ວິຊາວິສະວະກຳ ອີເລັກໂຕນິກ1

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี กอรด อน มวั ร (Gordon E. Moore) ผูอาํ นวยการวจิ ยั และพฒั นาของบรษิ ทั แฟรซ ายด เซมคิ อนดัคเตอร ซึ่งอยูใ นวงการวจิ ยั และพฒั นาผลติ ภณั ฑแ ละการคน ควา ทางดา นสารกึง่ ตวั นําและ เปนผูบกุ เบกิ และรว มสรางบรษิ ทั อนิ เทลจนมีช่อื เสยี งโดง ดงั การผลติ และการคนควา ทางดานสารกงึ่ ตัวนาํ สวนใหญข องแฟรไ ชดจ ะอยภู ายใตก ารดแู ลของมัวร ทาํ ใหเขาคลกุ คลกี ับเทคโนโลยมี าอยาง ตอ เนอื่ งและยาวนานจากการสงั เกตและคาดคะเน แนวโนม ทางเทคโนโลยขี องมวั รใ นทีส่ ดุ เขาไดต งั้ กฎของมวั ร (Moore's Law) ท่ีไดกลา วไวว า ความกาวหนาของเทคโนโลยแี ละความซับซอ นของ เทคโนโลยอี เิ ลก็ ทรอนกิ สแ ละคอมพิวเตอรท ําใหส ามารถผลติ ไอซที ม่ี คี วามหนาแนน ไดเ ปน สองเทาทกุ ๆ ชวงระยะเวลาหนึง่ กฎของมัวรน ําไปสูการทํานายความกา วหนาอื่นๆ ของวงจรรวมไดด ังรปู ท่ี 1.15 รูปท่ี 1.15 การทาํ นายววิ ฒั นาการทางฮารด แวรคอมพวิ เตอรต ามกฎของมัวร ท่ีมาของภาพ : http://www.wegethosting.com/blog/moores-law/ 1.6.2 พฒั นาการพฒั นาของคอมพวิ เตอร คอมพวิ เตอรย คุ แรก : อยูระหวางป พ.ศ. 2488 ถงึ พ.ศ. 2501 เปนคอมพวิ เตอรที่ ใชหลอดสญุ ญากาศจงึ มปี ญ หาเรอื่ งความรอ นและไสห ลอดขาดบอ ย การสง่ั งานใชภ าษาเครอ่ื งซง่ึ เปน รหสั ตวั เลขทย่ี งุ ยากซับซอ น เครอื่ งคอมพวิ เตอรข องยคุ น้ีมขี นาดใหญโต เชน มารค วนั (MARK I) อีนแิ อค (ENIAC) ยูนแิ วค (UNIVAC) สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 21

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รปู ท่ี 1.16 คอมพิวเตอรยุคหลอดสญุ ญากาศรนุ อีนิแอคของ เจ.พ.ี เอค็ เครดิ และจอหน มอชลี แหงมหาวทิ ยาลยั เพนซิลวาเนีย ท่ีมาของภาพ : htttp://202.28.94.55/web/322161/2551/001/g32/001.html คอมพวิ เตอรย ุคทสี่ อง : อยูระหวางป พ.ศ.2502 ถงึ พ.ศ.2506 เปนคอมพวิ เตอร ทใ่ี ชท รานซิสเตอรโ ดยมแี กนเฟอรไรตเ ปนหนว ยความจาํ มอี ปุ กรณเกบ็ ขอ มลู สาํ รองในรปู ของสอื่ บันทกึ แมเ หล็กเชน จานแมเ หลก็ สวนทางดา นซอฟตแ วรก ม็ กี ารพัฒนาโปรแกรมดว ยภาษาระดับสงู ซงึ่ เปนภาษาทเ่ี ขยี นเปนประโยคทคี่ นสามารถเขา ใจไดเชน ภาษาฟอรแ ทน ภาษาโคบอล เปน ตน คอมพวิ เตอรย ุคทส่ี าม : อยูร ะหวา งป พ.ศ.2507 ถงึ พ.ศ.2512 เปน คอมพิวเตอรท ี่ ใชวงจรรวม (Integrated Circuit: IC) โดยวงจรรวมแตละตวั จะมที รานซิสเตอรบ รรจอุ ยภู ายใน มากมายทําใหเ ครอื่ งคอมพวิ เตอรจ ะออกแบบซับซอ นมากขึน้ และสามารถสรา งเปนโปรแกรมยอ ย ๆ ในการกําหนดชุดคาํ สงั่ ตาง ๆ ทางดานซอฟตแ วรก ็มีระบบควบคมุ ทม่ี คี วามสามารถสงู ทั้งในรปู ระบบ แบง เวลาการทาํ งานใหกับงานหลาย ๆ อยา ง คอมพิวเตอรย คุ ทส่ี ่ี : ตง้ั แตป  พ.ศ. 2513 จนถึงปจ จบุ นั เปนยคุ ของคอมพิวเตอรท่ี ใชวงจรรวมความจสุ งู มาก (Very Large Scale Integration: VLSI) เชน ไมโครโพรเซสเซอรท ่บี รรจุ ทรานซสิ เตอรน บั หมน่ื ถงึ ลานทําใหข นาดเครอื่ งคอมพวิ เตอรมีขนาดเล็กลง สามารถต้ังบนโตะ ใน สํานักงานหรือพกพาเหมอื นกระเปาหิว้ ไปในทต่ี า ง ๆ ได ขณะเดยี วกนั ระบบซอฟตแ วรก็ไดพ ฒั นาขดี ความสามารถสูงขน้ึ มากมีโปรแกรมสาํ เรจ็ ใหเลอื กใชก ันมากทําใหเ กิดความสะดวกในการใชง านอยาง กวางขวาง จากทัง้ หมดที่กลาวมา ชว งเวลาของการคนพบท่ีสําคัญทางไฟฟาอิเล็กทรอนิกสนับตั้งแต อดีตจนถึงปจจุบันสามารถสรปุ ไวไ ดอ ยา งครา วๆ ดงั ตารางที่ 1.2 สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอดุ รธานี 22

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตารางที่ 1.2 ชวงเวลาของการคน พบทส่ี ําคญั ทางไฟฟา อิเลก็ ทรอนกิ ส ชว งเวลา เหตกุ ารณ จอรจ ไซมอน โอหม นําเสนอกฎที่วา ดวยความสัมพันธร ะหวาง 1826 แรงดันไฟฟาและกระแสไฟฟาในตวั ตา นทาน 1837 แซมมวล เอฟ บี มอรส สรา งเครอ่ื งสง โทรเลขไดเ ปนผลสาํ เรจ็ เจมส เคลิรก แมกซเ วลล คนพบวาคลื่นแมเหล็กไฟฟาเปนพลงั งานรปู หน่งึ ท่ีมีความเร็วเทากับความเร็วแสง เขาไดรวบรวมความสัมพันธระหวาง สนามแมเหล็กและไฟฟาในรูปของชุดสมการของแมกซเวลล ซึ่งเปน 1864 จดุ เร่ิมตนของววิ ัฒนาการทางไฟฟา และส่ือสาร ชวงเวลา 80 ป อเลก็ ซานเดอร เกรแฮมเบล และ โทมสั เอ. วตั สัน ประสบความสาํ เรจ็ 1876 รวมกนั ในการประดษิ ฐโ ทรศพั ท โทมสั เอดสิ ัน ประดิษฐห ลอดไฟไสค ารบ อนสาํ เรจ็ นบั เปนจดุ เร่มิ ตน ของ 1879 หลอดไฟบนโลกใบนี้ ไฮนริช เฮิรตซ ทาํ การทดลองเพอื่ พสิ จู นค วามเปน ไปไดใ นทางปฏบิ ตั ขิ อง 1887 ทฤษฎแี มกซเ วล 1888 นโิ คลา เทสลา ประดษิ ฐมอเตอรเ หนยี่ วนาํ กระแสไฟฟา ไดส าํ เร็จ 1897 กลกู ลเิ อลโม มารโคนี ประสพผลสําเรจ็ ในการประดิษฐโ ทรเลขไรสาย จอหน เอม็ โบส เฟลมมงิ ประดิษฐหลอดสญุ ญากาศเรยี งกระแสแบบสอง 1904 ข้วั ทีเ่ รยี กวาหลอดไดโอด เรจินลั ด เอ เฟสเสนเดน ประสพความสาํ เรจ็ ในการสง สญั ญาณเสยี งพดู 1905 ผานทางคลืน่ วิทยุ ลี เดอ ฟอเรสต ประดิษฐอุปกรณชนิดหน่ึงเรียกวาออเดียนเปนหลอด ชวงเวลา 40 ป สุญญากาศคลา ยกับหลอดไฟฟาภายในประกอบดวยไสหลอด แผนโลหะ และตะแกรงโลหะ ทาํ หนา ทแ่ี ยกคลื่นวิทยอุ อกจากคล่ืนเสียงท้ังเสียงพูด และเสียงดนตรี รวมท้ังสามารถขยายสญั ญาณใหดังชัดเจนขึ้น หลอด สุญญากาศหรือหลอดออเดียน ของลี เดอ ฟอเรสต เปนสวนประกอบ สําคัญของเคร่ืองรับวิทยุมาจนกระท่ังถึงป ค.ศ. 1950 จึงไดมีการใช 1906 ทรานซิสเตอรแทน 1915 หองแล็บเบลลพฒั นาระบบโทรศพั ทแ บบสายขา มทวปี อเมรกิ าไดส ําเรจ็ สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 23

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 1918 บี เอช อารมสตรอง สรา งเครอ่ื งรบั วิทยแุ บบซเุ ปอรเ ฮเทอโรไดนไ ดส าํ เรจ็ เจ อาร คารสนั นําทฤษฎีการสุมสญั ญาณไปประยกุ ตใ ชกับระบบการ 1920 สอื่ สาร 1925 1931 มกี ารเรมิ่ ตน แพรภ าพโทรทศั นในองั กฤษและอเมริกา เรมิ่ ตน ใหบ ริการระบบโทรเลข 1933 1936 เอดวิน อารม สตรอง ประสพความสาํ เรจ็ ในประดษิ ฐวิทยเุ อฟเอม็ ทีม่ เี สยี ง ไพเราะกวา วิทยุเอเอม็ และยืน่ ขอจดสทิ ธบิ ตั ร 1937 บบี ีซี แพรภ าพโทรทศั นอ ยา งเปน ระบบครั้งแรกในอังกฤษ อเลก็ ซ ฮารเลย รฟี ส ประสพความสําเรจ็ ในการพฒั นาเทคนิค WW II พลั สโ คดมอดเู ลชั่น ชวงเวลา 20 ป 1947 มีการพัฒนาระบบเรดารแ ละไมโครเวฟขึน้ มา เพอื่ ใชกบั ระบบปอ งกนั 1948 ภยั ทางอากาศ 1950 นักประดษิ ฐชาวอเมริกันสามคนคอื วอลเตอร แบรตเทน็ จอหน บารดีน 1956 และ วลิ เลยี ม ชอคลยี  รวมกนั ประดษิ ฐทรานซสิ เตอรแ บบรอยตอ 1960 คลอ็ ด แชนนอน ไดส รา งทฤษฎีเชงิ คณติ ศาสตรข องการสอ่ื สาร ชวงเวลา 10 ป เปดตัวระบบระบบโทรศัพทแ ละโทรทศั นส ีในประเทศสหรฐั อเมริกา ประสบความสําเรจ็ ในการสรางโทรศัพทแ บบไรส าย 1962 1962 ป ค.ศ. 1960 ทีโอดอร ไมแมน แหงสถาบนั วจิ ัยฮิวจ คน พบลําแสงเลเซอร (LASER) ซ่ึงยอมาจากคําวา Light Amplification by Stimulated 1968 Emission of Radiation ในทางฟส ิกส คือ อุปกรณทีใ่ หก าํ เนิดลําแสงที่มี ลักษณะเฉพาะ ชว งป 1980 1979 เปนตน มา 1982 ทดลองระบบมอดูเลตสญั ญาณผา นแสงเลเซอรเ พอ่ื ใชในการสอ่ื สาร มกี ารสงดาวเทยี มสอ่ื สารเพอ่ื การสอ่ื สารคอื ดาวเทยี มเทลสตาร ข้นึ สู อวกาศเมอ่ื ป ค.ศ.1962 มกี ารนําเทคนิคการประมวลผลสัญญาณดจิ ทิ ลั มาใชรว มกับระบบโทรทัศน ในการสาํ รวจดวงจนั ทร มีการเรมิ่ ตน ใชง านระบบสอื่ สารเคลอ่ื นทแ่ี บบโครงขายครั้งแรกในประเทศ ญ่ปี ุน มีการพฒั นาเทคนคิ การบันทึกเสยี งบนแผนซดี ดี ว ยเทคนคิ พซี ีเอม็ แบบ สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอุดรธานี 24

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 1988 16 บติ หลงั ทศวรรษ 1990 มีการพัฒนาระบบสอ่ื สารแบบ ADSL (Asynchronous Digital Subscriber Line) เปนเทคโนโลยแี บบใหมทส่ี ามารถเปลย่ี นแปลงคู สายโทรศพั ทท เี่ ปน แบบสายคตู เี กลยี วทีม่ อี ยเู ดมิ ใหก ลายเปน เสนทาง เขา ถึงมัลตมิ ีเดยี และการสือ่ สารขอ มลู ดวยความเรว็ สูงได พฒั นาระบบโทรทศั นแบบความชัดเจนสงู (HDTV : High Definition TV) 1.7 การประยุกตใ ชงานอเิ ลก็ ทรอนิกส ในปจจบุ ันระบบอิเล็กทรอนกิ สไ ดเขา ไปมสี ว นในชีวติ ประจาํ วันอยา งมากมายแทบจะเรียกไดวา ทุกฝกา วนบั ต้ังแตอดีตจนถงึ ปจจุบนั ดงั ตอไปนี้ 1.7.1 เครื่องใชไฟฟา และอเิ ล็กทรอนกิ ส อปุ กรณใ นกลมุ เครอ่ื งใชไฟฟา ไดแ ก เครอื่ งซกั ผา ตูเ ย็น หมอหุงขาว กระตกิ น้ํารอน เตารดี และเตาอบไมโครเวฟ สว นอุปกรณใ นกลุมเคร่ืองใชอิเล็กทรอนิกส ไดแก เครือ่ งรับโทรทัศน วิทยุ เคร่ืองซดี ี/ดีวดี ี เคร่ืองเสยี งเปน ตน อตุ สาหกรรมไฟฟาและอิเลก็ ทรอนิกสถอื เปน อุตสาหกรรมท่ี มีบทบาทสาํ คัญของประเทศมีการพัฒนามายาวนานมากกวา 40 ป รปู ที่ 1.17 เครื่องใชไ ฟฟาอิเล็กทรอนิกสแ บบตางๆ ทมี่ จี าํ หนายในปจ จบุ ัน ทมี่ าของภาพ : http://blog.boombotix.com/2012/03/26/top-consumer- electronics-of-all-time/ นับต้ังแตมีการดําเนินนโยบายการพัฒนาอุตสาหกรรมเพ่ือทดแทนการนําเขาในป 2504 ทําให อตุ สาหกรรมไฟฟาและอเิ ล็กทรอนกิ สม กี ารขยายตวั และพัฒนาอยางตอเนื่องตลอดมา และสามารถ สาขาวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอดุ รธานี 25

