บท2 วงจรลดรูปสัญญาณและแปลงรูปสัญญาณ

PULS & SWITCHING รหัสวิชา 30105-2006 ห น่ ว ย ที่ 2 ว ง จ ร ล ด รู ป สั ญ ญ า ณ แ ล ะ ว ง จ ร แ ป ล ง รู ป สั ญ ญ า ณ How to be successful at a young age Story to Success แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์

แผนการจัดการเรยี นรูท ่ี 2 หนว ยที่ 2 เรอ่ื ง วงจรลดรูปสญั ญาณและวงจรแปลงรปู สญั ญาณ

แผนการจดั การเรียนรทู ่ี 2 ช่อื วชิ า วงจรพัลสและสวติ ชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชว่ั โมง ชื่อหนวย วงจรลดรูปสัญญาณ และวงจรแปลงรูปสญั ญาณ สอนครั้งท่ี 2 ชือ่ เร่ือง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรปู สญั ญาณ จำนวน 4 ช่ัวโมง หนวยที่ 2 2.1 วงจรลดรูปสัญญาณ วงจรลดรูปสัญญาณ หรือวงจรลดทอนสัญญาณ (Attenuate Circuit) และอาจเรียกวาตัวลดทอน (Attenuator) คือวงจรลดขนาดสัญญาณไฟฟาที่ปอนเขามาใหไดคาออกเอาตพุตมีคานอยลงตามตองการ อุปกรณที่นำมาใชประกอบวงจรเปนตัวตานทานบริสุทธิ์อยางเดียว ไมมีคาความจุ (C) คาความเหนี่ยวนำ (L) รวมถึงไมมีตัวตานทานชนิดไวรวาวด ประกอบรวมในวงจรโดยถูกออกแบบมาใหเกิดความผิดเพี้ยนต่ำ (Distortionless) การลดทอนจะลดทอนเฉพาะคาความแรงสัญญาณ สวนรูปรางสัญญาณ เฟสสัญญาณ และ ความถ่ี มคี า คงเดิมไมเปลี่ยนแปลง วงจรลดทอนสัญญาณแบบพื้นฐาน เปนอุปกรณชนิดสงผานอยางเดียว (Passive Devices) ไมมีการขยาย สัญญาณ ลักษณะวงจรทั้งหมดมีสภาวะตานทาน อยูในรูปของโครงขายตานทาน (Resistive Network) ชนิด สองขั้วสรางขึ้นมาเพื่อการลดทอนกำลังไฟฟาจากแหลงจายใหเกิดความเหมาะสมกับภาระ วงจรลดทอน สญั ญาณถกู ใชงานอยา งกวางขวางในอุปกรณอเิ ลก็ ทรอนิกส โดยการตอเพิ่มวงจรลดทอนสัญญาณเขาไปในสวนที่ตองลดทอน สามารถใชงานไดหลายหนาท่ี เชน การ ปรับระดับสัญญาณในอุปกรณการวดั ใชป รับสมดุลอมิ พแี ดนซของวงจรกำเนดิ ความถีห่ รือวงจรขยาย ชว ยลดผล ความไมถกู ตองของการตอเชื่อมอนิ พุตและเอาตพตุ และชว ยเกิดการแยกกันระหวา งวงจรทแ่ี ตกตางกัน เปนตน วงจรลดทอนสญั ญาณ แสดงดังรปู ท่ี 2.1 รปู ท่ี 2.1 วงจรลดทอนสัญญาณ จากรูปจะเห็นไดวาวงจรลดทอนสัญญาณก็คือวงจรแบงแรงดัน (Voltage Divider) นั่นเอง โดยทำหนาท่ี แบง แรงดนั ทป่ี อนเขามาใหจ ายออกเอาตพ ุตลดลงตามคาท่กี ำหนดไว ดว ยตวั ตานทาน R1 และ R2 ท่ีกำหนดคา ความตานทานไว ตวั ตานทาน R1 ทำหนาทแ่ี บง สว นแรงดันสว นหนึ่งตกครอมไว และตัวตา นทาน R2 รับคาแรง ดันสว นทเ่ี หลือมาตกครอม เพอื่ จา ยออกเอาตพตุ ไปยังภาระ

แผนการจัดการเรยี นรูที่ 2 ชอ่ื วิชา วงจรพัลสและสวิตชิง เวลาเรียนรวม 72 ชัว่ โมง ชอ่ื หนว ย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรปู สญั ญาณ สอนครง้ั ท่ี 2 ชอ่ื เร่อื ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรูปสญั ญาณ จำนวน 4 ชั่วโมง สัญญาณไฟสลับทีป่ อนเขามา ไมวาจะเปนคล่ืนไซน คลื่นสี่เหลี่ยม คลื่นพัลส หรือคลื่นสามเหลี่ยม รูปราง สัญญาณ เฟสสัญญาณ และความถี่ ไมเปลี่ยนแปลงยังมคี าคงเดิม จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเฉพาะความแรงหรอื ระดับ แรงดันของสญั ญาณเทา นั้นทถ่ี ูกลดระดบั ใหน อ ยลงนั่น กค็ ือทำหนาท่ีเปน วงจรลดรปู สญั ญาณ การหาคาการลดทอนสัญญาณของวงจรลดทอนหาไดดงั น้ี ���������������������1������������������+���������2���������������������1���2������+������2������V������2 ������������������������ = V (2.1) = (2.2) หรือ ������������������������ ������������������������ เมื่อ Eo = แรงดันออกเอาตพ ตุ ของวงจรลดทอนสัญญาณ หนวยเปนโวลต (V) E������������ = แรงดนั ปอนเขาอนิ พุตของวงจรลดทอนสัญญาณ หนว ยเปนโวลต (V) ���������������������������1���������= ตัวประกอบการลดทอน (Attenuation Factor) R1 = ความตา นทานตออนุกรรมของวงจรลดทอนสัญญาณ หนวยเปนโอหม (Ω) R2 = ความตานทานตอขนานของวงจรลดทอนสญั ญาณ หนว ยเปนโอหม (Ω) ตัวอยาง วงจรในรูปที่ 2.2 จงคำนวณหาคาระดับสัญญาณใชไ ฟสลบั ออกเอาตพ ุต และตวั ประกอบการ ลดทอนสัญญาณ รูปที่ 2.2 วงจรลดทอนสญั ญาณ วธิ ีทำ 1. หาแรงดันไฟฟาดานเอาตพตุ ของวงจรลดทอน จากสูตร ������������������������ = 1���1���������00������������ ������16������4100������+0���4���0+2���0������4���20 แทนคา = =

