บท3 ดิฟเฟอร์เรนชิเอเตอร์และอินติเกรเตอร์

PULS & SWITCHING รหัสวิชา 30105-2006 ห น่ ว ย ที่ 3 ดิ ฟ เ ฟ อ ร์ เ ร น ชิ เ อ เ ต อ ร์ แ ล ะ อิ น ติ เ ก ร เ ต อ ร์ How to be successful at a young age Story to Success แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์

แผนการจัดการเรียนรหู นว ยท่ี 3 เรื่อง อนิ ตเิ กรเตอรและดิฟเฟอรเ รนชเิ อเตอร

แผนการจัดการเรยี นรูหนว ยที่ 3 ชือ่ วชิ า วงจรพลั สแ ละสวิตชิง เวลาเรียนรวม 72 ชว่ั โมง ช่ือหนวย วงจรอินติเกรเตอรและดฟิ เฟอรเรนชิเอเตอร สอนครง้ั ท่ี 4 ชอ่ื เรือ่ ง อินติเกรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชัว่ โมง หนว ยท่ี 3 3.1 วงจรกรองและปรับแตง รูปคล่นื แบบ RC วงจรกรองความถี่ (Filter Circuit) แบบ RC เปน วงจรทีท่ ำหนาทก่ี ำหนดยา นความถผี่ านตามตองการโดยใช ตัว R และตัว C มาประกอบวงจรรวมกนั กำหนดคา ใชง านตามตองการทำใหวงจรสามารถกำหนดการกรองผาน ยานความถคี่ ลน่ื ไซนท ี่ตองการได ท้งั ยา นความถต่ี ่ำ และยา นความถสี่ ูง วงจรปรบั แตงรูปคล่ืนสัญญาณ (Signal Wave Shaping Circuit) แบบ RC เปนวงจรที่ทำหนาทป่ี รับเปลี่ยน รูปรางสัญญาณคลนื่ ส่เี หลย่ี ม โดยใชต ัว R และตัว C มาประกอบวงจรรวมกันกำหนดคา ใชง านตามตองการทำให วงจรสามารถปรบั เปลีย่ นรปู รางสญั ญาณคลืน่ สีเ่ หลีย่ ม ใหเปลยี่ นแปลงไปเปน คลน่ื อนิ ทเิ กรตหรอื คลืน่ ดิฟเฟอเรน ชเิ อตได การทำงานของวงจรปรับแตงรูปคล่ืนแบบ RC รูปคลื่นสัญญาณที่ไดออกมา ขึ้นอยูกับคา เวลาคงท่ีของวงจร RC (RC Time Constant) ที่ตอใชงาน สามารถคำนวณหาคาได โดยนำคาความตานทานมีหนวยเปนโอหม (Ω) คูณดวยคาความจุมีหนวยเปนฟารัด (F) ผลที่ไดออกมาเปนเวลาในหนวยวินาที(s) คาเวลาคงทีว่ งจร RC เปนคา เวลาทต่ี ัว C ประจุแรงดันเก็บไวภ ายในตัว มีคา แรงดนั ประมาณ 63 % ของแรงดนั สงู สุดทปี่ อนเขา เขียนนี้เปน สมการไดด งั นี้ τ = RC s (3.1) เมือ่ τ = คาเวลาคงที่ หนวย s R = ความตา นทาน หนว ย Ω C = ความจุ หนว ย F ในวงจรเวลาคงที่RC ตวั C จะสามารถประจุแรงดันไดเพียง 63 % ท่ีชว งเวลาคงทท่ี ี่ 1(1τ) การจะทำใหตัว C จะประจุแรงดันไดถ งึ 100 % จะตอ งใชชวงเวลาคงทถี่ งึ 5 ชว งเวลา คือท่ีชวงเวลาคงที่ท่ี 5 (5τ) นัน้ หมายถึง วา คุณสมบัติในการประจุแรงดันของตัว C ในวงจรเวลาคงที่RC ตองใชคาเวลาคงที่ถึงชวงเวลาคงที่ที่ 5 ตัว C ถงึ จะประจุแรงดันได 100 % เขียนออกมาเปน กราฟมาตรฐานของเวลาคงทR่ี C แสดงดงั รูปที่ 3.1

แผนการจัดการเรียนรูหนว ยที่ 3 ช่อื วิชา วงจรพลั สและสวิตชงิ เวลาเรยี นรวม 72 ชั่วโมง ช่อื หนวย วงจรอินติเกรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชิเอเตอร สอนครงั้ ท่ี 4 ชื่อเร่อื ง อนิ ติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชว่ั โมง รปู ท่ี 3.1 กราฟมาตรฐานของเวลาคงทแ่ี บบ RC 3.2 วงจรกรองความถ่ตี ำ่ ผานแบบ RC วงจรกรองความถี่ต่ำผานแบบ RC (RC Low - Pass Filter Circuit) เปนวงจรกรองยานความถี่ต่ำผาน แบบเบื้องตน โดยอาศัยคุณสมบัติในการทำงานของคาอุปกรณ R และC ที่ใชงานในการกำหนดยานความถี่ตำ่ ผานออกเอาตพุตในยานความถี่ที่กำหนด ถาความถี่ที่ปอนเขามามีคาสูงกวาความถี่ที่กำหนดไววงจรไมยอมให ความถ่ีนัน้ ผา นไปได ความถ่ีท่ีถูกกำหนดไมใหผา นเรียกวา ความถตี่ ัดหี รือความถ่ีคัตออฟ (Cutoff Frequency) ลักษณะวงจรและกราฟแสดงการตอบสนองความถี่ของวงจรกรองความถี่ต่ำผา นแบบ RC แสดงดงั รปู ที่ 3.2 รูปท่ี 3.2 วงจรกรองความถ่ีต่ำผานแบบ RC และกราฟตอบสนองความถ่ี