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สรา งรายไดใหกับประเทศปละหลายหมน่ื ลา นดอลลารส หรฐั ฯกอใหเ กดิ การจางงานมากกวา 400,000 คน แมว า จะตองเผชญิ กบั การปรบั เปล่ยี นในดานตา งๆ อยางเชน การพัฒนาเทคโนโลยีอยางรวดเร็ว กรอบกติกาทางการคาท่ีมีความซับซอน ภาวการณแขงขันทางการคาท่ีทวีความรุนแรงมากย่ิง ใน ปจ จบุ ันอุตสาหกรรมไฟฟา และอิเลก็ ทรอนิกสน บั เปน อตุ สาหกรรมในอนั ดับหน่งึ ของประเทศทมี่ มี ลู คา การสง ออกในระดับสงู และมีการขยายตัวอยา งตอเนอ่ื ง 1.7.2 อิเล็กทรอนิกสกบั การประยกุ ตใชง านในโรงงานอุตสาหกรรม ร ะบ บ ก า ร ผ ลิ ต แ บ บ อั ต โ น มั ติ ไ ด ถู ก นํ า ม า ใ ช ค ว บ คุ ม ข บ ว น ก า ร ผ ลิ ต ใ น โ ร ง ง า น อุตสาหกรรม เพ่อื ควบคมุ การผลติ และควบคมุ คณุ ภาพของสินคาตัวอยางเชน การนับจํานวนดวย อิเล็กทรอนิกสการบรรจุหีบหอและฝาปดดวยอิเล็กทรอนิกส โดยสวนมากจะใชหลักการของ อเิ ลก็ ทรอนิกสเ ชงิ แสงซงึ่ เปนอกี แขนงหน่ึงของวิชาอิเล็กทรอนกิ ส หลกั การนี้ยังนําไปใชในเคร่ืองเปดปด ประตลู ฟิ ทอ ัตโนมัติ การตรวจสอบระดับของเหลวหรือระดับของสารทบ่ี รรจุในภาชนะ ใชใ นการวดั การตดั ขนาด ของแผนโลหะและอ่ืนๆ อีกมาก รูปที่ 1.18 ระบบควบคมุ แบบอเิ ล็กทรอนกิ สในโรงงานอตุ สาหกรรม ทม่ี าของภาพ : http://www.repairservo.com/industrial-electronic-repair-services.php อิเล็กทรอนิกสยังถูกใชในโรงงานอุตสาหกรรมในรูปของเครื่องมือเคร่ืองวัดตางๆ มากมาย เชน เครอ่ื งวดั สว นผสม เครอื่ งวดั อุณหภมู ิดวยแสงอนิ ฟราเรด เคร่ืองวัดความกดดัน ฯลฯ นอกจากนี้ อเิ ล็กทรอนิกสยังเขา มามสี วนสําคัญในระบบใหญๆ ของโรงงาน เชน ระบบการจัดลําดับงานของ เครื่องจักร ระบบการควบคมุ ดวยวทิ ยุ ระบบการกําจัดของเสียหรือฝุนละออง ระบบการควบคุม คณุ ภาพเปน ตน จะเห็นไดว า อเิ ล็กทรอนิกสมคี วามสาํ คัญตอ กิจกรรมอตุ สาหกรรมเปนอยางย่ิง สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 26

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 1.7.3 อเิ ล็กทรอนิกสก ับการประยุกตทางเรดาร เรดาร (Radar) ยอมาจากคําในภาษาอังกฤษวา Radio Detection And Ranging เรดารทาํ งานโดยการสงคล่นื แมเ หลก็ ไฟฟา ออกมาในรูปพัลสส ้นั ๆ จากเครือ่ งสง ไปยังจานสายอากาศ โดยสงเปนชวง สงๆและหยุดๆ สลับกันไป (เพ่ือใหเครื่องรับมีชวงเวลาที่จะรับสัญญาณที่สะทอน กลบั มาได) ในขณะเดยี วกนั จานสายอากาศก็จะหมนุ โดยรอบ 360 องศาและทาํ หนาท่รี วมคลน่ื ใหเ ปน ลําเหมือนลําแสงจากไฟฉายสงออกไปในทิศทางที่สัมพันธกับการหมุนของจานสายอากาศ คล่ืนที่ สงออกไปน้ีจะเดนิ ทางดวยความเร็วเทาความเรว็ ของแสงคอื ประมาณ 3108 เมตร/วินาที เมือ่ คลื่น ไปกระทบกบั เปา ก็จะสะทอ นกลบั มายังจานสายอากาศแลวสงตอไปถงึ เคร่ืองรับ (ในชวงท่ีเครื่องสง หยุดสง คลื่นโดยมีสวติ ชเปลี่ยนไปมาระหวางการสง และการรบั ) เปา ท่มี ีความหนาแนนมากจะสะทอน คล่ืนกลับมาแรงกวาเปาที่มีความหนาแนนนอยกวา จากนั้นคลื่นสะทอนจะถูกสงตอไปยังหนวย ประมวลผลเพอื่ ประมวลผลแลว สง ผลทไี่ ดไปแสดงที่จอภาพ เรดารจะใชในการคนหาตําแหนง (ท้ัง ทิศทางและระยะทาง) ของสง่ิ ทต่ี อ งการคนหาหรอื ที่เรียกวา เปา (Target) ซง่ึ จะเปน อะไรกไ็ ดข นึ้ อยกู บั จุดประสงคในการใชเรดารเชน การใชในกิจการทหาร การบิน การเดินเรือ การจราจร การเกษตร การทําวจิ ยั และกจิ การอตุ นุ ิยมวิทยาเปนตน เรดารตรวจอากาศ มีประโยชนม ากในกิจการทางอุตุนิยมวิทยา (Weather Radar) เพราะ เรดารสามารถตรวจจบั และรายงานผลการตรวจในขณะท่ีปรากฏการณตางๆกําลังเกดิ ข้ึนจรงิ (Real time observation) ในบริเวณที่หางออกไปจากสถานีเรดารหลายรอยกิโลเมตร ซ่ึงไมสามารถ มองเห็นไดดวยสายตาปกติ การใชเรดารทําใหสามารถ 1) ตรวจจับหาบริเวณที่มีฝนหรือฝนฟา คะนองรวมทงั้ รายงานความแรงทศิ ทางและความเร็วในการเคลื่อนตัวของกลุมฝนนั้นๆ 2) ใชตรวจ และติดตามการเคลอ่ื นตัวรวมท้ังหาศนู ยกลางของพายุหมนุ เชน พายุโซนรอน พายุไตฝนุ 3) ใชตรวจ หมิ ะ ลูกเหบ็ เมฆ 4) ชว ยในการพยากรณอากาศระยะสน้ั 5) ใชว ิเคราะหทิศทางและความเรว็ ลมชั้น บนในระดับตางๆ 6 ) ชว ยในการเตือนภยั และเตรียมการปองกนั น้ําทว ม เครอื่ งเรดารท ่ีใชในกิจการของกรมอุตุนยิ มวิทยาในปจจุบันเรยี กวาดอปเปลอรเรดาร ซ่ึงมี 3 ชนิดเรียกวา 1) เรดารตรวจอากาศ X-แบนด เปนเรดารข นาดเล็กเหมาะสําหรับใชตรวจวดั ฝนกําลงั ออนถึงกําลงั ปานกลางรัศมีทําการ100 กม. และรัศมีหวังผล 60 กม. เนื่องจากเปนเรดารขนาดเล็ก และ มีความยาวคลนื่ สน้ั 2) เรดารตรวจอากาศ C-แบนด เปน เรดารข นาดปานกลาง เหมาะสาํ หรับ ใชต รวจวดั ฝนกําลังปานกลางถึงกําลงั แรง รศั มที ําการ 450 กม. และรศั มหี วังผล 230 กม. เปนเรดาร ขนาดปานกลางเมื่อกระทบเปาจะมกี ารสญู เสยี พลงั งานเน่อื งจากเปาบางพอสมควร มีราคาแพงกวา และคา บํารุงรักษามากกวาเรดาร X-แบนด 3) เรดารตรวจอากาศ S-แบนดเปนเรดารขนาดใหญ เหมาะสาํ หรับใชต รวจวดั ฝนกําลงั แรงถึงกําลงั แรงมาก รศั มที ําการ 550 กม. และรศั มหี วงั ผล 230 กม. สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอุดรธานี 27

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เปนเรดารขนาดใหญเมื่อกระทบเปาจะไมมีการสญู เสียพลงั งานเนื่องจากเปาเลย ทําใหเปาของฝนท่ี ตรวจไดจากจอเรดารม ขี นาดและรปู รางผิดจากความเปนจริงนอยมากหรือไมผิดเลย เปนเรดารท่ีมี ประสิทธิภาพมากท่ีสุดมีราคาแพงกวา และคา บํารงุ รกั ษามากกวา เรดาร C-แบนดและ X-แบนด รปู ท่ี 1.19 การใชเ รดารใ นการตรวจจบั ฝน ทีม่ าของภาพ : http://www.haii.or.th/wiki84/index.php/ไฟล:เรดาร2 .jpg 1.7.4 อิเล็กทรอนิกสกับระบบนาํ รอ งเรอื เดนิ ทะเล ระบบการนํารองอิเล็กทรอนิกสใชหลักการพ้ืนฐานเกี่ยวกับการตรวจทิศทางของ คลน่ื วทิ ยทุ ่ีสง มา สมมติวา เราตองการทจี่ ะทราบตาํ แหนง เรือในมหาสมุทร เรือจะรบั สัญญาณวิทยุที่ สง มาจากสถานีท่ที ราบตําแหนง แนน อนโดยทีแ่ ตล ะสถานจี ะมคี วามถ่ีหรอื รหสั ของการสง ทแ่ี ตกตา งกนั เรือก็สามารถหาทศิ ทางของคลนื่ ท่ีสง มาได เมอ่ื ลากเสน จากทิศทางมุมจากสถานสี ง บนแผนท่ี จุดตัด ของเสนเหลานี้จะแสดงตาํ แหนงของเรือที่อยูในทะเลได องคการทางทะเลของโลก หรือ IMO- International Maritime Organization และประเทศภาคสี มาชิกไดก ําหนดให เรือเดินทะเลขนาด ตั้งแต 300 ตันกรอสข้ึนไปจะตองเร่ิมติดตั้งอุปกรณรายงานตนอัตโนมัติ หรือ AIS - Automatic Identification System หรือมีชื่อเรียกอีกอยางหน่ึงวา UAIS-Universal Automatic Identification System เปนระบบที่ทํางานดวยการกระจายขาวผานคล่ืนวิทยุยานวีเอชเอฟแบบ อตั โนมตั ติ อ เนื่อง เพอ่ื แจงขอมลู เรอื ของตนเองใหก บั เครือ่ ง AIS อน่ื ๆ ทอี่ ยูบรเิ วณใกลเ คยี งหรอื เครอื่ ง สถานีฐานเอไอเอส ท่ีติดต้ังท่ีสถานีชายฝงใกลเคียงกับเรือไดรับทราบช่ือเรือ ตาํ แหนงที่ อยู และ สถานการณเดินทางไดตลอดเวลาโดยมจี ดุ ประสงคห ลักเพ่อื ชวยใหมีความปลอดภยั ในการเดนิ เรอื มาก ย่ิงขึ้น คลืน่ ความถ่ีของ เอไอเอสตามมาตรฐานของไอทียกู าํ หนดใหใชคล่ืนความถ่ี 161.975 เมกกะ เฮิรตซ (ชอง 87B) สาํ หรบั เอไอเอสชองที่ 1 และ 162.025 เมกกะเฮิรตซ (ชอ ง 88B) สาํ หรับ AIS ชอ ง สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 28

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ที่ 2 ในปจจบุ นั ไดมีการพัฒนาระบบ AIS ใหสงผานเครือขายของดาวเทียมอินมารแซตในการรับสง ขอมูลและสามารถเผยแพรขอมูลสถานะของการเดินเรือท่ีติดตั้งเคร่ืองเอไอเอสผานเครือขาย อินเตอรเน็ตและอินทราเนต็ ทีเ่ ชื่อมตอกับแฟมฐานขอ มลู สถานะของการเดินเรอื รูปที่ 1.20 ระบบสงสัญญาณนาํ รองการเดินเรือ ที่มาของภาพ : http://www.marinerthai.com/comms/pics/ais001.jpg 1.7.5 อิเลก็ ทรอนิกสคอมพิวเตอร ในปจจุบันมกี ารตน่ื ตวั ในการใชค อมพิวเตอรในงานดานตางๆ กันมากมากมายเชน งาน ทางธรุ กิจ ทางวศิ วกรรม วทิ ยาศาสตร จราจร จนถงึ การใชในการพัฒนาสังคมและประเทศเพ่อื ให สําเร็จลลุ ว งไดรวดเรว็ มากข้ึน เน่อื งจากคอมพิวเตอรมีราคาถูกลง มีความสามารถมากในการทํางาน ไดอยา งเร็วขึ้น ไดผลลัพธท แี่ มนยํา เกบ็ รักษาขอมลู และขอ ความไดจ ํานวนมากๆ สามารถทํางานท่ี สลบั ซับซอนโดยไมมีความเหน็ดเหน่อื ยเมอ่ื ยลาและชวยในการตัดสนิ ใจไดดดี ว ย ในวงการธนาคารก็ ใชค อมพิวเตอรใ นการคาํ นวณดอกเบย้ี ใหแ กล ูกคา ใชใ นระบบการเบิกเงนิ จากธนาคารตางสาขา ใช ทาํ บัญชี จา ยเงินเดือน ออกใบเสรจ็ รับเงนิ สัง่ จายสนิ คา ควบคุมสินคาคงคลังและยังแสดงฐานะ การเงินของบรษิ ทั ตา งๆ ไดอ ยางรวดเรว็ ในวงการบนั เทิงคอมพิวเตอรถูกนํามาใชในระบบการพิมพ ระบบมัลติมีเดีย วงการภาพยนตรในการผลิตการตูนแบบแอนนิเมชัน ในวงการอุตสาหกรรมเพ่ือ ควบคมุ กระบวนการผลติ ในโรงงานอุตสาหกรรมและอื่นๆ ดังนัน้ นบั วนั คอมพิวเตอรจ ะเขา มามบี ทบาท มากขึน้ โดยเฉพาะอยา งย่ิงเม่ือมกี ารนาํ คอมพวิ เตอรมาทํางานรว มกับอุปกรณส ่ือสารเพ่อื พัฒนาเปน สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภัฏอุดรธานี 29

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ระบบสื่อสารแบบใหมๆ ดังรูปที่ 1.21 ทม่ี รี าคาถกู ลง ขนาดเล็ก ลงแตส มรรถนะสูงมากขึน้ กย็ งิ่ ทําให ผูค นทัว่ ไปตองการเขา ถึงและใชงานคอมพิวเตอรม ากข้นึ รปู ที่ 1.21 เครอื่ งคอมพวิ เตอรทีม่ ีขนาดเลก็ ลงและประสทิ ธิภาพการทาํ งานสูง ท่ีมาของภาพ : http://t2.gstatic.com/images 1.7.6 อเิ ล็กทรอนิกสในวงการแพทย ความกา วหนาของวงการแพทยใ นปจจบุ ันก็เปน ผลสว นหนงึ่ มาจากความกาวหนาทาง อิเล็กทรอนิกส เพราะในรางกายของมนุษยอาจจะเปรียบไดกับวงจรไฟฟาและมีสัญญาณชีพที่ ตรวจจับไดดว ยวธิ กี ารทางไฟฟา รูปที่ 1.22 เครอ่ื งเอกซเ รยคอมพวิ เตอรซ งึ่ เปน อุปกรณอเิ ล็กทรอนกิ สยุคใหม 30 ท่มี กี ารทาํ งานซับซอนเปน อยางมาก ท่ีมาของภาพ http://www.moph.go.th/ops/iprg/include/admin_hotnew/ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอุดรธานี

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เน่อื งจากในทุกเซลของมนุษยม ีปฏกิ ิริยาเคมีเกดิ ขนึ้ ตลอดเวลา รวมทงั้ มีการเกิดไอออนซึ่งมีอํานาจ ทางไฟฟา ดังนั้นเครอื่ งมือทางอิเล็กทรอนิกสจึงสามารถชวยใหสามารถวัดขนาดของสัญญาณใน รางกายซ่ึงมคี าตํา่ มากๆ ได (เชน แรงดันระดับ 10 มิลลโิ วลต) แพทยจะใชส ญั ญาณชีพที่วัดไดเ หลา น้ี ไปใชประกอบการวนิ จิ ฉยั อาการหรอื โรคตา งๆ ไดแมน ยําขน้ึ อปุ กรณอ ิเล็กทรอนกิ สทีเ่ ขา มาเกย่ี วขอ ง กบั วงการแพทยเ ปน ส่ิงแรกคือ หลอดเอก็ ซเรยเน่ืองจาก แสงจากเอ็กซเรยสามารถผานสวนตางๆ ของรางกายไดแตกตางกันเชน ผานกลามเนื้อไดดีกวากระดูก เม่ือนําฟลมมาวางดานหลังของ รางกายในแนวเดยี วกับแสงจากหลอดเอ็กซเรย จะเกดิ ภาพขน้ึ บนฟล มซึ่งมีความเขมของภาพข้ึนกับ ปรมิ าณแสงที่ผา นไปได แพทยจะนาํ ฟล ม น้มี าวิเคราะหห าความผดิ ปกติ เชน หาบริเวณที่กระดูกหัก หาบรเิ วณทเ่ี ปนโรคมะเรง็ เปน ตน ในปจ จุบันนนั้ เครื่องเอกซเรยไดมีความกา วหนาขนึ้ ไปมากกวาเดิม โดยมีการพัฒนาเปนเคร่ืองเอกซเรยคอมพิวเตอรดังรูปท่ี 1.22 นอกจากนั้นยังมีการใชงาน อิเลก็ ทรอนกิ สไปในการสรางวงจรกระตุนกลามเนื้อ (Muscle stimulator) ที่ทํางานในยานความถ่ี ตา งๆ มาชว ยในการบําบัดกลามเน้ือตางๆ ใหกลับคืนสูสภาพปกติไดเร็วยิ่งข้ึนเชนหรือแมแตการใช อุปกรณอ เิ ลก็ ทรอนกิ สทําหนาทแ่ี ทนอวัยวะบางสวนของรางกายที่พิการไปก็ทําไดไมยากนักเชน ใช ควบคมุ แขนเทยี ม ใชเ ครอ่ื งกระตนุ หัวใจ ใชอ ิเล็กทรอนกิ สด ักจับวตั ถุเพื่อใชแ ทนนยั นตาเหลา นเี้ ปน ตน 1.7.7 ระบบอิเลก็ ทรอนิกสท างการเกษตร ระบบอิเลก็ ทรอนิกสท างการเกษตร (Agritronic) หรืออะกริทรอนิกสคือการ ทําการเกษตรแบบยุคใหมที่นําเทคโนโลยีทางอิเล็กทรอนิกส คอมพิวเตอร อุปกรณส่ือสาร หรือ อุปกรณอเิ ลก็ ทรอนกิ สต า งๆ เชน ระบบหาพกิ ดั บนพน้ื โลก (Global Positioning System: GPS) ตัว ตรวจรู (Sensor) หรือเคร่ืองมือในการจัดการขาวสาร (GIS) มาใชงานเพ่ือเพิ่มประสิทธิภาพใน กระบวนการทาํ งานตา งๆ เชน การคัดเลือกพันธุ การเพาะปลูกหรือเลี้ยงสัตว การเก็บเก่ียวผลผลิต การแปรรปู และการขนสงเปนตน ทําใหลดตนทุนและจัดสรรการใชทรัพยากรไดอยางเหมาะสมใน การทําเกษตรกรรม อีกทงั้ ยังทําใหการทําเกษตรกรรมมีความแมนยํา เหมือนระบบอุตสาหกรรม และทาํ นายผลผลติ ไดแ มในสภาพแวดลอ มทแ่ี ตกตางกนั ก็ชวยใหเ กิดผลผลติ ท่ีแมน ยาํ โดยเฉพาะการ เปลยี่ นแปลงภมู อิ ากาศทีโ่ ลกเผชญิ อยใู นปจจุบนั กรณศี ึกษาการใชง านระบบอเิ ลก็ ทรอนิกสทางการเกษตรของบริษัทมิตรผล ในการผลิตออยซึ่งเปนพืชไรสรมารถประยุกตใช ระบบการควบคุมการรดนํ้ารวมกับ ตัว ตรวจรเู พื่อตรวจวดั ระดบั ความชน้ื ในดนิ เพื่อการตัดสินใจวาตองใชนํ้าหรือไม นอกจากน้ียังมีการใช ภาพถา ยดาวเทียมเพือ่ ดคู าการสะทอนแสงท่ีชวยทํานายผลผลิตของออยได เพราะปริมาณการผลิต สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 31

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ของออยจะมผี ลตอราคาของออ ยในแตละป การตดิ ตง้ั สถานีวัดสภาพอากาศเพ่ือวัดปริมาณนํ้าฝน อุณหภูมิและทํานายปริมาณนํ้าฝนได การศึกษาวงจรชีวิตของศัตรูพืชท่ีสัมพันธกับคา ความช้ืนใน อากาศโดยพบวาทีค่ าความชืน้ ตางกันนนั้ จะพบการระบาดของศตั รูพืชตางชนิดกัน เชน เมื่อช้ืนสูงจะ พบหนอนกอ ถาแลง จะพบหนอนกอลายจุดใหญเลก็ เปน ตน ดังนัน้ เมอื่ ทราบคาความชนื้ และอณุ หภมู ิ แลวกส็ ามารถแจงเตือนเกษตรกรไดว า จะเกิดการระบาดของศัตรพู ืชแบบใดบา ง แลว จะสงเจาหนา ท่ี ไปสํารวจ หากพบศตั รพู ชื จรงิ ก็จะปลอ ยแตนเบียนออกไปกําจดั รปู ท่ี 1.23 การทําการเกษตรโดยใชเทคโนโลยีทางอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คอมพวิ เตอรและ อุปกรณส อ่ื สารผสมผสานกัน ที่มาของภาพ http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/i-sense/nanoagri/Figure1.jpg ตวั อยา งการใชระบบอเิ ล็กทรอนกิ สเ พอื่ การเกษตรของตางประเทศ สว นตัวอยางการใชร ะบบอเิ ลก็ ทรอนิกสเพอ่ื การเกษตรของตา งประเทศ อาทิ ออสเตรเลียมี เซนเซอรวัดคลอโรฟล ดข องใบไม หากพบวาคลอฟลดลดลงกจ็ ะสงสญั ญาณไปยังระบบรดน้ําใหเติม สารอาหารท่ีจาํ เปน ลงไปหรือทป่ี ระเทศสหรัฐอเมรกิ ามีใชภาพถา ยดาวเทยี มศึกษาคาการสะทอนแสง ซ่ึงสัมพันธกับอัตราการใสปยุ สวนที่ประเทศญ่ีปุนก็มีการใชระบบวัดคาความเปนกรดของดินแลว ประมวลผลใหเห็นผานรถแทรกเตอรเปน ตน สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภัฏอุดรธานี 32

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 1.7.8 อนาคตของอตุ สาหกรรมอิเลก็ ทรอนิกส ในอนาคตนาโนศาสตรซ ง่ึ เปน วทิ ยาศาสตรแ ขนงหนง่ึ ทเี่ กย่ี วขอ งกบั การศกึ ษาวสั ดอุ ินทรยี  อนนิ ทรยี รวมไปถงึ สารชีวโมเลกลุ ทม่ี ีโครงสรา งสามมติ ดิ า นใดดา นหน่ึงมขี นาดอยรู ะหวาง 1-100 นาโนเมตรและมคี ุณสมบตั ิ ทางฟสกิ ส เคมแี ละชีวภาพเฉพาะตวั จะถกู นํามาใชในการประดิษฐอ ปุ กรณ และวงจรทางอเิ ลก็ ทรอนกิ สอ ยางมากมาย 1.7.9 ซอฟตแ วรสําหรบั การศึกษาและออกแบบทางอเิ ล็กทรอนกิ ส ปจจุบันวิศวกรอิเลก็ ทรอนกิ สไดร ับความสะดวกสบายในการออกแบบวงจรดวยการชวง เหลือจากโปรแกรมจําลองการสรางและทํางานของวงจรอิเล็กทรอนิกส โปรแกรมกลุมน้ีเรียกวา Electronic Design Automation (EDA) ซึง่ ประกอบดว ยโปรแกรมวาดผงั วงจร ออกแบบแผน วงจร และจาํ ลองการทํางานวงจร โปรแกรมทีร่ ูจ ักกนั ดไี ดแ กโ ปรแกรม SPICE OrCAD Proteus เปนตน รปู ท่ี 1.24 ตัวอยา งโปรแกรมชว ยสอนและออกแบบทางอเิ ล็กทรอนกิ ส ทมี่ าของภาพ : http://a.fsdn.com/con/app/proj/circuitsmith/screenshots/106630.jpg 1.8 บทสรปุ ในโลกปจ จบุ นั ความเจริญกาวหนาทางอิเลก็ ทรอนกิ สสง ผลตอความเจรญิ ดา นอนื่ ๆ ตามมาอกี มากมายเชน การบนิ อวกาศ ยานยนต ระบบส่ือสาร โครงขายคอมพวิ เตอร รวมท้ังทางดานเคร่อื งมอื แพทย หรอื ไมเวน แมแ ตด า นการบันเทิงและส่อื สารมวลชนดานตา งๆ ทําใหก ารใชช ีวติ ของมวลมนุษย มีความสะดวกสบายเปนอันมาก แมกระนั้นผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสก็ยังคงมีการพัฒนาไป เร่อื ยๆ โดยท่ีไมม ีท่ีสิน้ สุด การศกึ ษาอิเล็กทรอนิกสในประเทศไทยยงั อยูในวงจํากัด แตก็เปน โอกาส สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอุดรธานี 33

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดที ่เี ทคโนโลยีทางดา นนเี้ รมิ่ ขยายออกอยา งรวดเรว็ รฐั บาลไทยเองกไ็ ดใ หค วามสนใจ โดยจะเหน็ ได จากการสงเสริมการลงทนุ ในกจิ การอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกสเพื่อทดแทนการนําเขา นอกจากน้ี กิจการทางดานอเิ ล็กทรอนิกสท่ีดําเนินงานโดยคนไทยก็ไดเจริญเติบโตขึ้นเร่ือยๆ และไดรับความ เช่ือถือจากผูใชมากขึ้น ดังนั้นการประกอบอาชีพทางดานอิเล็กทรอนิกสจึงดูสดใสเปนอยางยิ่งใน ปจ จุบันและอนาคต สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 34

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี คาํ ถามทา ยบท 1.1 ศาสตรทางวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนคิ สต างกบั ศาสตรทางวศิ วกรรมไฟฟา อยา งไร 1.2 หลอดสุญญากาศมีขอดอ ยกวา ทรานซิสเตอรในดานใดบาง 1.3 คลื่นแมเหลก็ ไฟฟาที่ใชใ นการส่อื สารนัน้ คลนื่ เดินทางดวยความเรว็ เทาไหร 1.4 ในปจ จบุ ันอิเล็กทรอนคิ สเ ขามามีบทบาทกบั ชีวติ ประจาํ วันอยางไรบาง 1.5 เรดารคอื อะไรและใชป ระโยชนไ ดในดา นใดบาง 1.6 สาเหตใุ ดบา งที่เปนแรงขับใหเกิดการพฒั นาขอวงการอิเล็กทรอนิกส 1.7 อุปกรณเอ็กซเรยเปนเคร่ืองมือทางอิเล็กทรอนิกสที่เกิดจากการกระจายคล่ืนแมเหล็กไฟฟาใช หรือไม 1.8 ใหนักศกึ ษายกตวั อยา งการนําอิเล็กทรอนิคสไ ปใชใ นโรงงานอตุ สาหกรรม 1.9 ใหน ักศึกษายกตัวอยา งการนาํ อเิ ล็กทรอนิคสไ ปใชทางการเกษตร 1.10 ระบบอิเลก็ ทรอนกิ สสัมพันธกบั ระบบคอมพวิ เตอรอยางไรบาง เอกสารอา งองิ 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. ยืน ภูว รวรรณ (2531). ทฤษฎแี ละการใชงานอิเล็กทรอนกิ ส เลม 1. กรงุ เทพ : หจก.นาํ อกั ษร การพมิ พ. ประภากร สวุ รรณะ และ สมศกั ด์ิ ชุมชวย. (2545). วศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนกิ ส 1. กรงุ เทพ: สถาบัน เทคโนโลยีพระจอมเกลาลาดกระบัง จริ ยุทธ มหัทธนกุล. (2550). อเิ ล็กทรอนกิ ส. รงุ เทพมหานคร : มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยีมหานคร. สรุ นันท นอ ยมณี (2549). เอกสารคําสอนกระบวนวชิ า 261213 อปุ กรณอ ิเลก็ ทรอนกิ สส ําหรับ วิศวกรรมคอมพวิ เตอร. จ. เชยี งใหม : มหาวทิ ยาลยั เชียงใหม. สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 35

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี อลงกรณ พรมที (2551). เอกสารประกอบการสอนวชิ า 5582107 อเิ ลก็ ทรอนกิ ส 1. จ. อดุ รธาน:ี มหาวทิ ยาลยั ราชภัฏอดุ ราน.ี http://paulsila.tripod.com/id5.html. https://th.wikipedia.org/wiki/ไอแซก_นวิ ตนั . http://www.ieeeghn.org/wiki/images/b/b2/History_EDS-Claeys.pdf. http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/i-sense/nanoagri. สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภัฏอดุ รธานี 36