แผนการจัดการเรยี นรูที่ 2 ชื่อวิชา วงจรพัลสและสวติ ชงิ เวลาเรียนรวม 72 ช่วั โมง ช่ือหนวย วงจรลดรปู สัญญาณ และวงจรแปลงรูปสญั ญาณ สอนคร้ังที่ 2 ช่อื เร่อื ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรปู สญั ญาณ จำนวน 4 ชัว่ โมง ∴ Eo = 4 V 2. ตัวประกอบการลดทอนสัญญาณ จากสตู ร ������������������������ = ������������2 แทนคา ������������������������������������������������ = ������������14+0������������2 ������������������������ 60+40 1 0.4 ∴ ตวั ประกอบการลดทอนสญั ญาณ = 0.4 = = 2.5 เทา 2.2 ระดบั การลดทอนสญั ญาณ ระดับการลดทอนสัญญาณ (Degree Attenuation) ถูกบอกคาไวในรูปความดังมีหนวยเปนเดซิเบล (dB) โดยการใสคา ลอการทิ มึ (log) เขา ไปในสมการของอัตราสวนคาแรงดนั คา กระแส หรือคา กำลังไฟฟาทวี่ ดั ออกมา ได การหาคาระดบั การลดทอนสญั ญาณ หาไดด ังน้ี ������������������������ ������������������������������������������������ หรอื ระดบั การลดทอน (A) = 10 log10 ������������������������ (2.3) ระดบั การลดทอน (A) = 20 log10 (2.4) เมอ่ื A = ระดบั การลดทอน หนวย dB Po = กำลังไฟฟาออกเอาตพตุ ของวงจรลดทอนสญั ญาณ หนว ย W Pi = กำลังไฟฟาปอ นเขาอินพตุ ของวงจรลดทอนสญั ญาณ หนวย W Eo = แรงดนั ออกเอาตพ ุตของวงจรทอนสญั ญาณ หนวย V Ei = แรงดันปอ นเขาอินพตุ ของวงจรลดทอนสัญญาณ หนวย V คา ทค่ี ำนวณออกมาไดจ ะติดลบ (-) เสมอ เปนคาทแี่ สดงใหทราบวา สัญญาณทางเอาตพ ุตนอยกวาสัญญาณ ทางอินพุต โดยระดับความดังที่ใชเปนจุดอางอิง คือคา 0 dB มีความหมายดังนี้ เชน ระดับการลดทอน สัญญาณที่ -6 dB แสดงวาคา 6 dB ต่ำกวาคา 0 dB ที่อางอิง เปนตน ในทำทองเดียวกันอัตราสวนของ สญั ญาณเอาตพ ตุ หารดว ยสญั ญาณอนิ พุตจะมีคา นอยกวา 1 เสมอ

แผนการจดั การเรยี นรทู ี่ 2 ชอ่ื วชิ า วงจรพัลสและสวติ ชิง เวลาเรียนรวม 72 ชัว่ โมง ชอ่ื หนวย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรูปสญั ญาณ สอนครง้ั ที่ 2 ชื่อเร่อื ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรปู สัญญาณ จำนวน 4 ชั่วโมง ตวั อยาง ปอ นสัญญาณอนิ พตุ มีแรงดนั 2 V เขาไปยังวงจรลดทอนสัญญาณ วัดสัญญาณเอาตพ ุตออกมาได 0.5 V จงหาคา ระดบั การลดทอนสญั ญาณ วธิ ีทำ ������������������������ 0������������.������5������ จากสตู ร ระดับการลดทอน (A) = 20 log10 แทนคา ระดับการลดทอน (A) = 20 log10 2 = 20log10 0.25 ∴ ระดับการลดทอน (A) = 20(-0.602) = -12.04 dB ตอบ ตวั อยาง วงจรลดทอนสัญญาณ มคี า ลดทอนที่-32 dB วดั สัญญาณเอาตพ ุตออกมาได 50 mV จงหาคา แรงดนั อินพตุ ท่ปี อนเขา มา วธิ ที ำ ระดบั การลดทอ10น0−.-02−1-(3E2A310.i256.2)6=======525ll2l00ooo00×0.g���g0g���������1l������l112o������1������o0���0���05g���0−g���1���5���1315000���0������0���=������������������5���������������������5���������������������������������0���������������������0������������������2������������������������������������������������������V��������������������������������������������������������������� จากสตู ร แทนคา ∴ แรงดนั อินพตุ ที่ปอ นเขา มา = 2V ตอบ วงจรลดทอนสัญญาณชนิดสงผานอยา งเดยี ว วงจรประกอบดวยตัวตา นทานอยางเดียว (สว นชนิดมีการ ขยายวงจรจะประกอบดวยสารกึ่งตัวนำ เชน ทรานซิสเตอรเฟต และIC ชวยในการขยายสัญญาณกอนการ ลดทอน) อัตราสวนการลดทอนในหนวยเดซเิ บล (dB) คา ตาง ๆ หาไดด งั ตารางท่ี 2.1 และวงจรลดทอนสญั ญาณ แบบใชส วติ ชต ออนุกรมเปน ลำดบั แสดงดังรูปที่ 2.3

