จุดประสงค์การทดลอง - nmptc · 1....

จดประสงคการทดลอง 1. ใชออสซลโลสโคปวดรปรางสญญาณไฟฟาได 2. ประกอบวงจรคลปเปอรได 3. อานคาทางไฟฟาจากออสซลโลสโคปได 4. เขยนรปรางสญญาณทผานวงจรคลปเปอรได

เครองมอและอปกรณ 1. ฟงกชนเจเนเรเตอร จ านวน 1 เครอง 2. ออสซลโลสโคป ชนด 2 เสนภาพ จ านวน 1 เครอง 3. ตวตานทาน 10 kΩ 0.5 W จ านวน 1 ตว 4. ไดโอดเบอร 1N4148 จ านวน 1 ตว 5. ซเนอรไดโอด 3.3 V จ านวน 1 ตว 6. ถานไฟฉาย 1.5 V จ านวน 1 กอน 7. แผนเบรนบอรดและสายตอวงจร จ านวน 1 ชด

ล าดบขนการทดลอง 1. ตอวงจรตามรปดานลาง

รปท 1 วงจรส าหรบการทดลองขอ 1

2. ตอสายวดสญญาณของออสซสโลสโคปแบบ 2 เสนภาพ โดย CH1 ตอทอนพต ( IE ) CH2 ตอทเอาตพต ( OE ) ปรบเครองก าเนดสญญาณใหเปนแบบสเหลยม หมน VR ส าหรบปรบขนาดความแรงของสญญาณเอาตพต 10 Vp–p ปรบความถใหไดประมาณ 1 KHz และปรบคา Duty cycle ใหได Duty cycle เทากบ 50% แลวปรบออสซลโลสโคปใหอานสญญาณใหชดเจนทสด บนทกรปคลนสญญาณ พรอมบนทกคาตาง ๆ ลงในรปท 2

Eo

E i

รปท 2 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 2

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 4.3 Vp-p

3. ตอวงจรตามรปท 3 ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณทอนพตและสญญาณทเอาตพต บนทกผลลงในรปท 4

รปท 3 ส าหรบการทดลองขอ 3

Eo

E i

รปท 4 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 3 ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 5.8 Vp-p

4. จากวงจรตามรปท 3 ใหกลบขวของถานไฟฉาย E1 ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณทอนพตและสญญาณทเอาตพต บนทกผลลงในรปท 5

Eo

E i

รปท 5 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 4 ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 5.7 Vp-p

5. ตอวงจรตามรปดานลาง

รปท 6 วงจรส าหรบการทดลองขอท 5

Eo

E i

รปท 5 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 5

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 2.8 Vp-p

6. ตอสายวดสญญาณ โดย CH1 ตอทอนพต ( IE ) และ CH2 ตอทเอาตพต ( OE ) ปรบขนาดความแรงของสญญาณเอาตพต 10 Vp–p ปรบความถใหไดประมาณ 1 KHz และปรบคา Duty cycle ใหได Duty cycle เทากบ 50% แลวปรบออสซลโลสโคปใหอานสญญาณใหชดเจนทสด บนทกรปคลนสญญาณ พรอมบนทกคาตาง ๆ ลงในรปท 7

Eo

E i

รปท 7 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 6

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 5.7 Vp-p 7. จากวงจรตามรปท 6 ใหกลบขวของ D1 บนทกผลลงในรปท 8

Eo

E i

รปท 8 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 7

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 5.7 Vp-p

8. ตอวงจรตามรปท 9 ใช Battery 1.5 V ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณทอนพตและสญญาณทเอาตพต บนทกผลลงในรปท 10

รปท 9 วงจรส าหรบการทดลองขอ 8

Eo

E i

รปท 10 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 8

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 4.2 Vp-p

9. จากวงจรตามรปท 9 ใหกลบขวของ Battery E1 บนทกผลลงในรปท 11

Eo

E i

รปท 11 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 9

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 7.2 Vp-p

10. ตอวงจรตามรปท 12 ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณ บนทกผลลงในรปท 13

รปท 12 วงจรส าหรบการทดลองขอ 10

Eo

E i

รปท 13 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 10 ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 7 Vp-

11. จากวงจรตามรปท 12 ใหกลบขวของซเนอรไดโอด ZD1 บนทกผลลงในรปท 14

Eo

E i

รปท 14 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 11

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 9.0 Vp-p

12. ตอวงจรตามรปท 15 ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณ บนทกผลลงในรปท 16

