3105-1003 การวิเคราะห์วงจรอิเล็กทรอนิกส์

Power amplifiers 298

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวิเคราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนิกส์ (รหสั วิชา 3105-1003)

NPN +
TR1 VCC
-
TR1
PNP

รปู ที่ 10.14 หลกั การเบื้องต้นของวงจรคอมพลิเมนตารี แบบที่ใช้คาปาซิเตอรค์ ัปเปิลสัญญาณท่ีเอาต์พุต

NPN +
TR1 - VCC1

TR1 + VCC2
PNP -

รปู ท่ี 10.15 หลกั การเบ้อื งต้นของวงจรคอมพลเิ มนตารี แบบไดเรก็ คัปเปลิ ท่ีเอาต์พุต

วงจรคอมพลิเมนตารีจาแนกตามการเช่ือมต่อสัญญาณมี 2 แบบ คือแบบท่ีใช้คาปาซิเตอร์
คัปเปิลสญั ญาณท่ีเอาต์พตุ เรยี กว่าแบบ OTL (Output Transformer Less) ดังรูปที่ 10.14 และแบบได
เรก็ คปั เปลิ ทเี่ อาต์พุตเรียกว่าแบบ OCL (Output Capacitor Less) ดังรูปท่ี10.15

นายเอกนริน พลาชวี ะ | วิทยาลัยเทคนคิ ฉะเชงิ เทรา

Power amplifiers 299

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวเิ คราะห์วงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ (รหัสวิชา 3105-1003)

10.3.2.1 วงจรคอมพลเิ มนตารคี าแบบทใ่ี ชค้ าปาซเิ ตอร์คปั เปลิ สัญญาณที่เอาต์พุต
OTL (Output Transformer Less) ดังแสดงในรปู ท่ี 10.16 เรยี กวา่ วงจรขยายคอมพลิเมนตารี
สมมาตร (Complementary Symmetry Amplifier)

VCC

R3 TR2

R1 R6 C4
R4
C2
R7

RL

C1 TR3
TR1

R2 C3
R5

รปู ท่ี 10.16วงจรขยายคอมพลิเมนตารสี มมาตร

ทรานซิสเตอร์ TR1และตัวต้านทาน R1ถึง R5 เป็นวงจรขยายกาลังคลาส A ซึ่งจัดไบอัสแบบ
อิมิตเตอร์เคอร์เร็นต์ไบอัสทาหน้าท่ีเป็นวงจรขยายภาคหน้าแรงดันเอาต์พุตของ TR1 ตกคร่อมท่ี R3
และถูกป้อนไปที่เบสของ TR2 และ TR3 ตัวต้านทาน R4 จะทาหน้าท่ีเป็นตัวจัดแรงดันไบอัสเพ่ือรักษา
รอยต่อของเบส-อิมิตเตอร์ของ TR2 และ TR3 ให้ได้รับไบอัสตรงเมื่อไม่มีการป้อนสัญญาณอินพุต C2
จะทาหน้าท่ีลัดสัญญาณความถี่ที่ตกคร่อม R4 ดังน้ันสัญญาณท่ีเบสของ TR2 และ TR3 จะเป็นสัญญาณ
เดยี วกนั

ตวั ต้านทาน R6 และ R7 ทาหน้าท่ีจากัดกระแสท่ีไหลผ่าน TR2 และ TR3 เมื่อมีแรงดันเอาต์พุต
ตกครอ่ มทRี่ L R6 และ R7 จะช่วยให้กระแสในสภาวะท่ีไม่มีสัญญาณป้อนให้มีเสถียรภาพที่จุดทางาน C4
จะเช่ือมต่อสัญญาณเอซีที่ขยายได้จากเอาต์พุตของวงจรขยายกาลังไปที่โหลด RL และทาหน้าท่ีแยก
ไบอสั ดซี ขี องทรานซสิ เตอรไ์ มใ่ ห้มีผลตอ่ RL

นายเอกนรนิ พลาชีวะ | วิทยาลัยเทคนคิ ฉะเชิงเทรา

Power amplifiers 300

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา การวเิ คราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

