UL-1 (3127-2005)_การออกแบบวงจร PWM_(13p)

UL-1 (3127-2005) การควบคุมการเคลือนทแี ละตาํ แหน่ง (Motion and Position Control) การออกแบบวงจรพลั ซ์วดิ ท์มอดูเลตชัน (Pulse Width Modulation : PWM) การออกแบบวงจรทีน่าสนใจดว้ ยอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึงในบทนีจะขอกล่าวถึง “วงจรพัลซ์วิดท์มอดูเลตชัน (Pulse Width Modulation : PWM)” นะครับ โดยเป็ นการใช้ไอซี เบอร์ทีหามาใช้งานไดไ้ ม่ยากนกั นันก็คือไอซีออปแอมป์ เบอร์ UA741 นะครับ (แต่จริงๆ แลว้ ใช้ ออปแอมป์ เบอร์อืนๆ ก็ไดค้ รับ เช่น LF351 , LM311 , LM399 ) ซึงวงจรทีนาํ เสนอนีสามารถทีจะ นาํ ไปประยุกตใ์ ชง้ านไดค้ รับ แต่ในอนั ดบั แรกเรามาทาํ ความเขา้ ใจในวงจรพลั ซ์วิดทม์ อดูเลตชนั นี กนั ก่อนนะครับวา่ จะมีคุณสมบตั ิในการทาํ งานทีสําคญั เป็ นอยา่ งไรกนั บา้ ง…. ก่อนทีจะทาํ การ ออกแบบวงจรกนั ตอ่ ไปนะครับ 1.1 ความรู้พืนฐานเกยี วกบั การออกแบบวงจร จากรูปที 1 จะเป็ นลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีเราจะทาํ การออกแบบวงจรให้ ทาํ งานตามทีเราตอ้ งการนะครับ ซึงถา้ พิจาณาดูก็จะเห็นว่าเราจะใช้ไอซีออปแอมป์ เบอร์ UA741 นะครับ โดยทีจะมีการป้อนแรงดนั สัญญาณสามเหลียม (Triangular Signal) เขา้ ทีขวั อินพุทกลบั เฟส (Inverting Input) โดยจะเรียกแรงดนั สัญญาณสามเหลียมทีป้อนเขา้ ไปนีวา่ แรงดนั (Vref ) ซึงค่าแรง อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-1

ดนั นีคือค่าแรงดนั สูงสุดของสัญญาณทีป้อนเขา้ ไปนะครับ และทีขวั อินพุทไม่กลับเฟส (Non- Inverting Input) เราก็จะทาํ การป้อนแรงดันไฟตรงเข้าไปนะครับ โดยจะเรียกแรงดันไฟตรงที ป้อนเขา้ ไปนีวา่ แรงดนั (Vin) นนั เองครับ รูปที 1 ลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั และจากการทีเราทาํ การป้อนค่าแรงดนั ทงั สองเขา้ ไปทีขวั อินพุทของออปแอมป์ นนั ก็จะ ส่งผลให้เราได้แรงดนั สัญญาณเอาท์พุทออกมานันเองครับ โดยแรงดนั สัญญาณทีได้นันจะเป็ น แรงดนั สญั ญาณพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั นนั เองครับ ซึงคา่ ของแรงดนั ทางเอาทพ์ ุททีไดน้ นั จะมีค่าของ แรงดนั เท่ากบั V (มีค่าประมาณแรงดนั ทีเราป้อนให้กบั ไอซีออปแอมป์ นันเองครับ) แต่ในการ ออกแบบวงจรนนั ไมไ่ ดง้ ่ายอยา่ งทีคิดนะครับ กล่าวทีจะทาํ ใหว้ งจรทีเราจะออกแบบนีให้ผลออกมา ตรงตามทีเราตอ้ งการ…. ถา้ อยา่ งนนั มาดูกนั ต่อเลยนะครับถึงในส่วนของลกั ษณะของสัญญาณ ทีจะไดจ้ ากวงจรทีเราจะทาํ การออกแบบ ดงั แสดงในรูปที 2 นะครับ V +V Vout Vref Vin 0 t T1 T2 T รูปที 2 ลกั ษณะของสญั ญาณทีไดจ้ ากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-2