รปท 15 วงจรส าหรบการทดลองขอท 12

Eo

E i

รปท 16 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 12

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 6.6 Vp-p

13. จากรปท 16 สญญาณเอาตพตตางจากสญญาณอนพตอยางไร ตอบ สญญาณเอาตพตจะตางจากสญญาณอนพต กลาวคอสญญาณจะถกตดทงเฟสบวกและเฟสลบ สวนขนาดของสญญาณจะมคาประมาณ 2 เทาของ Vz 14. จากการทดลองขอ 1 ถง 12 อปกรณทมผลตอวงจรคลปเปอรคออปกรณอะไรบาง ตอบ อปกรณทมผลตอวงจรคลปเปอรคอ 1. ไดโอด 2. ซเนอรไดโอด 3. ตวตานทาน 4. แบตเตอร

สรปผลการทดลอง

จดประสงคการทดลอง 1. ใชออสซลโลสโคปวดรปรางสญญาณไฟฟาได 2. ประกอบวงจรแคลมเปอรได 3. อานคาทางไฟฟาจากออสซลโลสโคปได 4. เขยนรปรางสญญาณทผานวงจรแคลมเปอรได

เครองมอและอปกรณ 1. ฟงกชนเยเนเรเตอร จ านวน 1 เครอง 2. ออสซลโลสโคป ชนด 2 เสนภาพ จ านวน 1 เครอง 3. ตวตานทาน 30 kΩ 0.5 W จ านวน 1 ตว 4. ไดโอดเบอร 1N4148 จ านวน 1 ตว 5. คาปาซเตอร 2.2 µF จ านวน 1 ตว 6. ถานไฟฉาย 1.5 V จ านวน 1 กอน 7. แผนเบรนบอรดและสายตอวงจร จ านวน 1 ชด

ล าดบขนการทดลอง 1. ตอวงจรตามรปท 1

รปท 1 วงจรส าหรบการทดลองขอ 1

2. ตอสายวดสญญาณของออสซสโลสโคปแบบ 2 เสนภาพ โดย CH1 ตอทอนพต ( IE ) CH2 ตอทเอาตพต ( OE ) ปรบเครองก าเนดสญญาณใหเปนแบบสเหลยม หมน VR ส าหรบปรบขนาดความแรงของสญญาณเอาตพต 10 Vp–p ปรบความถใหไดประมาณ 1 KHz และปรบคา Duty cycle ใหได Duty cycle เทากบ 50% แลวปรบออสซลโลสโคปใหอานสญญาณใหชดเจนทสด บนทกรปคลนสญญาณ พรอมบนทกคาตาง ๆ ลงในรปท 2

Eo

E i

รปท 2 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 2

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 10 Vp-p (ยกระดบไปดานบวก)

3. จากวงจรตามรปท 1 ใหกลบขวของไดโอด D1 ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณทอนพตและสญญาณทเอาตพต บนทกผลลงในรปท 3

Eo

E i

รปท 3 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 3

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 10 Vp-p (ยกระดบไปดานลบ)

4. ตอวงจรตามรปท 4 ตอสายวดสญญาณ โดย CH1 ตอทอนพต ( IE ) CH2 ตอทเอาตพต ( OE ) ปรบเครองก าเนดสญญาณใหเปนแบบสเหลยม ปรบขนาดความแรงของสญญาณเอาตพต 10 Vp–p ปรบความถใหได 1 KHz และปรบคา Duty cycle ใหได Duty cycle เทากบ 50% แลวปรบออสซลโลสโคปใหอานสญญาณใหชดเจนทสด บนทกรปคลนสญญาณ พรอมบนทกคาตาง ๆ ลงในรปท 2 บนทกผลลงในรปท 5

รปท 4 วงจรส าหรบการทดลองขอ 4

Eo

E i

รปท 5 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 4

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 10 Vp-p (ยกระดบไปดานบวกเรมท -1.5V)

5. จากวงจรตามรปท 4 ใหกลบขวของ Battery E1 บนทกผลลงในรปท 6

Eo

E i

รปท 6 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 5

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 10 Vp-p (ยกระดบไปดานบวกเรมท -1.5V)

6. ตอวงจรตามรปท 7 ใชออสซลโลสโคปวดสญญาณ บนทกผลลงในรปท 8

รปท 7 วงจรส าหรบการทดลองขอ 6

Eo

E i

รปท 8 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 6

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 10 Vp-p (ยกระดบไปดานลบเรมท -1.5V)

8. จากวงจรตามรปท 7 ใหกลบขวของ Battery E1 บนทกผลลงในรปท 9

Eo

E i

รปท 9 ส าหรบบนทกผลการทดลองขอ 8

ขนาดสญญาณอนพต = 10 Vp-p ขนาดสญญาณเอาตพต = 10 Vp-p (ยกระดบไปดานลบเรมท +1.5V)

