1

แบบทดสอบกอนเรยน

หนวยท 1 เรองรปสญญาณไฟฟาและการแปลงรปสญญาณ วชา พลสเทคนค เวลา 20 นาท 20 คะแนน ค าชแจงเลอกค าตอบทถกทสดเพยงขอเดยวโดยการท าเครองหมายกากบาท() 1. ขอใดคอลกษณะของรปคลนสญญาณพลส(Pulse Wave)

ก. ชวงเวลาเกดพลสนอยกวาชวงเวลาระหวางพลส ข. ชวงเวลาเกดพลสเทากบชวงเวลาระหวางพลส ค. ชวงเวลาเกดพลสมากกวาชวงเวลาระหวางพลส ง. ชวงเวลาไตขนเทากบชวงเวลาไตลง จ. มมลาดเอยงในรปคลนจะเทากบ 60 องศาเสมอ

2. รปสญญาณทางไฟฟาในขอใดตอไปนทไมใชสญญาณพลส ก. คลนสเหลยมผนผา ข. คลนสามเหลยม ค. คลนอนตเกรเตด ง. คลนดฟเฟอเรนตเอเตด จ. คลนไซน

3. ขอใดตอไปนไมถอวาเปนคณสมบตของรปคลนสญญาณพลสในทางทฤษฏ ก. รปคลนสญญาณตองมเหลยมมมม ข. รปคลนสญญาณตองมขอบขาขนและขอบขาลง ค. รปคลนสญญาณจะซ ากนและไมมการเปลยนแปลง ง. รปคลนสญญาณมลกษณะเปนหวงๆ จ. ผดทกขอ

4. สญญาณรปคลนพลสในทางปฏบตจะแตกตางไปจากทฤษฎตามขอใดตอไปน ก. รปคลนทางปฏบตจะมลกษณะคลายๆรปคลนไซน ข. รปคลนทางปฏบตจะมลกษณะเปนหวงๆ ค. รปคลนทางปฏบตจะมมม 90 องศา ง. รปคลนทางปฏบตจะมความลาดเอยงของรปคลนปนมา จ. ไมมความแตกตางกน

2

จากรปสญญาณตอไปนใชตอบค าถามขอ 5-9

t (mS)

10 V

10 20 30 400

V

5. ชวงเวลา Prt ของคลนมคาเทากบเทาไหร

ก. 10 mS ข. 20 mS ค. 30 mS ง. 40 mS จ. 50 mS

6. Pulse Width ของสญญาณมคาเทาไร ก. 5 mS ข. 10 mS ค. 15 mS ง. 20 mS จ. 25 mS

7. จากรปสญญาณ จงค านวณหาคาความถ ก. 10 Hz ข. 20 Hz ค. 30 Hz ง. 40 Hz จ. 50 Hz

3

8. จากรปสญญาณ จงค านวณหาคาดวต ไซเคลของรปคลน ก. 10 % ข. 20 % ค. 30 % ง. 40 % จ. 50 %

9. แรงดนเฉลย(Average Voltage) ของรปคลนมคาเทาใด ก. 5 V ข. 10 V ค. 15 V ง. 20 V จ. 25 V

10. ขอใดตอไปนเปนความหมายของคาความกวางของพลส(Pulse Duration) ก. คาความสงของพลสมากกวา 90เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด ข. คาความสงของพลสมากกวา 100 เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด ค. คาความเอยงของพลสมากกวา 45 เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด ง. ระยะหางระหวางพลสของพลสมากกวา 90เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด จ. คาความสงของพลสมคาเทากบคาความกวางของพลส

11. ขอใดตอไปนเปนความหมายของคาเวลาเคลอนขน(Rise Time) ก. ระยะเวลาทพลสเคลอนตวออกจากแหลงจาย ข. ระยะเวลาทพลสมขนาดลดลงจาก 90 เปอรเซนตเหลอเปน 10 เปอรเซนต ค. ระยะเวลาทขนาดพลสเรมตนตงแตคา 10เปอรเซนตจนถงคาสงสดของรปคลนพลส ง. ระยะเวลาทขนาดความกวางและความสงรปคลนพลสมคาเทากน จ. ระยะเวลาทคาความสงของพลสมคาเปน 2 เทาของความกวางของพลส

12. ขอใดตอไปนเปนวธการสรางสญญาณพลสรปสเหลยม ก. การรวมคลนไทรแองเกล ข. การปอนรปคลนเขาไปในวงจรทวแรงดน ค. ใชวงจรยกระดบสญญาณคลนไซน ง. การปอนสญญาณความถรปไซนทแรงพอเขาไปทวงจรขยายทรานซสเตอร จ. ผดทกขอ

4

13. การสรางสญญาณพลสโดยการรวมคลนไซนจะใชความถพนฐานรวมกบสญญาณใด ก. ความถฮารมอนกค ข. ความถฮารมอนกค ค. สญญาณสแตรเคส ง. สญญาณรปฟนเลอย จ. สญญาณเสยง

14. การสรางคลนสญญาณพลสรปสเหลยมทนยมใชมากทสดคอวธการในขอใดตอไปน ก. การผานรปคลนเขาไปในวงจรขยาย ข. การรวมกนของคลนไซน ค. การใชวงจรก าเนดความถสญญาณรปคลนสเหลยม ง. การน าสญญาณไซนผานตวเกบประจ จ. การน าสญญาณฟนเลอยผานวงจรแคลมปเปอร

จากรปวงจรตอไปก าหนดใหก าหนดใหคาตวเกบประจ 0.47 µF และตวตานทาน RA มคาเทากบ

1 kΩ จงใชตอบค าถามขอท 15 - 18

5

15. ตองการใหวงจรผลตความถ 100 Hz จะใชตวตานทาน RB คาเทาใด ก. 51 Ω

ข. 151 Ω ค. 251 Ω ง. 351 Ω จ. 451 Ω

16. จากค าตอบในขอท 15 ชวงเวลาทมพลสมคาเทาใด ก. 5 mS ข. 10 mS ค. 15 mS ง. 20 mS จ. 25 mS