แผนการจัดการเรียนรทู ี่ 2 ชือ่ วชิ า วงจรพัลสและสวิตชงิ เวลาเรียนรวม 72 ชั่วโมง ช่ือหนวย วงจรลดรปู สญั ญาณ และวงจรแปลงรูปสญั ญาณ สอนครง้ั ท่ี 2 ชื่อเร่อื ง วงจรลดรูปสญั ญาณและวงจรแปลงรปู สญั ญาณ จำนวน 4 ชัว่ โมง ตาราง อตั ราสวนการลดทอนในหนว ยเดซิเบล (dB) คา ตา ง ๆ ������������������������ ������������������������ การคำนวณคา คาการลดทอนในหนว ย db 1 20 log10 (1) 0 dB 0.707 20 log10 (0.707) -3 dB 0.5 20 log10 (0.5) -6 dB 0.25 20 log10 (0.25) -12 dB 0.125 20 log10 (0.125) -18 dB 0.0625 20 log10 (0.0625) -24 dB 0.03125 20 log10 (0.03125) -30 dB 0.01563 20 log10 (0.0.01563) -36 dB 0.00781 20 log10 (0.00781) -42 dB รูปที่ 2.3 วงจรลดทอนสญั ญาณแบบสวิตชต อ อนุกรมเปนลำดบั จากรูป วงจรลดทอนสัญญาณแตละชุดถูกกำหนดคาการลดทอนไวแนนอนตามตองการเชน -1dB, -2 dB, -4 dBและ-8 dB เปนตน การเลือกคาการลดทอนโดยโยกสวิตช SW1, SW2, SW3 หรือ SW4 ตอเขาวงจร ลดทอนสัญญาณ นำคาการลดทอนของวงจรแตละวงจรทโ่ี ยกสวิตชต อเขาวงจรลดทอนมาบวกกนั ก็จะไดคา การ ลดทอนรวมของวงจรออกมา ในกรณที ี่สวติ ชทกุ ตัวตอ ไวท ีต่ ำแหนง 0 dB วงจรลดทอนสญั ญาณจะเปน เพียงสาย วงจรตอ ผานสญั ญาณเทา นัน้ ไมมกี ารลดทอน

แผนการจดั การเรียนรทู ี่ 2 ชอ่ื วชิ า วงจรพัลสและสวิตชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชว่ั โมง ชือ่ หนวย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรปู สญั ญาณ สอนครง้ั ที่ 2 ชื่อเรือ่ ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรูปสัญญาณ จำนวน 4 ช่ัวโมง 2.3 ชนดิ วงจรลดทอนสัญญาณ วงจรลดทอนสัญญาณในแบบเบื้องตน มีลักษณะวงจรเชนเดียวกับวงจรแบงแรงดัน ดังที่กลาวไวและวงจร แสดงไวในรูปที่ 2.1 ซึ่งวงจรนี้รูจักทั่ว ไปวาวงจรลดทอนสัญญาณชนิด L - แพด (L - pad) นอกจากนั้นยังมี วงจรลดทอนสัญญาณชนิด T - แพด (T - pad) และชนิด็ - แพด (- pad) ซึ่งวงจรจะเปนชนิดใดก็ขึ้นอยูกับ ลักษณะการตอวงจร วงจรลดทอนสัญญาณแบบพื้นฐานทง้ั 3 ชนิด แสดงดงั รูปที่ 2.4 รปู ที่ 2.4 แสดงวงจรลดทอนสัญญาณแบบพน้ื ฐาน จากรูปท่ี 2.4 (ก) เปน ชนดิ L - แพด ประกอบดวยตัวตานทาน R1 ตออนกุ รมกับวงจร และตวั ตานทาน R2 ตอ ขนานกับวงจร คาการลดทอนอยูท่ีการกำหนดสัดสว นคาความตา นทานของ R1 และR2 การตอ วงจรลดทอน สัญญาณเขากับวงจรตาง ๆ สามารถจัดจุดตอไดทั้งสองทิศทาง การจัดจุดตอใชงานไมถูกตองทำใหการลดทอน สญั ญาณของวงจรเปลีย่ นแปลงไป รูปที่ 2.4 (ข) เปนชนิด T - แพด ประกอบดวยตัวตานทาน R1 สองตัวตออนุกรมกับวงจรและตัวตานทาน R2 ตอ ขนานกับวงจร โดยปกตติ ัวตา นทาน R1 ทงั้ สองตวั จะใชค าเทา กัน ทำใหค า อิมพีแดนซทั้ง สองดา นเทากัน การนำวงจรลดทอนสัญญาณชนิดนี้ไปใชงาน สามารถสลับขั้วตออินพุต / เอาตพุตไดโดยไมตองคำนึงถึงขั้วตอ ซึ่งตัวตานทาน R1 ทั้ง สองตัวสามารถออกแบบใหมีคาไมเทากันได เพื่อปรับเปลี่ยนคาอิมพีแดนซทั้ง สองดาน ไมใ หเ ทากนั สวนรปู ท่ี 2.4 (ค) เปนชนดิ π - แพด ประกอบดว ยตวั ตานทาน R1 ตอ อนกุ รมกับวงจรและตวั ตา นทาน R2 สองตัวตอขนานกับวงจร โดยปกติตัวตานทาน R2 ทั้ง สองตัวจะใชคาเทากันทำใหคาอิมพีแดนซทั้งสองดาน เทากัน การนำวงจรลดทอนสัญญาณชนิดน้ีไปใชงาน สามารถสลบั ขว้ั ตออนิ พุต / เอาตพ ตุ ไดโ ดยไมตองคำนึงถึง

