําหนดให RBB  R1  R2  R1R2 R1  R2 ดังนั้นอินพตุ อิมพีแดนซท ่เี บสของทรานซสิ เตอรคอื Zi  RBB  re (9.23) เอาตพุตอมิ พแี ดนซ พจิ ารณาทคี่ ูขว้ั คอลเล็กเตอร-อมิ ิตเตอรจะมตี ัวตานทานท่ีตอ ขนานกัน อยู 2 ตวั คือ Rc และro ดังน้นั เอาตพ ุตอมิ พแี ดนซข องวงจรคือ Zo  Rc  ro (9.24) หรอื Zo  Rc เนือ่ งจาก ro  10Rc สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 347

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี อัตราขยายแรงดนั จากสมการแรงดนั ทางดานเอาตพุตของวงจรขยาย Vo  IoRLAC  IcRLAC  IbRLAC พิจารณาดา นอินพตุ ของวงจรจะได Vi  IbZb  Ibre จะไดสมการท่ีเชื่อมโยงสัญญาณอินพุตไป ยงั สัญญาณทางดานเอาตพ ุตคือ Ib  Vi re เน่อื งจาก Vo  IbRLAC แทนคา Ib ลงในสมการของ Vo จะได Vo    Vi  RLAC re แตเนอ่ื งจาก AV Vo /Vi จัดรปู สมการใหอ ยูใ นรปู อยางงายจะได AV   RLAC   RC เมอื่ RLAC  ro  RC (9.25) re re ผลของการตอตัวเก็บประจุบายพาสครอมตัวตานทานที่ขาอิมิตเตอรจะทาํ ใหอัตราขยายของวงจร เพ่ิมข้ึนๆ พรอมๆ กับความมีเสถียรภาพของวงจรเพราะมีการจัดไบแอสแบบแบงแรงดันและตัว ตานทานทข่ี าอิมิตเตอร อตั ราขยายกระแส จากสมการอัตราขยายเทา กบั อตั ราสวนกระแสเอาตพ ุตตอ กระแสอินพุต Ib  RBB I i RBB  re ดงั นัน้  Ii  Ib RBB  re  Ib , RBB  re สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ RBB คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 348

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดังนนั้ Ai  Io  IC  Ib Ii Ib Ib Ai   (9.26) 9.10 วงจรขยายแบบเบสรว ม วงจรขยายแบบเบสรวม (Common base amplifier) ในรูปท่ี 9.26 เปนวงจรที่มีขา อมิ ติ เตอรเ ปน ขาอนิ พุตและขาคอลเล็กเตอรเปนขาเอาตพ ตุ ของวงจร รปู ท่ี 9.26 วงจรทรานซสิ เตอรแ บบเบสรวม โดยมีขาเบสเปนจุดเชื่อมตอรวมกันของวงจรท้ังสวนอินพุตและเอาทพุต พิจารณาวงจรทางดาน อนิ พตุ จะมีการจา ยไบแอสตรงใหก ับรอยตอพเี อ็น วงจรจึงมลี ักษณะเหมือนการการไบแอสตรงของ ไดโอด พิจารณาดานเอาทพ ุตของวงจร กระแสคอลเล็กเตอร IC ท่ีไหลจะมีคาขน้ึ แปรผันตาม กระแส IE ในรูปสมการ IC  IE (9.27) จากทฤษฎีเกย่ี วกับไดโอดทีว่ าคา ความตานทานของไดโอดไฟฟากระแสสลับซ่ึงเปน สัญญาณขนาดเลก็ จะมคี า แปรผันกบั กระแสไบแอสของไดโอดดังสมการ re  26mV (9.28) IE สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 349