17. จากวงจรขางตนชวงเวลาระหวางพลสมคาเทาใด ก. 5 mS ข. 10 mS ค. 15 mS ง. 20 mS จ. 25 mS

18. คาควต ไซเคลของวงจรมคาเทาใด ก. 19.9 % ข. 21.8 % ค. 49.8 % ง. 52.4 % จ. 60.3 %

19. การแปลงรปสญญาณหมายถงขอใดตอไปน ก. การท าใหรปคลนเกดการเปลยนรปรางไปจากเดม ข. การท าใหรปคลนมลกษณะใหญขน ค. การท าใหรปคลนมลกษณะเลกลง ง. การท าใหรปคลนมลกษณะบดเบยวไปจากเดม จ. ผดทกขอ

6

20. วงจรแตงรปคลนสญญาณจะนยมท ามาจากอปกรณประเภทใด

ก. ไดโอด ข. ทรานซสเตอร ค. R L C ง. ไทรสเตอร จ. Relay

7

หนวยท 1 รปสญญาณไฟฟาและการแปลงรปสญญาณ

1.1 รปคลนสญญาณทางไฟฟา 1.2 สญญาณพลสในทางทฤษฎ 1.3 สญญาณพลสในทางปฏบต 1.4 การสรางและก าเนดสญญาณพลสรปสเหลยม 1.5 การแปลงรปสญญาณ 1.6 ตวอยางการน าวงจรก าเนดสญญาณพลสรปสเหลยมไปประยกตใชงาน

เพอใหผเรยนมความรความเขาใจในเรองความหมายและลกษณะรปคลนสญญาณไฟฟาแบบตางๆ การสรางวงจรก าเนดสญญาณพลส และการแปลงรปสญญาณ

เพอใหผเรยนสามารถ

1. อธบายความหมายของรปสญญาณชนดตางๆไดถกตอง 2. บอกความแตกตางระหวางคลนสญญาณทางไฟฟาและรปคลนพลสไดถกตอง 3. บอกถงคณสมบตพลสในทางทฤษฎไดถกตอง 4. ค านวณหาคาตางๆของสญญาณพลสในทางทฤษฎไดถกตอง

5. บอกลกษณะของรปคลนพลสในทางปฏบตไดถกตอง 6. อธบายวธการสรางสญญาณพลสรปสเหลยมไดถกตอง 7. ออกแบบวงจรสรางสญญาณพลสรปสเหลยมไดถกตอง 8. อธบายวธการทใชในการแปลงรปสญญาณไดถกตอง 9. มคณสมบตอนพงประสงค ดานคณธรรม จรยธรรม

8

หวขอเนอหาสาระ 1.1 รปคลนสญญาณทางไฟฟา

รปคลนสญญาณ(Signal) ไดเขามามบทบาทส าคญอยางยงตอการด าเนนชวตประจ าวนของมนษยในปจจบนไมวามนษยเราจะกระท าการใดกตามมกจะเกดสญญาณหรอรปคลนขนมาเสมอ เชนเมอเราพดหรออานออกเสยงกจะมคลนเสยงออกมาเมอเราเปดอปกรณเครองใชไฟฟา เชนพดลม วทย โทรทศน กจะมสญญาณทางไฟฟาเกดขนมา สญญาณทางไฟฟาเหลานมแหลงก าเนดทหลายหลายแตกตางกนออกไปดงนนจะเหนไดวาสญญาณทางไฟฟาเหลานมสวนส าคญและเปนสงจ าเปนในการด ารงชวตประจ าวนของมนษย ดงน นการศกษาและวเคราะหสญญาณไฟฟาเหลานจงเปนสงทมความส าคญเปนอยางมาก โดยทวไปการวเคราะหสญญาณเหลานจะมหลายวธดวยกน เชน การวเคราะหดวยสมการทางคณตศาสตรทเรยกวาสมการฟรเออร(Fourier.Analysis) หรอใชวธการสงเกตการเปลยนแปลงของกระแสและแรงดนอยางตอเนองในแตละสวนซงจะท าใหทราบถงลกษณะรปรางของรปคลนสญญาณแบบตางๆ ซงจะมชอเรยกสญญาณเหลานแตกตางกนออกตามลกษณะของรปสญญาณ เชน รปคลนไซน(Sine Wave) รปคลนเอยง(Ramp.Wave) รปคลนขนบนได(Step.Wave). และรปคลนเอกซโพเนนเชยล(ExponentialWave)

เมอน ารปคลนพนฐานเหลานมาผสมกนจะไดคลนรปใหมออกมาและจะมชอเรยกคลนผสมรปใหมนแตกตางกนออกไปตามลกษณะรปรางของสญญาณ เชน คลนสเหลยมจตรส(Square.Wave) คลนพลส(Pulse.Wave) คลนสามเหลยม(Triangle.Wave) คลนฟนเลอย(Sawtooth Wave).คลนอนตเกรเตด (Intregrated.Wave).คลนดฟเฟอเรนตเอเตด(Differentiated.Wave) คลนแทรปซอยดล(Trapezoidal Wave) และคลนสแตรเคส(Staircase.Wave)

1.1.1 รปคลนไซน(Sine Wave) รปคลนไซนเปนรปคลนทมลกษณะการเปลยนแปลงของคลนทคอยๆเพมขนไปทางดานบวก

ไปถงจดสงสดและจะคอยๆลดลงไปเรอยๆจนถงจดต าสดของรปคลนในดานลบและรปคลนจะเพมสงขนไปเรอยๆในดานบวกอกครง รปคลนไซนสามารถแสดงไดดงในภาพท 1.1

9

ภาพท 1.1 สญญาณไซนเวฟ

ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2539:12 จากภาพท 1.1 คาทส าคญของสญญาณไซนเวฟประกอบดวย

1) คา Vp-p= 2 Vm

2) คาVp= Vm

3) คา Vrms = 0.707 Vm

4) VDC(ครง Cycle) = 0.636Vm

5) Form factor , Ff=

1.1.2 คลนเอยง(Ramp Wave) รปคลนเอยงจะมลกษณะการเปลยนแปลงของรปคลนเปนแบบเชงเสน(Linear) ทงในดาน

