แหล่งจ่ายไฟ ดี.ซี.

POWER SUPPLY ปรบั แรงดัน 0-40 V และปรบั กระแส 0-5 A โดย 1.นายภาณุเดช โสฬส รหสั B4507499 2.นายเอกภูมิ ดรี ะพฒั น รหสั B4508236 รายงานนีเ้ ปน สว นหนง่ึ ของการศกึ ษาวชิ า 427494 โครงงานศึกษาวศิ วกรรมโทรคมนาคม และ427499 โครงงานวศิ วกรรมโทรคมนาคม ประจําภาคการศึกษาท่ี 1 และ 3 ปการศกึ ษา 2548หลักสตู รวศิ วกรรมศาสตรบ ัณฑิต สาขาวชิ าวศิ วกรรมโทรคมนาคม หลกั สตู รปรับปรุง พ.ศ.2541 สํานกั วิชาวศิ วกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยสี รุ นารี

กหัวขอโครงการ POWER SUPPLY ปรบั แรงดนั 0-40 V และปรบั กระแส 0-5 Aผเู สนอโครงการ นายภาณุเดช โสฬส รหสั B4507499 นายเอกภูมิ ดรี ะพฒั น รหสั B4508236ปริญญา วิศวกรรมโทรคมนาคมพ.ศ. 2548อาจารยท่ีปรกึ ษาโครงงาน อ.ดร. ชาญชยั ทองโสภา------------------------------------------------------------------------------------------------------------- บทคัดยอ การออกแบบวงจร Power supply เปนการใชความรูทางอิเล็กทรอนิกสในการทํางานรวมถึงใชความชํานาญในการลงมือปฏิบัติการและความรูในการใชโปรแกรมในการออกแบบวงจร ในการออกแบบวงจรตองมีความรูเกี่ยวกับวงจรเรียงกระแส วงจรขยายของTransistor หลักการทํางานของOp-Amp ซ่ึงเปนการประยุกตจากความรูที่ไดเรียนมา ถือวาเปนการพฒั นาความรแู ละความสามารถของตัวผูปฎบิ ัตเิ องในการปฏิบตั งานตอไป โครงงานฉบับนี้เปนการออกแบบ Power supply ซ่ึงสามารถท่ีจะปรับแรงดันไดในชวง 0-40 Vdc และสามารถปรับกระแสได 5 A ซึ่งมีความจําเปนอยางยิ่งโดยเฉพาะการที่จะตองประกอบและทดลองวงจรอิเล็กทรอนิกสในหองทดลอง อีกท้ังยังเปนการทดลองวงจรอิเล็กทรอนิกสที่ตองการแรงดันท่ีไมเทากัน ในแตละวงจรที่ทําการทดลองหากจะทําเพาเวอรซัพพลายเฉพาะวงจรไปเลย ก็คงจะส้ินเปลืองอยางมากโดยไมจําเปน และยังเพ่ิมความยุงยากในการทดลองวงจรอีกดวย ดังนั้นเพาเวอรซัพพลายแบบปรับคาแรงดันเอาตพุตได ดูจะเปนการลงทุนและเปนการวางแผนการทํางานท่ีคุมคามากกวาแบบอื่นใดๆ ทั้งหมดนน่ั คอื จุดประสงคห ลักของโครงงานเพาเวอรซัพพลาย 0 – 40 V / 5 A สําหรับหอ งทดลองตัวน้ี

ข กติ ตกิ รรมประกาศ ในการจดั ทําโครงงาน POWER SUPPLY ปรับแรงดัน 0-40 V และปรบั กระแสได 5 Aสามารถเสรจ็ สมบูรณไ ดเ นอ่ื งดว ยความกรุณาของบคุ คลหลายทานทค่ี อยชว ยเหลือและคอยใหค ําปรกึ ษารวมท้ังขอเสนอแนะทเ่ี ปนประโยชนต อ โครงงาน ทางคณะผจู ดั ทาํ ใครข อแสดงความขอบพระคุณผทู ม่ี ีสวนเกย่ี วของทกุ ทา นซงึ่ บคุ คลเหลา นัน้ ประกอบดว ย ™ อาจารย ดร. ชาญชยั ทองโสภา อาจารยท ีป่ รึกษาโครงงานผูท่เี ปด โอกาสใหค ณะผจู ัดทาํ ได เรยี นรูการทาํ งานในโครงงานน้แี ละเปน ผปู ระสทิ ธประสาทวชิ าความรูร วมทัง้ คาํ ปรกึ ษา และคาํ แนะนําอนั เปน ประโยชนย ิ่งเก่ียวกบั โครงงาน ™ คณาจารยท กุ ทา นทเี่ กยี่ วขอ งในการใหความรูแกค ณะผจู ดั ทาํ และไดน ําความรูนัน้ มาใช ประโยชนใ นการพฒั นาโครงงาน ™ คณุ ประพล จาระตะคุ ทช่ี ว ยเหลือในการเบกิ งบประมาณ ™ คณุ ไพวลั ย สาสงั ข สาํ หรับคาํ แนะนาํ ทกุ อยา งในการจดั ทําโครงงาน ™ เพื่อนๆ วิศวกรรมโทรคมนาคมทกุ ทา นสาํ หรบั ความชวยเหลอื ที่ดที ุกดา น ตลอดจนกาํ ลังใจ ทมี่ อบใหแกค ณะผูจดั ทําตลอดมา สดุ ทา ยผจู ดั ทําขอกราบขอบพระคณุ บดิ าและมารดา ซง่ึ เปนผใู หโ อกาสทางการศกึ ษาและคอยสนับสนุน รวมทงั้ กาํ ลังใจทคี่ อยมอบใหตลอดมาอยา งหาท่ีเปรียบมิได ผจู ัดทํา นายภาณุเดช โสฬส นายเอกภูมิ ดรี ะพฒั น

ค สารบญั หนาบทคัดยอ............................................................................................................................................กกติ ตกิ รรมประกาศ.............................................................................................................................ขสารบัญ..............................................................................................................................................คบทท่ี 1 บทนํา.....................................................................................................................................11.1 กลา วนาํ ........................................................................................................................................11.2 วัตถุประสงคข องโครงงาน..........................................................................................................11.3 ขอบเขตของโครงงาน.................................................................................................................21.4 ขน้ั ตอนการดําเนนิ งาน................................................................................................................21.5 ประโยชนท ่ีคาดวา จะไดร ับ.........................................................................................................3บทที่ 2 ทฤษฎีและสัญลักษณที่ใชใ นการวเิ คราะหว งจร...................................................................42.1 ออปแอมป Operational Amplifiers............................................................................................42.2 ทรานซิสเตอร (TRANSISTORS)..............................................................................................162.3 วงจรทรานซิสเตอรส วทิ ซ (Transistor Switching Circuit).........................................................332.4 วงจรเรียงกระแส........................................................................................................................432.5 ไดโอด.......................................................................................................................................492.6 ตัวตา นทาน (Resistor)...............................................................................................................602.7 ตัวเกบ็ ประจุและตวั เหนย่ี วนาํ Capacitors and inductors...........................................................662.8 กฎของโอหม.............................................................................................................................702.9 กฎของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff’s Law)......................................................................................712.10 กฎแรงดนั เคอรช อฟฟ (Kirchhoff’s current Law : KVL)........................................................722.11 วงจร แบงแรงดนั (Voltage Divider Circuit)...........................................................................732.12 วงจรแบง กระแส.....................................................................................................................792.13 ทฤษฎขี องเทวินนิ ...................................................................................................................802.14 หมอแปลงไฟฟา.....................................................................................................................852.15 สญั ลักษณที่ใชในวงจร( Circuit Symbols ).............................................................................86

