unit 1 19 09 62

รายวชิ า ออปแอมปแ ละลเิ นียรไอซี รหัสวิชา 3105-2004 ช่ือหนว ย หลกั การเบอ้ื งตนของออปแอมป จดุ ประสงค 1. เขา ใจหลกั การเบอ้ื งตน ของออปแอมป 2. นกั เรยี นมีวนิ ัย และมีความรับผิดชอบ จดุ ประสงคเ ชิงพฤตกิ รรม 1. บอกหลักการเบอื้ งตน ของออปแอมปได 2. อธบิ ายถงึ วธิ กี ารเลอื กใชงานออปแอมปไ ด 3. คํานวณหาคาตางๆ ทเี่ กยี่ วขอ งกบั คณุ สมบตั ิ ของออปแอมปได 4. นักเรยี นมีพฤตกิ รรมบง ช้ีถึงความมีวินัย, ความรับผดิ ชอบ

การใชงานออปแอมปแ ละลเิ นยี รไ อซี เร่อื ง หลักการเบอ้ื งตนของออปแอมป 1. คุณสมบตั ิทัว่ ไปของออปแอมป +VCC Input - 1 2 3 Output Input + -VCC 1. High input impedance differential amplifier ทําหนา ทเ่ี ปรยี บเทียบสัญญาณ 2. High gain voltage amplifier ทาํ หนา ทขี่ ยายสัญญาณอนิ พตุ 3. Low impedance output amplifier ทําหนาทปี่ รับคา อิมพิแดนชทางเอาตพ ตุ แผน ท่ี 1

การใชง านออปแอมปแ ละลเิ นียรไ อซี เรือ่ ง หลกั การเบอ้ื งตน ของออปแอมป 1. คคณุณุ สสมมบบตั ตั ิขิทองวั่ อไปอปขแอองมอปอใปนแอุดอมมคปต ิ 1. คาอินพตุ อมิ พิแดนช +VCC ออปแอมปมีคาคา อนิ พุตอมิ พิแดนชสูง เปนInอpนuนัt -ต จึงเปน ผลทําใหกระแสทางอินพตุ มไบคี อIา nัสตpทาํ่uจาtนง+อเกินือพบตุ เทากับศนู ย หรือไมม ีกระแส Output 2. อตั อรอาปขแยอายมขปณมคีะเาปอดัตลรปูาข(-ยOVาCpยCeขnณloะoเpปดmลoปูdeส)ูงมาก เปนอนนั ตซ ึง่ หมายความวา แรงดันระหวา งข้ัวอนิ พตุ ควรมคี าใกลศ นู ย 3. เอาทพ ตุ อมิ พิแดนช (Zout) ออปแอมปม คี าเอาทพ ตุ อมิ พิแดนชต ํา่ มาก จนไมเ ปน โหลดตอ ภาคเอาทพ ุตของวงจรขยาย แผน ที่ 2

การใชงานออปแอมปและลิเนยี รไ อซี เรื่อง หลกั การเบื้องตน ของออปแอมป 1.สคัญุณลสกั มษบณัตทิท่วัวั่ ไไปปขขอองงออออปปแแออมมปป +VCC Input - Output Input + -VCC y Type or part number of Opamp y Inverting input terminal y Noninverting input terminal y Orther leads y + Vcc y - Vcc y Output แผนท่ี 3

การใชงานออปแอมปแ ละลิเนยี รไ อซี เร่ือง หลกั การเบ้ืองตน ของออปแอมป 12. คลณุ ักสษมณบะตั กิทา่ัวรไทปาํ ขงาอนงอของปอแออปมแปอ มป +VCC Input - Output Input + y เปน การใชงานอยใู น-ลVกัCCษณะของลปู เปด y ใหอ ตั ราขยายสงู มากเปน อนนั ต y การใชง านจริงแรงดนั เอาทพ ตุ อาจจะมีคา สงู สดุ ประมาณ 90 % ของแรงดนั Vcc y สามารถประยุกตใชง านไดดังนี้ o วงจรคอมพาราเตอร o วงจรขยายสญั ญาณ ฯลฯ แผน ท่ี 4