แผนการจดั การเรียนรหู นว ยที่ 3 ชือ่ วชิ า วงจรพลั สแ ละสวติ ชิง เวลาเรียนรวม 72 ชั่วโมง ชือ่ หนวย วงจรอินตเิ กรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชเิ อเตอร สอนครั้งท่ี 4 ชอื่ เร่ือง อินตเิ กรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชเิ อเตอร จำนวน 4 ชวั่ โมง จากรูปที่ 3.2 แสดงวงจรความถี่ต่ำผานแบบ RC วงจรประกอบดวยตัวตานทาน (R) และตัวเก็บประจุ (C ) ประกอบรวมกันนี้เปนวงจรกรองความถี่ต่ำผานแบบผานโดยตรงหรือพาสซีพ (Passive) การเรียกวงจร กรองลักษณะนีว้ า วงจรกรองความถ่ีตำ่ ผา น เพราะเปน วงจรท่ีใชง านกับสญั ญาณคลื่นไซน คุณสมบัติของสัญญาณคลื่นไซนสงผานวงจรกรองความถี่ต่ำผานแลวรูปรางคลื่นสัญญาณยังคงเดิมไม ผิดเพี้ยนไป สัญญาณจายออกเอาตพุต EO คือสัญญาณที่ตกครอมตัว C คุณสมบัติของตัว C ที่ความถี่ต่ำคารี แอกแตนซของ C หรือ XC สูง (ความตานทานตานตอความถี่มีคามาก) ตานความถี่คลื่นไซนไมใหลงกราวด ความถ่ตี ำ่ ถกู สง ออกเอาตพตุ ไดมาก เมอื่ ความถี่ท่ปี อนเขามาคอย ๆ สงู ข้นึ ตามลำดบั คา รแี อกแตนซของ C (XC) จะคอย ๆ ลดลง (ความตา นทานตา นตอความถี่สูงมีคาคอย ๆ นอยลง) ความแรงของสัญญาณความถี่สูงถูกผาน ลงกราวดม ากขึ้นสง ผา นออกเอาตพุตไดน อยลง เม่อื ความแรงของสัญญาณทีส่ ง ออกเอาตพุตลดลงจนเหลือเพียง 70.7 % จาก100 % หรอื ลดลงเหลือ 0.707 จาก 1 เรียกตำแหนงนวี้ าจุดตัดทค่ี วามถี่สูงหรือจุดคัตออฟที่ ความถีส่ ูง (High Frequency Cutoff Point) คาความถีท่ ก่ี ำหนดนี้เรียกวา ความถีต่ ดั เปนความถีห่ ยดุ การทำงาน ไมมีความถี่ดังกลาวสงผานออกเอาตพุต ถาพิจารณาในรูปของคาความดังในหนวยเดซิเบล (dB) อัตราขยาย สัญญาณออกเอาตพุตลดลงจาก 0dB ลงมาเปน -3dB ณ จุดนี้ถือวาเปนจุดตัดของวงจรกรองความถี่ต่ำผาน วงจรกรองความถี่ต่ำผานดงั กลาวเปนชนิดผานโดยตรง สญั ญาณออกเอาตพตุ มีความแรงลดลงเม่ือความถ่ีสงเขา มามีคาสูงขึ้น ปกติอัตราขยายของวงจรเปน 1 จะลดลงเหลือเพียง 0.707 เมื่อถึงความถี่ตัด สามารถหา ความสัมพนั ธข องอตั ราขยายแรงดนั และความถีต่ ัดของวงจรไดดงั น้ี ������������������������������������ = ������������������������ = 1 (3.2) ������������������������ �1+��������������������������������������������������������������2 ������������������������������������ = 1 Hz 2������������������������������������ (3.3) เม่ือ AVL = อัตราขยายแรงดนั ของวงจรท่คี วามถ่ีตำ่ EO = แรงดันคลืน่ ไซนออกเอาตพ ุต หนว ย V Ei = แรงดนั คล่นื ไซนท างอินพตุ หนวย V fU = ความถใ่ี ชงาน หนวย Hz

แผนการจดั การเรียนรูหนวยที่ 3 ช่ือวชิ า วงจรพัลสและสวิตชงิ เวลาเรียนรวม 72 ชั่วโมง ชอ่ื หนวย วงจรอนิ ติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชเิ อเตอร สอนคร้งั ที่ 4 ช่ือเรอ่ื ง อินติเกรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชเิ อเตอร จำนวน 4 ชวั่ โมง fCH = ความถ่ตี ดั ทีค่ า ความถ่ีสงู หนวย Hz R = คา ความตานทานท่ีใชในวงจร หนว ย Ω C = คา ความจทุ ใี่ ชในวงจร หนว ย F จากสมการที่(3.2) ถากำหนดความถี่ใชงาน (fU) เทากับความถี่ตัดที่คาความถี่สูง (fCH) จะพบวาอัตราขยาย แรงดนั ของวงจรจะลดลงเหลือเพยี ง 0.707 พอดี ตวั อยา ง วงจรกรองความถ่ีต่ำผา นแบบ RC ตามรปู ท่ี 3.3 จงหาคา ความถตี่ ัดของวงจร รูที่ 3.3 วงจรกรองความถ่ตี ำ่ ผาน RC วิธีทำ 1 2������������������������������������ จากสตู ร ������������������������������������ = เมือ่ R = 4.7 kΩ, C = 0.002 ������������F 1 2������������×4.7������������Ω×0.002������������F แทนคา ������������������������������������ = = 1 2������������×4.7×103×0.002×10−6 ∴ FCH = 16,923.8 Hz = 16.924 kHz ตอบ ตวั อยาง 2 จากตวั อยา งดา นบน รปู ที่ 3.3 ถาสญั ญาณ EI มีความถีใ่ ชงาน 4 kHz

แผนการจดั การเรยี นรูหนว ยที่ 3 ชอื่ วชิ า วงจรพลั สแ ละสวติ ชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชว่ั โมง ชอ่ื หนวย วงจรอนิ ตเิ กรเตอรและดฟิ เฟอรเรนชิเอเตอร สอนคร้ังที่ 4 ชอื่ เรื่อง อนิ ตเิ กรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชเิ อเตอร จำนวน 4 ช่ัวโมง จงหาอตั ราขยายแรงดัน วิธที ำ ������������������������ 1 ������������������������ �1+��������������������������������������������������������������2 จากสตู ร ������������������������������������ = = เม่อื FU = 4 kHz, FCH = 16.924 kHz 1 �1+�16.49���2���������4�������������2 แทนคา ������������������������������������ = =1 �1+�16.49×241×03103�2 = 1 √1+0.559 = 1 1.0276 ∴ AVL = 0.973 ตอบ 3.3 วงจร RC อินทิเกรเตอร วงจร RC อินทิเกรเตอร(RC Integrator) เปนวงจรที่ประกอบดวยตัวตานทาน (R) และตัวเก็บประจุ (C) จัดวงจรทำงานเหมือนกับวงจรกรองความถี่ตำ่ ผานแบบ RC ดังที่กลาวไวในหัวขอ ที่ 3.2 แตเรียกชือ่ แตกตางกัน เพราะนำไปใชงานกับสัญญาณไฟฟาในรูปคลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นพัลส วงจร RC อิทิเกรเตอรจะทำใหคล่ืน สีเ่ หลย่ี มทีส่ ง เขา มาผา นออกเอาตพ ุตเกิดเปลี่ยนแปลงรปู รางไปกลายเปนสัญญาณคลน่ื อินทิเกรต จึงเรียกวงจรน้ี วา วงจร RC อินทิเกรเตอรลักษณะวงจร RC อนิ ทเิ กรเตอรแ ละรปู คลื่นสัญญาณ แสดงดงั รูปที่ 3.4