ขนและลง โดยรปคลนจะมลกษณะลาดเอยงในแนวดงและแนวนอนดงแสดงในภาพท 1.2 โดยภาพยอย(ก) จะแสดงรปคลนลาดเอยงลง และภาพยอย(ข) จะแสดงรปคลนลาดเอยงขน

Vrms VDC

10

ภาพท 1.2 คลนเอยง ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2539:12

1.1.3 รปคลนเอกซโพเนนเชยล(Exponential Wave)

รปคลนแบบเอกซโพเนนเชยล เกดจากสภาวะการท างานของตวเกบประจทท าการประจแรงดนไฟตรงและคายประจแรงดนไฟตรง โดยลกษณะของรปคลนสามารถแสดงไดดงภาพท 1.3 โดยภาพยอย (ก) จะแสดงรปคลนเอกซโพเนนเชยลลาดเอยงลง และภาพยอย (ข) จะแสดงรปคลนเอกซโพเนนเชยลลาดเอยงขน

ภาพท 1.3 คลนเอกซโพเนนเชยล ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2545:12

11

1.1.4 รปคลนขนบนได(Step Wave) รปคลนขนบนไดจะเกดการเปลยนแปลงระดบสญญาณอยางทนททนใด จากระดบสญญาณ

+V ไปเปน 0V หรอจากระดบสญญาณ 0V ไปเปน +V โดยรปคลนสามารถแสดงไดดงภาพท 1.4 โดยภาพยอย(ก) จะแสดงรปคลนขนบนไดขาลง และภาพยอย(ข) จะแสดงรปคลนขนบนไดขาขน

ภาพท 1.4 คลนขนบนได ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2547:4

1.1.5 รปคลนแบบสเหลยม(Rectangular Wave) รปคลนสเหลยมมมฉากจะมมมของรปคลนในแตละดานเปนมมฉาก ซงรปคลนสเหลยม

สามารถแบงออกไดเปน 2 แบบคอ รปคลนสเหลยมจตรส และรปคลนพลสซงจะมลกษณะดงน 1.1.5.1 รปคลนสเหลยมจตรส(Square Wave) เปนรปคลนสญญาณทมคาความกวางของเวลา

เทากนในแตละครงของคาบเวลาของรปคลนแสดงดงภาพท 1.5

12

ภาพท 1.5 คลนสเหลยมจตรส ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548:5

1.1.5.2 รปคลนแบบพลส(Pulse Wave) รปคลนสญญาณแบบนจะมชวงระยะเวลาทมรปคลนพลส (Pulse Width) ใชตวยอ tP นอยกวาชวงระยะเวลาระหวางพลส(Pulse Interval) ใชตวยอ tiโดยรปคลนจะสามารถแสดงไดดงภาพท 1.6

ภาพท1.6 คลนพลส ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548:6

13

1.1.6 รปคลนสามเหลยม(Triangular Wave) รปคลนสามเหลยมจะเปนการรวมคลนเอยงลาดขนกบคลนเอยงลาดลงโดยมมมเอยงลาดขน

และลาดลงเทากน แตถาคลนเอยงลาดขนกบคลนเอยงลาดลงมมมเอยงขนและลาดลงไมเทากนจะเรยกคลนชนดนวาคลนฟนเลอย(Sawtooth Wave) ดงแสดงในภาพท 1.7 โดยภาพยอย(ก) จะแสดงรปคลนสามเหลยมทม t1=t2 และภาพยอย(ข) จะแสดงรปคลนสามเหลยมทม t1t2

ภาพท 1.7 คลนสามเหลยม ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548:7

1.1.7 รปคลนอนตเกรเตด(IntegratedWave)

รปคลนอนตเกรเตดจะเปนการรวมคลนเอกซโพเนนเชยลลาดขนกบคลนเอกซโพเนน-เชยลลาดลง โดยคลนอนตเกรเตดจะมรปรางเปลยนแปลงไปขนอยกบคาเวลาคงท (Time Constant :) รปคลนสามารถแสดงดงภาพท 1.8 โดยภายยอย(ก) จะแสดงรปคลนอนตเกรเตดคาเวลาคงทนอยและภาพยอย(ข) จะแสดงรปคลนรปคลนอนตเกรเตดคาเวลาคงทมาก

14

ภาพท 1.8 คลนอนตเกรเตด ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548: 7

1.1.8 รปคลนดฟเฟอเรนตเอเตด (Differentiated Wave)

รปคลนดฟเฟอเรนตเอเตดคอคลนทเกดขนจากการรวมคลนเอกซโพเนนเชยลลาดขนและลาดลงกบคลนขนบนไดขาขนกบขาลง โดยคลนดฟเฟอเรนตเอเตดทเกดขนจะมรปรางเปลยนแปลงไปขนอยกบคาเวลาคงท (Time Constant:) ซงสามารถแสดงดงภาพท 1.9 โดยภายยอย(ก) จะแสดงรปคลนดฟเฟอเรนตเอเตดคาเวลาคงทนอยและภาพยอย(ข) จะแสดงรปคลนดฟเฟอเรนตเอเตดคาเวลาคงทมาก

ภาพท 1.9 คลนดฟเฟอเรนตเอเตด ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548:8

15

1.1.9 รปคลนแทรปซอยดลและคลนสแตรเคส(Trapezoidal Wave and Staircase Wave) รปคลนเหลานจะสามารถพบไดในอปกรณเครองมออเลกทรอนกสแบบตางๆ โดยคลน

แทรป-ซอยดลเกดจากการรวมกนของคลนขนบนไดขาขนและขาลงกบคลนเอยง แสดงดงภาพท 1.10 ภาพยอย(ก) สวนคลนสแตรเคสเกดจากการรวมกนของคลนขนบนไดขาขนกบขาลง แสดงดงภาพท 1.10 ภาพยอย(ข)

ภาพท 1.10 คลนแบบแทรปซอยดลและคลนสแตรเคส

ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548: 8

1.2 สญญาณพลสในทางทฤษฎ สญญาณพลส(Pulse Signal) หมายถงสญญาณทมลกษณะเปนเหลยมเปนมมเปนหวงๆ โดยใน