ง สารบัญ (ตอ) หนาบทที่ 3 หลักการของ Power Supply.................................................................................................90Transformer Specifications.............................................................................................................90The Rectifier...................................................................................................................................91The Center-tapped (CT) Configurations.........................................................................................92The bridge rectifier configuration..................................................................................................93The Filter........................................................................................................................................94Voltage Regulators.........................................................................................................................96บทท่ี 4 หลักการทาํ งานของวงจร Power supply.............................................................................97การทาํ งานของวงจร .......................................................................................................................97เรกเู ลเตอรและขยายกระแส.............................................................................................................97ตรวจจบั กระแส..............................................................................................................................100จํากัดกระแส..................................................................................................................................102ตรวจจบั อณุ หภูม.ิ ..........................................................................................................................104วงจรตรวดจับแรงดนั รบิ เปล ..........................................................................................................106บทที่ 5 การสรางการออกแบบและการทดสอบ.............................................................................108การออกแบบแผน PCB .................................................................................................................108การลงชุดอปุ กรณ...........................................................................................................................112การทดสอบ Power supply.............................................................................................................116บทที่ 6 สรปุ ผลและขอ เสนอแนะ..................................................................................................120บทสรุป..........................................................................................................................................120ส่ิงทีไ่ ดจากโครงงาน......................................................................................................................120ปญหาและอุปสรรค.......................................................................................................................121ขอ เสนอแนะ..................................................................................................................................121บรรณานุกรม.................................................................................................................................122ประวัติผเู ขยี น.................................................................................................................................123ภาคผนวก......................................................................................................................................124

1 บทท่ี 1 บทนํากลาวนํา ในปจ จบุ นั นี้ power supply ทีเ่ ราไดใชกนั อยโู ดยท่วั ไปในหองปฏบิ ตั ิการและในทอ งตลาดทั่วไปนน้ั มีความสามารถที่จะใชใ นการปรบั แรงดนั ไดแตไ มส ามารถท่ีจะปรับกระแสไฟไดห รือถงึ แมจะสามารถทีจ่ ะปรับไดแ ตกม็ รี าคาทส่ี ูงตามทองตลาด ซง่ึ ในความจรงิ แลว การที่ power supplyสามารถปรบั แรงดันไดอยางเดยี วแตไมสามารถปรับกระแสไดน ั้นอาจจะไมไ ดผลดนี กั กบั การทดลองหรอื การใชงานทส่ี ามารถควบคุมกระแสไฟฟาได โครงการน้จี ึงไดท าํ การศึกษาเก่ียวกบั power supply โดยออกแบบวงจรเพอื่ ใชใ นการควบคมุการทํางานของ power supply เพือ่ ทจ่ี ะให power supply นีส้ ามารถทีจ่ ะปรบั แรงดันใหอ ยใู นชว ง 0-40V และปรบั กระแสได 5 A และลกั ษณะเดนของวงจรทอ่ี อกแบบมานย้ี ังสามารถปรบจาํ กัดกระแสเอาตพุตไดพรอ มกนั มวี งจรหยุดการทาํ งานเมื่ออณุ หภมู สิ ูงเกนิ และสามารถเซต็ กระแสไดด ว ยสวิตชและตวั ตานทานปรับคาได ซง่ึ จากคณุ สมบตั เิ บื้องตน ของเพาเวอรซัพพลายชดุ นแ้ี ลว ทําใหมั่นใจไดเลยวา โครงงานนี้มคี วามแกรง ตอ การใชงานทท่ี รหดอดทนของการทดลองวงจรอิเลก็ ทรอนิกสใ นหอ งทดลอง รวมทงั้ มัน่ ใจไดเ ลยวาวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ สทีก่ ําลังทดลองอยนู ้ัน จะปลอดภัยจากทุกกรณีท่ีอาจเกดิ ขน้ึ ไดก ับเพาเวอรซ ัพพลายตวั น้ีวัตถปุ ระสงค 1.สามารถนําความรทู ่ไี ดจากภาคทฤษฏขี องวชิ าตางๆ ทไ่ี ดทําการศกึ ษามาปฏบิ ัติและประยกุ ตใ ช เพอื่ สรา งชนิ้ งานข้ึนมาและสามารถนํามาใชไดจรงิ 2.ศึกษาความรเู พิ่มเตมิ ในเรอื่ งตางๆ ท่เี กี่ยวขอ งกับการทาํ โครงการ เชน ศกึ ษาการทาํ งานของIC เบอรต างๆ รวมทงั้ ศึกษาการออกแบบแผน ปรนิ๊ (PCB) เปนตน 3.ศกึ ษาการทาํ งานและออกแบบวงจรอิเลก็ ทรอนิกส 4.ศกึ ษาความรดู ว ยตวั เองอยา งมีประสิทธภิ าพ 5. เพื่อนาํ ความรทู ไ่ี ดไ ปทดลองปฎบิ ตั ิงานจริง 1

2 6.หาจุดบกพรอ ง สาเหตุ และสามารถแกไ ขไดขอบขายงาน 1.สรางเครื่องจา ยกําลังไฟฟา (POWER SUPPLY) 2.ใช IC เบอรต า งๆ ในการควบคุมการทาํ งาน 3.สามารถปรับแรงดนั ไดในชว ง 0-40 V 4.สามารถปรับกระแสได 5 A 5.ปรบั อัตตราการจํากดั กระแสเอาตพตุ ไดพ รอมกัน 6.มวี งจรหยดุ การทํางานเมอื่ อุณหภูมสิ ูงเกนิ 7.มีสวิตชเปด-ปด แรงดนั จา ยออกทางเอาตพ ุต 8.เซ็ตคา กระแสไดด วยสวติ ชแ ละตวั ตานทานปรับคาได 9.ใชอุปกรณอเิ ลก็ ทรอนกิ สต างๆในการชว ยขยายแรงดนั และกระแสตามท่ตี องการข้นั ตอนการทํางาน 1.ศึกษาคนควา หาขอมลู 2.เขียนโครงการและเสนอโครงการกบั อาจารยท่ปี รึกษา 3.ออกแบบวงจร 4.ซอื้ อปุ กรณท ่ีใชใ นโครงการนี้ 5.ออกแบบแผน ปริน๊ PCB 6.สรา งวงจรประดิษฐชนิ้ งาน 7.นําวงจรทส่ี รา งไปทดลองและแกไ ขใหไ ดต ามท่ตี องการ 8.สรุปผลการทดลองและเขยี นรายงาน 9.นําเสนอโครงงาน 2

3ประโยชนที่คาดวา จะไดร บั 1. ไดเ รียนรูการใชโ ปรแกรม Protel เพือ่ สรางแผน ลายวงจรPCBสามารถนําโครงงานนไ้ี ป ใชใ นหองปฎบิ ตั ิการทดลอง หรือใชงานในชวี ิตประจําวนั ทเี่ กย่ี วของกบั วงจร อิเล็กทรอนิกสเ พ่ือใชเปน ตวั จา ยไฟได 2. ไดรับความรูเ พ่มิ เตมิ จากการปฏบิ ตั ิ หลงั จากไดศกึ ษาขอ มลู ในภาคทฤษฎีมาแลว 3. ไดร ับความรเู พ่มิ เติมนอกเหนือจากหลกั สูตรทเี่ รียน 4. รูจ กั ทํางานเปน ทมี 3

4 บทท2ี่ ทฤษฎีและสัญลักษณ2.1 ออปแอมป Operational Amplifiers ออปแอมป เปน อุปกรณอ ิเลก็ ทรอนิกสชนดิ หน่ึงที่มกี ารทาํ งานเปนแบบ Voltagecontrolledvoltage souce ซง่ึ สามารถประยกุ ตใชก ับสญั ญาณไดด งั นี้ 1. รวมสัญญาณ (sum signal) 2. อนุพนั ธส ัญญาณ (differentiate signal) 3. อินทิเกรตสัญญาณ (Integrate signal) 4. ขยายสญั ญาณ(Amplify signal) ภายในตวั ออปแอมปเมอ่ื พจิ ารณาถึงวงจรภายใน ในสภาวะทีไ่ มเปน อดุ มคติ (non-ideal)จะประกอบไปดว ยวงจรสมมลู ดังรูป รปู ที่ 1 วงจรสมมลู ของ non-Ideal Op amp