จากรูปที 2 จะเป็ นลกั ษณะของสัญญาณทีจะไดจ้ ากวงจรพลั ซ์วิดทม์ อดูเลตชนั นะครับ แต่ ทงั นีก็คงจะขึนอยกู่ บั ผทู้ ีจะออกแบบนะครับวา่ อยากจะออกแบบวงจรใหไ้ ดส้ ัญญาณพลั ซ์วดิ ทม์ อดู เลตชนั เป็ นแบบใด ซึงถา้ พิจารณาดูจากรูปที 2 ก็จะพบวา่ มีค่าแรงดนั อยู่ 3 ค่าดว้ ยกนั นะครับ ซึง แรงดันทังหมดนีจะมีความสัมพันธ์กันนะครับ นันก็คือ แรงดัน (Vin) ,แรงดัน (Vref ) และ แรงดัน (Vout ) โดยถ้าพิจารณาดูก็จะเห็นว่าค่าของแรงดัน (Vin) นันมีค่ามากกว่า 0V ,ค่าของ แรงดนั (Vref ) นนั มีคา่ มากกวา่ (Vin ) และแรงดนั (Vout ) นนั มีคา่ เท่ากบั (V ) นนั เองครับ ดงั นนั ถา้ เรามาทาํ การพิจาณาดูถึงลกั ษณะการทาํ งานของวงจรก็จะพบวา่ เราจะให้หลกั การ ของการเปรียบเทียบแรงดนั นันเองครับ เพือทีจะทาํ ให้ได้ค่าของแรงดนั สัญญาณเอาท์พุทออกมา นนั เองครับ กล่าวคือ - ถ้าค่าของแรงดัน (Vin) นันมีค่ามากกว่าค่าของแรงดัน (Vref ) เราก็จะได้ค่าของแรงดัน สญั ญาณเอาทพ์ ุทออกมามีคา่ เทา่ กบั (V ) นนั เองครับ - ถ้าค่าของแรงดัน (Vin) นันมีค่าน้อยกว่าค่าของแรงดนั (Vref ) เราก็จะได้ค่าของแรงดัน สัญญาณเอาทพ์ ทุ ออกมามีคา่ เทา่ กบั (0V ) นนั เองครับ เป็นอยา่ งไรบา้ งครับพอทีจะเขา้ ใจถึงหลกั การทาํ งานของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั กนั มาก ขึนแลว้ นะครับ แต่ยงั ไม่จบเพียงเท่านีนะครับสําหรับการออกแบบวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ถา้ อยา่ งนนั เรามาดูกนั ตอ่ เลยนะครับ…..????? 1.2 ความรู้พืนฐานเกยี วกบั การคาํ นวณ ทีนีมาดูในส่วนของการคาํ นวณหาค่าทีสําคญั ๆ กนั บา้ งนะครับ โดยในอนั ดบั แรกจะขอ กล่าวถึงการคํานวณหาค่าของดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ของรูปสัญญาณเอาท์พุททีจะได้จาก วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั กนั ก่อนนะครับ ดงั แสดงในรูปที 3 ครับ รูปที 3 ลกั ษณะของคา่ ดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ของสัญญาณเอาทพ์ ุท 1-3 ทีไดจ้ ากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ

จากรูปที 3 ถา้ เราพิจาณาดูแลว้ ก็จะเห็นวา่ ค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ทีจะไดจ้ ากวงจรนนั จะมีความสัมพนั ธ์ระหว่างค่าของช่วงเวลา T1 กับช่วงเวลา T2 นันเองครับ โดยสามารถทีจะ คาํ นวณหาคา่ นีไดด้ งั แสดงในสมการที 1 นนั เองครับ duty cycle  ( T1 ) ………(1) T1  T2 และถ้าเรากําหนดให้ T  T1 T2 ดังนันเราก็สามารถทีจะคํานวณหาค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ไดด้ งั แสดงในสมการที 2 ครับ duty cycle  (T1 ) ………(2) T โดยจากสมการที 1 และจากสมการที 2 ทีไดแ้ สดงนนั กจ็ ะเป็ นการคาํ นวณหาค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) นะครับ แต่ถา้ เราจะคาํ นวณหาค่าของเปอร์เซ็นตด์ ิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ก็สามารถ คาํ นวณหาคา่ ไดด้ งั แสดงในสมการที 3 และสมการที 4 ครับ duty cycle (%)  ( T1 ) 100% ………(3) T1  T2 duty cycle (%)  (T1 ) 100% ………(4) T ทีนีมาดูอีกส่ วนหนึงนะครับในการคํานวณหาค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) จากค่า ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งค่าของแรงดนั (Vin) กบั ค่าของแรงดนั (Vref ) ดงั แสดงในรูปที 4 ครับ รูปที 4 ลกั ษณะของค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ของสญั ญาณเอาทพ์ ุท 1-4 ทีไดจ้ ากค่าความสัมพนั ธ์ระหวา่ งคา่ ของแรงดนั (Vin) กบั ค่าของแรงดนั (Vref ) อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ

