ebook13

ชุดการสอนหนว่ ยที่ 13 วงจรกาเนิดสญั ญาณ วิชา อุปกรณอ์ เิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร รหัส 2104-2102 หนว่ ยท่ี 13 เร่ืองวงจรกาเนดิ สญั ญาณ นายสมพร บญุ รนิ สาขาวิชาช่างไฟฟา้ กาลงั วทิ ยาลัยเทคนิคชลบุรี สานักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ

1 อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร 2104-2102 ใบความรทู้ ่ี 13 สอนครง้ั ที่ 14 รวม 4 ชั่วโมง ชื่อวิชา อปุ กรณอ์ เิ ลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร รหสั วชิ า 2104-2102 จานวน 1 ชั่วโมง หน่วยท่ี 13 ชื่อหน่วย วงจรกาเนิดสัญญาณ ช่อื เร่อื ง วงจรกาเนดิ สญั ญาณ สาระสาคญั วงจรกาเนิดสัญญาณ (Signal Generator) ที่มีอยู่โดยท่ัวไปจะกาเนิดสัญญาณ คล่ืนส่ีเหลี่ยม คล่ืนสามเหล่ียม หรือคล่ืนไซน์ ในหน่วยการเรียนนี้จะ แสดงถึงการนาเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มา สร้างวงจรกาเนิดคลืน่ สญั ญาณ วงจรกาเนดิ คลน่ื ส่ีเหลยี่ ม หรือสญั ญาณนาฬกิ า เป็นวงจรกาเนิดสญั ญาณ ซึ่งอยู่ในตระกูลของวงจรมัลติไวเบรเตอร์ ชนิดอะสเตเบิล (Astable Multivibrator) คือวงจรสร้าง สัญญาณคล่ืนส่เี หลีย่ ม หรอื สญั ญาณนาฬกิ า ที่สามารถกาหนดความถ่ีได้ตามความต้องการ ด้วยคา่ คาปา ซสิ เตอร์ C และคา่ ความต้านทาน R โดยแยกออกเปน็ 2 แบบคือวงจรอะสเตเบลิ มัลตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ ทรานซิสเตอร์ และวงจรอะสเตเบลิ มัลตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ IC555 ดังน้ันผู้เรียนจะต้องมีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับ วงจรมัลติไวเบรเตอร์ การทางานของวงจร วงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์ และวงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์โดยใช้ IC555 รวมถงึ การคานวณหาคา่ ช่วงเวลาของคล่นื สญั ญาณ สาระการเรียนรู้ 1. วงจรมลั ติไวเบรเตอร์ 1.1 ความหมายของวงจรมลั ติไวเบรเตอร์ 1.2 ชนิดของวงจรมัลติไวเบรเตอร์ 2. วงจรอะสเตเบลิ มลั ติไวเบรเตอรโ์ ดยใชท้ รานซสิ เตอร์ 2.1 การทางานวงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอร์โดยใชท้ รานซสิ เตอร์ 2.2 การคานวณหาค่าชว่ งเวลาของสัญญาณนาฬกิ าวงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอร์โดยใช้ ทรานซสิ เตอร์ 3. วงจรอะสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอร์โดยใช้ IC555 3.1 การทางานวงจรอะสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอร์โดยใช้ IC555 3.2 การคานวณหาค่าชว่ งเวลาของสญั ญาณนาฬกิ าวงจรอะสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอรโ์ ดยใช้ IC555

2 อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ เมื่อผเู้ รียน ศึกษาหน่วยการเรยี นนี้แล้วมีความสามารถดังตอ่ ไปน้ี 1. บอกความความหมายของวงจรมลั ติไวเบรเตอร์ได้ถูกตอ้ ง 2. บอกชนิดของวงจรมลั ติไวเบรเตอร์ได้ถกู ตอ้ ง 3. อธิบายการทางานวงจรอะสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ทรานซสิ เตอร์ได้ถกู ตอ้ ง 4. คานวณหาคา่ ชว่ งเวลาของสัญญาณนาฬิกาวงจรอะสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอร์โดยใช้ทรานซิสเตอรไ์ ด้ ถูกตอ้ ง 5. อธิบายการทางานวงจรอะสเตเบลิ มลั ติไวเบรเตอร์โดยใช้ IC555ได้ถูกตอ้ ง 6. คานวณหาค่าชว่ งเวลาของสัญญาณนาฬิกาวงจรอะสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอร์โดยใช้ IC555ได้ถกู ตอ้ ง