5 เมื่อพิจารณาถงึ วงจรสมมลู ดงั รูปท่ี 1 สามารถเขียนเปน สมการความสัมพนั ธร ะหวา งแรงดนั อินพตุ และแรงดนั เอาทพ ตุ ดังนี้ V o =AV d =A(V2−V1) ซึ่งแหลงจายแรงดัน จะทํางานไดกต็ อเมือ่ มีแรงดันตกครอ มท่ี i R ซงึ่ จะเกดิ ขน้ึ จากแรงดันอินพตุ 1 v และ 2 v นน่ั เองเพอ่ื ความสะดวกในการวิเคราะหว งจรออปแอมปจ ะใชคณุ ลักษณะทางอุดมคตใิ นการวเิ คราะหว งจรนิยามของออปแอมปในอดุ มคติ การพจิ ารณาออปแอมปท างอุดมคติจะกําหนดใหอ ัตราขยายลปู เปด A มคี า อนนั ต ความตา นทานอนิ พตุ มคี าเปนอนนั ต และความตา นทานเอาทพ ุตมีคา เปน ศนู ย คือและสามารถสรุปความสมั พนั ธข องกระแสและแรงดันไดดงั ตอ ไปน้ีและสามารถสรปุ ความสัมพนั ธของกระแสและแรงดนั ไดดังตอไปน้ี

6 รูปท่ี 2 ออปแอมปท างอุดมคติดงั นัน้ กระแสที่ไหลเขา ออปแอมปทางดา นอินพตุ จะมีคาเทากบั ศนู ย i1=0,i2=0 หรือ i1 =i2และแรงดนั ทข่ี าบวกและขาลบจะมีคา เทากัน V (+) = V( −)Note:เราสามารถหา V( +) ,V ( −) งายๆดวยการสังเกตท่วี งจรถา ขั้วใดขว้ั หน่ึงตอ ลงกราวดคาแรงดันตกครอ มกจ็ ะมคี าเทา กับศูนย หรือถาเกดิ ตอกบั แหลง จายแรงดนั คา แรงดันตกครอมที่ข้วั ก็จะมคี า เทากับคา แรงดันทแ่ี หลงจา ยน้ัน เราจะเห็นแลว วาสมการเร่มิ คํานวณงา ยขึ้น แตกค็ งสงสยั ตอไปวา จะคํานวณหาคา แรงดนัเอาทพ ตุ ไดอ ยา งไรในสภาวะอุดมคตนิ ี้ เราสามารถหาสมการของแรงดนั อนิ พตุ และเอาทพ ตุ ไดจ ากทฤษฎีของ Kirchhoff’s Current Laws (KCL) มาชว ยในการคาํ นวณหาสมการความสัมพันธน้ัน ซึ่งสามารถพิสูจนไ ดดงั นี้

7วงจรขยายสญั ญาณแบบกลับเฟส (Inverting Amplifier) วงจรขยายสัญญาณแบบกลบั เฟส คือ วงจรออปแอมปท ก่ี ลับสัญญาณอนิ พตุ ใหม ีเครื่องหมายตรงกนั ขา มกับของเดิม รูปท่ี 3 วงจรขยายสญั ญาณแบบกลับเฟสพจิ ารณาจากรปู ดา นบนเราจะไดค วามสัมพันธข องแรงดันอนิ พตุ คอื V (+) = 0 = V( −)(ขว้ั บวกของออปแอมปต อ ลงกราวด แรงดนั ทขี่ ัว้ มนั จงึ มคี า เทา กับศูนย)พจิ ารณาท่ีโนด V ( -) จาก KCL;

8เม่ือแทนคา V( −) = 0 ในสมการขา งตน จะไดสมการความสัมพนั ธ คอืซง่ึ คอื คา voltage gainจะเหน็ ไดวาคา voltage gain มคี า ติดลบซึ่งเปนการบงบอกถงึ วงจรดังกลาวทําหนาทก่ี ลบัสญั ญาณวงจรขยายสญั ญาณแบบไมก ลบั เฟส (Noninverting Amplifier) วงจรขยายสัญญาณแบบไมก ลับเฟส คือ วงจรออปแอมปท ่ีออกแบบมาเพ่ือใหvoltage gain มคี า เปน บวก หรอื ใหคา เอาทพ ุตคงคา เคร่ืองหมายเหมือนเดมิ

9 รปู ที่ 4 วงจรขยายสญั ญาณแบบไมก ลับเฟสพิจารณาจากรปู จะได V (+) = Vi = V( −)(ข้ัวบวกของ Op amp ตอกับแหลง จา ยแรงดัน แรงดันทข่ี ว้ั มันจึงมคี าเทา กับแรงดนั ที่แหลงจา ยนนั้ )พิจารณาทีโ่ นด V( -) จาก KCL;เมอื่ แทนคา V( -) = Vi− ในสมการขา งตน จะได

10วงจรขยายสญั ญาณแบบรวมสัญญาณ (Summing Amplifier) วงจรขยายสัญญาณแบบรวมสัญญาณ คอื วงจรออปแอมปทีร่ วมอนิ พตุ ต้งั แต 2อินพตุ ขน้ึ ไปมารวมกนั รปู ท่ี 5 วงจรขยายสัญญาณแบบรวมสัญญาณพิจารณาจากรปู (สังเกตที่ข้วั บวก)จะได V (+) = 0 = V( −)พจิ ารณาที่โนด V( -) จาก KCL;

11เมือ่ แทนคา V ( -) = 0 ในสมการขางตน จะไดส มการความสัมพนั ธร ะหวางอนิ พุตและเอาทพ ุต คือวงจรขยายสญั ญาณแบบเปรยี บเทียบสัญญาณ (Difference Amplifier) วงจรขยายสัญญาณแบบเปรยี บเทียบ คอื วงจรท่ที าํ หนาที่เปน ตัวเปรียบเทยี บความแตกตางระหวา งสองอนิ พุตรูปท่ี 6 วงจรขยายสญั ญาณแบบเปรียบเทียบ

12จากรปู พิจารณาทโี่ นด V ( +) จาก KCL; (1)จะไดพจิ ารณาทโี่ นด V ( -)จาก KCL; (2)จากความสัมพนั ธข องแรงดนั V ( +) = V ( -) แทนสมการ(1) ใน(2) จะไดวงจรขยายสญั ญาณแบบตามแรงดัน (Voltage Follower (Buffer) วงจรขยายสัญญาณแบบตามแรงดนั จะมี่แรงดนั ทางดานเอาทพตุ เทา กบั แรงดันทางดา นอนิ พตุ

13 รปู ท่ี 7 The voltage followerพิจารณาจากรปู จะได V (+) = Vi = V( −)และ V( −) = V0ได V0 = Viการตอ วงจรออปแอมปแ บบแคสเคด (Cascaded Op Amp Circuit) การตอแบบแคสเคดจะเปน การตออนุกรมออปแอมปต ้งั แต 2 วงจรขน้ึ ไป โดยคาเอาทพ ตุ จะเปน คาอนิ พตุ ของอีกวงจรหนึง่ ตอ ไปเร่ือยๆ(เอาทพ ุตของวงจรออปแอมปต วั แรกจะเปน อินพตุ ของออปแอมปวงจรทส่ี อง)

14 รปู ที่ 8 วงจรออปแอมปต อ อนกุ รมกัน 3 วงจรเม่ือพจิ ารณาจากรูปจะเหน็ ไดวา คา voltage gain ของวงจรมคี า เทา กับ A = A1A2A3วงจรขยายสญั ญาณในการวดั ทางอตุ สาหกรรม (Instrumentation Amplifiers) วงจรขยายสัญญาณในการวดั ทางอุตสาหกรรม คอื วงจรออปแอมปที่ใชใ นการขยายสัญญาณท่ไี ดจ ากการวัดซึง่ ใชในงานอตุ สาหกรรมทัว่ ๆไป จะมีรูปวงจรดงั นี้