การใชง านออปแอมปและลิเนียรไอซี เรอ่ื ง หลักการเบ้ืองตนของออปแอมป 12.. คลุณกั สษมณบะัตกิทา่วัรไทปําขงาอนงอขอองปอแออปมแปอ มป +VCC Input - Output Input + -VCC y เปนการใชง านอยูในลกั ษณะของลปู ปด y อัตราขยายขน้ึ อยกู บั การอัตราการปอ นกลับ y การใชง านจริงแรงดนั เอาทพตุ อาจจะมคี า นอ ยกวาคา สูงสดุ ซง่ึ ขน้ึ อยูก ับ Rf y สามารถประยุกตใชงานไดดงั นี้ o วงจรขยายสัญญาณ ฯลฯ แผน ท่ี 5

การใชง านออปแอมปและลิเนียรไ อซี เร่ือง หลักการเบ้อื งตน ของออปแอมป 21.. คลณุกั ษสณมบะกตั าิทร่วั ทไปํางขาอนงขออองปอแออปมแปอมป +VCC Input - Output Input + -VCC y เปน การใชง านอยใู นลกั ษณะของลปู ปด y อตั ราขยายขน้ึ อยกู ับการอัตราการปอนกลบั y การใชงานจริงแรงดนั เอาทพ ตุ อาจจะมคี า นอยกวา คาสูงสดุ ซึง่ ขนึ้ อยูกับอตั ราสว น ระหวา ง y สามารถประยุกตใชงานไดดงั นี้ o วงจรขยายสญั ญาณ ฯลฯ แผน ท่ี 6

การใชงานออปแอมปแ ละลเิ นียรไอซี เรื่อง หลักการเบือ้ งตน ของออปแอมป 21. คลุณกั สษมณบะัตกิทารว่ั ทไปาํ งขาอนงขอองปอแออปมแปอ มป +VCC Input - Output Input + -VCC y เปนการใชง านอยใู นลกั ษณะของลปู ปด y อัตราขยายเทา กบั 1 y การใชงานจรงิ แรงดนั เอาทพ ตุ มคี าเทากบั 1 y สามารถประยกุ ตใชง านไดด ังน้ี o วงจรกันชนสญั ญาณ ฯลฯ แผน ที่ 7

การใชง านออปแอมปแ ละลิเนียรไอซี เรอ่ื ง หลกั การเบอ้ื งตน ของออปแอมป 1. คณุ สมบตั ิทวั่ ไปของออปแอมป สรปุ ความสมั พันธข องขวั้ อนิ พตุ และเอาตพ ุต +VCC Input - Output Input + -VCC y ถากาํ หนดใหข ั้ว - มศี ักดาเปน บวก สูงกวา ขั้ว + จะไดเอาทพ ุต มีคา เปน - Maximum y ถากาํ หนดใหข ั้ว + มศี กั ดาเปน บวก สงู กวา ขั้ว - จะไดเอาทพ ุต มีคาเปน + Maximum แผนท่ี 8

การใชงานออปแอมปแ ละลเิ นยี รไอซี เร่ือง หลักการเบ้อื งตน ของออปแอมป 13..คคณุ ณุ สสมมบบัตัติทิ ัว่ แไลปะขคอา งพอาอรปามแอเิ ตมอปร  +VCC 1. อนิ พตุ อมิ พิแดนชข องออปแอมป Input - yทางอดุ มคตคิ าอนิ พุตอมิ พแิ ดนช Input + มีคา สูงมากโดยมีคา เทา กบั อOนuนั tpตu t yทางปฏิบัติแลวคาเกิดขน้ึ จะมีคา โดยประมาณ -VCC หมายเหตุ o คา อนิ พตุ อิมพแิ ดนชย ่งิ มคี า สูงขน้ึ ประสทิ ธภิ าพในการทาํ งานของออปแอมปย งิ่ ดี ข้ึนตาม o แตผลคือเมื่อใชง านในยา น ความถี่สงู จะทาํ ใหเกิดคา คาปาซิแตนชข น้ึ ทอี่ นิ พตุ ของวงจรคา ประมาณ แผน ท่ี 9