3 อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 วงจรกาเนิดสญั ญาณ 1. วงจรมัลตไิ วเบรเตอร์ 1.1 ความหมายของวงจรมลั ตไิ วเบรเตอร์ วงจรมัลติไวเบรเตอร์ (Multivibrator circuit) เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทาหน้าท่ีกาเนิด สัญญาณรูปสี่เหล่ียมหรือรูปพลัลส์ ซึ่งวงจรมัลติไวเบรเตอร์ สามารถสร้างจากทรานซิสเตอร์ หรือไอซี ไทม์เมอร์ 1.2 ชนดิ ของวงจรมลั ตไิ วเบรเตอร์ การทางานของวงจรมัลติไวเบรเตอร์ มีท้ังแบบทางานได้ด้วยตัวเอง และแบบต้องมีสัญญาณ กระตุ้นเพื่อควบคมุ การทางาน วงจรมลั ติไวเบรเตอร์แบ่งออกได้เป็น 3 ชนิด คอื 1) อะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ (Astable Multivibrator) เป็นวงจรที่ทางานได้ด้วยตัวเอง ทา หน้าที่คล้ายกับวงจรกาเนิดความถ่ี โดยท่ีตัวมันเองสามารถทางานและหยุดทางานสลับกันไปมา ตลอดเวลา หรือกาเนดิ ความถี่แบบตอ่ เนอื่ งนัน่ เอง ซง่ึ จะเรยี นในบทเรยี นนี้ 2) โมโนสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ (Monostable Multivibrator) เป็นวงจรท่ีการเปล่ียนแปลง การทางานต้องมีสัญญาณอินพุตมากระตุ้นการทางาน โดยปกติการทางานของวงจรแต่ละครั้งทางาน เพียงสภาวะเดียว และจะเปล่ียนสภาวะเมื่อมีสัญญาณอินพุตมากระตุ้น และจะคงสภาวะนั้นไปช่ัวขณะ ตามค่า RC ในวงจร และจะกลบั มาสภาวะเดิม 3) ไบสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์ (Bistable Multiviblator) เป็นวงจรที่มีการเปล่ียนแปลงการ ทางาน โดยต้องมีสัญญาณมากระตุ้นที่อินพุต ทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลง และจะคงสภาวะน้ันไปตลอด จนกว่าจะมีสญั ญาณมากระตุ้นอนิ พตุ อกี คร้ัง จงึ จะทาให้เกดิ การเปล่ียนแปลงอีกคร้งั สภาวะนีจ้ ะคงท่ีไป ตลอด จนกว่าจะมีสัญญาณมากระตุ้นอนิ พุตใหม่ เรียกอกี ช่อื ว่า ฟลปิ ฟลอป (Flip – Flop) 2. วงจรอะสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใชท้ รานซิสเตอร์ วงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์โดยใช้ทรานซิสเตอร์ท่ีขอยกตัวอย่างวงจรไฟกระพริบ วงจร เบ้ืองต้นประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ ชนิด NPN ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน และไดโอดเปล่งแสง ลกั ษณะวงจรดงั รูปที่ 13.1