ที่รอยต่อของตัวต้านทาน R6 และ R7 จะมีแรงดันไบอัส VCC/2 ดังน้ันแรงดันเอาต์พุตที่ป้อนให้
C4 สามารถเกิดการเปล่ียนแปลงของแรงดันในสัญญาณในไซเกิลบวกและสัญญาณในไซเกิลลบมีค่า
เทา่ กันจะเห็นวา่ เม่อื TR2 นากระแสสว่ น TR3 ไม่นากระแสจะมีกระแสไหลจากแหล่งจ่ายผ่าน TR2 ไปท่ี
RL และC4 จะเก็บประจุเม่ือ TR3 นากระแสและ TR2 หยุดนากระแสจะไม่มีกระแสไหลจากแหล่งจ่าย
แรงดันดังนั้นC4 จะคายประจุสะสมทาให้เกิดกระแสไหลผ่าน TR3 ไปท่ี RL ซึ่งกระแสโหลดนี้จะไม่ใช่
กระแสทีไ่ หลจากแหล่งจ่ายในขณะที่ TR3 นากระแส

ตัวเก็บประจุคานวณท่ีจุดตัดของความถี่ท่ีต้องการในวงจรจะมีคาปาซิเตอร์คัปเปิลท่ีโหลดเพียง

ตวั เดยี ว ดังนน้ั ทจ่ี ดุ ตดั ความถที่ ีต่ ่ากว่า 3 dB XC4 จะมคี ่าเท่ากับ RL ทคี่ วามถ่ี f1
แรงดันพีกเอาต์พุต (VP) และกระแสพีกเอาต์พุต (IP) คานวณได้จากสมการท่ี 10.22 และ

สมการท่ี10.27 แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานอิมิตเตอร์ R6 และ R7 จะมีค่าเท่ากับ 1/10 ของแรงดันพีก
เอาตพ์ ตุ เมื่อมกี ระแสพีกไหลผา่ นดงั น้ัน R6 และ R7 จะคานวณหาค่าได้จาก VP และ IP

การเปลยี่ นแปลงของแรงดนั ท่เี บสของ TR2 และ TR3 คอื ผลรวมของ VP และ VR6 หรือ VR7 ใน
สภาวะปกติแรงดันคอลเลคเตอร์-อิมิตเตอร์ (VEC(dc)) ของ TR1 มีค่ามากพอท่ีจะให้มีการเปล่ียนแปลง
สัญญาณในไซเกิลลบของแรงดันท่ีเบส TR2 และ TR3 โดย VP+VR7 ปราศจากการทาให้ TR1 ทางานใน
ยา่ นอม่ิ ตวั ถ้ายอมให้ VEC1(min)=1 V ดงั น้นั

VCE(dc)=VB+1 V

และในทานองเดยี วกันแรงดนั ดซี ที ีต่ กคร่อม R3 (VR3(dc)) จะต้องมีคา่ มากพอท่จี ะทาใหเ้ บส
TR2และ TR3 สามารถเปลย่ี นแปลงในไซเกิลบวกโดยปราศจากการทาให้ TR1 นากระแสทจี่ ุดคตั ออฟ
ดังนน้ั

VR3(dc)=VCE(dc)

VR3(dc)=VB+1 V

แรงดนั ทต่ี กครอ่ มตัวต้านทาน R4 ควรมีค่ามากพอที่ทาให้ TR2 และ TR3 ทางานในสภาวะสงบ
สาหรับการขยายในคลาส AB TR1 ควรมีกระแสคอลเลคเตอร์มากกว่ากระแสพีคที่เบสท่ีไหลเข้า TR2
และTR3 ค่าแรงดันและกระแสนี้จะทาใช้คานวณหาค่า R3 และ R4 ได้และตัวต้านทาน R1, R2 และ R5
จะหาโดยใช้วธิ เี ดียวกบั วงจรอิมติ เตอร์เคอร์เร็นต์ไบอัส

แรงดันทข่ี าคอลเลคเตอร์-อิมติ เตอรส์ ูงสุด (VCE) สาหรับเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์คือแหล่งจ่าย
แรงดัน VCC และค่ากระแสสูงสุดของทรานซิสเตอร์คือผลรวมของกระแสพีกที่โหลดกับกระแสท่ีจุด
ทางานของ TR2 และ TR3 จะต้องมีค่าไม่มากกว่า 1.1 × IP อัตราทนกาลังของ TR2 และ TR3 คานวณ