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดังน้นั สามารถแทนวงจรดังรปู ท่ี 9.26 ไดดวยวงจรสมมูลในรูปท่ี 9.27 ซึ่งเรียกวาวงจรสมมูลแบบ ความตา นทานอิมิตเตอร (re equivalent circuit) รปู ท่ี 9.27 วงจรสมมลู ไฟฟากระแสสลบั ของวงจรแบบเบสรวม อินพตุ อิมพีแดนซ จากความตานทาน ไฟกระแสสลบั ของไดโอดเทา กบั re ดงั นนั้ Zi  RE  re  re โอหม (9.29) จะเห็นไดวา การตอวงจรแบบเบสรวมจะทาํ ใหไดร ะดบั อินพตุ อมิ พีแดนซท่ีต่ํามากเนื่องจากคา re ของ ทรานซสิ เตอรมคี าคอนขางตาํ่ คอื เปนระดบั โอหมเทานัน้ เอาตพุตอิมพีแดนซ คาเอาตพตุ อิมพแี ดนซ หาไดโดยการพจิ ารณาวงจรทางดานเอาตพุต ซึ่งมีตัวตานทานคอลเล็กเตอรตอขนานอยูกับแหลงกําเนิดกระแส IC  IE ซ่ึงในอุดมคติ แหลง กาํ เนดิ กระแสจะมคี า เอาตพ ตุ อมิ พีแดนซเ ปนอนันตด งั นั้น Zo  RC โอหม (9.30) อัตราขยายแรงดนั จากอตั ราขยายแรงดนั ของวงจรพิจารณาไดจากความสัมพันธระหวาง แรงดันทางอนิ พตุ และเอาตพ ตุ ของวงจรพิจารณาวงจรทางดานอนิ พตุ Vi  Ve และ Vi  Iere สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 350

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดงั นัน้ Ie  Vi พจิ ารณาวงจรทางดา นเอาตพุต re Vo  IoRC Vo  (IC RC ) Vo  IeRC  Vi RC re ดังนนั้ AV  Vo  IeRC  RC Vi Iere re เมือ่  มีคา ใกลเ คยี ง 1 ดังนัน้ AV  RC (9.31) re อตั ราขยายแรงดันของวงจรเบสรว มกจ็ ะมคี าสูงมาก อัตราขยายกระแส อตั ราขยายกระแสคืออตั ราสว นของกระแสเอาทพ ตุ ตอ กระแสอนิ พุต พจิ ารณาวงจรดานอินพตุ Ie  RE I i RE  re Ii  Ie (RE  re ) RE แตเนอ่ื งจากRE  re ดังนั้น Ii  IeRE  Ie จากสมการอตั ราขยายกระแส RE Ai  Io   Ic   Ie Ii Ie Ie ดงั นัน้ สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 351

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี Ai    1 (9.32) คา อัตราขยายของวงจรมีคาประมาณ 1 และมคี า เปนลบซึ่งหมายความวากระแสเอาทพุตที่ไหลสวน ทางกบั ทศิ ทกี่ าํ หนดในวงจร วงจรแบบเบสรวมจะมรี ะดบั อินพตุ อิมพีแดนซแ ละอัตราขยายกระแสต่ํา เอาทพุตอมิ พีแดนซและอัตราขยายแรงดนั ตัวอยางท่ี 9.2 จากรูปจงเขยี นวงจรสมมลู ไฟฟา กระแสสลับและคาํ นวณหาคา ตวั แปร Zi,Zo และ Av,Ai ของวงจร 3.3 k 4.7 k Vo C2 Vi C1 รปู ที่ 9.28 ภาพตวั อยางประกอบตัวอยางท่ี 9.2 วธิ ีทํา จากรูปที่ 9.28 กระแสอมิ ติ เตอรข องวงจรหาไดจาก IE  VEE VBE  5  0.7  1.3 mA RE 3.3k สมมตุ ใิ ห IE  IC  1.3 mA จากสมการท่ี 9.28 จะได re  26 mV  26 103  20  IE 1.30 103 อตั ราขยายแรงดนั ของวงจรหาไดจ าก สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 352