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แผนบรหิ ารการสอนประจาํ บทท่ี 2 พืน้ ฐานสญั ญาณและวงจรทางอเิ ลก็ ทรอนกิ ส 6 ชว่ั โมง หวั ขอ เนอื้ หา 37 2.1 บทนํา 2.2 สญั ญาณไฟฟา 2.2.1 สัญญาณไฟฟากระแสตรง 2.2.2 สญั ญาณไฟฟา กระแสสลับ 2.2.3 ความถม่ี ูลฐานและฮารโ มนิกสข องสญั ญาณ 2.3 สญั ญาณในอาณาจกั รของความถี่ 2.4 สัญญาณรูปแบบตา งๆ 2.4.1 สญั ญาณรูปแบบสเี่ หลย่ี ม 2.4.2 สัญญาณคล่นื รูปลาด 2.4.3 สัญญาณรปู สามเหล่ยี ม 2.5 คาตัวแปรอนื่ ๆของสัญญาณทางไฟฟา 2.5.1 คา เฉลี่ยของสัญญาณ 2.5.2 คาประสิทธผิ ล 2.5.3 กาํ ลงั งานไฟฟากระแสสลับชัว่ ขณะ 2.6 พนื้ ฐานวงจรทางไฟฟา 2.6.1 อปุ กรณแบบเชิงเสน และไมเ ชงิ เสน 2.6.2 ทฤษฏเี ทวนิ นิ 2.6.3 ทฤษฏนี อรต ัน 2.6.4 ความสมั พนั ธระหวางวงจรเทวนิ นิ และนอรต นั 2.7 สัญญาอนาล็อกและสัญญาณดิจิทลั 2.7.1 การแปลงสัญญาณอนาล็อกเปน ดจิ ิทัล 2.7.2 อนาคตของอตุ สาหกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 2.8 วงจรขยายสัญญาณ 2.8.1 แบบจําลองของวงจรขยายสญั ญาณ สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 2.8.2 แหลง จายไฟของวงจรขยายสญั ญาณ 2.8.3 การอ่ิมตวั ของวงจรขยายสัญญาณ 2.9 บทสรปุ วตั ถุประสงคเ ชงิ พฤตกิ รรม 1. เพอ่ื ใหผเู รยี นเขาใจและรจู ักนยิ ามของสญั ญาณและระบบทางอเิ ลก็ ทรอนกิ สแบบพน้ื ฐาน 2. เพอ่ื ใหผ ูเรยี นมคี วามเขาใจและตวั แปรพน้ื ฐานของสัญญาณและระบบอเิ ลก็ ทรอนิกส 3. เพอื่ ใหผ ูเ รยี นมคี วามรพู ้ืนฐานท่ีเพียงพอสาํ หรบั การเรยี นในภาคทฤษฎแี ละปฏิบตั ิ วธิ สี อนและกจิ กรรมการเรยี นการสอนประจําบท 1. บรรยายเนอื้ หาในแตล ะหวั ขอ พรอ มยกตวั อยางประกอบ 2. ศกึ ษาจากเอกสารประกอบการสอน 3. ผสู อนสรปุ เนอ้ื หา 4. ทาํ แบบฝก หัดเพอื่ ทบทวนบทเรยี น 5. ผเู รียนถามขอ สงสยั 6. ผูสอนทําการซักถาม ส่ือการเรียนการสอน 1. เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส 1 2. ภาพเลอื่ น (Slide) การวดั ผลและการประเมนิ 1. ประเมินจากการซกั ถามในช้นั เรียน 2. ประเมินจากความรว มมอื และความรบั ผดิ ชอบตอ การเรยี น 3. ประเมินจากการทาํ แบบฝก หดั ทบทวนทายบทเรยี น สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 38

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี บทท่ี 2 พ้นื ฐานสญั ญาณและวงจรทางอิเล็กทรอนกิ ส วตั ถุประสงค 1. เพอื่ ใหน ักศกึ ษารจู กั นยิ ามของสญั ญาณและระบบทางอิเล็กทรอนิกสแบบพ้นื ฐาน 2. เพอ่ื ใหน กั ศกึ ษารจู ักตวั แปรพื้นฐานของสญั ญาณและระบบอิเล็กทรอนิกส 3. เพอื่ ใหนักศกึ ษามคี วามรพู ื้นฐานทเ่ี พยี งพอสาํ หรับการเรยี นในภาคทฤษฎแี ละปฏบิ ตั ิ 2.1 บทนาํ วงจรหรือระบบทางอิเล็กทรอนิกสทํางานเก่ียวของกับสัญญาณไฟฟาแทบทั้งส้ินเชน ใน วงจรขยายเสียง เสยี งจะถูกเปลี่ยนเปนสญั ญาณทางไฟฟา (จากไมโครโฟนหรือเคร่ืองเลนแผนเสียง วซี ีดี ดีวีดหี รือเครื่องเลน เอ็มพีสาม) ที่มีความถ่ีตามเสียง แลวผานวงจรขยายสัญญาณใหมีขนาด แรงดันสูงขน้ึ จากนั้นจึงนําไปขับลําโพง ในคอมพิวเตอรขอมูลแบบดิจิทัลท่ีทําการคํานวณหรือ ประมวลผลใดๆ ก็อยูในรูปของสัญญาณไฟฟาโดยแรงดันระดับสงู เชน 5 โวลตจะแทนขอมูลท่ีเปน “1” สว นแรงดันระดบั ต่ําเชน 0 โวลตจ ะแทนขอมูลที่เปน “0” เปนตน ในโทรทศั นท่เี ราเห็นหรือเสยี ง ทเี่ ราไดยินกก็ เ็ กดิ จากสญั ญาณทางไฟฟา รวมไปถึงในระบบส่อื สารไรสายในยคุ ปจ จบุ ันก็เชนกันลวน แตท ํางานโดยอาศยั การสง สญั ญาณไฟฟา ไปมาระหวา งกัน ในการศกึ ษาเก่ยี วกบั สัญญาณ ซ่ึงเปนเสมอื นฟง กชันในทางคณิตศาสตร เปนปริมาณบงบอก ถึงการเปลี่ยนแปลงขอมลู ของสิ่งตาง ๆ ในธรรมชาติ ตวั อยา งเชน ขอมูลเก่ียวกับอากาศ ก็สามารถ แทนดว ยสัญญาณเชน อณุ หภมู ิ แรงดัน ความเรว็ ลม เปน ตน ซ่ึงโดยท่ัวไปขอมูลของสัญญาณก็จะ แปรเปลี่ยนไปกับเวลา ซ่ึงแนนอนวาสัญญาณน้ันตองมีแหลงกําเนิด (Source) และการท่ีจะ เปลี่ยนแปลงขอมูลของสัญญาณนั้น อาจเปลี่ยนแปลงโดยธรรมชาติหรือมนุษยเปนผูท่ีทําการ เปลย่ี นแปลง ที่เราเรยี กวา การประมวลผลสัญญาณ (Signal processing) และการที่มนุษยจะเปนผู เปล่ียนแปลงสัญญาณ หรอื ทําการประมวลผลสัญญาณนั้น จะตองมีเคร่ืองมือท่ีใชในการกระทําน้ัน เพื่ออธิบาย วิเคราะหและสังเคราะหรูปรางสัญญาณรวมถึงการศึกษาคุณสมบัติพิเศษอื่นๆ ของ สัญญาณ เชนเดียวกับการศึกษาเก่ยี วกับระบบตองมีการศึกษาคุณสมบัติและตัวแปรท่ีใชในการบง บอกพฤติกรรมของระบบ ดังน้ันนักศึกษาตองมีความรูความเขาใจเก่ียวกับสัญญาณและระบบ สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 39

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เสียกอน จึงจะทําการการออกแบบและตรวจซอมวงจรทางอิเลคทรอนิคสไดดีขึ้นและรวดเร็ว เน่ืองจากสามารถนาํ เอาทฤษฎีสัญญาณและลกั ษณะสญั ญาณไปใชในการอธบิ ายและวิเคราะหว งจรได 2.2 สญั ญาณไฟฟา ในวิชาวิศวกรรมไฟฟาและอิเล็กทรอนิกสเมอ่ื กลาวถึงคําวาสัญญาณหมายถึง “ปริมาณที่ เปลี่ยนแปลงตามเวลา” โดยอาจแทนดวยกราฟความสัมพันธระหวางปริมาณนั้นๆ กับเวลาและ ปรมิ าณในทางไฟฟา สวนใหญก็จะหมายถึง แรงดันไฟฟา กระแสไฟฟา กําลังไฟฟาหรือปริมาณของ ประจุเปนตน สัญญาณไฟฟา (Electrical signal) ประกอบไปดวยรูปแบบคือ 1) สัญญาณไฟฟา กระแสตรง และ 2) สัญญาณไฟฟากระแสสลบั 2.2.1 สญั ญาณไฟกระแสตรง สัญญาณไฟกระแสตรง (Direct current : DC ) คือสญั ญาณแรงดนั หรือกระแสที่มี คาคงที่ การนําไปใชง านทาํ ไดโดยการทาํ ใหเกิดการไหลของกระแสเปนหวงๆ หรือทําใหระดับของ แรงดนั เปลีย่ นไปเชน วงจรท่ปี ระกอบดวยอุปกรณไวแสงเชน แอลดอี าร (LDR) เมื่อแสงตกกระทบบน เซลลจะสรา งแรงดันไฟกระแสตรงทม่ี คี าเปลี่ยนแปลงตามความเขมของแสงท่ีตกกระทบ สามารถนํา หลักการนี้ มาใชใ นวงจรควบคุมการปด เปดไฟฟา ตามถนนโดยอัตโนมตั ิได โดยใชแรงดนั ไฟฟา ทเี่ กดิ ขนึ้ จากแสงเปนตัวควบคุมการทํางานของสวิทชอัตโนมัติ นอกจากน้ีการเปดปดสวิตชเพ่ือทําให สญั ญาณไฟฟา เปน สัญญาณรูปส่ีเหล่ียมแลว นําสัญญาณรูปสี่เหล่ียมทเ่ี กิดขึ้นมาเทียบกับฐานเวลาก็ สามารถใชส ญั ญาณนน้ั เปน ตัวบอกความหมายของขอมูลไดเชน ในเครอื่ งคอมพวิ เตอรหรือวงจรแบบ ดจิ ิทลั ทใ่ี ชระดับสัญญาณที่เปน รปู สัญญาณสเี่ หล่ียมแทนตัวเลข 0 และเลข 1 หรือเลขฐานสอง 2.2.2 สัญญาณไฟฟากระแสสลับ ไฟฟา กระแสสลบั (Alternating current : AC ) คือกระแสไฟฟา ทม่ี ีทิศทางการไหล สองทิศทาง โดยเรมิ่ ตน จากคาศูนยแลวเพ่ิมข้ึนสูงสุดในทางบวกแลว คอยๆลดลง (จนเปนศูนยแลว ลดลง ) จนถึงจุดตา่ํ สดุ ในทางลบ แลวเพม่ิ ขน้ึ กลับไปเปน ศนู ยอีกครง้ั หน่งึ เรียกวา ครบ 1 รอบหรือ คาบเวลา คาเฉลี่ยในแตละคาบเวลาเทากับศูนยหรือเปนกระแสไฟฟาท่ีมีการเปล่ียนแปลงทิศทาง อยางสมา่ํ เสมอตลอดแนวแกนอา งอิง ในชวงคาบเวลาหนึ่งๆคาจะเปล่ียนแปลงจากบวกไปเปนลบ หรือลบไปเปนบวกตัวอยางสัญญาณไฟฟากระแสสลับท่ีเห็นไดชัดที่สุดคือ ระบบไฟฟากําลังท่ีมี ความถีเ่ ปน 50 หรือ 60 เฮิรตซ ซ่ึงขึ้นอยกู บั การใชงานในแตละภูมิภาคของโลก นอกจากน้ียังมีการ สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 40

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เรยี กสัญญาณท่มี ีลกั ษณะซ้าํ กนั อยา งตอเนอ่ื งวา สัญญาณมีคาบหรอื สญั ญาณแบบรายคาบ (Periodic signal) โดยสัญญาณจะมลี กั ษณะรปู แบบของสัญญาณซ้าํ รปู แบบเดิมทุกคาบเวลาหรอื มกี ารขน้ึ และลง ของสัญญาณสลับกันไปเรอื่ ยๆ สว นสัญญาณไมม คี าบ (Aperiodic signal) คือ สญั ญาณทมี่ ีการเปล่ียนแปลงได โดยไมตองมี รูปแบบหรือลักษณะท่ีแนนอน โดยท่ัวไปสัญญาณไฟฟาพ้ืนฐานทางอิเล็กทรอนิกสท่ีรูจักกนั ดีจะ ประกอบไปดวย สญั ญาณรูปไซนห รือสัญญาณไซนูซอยด (Sinusoidal wave) สัญญาณรูปสี่เหลี่ยม (Rectangular wave) สัญญาณรปู สามเหลี่ยม (Triangular wave) และสัญญาณรูปฟนเล่ือย (Saw tooth wave) ดังรูปท่ี 2.1 การนําสัญญาณไฟฟาไปใชงานจึงควรเรียนรูเก่ียวกับตัวแปรตางๆ ของ สัญญาณเชน ขนาด ความถี่ คาบเวลา คา ดวิ ตไ้ี ซเคิล คา เฉล่ียและคาประสิทธผิ ลเปน ตน v,i v,i v,i T T T ttt รูปที่ 2.1 สัญญาณพนื้ ฐานทางไฟฟาแบบไซนูซอยด แบบรปู เหลย่ี มและแบบฟน เลอ่ื ย สัญญาณแบบมีคาบเวลาจะมีตัวแปรท่ีสาํ คญั คือ คาบเวลา (Periodic: T ) คือ เวลาทค่ี ล่นื เกดิ การเปลีย่ นแปลงจากจุดเร่ิมตน จนถงึ จุดสน้ิ สดุ กอนทีจ่ ะเริ่มตน เปลี่ยนแปลงสญั ญาณใหมหรือเปนเวลาของการเปลี่ยนแปลงสัญญาณใน 1 วงรอบ (Cycle) หรือหนง่ึ ความยาวคลื่น ความถ่ี (Frequency: f ) คอื จาํ นวนไซเคิลหรอื รอบของรูปคลนื่ ที่เกดิ ขึ้นในระยะเวลาหน่ึง วินาทีมีหนว ยเปนเฮริ ตซ (Hertz : Hz ) โดยคาคาบเวลาและความถ่ีของสัญญาณจะมคี วามสัมพันธ ดังสมการ f  1 (2.1) T สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 41

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สัญญาณไฟฟาอาจมีลักษณะท่ีแตกตางกันไดท้ังทางดาน ขนาด คาบเวลา ความถี่หรือเฟสของ สญั ญาณดงั สมการ S(t)  A sin 2ft   (2.2) การนําสัญญาณไฟฟาดังสมการท่ี (2.2) ไปใชทําไดโดยการเปลี่ยนแปลงตัวแปรของสัญญาณเชน ขนาด ความถ่ี หรือเฟส เพ่อื ใชเ ปนสัญลกั ษณแทนขอมูลท้งั แบบอนาล็อกหรือแบบดจิ ิทลั ในรูปท่ี 2.2 เปนสัญญาณแรงดันแบบรายคาบที่มีคาเปล่ียนแปลงตามเวลาหรือเรียกวาสัญญาณในโดเมน (อาณาจกั ร) ของเวลา (Time domain signal representative) แรงดัน (โวลต์) VC vc Vc peak 0 t รปู ที่ 2.2 สญั ญาณกระแสแบบไซนูซอยดใ นอาณาจกั รเวลา สัญลักษณ (Notation) ทใี่ ชแ ทนสัญญาณไฟฟา ดังกลา วจะประกอบไปดวยอกั ษรตวั หลกั และอกั ษรตวั หอ ย ซงึ่ ขึน้ อยูก ับชนิดของสัญญาณดังตอ ไปนี้ vC คอื คาแรงดันรวมชั่วขณะใด ๆ (Instantaneous value) ประกอบไปดวยองคป ระกอบ ไฟกระแสตรงและไฟกระแสสลบั สญั ลกั ษณป ระกอบไปดวยอกั ษรตวั หลกั เปน ตวั พมิ พเลก็ และอกั ษรตัวหอ ยเปนตวั พมิ พใ หญ VC คอื คา องคป ระกอบแรงดันไฟกระแสตรง (DC component) หรือคาออฟเซต็ (offset) สัญลักษณประกอบไปดวยอกั ษรตัวหลกั และอักษรตวั หอ ยที่เปน ตวั พมิ พใ หญทง้ั คู Vc คอื คาแรงดนั ยอด (Peak voltage) หรือขนาดของแรงดนั สญั ลกั ษณป ระกอบไปดวย อกั ษรตัวหลักเปนตัวพมิ พใ หญและอกั ษรตวั หอ ยเปนตัวพมิ พเ ลก็ สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 42

