Download - ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื
![Page 1: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/1.jpg)
บทท 2
ทฤษฎและหลกการ
ในบทนจะกลาวถงทฤษฎและหลกการพนฐานของวงจรควอเดรเจอรออสซเลเตอร
คณสมบตของออปแอมป คณสมบตของวงจรสายพานกระแสรนท 2 การใชงาน PSPICE ดง
รายละเอยดทจะกลาวตอไป
2.1 วงจรควอเดรเจอรออสซเลเตอร
วงจรกาเนดสญญาณ (Oscillator or Waveform Generator) เปนวงจรหนงทมความสาคญ
ในทางอเลกทรอนกสและการสอสาร วงจรกาเนดสญญาณสามารถแบงออกไดเปนสองกลมใหญๆ
ดวยกนคอ วงจรกาเนดสญญาณรปไซน (Sinusoidal Waveform) และวงจรกาเนดสญญาณรปอนๆ
ทไมใชสญญาณไซน (Non-Sinusoidal Waveform) ซงไดแกสญญาณรปสามเหลยม (Triangular)
และสญญาณรปสเหลยม (Square) เปนตน ในปรญญานพนธนจะนาเสนอเฉพาะวงจรกาเนด
สญญาณรปไซนเทานน
2.1.1 วงจรกาเนดสญญาณรปไซน (Sinusoidal Waveform Generator)
การสรางวงจรกาเนดสญญาณรปไซนแบบทงายทสด ทาไดโดยใหวงจรขยายทม
อตราขยายสงเชน Op Amp ตอกบอปกรณพาสซฟ RC หรอ LC ในลกษณะปอนกลบแบบบวก
(Positive Feedback) ความถของวงจรกาเนดสญญาณรปไซนลกษณะนควบคมได โดยการปรบคา
ความตานทาน (R) และ /หรอคาความเกบประจ (C) บางตวในวงจร ทงนจะตองสอดคลองกบ
เงอนไขเฉพาะทจะทาใหเกดการแกวง (Oscillation) ขนาดของสญญาณไซนลกษณะนจงถกเรยกวา
เปนวงจรกาเนดสญญาณแบบเชงเสน (Linear Oscillation)
2.1.2 เกณฑของ Barkhausen (Barkhausen's Criteria)
วงจรกาเนดสญญาณรปไซนใดๆ จะตองมโครงสรางพนฐานดงแสดงในรปท 1 จาก
รป A(s) และ β(s) เปนอตราขยายเดนหนา (Forward) และอตราขยายปอนกลบ (Feedback)
ตามลาดบ เงอนไขสาคญทจะทาใหวงจรนเกดการแกวงได เรยกวา เกณฑของ Barkhausen ทขนอย
กบอตราขยายวงรอบ (Loop Gain) ของวงจรคอ ( )LA s = ( ) ( )A s sβ เกณฑของ Barkhausen
ประกอบดวยเกณฑสาคญสองประการคอ
เกณฑของเฟส : 0( )LA jω∠ = 0 360± ° (2.1)
เกณฑของอตราขยาย : 0( )LA jω ≥ 1 (2.2)
![Page 2: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/2.jpg)
4
( )A s
( )sβ
1V 0V
รปท 2.1 วงจรกาเนดสญญาณรปไซนทปอนกลบแบบบวก
ผลทางกายภาพทเกดขนจากเกณฑทงสองน กคอ สญญาณขาออก 0V ทมความถ 0f จะม
เฟสตรงกบสญญาณ 1V ทถกปอนเขาทขาเขาของวงจรขยาย ( )A s เมอวนกลบมาครบรอบ แตจะม
ขนาดทใหญกวาเดม กลาวอกอยางหนงกคอวงจรนมการปอนกลบแบบบวกทความถ 0f นนเอง
ดวยเกณฑทงสองนวงจรกาเนดสญญาณไซนจงสามารถกาเนดและรกษาการแกวงของสญญาณได