สรปผลการทดลอง

ตอนท 1 จงท าเครองหมาย ลงในขอทถกตองทสด 1. ขอใดไมใชประโยชนของวงจรคลปเปอร ก. ปรบแตงรปคลนไฟฟา ข. แปลงไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง ค. ควบคมขนาดสญญาณไมใหสงกวาทก าหนด ง. ควบคมแรงดนไฟฟากระแสตรงไมใหต ากวาทก าหนด 2. อปกรณอเลกทรอนกสชนดใดทนยมน ามาใชในวงจรคลปเปอร ก. ทรานซสเตอร ข. คาปาซเตอร ค. ไดโอด ง. ไอซ 3. จากรปดานลาง รปรางสญญาณเอาตพตมรปรางอยางไร

ก.

t0

-

+E

ข.

t0

-

+E

ค.

t0

-

+E

ง.

t0

-

+E

4. จากรปดานลาง สญญาณเอาตพตตรงกบขอใด

ก.

t0

-

+E

ข.

t0

-

+E

ค.

t0

-

+E

ง.

t0

-

+E

วงจรส าหรบขอ 5–6

R

D

ZD t0

E

5.6V

t0

+20E

-20A

B

5. จากวงจรทก าหนด แรงดนไฟฟาทางดานเอาตพตทจด A มคาเทาไร ก. – 4.9 V ข. – 5.6 V ค. – 6.3 V ง. – 7.0 V 6. จากวงจรทก าหนด แรงดนไฟฟาทางดานเอาตพตทจด B มคาเทาไร ก. 14.4 V ข. 18.6 V ค. 19.3 V ง. 20.0 V 7. วงจรแคลมเปอรท าหนาทใด ก. กรองสญญาณ ข. ขยายสญญาณ ค. ตดสญญาณ ง. ปรบระดบของสญญาณ

วงจรส าหรบขอ 8–9

D

C

RL

8. จากวงจรทก าหนด ถาเลอกไดโอดทมคณสมบตทมความตานทานขณะไบแอสตรง 60 Ω และม ความตานทานขณะไบแอสกลบ 8.5 MΩ คา RL ทเหมาะสมส าหรบวงจรนคอคาใด ก. 10.5 KΩ ข. 17.5 KΩ ค. 22.5 KΩ ง. 30.5 KΩ 9. จากวงจรในรปทก าหนด ถาหากเลอกใช R, C ทเหมาะสม เมอปอนสญญาณอนพตเปนสญญาณ สเหลยม ขนาด 10 V สญญาณเอาตพตจะมรปรางอยางไร

ก.

t0

-

+ 10VE

ข.

t0

-

+20 VE

ค.

t0

- 10V

+E

ง.

t0+

- 20 V

E

10. จากวงจรในรปดานลาง วงจรแคลมเปอรทมไฟฟาไบแอสดง เมอปอนสญญาณตามวงจรระดบ สญญาณทจด A มคาเทาไร

D

C

Batt1N4148

4.5 V

0.144 µF

t0-

E

= 1000 Hz = 600 W = 30 Vp-pein

RsPrr 30

KW

A

RL

ก. 3.8 V ข. 4.5 V ค. 5.2 V ง. 6.5 V

ตอนท 2 จงอธบาย/บรรยายหรอออกแบบ

1. จงอธบายการท างานของวงจรคลปเปอรในรปดานลาง

ตอบ จากรปทก าหนด เปนวงจรคลปเปอรตดสญญาณดานเฟสลบของสญญาณรปไซน ใหผานไปดานเอาตพตเฉพาะดานเฟสบวกของสญญาณรปไซน เนองจากตอขว Anode ของไดโอดเขากบไฟฟากระแสสลบ เมอเฟสบวกของสญญาณรปไซนปรากฏทขว Anode ของไดโอดจะเปนการไบแอสตรง กระแสจงผานไดโอดได แตเมอเฟสลบของสญญาณรปไซนปรากฏทขว Anode ของไดโอดจะเปนการไบแอสกลบ กระแสจงไมสามารถผานไดโอด ดงนนสญญาณดานเอาตพตของวงจรจงมเฉพาะเฟสบวก คาระดบแรงดนไฟฟาเอาตพตจะเทากบ Vin - 0.7 V

2. จงอธบายการท างานของวงจรคลปเปอรในดานลาง

t0

-

+E

t0

-

+E R

D

ตอบ สญญาณไฟฟาเฟสลบไมสามารถผานไดโอดลงกราวดได จงผานออกไปใชงานไดทงหมด สวนสญญาณเฟสบวกจะสามารถผานไดโอดลงกราวดไดเมอมขนาดมากกวา + 0.7 V ดงนนขนาดสญญาณเอาตพตเทากบสญญาณเฟสบวกทมคานอยกวา 0.7 V และสญญาณเฟสลบทงหมด 3. จากวงจรในรปดานลาง จงเขยนรปรางสญญาณและบอกขนาดของสญญาณลงในรปดานขวามอ