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี AV  RC  4.7 103  235 re 20 อตั ราขยายกระแสของวงจรหาไดจ าก Ai  1 อนิ พตุ อมิ พแี ดนซห าไดจาก Zi  RE  re  3.3k  20  19.87  เอาตพตุ อมิ พแี ดนซห าไดจ าก Zo  RC  4.7 k 9.11 วงจรขยายแบบคอลเล็กเตอรรวม วงจรคอมมอนคอลเล็กเตอรเปนวงจรที่ใหเฉพาะอัตราขยายกําลังและอัตราขยายกระแส เทาน้ัน แตไมมีอัตราขยายแรงดัน (อัตราขยายแรงดันเทากับหนึ่ง) วงจรชนิดนี้จะมีคาอินพุต อิมพแี ดนซส งู ในขณะทเี่ อาตพตุ อมิ พีแดนซมคี า ตํ่า 1k 8 รูปที่ 9.29 วงจรขยายแบบอิมติ เตอรร ว มมคี า เอาตพตุ อมิ พแี ดนซส งู จงึ ไมเ หมาะสม ทจี่ ะนําไปขบั โหลดทม่ี คี า อมิ พแี ดนซต ํ่า ดัง น้ั นจึง เ ปน คําต อ บใ นกา รนําไ ปต อ เ ปน วง จ ร กันชนร ะหวาง วง จ รข ย าย แ รง ดั นท่ีมีค าเ อ าตพุ ต อิมพีแดนซส ูงกับวงจรหรอื อปุ กรณท่ีมีคา ความตานทานตํา่ ดังรปู ที่ 9.29 ทําใหวงจรชนิดนี้ถูกเรียกวา วงจรขยายบฟั เฟอร (Buffer amplifier) หรอื วงจรขยายบัฟเฟอรอ มิ พีแดนซดงั รูปท่ี 9.30 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 353

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 12 V Emitter follower (unity gain) RB1 RC C1 C2 + + IE + vi RB2VBE - 8 vo -  1- gm Common-emitter amplifier (high gain) รูปที่ 9.30 วงจรขยายแบบคอลเลก็ เตอรรวมมีคาเอาตพตุ อมิ พีแดนซต ํ่าจงึ มคี วามเหมาะสม ทจี่ ะนาํ ไปขบั โหลดทมี่ คี าอมิ พแี ดนซต ํา่ ถา วงจรคอลเล็กเตอรรวมในรปู ท่ี 9.31 มีตวั ตานทานโหลด RL ตอ ที่ขั้วอิมิตเตอรข องทรานซสิ เตอร โดยผานตัวเก็บประจุ C2 แรงดันไบแอสท่ีขาเบสเกิดจากวงจรแบงแรงดัน R1 และ RE ที่ตอกับ แหลงจายไฟเลีย้ ง VCC วงจรไมมีตัวตา นทานตอ ที่ขั้วคอลเล็กเตอร รูปท่ี 9.31 วงจรขยายแบบคอลเลก็ เตอรรว ม เมือ่ ปอนสญั ญาณอินพตุ ผา น C1 ไปท่ีขาเบสของทรานซิสเตอร VB จะมคี าเพ่ิมขน้ึ และลดลงตามการ เปลย่ี นแปลงสัญญาณในไซเกิลบวกและไซเกิลลบ เมื่อสญั ญาณมีคาแรงดันเพ่ิมข้ึนเน่ืองจาก VBE มี สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 354

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี คาคงท่ี (VE VB VBE ) ดังนั้น VE จะมีคาเพ่ิมขึ้น และในทํานองเดียวกัน ถาสัญญาณมีคา แรงดนั ลดลง ดังนน้ั VE จะมีคาลดลง นัน้ คอื แรงดันเอาตพตุ ของวงจรจะมเี ฟสของสญั ญาณเหมอื นกนั กบั แรงดันอินพตุ และมอี ัตราขยายแรงดันเทา กับ 1 จากวงจรสมมูลในรูปที่ 9.32 พบวาอินพุตของ วงจรคือคูขวั้ เบส-คอลเล็กเตอรและเอาตพตุ ของวงจรคือคขู ้ัวขว้ั อิมิตเตอร-คอลเล็กเตอร Ie    1Ib รูปที่ 9.32 วงจรสมมลู ของวงจรขยายสญั ญาณขนาดเลก็ สาํ หรบั วเิ คราะหวงจรไฟฟา กระแสสลบั ดงั น้นั ขาคอลเล็กเตอรจึงเปน จดุ รว มของสัญญาณอินพุตกบั เอาตพ ุตทาํ ใหเรียกวงจรชนิดน้ีวา “วงจร คอลเล็กเตอรรว ม” พิจารณาการทํางานของวงจร สญั ญาณเอาตพตุ ที่ขาอมิ ติ เตอรม กี ารเปลย่ี นแปลง ตามสญั ญาณอนิ พุตทขี่ าเบสทําใหบ างกรณเี รยี กวงจรน้ีวา “วงจรอิมิตเตอรตาม (Emitter follower)” อินพุตอิมพีแดนซ เม่ือมองตามกระแสอินพุตเขาไปที่ขาเบสจะเห็นตัวตานทาน 2 ตัวตอ ขนานกนั อยคู ือ RB และ Zb  re  (  1)RE ดังนนั้ อินพตุ อิมพีแดนซของวงจรคือ Zi  RB  Zb  RB  r  (  1)RE ถา RB มีคาสูงมากจะได Zi  (re  RE ) (9.33) เอาตพตุ อมิ พแี ดนซ พจิ ารณาที่โนด Vo หรือทข่ี าอมิ ติ เตอรจะเห็นตัวตานทาน 2 ตวั ตอ ขนานกนั อยูคอื RE และ re / (  1)  re โดยแหลงกาํ เนดิ สัญญาณ Vi จะตองถูกลัดวงจรลง กราวด สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 355