ในทางปฏบตเราตองการสญญาณปอนกลบแบบบวกทแรงพอทจะทาใหเกดการรกษาการแกวงไว
ได ซงทาไดโดยการทาใหอตราขยายวงรอบ (Loop Gain) มคามากกวา 1 ซงจะทาใหไดสมการ
ลกษณะสมบต (Characteristics Equation) เปน
1 ( ) 0LA s+ = (2.3)
สาหรบตวอยางการประยกตใชเกณฑของ Barkhausen เปนวงจร Ring Oscillator แสดงดงรปท 2.2
1R 2R 3R
1C 2C 3C
DDV DDVDDV
( )oV s
รปท 2.2 วงจร Ring Oscillator
![Page 3: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/3.jpg)
5
สมมตใหแบบจาลองของ NMOS ทรานซสเตอรมคา Trans - Conductance เปน mg และละเลยผล
ของการมอดเลตความยาวชองสญญาณ (Channel Length Modulation) นนคอใหคา 0λ = หรอ
or = ∞ จะไดวาอตราของวงจรอนเวอรเตอร แตละลาดบขน คอ 1( / / )mg R
sC− ดงนน
อตราขยายวงจรของวงจร
331( ) ( / / )
1m
L mg RA s g R
sC sRC = − = − +
(2.4)
หรอ พจารณาในลกษณะผลตอบเชงความถ ทประกอบดวยขนาดและเฟส
(LA jω =
3
21 ( )mg R
RCω
+
(2.5)
( )LA jω∠ = 13 tan ( ) 180RCω−− ± ° (2.6)
เพอใหสอดคลองกบเกณฑของเฟส ( ) 0LA jω∠ = จะไดวา
103 tan ( ) 180 0RCω−− ± ° = ° (2.7)
หรอ 01 3tan(60 )
RC RCω = ° = ( 0ω ตองมคามากกวาศนย) (2.8)
เพอใหสอดคลองกบเกณฑของอตราขยาย เราจะไดวา
3
201 ( )
mg RRCω
≥ +
1 หรอ 2mg R ≥ (2.9)
![Page 4: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/4.jpg)
6
สมการ (2.8) และ (2.9) คอเงอนไขทจาเปนในการออกแบบวงจรดงกลาว ในทางปฏบตเราตองการ
สญญาณปอนกลบแบบบวกทแรงพอทจะทาใหเกดการรกษาการแกวงไวได ซงทาไดโดยการทาให
อตราขยายวงรอบ (Loop Gain) มคามากกวา 1 หรอ mg R > 2 เราจะเลอกให mg R > 2.2 ซงจะทา
ใหไดสมการลกษณะสมบต (Characteristics Equation) ของวงจรนเปน
3
0
2.21 ( ) 1 01 3
LA s sω
+ = + = +
(2.10)
สมการ (2.11) นมรากทงหมดสามราก ท 0 01.848 ,0.058ω ω− + 01.1j ω และ 0 00.058 1.1jω ω−
ทาใหผลตอบภาวะชวคร (Transient Responses) ของสมการนอยในรป
0 01.841 0.0580 01 02 0( ) sin(1.1 )t tv t V e V e tω ω ω φ−= + + (2.11)
โดยท 1 1.1tan0.058
φ − =
จากสมการ ( 2.11) จะเหนไดวาเทอมทหนงจะลดถอยลงในอตราเอกซ
โพเนลเซยลเขาสศนย ในขณะทเทอมทสองเปนสญญาณรปไซนซงมขนาดเพมขนตามเวลา ใน
ทสดแลวขนาดของสญญาณนกจะมคาใหญเกนขอบเขตการทางานในยานเชงเสน การจากดขนาด
เนองจากความไมเปนเชงเสน เชน การขรบของสญญาณ หรอการอมตว กจะเกดขน ทาให