นายเอกนริน พลาชวี ะ | วทิ ยาลัยเทคนคิ ฉะเชิงเทรา

Power amplifiers 301

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวิเคราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหัสวชิ า 3105-1003)

จากกาลังดีซีท่ีส่งไปที่ภาคเอาต์พุตจากแหล่งจ่ายลบด้วยอัตราทนกาลังเอซีโหลด ส่วนแหล่งจ่ายของ

ทรานซสิ เตอร์แต่ละตวั กย็ ังคงหาเหมือนเดิม

กระแสท่ไี หลจากแหลง่ จ่ายในระหวา่ งคร่งึ สญั ญาณไซเกลิ บวกของเอาต์พุตแต่จะไม่มีกระแสไหล

ในระหว่างครึ่งสัญญาณไซเกิลลบ ดังน้ันกระแสท่ีจ่ายออกไปเป็นครึ่งหนึ่งของสัญญาณและกระแสเฉล่ีย

จากแหลง่ จ่ายมีคา่ ดงั น้ี

Iave=0.5×0.636IP
และ

แทนค่าใน IP=กระแสพีคท่ีโหลด+ กระแสที่จดุ ทางาน
IP=IP+(0.1IP)
IP=1.1IP

Iave=0.5×0.636IP
Iave=0.5×0.636(1.1IP)
Iave=0.35IP
และกาลงั อนิ พุตดซี ีของวงจรขยายภาคเอาต์พตุ คือ

Pi(dc)=VCCIave …10.28
Pi(dc)=VCC(0.35IP)
และอตั ราทนกาลงั ของทรานซิสเตอร์คือ

PTR=0.5(Pi(dc)-Po(ac)) …10.29

10.3.2.2 วงจรคอมพลเิ มนตารีคาแบบวงจรไดเร็กคปั เปิล (OCL)
ตัวเก็บประจเุ ชื่อมตอ่ ที่เอาต์พตุ ของวงจรเป็นส่วนท่ีมีราคาแพงเนื่องจากมีขนาดความจุสูงดังนั้น
ถา้ ตัดตัวเกบ็ ประจุเชอ่ื มตอ่ ออกจากวงจรและตอ่ ตัวต้านทานโหลดที่เอาต์พตุ ได้โดยตรง

จากวงจรในรูปท่ี 10.17 เป็นวงจรขยายกาลังแบบไดเร็กคัปเปิลจะต่อ TR3 ไว้ระหว่างภาค
เอาต์พุตกับภาคอินพุตภาคอินพุตคือ วงจรขยายดิฟเฟอร์เร็นต์เชียลใช้ PNP ทรานซิสเตอร์ท่ีเบสของ

TR1 จะต่อตัวต้านทาน R1 ลงกราวด์และนาสัญญาณจากเอาต์พุตกลับมาที่เบสของ TR2 โดยผ่าน R4
ดังน้ันเอาต์พุตดีซีจะมีค่าระดับเดียวกับกราวด์ซ่ึง R4 และ R5 จะเป็นวงจรแบ่งแรงดันเพ่ือลดลงทอน
สัญญาณเอซีที่ป้อนกลับอัตราขยายแรงดันท้ังหมดของวงจรคือ AV=(R4+R5)/R5 ส่วน C2 จะลัดวงจรท่ี
สัญญาณความถี่

นายเอกนริน พลาชีวะ | วทิ ยาลัยเทคนคิ ฉะเชิงเทรา

Power amplifiers 302

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา การวเิ คราะห์วงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ (รหสั วิชา 3105-1003)

R3 R6 +VCC

C1 TR1 TR2 C2 R7 TR4
R1 R2 R5 R4 TR6

D1 R9
R11
D2
D3 R10 R12 RL
TR7
TR3 C3
TR5

R8

-VCC

รูปท่ี 10.17 วงจรขยายกาลังไดเร็กคัปเปิลใช้ PNP ต่อวงจรขยายดิฟเฟอรเ์ ร็นต์เชียล

ในวงจรดฟิ เฟอรเ์ รน็ ต์เช่ยี ลทาหนา้ ทเ่ี ปน็ วงจรปรไี ดรฟใ์ ห้ภาคเอาต์พุตเรียกวา่ วงจร