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี re (  1)Ib รูปท่ี 9.33 วงจรสมมลู ทางดานเอาตพ ตุ ของวงจรคอลเลก็ เตอรร วม ดงั นน้ั เอาตพ ุตอิมพแี ดนซข องวงจรคือ (9.34) Zo  RE  re  re อัตราขยายแรงดนั จากสมการแรงดนั ทางดา นเอาตพุตของวงจรขยาย Vo  IeRE พิจารณาดานอินพุตของวงจรจะได Vi  Ib Zi  Ib(re  RE ) จะไดสมการท่ีเช่ือมโยง สัญญาณอนิ พุตไปยงั สัญญาณทางดา นเอาตพ ตุ คอื Ib  Vi (re  RE ) เน่ืองจาก Vo  (  1)IbRRE  IbRE แทนคาเทอม Ib ในเทอม Vo จะได Vo    (re Vi RE )  RE  แตเนือ่ งจาก AV Vo /Vi จดั รูปสมการใหอ ยใู นรูปอยา งงา ยจะได Av  Vo  RE 1 เนอื่ งจาก RE  re (9.35) Vi RE  re สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 356

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี อตั ราขยายกระแส จากรปู ท่ี 9.33 โดยใชกฎการแบงกระแส Ib  RB I i RB  Zb ดงั นัน้  Ii  RB  Zb Ib และ RB ดงั น้ัน Io    1Ib  Io  Ib Ib RB (9.36 ก) Ii RB  Zb  Ai  Io  RB (9.36 ข) Ii RB  Zb  Ai ตวั อยางที่ 9.3 จากรปู จงเขยี นวงจรสมมูลไฟฟากระแสสลับและคาํ นวณหาคาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของวงจรเมอื่ ทรานซสิ เตอรม ีคา   100 650 k 2.2 k รปู ที่ 9.34 ภาพตัวอยางประกอบตวั อยา งที่ 9.3 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 357

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วิธีทํา จากรูปที่ 9.27 กระแสเบสของวงจรหาไดจาก IB  VCC VBE  12  0.7  12.95 A RB  (  1)RE 650 103  1012.2 103 ดังนนั้ กระแสคอลเลก็ เตอรม คี า IC  IB  1.29 mA จากสมการท่ี 9.28 จะได re  26 mV  26 103  20.15  IE 1.29 103 อตั ราขยายแรงดันของวงจรหาไดจ าก AV  RE  2200  0.99 re  RE 2200  20.15 อตั ราขยายกระแสของวงจรหาไดจ าก Ai   RB   650 100  650 103  103  74.5 RB  Zb  103  100 2.2 อนิ พตุ อมิ พแี ดนซหาไดจาก Zi  RB  Zb  650k  101 2.2k  164.36 k เอาตพตุ อมิ พแี ดนซห าไดจ าก Zo  RE  re  2200 20.15  19.96  2200  20.15 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 358