อตราขยายลดลง และเกดความผดเพยนของรปสญญาณในสถานะคงตว (Steady State Response)
สงเกตวาความถของการแกวงทเกดขนจรงกจะเบยงเบนจากความถ 0ω ทไดจากการคานวณดวย ถา
2mg R >> แลว รปสญญาณออกทไดจะใกลเคยงกบรปคลนสเหลยมมาก
2.1.3 วงจรกาเนดคลนไซนตางเฟส 90 องศา
บางครงอาจตองการสญญาณไซนสองตวซงมเฟสตางกน 90 องศา วงจรกาเนด
สญญาณชนดนเรยกวา “Quadrature Oscillator” จากรปท 2.3 แสดงวงจรชนดน ทใชวงจรอนท
เกรเตอรสองตวทมการปอนกลบแบบบวก โดยท 1R ควรมคาตากวา 2R เลกนอยเพอวงจรจะ
เกดการออสซลเลทได นอกจากน 1R ควรมคาพอเหมาะมเชนนน ถาหาก 1R มคาตาเกนไป
![Page 5: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/5.jpg)
7
สญญาณทไดจะมลกษณะเปนคลนสเหลยม ดงนน 1R ทใชควรเปนชนดปรบคาไดเพอให
สญญาณเอาทพตมความเพยนตาสดเทาทจะทาได
กรณท 2R = 3R โดยท 1R < 3R และ 1 2 3C C C= = เราสามารถคานวณ outf
ไดจากสมการ
222
1
CπRoutf = (2.12)
รปท 2.3 ตวอยางวงจรควอเดรเจอรออสซลเลเตอร
2.2 ออปแอมปทางอดมคต
วงจรขยายสญญาณ ( Operational Amplifier) หรอเรยกสน ๆ วาออปแอมป ( Op-Amp) เปน
วงจรรวม(Integrated Circuit) หรอไอซ ( IC) ทประยกตใชงานมากมายในปจจบนเนองจากราคาถก
ใชงานงายสามารถนามาสรางเปนวงจรตาง ๆ ไดโดยไมจาเปนตองมความรเกยวกบโครงสราง
ภายในตวออปแอมปเลย ซงโครงสรางภายในประกอบดวยกลมของทรานซสเตอร กลมของตว
ตานทาน และอปกรณอนทตอกนอยางซบซอน ในทนจะไมกลาวถงหลกการทางานภายในตวออป
แอมปแตจะกลาวถงประวตโดยยอของออปแอมป ซงออปแอมปถกสรางขนครงแรกในป ค .ศ.
1940 เปนแบบหลอดสญญากาศเดยวตอมาไดนาออปแอมปไปใชงานเกยวกบอนาลอก
คอมพวเตอรโดยนาออปแอมปไปใชเชงคณตศาสตรโดยสรางเปนวงจรการบวก การคณ การหาร
การอนพนธและการอนทเกรท เปนตน และในปจจบนยงไดนาออปแอมปมาใชงานทางดจตอล
![Page 6: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/6.jpg)
8
คอมพวเตอร นอกจากนยงนาออปแอมปมาใชงานทไมเปนเชงเสนดวย เชน วงจรเปรยบเทยบ
แรงดน วงจรชมททรกเกอร เปนตน
2.2.1 ออปแอมปทางอดมคต
ในการวเคราะหวงจรไฟฟาทประกอบดวยออปแอมป จะกาหนดใหออปแอมปเปน
อดมคต ซงออปแอมปมหลายชนดและหลายเบอร ตวอยางของออปแอมปเบอร 741 ทใชงานทวไป
แสดงดงรปท 2.4 มทงหมด 8 ขาแตละขาจะมหนาทแตกตางกนแสดงในรปท 2.5
รปท 2.4 ตวอยางไอซออปแอมปเบอร 741
รปท 2.5 ความสมพนธและหนาทการทางานแตละขาของไอซออปแอมป
ขา 1 คอ ปรบคาชดเชยหรอปลอยวาง
ขา 2 คอ อนพตแบบกลบเฟส
ขา 3 คอ อนพตแบบไมกลบเฟส
ขา 4 คอ แหลงจายไฟฟาคาลบ