แผนการจัดการเรียนรูท่ี 2 ชื่อวชิ า วงจรพลั สแ ละสวิตชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชว่ั โมง ชอื่ หนว ย วงจรลดรูปสัญญาณ และวงจรแปลงรูปสญั ญาณ สอนครั้งท่ี 2 ช่ือเร่อื ง วงจรลดรูปสญั ญาณและวงจรแปลงรปู สัญญาณ จำนวน 4 ช่วั โมง ข้ัวตอ ซ่งึ ตัวตา นทาน R2 ท้ังสองตัวสามารถออกแบบใหมีคาไมเ ทากนั ได เพอ่ื ปรับเปล่ียนคาอิมพีแดนซทั้ง สอง ดานไมใหเทากัน นอกจากวงจรลดทอนสัญญาณแบบพ้ืนฐานตามรูปที่ 2.4 แลวยังมีการดัดแปลงรูปแบบวงจรชนิด T - แพด ใหอยูในรูป T - แพดแบบสมดุล (Balanced T - pad) และT - แพดแบบบริดจ (Bridge T - pad) สว นวงจรชนดิ - แพดดัดแปลงเปน - แพดแบบสมดลุ (Balanced - pad) ลักษณะวงจรลดทอนสัญญาณชนิด T - แพด และชนิด π - แพดแบบดดั แปลง แสดงดงั รูปท่ี 2.5 รูปที่ 2.5 แสดงวงจรลดทอนสญั ญาณชนิด T - แพด และชนิด – แพดแบบวงจรดัดแปลง จากรูปที่ 2.5 (ก) เปน ชนดิ T - แพดแบบสมดุล นิยมเรียกวาชนดิ H - แพด (H - pad) ตวั ตา นทาน R1 และ R2 แตละตวั ทนี่ ำมาใชตอวงจร มคี าความตานทานเพียงคร่งึ หนึ่งของคา R1 และR2 ปกติ คือใชเ พียง R1/2 และ R2/2 เทานัน้ รูปที่ 2.5 (ข) เปนชนิด T - แพดแบบบริดจ นิยมเรียกวาชนิดบริดจ - T (Bridge - T) โดยตอเพิ่มตัว ตานทาน R3 ครอ มระหวา ง R1 ทงั้ สองตวั ทำใหวงจรมลี กั ษณะเปน วงจรบริดจ สวนรูปที่ 2.5 (ค) เปน ชนิด π - แพดแบบสมดุล นยิ มเรียกวา ชนดิ O - แพด (O - pad) ตวั ตา นทาน R1 แต ละตัวที่นำมาใชต อ วงจร มคี าความตา นทานเพยี งคร่ึงหนึ่งของคา R1 ปกตคิ อื ใชเพียง R1/2 เทานน้ั 2.4 วงจรแปลงรูปสญั ญาณ คลื่นสี่เหลี่ยม คลื่นพัลส และรูปคลื่นอื่น ๆ ที่มีลักษณะไมเปนคลื่นไซน (Nonsinusoidal) สามารถ เปลี่ยนแปลงรูปรางไปได โดยปอนคล่ืนสัญญาณเหลานี้เขาไปในวงจรโครงขายที่ใชต ัวเหนี่ยวนำ (L) หรือตัวเกบ็ ประจุ (C) ประกอบรวมในวงจรรวมกับตัวตานทาน (R) เชน วงจรอนุกรม RC และวงจรอนุกรม RL เปนตน ผล จากการทำงานของตัวเก็บประจุ ตอวงจรรวมกบั ตวั ตา นทาน ในวงจรทจ่ี า ยสญั ญาณไฟสลบั ท่ีไมใชคลื่นไซน เชน จายคลื่นสี่เหลี่ยมใหวงจรอนุกรม RC สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมตกครอมตัวเก็บประจุเปลี่ยนนี้เปนคลื่นอินติเกรต และผลจากการทำงานของตัวเหนี่ยวนำตอวงจรรวมกับตัวตานทาน ในวงจรที่จายสัญญาณไฟสลับที่ไมใชคล่ืน