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 9.12 บทสรปุ วงจรขยายทรานซสิ เตอรม ีอยูสามรูปแบบคือวงจรขนายแบบอมิ ิตเตอรรวม วงจรขยายแบบ คอลเลก็ เตอรร ว มและวงจรขยายแบบเบสรวม คณุ สมบัตขิ องวงจรขยายทง้ั สามแบบจะพจิ ารณาได จากตัวแปรหลักๆ 4 ตัวคือ 1) อนิ พุตอิมพีแดนซ 2) เอาตพุตอมิ พีแดนซ 3) อตั ราขยายแรงดัน และ 4) อตั ราขยายกระแส โดยมีขอ สรุปเกี่ยวกับวงจรขยายแตล ะรูปแบบดังตอไปน้ี วงจรขยายแบบอิมติ เตอรรวมและเบสรวมมีอัตราขยายแรงดันสูงจึงเหมาะสมท่ีจะนําไปใชเ ปน วงจรขยายแรงดันแตม ีขอ เสยี ประการสําคัญคือ อนิ พตุ อิมพีแดนซมีคาตาํ่ และเอาตพ ตุ อมิ พีแดนซม คี า สูง สวนวงจรขายแบบคอลเลก็ เตอรรวมจะมีอัตราขยายตํ่าคือมีคาประมาณ 1 เทา แตมีขอดีคือ อนิ พุตอิมพีแดนซมีคาสู สว นเอาตพุตอิมพีแดนซมีคาต่ํา ซึ่งการเลือกใชงานก็จะตองดูลักษณของ โหลดที่จะนําวงจรขยายเหลานี่ไปขับวามีคาสูงหรือตํ่าเชนกันจึงจะทําใหวงจรทํางานไดอยางมี ประสิทธิภาพ คณุ ลกั ษณะโดยรวมจะสรปุ ไวในตารางท่ี 9.2 ตารางท่ี 9.2 คุณสมบัติของวงจรขยายทรานซิสเตอรทัง้ สามแบบ วงจรแบบ CE วงจรแบบ CC วงจรแบบ CB ขาอินพตุ เบส เบส อมิ ิตเตอร ขาเอาตพุต คอลเล็กเตอร อมิ ติ เตอร คอลเลก็ เตอร ขาคอมมอน อมิ ิตเตอร คอลเลก็ เตอร เบส อินพตุ อมิ พแี ดนซ กลาง สงู ต่ํา เอาตพุตอิมพแี ดนซ สูง ต่ํา สงู อตั ราขยายแรงดัน สูง ประมาณ 1 สูง อัตราขยายกระแส สงู สงู ประมาณ 1 แบนดวิทธ แคบ กวา ง ปานกลาง ค ว า ม สัม พั น ธ เ ฟ ส อิ น พุ ต - 180 0 0 เอาตพ ตุ การประยกุ ตใ ชง าน วงจรขยาย วงจรบัพเฟอรแ รงดัน วงจรบพั เฟอร กระแส สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 359

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี คําถามทา ยบท 9.1 จากรูปจงหาตัวแปรแบบจําลองไฮบริด-ไพของทรานซิสเตอร ถามีกระแสคอลเล็กเตอร IC  2 mA VT  25 mV และ   75 ib i c r  V r gv gm  IC e T m be V I C T r  r i e e รูปท่ี 9.35 ภาพประกอบแบบฝก หดั ขอ ท่ี 9.1 9.2 จากรปู จงเขยี นวงจรสมมูลไฟฟากระแสสลับและคํานวณหาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของ วงจรขยายทรานซสิ เตอรดังรูป VCC  10 V 1 M 10 k   100 รปู ท่ี 9.36 ภาพประกอบแบบฝก หดั ขอ ที่ 9.2 9.3 จากรูปจงเขียนวงจรสมมูลไฟฟากระแสสลับและคํานวณหาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของ วงจรขยายทรานซิสเตอรดงั รูปตามเง่ือนไข 1) ไมมตี วั เกบ็ ประจุ CE และ 2) มีตวั เก็บประจุ CE สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 360

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี VCC  20 V VCC  20 V 100 k 5 k 100 k 5 k   150   150 1 k 1 k รูปท่ี 9.37 ภาพประกอบแบบฝก หดั ขอ ท่ี 9.3 9.4 จากรูปจงเขยี นวงจรสมมูลไฟฟากระแสสลับและคํานวณหาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของ วงจรขยายทรานซิสเตอรด งั รปู พรอมทงั้ หาคาแรงดัน Vo VCC  30 V RB1 RC 47 k 10 k Vs   200 C2 Vo 5 mV C1 15 k RE RL RB2 8.2 k 3.3 k รูปท่ี 9.38 ภาพประกอบแบบฝก หัดขอ ที่ 9.4 9.5 จากรูปจงเขยี นวงจรสมมูลไฟฟากระแสสลับและคํานวณหาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของ วงจรขยายทรานซิสเตอรดังรูปพรอมคาแรงดัน Vo และอธิบายวา Rs มีผลอยางไรตอการ ทาํ งานของวงจร สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 361