แผนการจดั การเรียนรหู นว ยท่ี 3 ชือ่ วชิ า วงจรพลั สแ ละสวติ ชงิ เวลาเรียนรวม 72 ชัว่ โมง ชื่อหนว ย วงจรอนิ ติเกรเตอรและดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร สอนคร้งั ที่ 4 ช่ือเรอ่ื ง อินติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชั่วโมง รปู ท่ี 3.4 วงจร RC อินทเิ กรเตอร จากรูปที่ 3.4 แสดงวงจร RC อินทิเกรเตอรมีสัญญาณปอนเขามาทางอินพุต Ei เปนคลื่นสี่เหลี่ยมมุมฉาก หรือคลื่นพัลส ไดคลื่นออกเอาตพุต EO เปนคลื่นอินทิเกรต ซึ่งเกิดจากคลื่นเอกซโพเนนเชียลขาขึ้น กับคลื่น เอกซโ พเนนเชียลขาลงรวมกัน การเกดิ ผลที่ทำใหรูปคล่ืนเปล่ียนแปลงรูปรางไปนี้ มีสาเหตุมาจากคุณสมบัติของ ตวั C ในการประจุแรงดนั และคายประจุแรงดัน การทำงานของวงจรอธบิ ายไดด งั น้ี ที่ชวงเวลา t0 ถึง t1 เปนชวงเวลาที่มีสญั ญาณคลื่นส่ีเหลี่ยมพัลสบวกปอนเขามา ที่เวลา t0 ตัว C เสมือน ลัดวงจร แรงดันพัลสทั้งหมดตกครอมตัว R ไมมีสัญญาณออกเอาตพุต EO เมื่อเวลาผานไปจาก t0 ถึง t1 ตัว C เริ่มประจุแรงดันคอย ๆ มากขึ้นเปนลำดับ ลักษณะแรงดันที่ประจุไวไดมีลักษณะแรงดันเปนคลื่นเอกซโพเนน เชยี ลลาดข้ึน จนกระท่ังสัญญาณคล่ืนส่ีเหลี่ยมพัลสอ นิ พุตหยดุ การปอ นเขาตัว C จงึ หยุดการประจุ แสดงไดด ังรูป ที่ 3.4 (ข) ที่ EO ตำแหนง C ประจุ ที่ชวงเวลา t1 ถึง t2 เปนชวงเวลาที่ไมมีสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมพัลสปอนเขามา ที่เวลา t1 แรงดันพัลส อินพตุ เปลย่ี นแปลงจากพัลสบวกเปน 0 V จากชวงเวลา t1 ไป t2 ไมม ีสัญญาณพลั สปอนเขามาเสมือนอนิ พุต Ei ลัดวงจร ทำใหตัว C เริ่มคายประจุผานตัว R ผานอินพุต Ei ครบวงจรที่ตัว C ลักษณะการคายประจุของตัว C เปนคลื่นเอกซโพเนนเชียลลาดลง จนกระทั้ง ตัว C คายประจุแรงดันหมดจึงหยุดการคายประจุแสดงไดดังรปู ท่ี 3.4 (ข) ทE่ี O ตำแหนง C คายประจุ การทำงานของวงจรเปน เชนนี้เร่ือยไป ไดสญั ญาณออกเอาตพุต EO เปนรปู คล่ืนอินทิเกรตแสดงไดดังรูปที่ 3.4 (ข) ที่เอาตพุต EO ตำแหนง C ประจุรวมกับตำแหนง C คายประจุ สัญญาณอินทิเกรตท่ีออกเอาตพุตอาจมี รูปรางแตกตางกันไปบาง ขึ้นอยูกับคาเวลาคงที่ RC ของวงจร RC อินทิเกรเตอรที่มีคามากนอยเปลี่ยนแปลงไป คือใชคา R และคา C มาประกอบรวมวงจรแตกตางกัน เวลาคงที่ RC ที่เปลี่ยนแปลงไปมีผลตอเวลาการประจุ และการคายประจขุ องตวั C ในวงจรการประจุและการคายประจขุ องตัว C เปลยี่ นแปลง ทำใหร ูปคล่ืนสัญญาณ ทีอ่ อกเอาตพตุ EO เกิดการเปลยี่ นแปลง การเปลย่ี นแปลงของสัญญาณเอาตพุต EO ดังกลา วแบงออกมาไดตาม คาเวลาคงที่ของวงจรแบงเปน 3 ชนิด คือเวลาคงที่นอย (Short Time Constant) เวลาคงที่ปานกลาง

แผนการจัดการเรยี นรูหนวยท่ี 3 ช่ือวชิ า วงจรพลั สแ ละสวติ ชงิ เวลาเรยี นรวม 72 ชว่ั โมง ชอ่ื หนว ย วงจรอินตเิ กรเตอรและดิฟเฟอรเรนชิเอเตอร สอนครั้งท่ี 4 ชอื่ เร่ือง อินติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชเิ อเตอร จำนวน 4 ชว่ั โมง (Medium Time Constant) และเวลาคงที่มาก (Long Time Constant) คลื่นสัญญาณอินทิเกรตมีเวลาคงที่ แตกตางกนั แสดงไดดงั รูปที่ 3.5 รปู ท่ี 3.5 คลน่ื สญั ญาณอนิ ทิเกรตมีเวลาคงท่ีแตกตา งกนั จากรูปที่ 3.5 แสดงคลื่นสญั ญาณอินทเิ กรตมีเวลาคงท่ีแตกตา งกัน คาเวลาคงที่มคี ามาก หรือนอยกำหนด ไดดงั น้ี เวลาคงที่นอย เปนเวลาคงที่ที่มีคาชวงเวลาพัลสเปน 10 เทาหรือมากกวา 10 เทาของชวงเวลาคงที่ของ วงจร RC อินทิเกรเตอรโดยใชคา R และคา C ในวงจรนอย ตัว C ประจุแรงดันไดเร็ว เกิดแรงดันตกครอ มตัว C ถึงคาสูงสุดเรว็ ไดรปู คล่นื สญั ญาณออกเอาตพตุ EO เกิดความผิดเพยี้ นไปนอย เวลาคงที่ปานกลาง เปนเวลาคงที่ที่มชวงเวลาพัลสอยูระหวาง 0.1 เทา ถึง 10 เทาของชวงเวลาคงที่ของ วงจร RC อินทิเกรเตอรโดยใชค า R และคา C ในวงจรมากข้ึนปานกลาง ตัว C ประจุแรงดันไดชาลงเกิดแรงดัน ตกครอ มตวั C ถงึ คาสงู สุดชา ลง ไดรูปคล่นื สญั ญาณออกเอาตพ ุต EO เกิดความผิดเพ้ียนไปมากขึ้น เวลาคงที่มาก เปนเวลาคงที่ท่ีมชวงเวลาพัลสไมเกิน 0.1 เทาหรือนอยกวา 0.1 เทา ของชวงเวลาคงที่ของ วงจร RC อินทิเกรเตอรโดยใชคา R และคา C ในวงจรมากขึ้นมาก ๆ ตัว C ประจุแรงดันไดยิ่งชาลงเกิดแรงดัน ตกครอมตัว C ถงึ คา สูงสุดไดชา มาก ๆ หรือประจแุ รงดันไมถึงคาสูงสดุ ไดรปู คลื่นสัญญาณออกเอาตพุต EO เกิด ความผิดเพี้ยนไปอยางมาก เปลี่ยนแปลงรูปคลื่นจากคลื่นเอกซโพเนนเชียลเปนคล่ืนเอียง ไดลักษณะรูปคลื่น ออกมาเปน คลืน่ สามเหล่ียม มีระดับ แรงดนั ออกเอาตพุตตำ่