แตละชวงของสญญาณจะซ าหรอไมซ ากนกไดซงสญญาณรปคลนพลสจะมชอเรยกเฉพาะในแตละสวนของรปคลนและจะเรยกตามต าแหนงทเกดของรปคลนแตกทตางกนออกไปโดยมรายละเอยดดงในภาพท 1.11

16

ภาพท 1.11 แสดงสญญาณพลสในทางทฤษฎ ทมา : สายณต ชนอารมณและอนงคลกษณ อาจมงกร, 2550:9

จากภาพท 1.11 แสดงรปคลนพลสทางทฤษฎ มสวนประกอบพลสทมชอเรยกและต าแหนงของ

รปคลนแตกตางกน มรายละเอยดดงน 1) เหลยมหนาของพลส(Leading Edge): เปนขอบพลสทมลกษณะเปนขาขน

2) เหลยมหลงของพลส(Trailing Edge): เปนขอบพลสทมลกษณะเปนขาลง 3) ความกวางพลส(Pulse Width) : PW เปนชวงเวลาทเกดรปคลนพลส

4) ชองวางพลส(Space Width) : SW เปนชวงเวลาทไมปรากฏสญญาณพลส 5) ชวงเวลาเกดพลสซ า(Pulse Repetition Time) :Prt คอระยะเวลา 1 ไซเคลทพลสเกดขนไดจะ

นบจากจดเรมตนของพลสลกแรกไปถงจดเรมตนของพลสลกตอไปมหนวยเปน(Sec) โดยจะหาไดมาจากสมการ

Prt= Prr

1 Sec ……………..(1.1)

จากสมการท(1.1) จะไดคา Prt= PW+SW Sec ……..………..(1.2) 6) อตราการเกดพลสซ า(Pulse Repetition Rate) :Prr คอจ านวนของพลสทเกดขนใน 1 วนาท

หรออาจจะเรยกวาความถของการเกดพลส มหนวยเปน(Hz) โดยจะหาไดมาจากสมการ

Prr=Prt

1 Hz ..……………..(1.3)

7) แรงดนสงสด(Peak Voltage) : EP เปนระดบแรงดนพลสทจดสงสดของรปคลน

17

8) แรงดนเฉลย(Average Voltage) : EAV เปนคาแรงดนของพลสทวดออกมาเปนคาไฟตรงดวยมเตอรไฟตรงซงจะเปนคาแรงดนเฉลยของรปคลน ซงหาไดมาจากสมการ

EAV = PrtA

P = 1 1 2 2(t × V )+ (t × V )T V……………....(1.4)

9) ดวตไซเคล(Duty Cycle): เปนคาเปอรเซนตทบอกใหทราบถงอตราสวนทเกดพลสกบ

ชองวางระหวางพลส ซงจะหาไดมาจากสมการ

ดวตไซเคล = Prt(100%)(PW) %……………...(1.5)

ตวอยางท 1.1 จากสญญาณพลสในภาพท 1.11 ก าหนดให เอาตพตมแรงดน 20 V รปคลนพลสมความกวางของพลส 10Secระยะหางระหวางพลสมคา 3Secจงค านวณหาคา

1. ชวงเวลาเกดพลสซ า(Pulse Repetition Time) : Prt 2. อตราการเกดพลสซ า(Pulse Repetition Rate) : Prr 3. แรงดนสงสด(Peak Voltage) : EP 4. แรงดนเฉลย(Average Voltage) : EAV 5. ดวตไซเคล

วธท า

1.ชวงเวลาเกดพลสซ า Prt = PW+SW = 10 Sec + 3Sec

= 13 Sec

2. อตราการเกดพลสซ า Prr = Prt

1

= μSec 13

1

= 76.923 MHz 3. แรงดนสงสด EP = แรงดนทเอาตพต

= 20 V

18

4. แรงดนเฉลย EAV = 1 1 2 2(t × V )+ (t × V )T

= μ μ

μ

(10 Sec × 20 V) + (3 Sec × 0 V)13 Sec

= 15.38 V

5. ดวตไซเคล = Prt

(100%)(PW) %

= (100%)(10 μSec)

13 μSec%

= 76.92 %

1.3 สญญาณพลสในทางปฏบต รปคลนพลสในทางปฏบตนนจะแตกตางไปจากทฤษฎ เนองจากจะมความลาดเอยงของรป-

คลนปนมาดวยดงนนการหาคาลกษณะสมบตของสญญาณพลสจงตองมลกษณะสมบตทเปนมาตรฐานเพอใชเปรยบเทยบคณสมบตของพลสทตางกนออกไป ลกษณะของสญญาณรปคลนพลสในทางปฏบตจะมลกษณะดงภาพท 1.12

ภาพท 1.12 คลนพลสในทางปฏบต

ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548:12

จากภาพท 1.12 จะแสดงใหเหนถงคลนพลสในทางปฏบต ซงจะเหนวาไมเปนมมฉากจรง ดงนนการหาคณสมบตตางๆ ของพลสจะก าหนดทจด 90 เปอรเซนตและ10 เปอรเซนตของคาความสงของรปคลนเปนมาตรฐาน โดยคณสมบตตางๆของรปคลนพลสในทางปฏบตจะสามารถอธบายไดดงน

19

1. คาความกวางของพลส(Pulse Duration) หรอ tp จะหาไดมาจากคาความสงของรปคลนพลสทมากกวา 90 เปอรเซนตของคาสงสด มหนวยเปนวนาท(Sec)

2. คาเวลาเคลอนขน(Rise Time) หรอ tr เปนระยะเวลาทขนาดของพลสเรมตนแรงดนตงแตคา 10เปอรเซนตจนถงคาสงสดของรปคลนพลส มหนวยเปนวนาท(Sec)

3. คาเวลาเคลอนลง(Fall Time) หรอ tf บางครงเวลาลดลง(Delay Time) เปนระยะเวลาทพลสมขนาดลดลงจาก 90 เปอรเซนตเหลอเปน 10 เปอรเซนตของคาสงสดของรปคลนพลสมหนวยเปนวนาท(Sec) 1.4 การสรางและก าเนดสญญาณพลสรปสเหลยม