ขา 5 คอ ปรบคาชดเชยหรอปลอยวาง
ขา 6 คอ เอาตพต
ขา 7 คอ แหลงจายไฟฟาคาบวก
ขา 8 คอ ไมใช
![Page 7: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/7.jpg)
9
การเขยนสญลกษณแทนวงจรออปแอมปแสดงดงรปท 2.6 เปนรปสามเหลยมโดยทเครองหมาย
บวกเปนขาอนพตแบบไมกลบเฟสญาณ และเครองหมายลบเปนขาอนพตแบบกลบเฟสสญญาณ
สวนขาของแหลงจายไฟฟาหรอไฟเลยงวงจรม 2 ขาคอ + V ,-V ในทนจะไมสนใจวงจรภายในของ
ออปแอมป แตจะหาความสมพนธระหวางแรงดนและกระแสทขวอนพตและเอาตพตเทานน ดงนน
เพอความงายในการวเคราะหวงจรจงแทนสญลกษณของออปแอมปเปนดงรปท 2.7
รปท 2.6 สญลกษณของออปแอมปทประกอบไปดวยขาไฟเลยง
V −( )
V +( )oV
i =1 0
i =2 0
รปท 2.7 สญลกษณของออปแอมปอยางงายทางอดมคต
จากรปท 2.7 หาความสมพนธของแรงดนและกระแสของออปแอมปในทางอดมคตไดดงน
ไมมกระแสะไหลเขาขาอนพตของออปแอมปทงสองหรอกระแสทไหลเขาขาออป
แอมปทงสองมคาเปนศนยนนคอ 1 20, 0i i= =
แรงดนโหนดทโหนดอนพตของออปแอมปมคาเทากนนนคอ 1 2v v= หรอคาความ
ตางศกยของแรงดนอนพตทขวอนพตทงสองมคาเปนศนย จะได 1 2 0v v− =
2.2.2 การประยกตใชงานวงจรทประกอบดวยออปแอมป
ในการนาออปแอมปไปใชงานนนสามารถทจะสรางเปนวงจรทกระทาทางคณตศาสตรไดแก
วงจรบวกสญญาณ วงจรคณสญญาณ วงจรหารสญญาณ วงจรยกกาลงใด ๆ เปนตน ซงในการ
![Page 8: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/8.jpg)
10
วเคราะหวงจรทประกอบดวยออปแอมปจะเลอกใชการวเคราะหดวยโหนด เพอความสะดวกและ
งายในการวเคราะหมสงทตองจดจาอยสามประการคอ
• แรงดนโหนดทโหนดอนพตของออปแอมปแบบอดมคตจะมคาเทากน ดงนนสามารถ
กาจดตว แปรโหนดใดโหนดหนงจากสมการโหนดของอนพตได ตวอยางเชนวงจร
ในรปท 2.16 แรงดนทโหนดอนพตมคาเปน 1v และ 2v ซง 1 2v v= ทาใหสามารถ
กาจดตวแปรใดตวแปรหนงไดจากสมการโหนดน
• กระแสทไหลเขาออปแอมปทางอดมคตเปนศนยซงสามารถใช KCL ทขาอนพตของ
ออปแอมปทงสองนได
• กระแสเอาตพตของออปแอมปมคาไมเทากบศนย ซงจะใช KCL ทโหนดเอาตพตของ
ออปแอมปกตอเมอตองการหากระแสเอาตพตเทานน หากไมตองการหากไม
จาเปนตองใช KCL ทโหนดน
2.3 วงจรอนทเกรเตอร
วงจรอนทเกรเตอรเปนวงจรตวตานทานและตวเกบประจทตออนกรมก นโดยปอนสญญาณ
อนพตเขาทตวตานทานและวดสญญาณเอาตพตครอมตวเกบประจลกษณะการจดวงจรเหมอนกบ
วงจรกรองความถตาผาน แสดงดงรปท 2.8
R1
V in C1V out
รปท 2.8 วงจรอนตเกรเตอร
2.3.1 การทางานของวงจรอนทเกรเตอร
การทางานของวงจรอนทเกรเตอรเมอปอนสญญาณอนพตใหแกวงจรเปนสญญาณพลส