แผนการจัดการเรยี นรหู นว ยที่ 3 ช่ือวชิ า วงจรพลั สและสวติ ชิง เวลาเรียนรวม 72 ช่วั โมง ชอื่ หนวย วงจรอนิ ติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร สอนครงั้ ท่ี 4 ชอื่ เรื่อง อินตเิ กรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชเิ อเตอร จำนวน 4 ช่ัวโมง 3.4 วงจรกรองความถ่ีสงู ผา นแบบ RC วงจรกรองความถี่สงู ผานแบบ RC (RC High - Pass Filter Circuit) เปนวงจรกรองยานความถีส่ ูงผานแบบ เบื้องตน โดยอาศัยคุณสมบัตใิ นการทำงานของคาอุปกรณ R และ C ที่ใชงานในการกำหนดยานความถี่สูงผาน ออกเอาตพ ตุ ในยา นความถท่ี ี่กำหนด ถา ความถ่ที ่ปี อ นเขามามคี าต่ำกวา ความถ่ีท่ีกำหนดไววงจรไมยอมใหความถ่ี นั้นผานไปได ความถ่ีที่ถูกกำหนดไมใหผานเรียกวา ความถี่ตัด ลักษณะวงจรและกราฟแสดงการตอบสนอง ความถ่ีของวงจรกรองความถ่ีสูงผา นแบบ RC แสดงดงั รปู ที่ 3.6 รูปที่ 3.6 วงจรกรองความถี่สูงผานแบบ RC และกราฟตอบสนองความถี่ จากรูปที่ 3.6 แสดงวงจรความถี่สูงผานแบบ RC วงจรประกอบดวยตัวตานทาน (R) และตัวเก็บประจุ (C) ประกอบรวมกันนี้เปนวงจรกรองความถี่สูงผานแบบผานโดยตรง การเรียกวงจรกรองลักษณะนี้วาวงจรกรอง ความถี่สูงผาน เพราะเปนวงจรที่ใชงานกับสัญญาณคลื่นไซน ซึ่งคุณสมบัติของสัญญาณคลื่นไซน เมื่อสงผาน วงจรกรองความถี่สูงผานแลวรูปรางคลื่นสัญญาณยังคงเดิมไมผิดเพี้ยนไป สัญญาณจายออกเอาตพุต EO เปน สัญญาณท่ตี กครอ มตวั R มตี ัว C ตออนกุ รมกับวงจร คณุ สมบัติของตวั C ท่คี วามถ่ีตำ่ คา รแี อกแตนซของ C หรือ XC สูง ตานความถีค่ ล่นื ไซนไมใหส ง ออกเอาตพุต ไมมคี วามถีต่ ำ่ สงออกเอาตพุต EO ไมม ีแรงดันตกครอ ม R เมื่อ ความถ่ีที่ปอ นเขา มาคอย ๆ สูงขน้ึ คา รแี อกแตนซข อง C (XC) คอ ย ๆ ลดลง ความแรงของสัญญาณความถ่ีสูงถูก สงไปตกครอม R คอย ๆ มากขึ้นเปนลำดับ สญั ญาณความถี่ถูกสงออกเอาตพตุ EO คอ ย ๆ มากข้นึ นี้เปนลำดับที่ สญั ญาณความถสี่ ูงคา หนึ่งจะมีแรงดันสงออกเอาตพุต EO มากถึงจดุ ตดั เรียกตำแหนงนี้วาจุดตัดท่ีความถ่ีต่ำหรือ จุดคัตออฟที่ความถี่ต่ำ (Low Frequency Cutoff Point) เปนตำแหนงที่แรงดันสงออกเอาตพุต EO เพิ่มขึ้นถึง ระดบั 70.7 % จาก 100 % หรอื เพม่ิ ข้นึ ถึง 0.707 จาก 1 และเพิม่ ขนึ้ ถงึ -3dB จากระดับความแรงสูงสุด 0dB สัญญาณความถี่คลื่นไซนมีคาสูงกวาจุดตัดที่ความถี่ต่ำ (fCL) สามารถสงผานออกเอาตพุตได แสดงดังรูปที่ 3.6 (ข)

แผนการจดั การเรยี นรหู นวยท่ี 3 ชื่อวชิ า วงจรพลั สแ ละสวิตชงิ เวลาเรียนรวม 72 ชัว่ โมง ชอ่ื หนว ย วงจรอินติเกรเตอรและดฟิ เฟอรเรนชิเอเตอร สอนครงั้ ที่ 4 ชื่อเรื่อง อินติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชเิ อเตอร จำนวน 4 ช่วั โมง วงจรกรองความถี่สูงผานดังกลาวเปนชนิดสงผานโดยตรง ไมมีการขยายสัญญาณ ระดับอัตราขยายวงจรมี คา 1 และอัตราขยายจะลดลงเหลือเพียง 0.707 เมื่อคาความถี่ที่ปอนเขามาที่ความถี่คัตออฟ สามารถหา ความสัมพนั ธของอตั ราขยายแรงดนั และความถตี่ ดั ของวงจรไดดงั นี้ ������������������������������������ = ������������������������ = 1 (3.4) ������������������������ �1+��������������������������������������������������������������2 (3.5) ������������������������������������ = 1 Hz 2������������������������������������ เมอ่ื AVH = อตั ราขยายแรงดันของวงจรทค่ี วามถีส่ งู EO = แรงดนั คลืน่ ไซนอ อกเอาตพตุ หนว ย V Ei = แรงดนั คล่นื ไซนทางอนิ พุต หนว ย V fU = ความถีใ่ ชงาน หนว ย Hz fCL = ความถีต่ ัดท่คี า ความถีต่ ่ำ หนวย Hz R = คาความตานทานที่ใชใ นวงจร หนว ย Ω C = คา ความจทุ ่ใี ชในวงจร หนว ย F ตวั อยาง วงจรกรองความถสี่ ูงผานแบบ RC ตามรปู ที่ 3.3 จงหาคาความถ่ตี ดั ของวงจร รูปที่ 3.7 วงจรกรองความถี่สูงผา น RC วธิ ที ำ ������������������������������������ = 1 จากสตู ร 2������������������������������������

แผนการจัดการเรียนรหู นวยท่ี 3 ชือ่ วชิ า วงจรพลั สแ ละสวติ ชิง เวลาเรียนรวม 72 ชั่วโมง ช่ือหนวย วงจรอินตเิ กรเตอรและดิฟเฟอรเรนชิเอเตอร สอนครงั้ ที่ 4 ชอ่ื เรื่อง อนิ ตเิ กรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชวั่ โมง เม่ือ R = 33 kΩ, C = 0.056 ������������F 1 2������������×33������������Ω×0.056������������F แทนคา ������������������������������������ = = 1 2������������×33×103×0.056×10−6 ∴ FCL = 86.1 Hz ตอบ ตัวอยาง 2 จากตวั อยา งดานบน รูปที่ 3.7 ถาสญั ญาณ EI มีความถใี่ ชงาน 450 Hz จงหาอตั ราขยายแรงดัน วธิ ที ำ ������������������������ 1 ������������������������ �1+��������������������������������������������������������������2 จากสตู ร ������������������������������������ = = เมื่อ FU = 450 Hz, FCL = 86.1 Hz 1 �1+�8465.01�2 แทนคา ������������������������������������ = = 1 √1+0.0366 = 1 1.0181 ∴ AVL = 0.982 ตอบ

แผนการจัดการเรยี นรูหนว ยท่ี 3 ชื่อวชิ า วงจรพลั สแ ละสวิตชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชวั่ โมง ช่อื หนว ย วงจรอนิ ตเิ กรเตอรและดิฟเฟอรเรนชิเอเตอร สอนครัง้ ท่ี 4 ชือ่ เรอ่ื ง อินติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชวั่ โมง 3.5 วงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอร วงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอร(RC Differentiator) เปนวงจรที่ประกอบดวยตัวตานทาน (R) และตัวเก็บ ประจุ (C) จัดวงจรทำงานเหมือนกับวงจรกรองความถี่สูงผานแบบ RC ดังที่กลาวไวในหัวขอที่ 3.4 แตเรียกชื่อ แตกตางกัน เพราะนำไปใชงานกับสัญญาณไฟฟาในรูปคลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นพัลส วงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอ เตอรจะทำใหคลื่นสี่เหลี่ยมที่สงเขามาผานออกเอาตพุตเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปรางไป กลายเปนสัญญาณคลื่น ดิฟเฟอเรนชิเอต จึงเรียกวงจรนีว้ า วงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอรลักษณะวงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอรและรูป คลน่ื สัญญาณ แสดงดังรปู ที่ 3.8 รปู ที่ 3.8 วงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอร จากรูปที่ 3.8 แสดงวงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอรมีสัญญาณปอ นเขามาทางอินพุต Ei เปนคลื่นสี่เหลี่ยมมมุ ฉาก ไดคล่ืนออกเอาตพ ตุ EO เปน คล่นื ดฟิ เฟอเรนชเิ อต คลนื่ เกดิ จากตวั C ยอมใหค ลื่นขัน้ บนั ไดในชวงแรกของ การเปลี่ยนสภาวะในขณะเกิดพัลสปอนเขามาผานไป ชวงแรกของคลื่นพัลสเปลี่ยนระดับตัว Cเสมือนลัดวงจร ไดแรงดันพัลสออกเอาตพุตสูงสุด และแรงดันพัลสลดลงอยางรวดเร็วเกิดจากแรงตานแรงดันไฟตรงของตัว C สงผลใหส ัญญาณข้ันบันไดลดลงเปนรูปคล่นื เอกซโ พเนนเชียลลาดลง การลาดลงจะเกดิ ความชนั มากนอยเพียงไร ขึ้นอยูกับคา R และคา C ที่นำมาใชงานในวงจร ทำใหมีเวลาคงที่RC ตามตองการลักษณะการตอบสนอง สญั ญาณข้ัน บนั ไดของวงจร RC ดฟิ เฟอเรนชิเอเตอรแสดงดงั รูปท่ี 3.9 รูปที่ 3.9 แสดงการตอบสนองสญั ญาณข้นั บนั ไดของวงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอร

แผนการจัดการเรียนรูห นวยท่ี 3 ช่ือวิชา วงจรพัลสแ ละสวติ ชงิ เวลาเรยี นรวม 72 ชัว่ โมง ช่ือหนวย วงจรอนิ ติเกรเตอรและดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร สอนครง้ั ท่ี 4 ชอื่ เรอื่ ง อินติเกรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชว่ั โมง จากรปู ที่ 3.9 แสดงการตอบสนองสัญญาณขั้น บนั ไดของวงจร RC ดฟิ เฟอเรนชเิ อเตอรการทำงานของวงจร อธบิ ายไดด งั น้ี ที่ชวงเวลา t0 ถึง t1 เปนชวงเวลาที่มีสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมพัลสบวกปอนเขามา ที่เวลา t0 ตัว C เสมือน ลัดวงจร แรงดันพัลสทั้ง หมดตกครอมตัว R มีสัญญาณออกเอาตพุตมากคาหนึ่งเมื่อเวลาผานไปจาก t0 ถึง t1 ตัว C เริ่มประจุแรงดันคอย ๆ มากขึ้นเปนลำดับ ทำใหคาแรงดันตกครอมตัว R คอย ๆ นอยลง จนถึงชวงเวลา t+1 ไมม สี ัญญาณคล่นื ส่เี หลีย่ มพัลสปอนเขา ตวั C หยุดการประจแุ รงดนั ท่ีชวงเวลา t1 ถึง t2 เปน ชวงเวลาท่ีไมมีสัญญาณคลื่นสี่เหล่ียมพลั สป อ นเขา มา ท่เี วลา t1 แรงดนั พลั สอินพุต เปลี่ยนแปลงจากพัลสบวกเปน 0V จากชวงเวลา t1 ถึง t2 ไมมีสัญญาณพัลสปอนเขามาเสมือนอินพุต Ei ลัดวงจร ทำใหแรงดันที่ประจุไวในตัว C ทั้ง หมดถูกจายไปตกครอมตัว R ทั้ง หมด เกิดแรงดันออกเอาตพุต EO มีศกั ยเปนลบสงู มากคา หนึ่ง จะมีคาเทา กับแรงดนั ท่ีประจุในตัว C ในชว งเวลา t0 ถึง t1 ท่ีผา นมาการเกิดแรงดัน ตกครอ มตัว R เปนลบคา สูงเกดิ จากขัว้ แรงดันที่จา ยมาจากตวั C จา ยใหตัว R มีดานบนเปน ลบ (-) ดานลางเปน บวก (+) เมื่อตวั C เร่มิ คายประจผุ านตวั R แรงดันทปี่ ระจไุ วในตัว C คอย ๆ นอยลง ทำใหแรงดนั ตกครอ มตัว R คอย ๆ นอยลงตามไปดวย จนถึงชวงเวลา t+2 มีสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมพัลสปอนเขามาอีกครั้ง ตัว C หยุด การคายประจแุ รงดนั สภาวะการทำงานของตัว C และตัว R ในชว งเวลา t0 ถงึ t2 แสดงดังรปู ท่ี 3.10 รูปท่ี 3.10 การทำงานของตวั C และตัว R ในชว งเวลา t0 ถงึ t2 ในวงจร RC ดฟิ เฟอเรนชเิ อเตอร ที่ชวงเวลา t2 ถึง t3 เปนชวงเวลาที่มีสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมพัลสบวกปอนเขามาอีกครั้งที่เวลา t2 แรงดัน พัลสอนิ พตุ เปลี่ยนแปลงจาก 0V เปนพัลสบ วก ตวั C เสมือนลัดวงจรอีกครั้ง แรงดนั พัลสที่ปอ นเขามาจา ยไปตก ครอ มตัว R ทง้ั หมดเปน สญั ญาณบวกเอาตพุต EO จากชวงเวลา t2 ถงึ t3 ตัว C เริ่มประจุแรงดันเพิ่มข้ึนอีกคร้ัง ไดสัญญาณออกเอาตพุตเหมือนกับชวงเวลา t0 ถึง t1 และที่ชวงเวลา t3 ถึง t4 เปนชวงเวลาที่ไมมีสัญญาณ

แผนการจัดการเรียนรหู นวยที่ 3 ช่ือวชิ า วงจรพัลสและสวติ ชิง เวลาเรียนรวม 72 ชั่วโมง ช่ือหนวย วงจรอินติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชเิ อเตอร สอนคร้ังท่ี 4 ชื่อเรื่อง อนิ ติเกรเตอรแ ละดฟิ เฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชั่วโมง คลื่นสี่เหลี่ยมพัลสปอนเขามา ตัว C เริ่มคายประจุแรงดันผานตัว R อีกครั้ง ไดสัญญาณออกเอาตพุตเหมือนกบั ชวงเวลา t1 ถึง t2 การทำงานของวงจรจะเปนเชนนี้เรื่อยไป ไดสัญญาณจายออกเอาตพุต EO เปนรูปคลื่นดิฟ เฟอเรนชิเอต สัญญาณดิฟเฟอเรนชิเอตที่สงออกเอาตพุต อาจมีรูปรางแตกตางกันไปบางขึ้นอยูกับคาเวลา คงท่ีRC ของวงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอรที่ใชคา R และคา C มาก หรือนอยเปลี่ยนแปลงไป เวลาคงที่ RC ที่ เปลี่ยนแปลงไป จะมีผลตอเวลาประจุและคายประจุของตัว C ในวงจร การประจุและคายประจุของตัว C เปลี่ยนแปลงทำใหรูปคลื่นสัญญาณที่ออกเอาตพุต EO เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเอาตพุต EO ดังกลาว แบงออกไดตามคาเวลาคงที่ของวงจรเปน 3 ชนิดคือเวลาคงที่นอย เวลาคงที่ปานกลาง และเวลาคงที่ มาก ลักษณะสัญญาณดิฟเฟอเรนชิเอต แบง ออกตามคา เวลาทแี่ สดงดังรปู ที่ 3.11 รูปที่ 3.11 แสดงสัญญาณดิฟเฟอเรนชเิ อต ท่มี ีชว งเวลาคงท่ีมากนอยแตกตางกัน จากรูปที่ 3.11 แสดงสัญญาณดิฟเฟอเรนชิเอต ที่มชวงเวลาคงท่ีมากนอยแตกตางกันไปแบงออกไดเปน 3 ชนดิ คือนอย ปานกลาง และมาก เวลาคงท่แี ตละชนิดมีผลตอรูปคล่ืนสัญญาณทส่ี งออกเอาตพุตแตกตางกันไป ดงั น้ี ชวงเวลาคงที่นอย คา R และคา C ที่ใชงานมีคานอย ทำใหตัว C ประจุเต็มเร็วและคายประจุไดหมดเร็ว รูปคล่นื ดฟิ เฟอเรนชเิ อตท่ีไดจงึ มียอดแหลม ไดแรงดนั ออกเอาตพ ุตแตล ะซีกเทากบั แรงดนั อนิ พุตทีป่ อนเขา มา เวลาคงที่ปานกลาง คา R และคา C ที่ใชงานมีคามากขึ้น ทำใหการประจุและคายประจุของตัว C ตองใช เวลามากขึ้น ถาหากความถี่ของพัลสเขามามีความถี่สงู การเปลี่ยนแปลงระดับของพัลสเร็ว การประจุของตัว C