การใชงานออปแอมปและลเิ นียรไ อซี เรอ่ื ง หลักการเบ้อื งตน ของออปแอมป 13..คคณุ ุณสสมมบบตั ัติทิ ่วั แไลปะขคอา งพอาอรปามแอเิ ตมอปร  +VCC 2. เอาทพ ุตอิมพิแดนชข องออปแอมป Input - yทางอดุ มคตคิ า เอาทพ ตุ อิมพิแดนช Input + yทมาีคงาปตฏา่ํ ิบมัตากิแโลดว ยคมาีคเกา ดิศขูนนึ้ ยจ ะมOคี uาtput โดยประมาณ -VCC หมายเหตุ o คาเอาทพ ตุ อิมพิแดนชย งิ่ มคี า ตํ่า ประสทิ ธิภาพในการทาํ งานของออปแอมปยง่ิ ดี ขึน้ ตาม o การคํานวณในทางทฤษฏี จะกาํ หนดใหม ีคาโดยประมาณเปน แผนที่ 10

การใชงานออปแอมปและลิเนยี รไ อซี เรื่อง หลักการเบ้อื งตนของออปแอมป 13..คคณุ ุณสสมมบบตั ตัิทิ ่วั แไลปะขคอางพอาอรปามแอเิ ตมอปร  3. กระแสไบอัสดา นอนิ พ+VุตCขCองออปแอมป Input - yทางอดุ มคตคิ า กระแสไบอสั ดาน Input + yอทนิ าพงปตุ ฏมบิ คี ตัาติแล่าํ มว คากาทโด่ีเกยิดมขคี ึ้นาศจนูะOมยuคีtpา ut โดยประมาณ -VCC หมายเหตุ o คากระแสไบอสั ดานอนิ พุตยิ่งมคี า ต่าํ ประสทิ ธภิ าพในการทาํ งานของออปแอมปย่ิง ดขี น้ึ ตาม o การลดคา กระแสไบอสั ดา น อนิ พุตของออปแอมปอ าจจะทําไดโ ดยการ เลอื กใชอ อปแอมปทมี่ อี นิ พุตเปน FET แผน ท่ี 11

การใชงานออปแอมปแ ละลิเนียรไอซี เรอ่ื ง หลกั การเบอื้ งตนของออปแอมป 13. .คุณคุณสมสบมัตบิทัตัว่ิ แไปลขะคอางพออารปาแมอิเตมอปร  4. แรงดนั ออฟเชท็ ที่เอาท+พVุตCขC องออปแอมป Input - yทางอุดมคติแรงดนั ออฟเซ็ทท่ีเอา ทพตุ จะมคี าเปน ศนู ย หเมร่ืออื แเทรงาดกนันั Oอuนิ tpพuตุ t Input + ทง้ั สองเปน ศนู ย yทางปฏบิ ตั ิแลวแรงดนั ออฟเซ็ท ทเ่ี อาทพ ุตจะม-VีคCาCไมเ ปนศนู ย หมายเหตุ o จะตอ งลดคาแรงดันออฟเซ็ท ท่เี อาทพ ุตใหม คี าต่ําลง เพ่ือประสิทธภิ าพ ในการทาํ งานของออปแอมปท ่ีสูงข้ึน o การลดคา แรงดนั ออฟเซท็ ที่เอาทพ ุตใหม คี า เปน ศนู ย ทําไดโดยการ ปรับความสมดลุ ยทางอินพุต แผน ท่ี 12