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตัวอยางรปู แบบอืน่ ๆ ของตัวแปรทางไฟฟา จะแสดงไวในตารางท่ี 2.1 ตารางท่ี 2.1 สัญลักษณต ัวแปรของสัญญาณ ตวั แปร ความหมาย iB , vBE สัญญาณผลรวมชว่ั ขณะใดๆ IB ,VBE สญั ญาณไฟฟากระแสตรงหรือคาออฟเซต็ ib, vbe สัญญาณไฟฟา แบบกระแสสลบั ช่วั ขณะใดๆ Ib ,Vbe สัญญาณแบบเฟสเซอร 2.2.3 ความถ่มี ลู ฐานและฮารโ มนกิ สข องสัญญาณ สญั ญาณรายคาบจะมีคาเวลาชวงหนึ่งของสัญญาณกอนท่ีรูปรางของสัญญาณจะมี ลักษณะซํ้าเดมิ ดงั รปู ที่ 2.3 เรียกวา “คาบเวลา (T)” โดยสวนกลบั ของคาคาบเวลาจะเปนคาความถ่ี (f) ของสัญญาณน้ัน ในรูปท่ี 2.3 สมมุติวาเวลาเริ่มตนท่ีเวลา 0 วินาทีไปจนถึงเวลา T วินาที รูปรา งสญั ญาณจะกลบั มามีรปู รางซํา้ เดิมอีกครง้ั และจะมลี กั ษณะซา้ํ เดมิ เชน น้เี รื่อยไปทุกๆ ชวงเวลา T วินาที สําหรับสัญญาณรายคาบทั่วไปจะพบวา สัญญาณใดก็ตามท่ีไมใชสัญญาณรูปไซนจะ ประกอบดว ยสญั ญาณรปู ไซนรวมกนั อยูเปนจาํ นวนมาก แตจะมีสญั ญาณรูปไซนอ ยูสัญญาณหนึ่งที่มี ขนาดสงู ทส่ี ดุ รปู ที่ 2.3 สัญญาณรายคาบ และมคี วามถี่ต่ําทส่ี ดุ สว นสัญญาณไซนอนื่ จะมีความถเี่ ปนจํานวนเทาของสัญญาณความถี่ต่ําที่สุดนี้ และมีขนาดท่แี ตกตางกันไป สญั ญาณความถต่ี ํ่าสุดน้จี ะเรียกวา สัญญาณมูลฐาน (Fundamental สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 43

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี signal) และเรียกความถ่ตี ํา่ สดุ นี้วาความถ่ีมูลฐาน (Fundamental frequency) สวนสัญญาณอ่ืนๆ เรยี กวา ฮารโ มนกิ ส (Harmonics) ในรูปท่ี 2.4 จะเปน องคประกอบสญั ญาณมลู ฐานและสัญญาณฮาร โมนิกสของสัญญาณในรปู ท่ี 2.3 ท่เี ปนสญั ญาณรปู ไซนจาํ นวน 4 สัญญาณ ความถี่ของสัญญาณทั้งส่ีสัญญาณน้ีจะมีสัญญาณหน่ึงที่มีคาความถี่เทากับความถี่ของ สัญญาณรายคาบและเรยี กสญั ญาณน้วี า สญั ญาณมลู ฐาน สวนสญั ญาณรปู ไซนร ูปอ่ืนๆ จะมคี าความถ่ี เปน 3 5 และ 7 เทาของความถขี่ องสัญญาณรายคาบจึงเรยี กสญั ญาณทั้งสามวาวาฮารโ มนิกสที่ 3 5 และ 7 ตามลําดบั สมมติวาสัญญาณรายคาบมีความถ่ี 1000 เฮิรตซ สัญญาณมูลฐาน รูปไซนก็จะมีคา ความถเ่ี ปน 1000 เฮิรตซ สวนสัญญาณฮารโมนิกสท่ี 3 5 และ 7 ก็จะมีความถี่ 3000 5000 และ 7000 เฮิรตซตามลําดับ ดังนั้นฮารโมนิกสกค็ ือ สัญญาณองคประกอบของ สญั ญาณทไ่ี มใชร ปู ไซนและมีความถเ่ี ปนจาํ นวนเทาของสัญญาณมลู ฐาน โดยทัว่ ไปจะเรยี กสญั ญาณทมี่ ี ความถ่ีเทากับสัญญาณรายคาบวา สญั ญาณมลู ฐาน โดยจะไมเรียกวาสัญญาณฮารโมนิกสที่ 1 การ เรยี กช่ือฮารโ มนกิ สจะเรียกช่ือตามคา จาํ นวนเทา ของสญั ญาณมูลฐานเชน สญั ญาณที่มคี วามถี่ 3 เทา ก็ เรียกวา ฮารโ มนกิ สท ี่ 3 แรงดนั หรอื กระแส แรงดนั หรอื กระแส สัญญาณมลู ฐาน สญั ญาณฮารโ์ มนคิ ที 3 แรงดนั หรอื กระแส แรงดันหรอื กระแส สญั ญาณฮาร์โมนคิ ที 5 สญั ญาณฮาร์โมนคิ ที 7 รูปที่ 2.4 สญั ญาณตา งๆ ทีป่ ระกอบกันเปน สญั ญาณรายคาบทีไ่ มใ ชรูปไซน สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 44

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี นอกจากนย้ี ังแบงกลุมฮารโ มนิกสของสัญญาณออกเปนเลขคูและเลขค่ีเชน กลุมของฮารโมนิกสที่มี ความถ่ีเปน 3 5 7 เทา เรยี กวา ฮารโ มนิกสค ี่ สว นกลุมของความถ่ีท่ีเปน 2 4 6 8 เทาก็เรียกวา ฮารโมนกิ สคู โดยสญั ญาณรายคาบบางสญั ญาณอาจจะประกอบดวยฮารโมนกิ สคแ่ี ตเ พยี งอยา งเดยี ว หรอื ประกอบดว ยฮารโ มนกิ สคี่และฮารโ มนกิ สค ู 2.3 สญั ญาณในอาณาจกั รของความถี่ หูของมนุษยมคี วามสามารถในการรบั ฟง ความถขี่ องคล่ืนเสียงไดในชว ง 20 ถึง 20,000 เฮริ ตซ เรียกชวงความถ่ีดังกลา ววา ความถ่เี สียง (Audio frequency) สวนสัญญาณทม่ี ีความถ่ีเกนิ 20,000 เฮริ ตซ ซงึ่ สูงเกินกวา ทห่ี ูคนจะไดยินจะเรยี กวา คลนื่ อัลตราโซนคิ (Ultrasonic wave) และเรยี กคลื่น ทม่ี คี วามถ่ตี าํ่ กวา 20 เฮิรตซ วาคลื่นซับโซนคิ (Subsonic wave) - คลน่ื อัลตราโซนิค (Ultrasonic wave) คือคลื่นที่มคี วามถสี่ ูงกวา กวา 20,000 เฮิรตซ - คลน่ื ซับโซนคิ (Subsonic wave) คือคลืน่ ท่ีมคี วามถต่ี าํ่ กวา 20 เฮริ ตซ ความถข่ี องสญั ญาณในทางอิเลคทรอนิคสมีคาตงั้ แตประมาณ 20 เฮริ ตซถ งึ กวา 30 กกิ ะ เฮริ ตซ เพราะสัญญาณทม่ี ีความถีส่ งู กวา 30 กกิ ะเฮริ ตซนน้ั คุณสมบัติของคลื่นไมส ามารถนาํ มาใช ในวงจรอิเลคทรอนิคสได การแสดงสัญญาณในอาณาจักรของความถ่ี (Frequency domain representative) ไมว า จะเปน สัญญาณความถีเ่ ดียว สญั ญาณทป่ี ระกอบไปดว ยหลายความถห่ี รอื กลมุ ของสญั ญาณจาํ เปน จะตอ งบอกความถี่และขนาดของสญั ญาณควบคูก นั ไปดว ย รปู ท่ี 2.5 สเปคตรมั สญั ญาณความถ่ี 1 กิโลเฮิรตซขนาดแรงดัน 1.5 โวลต สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 45

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี การเขยี นคา ความถี่และขนาดของสญั ญาณลงบนกราฟท่ีมแี กนนอน (x -axis) แทนคา ความถแี่ ละแกน ตง้ั (y -axis) เปนขนาดของสัญญาณจะแสดงในรูปท่ี 2.5 ซ่ึงเปนสญั ญาณทม่ี ีความถี่ 100 เฮิรตซแ ละมี ขนาดยอดของแรงดันเปน 1 โวลต กราฟรูปท่ี 2.5 เรียกวาสเปคตรัมของสัญญาณ (Frequency spectrum) เมื่อดูจากกราฟจุดท่ีเสนสเปคตรัมพุงข้ึนบนแกนความถี่คือ ความถี่ของสัญญาณและ สวนสูงสุดของเสนท่พี งุ ขึน้ ทจ่ี ดุ ณ ความถี่คอื ขนาดของสญั ญาณ รูปที่ 2.6 สเปคตรัมของแถบสญั ญาณ ในบางกรณีในการพดู ถึงสัญญาณหรือนําสัญญาณมาพิจารณาอาจจะพิจารณากันหลายความถ่ีหรือ เปน แถบของสญั ญาณเชน แถบสัญญาณหน่ึงมีความถ่ีจาก 10 ถึง 20 กิโลเฮิรตซ มีขนาดความสูง ของสัญญาณ 2 โวลต ก็จะเขยี นรปู สเปคตรัมของสญั ญาณแถบนี้ไดดังรปู ท่ี 2.6 2.4 สัญญาณรูปแบบตา งๆ ในหัวขอ น้จี ะยกตัวอยางสัญญาณรูปแบบอ่ืนๆ นอกเหนอื ไปจากสัญญาณรูปไซน ทไ่ี ดกลาวถงึ ไป แลวในหวั ขอ ท่ี 2.2 2.4.1 สัญญาณรูปส่เี หลี่ยม สญั ญาณรูปเหลยี่ ม (Rectangular wave) ที่สมบูรณแบบจะตอ งมีลกั ษณะดังรปู ท่ี 2.7 ซงึ่ เกิดจากระดบั แรงดันไฟกระแสตรงท่ีเปล่ียนแปลงเปนขั้น (Step changes) หรือเกิดจากรูปคล่ืน ขั้นบนั ไดสองลักษณะคอื แบบขอบขาขนึ้ (Positive – going step) และ แบบขอบขาลง (Negative – going step) โดยธรรมชาตขิ องสญั ญาณรูปสเี่ หลย่ี มจะประกอบดวยสัญญาณความถ่ีมูลฐานและ สญั ญาณความถ่ีฮารโ มนิกสที่เปนเลขคี่มากมายเปนจํานวนอนันต อยางไรก็ดีเม่ือคาความถี่ฮารโม สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 46

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี นกิ สยง่ิ สูงขนึ้ ขนาดความสูงของความถ่ีฮารโมนิกสจะลดลงจนมีคานอยมาก ถา ทําการจําลองการ ทํางานดว ยโปรแกรมทางคณิตศาสตร โดยทําการรวมองคประกอบความถี่ฮารโมนิกสตั้งแตฮารโม นกิ สท่ี 3 จนถงึ ฮารโมนิกสที่ 15 กับสัญญาณมูลฐานจะพบวาสัญญาณรวมท่ีเกิดข้ึนจะมีลักษณะ ใกลเคียงกับสัญญาณรูปส่ีเหลี่ยมแบบสมบูรณมาก สิ่งที่เปนตัวจํากัดจํานวนของฮารโมนิกสที่ควร พจิ ารณาถึงประการสําคัญกค็ อื ความชันดานแนวด่ิงของสัญญาณสเี่ หล่ียม ถา ตองการใหดานแนวดิ่ง ของสัญญาณสี่เหลี่ยมมีความชันมากก็จําเปนจะตองเพ่ิมจํานวนฮารโมนิกสใหมากขึ้นไปดวย ดังน้ี สัญญาณยิ่งประกอบไปดวยองคประกอบความถี่ฮารโมนิกสมากและสูงๆ ก็จะมีผลตอความชันใน แนวดง่ิ ของสัญญาณตามไปดวย รูปที่ 2.7 สัญญาณรปู เหลย่ี มแบบคลืน่ จตั รุ ัสและแบบพัลส ดงั นัน้ ถา นาํ เอาสญั ญาณสเ่ี หลี่ยมเชน สัญญาณนาฬิกาหรือสัญญาณขอมูลดิจิทัลท่ีสมบูรณปอนเขา วงจรหรอื สายสง สญั ญาณทมี่ ผี ลตอบสนองที่ไมด ีนักในชวงความถสี่ งู สญั ญาณขาออกจะมคี วามชนั ใน ดานดงิ่ ของสญั ญาณลดลงมาก ยิ่งถาวงจรทีส่ ัญญาณผา นมีผลตอบสนองทางความถีต่ ํ่าไมดีก็ย่ิงจะทํา ใหสัญญาณเอาตพตุ มกี ารเพ้ยี นมากขึน้ ในดานแนวนอน การเปลยี่ นแปลงของรูปลักษณะสัญญาณท่ี เกดิ ข้นึ นี้ เนอ่ื งจากผลของการตอบสนองของวงจรในทุกความถ่ีฮารโมนิกสไ มเทา กันนัน่ เอง ดงั นนั้ ถา ตองการใหสัญญาณทางดานเอาตพุตมีรูปรางเหมือนสัญญาณทางดานอินพุตของวงจรก็จะตองให สญั ญาณทงั้ สองดานมีผลตอบสนองความถี่เทา กนั ทุกความถ่ี ตวั แปรตางๆ ของสญั ญาณรปู เหลย่ี มที่ควร รูจ กั - ความกวางพัลส (Pulse Width : PW ) คอื ชว งเวลาจากขอบหนาพัลสจนถงึ ขอบหลงั พัลส - ชองวางระหวางพลั ส (Space Width : SW ) คือชวงเวลาทีว่ ดั จากขอบหลังพลั สร ปู คล่นื แรกจนถงึ ขอบหนา พัลสรูปคลน่ื ถัดไป - วฎั จกั รหนาท่ี (Duty Cycle) คือรอยละของอัตราสว นระหวา งความกวางของพัลสกบั คาบเวลา (T ) สาขาวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 47