หลกการทใชสรางและก าเนดสญญาณพลสมหลายวธการ เชนการใชเครองก าเนดสญญาณไซนทมความแตกตางกนเปนฮารมอนกเลขคหลายๆเครองมาตออนกรมกน หรอการใชวงจรก าเนดความถสญญาณรปคลนสเหลยมหรอวธการปอนความถไซนเขาไปในวงจรขยายทรานซสเตอรทท างานแบบขยายสญญาณเกนขอบเขต เปนตน

1.4.1 การสรางสญญาณพลสรปสเหลยมจากการรวมคลนไซน

ภาพท 1.13 การสรางสญญาณพลสรปคลนสเหลยมจากการรวมคลนไซน

ทมา :พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548: 24

20

คลนสญญาณพลสรปสเหลยมสามารถสรางขนมาไดโดยการรวมกนของรปคลนไซนความถพนฐานเขากบความถฮารมอนกคของความถพนฐานถาจดขนาดความแรงและเฟสของสญญาณไซนทจะน ามาใชใหเหมาะสม ผลรวมทไดจะเปนรปคลนสเหลยมจตรสทมอตราการเกดพลสซ า(Prr) เทากบความถพนฐานของรปคลนไซนดงแสดงไดดงภาพท 1.13

1.4.2 การสรางสญญาณพลสรปสเหลยมดวยวธการปอนความถไซนเขาไปทวงจรขยาย

ทรานซสเตอร รปคลนสญญาณพลสรปสเหลยมสามารถสรางขนมาไดดวยวธการผานสญญาณไซนเขาไป

ในวงจรขยายชนดคลาส A ดงแสดงในภาพท 1.14 โดยสญญาณไซนทปอนเขาอนพตนจะตองมความแรงของสญญาณมากพอทจะท าใหทรานซสเตอรเกดสภาวะคตออฟ(Cut Off) และอมตว(Saturation) ไดดงแสดงใหเหนไดจากกราฟแสดงอตราขยายของทรานซสเตอรในรปท 1.15

ภาพท 1.14 วงจรขยายชนดคลาส A แบบอมตเตอรลงกราวด ทขยายสญญาณมากเกนไป ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548 : 26

21

ภาพท 1.15 กราฟแสดงอตราขยายของสญญาณไซนทปอนเขามาเทยบกบสญญาณทเอาตพต ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548 : 26

1.4.3 การสรางสญญาณพลสรปสเหลยมดวยการใชวงจรก าเนดความถสญญาณรปคลนสเหลยม

การสรางคลนสญญาณพลสรปสเหลยมอกแบบหนงทนยมใชมากทสดคอวธการใชวงจรก าเนดความถสญญาณรปสเหลยมโดยการใชไอซตงเวลา(Timer) อยางไรกตามไอซตงเวลากมหลายชนดหลายแบบใหเลอกใชงานแตทนยมใชมากทสดไดแกไอซต งเวลาเบอร 555 โดยการออกแบบคลนสญญาณพลสรปสเหลยมดวยไอซตงเวลาเบอร 555 จะมรายละเอยดดงตอไปน

22

ภาพท 1.16 วงจรสรางคลนสญญาณพลสรปสเหลยมดวยไอซตงเวลาเบอร 555 ทมา : Floyd, 2009 : 799

จากวงจรในภาพท 1.16 สามารถน าไปสรางเปนวงจรสรางคลนสญญาณพลสรปสเหลยมได โดยมขนตอนในการออกแบบดงสมการตอไปน

1. ชวงเวลาทมพลสจะหาไดมาจากสมการ ton= 0.7 C (RA + RB) ……………...(1.6)

2. ชวงเวลาระหวางพลสจะหาไดมาจากสมการ toff = 0.7 CRB ……………...(1.7)

3. คาเวลา(Time) จะหาไดมาจากสมการ T = 0.7 C(RA+RB) + 0.7 C (RB) ……………..(1.8)

จากสมการท(1.8) ดงนน T = 0.7 C(2 RB+RA) .………….....(1.9)

4. คาความถ (Frequency) จะหาไดมาจากสตร F = A B1.43

(R 2R ) C ………………...(1.10)

5. คาดวต ไซเกลจะหาไดมาจากสตร = T

)off(100%)(t …...……...(1.11)

23

แทนคา tOff ลงในสมการท(1.11) = T

)R C (100%)(0.7B

ดงนน ดวต ไซเคล = R (100%)B

(R 2R ) A B

…………...(1.12)

ตวอยางท 1.2

จงออกแบบวงจรสรางสญญาณพลสรปสเหลยมโดยใชไอซ 555 ใหสามารถผลตความถ 70 Hz

โดยก าหนดใหคาตวเกบประจ 0.47 µF และตวตานทาน RA มคาเทากบ 1 kΩ

วธท า

หาคาความถจากสมการ F = A B1.43

(R 2R ) C

70 =

Ω μF B

1.43(1 k 2R ) 0.47

(70 ×0.00000047 F) (1000+ 2 RB) = 1.43

0.00000032×(1000+ 2 RB ) = 1.43

(1000+2 RB) = 0.00000032

1.43

RB = 4468750 – 1000

2

คาRB = 2233875 Ω

ดงนน RB มคาประมาณ 2.2 MΩ

24

1.5 การแปลงรปสญญาณ การแปลงรปคลนสญญาณทางไฟฟาหมายถงการน ารปคลนสญญาณไฟฟาผานเขาไปในอนพตของวงจรหนงแลวผลทไดทางเอาตพตของวงจรนนท าใหรปคลนมการเปลยนแปลงไปจากเดมโดยวงจรทท าใหรปคลนสญญาณไฟฟาเปลยนรปไปจากเดมนจะเรยกวาวงจรแตงรปคลนสญญาณ(Wave Shaping Circuit) ดงแสดงในภาพท 1.13 ซงจะเปนวงจรแตงรปคลนสญญาณนจะนยมใชอปกรณอเลกทรอนกสประเภท ตวตานทาน(R) ตวเหนยวน า(L) และตวเกบประจ(C) จดวงจรรวมกน เชน วงจร RC วงจรRL และวงจรRLC เปนตน