15รูปท่ี 9 (a) วงจรขยายสัญญาณในการวดั ทางอตุ สาหกรรมโดยปรับเกนดว ยตวั ตานทานภายนอก (b) รูปวงจรรวมวงจรขยายสญั ญาณในการวดั ทางอตุ สาหกรรมจะมสี มการความสมั พันธระหวางแรงดนัเอาทพ ุตและแรงดนั อินพตุ เปน V o =A v( V2 − V1 )เมอื่ คา voltage gain หาไดจ ากสรุป1. ออปแอมปในอดุ มคตจิ ะมคี า2. สาํ หรบั ออปแอมปใ นอดุ มคติกระแสทไ่ี หลเขา ภายในตัวมันท้งั สองขว้ั อินพตุ จะมีคาเทากับ “ศนู ย” i1=0,i2 =0 หรือ i1 =i2 และความตางศกั ยท่ตี กครอ มขั้วอินพุตจะมคี าเทากัน V( +) = V( -)3. วงจรขยายสัญญาณแบบกลบั เฟส คอื วงจรออปแอมปที่กลับสญั ญาณอนิ พุตใหมีเคร่อื งหมายตรงกนั ขามกบั ของเดมิ4. วงจรขยายสญั ญาณแบบไมกลับเฟส คอื วงจรออปแอมปท อ่ี อกแบบมาเพ่อื ใหvoltage gain มีคา เปนบวก หรอื ใหค าเอาทพ ตุ คงคาเครอ่ื งหมายเหมอื นเดิม5. วงจรขยายสญั ญาณแบบรวมสัญญาณ คอื วงจรออปแอมปท ร่ี วมอนิ พตุ ตง้ั แต 2อินพตุ ขึ้นไปมารวมกนั6. วงจรขยายสญั ญาณแบบเปรยี บเทยี บ คือ วงจรทท่ี ําหนาท่เี ปน ตวั เปรียบเทยี บความแตกตางระหวางสองอนิ พุต7. วงจรขยายสัญญาณแบบตามแรงดัน จะมแ่ี รงดนั ทางดานเอาทพ ุตเทากับแรงดนัทางดานอนิ พตุ

162.2ทรานซิสเตอร (TRANSISTORS) ทรานซสิ เตอรเ ปนอุปกรณอ ิเลคตรอนิกสซ ึ่งมีรอยตอ ของสารกึง่ ตวั นาํ pn จาํ นวน 2 ตําแหนงจึงมชี ่ือเรียกอกี อยางหน่งึ วา ทรานซิสเตอรรอยตอไบโพลาร (Bipolar Juntion Transistor(BJT)ประเภทของทรานซสิ เตอร (Type of Transistors) ทรานซิสเตอรแบงตามโครงสรางได 2 ประเภท คอื ทรานซิสเตอรแบบ npn (npn Transistor)และทรานซสิ เตอรแบบ pnp (pnp Transistor) ทรานซิสเตอรแบบ npn ประกอบดวยสารกง่ึ ตัวนาํ ชนดิ n จาํ นวน 2 ชนิ้ ตอเช่อื มกับสารก่ึงตัวนําชนดิ p จํานวน 1 ชน้ิแสดงสัญลกั ษณเ ปนดังรปู ทรานซิสเตอรแบบ pnp ประกอบดวยสารก่งึ ตวั นําชนดิ p จํานวน 2 ชน้ิ ตอเชอื่ มกับสารกึง่ตัวนาํ ชนดิ n จํานวน 1 ชิ้นแสดงสญั ลกั ษณเ ปน ดงั รูป

17กระแสและแรงดันของทรานซิลเตอร (Transistor Current and Voltage) เนอ่ื งจากทรานซสิ เตอรเ ปน อุปกรณท ม่ี ขี ัว้ 3 ขว้ั คือ ขวั้ คอลเลคเตอร (Collector;C), ข้ัวเบส(ÚBase;B) และขัว้ อิมเิ ตอร (Emitter;E) จึงมีกระแสและแรงดนั ทรานซสิ เตอรหลายคา ดงั น้ีกระแสของทรานซสิ เตอร ทรานซิสเตอรเ ปนอุปกรณซ ง่ึ ถูกควบคุมดว ยกระแสเบส [Base Current; IB] กลาวคอื เมือ่ IB มีการเปล่ียนแปลงแมเ พียง เลก็ นอยกจ็ ะทาํ ใหกระแสอมิ เิ ตอร [Emitter Current; IE] และกระแสคอลเลคเตอร [Collector Current; IC] เปลีย่ นแปลงไปดวย นอกจากน้ถี าเราเลือกบริเวณการทาํ งาน (Operating Region) หรอื ทําการไบอัสทรี่ อยตอของทรานซสิ เตอรท้ัง 2 ตําแหนง ใหเ หมาะสม ก็จะได IE และ IC ซง่ึ มีขนาดมากข้นึ เมือ่ เทยี บกับ IB จากรูป เมือ่ จา ยสัญญาณกระแส ac ทีข่ ้ัวเบส (ib) หรือทด่ี า นอนิ พตุ ของทรานซิสเตอรกจ็ ะไดรบัสญั ญาณเอาตพตุ ที่ขัว้ E (ie) และท่ขี ว้ั C (ic) มีขนาดเพม่ิ ขน้ึ ตัวประกอบหรือแฟกเตอรทที ําใหกระแสไฟฟา จากขวั้ เบสไปยังข้วั คอลเลคเตอรของทรานซสิ เตอรมีคาเพ่ิมขน้ึ เรยี กวา อัตราขยายกระแสไฟฟา (Current Gain) ซง่ึ แทนดว ยอกั ษรกรกี คอื เบตา (Beta ) ถา ตองการหาปรมิ าณ IC ของทรานซสิ เตอร กเ็ พียงแตค ณู IB ดวยพิกดั Beta เขยี นเปนสมการไดค อืIC = Beta*IB ; สมการท่ี 1

18 IE = IB + IC ; สมการท่ี 2-a IC ~ IE ; สมการที่ 2-bแรงดันของทรานซิสเตอรขณะตอทรานซิสเตอรเพื่อใชกับงานจรงิ มีแรงดนั ไฟฟา หลายประการเกดิ ข้นึ ดงั นี้VCC , VEE, และVBB เปนแรงดนั ไฟฟา จากแหลงจา ยไฟฟา กระแสตรงVC , VB และ VE เปน แรงดันไฟฟา ทว่ี ัดไดจากขวั้ C, B และ EVCE , VBE และVCB เปน แรงดันไฟฟาทว่ี ดั ไดร ะหวา งขวั้ ทีร่ ะบตุ ามตัวหอ ย

19โครงสรางและการทํางานของทรานซสิ เตอร (Transistor Construction and Operation) ไดก ลาวมาแลว วา ทรานซิสเตอรประกอบดว ยสารกึ่งตวั นาํ 3 ช้นิ ตอเชอื่ มกัน ดังนั้นจงึ มีรอยตอpn จํานวน 2 ตาํ แหนง ดงั รปู ตาํ แหนงท่อี มิ ติ เตอรก ับเบสเชอ่ื มกันเปนรอยตอ pn เรยี กวา รอยตอ อมิ ิเตอร- เบส (EmitterBase Juntion) สว นตาํ แหนง ที่ คอลเลคเตอรกบั เบสตอ เชื่อมกันเรียกวา รอยตอ คอลเลคเตอร- เบส(Collector Base Juntion) เขยี นแทนไดด ว ย คา เทียบเคียงของไดโอด เม่ือนําหลกั การ มารว มพิจารณา ทําใหทราบวา การท่ีจะนาํ ทรานซลิ เตอรไ ปใชง านไดนน้ั ตอ งตอแรงดนั ไฟฟา เพอ่ื ทาํ การไบอสั ที่รอยตอ หรอื ไดโอดเทยี บเคียงทัง้ สอง เน่อื งจากทรานซลิ เตอร มี 3 ข้วัการตอแรงดนั ไฟฟา ท่ขี ้ัวเพอ่ื ใหทราน ซสิ เตอรทาํ งานจงึ เปน ไปได 3 แบบคอื • การใหทรานซสิ เตอรท ํางานท่ีบรเิ วณคัตออฟ (Cut-off Region) • การใหท รานซสิ เตอรท าํ งานทีบ่ รเิ วณอมิ่ ตวั (Saturation Region) • การใหท รานซสิ เตอรทํางานท่บี รเิ วณแอกตฟี (Active Region) ในการอธิบายถงึ การทาํ งานทบ่ี รเิ วณตาง ๆ ของทรานซิสเตอรน ัน้ จะเริ่มตน จากกรณไี มมีการตอ แรงดนั ที่ขว้ั ของทรานซสิ เตอร หรือกรณไี มไดร บั การไบอัส