จากรูปที 4 ถา้ เราพิจาณาดูแลว้ ก็จะเห็นวา่ ค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ทีจะไดจ้ ากวงจรนนั สามารถทีจะคาํ นวณโดยการใช้ค่าความสัมพนั ธ์ระหว่างค่าของแรงดนั (Vin) กบั ค่าของแรงดัน (Vref ) ไดเ้ ช่นกนั ครับ โดยสามารถทีจะคาํ นวณหาค่านีไดด้ งั แสดงในสมการที 5 นนั เองครับ duty cycle  ( Vin ) ………(5) Vref แต่ถา้ เราจะคาํ นวณหาค่าของเปอร์เซ็นต์ดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ก็สามารถคาํ นวณหาค่า ไดด้ งั แสดงในสมการที 6 นะครับ duty cycle(%)  ( Vin ) 100% ………(6) Vref ซึงจากสมการที 5 และสมการที 6 ทีไดแ้ สดงนนั ถา้ เราพิจาณาดูกจ็ ะพบวา่ ค่าของดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) นนั จะค่าทีขึนอยู่กบั ค่าของแรงดนั (Vin) นนั เองครับ โดยทีค่าของแรงดนั (Vref ) คือ ค่าแรงดนั สูงสุดของสญั ญาณทีป้อนเขา้ ไปครับ ดงั นนั จากวงจรทีออกแบบนีถา้ เราทาํ การกาํ หนดให้ ค่าของแรงดนั (Vin) มากกว่าศูนย์ และให้ค่าของแรงดนั (Vref ) มากกวา่ ค่าของแรงดนั (Vin) แลว้ ก็ จะทาํ ให้เราได้ค่าของดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ทีสามารถเปลียนแปลงได้ทีอยู่ในช่วง 0 100 นันเองครับ เป็ นอย่างไรบ้างครับพอทีจะเข้าใจถึงหลักการทาํ งานและหลักการการออกแบบ วงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชนั กนั มากขึนแล้วนะครับ แต่เพือทาํ ให้เกิดความเขา้ ใจในการออกแบบ วงจรมากขึนไปอีก ดงั นนั ก็จะขอยกตวั อยา่ งการออกแบบวงจร ถา้ อยา่ งนนั เรามาดูกนั เลยนะครับกบั วธิ ีการออกแบบวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั …..????? 1.3 ตัวอย่างการออกแบบวงจร - ตวั อย่างการออกแบบวงจร (1) การออกแบบวงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชัน ให้มีค่าช่วงเวลาตามทีได้ทาํ การกาํ หนด ดงั แสดงในรูปที 5 อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-5