4 อปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 + E 9V R1 R2 R3 R4 - 1kΩ 100kΩ 100kΩ 1kΩ LED1 LED2 +- -+ C1 C2 10µF 10µF Q1 Q2 2SC458 2SC458 รูปท่ี 13.1 วงจรอะสเตเบลิ มัลติไวเบรเตอรโ์ ดยใชท้ รานซสิ เตอร์ 2.1 การทางานวงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใชท้ รานซสิ เตอร์ วงจรไฟกระพริบจากรปู ที่ 13.2 วงจรนต้ี ้องการแรงดันไฟตรงประมาณ 9-12 V การทางานของ วงจรจะส่งผลให้ไดโอดเปล่งแสง LED1 และ LED2 ทางานเปล่งแสงติดดับสลับไปสลับมา ตามสภาวะ การทางานของทรานซิสเตอร์ Q1 และ Q2 น่ันคือ เม่ือ Q1 ทางาน LED1 ติดสว่าง LED2 ดับ และเม่ือ Q2 ทางาน LED2 ติดสว่าง LED1 ดับ สลับไปมาตลอดเวลา R1 และ R4 จะควบคุมกระแสท่ีไหลผ่าน LED1 และ LED2 ความเรว็ ในการกระพริบติดและดบั ขน้ึ อยู่กบั ค่าความต้านทาน R2 C1 และ R3 C2 2.2 การคานวณหาค่าชว่ งเวลาของสัญญาณนาฬิกาวงจรอะสเตเบลิ มลั ติไวเบรเตอร์โดยใช้ ทรานซิสเตอร์ วงจรกาเนิดสัญญาณนาฬิกาเบ้ืองต้น โดยใช้ทรานซสิ เตอร์ สามารถคานวณหาคา่ ช่วงเวลาของ สญั ญาณนาฬกิ า ช่วงเวลาในการกระพริบติดและดับข้ึนอยูก่ ับค่าความตา้ นทาน R2 C1 และ R3 C2 ดงั นี้ t1 = 0.693R3C2 ........................................(1) t2 = 0.693R2C1 ........................................(2) เมอื่ t1 คอื ระยะเวลาท่ไี ดโอดเปล่ง LED2 ติดสวา่ ง(Q1 ON,Q2 OFF) t2 คือ ระยะเวลาท่ีไดโอดเปล่ง LED1 ติดสว่าง(Q1 OFF,Q2 ON) R2 คอื คา่ ความตา้ นทาน R2 C1 คอื ค่าตวั เกบ็ ประจุ C1

5 อปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 R3 คอื คา่ ความตา้ นทาน R3 C2 คือ ค่าตวั เก็บประจุ C2 ตัวอยา่ งที่ 13.1 จากวงจรตามรูปท่ี 13.2 จงคานวณหาค่าความตา้ นทาน C1,C2 ให้ชว่ งเวลาในการ กระพรบิ ตดิ และดบั ของLED1,LED2 มคี า่ 1 วนิ าที + E 9V R1 R2 R3 R4 - 1kΩ 100kΩ 100kΩ 1kΩ LED1 LED2 +- -+ C1 C2 Q1 Q2 2SC458 2SC458 รปู ที่ 13.2 วงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอรโ์ ดยใชท้ รานซสิ เตอร์ วธิ ีทา การกระพรบิ ติดและดบั ของ LED1,LED2 มคี ่าเทา่ กัน ดังนน้ั t1=t2 C1=C2 t1 = 0.693R3C2 =1S ดงั น้ัน C1 = t1 0.693R3 = 1 0.693x100k = 14.43µF ดงั น้ัน C1=C2 =14.43µF