การใชง านออปแอมปแ ละลเิ นียรไ อซี เรอ่ื ง หลักการเบื้องตนของออปแอมป 13. .คณุคณุสมสบมัตบิทตั ่ัวิ แไปลขะคอางพออารปาแมอเิ ตมอปร  +VCC 5. กระแสออฟเชท็ ที่อินพุตของออปแอมป Input - การปรับกระแสออฟเชท็ Input + yทางอดุ มคติจะทําไดโดยการOปuรtpับut กระแสอนิ พตุ ใหมีคาเทา กนั yทใหางอ ปนิ ฏพิบตุ ตั แพิ ตบก-วVตาCาเCงรกานัตเอ ลงก็ จนา ยอกยระแส หมายเหตุ o คา กระแสออฟเชท็ โดยทว่ั ไป จะมคี า โดยประมาณ o ในวงจรใชง านจรงิ อาจจะไมต อ ง คาํ นึงถงึ เนื่องจากคา กระแสมคี า ตํา่ มาก แผน ที่ 13

การใชง านออปแอมปและลเิ นียรไอซี เรอ่ื ง หลักการเบอื้ งตนของออปแอมป 13..คคณุ ุณสสมมบบตั ัติทิ ั่วแไลปะขคอางพอาอรปามแอิเตมอปร  +VCC 6. แรงดนั ออฟเชท็ ท่อี ินพตุ ของออปแอมป Input - การปรบั แรงดนั ออฟเชท็ Input + yทางอดุ มคติจะทาํ ไดโดยการOปuรบัtput แรงดนั อนิ พตุ ใหม คี าเทากนั yทใหางอปนิ ฏพบิ ตุ ตั แพิ ตบกว-ตVาา CเงรCกานัตเอลงก็ จนา ยอแยรงดนั หมายเหตุ o คา แรงดันออฟเชท็ โดยทวั่ ไป จะมคี า โดยประมาณ o ในวงจรใชงานจริงอาจจะไมต อ ง คาํ นงึ ถึงเนื่องจากคาแรงดนั มีคาตํ่ามาก แผน ท่ี 14

การใชง านออปแอมปแ ละลเิ นียรไ อซี เรอ่ื ง หลักการเบื้องตนของออปแอมป 31.. คคุณุณสสมมบบตั ตั ิทิ แว่ั ลไปะขคอาพงอาอราปมแิเอตมอปร +VCC 7. อตั ราสลวู  (Slew rate) Input - yหมายถงึ อตั ราการเปล่ยี นแปลง Input + สงู สดุ ของแรงดนั เอาทพ ุต Output เทียบกับเวลา yปรคะาสยิทิ่งธมภิ ีคาา พสใงู นมกา-กาVรเCททCาาํ ใงดานยิ่งแสดงถงึ ของออปแอมป yออปแอมปใหค า อตั ราสลูวแ ตละตวั มคี าไมเ หมือนกนั แผน ที่ 15

การใชง านออปแอมปและลิเนยี รไอซี เรื่อง หลกั การเบื้องตน ของออปแอมป 13. .คุณคณุสมสบมตับิทัตั่วิ แไปลขะคอางพออารปาแมอิเตมอปร  +VCC 7. อัตราสลูว (Slew rate) Input - yการคํานวณหาคาอตั ราสลวู  Input + Output -VCC อัตราสลูว = การเปลย่ี นแปลงสูงสุดของแรงดันเอาทพ ตุ การเปลี่ยนแปลงเวลา แผน ท่ี 16

การใชง านออปแอมปแ ละลเิ นยี รไ อซี เร่อื ง หลักการเบอ้ื งตน ของออปแอมป 1. คุณสมบกัตาิทรั่วทไดปลขอองงทอี่อ1ปแอมป เร่อื ง การวดั คา Input+VofCfCset voltage 1. Inจpุดutป-ระสงคเชงิ พฤติกรรม Inpout + สามารถวดั คา Input offset voltOaguetput ของ Op ampได o บอกคณุ สมบตั ิ In-pVuCtC offset voltage ของ Op ampได o นักเรยี นมีพฤตกิ รรมบง ชถี้ งึ ความมีวินยั , ความรบั ผิดชอบ แผนที่ 17