รูปที 5 ลกั ษณะของสญั ญาณเอาทพ์ ทุ ทีตอ้ งการจากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั จากรูปที 5 จะเป็ นลกั ษณะของสัญญาณเอาทพ์ ุททีตอ้ งการจากวงจรพลั ซ์วิดทม์ อดูเลตชนั ทีเราจะทาํ การออกแบบนะครับ โดยถ้าเราพิจารณาดูจากลักษณะของสัญญาณเอาท์พุททีตอ้ งการนัน ก็จะพบว่าค่าดิวตี ไซเคิล (Duty Cycle) ทีจะไดจ้ ากวงจรนนั จะสามารถทาํ การคาํ นวณไดด้ งั นีนะครับ duty cycle  ( T1 )  ( 3ms )  (3ms )  0.75 T1  T2 3ms 1ms 4ms ซึงถา้ เราจะคิดเป็นเปอร์เซ็นตด์ ิวตีไซเคิล (Duty Cycle) กจ็ ะมีดงั นีครับ duty cycle (%)  ( T1 ) 100%  ( 3ms ) 100%  75% T1  T2 3ms 1ms ซึงจากค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ทีเราได้คาํ นวณหาค่ามานัน เราก็จะสามารถนําค่า ดงั กล่าวมาทาํ การคาํ นวณเพือหาค่าความสัมพนั ธ์ระหว่างค่าของแรงดนั (Vin) กบั ค่าของแรงดนั (Vref ) ทีเราจะใช้ในวงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชันนันเองครับ โดยสามารถทีจะคาํ นวณหาค่าได้ ดงั ตอ่ ไปนีครับ เมือเรากาํ หนดให้ 1.) ค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) มีคา่ เท่ากบั 0.75 (ไดม้ าจากการคาํ นวณในตอนตน้ นะครับ) 2.) ค่าแรงดนั (Vin) มีค่าเท่ากบั 5V (กาํ หนดคา่ ขึนมาเอง ตามความเหมาะสมนะครับ) อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-6

3.) คาํ นวณหาคา่ แรงดนั (Vref ) มีค่าเท่ากบั ?V (ทาํ การคาํ นวณหาคา่ …..????? นะครับ) duty cycle  ( Vin ) Vref Vref  ( Vin ) duty cycle Vref  ( 5V ) 0.75 Vref  6.667V ซึงจากค่าทีไดท้ าํ การคาํ นวณนนั ก็จะพบวา่ ถา้ เราตอ้ งการใหค้ ่าช่วงเวลา (T1  3ms) และค่า ช่วงเวลา (T2 1ms) หรือมีค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) มีค่าเท่ากับ 0.75นัน โดยการป้อนค่า แรงดนั (Vin) ทีมีค่าเท่ากบั 5V ให้กบั วงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชนั แล้ว เราก็จะตอ้ งทาํ การป้อนค่า แรงดนั (Vref ) ทีมีค่าเท่ากบั 6.667V นนั เองครับ เป็ นอยา่ งไรบา้ งครับ พอทีจะเขา้ ใจมากขึนไปอีก นะครับกบั ตวั อยา่ งการคาํ นวณเพือให้วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีเราจะออกแบบนีให้ลกั ษณะของ สัญญาณเอาทพ์ ุทตามทีเราตอ้ งการ ซึงลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วิดทม์ อดูเลตชนั ทีทาํ การออกแบบนี แสดงไวด้ งั รูปที 6 นะครับ รูปที 6 ลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบ โดยจากผลการทดสอบวงจรก็พบวา่ วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบนนั ให้ ผลตอบสนองออกมาตรงตามทีตอ้ งการครับ ดงั แสดงไวใ้ นรูปที 7 นะครับ อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-7

20V 10V 0V -10V -20V 0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0ms 6.0ms 7.0ms 8.0ms V(Vref:+) V(U1:OUT) Time รูปที 7 ลกั ษณะของผลตอบสนองสญั ญาณเอาทพ์ ทุ ทีไดจ้ ากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบ เป็ นอยา่ งไรบา้ งครับกบั ตวั อยา่ งการออกแบบวงจรที 1 คงจะทาํ ให้ผูท้ ีกาํ ลงั ศึกษาเกิดความ เขา้ ใจในการออกแบบวงจรมายิงขึนนะครับ ถา้ อยา่ งไรก็ตอ้ งทดลองออกแบบวงจรกนั ดูนะครับ แลว้ จะพบวา่ มนั ไม่ยากเลยนะครับ แต่สําหรับการทดสอบวงจรนนั ก็สามารถทไดน้ ะครับ ไม่วา่ จะ เป็ นการทดสอบโดยใช้โปรแกรมจาํ ลองการทาํ งาน เช่น โปรแกรม PSpice หรือจะเป็ นโปรแกรม OrCad Lite กไ็ ดน้ ะครับ หรือแมก้ ระทงั จะทดสอบวงจรดว้ ยการสร้างวงจรจริงกไ็ ดน้ ะครับ ซึงผลที ไดอ้ อกมานนั ก็จะไดผ้ ลตรงตามทีไดอ้ อกแบบนนั เองครับ…..????? ทีนีลองมาดูตวั อยา่ งต่อไปนะ ครับ - ตัวอย่างการออกแบบวงจร (2) การออกแบบวงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชัน ให้มีค่าช่วงเวลาตามทีได้ทาํ การกาํ หนด ดงั แสดงในรูปที 8 รูปที 8 ลกั ษณะของสญั ญาณเอาทพ์ ทุ ทีตอ้ งการจากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-8