รปสเหลยมดงรปท 2.20 ตวเกบประจในวงจรจะทาการประจและคายประจตามสญญาณอนพต เมอ
สญญาณอนพตเปลยนแรงดนจากระดบตาไปยงระดบสง ตวเกบประจ C1 จะทาการประจแรงดน
ผานตวตานทาน R1 ทาใหทตวเกบประจ C1 มแรงดนเพมขนสามารถแทนสญญาณอนพตชวง
![Page 9: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/9.jpg)
11
เปลยนแรงดนจากระดบตาเปนระดบสง ดวยแหลงจายไฟตรง ดงรปท 2.9 (ก) และแสดงการประจ
แรงดนชวงทสญญาณอนพตเปลยนระดบแรงดนจากระดบตาไปยงระดบสง ดงรปท 2.9 (ข)
t
t
o
iV
V
(ก)วงจรแทนการเปลยนแรงดนอนพตจากระดบแรงดนตาไปยงระดบแรงดนสง
R1
C1+-
VVin out
(ข) การประจแรงดนของตวเกบประจเมอแรงดนอนพตเปลยน
จากระดบแรงดนตาไปยงระดบแรงดนสง
รปท 2.9 ผลการเปลยนสญญาณอนพตจากระดบแรงดนตาไประดบแรงดนสง
2.3.2 สญญาณอนพตมความกวางเทากบหรอมากกวา 5 เทาของคาคงทเวลา
วงจรอนทเกรเตอรทมสญญาณอนพตมความกวางเทากบหรอมากกวาคาคงทเวลาจะทา
ให ตวเกบประจจะสามารถประจไดอยางเตมทและทชวงขอบขาลงของพลสตวเกบประจกสามารถ
คายประจไดจนหมดสนแลวเชนกน ดงนนจงดเหมอนวาหากปอนสญญาณพลสทมความกวาง
มากกวาหรอเทากบ 5 เทาของคาคงทเวลาสญญาณเอาตพตกจะมความคลายคลงกบอนพตมากแตใน
ความเปนจรงไมเปนเชนนนเพราะวาคาของเวลาเองกสงผลใหตวเกบประจทางานไดเรวหรอชาดวย
ดงในรปท 2.10 เปนการเปรยบเทยบใหเหนวาเมอสญญาณอนพตมความกวางเทากบหรอมากกวา 5
เทาของคาคงทเวลาสญญาณเอาตพตซง กคอ แรงดนตกครอมตวเกบประจจะมความแตกตางกน
![Page 10: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/10.jpg)
12
10V
10 20 30
V
10V
t (µs)10 20 30
10 20 30
10V
10V
10 20 30
10V
t(µs)
10 20 30
t = 10 µs
( ก )
( ข )
( ค )
( ง )
( จ )
in
t (µs)
t (µs)
t (µs)
w
Vo
Vo
Vo
Vo
10wt ms=
5 1t ms=
5 2.5t ms=
5 5t ms=
5 10t ms=
รปท 2.10 ผลการตอบสนองของวงจรอนทเกรเตอร
2.3.3 สญญาณอนพตมความกวางนอยกวา 5 เทาของคาคงทเวลา
การตอบสนองของวงจรอน ทเกรเตอรเมอสญญาณอนพตมความกวางนอยกวา 5 เทา
ของคาคงทเวลา จะทาใหตวเกบประจไมสามารถประจแรงดนไดสงเทากบอนพต และถาสญญาณ
อนพตมความกวางนอยลง ขนาดของสญญาณเอาตพตกจะลดลงตามไปดวย ดงแสดงในรปท 2.11
![Page 11: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/11.jpg)
13
4wt t=
3wt t=
2wt t=
1wt t=
wt t<<
รปท 2.11 ผลการตอบสนองของวงจรอนทเกรเตอร
2.3.4 วงจรอนทเกรเตอรทใชออปแอมป
วงจรอนทเกรเตอรทใชออปแอมป (Op-Amp Integrator Circuit) คอวงจรใชไอซ.