ภาพท 1.17 รปสญญาณทมการเปลยนแปลงไปเมอผานวงจรแปลงรปคลนสญญาณ

ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ, 2548 : 24

จากภาพท 1.17 จะแสดงใหเหนถงรปคลนสญญาณสเหลยมทผานเขาไปทางดานอนพตของวงจรแตงรปคลนสญญาณแลวผลทไดทางเอาตพตจะเปลยนแปลงไปจากเดม โดยวงจรแตงรปคลนสญญาณจะใชคณสมบตในการท างานของอปกรณประเภท RLC เขามาปรบแตงรปคลน จากภาพท

1.16 จะเหนวาเอาตพต EO1 จะเปนรปคลนอนตเกรเตด และเอาตพต EO2 จะเปนรปคลนดฟเฟอเรนชเอ-เตดโดยรปรางของสญญาณเอาตพตจากการปรบแตงรปคลนสญญาณนจะมผลตามคาเวลาคงท(Time Constant) ในวงจร ซงจะไดกลาวถงในบทเรยนตอไป

25

1.6 ตวอยางการน าวงจรก าเนดสญญาณพลสรปสเหลยมไปประยกตใชงาน โดยทวไปแลวการน าวงจรก าเนดสญญาณพลสรปสเหลยมไปประยกตใชงานนนจะตอง

ค านงถงความเหมาะสมของงานแตละประเภททจะน าไปประยกตใชดวยเนองจากวงจรทใชสรางคลนสญญาณพลสรปสเหลยมมหลายแบบดงทไดกลาวมาแลวในหวขอทผานมาแตอยางไรกตามวงจรทนยมใชมากทสดจะเปนวงจรก าเนดความถสญญาณรปสเหลยมโดยการใชไอซตงเวลา(Timer) เนองจากวงจรนสามารถน าไปประยกตใชงานไดงาย ดงนนในหวขอนจงขอยกตวอยางการน าวงจรก าเนดสญญาณพลสรปสเหลยมทใชไอซตงเวลาเบอร 555ไปประยกตใชงาน โดยไดน าวงจรไปประยกตใชเปนวงจรสรางสญญาณเสยงทเปลยนคาความถเสยงไปตามระดบแสงสวางดงวงจรทแสดงในภาพท 1.18

.

ภาพท 1.18 รปวงจรสรางสญญาณเสยงทเปลยนไปตามระดบแสงสวาง

จากวงจรในภาพท 1.18 เปนวงจรสรางสญญาณเสยงทสามารถเปลยนคาความถเสยง

ไปตามระดบแสงสวางทไดรบโดยใช LDR ทตอขนานกบ RBในวงจรเปนตวรบแสง โดยอาศยหลกการท างานของ LDR กลาวคอถามแสงตกกระทบทตว LDR จะท าใหคาความตานทานของตวมนเปลยนไปหากแสงทตกกระทบมากมคาความสวางมากจะท าใหความตานทานในตวมนจะเหลอนอยแตเมอมแสง

26

สวางทตกกระทบมคานอยจะท าใหคาความตานทานในตวจะมคามากขน จากการเปลยนแปลงของคาความตานทานนเองจะท าใหการผลตความถของวงจรก าเนดความถสญญาณรปสเหลยมโดยการใชไอซ555 เปลยนแปลงไปตามหลกการท างานวงจรทไดกลาวไวในหวขอทผานมาและความถทถกผลตขนมานจะถกสงไปทล าโพงเพอใหเกดเปนสญญาณเสยงตอไปดงนนวงจรนจงสามารถเปลยนคาความถเสยงไดตามระดบแสงสวางทเปลยนแปลงไปได

สรปเนอหาสาระ

รปคลนสญญาณ(Signal) เปนสงทเกดขนมาจากแหลงก าเนดหลายแหลงทงเกดมาจากเครองก าเนดสญญาณทางไฟฟาหรอเกดขนมาจากธรรมชาตโดยรปคลนสญญาณจะมขนาด(Amplitude) และคาเวลา(Time) แตกตางกนออกไปตามแหลงก าเนด ซงรปคลนสญญาณแตละชนดนนจะมรปแบบการเปลยนแปลงทแนนอนและจะเกดขนซ าๆกนไปโดยตลอด เราเรยกคาการเปลยนแปลงทงหมดรวมกนเรยกวาไซเคล(Cycle) รปคลนสญญาณมลกษณะแตกตางกนไปหลายแบบเชน รปคลนไซน(Sine.Wave) รปคลนขนบนได(Step.Wave).รปคลนเอยง(Ramp.Wave).รปคลนเอกซโพเนนเชยล (Exponential Wave) รปคลนสเหลยม(Square.Wave) และรปคลนพลส(Pulse.Wave) เปนตน

สญญาณพลส(Pulse Signal) หมายถง รปคลนทมเหลยมมมม มลกษณะเปนหวงๆ ซงในแตละชวงของรปคลนนนจะซ าหรอไมซ ากนกได ดงนนจากค าจ ากดความนจะเหนไดวาสญญาณไซน(Sine Signal) จงไมไดเปนสญญาณพลส

27

แบบฝกหด

หนวยท 1 เรองรปสญญาณไฟฟาและการแปลงรปสญญาณ วชา พลสเทคนค เวลา 20 นาท 20 คะแนน

ตอนท1 จงใสเครองหมาย ( ) หนาขอความทถกและใสเครองหมาย (×) หนาขอความทผด

( 10 คะแนน) ( 1) สญญาณรปไซน เปนสญญาณพลส

( 2)รปคลนแบบเอกซโพเนนเชยล เกดจากสภาวะการท างานของตวเกบประจ ( 3 )รปคลนดฟเฟอเรนตเอเตดคอคลนทเกดขนจากการรวมคลนเอกซโพเนนเชยลลาดขนและ

ลาดลงกบคลนขนบนไดขาขนกบขาลง ( 4) คาแรงดนสงสดในวงจรมหนวยเปนµF ( 5 ) ดวตไซเคล(Duty Cycle): เปนคาเปอรเซนตทบอกใหทราบถงอตราสวนระหวางพลสลกท 1