แผนการจัดการเรียนรูที่ 2 ชอ่ื วชิ า วงจรพลั สแ ละสวติ ชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชวั่ โมง ชอื่ หนว ย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรปู สญั ญาณ สอนครั้งท่ี 2 ชื่อเร่อื ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรูปสัญญาณ จำนวน 4 ช่วั โมง ไซนเชนจายคลื่นสี่เหล่ียมใหว งจรอนุกรม RL สัญญาณคลื่นสี่เหลีย่ มตกครอมตัวเหนีย่ วนำเปลี่ยนน้ีเปนคลื่นดฟิ เฟอเรนชิเอต วงจรแปลงรูปสัญญาณในโครงขา ยเชงิ เสน แสดงดงั รปู ที่ 2.6 รปู ท่ี 2.6 แสดงวงจรแปลงรูปสญั ญาณในโครงขายเชงิ เสน จากรูป ทั้งวงจรอนุกรม RC และวงจรอนุกรม RL โดยปอนสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมเขาวงจร ทำใหสัญญาณ คลื่นสี่เหลี่ยมเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปสัญญาณไป ไดรูปสัญญาณออกเอาตพุตเปนรูปคลืน่ ดิฟเฟอเรนชิเอต และ รูปคลื่นอินติเกรต เปนผลเกิดจากคุณสมบัติในการทำงานของอุปกรณ RLC ที่ตอในวงจร นอกจากนั้นรูปราง ลกั ษณะของคลืน่ ท่ีไดออกมามีการเปล่ียนแปลงไปตามคาเวลาคงท่ี (Time Constant ;) ของวงจร คาเวลาคงท่ี (τ; ทาว) เกิดขึ้นจากคาความตานทาน (R) คาความเหนี่ยวนำ (L) และคาความจุ (C) ที่นำมาตอใชงานในวงจร คา เวลาคงที่หาไดดังนี้ ������������ = ������������������������ s (2.5) ������������ หรอื ������������ = ������������ s (2.6) เมอ่ื τ = คาเวลาคงทีห่ นวย s R = ความตานทานตออนกุ รมในวงจร หนว ย Ω C = ความจตุ อ อนุกรมในวงจร หนว ย F L = ความเหน่ยี วนำตอ อนกุ รมในวงจร หนวย H 2.5 วงจรอนุกรม RC วงจรอนุกรม RC เปนวงจรที่นำตัวตานทานตออนุกรมกับตัวเก็บประจุ และนำไปตอเขากับแหลงกำเนิด สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม การตอดังกลาวสงผลตอสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมที่ตกครอมทั้ง ตัวตานทานและตัวเก็บ ประจุเปลีย่ นแปลงรปู รางไป ลกั ษณะวงจรและรปู รา งสัญญาณทวี่ ัดไดแ สดงดงั รปู ที่ 2.7

แผนการจัดการเรียนรทู ่ี 2 ชือ่ วชิ า วงจรพัลสแ ละสวิตชิง เวลาเรยี นรวม 72 ชั่วโมง ช่อื หนวย วงจรลดรปู สัญญาณ และวงจรแปลงรูปสญั ญาณ สอนครั้งที่ 2 ชอื่ เร่ือง วงจรลดรูปสญั ญาณและวงจรแปลงรูปสัญญาณ จำนวน 4 ช่ัวโมง รปู ที่ 2.7 แสดงวงจรอนุกรม RC จากรูป เมื่อปอนสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมเขาวงจร สงผลใหสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกเปลี่ยนแปลงรูปรางไป จากสภาวะการทำงานของวงจรตัวตานทาน ตานการไหลของกระแสสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม ที่สงผานไปใหตัว เก็บประจุทำการประจุแรงดันของสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม ในชวงเวลาที่มีคลื่นสี่เหลี่ยมปอนเขามา ทำใหเกิด แรงดันตกครอมในตัวเก็บประจุคอย ๆ เพิ่มขึ้น และทำการคายประจุแรงดันออกมา ในชวงเวลาท่ีงดจายคล่ืน สี่เหลี่ยมเขาวงจร จนถึงชวงเวลาที่สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกปอนเขามาอีกครั้งหนึ่ง เกิดการทำงานเชนนี้อยาง ตอเน่ือง สงผลใหค ล่นื สี่เหล่ียมเปล่ยี นแปลงเปนสญั ญาณคลื่นอินติเกรต สวนตัวตานทานทำหนาทีต่ านการไหลของกระแสสัญญาณคลื่นสี่เหล่ียม ในชวงเวลาทีต่ ัวเก็บประจุยังไมท ำ การประจุแรงดันสัญญาณคลื่นส่ีเหลี่ยม มีแรงดนั ตกครอมตัวตานทานมากเมื่อตัวเก็บประจุคอย ๆ ประจุแรงดัน เพ่มิ ข้ึน แรงดนั ตกครอ มตวั ตานทานจะคอย ๆ ลดลง จนถึงชวงเวลาท่งี ดจายสัญญาณคลื่นสเ่ี หลีย่ มเขา มาแรงดัน ตกครอมตัวตานทานจะลดลงเปน 0 V ในชวงเวลานี้แรงดันที่ถูกเก็บประจุไวในตัวเก็บประจุ จะถูกจายมาตก ครอมตัวตานทานแทน มีขั้วแรงดันนี้เปนตรงขาม ที่ระดับสูงสุดเทากับคาแรงดันที่ถูกประจุไวในตัวเก็บประจุ แรงดันตกครอมตัวตานทานจะคอย ๆ ลดลง เมื่อตัวเก็บประจุคอย ๆ คายประจุออกมา จนถึงชวงเวลาท่ี สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกปอนเขามาอีกครั้งหนึ่ง เกิดการทำงานเชนนี้อยางตอเนื่อง สงผลใหคลื่นสี่เหลี่ยม เปลี่ยนแปลงเปน สัญญาณคลื่นดิฟเฟอเรนชิเอต ผลการเปลี่ยนแปลงรูปรางไปดังกลาว รูปรางสญั ญาณทีเ่ กิดข้ึน ยังเปลยี่ นแปลงไปไดอ ีกตามคาเวลาคงท่ี (τ) ท่ีเกิดจากการนำคา ความตา นทานมาตอรวมกับคาความจุ (τ= RC) ตัวอยา ง วงจรอนุกรมวงจรหน่ึงประกอบดวยตัวตา นทาน 100 kΩ ตอ รว มกับตัวเกบ็ ประจุ 0.22 µF