6 อปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 3. วงจรอะสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ IC555 ไอซี 555 เปน็ ไอซที ีท่ าหนา้ ท่กี าเนิดสัญญาณตามเวลาที่ออกแบบไว้ โดยสามารถกาหนดไดด้ ้วย ตัวอุปกรณ์ภายนอก ไอซีตั้งเวลา 555 สามารถกาเนิดสัญญาณ อะสเตเบ้ิล (Astable) โมโนสเตเบิล (Monostable) และประยกุ ต์ใช้งานดา้ นอน่ื ๆ ท่ีเกี่ยวกบั การตง้ั เวลา Vcc T RA 8 74 6 555 RB 3 T 21 5 t1 t2 C1 C2 T รูปที่ 13.3 วงจรอะสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ไอซี 555 3.1 การทางานวงจรอะสเตเบลิ มลั ติไวเบรเตอรโ์ ดยใช้ IC555 จากรูปท่ี 13.3 เป็นวงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์โดยใช้ไอซี 555 เพื่อทาหน้าท่ีกาเนิด สัญญาณนาฬิกา มีตัวต้านทาน RA , RB และตัวเก็บประจุ C1 เป็นตัวกาหนดคาบเวลาและความถ่ีของ สญั ญาณนาฬกิ า สว่ นตัวเก็บประจุ C2 ทาหน้าที่ลดสัญญาณรบกวนโดยปกติใช้ 0.1µF 3.2 การคานวณหาคา่ ช่วงเวลาของสญั ญาณนาฬกิ าวงจรอะสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ IC555 การคานวณหาคา่ ชว่ งเวลา t1 และ t2 ของวงจรกาเนดิ สญั ญาณนาฬิกาทใี่ ชไ้ อซี 555 สามารถ สรปุ ได้ดังน้ี จากรูปท่ี 13.3 ซง่ึ เป็นวงจรกาเนดิ สัญญาณนาฬกิ าเบือ้ งตน้ โดยใชไ้ อซี 555 สามารถ คานวณหาคา่ ตา่ งๆไดด้ ังนี้ ค่าคาบเวลา t2 = 0.693 (RA+RB)C1 ........................................(3) คา่ คาบเวลา t1 = 0.693 RBC1 ........................................(4) จากสมการที่ 3 และ 4 T = t2 + t1 = 0.693 (RA+2RB)C1

7 อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร 2104-2102 ความถ่ี (F) = 1 T = 1 0.693(RA+2RB)C1 Duty Cycle = t1 x100 T ตัวอย่างท่ี 13.2 จากวงจรในรูปท่ี 13.4 จงคานวณหาค่า t1,t2,Duty Cycle และความถี่ของสัญญาณ กาหนดให้ RA = 4.7 k , RB = 10 k , C = 680 pF Vcc 9V T RA 8 4.7k 7 4 6 RB 555 10k 3 T C1 2 1 5 680pF t1 t2 C2 T 0.1µF รูปท่ี 13.4 วงจรตัวอยา่ งที่ 13.2 วธิ ีทา t1 = 0.693 RBC1 = 0.693(10x103x680x10-12) = 4.71 mS t2 = 0.693(RA+RB)C1 = 0.693(4.7x103+10x103)680x10-12 = 6.93 mS = t1 x100 Duty Cycle t1+t2

8 อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 = 4.71 S x100 4.71S  6.93S = 40.4 % ความถี่ = 1 t1+t2 =1 4.71S  6.93S = 85.9 kHz เม่ือพิจารณา t1 และ t2 จะพบว่าค่าของช่วงเวลา t2 จะต้องมากกว่า t1 เสมอ เน่ืองจาก ช่วงเวลาในการเก็บประจุของตัวเก็บประจุ กระแสจะไหลผ่านตัวต้านทาน 2 ตัวคือ RA และ RB แต่ ในชว่ งเวลาของการคายประจุ จะคายประจุผา่ นตัวต้านทานเพยี งตัวเดียวคือ RB ดังนนั้ สญั ญาณทีไ่ ด้จาก วงจรจึงไม่สามารถทาให้มีค่าเปอร์เซ็นต์ Duty Cycle เท่ากับ 50 เปอร์เซ็นต์ได้ แต่ถ้าต้องการให้วงจร กาเนิดสัญญาณนาฬิกาที่ใช้ไอซี 555 สร้างสัญญาณ รูปส่ีเหล่ียมDuty Cycle เท่ากับ 50 เปอร์เซ็นต์ ก็ สามารถปรับเปล่ียนรูปแบบของวงจร โดยการกาหนดให้ตัวต้านทาน RA และ RB มีค่าเท่ากัน แล้วต่อ ไดโอด D1 ขนานกบั ตัวตา้ นทาน RB เพอ่ื ทาให้ในจงั หวะของการเก็บประจุ กระแสจากแหลง่ จา่ ยจะไหล ผา่ น RA ผ่านไดโอด ไปยังตัวเกบ็ ประจุ และในจังหวะของการคายประจุ ตัวเก็บประจกุ ็จะคายประจุผา่ น ตัวต้านทาน RB ซึ่งกาหนดให้มีค่าเท่ากับ RA ดังน้ันจึงทาให้ช่วงเวลาของ t1 และ t2 จะมีค่าเท่ากัน แสดงวงจรดงั รูปท่ี 13.5 T Vcc RA 8 74 6 555 D1 RB 3T 21 5 C1 C2 t1=t2 t1 t2 50 % 0.1µF Duty Cycle รปู ที่ 13.5 วงจรสร้างสญั ญาณนาฬิกาที่มีคา่ Duty Cycle เท่ากับ 50 %