จากรูปที 8 จะเป็ นลกั ษณะของสัญญาณเอาทพ์ ุททีตอ้ งการจากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีเราจะทาํ การออกแบบนะครับ โดยถ้าเราพิจารณาดูจากลกั ษณะของสัญญาณเอาท์พุททีตอ้ งการนัน ก็จะพบว่าค่าดิวตี ไซเคิล (Duty Cycle) ทีจะไดจ้ ากวงจรนนั จะสามารถทาํ การคาํ นวณไดด้ งั นีนะครับ duty cycle  ( T1 )  ( 10ms )  (10ms )  0.5 T1  T2 10ms 10ms 20ms ซึงถา้ เราจะคิดเป็นเปอร์เซ็นตด์ ิวตีไซเคิล (Duty Cycle) กจ็ ะมีดงั นีครับ duty cycle (%)  ( T1 ) 100%  ( 10ms ) 100%  50% T1  T2 10ms 10ms ซึงจากค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ทีเราได้คาํ นวณหาค่ามานัน เราก็จะสามารถนําค่า ดงั กล่าวมาทาํ การคาํ นวณเพือหาค่าความสัมพนั ธ์ระหว่างค่าของแรงดนั (Vin) กบั ค่าของแรงดัน (Vref ) ทีเราจะใช้ในวงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชันนันเองครับ โดยสามารถทีจะคาํ นวณหาค่าได้ ดงั ตอ่ ไปนีครับ เมือเรากาํ หนดให้ 1.) ค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) มีคา่ เทา่ กบั 0.5 (ไดม้ าจากการคาํ นวณนะครับ) 2.) คา่ แรงดนั (Vref ) มีคา่ เทา่ กบั 9V (กาํ หนดคา่ ขึนมาเอง ตามความเหมาะสมนะครับ) 3.) คาํ นวณหาค่าแรงดนั (Vin) มีค่าเทา่ กบั ?V (ทาํ การคาํ นวณหาค่า…..????? นะครับ) duty cycle  ( Vin ) Vref Vin  Vref  duty cycle Vin  9V  0.5 Vin  4.5V ซึงจากค่าทีไดท้ าํ การคาํ นวณนนั ก็จะพบวา่ ถา้ เราตอ้ งการให้ค่าช่วงเวลา (T1 10ms) และ ค่าช่วงเวลา (T2  10ms) หรือมีค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) มีค่าเท่ากบั 0.5นัน โดยการป้อนค่า แรงดนั (Vref ) ทีมีค่าเท่ากบั 9V ให้กบั วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั แลว้ เราก็จะตอ้ งทาํ การป้อนค่า แรงดนั (Vin) ทีมีค่าเท่ากบั 4.5V นนั เองครับ (ซึงก็คือค่าแรงดนั ครึงหนึงของแรงดนั (Vref ) นนั เอง ครับ) เป็ นอย่างไรบ้างครับ พอทีจะเข้าใจมากขึนไปอีกนะครับกับตวั อย่างการคาํ นวณเพือให้ อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-9

วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีเราจะออกแบบนีใหล้ กั ษณะของสญั ญาณเอาทพ์ ุทตามทีเราตอ้ งการ ซึง ลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีทาํ การออกแบบนีแสดงไวด้ งั รูปที 9 นะครับ รูปที 9 ลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบ โดยจากผลการทดสอบวงจรก็พบวา่ วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบนนั ให้ ผลตอบสนองออกมาตรงตามทีตอ้ งการครับ ดงั แสดงไวใ้ นรูปที 10 นะครับ 20V 10V 0V -10V -20V 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 0s V(Vref:+) V(U1:OUT) Time รูปที 10 ลกั ษณะของผลตอบสนองสญั ญาณเอาทพ์ ทุ ทีไดจ้ ากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบ มาถึงในตวั อยา่ งการออกแบบวงจรที 2 ทีไดน้ าํ เสนอก็คงจะทาํ ใหผ้ ูท้ ีกาํ ลงั ศึกษาเกิดความ เขา้ ใจในการออกแบบวงจรมากยงิ ขึนไปอีกนะครับ ทีนีลองมาดูอีกตวั อยา่ งนะครับ ซึงเป็ นตวั อยา่ ง สุดทา้ ยของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีจะทาํ การออกแบบนะครับ…..????? มาดูกนั เลยนะครับ อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-10