อินเตอร์มีเดียตสเตจ (Intermediate Stage) ถ้าแรงดันตกคร่อม R2 คือ VR2=VBE3+VBE8 ตัวต้านทาน

อิมิตเตอร์ R3 จะมีกระแสไหลผ่านมีค่าประมาณ IC1+IC2 และแรงดันตกคร่อมคือ +VCC-VBE และ R1
จะถูกเลือกให้มีค่าไม่มากเกินไปโดย IBR1≪VBE และ R4 ควรจะมีค่าเท่ากับ R1 ส่วน R5 จะมี
คา่ ประมาณ R4⁄Av และ XC2=R5 ท่จี ุดตดั ของสัญญาณความถี่

ส่วนวงจรไดเร็กคัปเปิลในรูปที่ 10.18 วงจรดิฟเฟอร์เร็นต์เชียลอินพุต TR1 และ TR2 จะใช้
NPNทรานซิสเตอร์แทน PNP และ TR3 ถูกจัดให้เป็นวงจรปรีไดรฟ์ทางานร่วมกับ TR4 ซ่ึงทาหน้าท่ีเป็น
วงจรจ่ายกระแสคงท่ีแทนใช้ตัวต้านทาน TR4 จะมีอัตราขยายแรงดันเปิดสูง ซีเนอร์ไดโอด D1 และตัว
ต้านทาน R3 จะทาหน้าที่ดีคัปปล้ิงของแหล่งจ่ายแรงดันด้านลบส่วน C3 และ C5 จะทาหน้าที่ชดเชย
ความถที่ ี่เกิดจากการเซลฟอ์ อสซเิ ลชันเน่ืองจากการทางานของวงจร

นายเอกนรนิ พลาชีวะ | วิทยาลัยเทคนคิ ฉะเชงิ เทรา

Power amplifiers 303

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวิเคราะห์วงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหสั วิชา 3105-1003)

R2 R9 C3 R12 +VCC
TR3 TR7
TR5
C1 R6 R11 R14
R1
TR1 TR2 C2 D2 R15 RL
R3 R5 D3 TR8

R7 TR6

D1 R4 R8 TR4 C4
R10 R13

-VCC

รปู ที่ 10.18 วงจรขยายกาลงั ไดเร็กคัปเปลิ ใช้ NPN ตอ่ วงจรขยายดิฟเฟอร์เรน็ ตเ์ ชียล

ทเี่ อาต์พุตของวงจร TR5 และ TR7 ตอ่ เป็นวงจรคอมพลิเมนตารีเช่นเดียวกับ TR6 และ TR8 ซ่ึง
TR7 และ TR8 เป็นคอมพลเิ มนตารีทรานซิสเตอร์กาลงั สงู และ TR5 และ TR6 เป็นทรานซิสเตอร์กาลังต่า
ทาหนา้ ทเ่ี ป็นภาคขบั สัญญาณตอ่ วงจรแบบดาร์ลงิ ตันคอมพลิเมนตารี

10.4 แผน่ ระบายความร้อน
เมอื่ เกิดกาลงั สญู เสียข้นึ ในทรานซสิ เตอร์ทาให้เกิดความร้อนไหลจากรอยต่อ B-C ไปที่ตัวถังของ

ทรานซิสเตอร์และออกสู่บรรยากาศรอบ ๆ ทรานซิสเตอร์กาลังสูญเสียที่เกิดขึ้นในวงจรขยาย
ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กมีปริมาณน้อย ดังน้ันพื้นผิวของทรานซิสเตอร์จึงมีขนาดเพียงพอท่ีจะทนความ
ร้อนได้แต่กาลังงานสูญเสียที่เกิดขึ้นในทรานซิสเตอร์กาลังสูง พ้ืนผิวหน้าตัดของทรานซิสเตอร์มีขนาดไม่
เพียงพอที่จะระบายความร้อนได้ ดังน้ันจึงจาเป็นที่จะต้องใช้แผ่นระบายความร้อนเพ่ือให้พ้ืนที่ที่สัมผัส
กบั ตัวถงั ของทรานซสิ เตอร์สามารถถา่ ยเทความร้อนออกจากทรานซสิ เตอร์สู่บรรยากาศรอบๆ ได้