ออปแอมป สรางเปนวงจรอนทเกรเตอร สญญาณแรงดนอนพตทเขามา แสดงดงรปท 2.12 โดยม
ตวตานทาน เปน อปกรณพาสซฟดานอนพต (Element Input) และมตวเกบประจ 1C เปน
อปกรณพาสซฟมายงอนพต (Feedback Element) วงจรจะตอกลบกนกบวงจรดฟเฟอรเรนตเอเตอร
(Differentiator) สมการของแรงดนขาออกจะเปนไปตามสมการของการ อนทเกรเตอรของ สญญาณ
แรงดนขาเขา
1 1
1.o iV V dt
R C= − ∫ (2.13)
![Page 12: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/12.jpg)
14
+
1R
1C
1V0V
รปท 2.12 วงจรอนทเกรเตอรทใชออปแอมป
ความสมพนธของความถสญญาณขาเขากมผลตอการเปลยนแปลงของแรงดนขาออก
เชนกนจงตองใช 2R ตอขนานกบ 1C เพอจากด ( Low Frequency Resistor) เมอความถ
เปลยนแปลง แลวอาจเพม 2R เขาทขา อนพตขาบวกของออปแอมป กได เพอลด oiV แสดงดง
รปท 2.13
+
1R1C
1V0V
2R
3R
รปท 2.13 วงจรอนทเกรเตอรทสมบรณแบบ
การทางานของวงจรในรปท 2.13 เปนดงน
1. ถาความถมคาความถมากกวาความถหกมม Cf f> วงจรทางานเปนวงจรอนทเกรเตอร
จะได 1 1
1o iV V dt
R C= − ∫
2. ถาความถมคาความถนอยกวาความถหกมม Cf f< วงจรทางานเปนวงจรขยายสญญาณ
แบบกลบเฟส จะได 1/ RRA sv = เมอ 1
12C
s
fR Cπ
= และ sRRR //12 = คากาหนดทวไป
มกให 110RRs ≈ โดยทคาคาบเวลาของสญญาณเขา CRT .1≅
![Page 13: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/13.jpg)
15
2.4 วงจรสายพานกระแส
วงจรสายพานกระแส( Current Conveyor) เปนวงจรปฏบตการเกยวกบสญญาณทางดาน
อนาลอกทสามารถประยกตใชงานรวมกบวงจรอเลกทรอนกสอน ๆ เพอกอกาเนดวงจรท
ประมวลผลสญญาณแบบอนาลอกในโหมดกระแสทเปนประโยชนไดอกมากมาย ลกษณะของ
วงจรสายพานกระแสจะมความคลายคลงกบวงจรออปแอมป ซงเปนทรจกกนโดยทวไปในดาน
มมมองทเปนวงจรทถกสรางขนเปนวงจรสาเรจแบบวงจรรวม ขอแตกตางระหวางวงจรสายพาน
กระแสและวงจรออปแอมปทมความเดนชดกคอ วงจรออปแอมปทเปนวงจรทางดานอนาลอกท
ทางานในโหมดแรงดนซงเปนโหมดการทางานของวงจรทเปนคนเคยกนและใชงานแพรหลายอย
โดยทวไป สาหรบวงจรสายพานกระแสนนเปนวงจรปฏบตการแบบอนาลอกททางานในโหมด
กระแส ซงวงจรททางานในโหมดกระแสมขอดคอใหความถกตองและแมนยาของคาอตราการขยาย
สญญาณของวงจร และมยานความถในการทางานของวงจรทกวางกวาเมอเปรยบเทยบกบวงจร
ประเภทเดยวกนททางานในโหมดแรงดน ในทนจะกลาวถงวงจรสายพานกระแสรนทสอง (CCII)
2.5.1 วงจรสายพานกระแสรนทสอง (Second Generation Current Conveyor : CCII)
ในป ค.ศ. 1970 ซงเปนระยะเวลา 2 ปตอมาหลงจากท K.C. Smith และ A.S. Sedra ได
นาเสนอแนวความคดของวงจร CCI บคคลทงสองไดทาการปรบปรงวงจรและไดนาเสนอ
แนวความคดของหลกการวงจรสายพานกระแสแบบใหมขน ซงมคณสมบตทแตกตางและสามารถ
ประยกตใชงานไดหลากหลายมากกวาแนวคดของวงจร CCI เดม เรยกวาวงจรสายพานกระแสรนท
สองวงจรสายพานกระแสรนทสองใชสญลกษณตวอกษรแทนดวย CCII โดยคณสมบตของวงจร
CCII สามารถแสดงไดตามความสมพนธเชงเมตรกซของตวแปรทางไฟฟาตาง ๆ ดงตอไปน
0 0 01 0 00 1 0
y y
x x
z z
i vv ii v
= =
( 2.14)
จากสมการ (2.14) สามารถนาไปเขยนเปนวงจรสมมลไดดงแสดงในรปท 2.14 และกาหนด
ใชสญลกษณเปนบลอกไดอะแกรม ไดแสดงในรปท 2.15
![Page 14: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/14.jpg)
16
zy
x
1
0=yi
yx VV =
xi
xiiz=
รปท 2.14 วงจรสมมลของ CCI
x
y
z Vz
xi
yi
xV
yV