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี % Duty cycle  t1 100% (2.3) T - เวลาไตขึน้ (Rise time : tr ) คอื ระยะเวลาของสญั ญาณพัลสท ่ขี อบหนาพัลสท ใ่ี ชในการ เปลยี่ นแปลงจากขนาดของสัญญาณท่ี 10 % ไปจนถงึ 90 % ของขนาดสงู สดุ V1 - เวลาตก (Fall time : tf ) คือ ระยะเวลาของสญั ญาณพลั สขอบหลงั ทใ่ี ชในการเปลยี่ นแปลงจาก ระดบั สญั ญาณท่ี 90 % ลงไปเปน 10 % ของขนาดสงู สุด - ความกวา งของพัลส (PW ) วัดจากคา เฉล่ียของความกวางท่ี 50 % ของขนาดสูงสดุ ของ แรงดันเฉลี่ยเชน เดียวกนั กับคาชอ งวางของพัลส (SW ) ดงั นั้น (T ) จะเทา กับ PW + SW V1 90% 50% PW SW V 10% V2 tr T tf รปู ที่ 2.8 ตวั แปรทส่ี าํ คญั ของสญั ญาณรปู เหลยี่ ม 2.4.2 คลื่นรปู ลาด คล่ืนรูปลาด (Ramp wave) ดังรูปที่ 2.9 (ก) เปนสัญญาณท่ีมีความสําคัญในทาง อิเล็กทรอนิกสอีกสัญญาณหนึ่งที่ใชในการควบคุมการทํางานของวงจรหรือเคร่ืองมือวัดทาง อิเลก็ ทรอนิกส ลกั ษณะของสัญญาณจะมคี าแรงดันลาดเพ่ิมขน้ึ เรอ่ื ยๆ แลวลดลงมาเหลอื ทศ่ี นู ยอ ยา ง ทันทที ันใด สัญญาณเชนนีจ้ ะเกดิ ขนึ้ ไดจ ากวงจรเพมิ่ แรงดันแบบเชิงเสน เมื่อเทียบกบั เวลาแลว ตกลง มาทศ่ี ูนยโวลต จากนน้ั จงึ เร่ิมตน ใหมสญั ญาณชนิดนจี้ ะประกอบดวยสัญญาณฮารโมนิกสที่เปนท้ัง เลขคูแ ละเลขคี่ดงั รูปท่ี 2.9 (ข) โดยจะแตกตางไปจากสัญญาณรูปส่เี หล่ยี มก็คือ สญั ญาณรูปลาดน้ี จะประกอบดว ยระดับแรงดนั ไฟตรง สญั ญาณมลู ฐานและฮารโ มนิกสตา งๆ คา แรงดันไฟตรง (หรือ กระแสไฟตรง) หาไดจากคาเฉลี่ยของพนื้ ที่ใตกราฟของสญั ญาณหรือวดั ไดโดยมิเตอร เมื่อปรบั ยาน การวดั ของมิเตอรใหวัดคาแรงดนั ไฟตรง องคประกอบยอ ยของสัญญาณลาดทม่ี ีฮารโ มนกิ สต่ําจะมีผล ตอ ดา นทล่ี าดขึ้นของรปู คลน่ื เปน อยางยิง่ สวนฮารโมนิกสสูงจะมผี ลตอ ดานตดั ของสญั ญาณในขณะที่ สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 48

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สัญญาณลดลงมาเปนศูนย น่ันคือถา ฮารโมนิกสตํ่าหายไปจะทําใหความลาดเอียงของสัญญาณมี ลกั ษณะขรุขระ แตถา ฮารโมนกิ สสูงหายไปความชนั ของดานตดั ของสัญญาณจะลดลง t (ก) (ข) รูปที่ 2.9 สญั ญาณรปู ลาดละสว นประกอบของสญั ญาณกอน 2.4.3 สญั ญาณรูปสามเหล่ยี ม สัญญาณรูปสามเหลย่ี ม (Triangular wave) ประกอบดว ยสัญญาณแรงดนั ท่ี มคี วามลาดเอยี งดา นบวก (Positive – going ramp) และสัญญาณแรงดนั ทม่ี ีความลาดเอยี งดานลบ (Negative–going ramp) ถาความลาดเอยี งของสัญญาณแรงดนั ท้งั สองดา นมีคา ไมเ ทากนั จะเรียก สัญญาณดงั กลาววา สัญญาณฟน เลอื่ ย สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 49

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี VV สัญญาณรูปสามเหลียม tt สัญญาณลาดเอยี งด้านบวก สัญญาณลาดเอยี งด้านลบ สัญญาณรูปฟันเลือย รูปที่ 2.10 สัญญาณรูปลาดละสวนประกอบของสญั ญาณกอ น 2.5 คา ตวั แปรอืน่ ๆ ของสัญญาณไฟฟา 2.5.1 คา เฉลี่ยของสญั ญาณ ในทางคณติ ศาสตรค า เฉล่ียของฟง กช ัน x(t) ใดๆ ซงึ่ อาจจะเปนฟง กช ่นั ของ สญั ญาณกระแส แรงดันหรือกาํ ลังงานทางไฟฟาอาจจะอยใู นรปู สมการ Xaverage  1 t0T x(t)dt (2.4) T t0 ตวั อยางเชน สัญญาณไซนท่มี ีฟง กชนั เปน v(t)  Voffset VP sin(t  ) คา เฉลย่ี ของสัญญาณไซนจ ะหาได Vaverage  1 t0T v(t)dt T t0 แตเ นอ่ื งจากผลของการอินทเิ กรตสญั ญาณไซนใน 1 คาบเวลา มคี า เทา กบั ศนู ยห รือ  Vt0 T P sin(t  )dt  0 t0 ดังนั้น Vaverage 1 V dt  Vt0 T offsef T t0 offsef สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 50

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี หรอื คาเฉลย่ี ของสญั ญาณไซนก ็คอื คาออฟเซต็ ของสญั ญาณไซนน น่ั เอง สว นสัญญาณรูปแบบ อน่ื ๆกส็ ามารถหาคา เฉลยี่ ไดด ว ยสมการ (2.4) เชน เดยี วกนั ซึง่ โดยปกตแิ ลว คา เฉล่ียก็คอื คา ทาง ไฟตรงของสญั ญาณน้นั ๆ 2.5.2 คาประสิทธผิ ล โดยความหมายทางคณติ ศาสตรคาประสทิ ธิผลหรือคา อารเอม็ เอส (Root mean square : rms) คอื รากท่ี 2 ของคาเฉลยี่ ของเทอมยกกาํ ลงั สองดงั สมการ XRMS 1 T X 2(t)dt (2.5) T 0 เปนตัวแปรของไฟฟากระแสสลับท่มี ปี ระสิทธิภาพเทียบเทากบั คา ไฟฟากระแสตรง เพราะในแรกเริ่ม ของการใชงานระบบไฟฟานั้น ระบบไฟฟากระแสตรงถือกําเนิดข้ึนมากอนไฟฟากระแสสลับแต เน่ืองจากไฟฟากระแสสลับมีขอดีหลายอยางจึงทําใหระบบไฟฟากระแสสลับมีการใชงานอยาง แพรหลายในปจจุบัน แตเมื่อนําไฟฟากระแสสลับไปใชงาน การคิดคํานวณคาทางไฟฟาของ กระแสสลับมีความยุงยาก เพราะเปนปริมาณท่ีขึ้นกับเวลาจึงตองคิดหาคาตัวแทนของไฟฟา กระแสสลบั ท่ีเสมือนกับคาไฟฟากระแสตรง ในกรณีของสัญญาณรูปไซนซึ่งมีลักษณะสมมาตรท้ัง ทางดานบวกและดา นลบดงั รูปที่ 2.1 ถา หาคา เฉลีย่ ของกระแสหรือแรงดันตามสมการที่ (2.4) จะได คา เฉล่ยี ของกระแสหรือแรงดนั เปนศนู ยห รือใกลเคียงศูนยเสมอ จากกฏของโอหม เมือ่ มีแรงดันตกครอ มหรอื กระแสไหลผานตัวตา นทานกําลังงานทป่ี รากฏบน ตัวตานทานจะเปนดังสมการ p  vi  v2  i2R (2.6) R เปนสมการยกกําลงั สองซ่ึงจะมคี า มากกวา ศูนยเ สมอจงึ ใชการเฉลยี่ กบั ตวั แปรประเภทน้ีไมไ ด ดงั นั้นจงึ ตอ งมกี ารกาํ หนดคา อารเ อม็ เอสข้นึ มาเพอ่ื ใชห าคา เฉลย่ี ของสัญญาณทม่ี ลี กั ษณะดังกลา วในชวง 1 คาบเวลา จากเทอมยกกําลงั สองในสมการท่ี 2.6 และสมการท่ี 2.5 (แรงดันหรอื กระแสยกกาํ ลงั สอง) จะเหน็ วา คา อารเ อม็ เอสเปนเทอมที่มคี วามสมั พันธอ ยา งย่งิ กับคา กําลังงานของสญั ญาณหรืออาจจะ กลา วไดว า คา อารเ อม็ เอสถูกกําหนดขึน้ เพอ่ื เปรยี บเทยี บวา สญั ญาณไฟกระแสสลบั นน้ั ๆ สามารถสรา ง กําลงั งานเทยี บกบั สญั ญาณไฟกระแสตรงไดเทาใด พจิ ารณาคาอารเ อ็มเอสของสญั ญาณไซน สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอุดรธานี 51

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี v(t) VP cos(t  ) (2.7) (2.8) จากสมการท่ี (2.5) จะได VRMS  1 T VP cos(t  )2dt  VP T 0 2 ในทํานองเดยี วกันกบั คาอารเอ็มเอสของกระแสรูปไซนคอื I RMS  IP (2.9) 2 คา กาํ ลังงานไฟฟา เฉลย่ี สามารถเขยี นอยขู องคา กระแสและแรงดันประสิทธิผลไดจ ากสมการ Paverage  VRMS IRMS cos(v  i ) (2.10) 2.5.3 กาํ ลงั งานไฟฟา กระแสสลบั ชว่ั ขณะ ในทางไฟฟา กระแสสลบั คา ของแรงดันหรือกระแสท่ีอุปกรณตางๆมีการเปลี่ยนแปลง ตามเวลาเชน สัญญาณแรงดันและกระแสทอ่ี ปุ กรณหน่ึงมีการเปลี่ยนแปลงแบบไซนดังรูปท่ี 2.11 จะ ไดวา กําลงั งาน p(t) มกี ารเปลยี่ นแปลงไปตามเวลาดว ยดังสมการ p(t)  v(t)i(t) (2.11) กาํ ลงั งาน p(t) นเี้ รยี กวากําลงั งาน ณ เวลาหนึ่งๆ ซ่งึ เปนกาํ ลงั งานท่ขี ณะเวลาตางๆ สาํ หรับสญั ญาณ แรงดนั หรอื กระแสทเ่ี ปน สญั ญาณไซนซู อยดสามารถหาคา เฉลยี่ ของกําลงั งานนีไ้ ดจ ากสมการ Paverage1 t0T p(t)dt (2.12) T t0 โดยปกติเครอื่ งใชไ ฟฟา ตา งๆเชน หลอดไฟ เตารีด จะบอกคา กาํ ลงั งานมาเปน คา กาํ ลงั งานเฉลยี่ v(t) VP cos(t  v ) (2.13) i(t)  IP cos(t  i ) (2.14) สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 52

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี จะไดค ากาํ ลงั งานเฉลยี่ จากสมการที่ (2.12) เปน Paverage1 T v(t)i(t)dt T 0 v(t) i(t) t p(t) Paverage t รปู ท่ี 2.11 แรงดัน กระแส และกาํ ลังงานไฟฟาท่ีเปลยี่ นแปลงตามเวลา  VPIP T cos(t  v ) cos(t  i )dt 0 T จากสมการตรีโกณมิติ cos  cos   1 cos(  )  1 cos(  ) 2 2  VPIP T  12 1  i )dt T 0 2 จะได cos(2t  v  i )  cos(v Paverage การอินทเิ กรตสญั ญาณไซนซู อยดใ น 1 คาบเวลาน้ัน เทอมแรกในวงเลบ็ ปก แข็งจะมคี าเปน 0 เสมอ (เมอื่   0 ) สวนเทอมหลงั หรอื เทอม 1 cos(v  i ) จะเปน คาคงท่ี ดงั นน้ั คากาํ ลังงานเฉลย่ี ของ 2 อปุ กรณท มี่ แี รงดนั และกระแสเปนสญั ญาณรปู ไซนค อื สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 53

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี Paverage  VPIP cos(v  i ) (2.15) 2 ตวั อยา งที่ 2.1 จากรูปสญั ญาณในรปู ที่ 2.12 จงหาคาความถ่ี คาบเวลา คาแรงดันเฉลี่ยไฟและคา แรงดนั ประสิทธผิ ลของสัญญาณดงั กลาวถา Vm  311 VP vS (t) Vm cos(100t) Vm รปู ที่ 2.12 สญั ญาณรูปไซนท แี่ ปรตามเวลา วิธที ํา จากรูปท่ี 2.11 t  2ft ดังน้ัน 2f  100 หาคา ความถี่ 2f  100 ดังน้นั f  100  50 Hz 2 จากสมการท่ี (2.1) T  1  1  20 มลิ ลวิ ินาที f 50 จากสมการท่ี (2.4) และสมการที่ (2.8) Vmean  0 โวลต และ VRMS  Vm =0.707Vm =0.707  311 =220 โวลต 2 สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 54

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 2.6 พ้ืนฐานวงจรทางไฟฟา 2.6.1 อปุ กรณแ บบเชิงเสน และไมเปน เชิงเสน อปุ กรณอ ิเลก็ ทรอนกิ สมที ้ังอุปกรณท ่ีมีพฤตกิ รรมแบบเชงิ เสน (linear elements) และไมเปนเชิงเสน (Non-linear element) ในรูปท่ี 2.13 เปน กราฟความสัมพันธร ะหวา งแรงดนั v และกระแส I ของอปุ กรณส ามชนดิ ทม่ี คี วามสมั พันธดงั สมการที่ (2.16) อปุ กรณแ บบเชิงเสน ทมี่ ี พฤตกิ รรมดงั สมการท่ี (2.16 ก) จะมกี ราฟเปน เสน ตรงทห่ี าสามารถหาคา ความชันได สว นอปุ กรณ แบบไมเ ชิงเสน ทม่ี ีพฤตกิ รรมดงั สมการที่ (2.16 ข) และ (2.16 ค) จะมกี ราฟท่ีไมเ ปน เสน ตรง โดย อปุ กรณเหลานี้มกั จะเปน อปุ กรณส ารกง่ึ ตัวนําเชน ไดโอด ทรานซสิ เตอรหรอื ไอซวี งจรรวมเปนตน I  kV (2.16 ก) I  ev 1 (2.16 ข) I V 2 (2.16 ค) รปู ที่ 2.13 ตวั อยา งความสมั พันธร ะหวาง V-I ของอปุ กรณอ เิ ล็กทรอนกิ ส วงจรเชิงเสน ใดๆ สามารถเปลย่ี นใหเ ปนวงจรสมมลู ที่งา ยตอ การวิเคราะหว งจรไดมากข้ึน ในรปู ของ แหลงจา ยแรงดนั ตอ อนกุ รมกบั ตัวตา นทานท่ีเรียกวา วงจรสมมลู ของเทวนิ ิน (Thevenin's equivalent circuit) หรอื ในรปู ของแหลง จา ยกระแสตอ ขนานกับตัวตานทานท่เี รยี กวา วงจรสมมูล ของนอรต ัน (Norton's equivalent circuit) ดงั น้ี สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 55