20กรณไี มไ ดร บั การไบอัส ขณะทรานซิสเตอรไมไดร บั การไบอสั จะเกดิ บรเิ วณปลอดพาหะ (Depletion Region) ทีร่ อยตอทงั้ สองการทํางานทบี่ รเิ วณคตั ออฟ การตอ แหลง จา ยไฟฟา ใหท รานซิสเตอรท าํ งานในบรเิ วณคตั ออฟเปน การไบอสั กลับทรี่ อยตอ ทั้ง2 ตาํ แหนง ซง่ึ จะทาํ ใหก ระแสทีไ่ หลผา นข้ัวทง้ั สามมคี าใกลศ ูนย จากการตอ วงจรในลกั ษณะดงั กลาวบริเวณปลอดพาหะทงั้ สองบรเิ วณจะขยายกวา งขึน้ จงึ มเี พยี งกระแสยอน กลบั (Reverse Current) กระแสรั่วไหลปรมิ าณตา่ํ มากเทา นนั้ ทไ่ี หลจากคอลเลคเตอรไปยังอิมิตเตอรไ ด

21การทํางานทบ่ี ริเวณอิม่ ตวั จากสมการท่1ี ทาํ ใหทราบวาถาคา IB เพม่ิ ขน้ึ IC กจ็ ะเพิ่มขนึ้ ดว ย เมื่อ IC เพ่ิมข้นึ จนถึงคา สงู สุด หรอื เรยี กวา ทรานซิสเตอรเกิดการอ่มิ ตัว ณ ตําแหนงนค้ี า IC จะเพ่มิ ตามคา IB ไมไ ดอ กี แลว การหาคา IC ทาํ ไดโ ดยใช VCC หารดว ยผลรวมของความตา นทานทข่ี ้ัวคอลเลคเตอร (RC)กบั ความตานทาน ทีข่ วั้ อมิ ิตเตอร(RE) ดังรปู สมมตขิ ณะท่ี VCEของทรานซสิ เตอรม คี า 0 V (สภาพในอดุ มคติ) IC จะขนึ้ อยูกบั คา VCC, RCและ RE ดังน้ี IC = VCC / ( RC+RE ) การตอแหลงจา ยไฟฟา ใหท รานซิสเตอรทํางานในบรเิ วณอม่ื ตัว เปน การไบอสั ตรงท่รี อยตอ ทั้ง2 ตาํ แหนง ของทรานซิสเตอร ดงั รูป

22 สมมตคิ า VCE ของทรานซิสเตอรขณะอ่มิ ตวั มีคา 0.3 V (ซง่ึ ตาํ่ กวา VBE ทีม่ ีคา0.7 V) บริเวณรอยตอ คอลเลคเตอร-เบส จะไดรบั การไบอสั ตรงดว ยผลตางระหวา งแรงดนั VBE กับ VCE (เทากับ 0.4 V)กระแสไฟฟา IE, IC และ IB จะมที ิศทางดงั รูปการทํางานท่ีบริเวณแอกตีฟ การตอ แหลงจายไฟฟา ใหท รานซิสเตอรทํางานในบริเวณแอกตฟี เปน การแอกตฟี เปนการไบอสัตรงท่รี อยตอ อิมติ เตอร- เบส และไบอสั กลบั ทร่ี อยตอ คอลเลคเตอร-เบส ดงั รูป

23 การอธบิ ายหลกั การทํางานของทรานซสิ เตอรใ นบริเวณนจ้ี ะงา ยขน้ึ ถาพิจารณาเฉพาะรอยตออิมิตเตอร- เบส โดยแทนดว ยสญั ลักษณข องไดโอด ดังรปู b [สมมติ VBE มคี ามากพอทจ่ี ะทาํ ใหไ ดโอดทํางาน (Si ประมาณ 0.7 V และGe ประมาณ0.3 V)] รอยตอคอลเลคเตอร- เบสไดรับการไบอสั กลับ ทาํ ใหบ ริเวณปลอดพาหะกวางกวา ท่รี อยตออิมติ เตอร-เบสซ่งึ ไดรับการไบอสั ตรง ดังนั้น ความตานทานที่เบส (RB) จึงมคี า สูง เมื่อพจิ ารณาในรปูของไดโอดจะเหน็ วา IB เปน กระแสท่มี คี าตาํ่ มาก เมอื่ เทยี บกับกระแสคอลเลคเตอร (IC) และเปนสว นหน่ึงของ IE ดงั นนั้ IE สวนใหญจ ึงเปนกระแส IC ซ่งึ ผา นรอยตอ คอลเลคเตอร- เบส ของทรานซสิ เตอรคาพกิ ดั ของทรานซสิ เตอร คาพิกัดของทรานซสิ เตอรมหี ลายประเภท ในหวั ขอ นี้จะกลา วถึงคาพกิ ดั เฉพาะบางประเภทอันเปนพืน้ ฐาน สําคัญสําหรบั การนําทรานซสิ เตอรไ ปใชวานใหไ ดประสทิ ธภิ าพสูงสดุ และหลีกเลย่ี งไมใ หเ กิดความเสยี หายใด ๆ ซงึ่ ไดแ ก พกิ ดั เบตาไฟฟา กระแสตรง, พิกัดอัลฟาไฟฟากระแสตรง, พิกดั กระแสไฟฟา สูงสุด และพกิ ดั แรงดันไฟฟาสูงสดุเบตาไฟฟา กระแสตรง (DC BETA) พกิ ดั เบตาไฟฟากระแสตรงของทรานซสิ เตอรซ ่งึ มักเรยี กสั้น ๆ วา เบตา เปน อัตราสว นของ IC ตอIB เขยี น เปน สมการไดด งั น้ี คอื Beta = IC / IB ; สมการที่ 3

24วงจรทรานซิสเตอรสว นมากมีสญั ญาณอินพุตจายใหข ว้ั เบส และสญั ญาณเอาตพตุ ออกจากขว้ัคอลเลคเตอร เบตาของทรานซิสเตอรจ ึงเปนสญั ลกั ษณแทนอตั ราขยายกระแส dc (dc Current Gain)ของทรานซิลเตอร จากสมการ 1 และ 3 หาคา กระแสอิมติ เตอรไ ด ดังนี้ IC = Beta *IB ; สมการที่ 4 IE = IB + IC = IB+Beta*IB IE = IB(1+Beta) ; สมการท่ี 5เราใชเบตาและกระแสไฟฟาท่ีข้วั ใดขวั้ หนงึ่ หาคากระแสไฟฟา ท่ขี ้ัวอน่ื ๆ ไดอลั ฟาไฟฟา กระแสตรง (DC Alpha) พิกัดอัลฟาของทรานซสิ เตอร ซง่ึ มกั เรยี กสน้ั ๆ วา อัลฟา คอื อตั ราสวน ICตอ IE เขียนเปนสมการได ดงั น้ีAlpha = IC / IE สมการที่ 6 เม่อื นาํ กฎกระแสไฟฟาของเคอรช อฟฟม ารวมพจิ ารณา จะเหน็ ไดว า ความสมั พนั ธระหวา งกระแสไฟฟา ที่ ข้วั ท้งั สามของทรานซสิ เตอรเ ปน ดงั สมการ 1 คอื ; IE = IB+IC ; IC = IE-IB เนื่องจาก IC มีคา ต่ํากวา IE (เปนปริมาณเทา กับ IB) ดังน้ัน Alpha หรอื IC/IE จึงมคี าตา่ํ กวา Iจากสมการท่ี 6 ทาํ ใหไดIC = Alpha * IE สมการที่ 7จากความสมั พนั ธดงั กลาว หาคา IB ไดดงั นี้