แผนการจัดการเรียนรูท่ี 2 ชอื่ วชิ า วงจรพลั สและสวิตชงิ เวลาเรียนรวม 72 ชั่วโมง ชื่อหนว ย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรปู สญั ญาณ สอนครั้งที่ 2 ชอื่ เรอ่ื ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรปู สัญญาณ จำนวน 4 ช่วั โมง จงหาคา เวลาคงทีข่ องวงจรอนุกรม RC วธิ ที ำ จากสูตร τ = RC แทนคา = 100 kΩ x 0.22 µF = 100 x 103 x 0.22 x 10-6 τ = 0.022 s = 22 ms ∴ เวลาคงท่ีของวงจรอนุกรม RC = 22 ms ตอบ 2.6 วงจรอนกุ รม RL วงจรอนุกรม RL เปนวงจรที่นำตัวตานทานตออนุกรมกับตัวเหนี่ยวนำ และนำไปตอเขากับแหลงกำเนิด สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม การตอดังกลาวสงผลตอสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมที่ตกครอมทั้ง ตัวตานทานและตัว เหนย่ี วนำเปลย่ี นแปลงรปู รา งไป ลักษณะวงจรและรูปรา งสญั ญาณท่วี ัดไดแสดงดงั รปู ที่ 2.8 รูปท่ี 2.8 แสดงวงจรอนุกรม RL จากรูป เมื่อปอนสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมเขาวงจร สงผลใหสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกเปลี่ยนแปลงรูปรางไป จากสภาวะการทำงานของวงจร ตัวตานทานตานการไหลของกระแสสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม ที่สงผานไปใหตัว เหนี่ยวนำทำใหตัวเหนี่ยวนำเกิดสนามแมเหล็กพองตัวออก ในเวลาชวงแรกที่มีคลื่นสี่เหล่ียมปอนเขามา ตัว เหนี่ยวนำยังไมเกิดสนามแมเหล็ก จะเกิดแรงดันตกครอมในตัวเหนี่ยวนำสูง เมื่อเริ่มเกิดสนามแมเหล็กทำให แรงดนั ตกครอ มในตวั เหน่ียวนำคอ ย ๆ ลดลง จนถงึ ชวงเวลาท้ังดจา ยคลน่ื สเี่ หล่ียมเขา วงจร สนามแมเหล็กในตัว เหนี่ยวนำยุบตวั ลงตัดผานตัวเหนี่ยวนำอีกครัง้ ทำใหเ กิดแรงดันชักนำขึ้นในตวั เหน่ียวนำมีขัว้ แรงดันตกครอมใน ตัวเหนี่ยวนำเปนตรงขามกับครั้งแรก จายไปใหตัวตานทาน ทำใหแรงดันตกครอมในตัวเหนี่ยวนำคอย ๆ ลดลง

แผนการจัดการเรียนรูท ี่ 2 ชอื่ วชิ า วงจรพัลสแ ละสวิตชิง เวลาเรยี นรวม 72 ช่ัวโมง ชื่อหนวย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรปู สญั ญาณ สอนครั้งที่ 2 ชอื่ เรอ่ื ง วงจรลดรูปสญั ญาณและวงจรแปลงรูปสญั ญาณ จำนวน 4 ชั่วโมง จนถึงชวงเวลาที่สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกปอนเขามาอีกครั้งหนึ่ง เกิดการทำงานเชนนี้อยางตอเนื่อง สงผลให คล่นื สีเ่ หลีย่ มเปลย่ี นแปลงเปน สญั ญาณคลนื่ ดฟิ เฟอเรนชิเอต สวนตัวตานทานทำหนาที่ตานการไหลของกระแสสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม ในชวงเวลาที่ตัวเหนี่ยวนำยังไม เริ่มเกิดสนามแมเหล็ก จะเกิดแรงดันตกครอมในตัวเหนี่ยวนำสูงสุด ไมเกิดแรงดันตกครอมตัวตานทานเมื่อเร่ิม เกิดสนามแมเหล็ก ทำใหแรงดันตกครอมในตัวเหนี่ยวนำคอย ๆ ลดลง เกิดแรงดันตกครอมตัวตานทานคอย ๆ เพิ่มขึ้น จนถึงชวงเวลาทั้งดจายคลื่นสี่เหลี่ยมเขาวงจร สนามแมเหล็กในตัวเหนี่ยวนำยุบตัวลงตัดผานตัว เหนี่ยวนำอีกครัง้ ทำใหเกิดแรงดันชกั นำขึน้ ในตัวเหนีย่ วนำมีขัว้ แรงดันตกครอมในตัวเหนี่ยวนำเปนตรงขามกบั ครง้ั แรก จายไปใหตัวตา นทาน ทำใหแ รงดนั ตกครอมในตัวเหนย่ี วนำคอย ๆ ลดลง สง ผลใหแรงดันตกครอมท่ีตัว ตานทานคอย ๆ ลดลงตามไปดวย จนถึงชวงเวลาที่สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมถูกปอนเขามาอีกครั้ง หนึ่ง เกิดการ ทำงานเชน นอ้ี ยางตอเนอื่ ง สงผลใหคลนื่ สีเ่ หลี่ยมเปลย่ี นแปลงเปนสัญญาณคลนื่ อนิ ติเกรต ผลการเปล่ยี นแปลงรปู รางไปดังกลาว รูปรางสัญญาณทเ่ี กิดขึ้นยงั เปลีย่ นแปลงไปไดอกี ตามคาเวลาคงที่ (τ) ทเ่ี กดิ จากการนำคาความตานทานมาตอรว มกับคา ความเหนย่ี วนำ (τ = L/R) ตัวอยาง วงจรอนุกรมวงจรหนงึ่ ประกอบดวยตวั ตา นทาน 200 Ω ตอรวมกบั ตวั เหน่ยี วนำ 100 mH จงหาคาเวลาคงที่ของวงจรอนกุ รม RL วิธีทำ ������������ จากสูตร แทนคา τ = ���1���������00 ������������������������ = 102000×���������1��� 0−3 = 200������������ τ = 500 µs ∴ เวลาคงท่ีของวงจรอนุกรม RL = 500 µs ตอบ 2.7 บทสรปุ วงจรลดรูปสัญญาณ หรือวงจรลดทอนสัญญาณ และอาจเรียกวา ตัวลดทอน คือวงจรลดขนาด สญั ญาณไฟฟาท่ีปอ นเขามาใหไ ดคาออกเอาตพุตมคี า นอยลงตามตอ งการอปุ กรณท่ีนำมาใชป ระกอบวงจรเปนตัว ตานทานบริสุทธิ์อยางเดียว ไมมีคาความจุ (C) คาความเหนี่ยวนำ (L) รวมถึงไมมีตัวตานทานชนิดไวรวาวด