ตอบ รปรางสญญาณและขนาดของสญญาณเอาตพต เปนดงน

t0

E

+12.7 V

- 12.7 V

4. จากวงจรในรปดานลางเปนวงจรอะไรและท าหนาทใด

D

C

RL

ตอบ จากวงจรทก าหนดเปนวงจรวงจรแคลมเปอรแบบแรงดนบวก (Positive voltage clamper circuits) ท าหนาทปรบระดบแรงดนไฟฟาของสญญาณใหเปนสญญาณไฟฟาบวก 5. จงเขยนวงจรแคลมเปอรทยกระดบสญญาณทางไฟฟาไปดานบวกพรอมทงอธบายการท างานของวงจร ตอบ วธออกแบบ วงจรแคลมเปอรทยกระดบสญญาณทางไฟฟาไปดานบวก โดยตอขว Cathode ของไดโอดตอกบขวของตวเกบประจ และเปนจดตอเอาตพต ดงรปดานลาง

Dt0

-

+E

t0

-

+E

R

C

การท างาน โดยอาศยการเกบประจของคาปาซเตอรในชวงอนพตเปนเฟสลบ เมอเฟสบวกของอนพตเขามาจงท าใหยกระดบไปดานบวก ขนาดสญญาณเทาเดม

6. จงเขยนวงจรแคลมเปอรทยกระดบสญญาณทางไฟฟาไปดานลบพรอมทงอธบายการท างานของวงจร ตอบ การออกแบบวงจรแคลมเปอรทยกระดบสญญาณทางไฟฟาไปดานลบ มวงจรดงรปดานลาง

Dt0

-

+E

t0

-

+

E

R

C

วงจรแคลมเปอรแบบนจะท าใหระดบแรงดนไฟฟาของสญญาณทเอาตพตมการเปลยนแปลงไปทางดานแรงดนไฟฟาลบ โดยอาศยการท างานของไดโอดและตวเกบประจ มตวตานทานท าหนาทเปนโหลดของวงจร และสามารถเพมแรงดนเขาไปในวงจร เพอก าหนดระดบการเปลยนแปลงได 7. ออกแบบวงจรแคลมเปอรเพอยกระดบสญญาณทางไฟฟาไปดานบวก โดยระดบสญญาณเอาตพต ดงรป ดานลาง

t0-

+27.5 VE

7.5 V

ตอบ วธออกแบบ จากโจทยก าหนด ขนาดสญญาณเทากบ +27.5 - (+7.5) = 20 VP-P

RL = r fR R = 610 10 90 = 6900 10 = 30000 W = 30 KW

Prt = 11000 = 0.001 sec = 1 ms

tp = rtp2 : ส าหรบรปพลสทม Duty cycle 50 %

= 1 ms2 = 500 µs

เพอให C มเวลาเกบประจหรอคายประจทไดสมบรณ

tp = 5

= Pt5 = 500 µs

5 = 100 µs

จากสตร = RC = (RS+RL) C = (600+90)C = 690C

C = R = 100 s

690µ

= 6100 10

690

= 0.000000144 F = 0.144 µF Batt = Level outputmin + 0.7 V

จากโจทย Level outputmin = 7.5 V

ดงนน Batt = 7.5 V + 0.7 V = 8.2 V

สามารถเขยนเปนวงจรไดดงน

8. ออกแบบวงจรแคลมเปอรเพอยกระดบสญญาณทางไฟฟาไปดานลบ โดยระดบสญญาณเอาตพต ดงรป ดานลาง

t0

+E

-18.3 V

- 5.3 V

ตอบ หากตองการสญญาณดงทก าหนด ตองออกแบบวงจรยกระดบสญญาณ ดงรปดานลาง

D

C

Batt = 1000 Hz

= 600 W = 15 Vp-pein

RsPrr

RL

RL = r fR R

= 610 10 90

= 6900 10 = 30000 W = 30 KW

Prt = 11000

= 0.001 sec = 1 ms

tp = rtp2 : ส าหรบรปพลสทม Duty cycle 50 %

= 1 ms2

= 500 µs

เพอให C มเวลาเกบประจหรอคายประจทไดสมบรณ

tp = 5

= Pt5 = 500 µs

5 = 100 µs

จากสตร = RC = (RS+RL) C = (600+90)C = 690C

C = R

= 100 s690µ

= 6100 10

690

= 0.000000144 F = 0.144 µF

Batt = Level outputmin - 0.7 V จากโจทย Level outputmin = - 5.3 V

ดงนน Batt = - 5.3 V - 0.7 V = - 6 V

สามารถเขยนเปนวงจรไดดงน

D

C

Batt = 1000 Hz

= 600 W = 15 Vp-pein

RsPrr

RL

6 V30

KW

0.144 µF

t0

+E

-18.3 V

- 5.3 V