กบพลสลกท 3 ( 6) สญญาณรปสเหลยมเกดจากการรวมกนของรปคลนไซน ( 7 ) คาเฉลยของสญญาณไฟฟาสามารถใช Multimeter วดได

( 8 ) คาtrเปนระยะเวลาทขนาดพลสเรมตนตงแตคา 10เปอรเซนตจนถงคาสงสดของรปคลนพลส

( 9 ) สญญาณพลสไมไดเกดจากสญญาณเรคแทนกลา(Rectangular Wave ) (10) คลนสญญาณพลสรปสเหลยมสามารถสรางขนมาไดดวยวธการผานสญญาณไซนเขาไป

ในวงจรขยายชนดคลาส C ตอนท2 จากสญญาณพลสในรป ก าหนดให เอาตพตมแรงดน 20 V รปคลนพลสมความกวางของพลส 10 mS ระยะหางระหวางพลสมคา 10 mS จงค านวณหาคา(5 คะแนน)

28

t (mS)

20 V

10 20 30 400

V

1. ชวงเวลาเกดพลสซ า(Pulse Repetition Time) : Prt 2. อตราการเกดพลสซ า(Pulse Repetition Rate) : Prr

3. แรงดนสงสด(Peak Voltage) : EP

4. แรงดนเฉลย(Average Voltage) : EAV 5. ดวตไซเคล

ตอนท3 จากวงจรตอไปน จงออกแบบใหวงจรสรางคลนสญญาณพลสรปความถ 1 kHz โดยก าหนดให

คาตวเกบประจ 0.1 µF และตวตานทาน RA มคาเทากบ 100 kΩ(5 คะแนน)

29

แบบทดสอบหลงเรยน

หนวยท 1 เรองรปสญญาณไฟฟาและการแปลงรปสญญาณ วชา พลสเทคนค เวลา 20 นาท 20 คะแนน ค าชแจง เลอกค าตอบทถกทสดเพยงขอเดยวโดยการท าเครองหมายกากบาท() 1. รปสญญาณทางไฟฟาในขอใดตอไปนทไมใชสญญาณพลส

ก. คลนสเหลยมผนผา ข. คลนสามเหลยม ค. คลนอนตเกรเตด ง. คลนดฟเฟอเรนตเอเตด จ. คลนไซน

2. สญญาณรปคลนพลสในทางปฏบตจะแตกตางไปจากทฤษฎตามขอใดตอไปน ก. รปคลนทางปฏบตจะมลกษณะคลายๆรปคลนไซน ข. รปคลนทางปฏบตจะมลกษณะเปนหวงๆ ค. รปคลนทางปฏบตจะมมม 90 องศา

ง. รปคลนทางปฏบตจะมความลาดเอยงของรปคลนปนมา จ. ไมมความแตกตางกน

3. ขอใดคอลกษณะของรปคลนสญญาณพลส(Pulse Wave) ก. ชวงเวลาเกดพลสนอยกวาชวงเวลาระหวางพลส ข. ชวงเวลาเกดพลสเทากบชวงเวลาระหวางพลส ค. ชวงเวลาเกดพลสมากกวาชวงเวลาระหวางพลส ง. ชวงเวลาไตขนเทากบชวงเวลาไตลง จ. มมลาดเอยงในรปคลนจะเทากบ 60 องศาเสมอ

4. ขอใดตอไปนไมถอวาเปนคณสมบตของรปคลนสญญาณพลสในทางทฤษฏ ก. รปคลนสญญาณตองมเหลยมมมม ข. รปคลนสญญาณตองมขอบขาขนและขอบขาลง ค. รปคลนสญญาณจะซ ากนและไมมการเปลยนแปลง ง. รปคลนสญญาณมลกษณะเปนหวงๆ จ. ผดทกขอ

30

จากรปสญญาณตอไปนใชตอบค าถามขอ 5-9

t (mS)

10 V

10 20 30 400

V

5. จากรปสญญาณ จงค านวณหาคาดวต ไซเคลของรปคลน

ก. 10 % ข. 20 % ค. 30 % ง. 40 % จ. 50 %

6. Pulse Width ของสญญาณมคาเทาไร ก. 5 mS ข. 10 mS ค. 15 mS ง. 20 mS จ. 25 mS

7. ชวงเวลา Prt ของคลนมคาเทากบเทาไหร ก. 10 mS ข. 20 mS ค. 30 mS ง. 40 mS จ. 50 mS

8. แรงดนเฉลย (Average Voltage) ของรปคลนมคาเทาใด ก. 5 V ข. 10 V ค. 15 V ง. 20 V จ. 25 V

31

9. จากรปสญญาณ จงค านวณหาคาความถ ก. 10 Hz ข. 20 Hz ค. 30 Hz ง. 40 Hz จ. 50 Hz

10. การสรางสญญาณพลสโดยการรวมคลนไซนจะใชความถพนฐานรวมกบสญญาณใด ก. ความถฮารมอนกค ข. ความถฮารมอนกค ค. สญญาณสแตรเคส ง. สญญาณรปฟนเลอย จ. สญญาณเสยง

11. ขอใดตอไปนเปนความหมายของคาเวลาเคลอนขน(Rise Time) ก. ระยะเวลาทพลสเคลอนตวออกจากแหลงจาย ข. ระยะเวลาทพลสมขนาดลดลงจาก 90 เปอรเซนตเหลอเปน 10 เปอรเซนต ค. ระยะเวลาทขนาดพลสเรมตนตงแตคา 10เปอรเซนตจนถงคาสงสดของรปคลนพลส ง. ระยะเวลาทขนาดความกวางและความสงรปคลนพลสมคาเทากน จ. ระยะเวลาทคาความสงของพลสมคาเปน2 เทาของความกวางของพลส