xiiz=
รปท 2.15 สญลกษณของวงจร CCII
จากวงจรสมมลของวงจร CCII จะพบวา วงจร CCII กเปนอปกรณประเภท 3 ขว ไดแก x , y
และ z โดยขว x เปนขวทมคาอมพแดนซทางดานขาเขา ( Input Impedance) อยทคาหนง ขว y จะ
เปนขวทมคาอมพแดนซทางดานขาเขาสง และขว z จะเปนขวทมคาอมพแดนซทางดานขาออกสง
โดยวงจร CCII จะมกระแสทางดานขว z คอ Zi เทากบกระแสทางดานขว x คอ Xi ถาทศทาง
กระแส Xi และ Zi มทศทางเดยวกนคอไหลเขาหรอไหลออกจากวงจรเหมอนกนจะจดเปนวงจร
CCII แบบบวก ใชสญลกษณตวยอยวา CCII+ สวนในกรณทกระแสทงสองกลบทศทางกน วงจร
CCII จะจดเปน CCII แบบลบ นยมเขยนแทนดวยอกษรยอวา CCII-
จากแนวความคดและหลกการของวงจร CCII น ไดมผนาไปคดสรางวงจรในทางปฏบตท
ทางานในโหมดกระแสขนหลายรปแบบ ดงจะเหนไดจากบทความวจยตาง ๆ ทไดรบการตพมพขน
เปนจานวนมาก ซงตอมาไดมการพฒนาวงจรสายพานกระแสรนทสองทสามารถปรบคาอมพแดนซ
ทางดานขาเขาทขว x ไดโดยใชกระแสจากภายนอกเปนตวปรบ ทเรยกวา วงจรสายพานกระแสรนท
สองทควบคมไดดวยกระแส โดยผคดคนคอ A.Fabre ในป 1995
![Page 15: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/15.jpg)
17
ในปรญญานพนธนเลอกใชวงจรสายพานกระแสรนทสอง โดยเลอกใชไอซ AD844 ในการ
สรางเปนตวควบคมแบบพไอดในโหมดกระแส
2.6 การใชโปรแกรม Orcad
1. เรยกใชโปรแกรม Capture CIS จาก Orcad Family Release 9.2
รปท 2.16 ลกษณะของโปรแกรม Orcad Capture CIS
![Page 16: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/16.jpg)
18
รปท 2.17 เรยก New Project
ในสวนของ Name ตงใหชอ (เปนภาษาองกฤษและตวเลขเทานน หามมเครองหมาย -,/%.* หรอเวน
วรรค)ในสวน Create a New Project Using ใหเลอก Analog or Mixed A/Dในสวน Location ใหกด
ปม Browse เลอก Folder ทตองการเกบไฟลนไว
รปท 2.18 ทาการเลอก Drive ทจะเกบไฟลไว
![Page 17: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/17.jpg)
19
รปท 2.19 ทาการสราง Folder ทจะเกบไฟล
รปท 2.20 ทาการเลอก Folder ทจะเกบไฟล
รปท 2.21 หลงจากตงชอ, เลอกรปแบบวงจรและ Folder แลวใหกด OK ผานได
![Page 18: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/18.jpg)
20
รปท 2.22 โปรแกรมจะสรางไฟล ***.opi อตโนมต ใหกด OK ผานได
รปท 2.23 โครงสรางของโปรแกรมทจะใชวเคราะหวงจรไฟฟา
![Page 19: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/19.jpg)
21
รปท 2.24 สามารถเพม Page ไดโดยกดเมาสขวาท SCHEMATIC1
รปท 2.25 ตงชอ Page ตางๆ
![Page 20: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/20.jpg)
22
รปท 2.26 เมอทาการ Double Click ท Page1 จะแสดงพนทในการเขยนวงจร
รปท 2.27 กด Ctrl + a เลอกทงหมด กดป ม Delete เตรยมพรอมสาหรบการเขยนวงจร
![Page 21: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/21.jpg)
23
รปท 2.28 กดป ม Place Part เพอเรยกใชอปกรณ
รปท 2.29 อปกรณจะถกเกบไวเปนหมวดหมใน Libraries (1 File : 1 Libraries)
![Page 22: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/22.jpg)
24
รปท 2.30 เลอกอปกรณทตองการโดยกดป ม OK นาไปวางลงบนพนทเขยนวงจร
รปท 2.31 Double Click ทคาของอปกรณ จะปรากฏ Dialog
![Page 23: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/23.jpg)
25
.