25 IB = IE- IC = IE- (Alpha* IE) IB = IE(1-Alpha) ; สมการท่ี 8ความสมั พนั ธค ระหวา งอลั ฟาและเบตา(The Relationship Between Alpha and Beta) โดยทวั่ ไปสเปคของทรานซสิ เตอรจ ะระบคุ า เบตา แตจ ะไมมีคา อัลฟาเน่อื งจากมักใชค า เบตาสําหรบั การคํานวณในวงจรทรานซสิ เตอรมากกวาอัลฟา แตใ นบางครัง้ จําเปน ตอ งหาคา อลั ฟาเพ่ือคํานวณคา อื่นตอ ไป จงึ มีวธิ ีการหาคา อัลฟาในเทอมของเบตา โดยเรมิ่ ตน จาก Alpha = IC / IEเขยี นสมการใหมโ ดยใชส มการท่4ี แทนคา IC และสมการที5่ แทนคา IEAlpha = Beta / ( 1+ Beta ) สมการท่ี 9 IE = ( Beta + 1)*IB สมการท่ี 10พิกดั กระแสไฟฟาสูงสดุสเปคของทรานซสิ เตอรระบคุ าพกิ ัดสูงสดุ ของกระแสคอลเลคเตอร [IC(max)] ไวเสมอ IC (max) หมายถงึ กระแสคอลเลคเตอรสูงสุดท่ีทรานซสิ เตอรทนไดโ ดยไมทาํ ใหเ กิดความรอ นจนทรานซิสเตอร เสียหาย ดังนน้ั การนาํ ทรานซิสเตอรไ ปใชงานตอ งระวังไมใ หคา IC สูงกวา IC(max)คา IC(max) จะขน้ึ อยกู ับคา กระแสเบสสูงสุด [IB(max)] ดงั น้ีIB(max) = IC(max) / Beta (max) ; สมการท่ี 11พกิ ดั แรงดันไฟฟาสงู สุด

26 สเปคของทรานซสิ เตอรส ว นมากจะระบุคา พกิ ดั สูงสุดของแรงดันทขี่ ั้วคอลเลคเตอร-เบส [VCB](max) VCB(max) หมายถึง แรงดนั ไบอัสกลับท่ใี ชกลับทใ่ี ชกบั รอยตอคอลเลคเตอร-เบสไดโดยไมทําใหทรานซิสเตอรเ สียหาย ดังนน้ั การนาํ ทรานซลิ เตอรไ ปใชงานจงึ ตองระวังไมใ ห VCB สูงกวา VCB(max)การจัดโครงสรางของทรานซสิ เตอรพนื้ ฐาน(Basic Transistor Configuration) เราทราบวาโครงสรา งของทรานซิสเตอรมีจํานวนทงั้ หมด 3 ขว้ั จงึ จัดโครงสรา งใหอ ยูใ นรูปวงจรได 3 แบบ คอื • วงจรอิมิตเตอรรว ม • วงจรคอลเลคเตอรร วม • วงจรเบสรว มวงจรอมิ ติ เตอรร ว ม(Common Emitter) วงจรอิมติ เตอรร ว ม เปน วงจรท่ีมกี ารจา ยอินพตุ ใหก ับข้ัวเบสและมเี อาตพุตออกมาจากขวั้คอลเลคเตอร

27 ชอ่ื อมิ ติ เตอรร วมเปน นยั แสดงวาแหลงจายแรงดนั ไฟฟา ท้งั สองมีจดุ ตอ รว มกับขว้ั อมิ ิตเตอรวงจรอิมติ เตอรรว มมอี ตั ราขยายกระแสและอัตราขยายแรงดันไฟฟา สูงและมกี ารเลือ่ นเฟสแรงดนั acอนิ พุตไปยังเอาตพ ุต เปนมุม 180 องศาวงจรคอลเลคเตอรร ว มหรอื วงจรตามสญั ญาณอมิ ติ เตอร( CommonCollector or Emitter Follower) วงจรคอลเลคเตอรร ว มหรอื วงจรตามสญั ญาณอมิ ิตเตอรเปน วงจรทม่ี กี ารจา ยอนิ พตุ ให ขวั้ เบสและเอาตพตุ ออกจากขว้ั อมิ ิตเตอร วงจรคอลเลคเตอรรวมมีอัตราขยายกระแสไฟฟาสงู แตอ ตั ราขยายแรงดนั ไฟฟาต่ํา แรงดนั acอินพุตกบั แรงดัน ac เอาตพตุ จะ inphase กนัวงจรเบสรว ม(Common Base) วงจรเบสรว ม เปน วงจรที่มกี ารจา ยอินพตุ ใหขั้วอมิ ติ เตอร และเอาตพ ตุ ออกจากขวั้คอลเลคเตอร ชือ่ เบสรว มเปนนยั แสดง ใหท ราบวา ข้ัวเบสเปน จุดตอ รวมกับแหลง จา ยแรงดันไฟฟาท้ังสองวงจรเบสรวมใชม ากในงานทีต่ องการความถ่ีสงู มอี ัตราขยายกระแสไฟฟา ต่าํ อตั ราขยายแรงดันไฟฟา สูง และแรงดนั ac อนิ พตุ กบั แรงดัน ac เอาตพุต Inphase กัน

28เคอรฟ คณุ ลกั ษณะของทรานซิสเตอร (Transistor Characteristic Curves) ในหวั ขอน้จี ะพิจารณาเคอรฟ คณุ ลกั ษณะท่ีใชอ ธิบายการทํางานของทรานซลิ เตอร ซ่ึงประกอบดวย เคอรฟ คอลเลคเตอร เคอรฟ เบส (ไมพิจารณาเคอรฟของอิมติ เตอร เนือ่ งจากมีคณุ ลกั ษณะเหมอื นกัลคอลเลคเตอร) และเคอรฟ าเบตาเคอรฟคอลเลคเตอร (Collector Curves) เคอรฟคอลเลคเตอรแ สดงความสัมพนั ธระหวาง IC IB และ VCE ดังรูป สงั เกตไดว า เคอรฟแบงออกเปน 3 สว น คือ 1. - บริเวณอิ่มตัว (Saturation Region) คอื บรเิ วณท่มี คี า VCEตํา่ กวา แรงดนั ที่สวนโคงของ เคอรฟ (Knee Voltage; VK) ซง่ึ เปนระดับแรงดันไฟฟา ทที่ าํ ใหทรานซสิ เตอรเรมิ่ ทาํ งาน 2. บรเิ วณแอกตฟี (Active Region) คือบริเวณทีม่ คี า VCEอยรู ะหวาง VK ถงึ แรงดันพังทลายหรอื แรงดันเบรกดาวน (Breakdown Voltage; VBR) 3. บริเวณเบรกดาวน (Breakdown Region) คือบรเิ วณที่มีคา VCE มากกวา VBR ข้นึ ไป

29 ถาเราเพ่มิ คา IB จาก 100 uA เปน 150 uA กจ็ ะไดเ คอรฟ เปน ดังรูป และหากเปลีย่ แปลง IB หลายๆ คา ก็จะไดเคอรฟ คอลเลคเตอร ดงั รูปเคอรฟ เบส (Base Curves) เคอรฟ เบสของทรานซิสเตอรแสดงความสมั พันธระหวาง IB กับ VBE ดงั รปู จะเหน็ ไดว าเคอรฟน้มี ลี กั ษณะคลา ยกัลเคอรฟ ของไดโอดขณะไดร บั ไบอสั ตรง