แผนการจดั การเรียนรทู ี่ 2 ชือ่ วิชา วงจรพลั สและสวติ ชงิ เวลาเรยี นรวม 72 ชั่วโมง ชือ่ หนว ย วงจรลดรูปสญั ญาณ และวงจรแปลงรปู สญั ญาณ สอนครง้ั ท่ี 2 ช่ือเรอ่ื ง วงจรลดรปู สญั ญาณและวงจรแปลงรปู สัญญาณ จำนวน 4 ชวั่ โมง ประกอบรวมในวงจร โดยถูกออกแบบมาใหเกิดความผิดเพี้ยนต่ำ การลดทอนจะลดทอนเฉพาะคาความแรง สญั ญาณ สวนรปู รา งสญั ญาณ เฟสสัญญาณและความถ่ี มคี า คงเดมิ ไมเปลี่ยนแปลง วงจรลดทอนสญั ญาณนิยมบอกคาระดับการลดทอนออกมาในรูปตารางลอการิทึมมีหนวยเปนเดซิเบล (dB) วงจรลดทอนสัญญาณจัดวงจรไดหลายชนดิ เชน ชนิด L - แพด ชนิด T - แพด และชนิด π - แพดนอกจากน้นั ยังมีการดัดแปลงรปู แบบวงจร ใหอยูใ นรูป T - แพดแบบสมดุล T - แพดแบบบริดจ และ π - แพดแบบสมดุล คลื่นสี่เหลี่ยม คลื่นพัลส และรูปคลื่นอื่น ๆ ที่ไมเปนคลื่นไซน สามารถเปลี่ยนแปลงรูปรางไปได โดยปอน คลื่นสัญญาณเหลานี้เขาไปในวงจรโครงขายที่ใชตัวเหนี่ยวนำ (L) หรือตัวเก็บประจุ (C) ประกอบรวมในวงจร รว มกับตัวตานทาน (R) เชน วงจรอนุกรม RC และวงจรอนุกรม RL เปน ตน ผลจากการทำงานของตัวเก็บประจุ ตอวงจรรว มกบั ตัวตา นทาน ในวงจรทจ่ี า ยสญั ญาณไฟสลับที่ไมใ ชคลื่นไซน เชน จา ยคลื่นสี่เหล่ียมใหวงจรอนุกรม RC สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมตกครอมตัวเก็บประจุเปลี่ยนนี้เปนคลื่นอินติเกรต และผลจากการทำงานของตัว เหนี่ยวนำตอวงจรรวมกับตัวตานทาน ในวงจรที่จายสัญญาณไฟสลับที่ไมใชคลื่นไซน เชนจายคลื่นสี่เหลี่ยมให วงจรอนกุ รม RL สญั ญาณคลน่ื สเ่ี หลย่ี มตกครอมตวั เหนีย่ วนำเปล่ียนนเ้ี ปน คลน่ื ดฟิ เฟอเรนชิเอต วงจรอนุกรม RC เปนวงจรที่นำตัวตานทานตออนุกรมกับตัวเก็บประจุ และนำไปตอเขากับแหลงกำเนิด สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม การตอดังกลาวสงผลตอสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมที่ตกครอมทั้ง ตัวตานทานและตัวเก็บ ประจุเปลี่ยนแปลงรูปรางไป ในทำนองเดียวกันวงจรอนุกรม RL เปนวงจรที่นำตัวตานทานตออนุกรมกับตัว เหนยี่ วนำ และนำไปตอ เขา กับแหลงกำเนิดสญั ญาณคลน่ื สีเ่ หล่ยี ม การตอดงั กลา วสง ผลตอสัญญาณคลื่นสเ่ี หลี่ยม ที่ตกครอ มทัง้ ตวั ตา นทานและตัวเหนย่ี วนำเปล่ียนแปลงรูปรา งไป

แบบฝก หดั ประจำหนว ยการเรยี นท่ี 2 2.1 วงจรลดรูปสัญญาณ จดุ ประสงค 1. อธบิ ายหลกั การทำงานของวงจรลดรปู สัญญาณไดถูกตอง 2. บอกชนิดของวงจรลดทอนสัญญาณไดถ กู ตอ ง 3. คำนวณหาคาการลดทอนของวงจรลดทอนสญั ญาณไดถ ูกตอง 4. เกดิ ความตระหนักในการทำงาน แบบฝก หดั ตอนที่ 1.1 1. จงอธิบายหลักการทำงานของวงจรลดรูปสญั ญาณ 2. จงบอกชนิดของวงจรลดทอนสญั ญาณ แตละชนดิ แตกตางกันอยางไร ปอ นสัญญาณอนิ พุตมแี รงดัน 10 V เขาไปยังวงจรลดทอนสัญญาณ โดยท่มี ีคา ความตานทาน R1 = 80Ω, R2 = 100 Ω จงหา 1. หาแรงดนั ไฟฟาดา นเอาตพุต 2. คาระดบั การลดทอนสัญญาณ 4. (จากขอที่ 3) หากปอนสัญญาณอนิ พุตมีแรงดัน 15 V เขาไปยงั วงจรลดทอนสัญญาณ โดยทีม่ ีคาความ ตานทาน R1 = 100 Ω, R2 = 1 kΩ จงหา 1. หาแรงดันไฟฟาดา นเอาตพุต 2. คาระดับการลดทอนสัญญาณ 5. วงจรลดทอนสัญญาณ มีคาลดทอนที่ -50 dB วดั สญั ญาณเอาตพุตออกมาได 64 mV จงหาคา แรงดันอินพตุ ทปี่ อนเขามา