ขนาดแผ่นระบายความร้อนของทรานซิสเตอร์ท่ีต้องการใช้สาหรับการแผ่กระจายความร้อนที่
เกิดขึ้นเน่ืองจากกาลังสูญเสียจะหาได้จากวงจรสมมูลเทอร์มอลในรูปที่ 10.19 แสดงพ้ืนท่ีหน้าตัดของ
ทรานซิสเตอรท์ ี่ยดึ ตดิ กับแผน่ ระบายความร้อนจะเห็นว่า ความรอ้ นที่เกิดข้ึนทีร่ อยต่อ B-C จะกระจายไป
ที่ตัวถงั (Case) ของทรานซสิ เตอรผ์ า่ นไปท่ีแผ่นระบายความร้อนและจากแผ่นระบายความร้อนสู่อากาศ
รอบๆทรานซิสเตอร์แตล่ ะตาแหน่งความร้อนท่กี ระจายออกมาจะมคี า่ เทอร์มอลอมิ พีแดนซ์เกดิ ขนึ้ โดย

นายเอกนรนิ พลาชวี ะ | วทิ ยาลัยเทคนคิ ฉะเชิงเทรา

Power amplifiers 304

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวิเคราะห์วงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

θJC แทน อมิ พีแดนซ์ของรอยต่อกบั ตวั ถงั ของทรานซสิ เตอร์ (Junction to Case)
θCS แทน อิมพีแดนซ์ของตัวถงั กับแผ่นระบายความร้อน (Case to Sink)
θSA แทน อิมพีแดนซ์ของแผ่นระบายความรอ้ นกับอากาศรอบๆ ทรานซิสเตอร์ (Sink to Air)

แผน่ ไมก้า

θJC θCS θSA

รูปท่ี 10.19 เทอรม์ อลอิมพแี ดนซ์ของทรานซสิ เตอร์ท่ีรอยตอ่ คอลเลคเตอร์-เบส

ท่มี า : www.neutron.rmutphysics.com/physicsboard/forum/index.php
เข้าถงึ เมอ่ื วนั ท่ี 25 มิถุนายน 2555

รูปที่ 10.20 วงจรเทอรม์ อลอมิ พแี ดนซท์ ง้ั สามตอ่ อนกุ รมเปรยี บเทียบเหมือนกันกับวงจรอนุกรม
ของตัวต้านทาน ในทางไฟฟ้ากาลังจะไหลผ่านวงจรเทอร์มอลดังน้ันจะมีอุณหภูมิตกคร่อมท่ีเทอร์มอล
อมิ พีแดนซ์แต่ละตวั เหมอื นกนั กับแรงดันที่ตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวในวงจรไฟฟ้า จากกฎของโอห์ม
สามารถที่จะประยุกต์ใชก้ ับวงจรเทอรม์ อลอิมพแี ดนซ์ได้

Q (Power Flow)

TJ-TC θJC= Terminal Impedance ท่ี Junction - Case

TJ-TA TC-TS θCS= Terminal Impedance ที่ Junction - Sink

TS-TA θSA= Terminal Impedance ที่ Sink - Air

รูปที่ 10.20 วงจรสมมูลเทอร์มอลอิมพีแดนซท์ ร่ี อยต่อคอลเลคเตอร์-เบส

ที่มา : www.neutron.rmutphysics.com/physicsboard/forum/index.php
เข้าถงึ เม่ือวนั ที่ 25 มถิ ุนายน 2555

นายเอกนรนิ พลาชีวะ | วิทยาลัยเทคนคิ ฉะเชิงเทรา

Power amplifiers 305

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวิเคราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหัสวชิ า 3105-1003)

ในวงจรเทอรม์ อลอิมพีแดนซ์คานวณหาค่าเพาเวอร์โฟว์ ได้ดงั น้ี

Q = TJ-TA …10.30
θJC+θCS+θSA

เม่ือ Q คือ เพาเวอร์ดสิ ซเิ พชัน่ มีหนว่ ยเป็นวตั ต์ (W)