12. ขอใดตอไปนเปนความหมายของคาความกวางของพลส(Pulse Duration) ก. คาความสงของพลสมากกวา 90เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด ข. คาความสงของพลสมากกวา 100 เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด ค. คาความเอยงของพลสมากกวา 45 เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด ง. ระยะหางระหวางพลสของพลสมากกวา 90เปอรเซนตของคาแรงดนสงสด จ. คาความสงของพลสมคาเทากบคาความกวางของพลส

13. การสรางคลนสญญาณพลสรปสเหลยมทนยมใชมากทสดคอวธการในขอใดตอไปน ก. การผานรปคลนเขาไปในวงจรขยาย ข. การรวมกนของคลนไซน ค. การใชวงจรก าเนดความถสญญาณรปคลนสเหลยม ง. การน าสญญาณไซนผานตวเกบประจ จ. การน าสญญาณฟนเลอยผานวงจรแคลมปเปอร

32

14. ขอใดตอไปนเปนวธการสรางสญญาณพลสรปสเหลยม ก. การรวมคลนไทรแองเกล ข. การปอนรปคลนเขาไปในวงจรทวแรงดน ค. ใชวงจรยกระดบสญญาณคลนไซน ง. การปอนสญญาณความถรปไซนทแรงพอเขาไปทวงจรขยายทรานซสเตอร จ. ผดทกขอ

จากรปวงจรตอไปก าหนดใหก าหนดใหคาตวเกบประจ 0.47 µF และตวตานทาน RA มคาเทากบ

1 kΩ จงใชตอบค าถามขอท 15-18

15. คาควต ไซเคลของวงจรมคาเทาใด

ก. 19.9 % ข. 21.8 % ค. 49.8 % ง. 52.4 % จ. 60.3 %

33

16. จากวงจรขางตนชวงเวลาระหวางพลสมคาเทาใด ก. 5 mS ข. 10 mS ค. 15 mS ง. 20 mS จ. 25 mS

17.ตองการใหวงจรผลตความถ 100 Hz จะใชตวตานทาน RBคาเทาใด ก. 51 Ω ข. 151 Ω ค. 251 Ω ง. 351 Ω จ. 451 Ω

18. จากค าตอบในขอท 17 ชวงเวลาทมพลสมคาเทาใด ก. 5 mS ข. 10 mS ค. 15 mS ง. 20 mS จ. 25 mS

19.วงจรแตงรปคลนสญญาณจะนยมท ามาจากอปกรณประเภทใด ก. ไดโอด ข. ทรานซสเตอร ค. R L C ง. ไทรสเตอร จ. Relay

20. การแปลงรปสญญาณหมายถงขอใดตอไปน ก.การท าใหรปคลนเกดการเปลยนรปรางไปจากเดม ข. การท าใหรปคลนมลกษณะใหญขน ค. การท าใหรปคลนมลกษณะเลกลง ง. การท าใหรปคลนมลกษณะบดเบยวไปจากเดม จ. ผดทกขอ

34

เอกสารอางอง

กมพล ทองเรอง. ทฤษฎและการออกแบบวงจรพลส. กรงเทพฯ : จตรวฒน, 2548. . ทฤษฎและการออกแบบวงจรพลส. กรงเทพฯ : สกายบกส, 2539.

โคทม อารยา. วงจรอเลกทรอนกส เลม 3 วงจรไมเปนเชงเสนและวงจรจ ากด. กรงเทพฯ: ซเอดยเคชน, กกกกกกก2547. นภทร วจนเทพนทร. ทฤษฎและการออกแบบวงจรพลส. ปทมธาน: ส านกพมพสกายบกส, 2543. . ทฤษฎและการออกแบบวงจรพลซ. พมพครงท 4. 2542.

บรรจง พลขนธ. วงจรพลสและดจตอล. กรงเทพฯ: ศนยสงเสรมอาชวะ, 2546. ปตภาคย ปนรอด. พลสเทคนค. กรงเทพฯ : เอมพนธจ ากด, 2549. พนธศกด พฒมานตพงศ. ปฏบตออปแอมปและการใชงาน. นนทบร : เจรญรงเรองการพมพ, 2540. . วงจรพลสและดจตอล. กรงเทพฯ : ศนยสงเสรมอาชวะ, 2548. . วงจรพลสและสวตซง. กรงเทพฯ : ซเอดยเคชน, 2545. มฆวน ชลกณหา (ออนไลน). แหลงทมา: www.clipper.freeiz.com/education.php. 12 กนยายน 2553. มนตร พรหมเพชร. ใบความรชดอนกรมวชาวงจรพลสเบองตน. กรงเทพฯ : ศนยฝกอบรม กกกกกกกและพฒนาอาชวศกษา ภาควชาชางอเลกทรอนกส, 2524. . ใบงานวงจรพลสและสวตชงเบองตน. กรงเทพฯ : ศนยวจยและพฒนา- กกกกกกกอาชวศกษา 1 ภาควชาชางอเลกทรอนกส, 2541. เรองศลป พงพมแกว. (ออนไลน). เขาถงไดจาก : www.silp.cmtc.ac.th. สบคน 17 พฤษภาคม 2553. วชรนทร วฒนเชษฐ. (ออนไลน). เขาถงไดจาก : www.differentiator.sitor.site.88.net/index.html. สบคน 20 ธนวาคม 2554. Manera, Anthony S. Solid State Electronic Circuit. Singapore : McGraw-Hill,Kogakusha, 1984. Mitchell, Brinton B. Semiconductor Pulse Circuits. U.S.A. : Holt, Rinchart and Winston, 1970. Babb, Daniel S. Pulse Circuit Switching and Shaping. U.S.A. : Prentice-Hall, 1964. Ketchun, Donald J. Pulse and Switching Circuit. U.S.A. : McGraw-Hill, 2003. Carr, Joseph J. Electronic Devices. Singapore : McGraw-Hill, 2002. Floyd, Thomas L. Principles of Electric Circuits. Conventional Current Version Ninth Edition Smith, Ralph J. Circuit, Devices and Systems. Singapore: John Willey Sons,lnc., 1992. Blitzer, Richard. Basic Pulse Circuits. U.S.A.: McGraw-Hill, 1974. Boylestad, Robert. Electronic devices Circuit Theory. U.S.A. : Prentice – Hall, Inc., 1992.