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 2.6.2 ทฤษฎบี ทเทวินนิ (Thevenin’s Theorem) ทฤษฎบี ทของเทวินินกลา ววา “วงจรเชงิ เสนใดๆสามารถเปลย่ี นใหเ ปนวงจรสมมลู ท่ี งายตอ การวเิ คราะหว งจรมากขนึ้ ในรปู ของแหลง จายแรงดนั vTh ตอ อนุกรมกบั ตัวตานทาน RTh ที่ เรียกวา วงจรสมมลู ของเทวินิน” ดังรปู ท่ี 2.14 ii รูปที่ 2.14 วงจรสมมูลของเทวนิ นิ โดยท่ี vth คอื แรงดันตกครอ มข้ัว a-b ขณะเปด วงจร และ Rth คอื ความตานทานทข่ี ้ัว a-b เมอื่ กาํ จดั แหลงจายอสิ ระทัง้ หมด สมการวงรอบแรงดันของเคอรชอฟฟ (KVL) ของวงจรสมมูลเทวินินคอื (2.17) (2.18) vth  iRth  v  0 v  vth  iRth การหาคา vth (หรอื )voc หาไดจ ากการถอดสว นทเี่ ปนโหลดทข่ี ัว้ a-b ออกและคาํ นวณหาคาของ แรงดนั ทข่ี ้วั a-b ในกรณที ี่ i  0 A หรือเปด วงจรระหวางขวั้ a-b จากสมการท่ี (2.10) จะได i  0A รูปท่ี 2.15 วงจรสมมลู สําหรับการหาคาแรงดนั เทวนิ นิ vTh (2.19) vTh  voc  v |i0 56 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เม่ือ voc คือแรงดันขณะเปดวงจร (open circuit voltage) สวน RTh หาไดโดยทําการกําจัด แหลงจา ยอสิ ระทงั้ หมด (ลดั วงจรแหลงจา ยแรงดนั และเปด วงจรแหลง จายกระแส) ซงึ่ แบง ออกเปน 2 กรณีคอื - กรณที ว่ี งจรไมม แี หลง จายไมอ สิ ระ RTh คอื ความตา นทานรวมทข่ี ั้ว a-b ดงั รปู ที่ 2.16 รปู ท่ี 2.16 วงจรสมมลู สําหรับการหาคาความตา นเทวินนิ RTh - กรณีวงจรมแี หลง จา ยไมอ สิ ระใหค งแหลง จายไมอ สิ ระไวเ หมอื นเดมิ และทําการปอ นแหลง จาย vo แรงดนั (หรือกระแส) ทข่ี ้ัว a-b ดังรปู ท่ี 2.17 จะได Rth  io io io รูปท่ี 2.17 วงจรสมมลู สําหรบั การหาคา แรงดันเทวนิ นิ vTh เมื่อมแี หลง จาย 2.6.3 ทฤษฎีบทนอรต ัน ทฤษฎบี ทนอรต ัน (Norton’s Theorem) กลาววา “วงจรเชิงเสนใดๆ สามารถเปลยี่ นใหเ ปน วงจรสมมลู ทงี่ ายตอ การวิเคราะหว งจรมากข้นึ ในรปู ของแหลง จา ยกระแส iN ตอ ขนานกบั ตวั ตานทาน RN ท่ีเรยี กวา วงจรสมมูลของนอรต นั ” ดังแสดงในรูปที่ 2.18 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 57

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี i i รูปท่ี 2.18 วงจรสมมลู ของนอรต นั เมอื่ iN คอื กระแสที่ไหลผา นขัว้ a-b ขณะลดั วงจรขว้ั a-b และ RN คอื ความตา นทานทขี่ ้ัว a-b เมอื่ กาํ จดั แหลงจา ยอสิ ระทัง้ หมด สมการวงรอบแรงดนั ของเคอรช อฟฟข องวงจรสมมลู นอรต นั คอื iN v i 0 (2.20) RN (2.21) v i  iN  RN (2.22) ในกรณีทแี่ รงดันทขี่ ั้ว a-b มคี าเทากบั ศนู ยหรอื v  0 โวลตจ ะได isc  iN  i |v0 คากระแส iN (หรอื isc ) หาไดจ ากการถอดสว นทเ่ี ปนโหลดทขี่ ว้ั a-b ออก แลวทําการลดั วงจรทข่ี ้วั a-b คากระแส iN คอื คา ของกระแสทไ่ี หลผา นขว้ั a-b ขณะลดั วงจรทขี่ ้ัว a-b (short circuit current) ดงั รูปท่ี 2.19 โครงขา ยไฟฟา แบบ a iSC 2 พอรต v +0 V - b รปู ที่ 2.19 วงจรสมมลู สาํ หรับการหาคา กระแส iSC ของนอรต นั สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 58

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี RN หาไดโดยการปลดโหลดและทาํ ใหแ หลงจา ยอสิ ระในวงจรหมดสภาพ (Dead source) จากน้ัน คํานวณหาคา ความตานทานท่ีขว้ั โหลดซงึ่ กค็ อื ความตานทานทม่ี ีคาเทากบั RTh เมอ่ื เปน วงจรไฟฟา เดยี วกนั หมายเหตุ : ในบางกรณมี คี วามเปนไปไดท ่ี RN หรือ RTh จะมคี า ตดิ ลบ (Negative resistance : R ) ไดซ ึง่ เกดิ ขน้ึ ในกรณีท่ีวงจรมแี หลง จา ยไมอ สิ ระเทา นั้น 2.6.4 ความสมั พันธระหวางวงจรสมมูลเทวนิ ินและนอรต นั ความสมั พันธข องวงจรท้ังสองจะอยใู นรูปวงจรสมมลู ดังรูปที่ 2.20 โดยวงจรสมมลู ของ นอรตนั จะสมมูลกบั วงจรสมมูลของเทวนิ นิ ซงึ่ หมายความวา แหลง จายกระแสของวงจรสมมลู แบบนอร ตนั จะมคี า เทา กบั กระแสลดั วงจรของวงจรสมมูลเทวินินตอขนานกบั ตัวตานทานท่ีมีคาเทากับความ ตา นทาน เทวินนิ สว นในกรณีที่พิจารณาวาวงจรสมมูลของเทวินินกับวงจรสมมูลของนอรตัน หมายความวา แหลงจายแรงดันที่ตออนุกรมกับตัวตานทานหาคาไดจากคากระแสของแหลงจาย กระแสคูณกับตัวตานทานทีข่ นานแหลง จายกระแสดังกลา วดังสมการตอ ไปน้ี iN  VTh ขนานกบั RTh (2.23 ก) RTh (2.23 ข) VTh  iN RN อนกุ รมกบั RN รูปที่ 2.20 ความสัมพันธร ะหวางวงจรเทวนิ นิ และวงจรสมมลู ของนอรต ัน 2.7 สญั ญาณอนาลอ็ กและสญั ญาณดจิ ิทลั (Analog and digital signal) สัญญาณในการทํางานของระบบและวงจรทางไฟฟา และอเิ ลก็ ทรอนกิ สสามารถแบง ออกไดเปน 2 ประเภทคอื สญั ญาณแบบอนาลอกและสญั ญาณแบบดจิ ทิ ลั สญั ญาณทง้ั สองแบบมคี วามแตกตา ง สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 59

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี พื้นฐานอยทู ค่ี วามตอ เนอ่ื งของสัญญาณกลาวคอื สญั ญาณอนาลอก (Analog signal) หมายถึง สญั ญาณแบบตอ เนอ่ื ง (Continuous signal) มขี นาดของสญั ญาณไมคงท่ี การเปลย่ี นแปลงขนาดของ สญั ญาณแบบคอ ยเปน คอ ยไป กลา วคอื ตอ งแปรผันตามเวลา โดยทวั่ ไปคอื สัญญาณทม่ี นษุ ยสามารถ สัมผสั ได เชน แรงดนั ของนาํ้ คา ของอุณหภูมิ หรือความเรว็ ของรถยนต เปนตน ในกรณขี องสญั ญาณ อนาลอกจะเปน สัญญาณทมี่ คี วามตอ เนอ่ื งของขนาดในแกนหรอื อาณาจกั รของเวลา (Time domain) ตวั อยางเชน สัญญาณของแรงดนั ไฟฟาทแ่ี ปรเปลย่ี นอยา งตอ เนอ่ื งตามเวลาในรปู ที่ 2.21 รปู ท่ี 2.21 สัญญาณตอ เนอ่ื งแบบไซนซู อยด รูปที่ 2.22 สญั ญาณแบบไมต อ เนอื่ งทเ่ี กดิ จากการสุมสัญญาณ (Sampling) ท่ตี อ เนอื่ ง สญั ญาณดจิ ทิ ลั (Digital Signal) ดงั รูปท่ี 2.22 หมายถงึ สญั ญาณขอมูลแบบไมต อ เนอื่ ง (Discrete Data) มีขนาดของสญั ญาณคงที่ ซงึ่ เกดิ ไดจ ากการสุมสัญญาณ (Sampling) ดงั รูปที่ 2.22 ทตี่ อ เนอ่ื ง สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 60

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี และกระบวนการแปลงสัญญาณบางประการการเปลย่ี นแปลงขนาดของสัญญาณเปน แบบทันที ทันใด กลาวคอื ไมแปรผนั ตามเวลาดงั รูปที่ 2.23 โดยทวั่ ไปคอื สญั ญาณท่ีมนษุ ยไมส ามารถสมั ผสั ไดเ ชน สญั ญาณไฟฟาเปน ตน รปู ท่ี 2.23 สญั ญาณดจิ ิทัล 2.7.1 การแปลงสญั ญาณอนาล็อกเปน สญั ญาณดจิ ทิ ลั การแปลงสญั ญาณอนาลอ็ กเปนสญั ญาณดจิ ทิ ลั (Analog to Digital Converter (A/D) หรือADC) เปน การแปลงสัญญาณท่ี มนษุ ยรบั รู สมั ผสั ไดซ ึ่งเปน ขอ มลู ทางไฟฟาเพอ่ื เขา สกู าร ประมวลผล จงึ เปนขบวนการหนง่ึ ของการรับขอ มลู (Input Unit) ในทางอเิ ล็กทรอนกิ ส โดยสญั ญาณ อนาลอ็ กที่แปรผันตอ เนอ่ื ง จะไดร ับการแปลงใหเ ปนสัญญาณดจิ ทิ ลั ผลลพั ธข อง ADC คอื สญั ญาณ ดจิ ทิ ัลท่ีมี 2 สถานะและเรยี กวา ไบนารใี นรปู ของสญั ลกั ษณ หน่งึ และศูนย วงจรท่ีใชในการแปลง สญั ญาณอนาลอกเปนดจิ ทิ ลั มมี ากมายหลายชนิด โดยทั่วไปแลว วงจรแปลงสญั ญาณอนาลอกเปน ดจิ ทิ ลั (A/D converters) มีใชง านอยปู ระมาณ 7 ชนิดคอื -Parallel Comparator, Simultaneous, หรือ Flash A/D converter -Single – Ramp หรอื Single – Slope A/D converter -Dual – Slope A/D converter -Charge balance A/D converter -A/D converters using Counters and D/A converters -Tracking A/D converters วงจรแปลงสญั ญาณอนาลอ็ กเปน ดจิ ทิ ลั แบบ Successive – Approximation คือวงจรที่ แปลงสัญญาณอนาลอ็ กใหเปน สัญญาณดจิ ทิ ลั ซึ่งจะคาเทากบั สัญญาณอนาลอ็ กนน้ั ๆ โดยทค่ี วาม สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 61

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ละเอยี ดของการแปลง (Resolution) คอื คา การเปลย่ี นแปลงคา ท่ีนอยทส่ี ดุ ของแรงดนั ทส่ี ามารถ ตรวจจบั ไดโ ดยระบบและถูกแสดงผลเปน ขอ มลู แบบเปน ดจิ ทิ ลั โดยมตี วั แปรทเ่ี กย่ี วขอ งดงั น้ี ความละเอยี ดของการแปลง = n bit จํานวนคาควอนไตซ (Quantization Level) ซ่ึงเปนคาระดบั ทั้งหมดของจาํ นวนคา อนาลอ็ ก Quantization Level = 2n จาํ นวนข้ันระหวางระดบั คาควอนไตซทงั้ หมด (Quantization Step) Quantization Step = 2n – 1 ความละเอยี ดของการแปลงแรงดัน = (แรงดนั เต็มสเกล)/(2n-1) อัตราการสุม (Sampling rate : fs ) คือจํานวนคร้ังตอเวลาหนึ่งวินาที ที่สัญญาณ อนาลอ็ กfm ถกู เปล่ยี นเปน รหัสดจิ ิทลั คาทนี่ อ ยทสี่ ุดของอัตราสมุ จะเรยี กวา อัตราการสมุ ของไนควิสต (Nyquist sampling rate) ถาความถ่สี ุม (Sampling frequency) นอยกวา สองเทา ของความถ่ีสัญญาณอนาล็อกทถ่ี กู สุมจะเกิด ความผิดพลาดแบบ Aliasing error ขึ้น Aliasing error จะทําใหเกิดความผิดเพ้ียนของสัญญาณ เน่ืองจากสเปคตรัลของสัญญาณท่ีถูกสุม โดย Aliasing error เปนปรากฏการที่มีสาเหตุมาจาก สวนประกอบของความถ่ที ีเ่ กดิ ขนึ้ จากสญั ญาณสุมจะถูกสอดแทรกจากความถี่ของสัญญาณท่ีถูกสุม เราสามารถที่จะหลีกเล่ียง Aliasing error ไดโดยการกําหนดคาความถี่ในการสุม fs ที่มากกวา 2 เทา ของความถ่ีสงู สดุ จองสญั ญาณอนาล็อก fs  หรอื ตามเง่อื นไข fs  2fm  เสมอ รปู ที่ 2.24 บลอ็ กไดอะแกรมของอุปกรณแปลงสญั ญาณอนาลอ็ กเปนดจิ ทิ ัล สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 62

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี R1 D0 MSB D1 R2 R3 LSB R4 รปู ที่ 2.25 วงจรแปลงสัญญาณอนาลอ็ กเปนดจิ ิทลั แบบ flash หลักการเบอ้ื งตน ของการแปลงสัญญาณจากอนาลอกเปน สญั ญาณดจิ ทิ ลั ดังรูปที่ 2.24 จะแสดง ตวั อยางดว ยวงจรในรูปที่ 2.25 โดยระดับแรงดนั ของสญั ญาณอนาลอ็ กอนิ พตุ จะถกู เปรยี บเทยี บกับคา แรงดันอา งองิ (VRef ) ทจี่ ดุ ตา งๆ ทางดา นอนิ พตุ ของวงจรเปรยี บเทยี บหรือวงจรเปรยี บเทยี บแรงดัน ถาคา แรงดนั อนิ พตุ ทง้ั สองเทา กัน ทเี่ อาตพ ตุ ของวงจรเปรยี บเทยี บกจ็ ะมคี าเทากบั 1 แตถ าไมเทากจ็ ะ มีคา เทากบั 0 ซ่ึง เปนระดบั สญั ญาณทางดจิ ทิ ัล โดยวงจรเขารหัสถกู ใชใ นการเรียงลําดับของสัญญาณ จากตัวเปรยี บเทยี บ ใหอ ยใู นรปู รหสั เลขฐานสองอีกทีหนง่ึ 2.8 วงจรขยายสัญญาณ วงจรขยายสญั ญาณดงั สัญลกั ษณในรปู ที่ 2.26 เปน สวนของการประมวลผลทส่ี ําคัญในระบบ ทางอเิ ล็กทรอนิกส โดยกระบวนการขยายสญั ญาณเกดิ จากการที่สัญญาณอินพุตที่ตองการในการ ประมวลผลมีขนาดตํา่ ในระดับไมโครโวลตหรือมิลลิโวลต ทาํ ใหไ มเ หมาะสมตอ การทํางานของวงจร วงจรทที่ ําหนาที่ในการขยายสัญญาณจะเรียกวา “วงจรขยาย (Amplifier Circuit)” คุณสมบัติท่ี สําคญั ของวงจรขยายคือ “ความเปน เชิงเสน (Linearity)” ซ่ึงหมายถงึ ความสมั พันธร ะหวางสัญญาณ อนิ พุตและเอาตพ ุตของวงจรท่ีมีลักษณะเปนเชิงเสนดังรูปที่ 2.27 เม่ือสัญญาณผานวงจรไปยังภาค เอาตพุตขนาดของสญั ญาณมีการขยายมากข้นึ โดยท่ีรปู รางสัญญาณจะตองไมเปลย่ี นแปลง ในกรณีที่รูปรางของสัญญาณเอาตพุตมีการเปลี่ยนแปลงไปจากสัญญาณอนิ พุตจะเรียกวา สัญญาณเอาตพุตเกิด “ความผิดเพี้ยน (Distortion)” ซ่ึงเปนสิ่งที่ไมตองการ (Undesirable) ให สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 63