2.2 วงจรแปลงรูปสัญญาณ จุดประสงค 5. อธบิ ายหลกั การทำงานของวงจรแปลงรูปสัญญาณไดถ ูกตอง 6. คำนวณหาคาเวลาคงที่ของวงจรอนกุ รม RC ไดถูกตอง 7. คำนวณหาคา เวลาคงที่ของวงจรอนกุ รม RL ไดถูกตอง 8. ประยุกตใ ชออสซิลโลสโคปในการวัดคา อนุกรม RC ไดถกู ตอง แบบฝกหัดตอนท่ี 1 1. จงอธิบายหลกั การทำงานของวงจรแปลงรปู สัญญาณ 2. วงจรอนุกรมวงจรหน่งึ ประกอบดว ยตัวตา นทาน 30 kΩ ตอรวมกบั ตวั เกบ็ ประจุ 0.001 µF จงหาคา เวลาคงท่ีของวงจรอนุกรม RC 3. วงจรอนกุ รมวงจรหนง่ึ ประกอบดว ยตวั ตานทาน 1 kΩ ตอรวมกบั ตัวเหนย่ี วนำ 5 µH จงหาคา เวลาคงที่ของวงจรอนุกรม RL

ใบงานท่ี 2 ใบปฏิบัตงิ าน 2.2 วงจรแปลงรูปสญั ญาณ เครื่องมือและอปุ กรณ 1. เครอื่ งกำเนิดสัญญาณหลายแบบ 1 เครอ่ื ง 2. ออสซลิ โลสโคปชนดิ 2 เสนภาพพรอ มสายวัด 1 เครอ่ื ง 3. ตัวตานทาน 200Ω, 1kΩ ; 0.5W คาละ 1 ตวั 4. ตวั เก็บประจุ 1 µF, 2.2 µF ; 25V คา ละ 1 ตัว 5. แผงประกอบวงจรและตอสายวงจร 1 ชดุ ลำดับขน้ั ตอนการทดลอง 1. ประกอบวงจรตามรปู ท่ี 2.5 รปู ท่ี 2.5 วงจรแปลงรูปสญั ญาณ 2. ปรับเครื่องกำเนิดสัญญาณหลายแบบ ไปที่คลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ 1kHz ปรับความแรงสัญญาณประมาณ 50% ปอ นเขา ท่อี ินพุต Ei ของวงจร 3. ปรบั ออสซิลโลสโคปชนดิ 2 เสนภาพใหพรอ มใชง าน นำไปวดั คา ในวงจร ใหอินพุต CH1 ของออสซลิ โลสโคป วัดที่อินพุต Ei และใหอินพุต CH2 ของออสซิลโลสโคปวัดทีเ่ อาตพุต EOR วัดรูปคลื่นสัญญาณและระดับความแรง สัญญาณ ท้งั อินพุต Ei และเอาตพ ตุ EOR บนั ทึกคา ไวในรปู ท่ี 2.6

รูปท่ี 2.6 สญั ญาณคลน่ื วัดทต่ี ำแหนง ตา งๆของวงจรแปลงรูปสญั ญาณท่ี C=1µF, R=1kΩ 4. ยายออสซิลโลสโคปอินพุต CH1 ไปวัดครอม C ตามเสนประ วัดรูปคลื่นสัญญาณและระดับความแรง สัญญาณ บนั ทกึ คาไวใ นรปู ท่ี 2.6 ตำแหนง EOC 5. เปลี่ยนนคา R ในวงจรรูปที่ 2.5 เปน 200Ω เครื่องกำเนิดสัญญาณหลายแบบยังคงตั้งไวที่คลื่นสี่เหลี่ยม ความถ่ี 1kHz ปรับความแรงสัญญาณประมาณ 50% ตามเดมิ 6. นำออสซิลโลสโคปชนิด 2 เสนภาพไปวัดสัญญาณในวงจร โดยใหอินพุต CH1 ของออสซิลโลสโคปวัดที่ อินพุต Ei และใหอินพุต CH2 ของออสซิลโลสโคปวัดทีเ่ อาตพุต EOR ตามเดิม วัดรูปคลืน่ สัญญาณและระดับความ แรงสัญญาณ ทงั้ อินพตุ Ei และเอาตพ ุต EOR บันทึกคา ไวในรูปที่ 2.7 7. ยายออสซิลโลสโคปอินพุต CH1 ไปวัดครอม C ตามเสนประ วัดรูปคลื่นสัญญาณและระดับความแรง สญั ญาณ บันทึกคา ไวในรปู ท่ี 2.7 ตำแหนง EOC

รปู ท่ี 2.7 สญั ญาณคลื่นวดั ท่ตี ำแหนง ตา งๆของวงจรแปลงรปู สญั ญาณท่ี C=1µF, R=200Ω