30เคอรฟ เบตา (Beta Curves) เคอรฟเบตาแสดงลักษณะทเ่ี บตาไฟฟากระแสตรงเปลย่ี นแปลงตามอณุ หภูมแิ ละIC ดงั รูป จะเหน็ ไดว าขณะอณุ หภมู (ิ T) = 100 C ํ เบตาจะมีคามากกวาขณะอณุ หภมู (ิ T)= 25 C ํนอกจากนี้แบตายงั ลดลงเม่ือ IC เปล่ยี นแปลงตาํ่ กวา และสูงกวาคา ท่กี าํ หนดไวอ กี ดว ยขอ จํากดั ในการทาํ งาน (Limits of Operation) เราทราบวาเคอรฟ คณุ ลกั ษณะของทรานซสิ เตอรป ระกอบดย 3 บรเิ วณ(ไมรวมบริเวณเบรกดาวน) คือบรเิ วณแอกตฟี , คตั ออฟ และอม่ิ ตัว ถาตอ งการไดสญั ญาณเอาตพตุ ท่ดี ีทีส่ ุด ไมเ พยี้ นหรอื บิดเบย้ี ว ตองกาํ หนดบริเวณการทํางาน ใหอยูในยานแอกตฟี เทา น้ัน

31 จากหวั ขอ ทีผ่ า นมา ทาํ ใหท ราบวา การนาํ ทรานซสิ เตอรไปใชงานโดยไมเ กดิ ความเสียหายนน้ัจะตอ งมคี า IC ตํ่ากวา IC(max) และคา VCB ตํา่ กวาVCB(max)นอกจากนัน้ คา VCE ท่ใี ชง านตอ งต่าํ กวา VCE(max)ดวย เคอรฟคอลเลคเตอร เกดิ จากความสมั พันธระหวาง IC กบั VCE เสน แนว ตัง้ ของเคอรฟที่ตาํ แหนงVCE(sat) และ VCE(max) เปนสว นหนง่ึ ท่ีกําหนดขอบเขตการทํางานของทรานซสิ เตอรในบรเิ วณแอกตีฟ ตาํ แหนง VCE(sat) เปน ตัวกาํ หนดคา VCE ตา่ํ สดุ ทใ่ี ชง านได คือบอกใหทราบวาการทํางาน ของทรานซสิ เตอรต ัง้ แตค าน้ีเปน ตน ไปไมอ ยใู นบริเวณอม่ิ ตวั สว นตาํ แหนง VCE(max) เปนตวั กาํ หนดคา VCEสงู สดุ ทใี่ ชง านได คือบอกใหท ราบวา การ ทาํ งานของทรานซิสเตอรไ มอ ยใู นบริเวณเบรกดาวน ตวั บงบอกขอบเขตการใชงานของทรานซสิ เตอรน อกเหนือจาก VCE(sat) และ VCE(max) คอื กาํ ลงัสญู เสียสงู สดุ PC(max) ซึ่งหาคาไดจาก PC(max) = V * ICE(max) CE(max) สาํ หรับคุณลกั ษณะของทรานซลิ เตอรใ นรูป

32 PC(max) = (20V)(50mA) = 300mW เมอื่ ทราบคา PC(max) ก็จะสามารถเขียนเคอรฟ กําลังสูญเสยี สงู สุดทีม่ ีความสมั พนั ธกบั เสนแนวต้งั ของเคอรฟที่ตําแหนง VCE(sat)และ VCE(max) ไดโดยเลอื กคา VCE และ IC ทเ่ี หมาะสมแลวแทนลงในสมการ PC(max) = VCE IC สมการที่ 12สาํ หรบั กรณนี ้ี PCman = VCEIC = 300mWเลอื กคา IC(max) = 50 mA และแทนคา ลงในสมการขางตน ; VCEIC = 300 mW VCE(50 mA) = 300 mW VCE = 6Vเลอื กคา VCE(max) = 20V แทนคาลงในสมการเดิม ; (20V)IC = 300mW IC = 15mAเลือกคา IC = 25 mA VCE(25mA) = 300mW; VCE = 12V จากคา ทไ่ี ดน ํามาเขียนเคอรฟ PC(max)เปนเสน โคง ประ สาํ หรับบรเิ วณคัตออฟคอื บริเวณที่ ICมีคาเทา กับกระแสรั่วไหล(ICO) เปน บรเิ วณทไี่ มเหมาะสม กับการใชง าน เพราะจะทาํ ใหไ ดส ญั ญาณเอาตพ ุตที่เพ้ยี นหรือบดิ เบย้ี ว สว นบริเวณทีอ่ ยูภายในกรอบเสน ประ เรยี กวา บรเิ วณแอกตฟี ถาตอ งการใหทรานซิสเตอร ทาํ งานในบริเวณดงั กลาวตองมี ICO <= IC <= IC(max) VCE(Sat) <= VCE <= VCE(max) VCEIC <= PC(max) สมการที่ 13

332.3วงจรทรานซสิ เตอรสวิทซ (Transistor Switching Circuit) วงจรสวิทชโ ดยปกติจะไมม กี ารไบอัสแรงดัน เนื่องจากทรานซสิ เตอรจะถกู ใหท ํางานแคส องโหมดเทานน้ั คอื โหมดอ่มิ ตัว (Saturation Mode) และ โหมดคตั ออฟ (Cutoff Mode) รูป วงจรสวทิ ช จากรูปที่ 4.7 เปนวงจรทรานซิสเตอรสวทิ ชแ บบพนื้ ฐาน ซ่งึ การพจิ ารณาวงจรจะพิจารณาในภาวะที่ ทรานซิสเตอรอ ิ่มตวั (“ON”) หรือ นาํ กระแสกับทรานซสิ เตอรค ัดออฟ (“OFF”) หรอื ไมนาํ กระแส) ซ่งึ ในวงจรดงั กลา วเอาทพุตท่ีได (VO) จะกลบั เฟสกับอนิ พตุ (VI) น่ันคือ ถาอินพุตเปน High(VI) เอาทพตุ จะมีคา เปน Low (0 Volt) และ ถาอนิ พตุ เปน Low เอาทพุตจะมีคาเปน High (มีคา ใกลเ คยี งVCC) เรียกวงจรแบบน้ีวาวงจรอินเวอรเตอร (Inverter)เมื่อทรานซิสเตอร “ON” หรอื saturationการออกแบบจะตองให IB มีคามากพอทจ่ี ะทําให ทรานซสิ เตอร “ON” อยางเต็มท่ดี ังนั้นเมือ่ แรงดนั อินพุตเทากับ VI และ RB ดงั น้ัน

34วงจรแบบแบงแรงดนั (Voltage-Divider Bias Circuit) วงจรไบอัสแบบแบง แรงดนั คือ วงจรไบอสั แบบรักษาระดับทข่ี าอิมิตเตอร โดยเพ่มิ ตัวตา นทานคา คงทีต่ อ รว มกับขาเบสเทยี บกับกราวด รปู วงจรแบบแบง แรงดนั (Voltage-Divider Bias Circuit) (a) (b) รูป (a) Redrawing the input side of the network (b) The Thevenin equvivalent circuit

35วงจรอนิ พุต (Input Circuit) สมการของวงจรวิเคราะหใ นรปู ของเทวินนิ โดยหาคาความตา นทานเทวินิน (Rth) และหาคาแรงดนั เทวินนิ (Vth) จากวงจรสมมูลออกมา นําไปหาคา กระแส Ib ของวงจรRTH คือความตา นทานของ terminal เม่อื ให Voltage Source ลัดวงจรสว น VTH คอื แรงดนั ปรากฏที่ terminalดังนั้นไดเปนวงจรสมมลู ดงั สมการท่ี 4.15 ใช KVL :จากดงั นัน้และ