- ตัวอย่างการออกแบบวงจร (3) การออกแบบวงจรพัลซ์วิดท์มอดูเลตชัน ให้มีค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) เท่ากับ 0.9(90%) ตามทีกาํ หนด และกาํ หนดใหค้ า่ ช่วงเวลา (T  2ms) ดงั แสดงในรูปที 11 รูปที 11 ลกั ษณะของสญั ญาณเอาทพ์ ุททีตอ้ งการจากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั โดยตอ้ งการใหม้ ีคา่ ดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) เทา่ กบั 0.9(90%) จากรูปที 11 จะเป็ นลกั ษณะของสัญญาณเอาทพ์ ุททีตอ้ งการจากวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีเราจะทาํ การออกแบบนะครับ เพือให้ไดค้ ่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) เท่ากบั 0.9(90%) ตามที กาํ หนดไว้ โดยมีค่าช่วงเวลา (T  2ms) ครับ โดยถ้าเราพิจารณาดูจากลกั ษณะของสัญญาณ เอาท์พุททีต้องการนัน ก็จะพบว่าการทีจะทาํ ให้ค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) เท่ากับค่าทีเราได้ กาํ หนดไวน้ นั จะตอ้ งทาํ การคาํ นวณหาค่าของช่วงเวลา (T1  ?) ให้ไดก้ ่อนนะครับ ซึงสามารถทาํ การคาํ นวณไดด้ งั นีนะครับ duty cycle  ( T1 )  (T1 ) T1  T2 T T1  duty cycle T T1  0.9 2ms T1  1.8ms ซึงจากการคาํ นวณก็จะพบวา่ ค่าช่วงเวลา (T1 1.8ms) นนั เองครับ นนั ก็หมายความว่าค่า ช่วงเวลา (T2) กจ็ ะมีค่าดงั ต่อไปนีนะครับ อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-11

T  T1  T2 T2  T  T1 T2  2ms 1.8ms T2  0.2ms ซึงถา้ เราทาํ การนาํ ค่าช่วงเวลา (T1) และค่าช่วงเวลา (T2) ทีคาํ นวณไดน้ นั มาคาํ นวณเพือเช็ค ดูคา่ เปอร์เซ็นตด์ ิวตีไซเคิล (Duty Cycle) กจ็ ะไดด้ งั นีครับ duty cycle (%)  ( T1 )100%  ( 1.8ms ) 100%  90% T1  T2 1.8ms  0.2ms ซึงจากค่าเปอร์เซ็นตด์ ิวตีไซเคิล (Duty Cycle) ทีเราไดค้ าํ นวณเพือเช็คดูคา่ นนั เราก็จะพบวา่ ค่าทีไดน้ นั ตรงตามทีไดก้ าํ หนดไวน้ นั เองครับ ดงั นนั ขนั ตอนต่อมาเราก็จะสามารถนาํ ค่าดงั กล่าวมา ทาํ การคาํ นวณเพือหาค่าความสัมพนั ธ์ระหวา่ งคา่ ของแรงดนั (Vin) กบั คา่ ของแรงดนั (Vref ) ทีเราจะ ใชใ้ นวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั นนั เองครับ โดยสามารถทีจะคาํ นวณหาค่าไดด้ งั ต่อไปนีครับ เมือเรากาํ หนดให้ 1.) คา่ ดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) มีค่าเทา่ กบั 0.9 (จากทีไดก้ าํ หนดนะครับ) 2.) คา่ แรงดนั (Vref ) มีคา่ เทา่ กบั 9V (กาํ หนดคา่ ขึนมาเอง ตามความเหมาะสมนะครับ) 3.) คาํ นวณหาคา่ แรงดนั (Vin) มีค่าเท่ากบั ?V (ทาํ การคาํ นวณหาคา่ …..????? นะครับ) duty cycle  ( Vin ) Vref Vin  Vref  duty cycle Vin  9V  0.9 Vin  8.1V ซึงจากค่าทีไดท้ าํ การคาํ นวณนนั ก็จะพบวา่ ถา้ เราตอ้ งการใหค้ ่าช่วงเวลา (T1 1.8ms) และ ค่าช่วงเวลา (T2  0.2ms) หรือมีค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) มีค่าเท่ากบั 0.9 นนั โดยการป้อนค่า แรงดนั (Vref ) ทีมีค่าเท่ากบั 9V ให้กบั วงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชนั แลว้ เราก็จะตอ้ งทาํ การป้อนค่า แรงดนั (Vin) ทีมีค่าเท่ากบั 8.1V นนั เองครับ เป็ นอยา่ งไรบา้ งครับ พอทีจะเขา้ ใจมากขึนไปอีกนะ ครับกบั ตวั อย่างการคาํ นวณเพือให้วงจรพลั ซ์วิดท์มอดูเลตชันทีเราจะออกแบบนีให้ลกั ษณะของ สัญญาณเอาทพ์ ุทตามทีเราตอ้ งการ ซึงลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ท์มอดูเลตชนั ทีทาํ การออกแบบนี แสดงไวด้ งั รูปที 12 นะครับ อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-12