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี VCC  10 V RB1 RC 50 k 5 k Vs 600    50 C2 Vo 10 mV Rs C1 10 k RE RL RB2 1 k 50 k รปู ท่ี 9.39 ภาพประกอบแบบฝก หดั ขอ ท่ี 9.5 9.6 จากรปู จงเขียนวงจรสมมลู ไฟฟากระแสสลับและคาํ นวณหาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของ วงจรขยายทรานซิสเตอรด งั รปู พรอ มคาแรงดัน Vo ถา Vs  10 mV และ   0.98 VEE= -10 V VCC= 10 V Vo 20 k RE 10 k RC Vs C1 C2 RL 5.1 k 10 mV รปู ท่ี 9.40 ภาพประกอบแบบฝก หัดขอ ที่ 9.6 9.7 จากรูปจงเขียนวงจรสมมูลไฟฟากระแสสลับและคํานวณหาตัวแปร Zi,Zo และ Av,Ai ของ วงจรขยายทรานซสิ เตอร ถา   80 สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 362

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 20 k 5 mV 2 k 20 k 8.2 k 1.5 k รูปท่ี 9.41 ภาพประกอบแบบฝก หดั ขอ ที่ 9.7 สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 363

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เอกสารอางอิง 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.: 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. ยืน ภวู รวรรณ (2531). ทฤษฎแี ละการใชงานอเิ ล็กทรอนกิ ส เลม 1. กรุงเทพ : หจก.นาํ อกั ษร การพิมพ. ประภากร สวุ รรณะ และ สมศกั ดิ์ ชมุ ชวย. (2545). วศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 พิมพค รง้ั ที่ 1 กรุงเทพ: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกลาลาดกระบัง จริ ยุทธ มหทั ธนกลุ . (2550). อิเลก็ ทรอนกิ ส. พมิ พค รั้งที่ 2 กรุงเทพมหานคร : มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีมหานคร. สุรนนั ท นอ ยมณี (2549). เอกสารคําสอนกระบวนวชิ า 261213 อุปกรณอ ิเลก็ ทรอนกิ สส าํ หรบั วศิ วกรรมคอมพวิ เตอร. จ. เชยี งใหม : มหาวิทยาลยั เชียงใหม. พนั ธศ ักดิ์ พุฒมิ านติ พงศ. (2543). ทฤษฎวี งจรอิเลก็ ทรอนกิ ส เลม 1 . กรงุ เทพ: หจก. ซเี อด็ ยเู คช่ัน. สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 364

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี บรรณานกุ รม Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.(1998). Microelectronic Circuits. New York: Oxford University Press. 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. สมเกยี รติ ศภุ เดช. (2543). สง่ิ ประดิษฐส ารก่ึงตวั นํา. กรงุ เทพ: สถาบันเทคโนโลยพี ระจอมเกลา ลาดกระบงั . ยืน ภวู รวรรณ (2531). ทฤษฎแี ละการใชง านอิเล็กทรอนกิ ส เลม 1. กรงุ เทพ : หจก.นําอกั ษร การพมิ พ. ประภากร สวุ รรณะ และ สมศกั ดิ์ ชมุ ชวย. (2545). วศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1. กรุงเทพ: สถาบัน เทคโนโลยพี ระจอมเกลาลาดกระบัง จริ ยุทธ มหัทธนกุล. (2550). อเิ ลก็ ทรอนกิ ส. รุงเทพมหานคร : มหาวิทยาลยั เทคโนโลยีมหานคร. สุรนนั ท นอ ยมณี (2549). เอกสารคาํ สอนกระบวนวชิ า 261213 อปุ กรณอ เิ ลก็ ทรอนกิ สส ําหรับ วศิ วกรรมคอมพวิ เตอร. จ. เชียงใหม : มหาวิทยาลยั เชยี งใหม. อลงกรณ พรมที (2551). เอกสารประกอบการสอนวิชา 5582107 อเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1. จ. อดุ รธาน:ี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ ราน.ี สาขาวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอดุ รธานี 365