การใชงานออปแอมปแ ละลิเนียรไอซี เรื่อง หลกั การเบื้องตน ของออปแอมป 2. วง1จ. รคสุณําหสมรับทตั ดิทลว่ั อไปงของออปแอมป +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบ้อื งตน การออกแบบและการคํานวณมรี ายละเอียดดงั นี้ Closed loop gain Input offset voltage แผน ท่ี 18

การใชงานออปแอมปแ ละลเิ นยี รไ อซี เร่ือง หลกั การเบ้ืองตน ของออปแอมป 1. คณุ สมบัติทวั่ ไปของออปแอมป เรื่อง การกวาดั รคทา ดInลpอ+uVtงCทbCiี่ a2s current 1I.npจutุด-ประสงคเชงิ พฤติกรรม Inpuot + สามารถวัดคา Input bias curOreunttput ของ Op ampได o บอกคณุ สมบัติ -IVnCpCut bias current ของ Op ampได o นกั เรียนมพี ฤตกิ รรมบงชถี้ ึง ความมีวินัย, ความรบั ผิดชอบ แผนท่ี 19

การใชงานออปแอมปและลเิ นยี รไอซี เรอื่ ง หลกั การเบื้องตนของออปแอมป 2. 1ว.งจครุณสสาํ มหบรับตทิ ดั่วไลปอขงองออปแอมป +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอ้ื งตน Input Bias Current คาํ นวณไดโ ดยใชส ูตรตอ ไปนี้ แผน ท่ี 20

การใชงานออปแอมปและลิเนยี รไ อซี เร่ือง หลักการเบือ้ งตน ของออปแอมป 1. คุณสมบตั ิท่ัวไปของออปแอมป เร่อื ง กากรวาดัรคทา ดIลnpอ+uVงtCทCi่ีm3pedance 1I.npจutุด-ประสงคเ ชงิ พฤติกรรม Inpuot + สามารถวัดคา Input impedanOceutput ของ Op ampได o บอกคณุ สมบัติ -IVnCpCut impedance ของ Op ampได o นักเรียนมีพฤตกิ รรมบง ชถ้ี ึง ความมีวนิ ัย, ความรบั ผิดชอบ แผนที่ 21

การใชงานออปแอมปและลเิ นียรไอซี เรอ่ื ง หลกั การเบ้ืองตน ของออปแอมป 2. 1ว.งจครณุ สสาํ มหบรับตทิ ดั่วไลปอขงองออปแอมป +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอ้ื งตน Input Bias Current คํานวณไดโ ดยใชส ูตรตอ ไปนี้ Input Impedance หาไดจาก และจากวงจรหาไดจากสมการ แผน ท่ี 22

การใชง านออปแอมปแ ละลิเนยี รไ อซี เรื่อง หลกั การเบอื้ งตนของออปแอมป 1. คณุ สมบัติท่ัวไปของออปแอมป เรือ่ ง กากรวาัดรคทา ดIลnpอ+uVงtCทCiี่m3pedance 1I.npจutดุ -ประสงคเชิงพฤติกรรม Inpuot + สามารถวัดคา Slew rate Output ของ Op ampได o บอกคณุ สมบตั ิ -SVlCeCw rate ของ Op ampได o นกั เรียนมีพฤตกิ รรมบง ชถี้ งึ ความมีวินยั , ความรบั ผิดชอบ แผนที่ 23

การใชงานออปแอมปแ ละลิเนยี รไอซี เรื่อง หลกั การเบ้อื งตน ของออปแอมป 2. 1ว.งจครุณสสํามหบรบัตทิ ด่ัวไลปอขงองออปแอมป +VCC Input - Output Input + -VCC 3. การออกแบบเบอ้ื งตน การออกแบบและการคาํ นวณมีรายละเอยี ดดังนี้ อัตราสลวู  = การเปลีย่ นแปลงสงู สดุ ของแรงดนั เอาทพุต การเปลยี่ นแปลงเวลา แผน ท่ี 24