รูปที 12 ลกั ษณะของวงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบ โดยตอ้ งการใหม้ ีคา่ ดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) เทา่ กบั 0.9(90%) โดยจากผลการทดสอบวงจรก็พบวา่ วงจรพลั ซ์วดิ ทม์ อดูเลตชนั ทีไดท้ าํ การออกแบบนนั ให้ ผลตอบสนองออกมาตรงตามทีตอ้ งการครับ ดงั แสดงไวใ้ นรูปที 13 นะครับ 20V Vout=15V 10V Vin=8.1VVref=9V T1=1.8ms T2=0.2ms 0V T=2ms -10V คา่ ดิวตีไซเคลิ (Duty Cycle) =0.9(90%) -20V 0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0ms 6.0ms 7.0ms V(Vref:+) V(U1:OUT) Time รูปที 13 ลกั ษณะของผลตอบสนองสัญญาณเอาทพ์ ุทของวงจรทีออกแบบ โดยตอ้ งการใหม้ ีค่าดิวตีไซเคิล (Duty Cycle) เทา่ กบั 0.9(90%) เป็นอยา่ งไรบา้ งครับกบั ตวั อยา่ งการออกแบบวงจรทีไดน้ าํ เสนอทีผา่ นมาทงั 3 ตวั อยา่ ง ก็คง จะทาํ ใหผ้ ูท้ ีกาํ ลงั ศึกษาเกิดความเขา้ ใจในการออกแบบวงจรมากยงิ ขึนไปอีกนะครับ ไม่วา่ จะเป็ น การทาํ งานของวงจร รวมถึงวธิ ีการคาํ นวณหาค่าต่างๆ ของวงจรทีไดน้ าํ เสนอนี และทีสําคญั คงจะ ทาํ ให้หลายท่านทีกาํ ลงั ศึกษาอยูเ่ กิดความเขา้ ใจในหลกั การของวงจรนีนะครับ และหลกั การการ ออกแบบวงจรดว้ ยนะครับ เพราะไดท้ าํ การแสดงวิธีการคาํ นวณทีไดจ้ ากสมการทีนาํ เสนอมาใช้ คาํ นวณหาค่าต่างๆ ทีเกียวขอ้ งกบั ผลตอบสนองทีจะไดจ้ ากวงจร แต่ในส่วนของการทดสอบวงจรที ไดท้ าํ การออกแบบวงจรนนั ก็สามารถทดสอบผลไดน้ ะครับ ซึงผลทีไดท้ าํ การทดสอบนนั ก็ให้ผล ออกมาตรงกบั ทีไดอ้ อกแบบทุกอยา่ งครับ อาจารยธ์ นนั ต์ ศรีสกลุ 1-13