รปท 2.32 เลอกความตานทาน (R) ท Place Part อกครง
รปท 2.33 นาความตานทานมาวางลงในพนท
![Page 24: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/24.jpg)
26
รปท 2.34 ใชคาสง Line
![Page 25: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/25.jpg)
27
รปท 2.35 ทาการเชอมตออปกรณเขาดวยกน
![Page 26: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/26.jpg)
28
รปท 2.36 เลอกคาสง Ground
รปท 2.37 เชอมตอ Ground เขากบวงจรทออกแบบ จากนนทาการบนทก
![Page 27: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/27.jpg)
29
รปท 2.38 เลอกป ม OK เพอบนทกทงหมด
รปท 2.39 กดปม New Simulate Profile จากนนตงชอไฟลไฟลสาหรบ RUN
![Page 28: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/28.jpg)
30
รปท 2.40 Dialog Box ของ Simulation Setting ใหกดป ม OK ผานได
รปท 2.41 หากตองการแกไขรายละเอยดใหมใหกดป ม Edit Simulation Setings
![Page 29: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/29.jpg)
31
รปท 2.42 กอนทาการ RUN ใหทาการบนทก (Save)
รปท 2.43 แสดงหนาตางของผลการ RUN
![Page 30: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/30.jpg)
32
รปท 2.44 สามารถใหโปรแกรมแสดงแรงดนทจดตางๆ ของวงจรได
รปท 2.45 สามารถเลอกใหโปรแกรมแสดงกระแสและวตตทจดตางๆ ของวงจรได
![Page 31: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/31.jpg)
33
รปท 2.46 ใชโวลตมเตอรแบบขวเดยว (วดเทยบกบจด Ground ของแหลงจาย)
รปท 2.47 สามารถ ZOOM ดคาของแรงดนได
![Page 32: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/32.jpg)
34
รปท 2.48 ใชโวลตมเตอรแบบค วดแรงดนทตกครอมอปกรณได
รปท 2.49 เมอกดป ม RUN โวลตมเตอรจะผลของแรงดน
![Page 33: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/33.jpg)
35
รปท 2.50 ใชแอมปมเตอรแบบเดยววดกระแสทไหลผานอปกรณแตละตวได
รปท 2.51 เมอกดป ม RUN แอมปมเตอรจะผลของกระแสไฟฟา
![Page 34: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/34.jpg)
36
รปท 2.52 ใชวตตมเตอรแบบเดยว วดกาลงวตตทอปกรณแตละตวได
รปท 2.53 เมอกดป ม RUN วตตมเตอรจะผลของกาลงวตต
![Page 35: ทฤษฎีและหลักการ · 2018-11-01 · บทที่ 2. ทฤษฎีและหลักการ . ในบทนี้จะกล่าวถึงทฤษฎีและหลักการพื](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022041813/5e58c49eebf6f91c5a2c72f7/html5/thumbnails/35.jpg)
37
รปท 2.54 ใน Place Part List จะแสดง รายการอปกรณทเคยเรยกใชมาแลว