แผนการจดั การเรียนรหู นวยท่ี 3 ชอ่ื วชิ า วงจรพัลสแ ละสวติ ชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชว่ั โมง ชอื่ หนวย วงจรอินตเิ กรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชิเอเตอร สอนคร้งั ท่ี 4 ชื่อเรอ่ื ง อินติเกรเตอรแ ละดิฟเฟอรเ รนชิเอเตอร จำนวน 4 ชว่ั โมง อาจไมถ งึ คาสูงสุดของแรงดันที่ปอนเขามา และการคายประจุของตวั C อาจคายประจุไดไมหมด ทำใหสัญญาณ ดิฟเฟอเรนชเิ อตมยี อดแหลมนอยลง และมรี ะดับ แรงดนั ออกเอาตพุตแตละซีกนอยกวาแรงดันอนิ พตุ ปอนเขามา เวลาคงที่มาก คา R และคา C ที่ใชงานมีคาเพิ่มมากขึ้นไปอีก ยิ่งทำใหการประจุและคายประจุของตัว C ตองใชเวลามากขึน้ ไปอีก ถา ความถขี่ องพัลสท ี่ปอนเขามามีความถ่ีสงู เหมือนเดิมการประจุและคายประจุแรงดัน ของตัว C ยิ่งมีระดับ แรงดนั้นอยลงอีก สัญญาณดิฟเฟอเรนชิเอตยิ่งมียอดแหลมนอยลงไปอีกระดับแรงดันเกิด การเปลีย่ นแปลงไปในลักษณะคล่นื เอียงแทนคล่ืนเอกซโ พเนนเซียล 3.6 บทสรุป วงจรกรองความถี่แบบ RC เปน วงจรทท่ี ำหนา ทก่ี ำหนดยานความถผ่ี านต่ำตามตอ งการโดย ใชต วั R และตัว C มาประกอบวงจรรวมกัน และวงจรปรับแตงรูปคล่นื สัญญาณแบบ RC เปน วงจรทีท่ ำหนาท่ีปรับเปลี่ยนรูปราง สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม โดยใชตัว R และตัว C มาประกอบวงจรรวมกัน ใหเปลี่ยนไปเปนคลื่นอินทิเกรต หรือ คล่ืนดฟิ เฟอเรนชิเอต รปู คลน่ื สญั ญาณทีไ่ ดออกมา ขน้ึ อยูกับคาเวลาคงท่ีของวงจร RC ทต่ี อใชง าน วงจรกรองความถี่ต่ำผา น RC เปนวงจรกรองความถี่ต่ำผานแบบเบื้องตน อาศัยคุณสมบัติ ในการทำงานตัว R และตัว C เพื่อกำหนดยานความถี่ต่ำผานออกเอาตพุตได จุดความถี่ที่ไมยอมใหผานเอาตพุตเรียกวา จุดตัด วงจรกรองความถี่น้ใี ชง านกับความถี่คลนื่ ไซน จดุ ตัดของวงจร วิเคราะหทร่ี ะดบั แรงดนั ลดลงจากระดบั สงู สุดลง มาเหลือเพียง 70.7 % หรอื ลดลงจาก 0 dB ลงมาเปน - 3dB วงจร RC อนิ ทิเกรเตอรมลี ักษณะวงจรเหมอื นกับวงจรกรองความถ่ตี ำ่ ผา นแบบ RC นำไปใชง านกบั สญั ญาณ คลน่ื สเ่ี หล่ยี ม มีผลใหคลืน่ สีเ่ หลี่ยมมรี ูปรางออกเอาตพตุ เปลย่ี นแปลง ไปเปนคลื่นอินทิเกรต คล่ืนอินทิเกรตท่ีได ออกเอาตพุตจะมีรูปรางคลื่นแตกตางกันไป ขึ้นอยูกับ คาเวลาคงที่ของวงจร RC แบงออกได 3 ชนิด คือเวลา คงท่นี อย เวลาคงท่ปี านกลางและเวลาคงท่มี าก วงจรกรองความถี่สูงแบบผาน RC เปนวงจรความถี่สูงผานแบบเบื้องตน แบบใชตัว R และตัว C เปน ตวั กำหนดยานความถ่ีสงู ผานออกเอาตพตุ ทยี่ า นความถห่ี นึ่ง ความถที่ ีป่ อนเขา มา ถามีคาต่ำกวา ความถ่ีท่ีกำหนด จะไมสามารถผานออกเอาตพตุ ไดเรียกความถท่ี ่ีจุดนี้วาความถ่ีตัด เปนวงจรใชก บั ความถค่ี ลื่นไซน กำหนดจุดตัด ของวงจรทีร่ ะดับแรงดัน 70.7 % หรือท่ี - 3dB วงจร RC ดิฟเฟอเรนชิเอเตอรมีลักษณะวงจรเหมือนกับวงจรกรองความถี่สูงผานแบบ RC โดยนำไปใชงาน กับสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม มีผลทำใหคลื่นสี่เหลี่ยมมีรูปรางสัญญาณออก เอาตพุตเปลี่ยนแปลงไปเปนคลื่นดิฟ เฟอเรนซิเอต คลื่นดิฟเฟอเรนซิเอตที่ไดออกเอาตพุตจะมี รูปรางคลื่นแตกตางกันไป ขึ้นอยูกับคาเวลาคงที่ของ วงจร RC แบง ออกได 3 ชนดิ คอื เวลาคงทน่ี อย เวลาคงทปี่ านกลาง และเวลาคงที่มาก

แบบฝกหัดประจำหนวยการเรียนท่ี 3 จดุ ประสงค 1. อธบิ ายหลักการทำงานของวงจรแปลงรูปสัญญาณไดถูกตอ ง 2. คำนวณหาคาเวลาคงทขี่ องวงจรอนกุ รม RC ไดถูกตอง 3. คำนวณหาคา เวลาคงทีข่ องวงจรอนุกรม RL ไดถกู ตอง 4. ประยกุ ตใชออสซลิ โลสโคปในการวัดคาอนุกรม RC ไดถกู ตอง แบบฝกหดั ตอนท่ี 1 1. จงอธบิ ายหลักการทำงานของวงจรแปลงรปู สญั ญาณ 2. วงจรอนกุ รมวงจรหน่งึ ประกอบดว ยตวั ตานทาน 30 kΩ ตอรว มกับตวั เกบ็ ประจุ 0.001 µF จงหาคาเวลาคงท่ีของวงจรอนุกรม RC 3. วงจรอนกุ รมวงจรหนง่ึ ประกอบดว ยตัวตานทาน 1 kΩ ตอรวมกบั ตัวเหนี่ยวนำ 5 µH จงหาคา เวลาคงที่ของวงจรอนุกรม RL