9 อปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2104-2102 สรปุ 1. วงจรมัลติไวเบรเตอร์ 1.1 ความหมายของวงจรมัลติไวเบรเตอร์ เปน็ วงจรอิเลก็ ทรอนกิ สท์ ่ที าหนา้ ที่กาเนดิ สญั ญาณรปู ส่ีเหลี่ยมหรือรปู พลลั ส์ 1.2 ชนดิ ของวงจรมัลติไวเบรเตอร์ 1) อะสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอร์ 2) โมโนสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอร์ 3) ไบสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอร์ 2. วงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอร์โดยใชท้ รานซสิ เตอร์ 2.1 การทางานวงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใช้ทรานซิสเตอร์ ความเรว็ ในการกระพริบติดและดับขึน้ อยกู่ ับค่าความตา้ นทาน R2 C1 และ R3 C2 2.2 การคานวณหาค่าช่วงเวลาของสัญญาณนาฬกิ าวงจรอะสเตเบลิ มัลติไวเบรเตอร์โดยใช้ ทรานซิสเตอร์ ค่าคาบเวลา t1 = 0.693R3C2 คา่ คาบเวลา t2 = 0.693R2C1 3. วงจรอะสเตเบิลมัลติไวเบรเตอร์โดยใช้ IC555 3.1 การทางานวงจรอะสเตเบลิ มลั ตไิ วเบรเตอร์โดยใช้ IC555 ใชไ้ อซี 555 เพอ่ื ทาหน้าที่กาเนิดสัญญาณนาฬิกา มีตัวต้านทาน RA , RB และตวั เกบ็ ประจุ C1 เป็นตวั กาหนดคาบเวลาและความถ่ีของสญั ญาณนาฬกิ า 3.2 การคานวณหาค่าชว่ งเวลาของสญั ญาณนาฬกิ าวงจรอะสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอร์โดยใช้ IC555 ค่าคาบเวลา t1 = 0.693 RBC1 ค่าคาบเวลา t2 = 0.693 (RA+RB)C1 t1 t2 T รูปที่ 13.6 สญั ญาณนาฬิกา

10 อุปกรณอ์ เิ ล็กทรอนิกส์และวงจร 2104-2102 บรรณานกุ รม ชิงชยั ศรีสุรตั น์ และวรี ศกั ดิ์ สวุ รรณเพชร. 2556. วงจรอิเลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร. กรงุ เทพมหานคร: ศูนยห์ นงั สือเมืองไทย. นภัทร วจั นเทพนิ ทร์. 2545. เทคโนโลยีอเิ ล็กทรอนิกส์. กรุงเทพมหานคร: สกายบกุ ส์ จากัด. นภัทร วจั นเทพนิ ทร์. 2558. อุปกรณอ์ เิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร. กรุงเทพมหานคร: วงั อกั ษร จากดั . Poly_electrics. 2557. “วงจรพลั ส์สวติ ชงิ่ และดจิ ิตอลเบอ้ื งต้น,” [ออนไลน]์ . เขา้ ถึงได้จาก: ttps://wiki.stjohn.ac.th/groups/poly_electronics/revisions/ff01b/18/, [สืบคน้ เมอื่ 10 ตุลาคม 2559] Nopphron Chuchan. 2557. “วงจรอะสเตเบลิ มัลติไวเบรเตอร์ ไฟกระพริบข้ันเทพ,\" [ออนไลน]์ . เขา้ ถึงได้จาก: https://sites.google.com/site/wbi4circuit/assignments/ wngcrxastebeilmaltiwibertexrfikraphribkhantheph, [สบื คน้ เมอ่ื 10 ตุลาคม 2559] https://electronics.stackexchange.com/questions/171210/understanding-a-2-transistor- oscillator