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เกดิ ข้ึน กราฟแสดงคุณสมบัตคิ วามสัมพนั ธทเ่ี ปนเชงิ เสนระหวางสญั ญาณอนิ พตุ และเอาตพ ตุ ของวงจร จะเรยี กวา “คุณสมบัตกิ ารถายโอน (Transfer characteristic)” ซง่ึ มกั จะเปนความสัมพันธระหวาง แรงดัน vi และ vo โดยทัว่ ไปสามารถเขียนความสมั พันธของการขยายสญั ญาณไดด งั สมการ vo  Avvi (2.24) โดยท่ี Av เปน คาคงท่ีเรียกวา“อตั ราการขยาย (Amplifier gain)” Av  vo (2.25) vi ดงั น้ันวงจรขยายจึงทาํ หนารบั สัญญาณไฟฟา จากภาคอินพุตแลวนําไปขยายสัญญาณใหมคี วามแรงขน้ึ เพื่อเตรียมสงตอไปยังเอาตพ ตุ ของวงจร รูปที่ 2.26 สัญลกั ษณข องวงจรขยายสญั ณาณพน้ื ฐาน รปู ท่ี 2.27 กราฟคณุ สมบตั ิความเปนเชิงเสนของวงจรขยาย 64 สาขาวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอดุ รธานี

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี โดยท่ัวไปการขยายกาํ ลังไฟฟาในวงจรขยายจะแตกตางจากการขยายกําลังในสวนของหมอแปลง ไฟฟา เพราะในกรณขี องหมอ แปลงไฟฟากําลงั งานเอาตพุตจากหมอแปลงจะมีคา นอ ยกวา หรอื เทา กบั กําลังงานในสว นของอินพุตของหมอ แปลง (เพราะหมอแปลงเปนอุปกรณแบบพาสซีพหรืออุปกรณ แบบเฉ่อื ยงาน) แตในกรณขี องวงจรในรูปที่ 2.26 กําลังงานสัญญาณเอาตพุตจะมีคามากกวากําลัง งานของสัญญาณในสวนของอินพุต ทําใหเ กิดนิยาม “อัตราการขยายกําลัง (Power Gain: AP )” ที่ กาํ หนดไดจากสมการ AP  Po (2.26) Pi โดยทกี่ ระแส io เปนกระแสเอาตพตุ ท่ีไหลผา นโหลด RL หาไดจ ากสมการ io  vo RL สวน กระแส ii เปน กระแสอนิ พตุ จากแหลงกําเนดิ สญั ญาณ vi เราสามารถหา “อตั ราการขยายกระแส : Ai )” ไดจ ากสมการ Ai  io (2.27) ii เนอ่ื งจากหนวยของอตั ราขยายทงั้ 3 แบบทก่ี ลา วมามคี า เทากับ 1 เพราะอตั ราการขยายแรงดันมี ขนาดเปน V /V  อตั ราการขยายกระแสขนาดเปน A / A และอตั ราการขยายกาํ ลงั มขี นาดเปน W /W  ดังนน้ั วศิ วกรไฟฟาอเิ ลก็ ทรอนิกสจ งึ นําหลักการทางคณติ ศาสตรมาใชในการเปรียบเทยี บ อตั ราการขยายรูปแบบตา งๆ ในหนวยของเดซิเบล (Decibel : dB) โดยท่ี AV (dB )  20 log Vo dB (2.28 ก) Vi dB (2.28 ข) dB (2.28 ค) Ai (dB)  20 log io ii AP (dB)  10 log Po Pi การท่คี า อัตราการขยายแรงดันและอตั ราการขยายกระแสอยใู นรปู ของคาสัมบูรณก็เนื่องมาจาก Av และ Ai อาจจะมีคา ตดิ ลบได เนอ่ื งจากเฟสของสัญญาณอินพุตและเอาตพตุ ตางกัน 180 องศาซึ่ง ไมใ ชการหมายความวาขนาดของอตั ราขยายสัญญาณมคี าลดลง สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 65

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตวั อยา งที่ 2.2 วงจรขยายตอ กบั แหลง จา ยไฟตรง 10 V และ 9.5 mA มอี นิ พตุ เปน แหลง กาํ เนดิ แรงดันสญั ญาณรปู ไซนท มี่ ขี นาด 1 โวลต วงจรขยายไดเ อาตพ ตุ แบบสัญญาณไซนท ่มี ี ขนาดแรงดัน 9 โวลต ทคี่ วามตา นทานโหลด 1 k และในดา นของอนิ พตุ มกี ระแสแบบสญั ญาณ ไซนทีม่ ขี นาดของสัญญาณ 0.1 mA ดังแสดงในรูปที่ 2.28 V1  10 V I1  9.5 mA vI + Av + RL  1 k - I2  9.5 mA vo - V2  10 V รูปท่ี 2.28 วงจรขยายสัญญาณ จงหาอัตราการขยายแรงดัน Av  อัตราการขยายกระแส Ai  อัตราการขยายกําลัง Ap  กาํ ลงั ไฟฟา อันเน่ืองจากแหลง จา ยไฟตรง Pdc  กําลงั ท่วี งจรใชไ ดจริง Pdisipate  และประสิทธิภาพ ในการขยายของวงจร  วธิ ที าํ หาอัตราขายแรงดนั ของวงจรจากสมการ Av  vo  9 9 V/V vi 1 หรือ Av(dB)  20 log AV  20 log 9  19.1 dB หากระแสเอาตพ ุตจากความสมั พนั ธ io  vo  9V 9 mA RL 1 k สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 66

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดงั น้นั อัตราขยายกระแสหาไดจ ากสมการ Ai  io  9 mA  90 A/A ii 0.1 mA หรือ Ai(dB)  20 log Ai  20 log 90  39.1 dB หากาํ ลังงานทโี่ หลด Po (rms )  vo (rms)  io (rms)  9 V 9 mA  40.5 mW 2 2 หากาํ ลังงานจากแหลง กาํ เนดิ Pi (rms )  vi (rms)  ii (rms )  1 V  0.1 mA  0.05 mW 2 2 ดังน้นั อตั ราขยายกาํ ลังหาไดจ ากสมการ Ap  Po  40.5 mW  810 W/W Pi 0.05 mW หรอื Ap(dB)  10 log Ai  20 log 810  29.1 dB กําลังงานทไี่ ดจากแหลง จา ยไฟกระแสตรง Pdc  V1I1 V2I2  10  9.5  10  9.5  190 mW กําลงั งานทว่ี งจรใชในการขยายสญั ญาณจริง Pdissipated  Pdc  Pi  PL  190  0.05  40.5  149.6 mW ดงั นัน้ วงจรขยายกาํ ลงั นีม้ ปี ระสิทธภิ าพในการทํางานเทา กับ Efficiency :   PL  21.3 % 67 Pdc สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 2.8.1 แบบจําลองของวงจรขยายสัญญาณ แบบจําลองพื้นฐานของวงจรขยายจะมีอยู 4 รูปแบบขน้ึ อยกู ับความสัมพันธร ะหวา ง ตัวแปรทางดา นอินพุตและเอาตพ ุต ในกรณีของวงจรขยายแรงดันแบบจําลองของวงจรจะอยูในรูป แหลงกําเนิดแรงดันท่ีถูกควบคุมดวยแหลงจายแรงดัน (Voltage-Controlled Voltage Source : VCVS) ทีม่ ีอัตราการขยาย Avo โดยตัวตานทานดานอินพตุ Ri จะทําหนาท่ีแปลงแรงดันอินพุต vi ใหเ ปนกระแสภายในของวงจรขยายและตัวตานทานดานเอาตพุต Ro จะทําหนาท่ีแปลงกระแสให เปนแรงดนั เอาตพ ตุ vo วงจรขยายกระแส แบบจาํ ลองของวงจรจะอยใู นรูปแหลง กําเนิดแรงดันท่ถี กู ควบคมุ ดวยแหลงจา ยแรงดนั (Current-Controlled Current Source: CCCS) ท่ีมตี วั แปรของแบบจาํ ลอง ทป่ี ระกอบไปดวย อตั ราการขยายกระแส Ais ตัวตานทานดา นอนิ พุต Ri กระแสดา นอินพุต ii ตัว ตา นทานดา นเอาตพุต Ro และกระแสดา นเอาตพ ุต io วงจรขยายความนําหรือวงจรขยายทรานสคอนดักแตนซ แบบจําลองของวงจร แบบจาํ ลองของวงจรจะอยูในรูปแหลงกําเนิดกระแสท่ีถูกควบคุมดวยแหลงจายแรงดัน (Voltage- Controlled Current Source : VCCS) ท่ีมีตัวแปรของแบบจําลองที่ประกอบไปดวย อัตราการ ทรานสคอนดักแตนซ Gis ตัวตานทานดานอินพุต Ri แรงดันดานอินพุต vi ตัวตานทานดาน เอาตพ ุต Ro และกระแสดานเอาตพตุ io วงจรขยายความตา นทานหรือวงจรขยายทรานสอิมพแี ดนซ แบบจําลองของวงจร แบบจําลองของวงจรจะอยูในรูปแหลง กําเนิดแรงดันที่ถูกควบคุมดวยแหลงจายกระแส (Current- Controlled Voltage Source : CCVS) ท่ีมีตัวแปรของแบบจําลองที่ประกอบไปดวย อัตราการ ขยายทรานสอิมพีแดนซ Rin ตัวตานทานดานอนิ พุต Ri กระแสดานอินพุต ii ตัวตานทานดาน เอาตพ ตุ Ro และแรงดันดา นเอาตพ ตุ vo ในรปู ที่ 2.29 (ก) เปน แบบจําลองวงจรขยายแรงดันในอุดมคติหรอื เปน แหลง กําเนิด แรงดนั ท่ีถูกควบคมุ ดวยแหลง จา ยแรงดัน (Voltage-Controlled Voltage Source: VCVS) ทม่ี อี ตั รา การขยาย Avo มีคาความตานทานดานอินพุต Ri ซึ่งทําใหเกิดแรงดันดานอินพุต vi สวนตัว ตานทานเอาตพุต Ro จะทําหนาที่แปลงกระแสใหเปนแรงดันเอาตพุต vo เมอ่ื นําแบบจําลอง วงจรขยายดงั กลา วไปตอกบั แหลง กาํ เนดิ สัญญาณภายนอก vS ที่มคี าความตา นทานของแหลง จา ยเปน RS เขา กบั แบบจาํ ลองของวงจรขยายแรงดนั และมโี หลด RL อยูทางดา นเอาตพุตของวงจร สาขาวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภัฏอดุ รธานี 68

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตารางท่ี 2.1 แบบจาํ ลองของวงจรขยายแบบพ้นื ฐาน 4 แบบ ชนดิ วงจรขยาย วงจรสมมลู อตั ราขยาย ตัวแปร ในอดุ มคติ อตั ราขยายแรงดัน vo Ri   แรงดัน Avo  vi ,(V/V) Ro  0 อตั ราขยายกระแส Ri  0 io Ro   กระแส Ais  ii ,(A/A) ทรานสคอนดกั แตนซ ทรานส io คอนดกั แตนซ Gm  vi , (A/V) Ri   Ro   ii Ro io ทรานสรซี ิสแตนซ ทรานสรซี ิสแตนซ + vo Ri  0 ii Ro  0 Ri + Rm ii vo Rm  ,(V/A) - - การวิเคราะหเ พอ่ื แรงดันเอาตพ ุตของวงจรขยาย ในรปู ที่ 2.29 (ข) ใชก ฎการแบงแรงดันได vo  Avovi RL (2.29) RL  Ro (2.30) ทําใหห าอัตราการขยายแรงดนั ไดเปน Av  vo  Avo  RL RL Ro vi  ถาตองการใหการเชือ่ มตอ ระหวางวงจรขยายแรงดันกับตวั ตา นทานโหลด RL ปราศจากการสูญเสีย หรอื มกี ารสูญเสียนอ ยทส่ี ุด เงอ่ื นไขทีส่ าํ คัญคือ Ro  RL ซ่ึงจะทําให Av ในสมการ (2.30) มี สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 69

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส 1 โดย อาจารย ดร. ระวี พรหมหลวงศรี คา เขา ใกล Avo ดังน้ันในการออกแบบวงจรขยายท่ีดีจะตองออกแบบตามเงื่อนไขนี้ ในวงจรขยาย แรงดนั ในอุดมคติมีเงื่อนไขท่ีสําคัญคือ Ro  0 และ RL   ทําใหในสมการ (2.30) จะได Av  Avo ในการวเิ คราะหห าแรงดนั อนิ พุตของวงจรขยาย vi ในรปู ที่ 2.28 (ข) โดยใชกฎการแบง แรงดันจะได vi  vs  Ri (2.31) Ri  Rs ดงั นนั้ เพื่อปอ งกนั การสูญเสยี สญั ญาณเมือ่ มีการเชื่อมตอระหวา งแหลงกําเนิดสัญญาณกับวงจรขยาย แรงดัน จะตอ งจัดเงือ่ นไขในการเช่อื มตอวงจรใหเปน ไปตามเงื่อนไข vi  vs ซ่งึ จากสมการ (2.31) ทําไดโดยการออกแบบหรือกําหนดให Ri  Rs ดังนั้นในการออกแบบวงจรขยายท่ีดีจะตอง กําหนดหรือออกแบบตัวแปรของวงจรขยายที่เกี่ยวของใหเปนไปตามเง่ือนไขเหลานี้ สําหรับ วงจรขยายแรงดันในอุดมคตเิ พอ่ื ใหเ ขา กับเงือ่ นไขดงั กลา วจะตอ งมีคา Ri   หรือในทางปฏบิ ตั ใิ ห มีคาสงู สุดเทา ท่เี ปน ไปได สวนอตั ราการขยายแรงดันรวมของวงจรท่ีเปนฟงกช่ันของตัวตานทานท้ัง ดานอนิ พตุ และเอาตพ ตุ จะหาไดจากสมการ Av  vo  Avo  RL RL Ro (2.32) vi  (ก) (ข) รูปท่ี 2.29 (ก) แบบจาํ ลองของวงจรขยายแรงดนั และ (ข) แบบจําลองของวงจรขยายแรงดนั ท่ปี ระกอบดว ยอินพตุ และโหลด สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี 70