ใบงานที่ 3 ใบปฏบิ ัตงิ าน 2.2 วงจรแปลงรูปสัญญาณ เคร่อื งมือและอุปกรณ 1. เคร่อื งกำเนิดสัญญาณหลายแบบ 1 เครื่อง 2. ออสซิลโลสโคปชนิด 2 เสน ภาพพรอ มสายวดั 1 เคร่ือง 3. ตัวตานทาน 1kΩ; 0.5W 1 ตัว 4. ตวั เกบ็ ประจุ 0.033 F, 0.68 F, 2.2 F ; 25V คา ละ 1 ตัว 5. แผงประกอบวงจรและตอสายวงจร 1 ชุด ลำดบั ข้ันตอนการทดลอง 1. ประกอบวงจรตามรปู ท่ี 3.1 รปู ท่ี 3.1 วงจรอนิ ทเิ กรเตอร 2. ปรับเคร่ืองกำเนิดสัญญาณหลายแบบ ไปทีค่ ลนื่ สีเ่ หลีย่ มความถี่ 1kHz ปรับความแรงสญั ญาณประมาณ 50% ปอ นเขาทอ่ี นิ พตุ Ei ของวงจร 3. ปรับออสซิลโลสโคปใหพรอมใชง าน นำไปวัดคา ในวงจร ใหอินพตุ CH1 ของออสซิลโลสโคปวัดท่ีอินพุต Ei และใหอินพุต CH2 ของออสซิลโลสโคปวัดที่เอาตพุต EO วัดรูปคลื่นสัญญาณและระดับความแรงสัญญาณ ทั้ง อนิ พุต Ei และเอาตพตุ EO บนั ทกึ คาไวใ นรปู ท่ี 3.2

รปู ที่ 3.2 สญั ญาณ Ei และ EO ของวงจรอนิ ทิเกรเตอรท ่ี R=1kΩ, C=0.033µF 4. เปลี่ยนคาความตานทานและคาความจุดังนี้ R=1kΩ, C=0.68F ชุดหนึ่งและR=1kΩ, C=2.2F อีกชุด หนึ่งตามลำดับ วัดและบันทึกคารูปคลื่นสัญญาณและระดับความแรงสัญญาณ ทั้งอินพุต Ei และเอาตพุต EO บันทึกคาไวใ นรปู ที่ 3.3

รูปท่ี 3.3 สญั ญาณ Ei และ EO ของวงจรอินทิเกรเตอรท ่ี R=1kΩ, C=0.68µF และ C=2.2µF 5. อา นชว งเวลาการเกบ็ ประจุ และคายประจุของ C ท่เี อาตพตุ EO ท้ัง 2 คา ทคี่ า EO1 ชวงเวลา C ประจุ = ........................ s, ชว งเวลา C คายประจุ = ................................. s ที่คา EO2 ชวงเวลา C ประจุ = ........................ s, ชวงเวลา C คายประจุ = ................................. s

แบบฝกหดั ประจำหนวยการเรียนที่ 3 2.2 วงจรดฟิ เฟอเรนชิเอเตอร จุดประสงค 1. บอกความหมายของวงจรกรองความถ่สี งู ผา นแบบ RC ไดถูกตอง 2. แสดงวิธกี ารประกอบวง RC ดิฟเฟอรเรนชเิ รนชิเอเตอรไดถูกตอง 3. ประยกุ ตใ ชออสซลิ โลสโคปในการวดั วัดคาวงจรอินติเกรเตอรและวงจรดิฟเฟอรเรนชิเอเตอรไ ดถูกตอง แบบฝก หดั ตอนที่ 1 1. จงบอกความหมายของวงจรกรองความถสี่ งู ผา นแบบ RC และอธบิ ายการทำงานเบ้ืองตน 2. วงจรกรองความถ่ีสงู ผานแบบ RC ตามรูปประกอบดว ยตัวเก็บประจุ 0.01µF และตัวตา นทาน 10 kΩ จงหาคาความถี่ตัดของวงจรและอตั ราขยายแรงดัน 3. จากวงจรขอที่ 2 ถาวงจรประกอบดวยตัวเก็บประจุ 0.001µF และตวั ตานทาน 10 kΩ คาความถี่ตัดของวงจรและอัตราขยายแรงดันจะมีคาเทาใด

ใบงานท่ี 3 ใบปฏิบตั งิ าน 2.2 วงจรดฟิ เฟอเรนชิเอเตอร เคร่อื งมอื และอปุ กรณ 1. เคร่ืองกำเนดิ สัญญาณหลายแบบ 1 เครอ่ื ง 2. ออสซิลโลสโคปชนิด 2 เสนภาพพรอ มสายวัด 1 เครือ่ ง 3. ตวั ตา นทาน 1kΩ ; 0.5W 1 ตัว 4. ตวั เก็บประจุ 0.033 µF, 0.68 µF, 2.2 µF; 25V คาละ 1 ตัว 5. แผงประกอบวงจรและตอสายวงจร 1 ชดุ ลำดับข้ันตอนการทดลอง 1. ประกอบวงจรตามรปู ท่ี 3.4 รูปท่ี 3.4 วงจรดิฟเฟอเรนชเิ อเตอร 2. ปรบั เครอื่ งก าเนิดสัญญาณหลายแบบ ไปท่ีคลนื่ ส่ีเหลยี่ มความถี่ 1kHz ปรับความแรงสญั ญาณประมาณ 50% ปอนเขาท่ีอินพุต Ei ของวงจร 3. ปรับออสซิลโลสโคปใหพรอมใชง าน นำไปวดั คา ในวงจร ใหอินพตุ CH1 ของออสซลิ โลสโคปวดั ทอ่ี ินพตุ Ei และใหอ นิ พตุ CH2 ของออสซิลโลสโคปวัดทเี่ อาตพตุ EO วัดรปู คลืน่ สญั ญาณและระดับความแรงสญั ญาณ ทั้ง อินพตุ Ei และเอาตพ ุต EO และยา ยสายวัดเสน กราวดข อง CH1 ไปวัดทต่ี ัว C ขาท่ีเหลือ วัดสญั ญาณที่ตกครอมตัว C(EC) บันทกึ คา ไวในรปู ท่ี 3.5

รูปที่ 3.5 สัญญาณ Ei, EO และEC ของวงจรดฟิ เฟอเรนชเิ อเตอรที่ R=1kΩ, C=0.033µF 4. เปล่ียนคาความตานทานและคาความจุดังนี้ R=1kΩ, C=0.68µF ชุดหนึ่งและR=1kΩ, C=2.2µF อกี ชุดหนึ่ง ตามลำดับ วัดและบันทึกคารปู คลื่นสัญญาณและระดับความแรงสัญญาณ ทั้งอินพุต Ei และเอาตพุต EO บันทึกคา ไวใ นรูปที่ 3.6 และรูปที่ 3.7 รูปท่ี 3.6 สัญญาณ Ei และ EO ของวงจรดิฟเฟอเรนชิเอเตอรท่ี R=1kΩ, C=0.68µF

รปู ท่ี 3.7 สญั ญาณ Ei และ EO ของวงจรดิฟเฟอเรนชิเอเตอรท่ี R=1kΩ, C=2.2µF