36วงจรเอาทพ ตุ (Output Circuit) สมการของวงจรหาไดโดย KVL ทเ่ี อาทพตุ ไดสมการดงั นี้ : การหาคา VC ,VEและ VB กส็ ามารถหาไดเชน เดียวกับใน วงจรเอาทพตุ ของ วงจรแบบรักษาระดับท่ีขาอมิ ติ เตอรเพราะเปน วงจรท่มี สี ว นประกอบเหมือนกนัวงจรไบอัสแบบคงท่ี (FIXED – BIAS CIRCUIT) เปน วงจรไบอสั คงตัวของวงจรแบบอิมิตเตอรรวม ในการวิเคราะหด าน DC จากรปู ท่ี 4.1 วงจรแยกสญั ญาณ ac ของอินพุตโดยใชตวั เกบ็ ประจุ C1 และ C2 ทัง้ ยังชว ยปอ งกนั การไหลของกระแส DCออกจากวงจรดว ย ดังนน้ั การคาํ นวณจึงไมต อ งนาํ สัญญาณอินพตุ และเอาทพตุ มาคาํ นวณ การไบอัสของวงจรเกดิ จากแหลง จา ยแรงดนั VCC เทานน้ั รูป Fix-Bias Circuitการคาํ นวณวงจรไบอสั แบบคงท่ี (FIXED-BIAS CIRCUIT)

37 วงจรอนิ พุต (Input Equation Base - Emitter) สมการของวงจรหาไดด ว ย KVL ท่อี นิ พตุ ของทรานซิสเตอร ไดสมการดังน้ีและเมอ่ืดังนัน้วงจรเอาทพุท ( Output Equation Collector – Emitter )จากความสัมพนั ธค ณุ สมบัติทรานซิสเตอรสมการของวงจรหาไดด วย KVL ทีเ่ อาทพตุ ดังน้ีและแต

38ดังนน้ัการอ่มิ ตวั ของทรานซิสเตอร (Transistor Saturation)เมื่อทรานซิสเตอรถ ึงจุดอมิ่ ตัวสาํ หรับวงจรไบอัสคงตัวจะมคี า กระแส IC ดงั สมการวงจรไบอสั แบบแบง แรงดันปอ นกลบั (DC Bias with voltage feedback) วงจรไบอัสแบบแรงดนั ปอ นกลับ คือ การจัดวงจรไบอัสท่ีขาเบสใหม โดยใชต วั ตานทานคา คงทต่ี อครอ มขาเบสกบั ขา collector มีผลใหระดับแรงดนั ทขี่ าเบสสามารถเปลี่ยนแปลงคาไดตามคาระดบั แรงดนั ท่ีขา collector

39 รูป DC Bias with voltage feedbackวงจรอนิ พตุ (Input Circuit)สมการของวงจรหาไดด ว ย KVL ทอ่ี ินพตุ ของทรานซิสเตอร ไดส มการดงั นี้แทนคาดว ยสองสมการน้ีจะไดหรือ

40ดงั นน้ัการปรับปรงุ เสถยี รภาพของวงจร (Stability Improvement) วงจรนีจ้ ะทําใหเสถยี รภาพดขี ้นึ น่นั คอื จะทาํ ใหคา IC และ VCE ซึ่งเปน จดุ ทาํ งานของวงจรไมขน้ึ กบั คา β พิจารณา เพ่ือความสะดวกในการพิจารณาจากสมการ IB ของวงจรถาให V’ = VCC – VBEและ R' = RC + REดงั น้ันจากจากสมการจะเห็นไดว า ถาจะทําให

41ดงั นั้นหรือจากสมการจะเหน็ ไดว ากระแส IC ทจี่ ดุ ทาํ งานของวงจรไมข น้ึ อยูกบั คา จึงทาํ ใหเ สถียรภาพของวงจรดีข้นึ อยา งไรกต็ ามเงอ่ื นไขจะเปน จริงก็ตอ เมื่อหรอืวงจรเอาทพตุ (Output Circuit)สมการของวงจรหาไดโดย KVL ทเ่ี อาทพตุ ไดสมการดงั น:ี้เมอื่ คาจะได

42เพราะฉะน้นัวงจรอมิ ติ เตอรไ บอัส (EMITTER BIAS CIRCUIT) การไบอสั แบบรักษาระดบั ทข่ี าอิมติ เตอร คือ วงจรไบอสั แบบคงทีท่ เ่ี พิม่ ตัวตา นทานคา คงท่ี(RE) เขาไปในวงจรขาที่อมิ ติ เตอร รูปรปู วงจรไบอัสแบบรกั ษาระดับทขี่ าอิมติ เตอร (EMITTER BIAS CIRCUIT)การคาํ นวณวงจรอิมติ เตอรไบอสัวงจรอินพุต (Input Equation Base - Emitter) พิจารณาวงจรอนิ พุต จาก KVL :

43จากดงั นั้น ตวั ตา นทาน emitter ท่ปี รากฏในวงจรอินพตุ จะมีคาเปน (β +1)RE2.4วงจรเรียงกระแสวงจรฮาลฟ เวฟเรคติไฟเออร (Half wave rectifier) วงจรเรคติไฟเออร คือ วงจรไฟฟาทม่ี ีคุณสมบัติในการแปลงสญั ญาณไฟฟากระแสสลบั ใหเ ปนไฟฟา กระแสตรง อุปกรณทน่ี ยิ มใชใ นวงจรไดแ ก ไดโอด รูปวงจรฮาสฟเวฟเรคติไฟเออร

44 รูปคล่นื วงจรฮาสฟเวฟเรคติไฟเออร จากรปู เมื่อจา ยไฟฟา กระแสสลับใหวงจร เมื่อสัญญาณในซีกลบเขา มา ไดโอดจะไดร บั ไบแอสกลับจึงไมก ระแสไหลในวงจร แรงดันตกครอม RL เทากบั ศูนย และเมอื่ สญั ญาณในซกี บวกเขา มาไดโอดจะถูกไบแอสตรงทาํ ใหม กี ระแสไหลในวงจร ทําใหเกิดแรงดนั ตกครอม RL ตามสัญญาณอินพุทดังน้นั วงจรจะยอมใหส ญั ญาณในซีกบวกผา นไดเทานัน้ สญั ญาณเอาทพ ุทที่ออกมาเปน สญั ญาณคร่ึงไซเคลิ ทเ่ี รียกวา ฮาลฟ เวฟ (half wave) วงจรฮาลฟเวฟจะสามารถจายกระแสใหก บั กบั โหลด ไดเ พยี งในชวงไซเคิลท่เี ปนบวกเทานน้ั ดังน้ันวงจรนจ้ี งึ ใชจ ายกระแสใหโหลดไดไมเ ต็มทนี่ กั แรงดนั เอาทพ ทุ โดยประมาณ VDC = 0.318 VP

45 ถา คดิ แรงดนั ตกครอมไดโอดแรงดนั เอาทพ ทุ เทา กบั VDC = 0.318 (VP-0.7)วงจรฟลู เวฟเรคตไิ ฟเออร (Full wave rectifier) ขอ เสยี ของวงจรฮาลฟเวฟเรคติไฟเออรสามารถแกไขได โดยการใชว งจรทเี่ รียกวา วงจรฟูลเวฟเรคติไฟเออร วงจรน้ีจะตอ งใชไ ดโอด 2 ตวั ในวงจร เพอื่ จะใหไดโอดเกดิ การนาํ กระแสตัวละครงึ่ ไซเคลิของไฟฟา กระแสสลบั ดังนั้นวงจรจะสามารถจา ยกระแสไฟตรงไดเ รยี บ และจายกระแสไดส ูงกวา แบบวงจรฮาลฟ เวฟเรคตไิ ฟเออรดวยรูปวงจรฟูลเวฟเรคตไิ ฟเออร