TJ-TA คือ อุณหภูมิทแ่ี ตกต่างระหวา่ งรอยต่อ B-C ของทรานซสิ เตอร์และอากาศ
มีหน่วยเป็นองศาเซลเซยี ส (°C)

θJC คือ อิมพแี ดนซ์ของรอยตอ่ กับตวั ถงั ของทรานซิสเตอร์ มหี น่วยเปน็ เซลเซียสตอ่ วตั ต์ (°C/W)

θCS คือ อิมพแี ดนซ์ของตัวถังกับแผ่นระบายความร้อน มหี น่วยเปน็ เซลเซยี สต่อวัตต์ (°C/W)

θSA คอื อิมพแี ดนซข์ องแผน่ ระบายความร้อนกับอากาศรอบๆ ทรานซสิ เตอร์
มีหนว่ ยเปน็ เซลเซยี สตอ่ วตั ต์ (°C/W)

การผลิตแผน่ ระบายความรอ้ นโดยทวั่ ๆ ไปกาหนดรายละเอียดของเทอร์มอลอิมพแี ดนซ์จาก

ตวั ถงั ของสารก่งึ ตัวนากับอากาศของแตล่ ะแผน่ ระบายความร้อนปริมาณคือ ผลรวมของ θJC และ θCS
ซึ่งหมายถึงจุดเช่อื มต่อระหวา่ งตัวถังทรานซิสเตอร์กับแผ่นระบายความร้อนจะถกู บันทึกจากรายละเอยี ด

ของโรงงานผลติ สมการที่ 10.30 จะใช้หาค่าของ θSA และจะเลือกแผ่นระบายความร้อนมีคา่ เทอรม์ อล
อิมพแี ดนซ์เทา่ กับหรือนอ้ ยกว่าที่คานวณได้จากค่า θSA

ตวั อย่างท่ี 10.4 ทรานซสิ เตอรม์ ีค่า VCE=12 V และ IC=1.5 A มเี ทอรม์ อลอิมพีแดนซร์ ะหว่างรอยตอ่
และตวั ถงั 1°C/W จาก Data Sheet ของแผ่นระบายความร้อนเลือกใช้แผน่ ระบายความร้อนซงึ่ จะรักษา
ให้อณุ หภูมิของรอยต่อไม่เกิน 90°C เมอื่ มีอุณหภมู แิ วดล้อม 25°C
วธิ ีทา เพาเวอร์ดิสซิเพช่นั ของทรานซสิ เตอร์คือ

Q=VCEIC

Q=12 V×1.5 A

Q=18 W

เทอร์มอลอิมพีแดนซ์ Case to Air คือ

จากสมการที่ 10.30 θCA=θCS+θSA

Q= TJ - TA
θJC+θCS+θSA

นายเอกนรนิ พลาชีวะ | วทิ ยาลัยเทคนิคฉะเชงิ เทรา

Power amplifiers 306

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา การวเิ คราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนิกส์ (รหัสวิชา 3105-1003)

θθθCCCSSS+++θθθSSSAAA===926T055JooWQ1-CC8T--A1W2°-5Cθo/JWCC -1oC/W
θCS+θSA= 2.6oC/W
จากน้นั นาคา่ ที่คานวณไดไ้ ปเปดิ ดูคูม่ ือของแผน่ ระบายความร้อนได้แกร่ ุน่ NC-421 รนุ่

NC-423 และรุ่น NC-441 จะมี θCA นอ้ ยกวา่ 2.6 °C/W จงึ ควรเลอื กใช้ NC-421 ตอบ

สรปุ
วงจรขยายกาลงั ทาหน้าทเี่ พมิ่ ระดบั ความแรงของสัญญาณไฟฟ้าให้แรงมากข้ึนก่อนที่จะส่งไปให้

โหลดโดยปกติโหลดท่ีใช้กับวงจรขยายกาลังท่ีมีค่าความต้านทานต่าเสมอ ประสิทธิภาพของวงจรขยาย
จะมีค่าสูงมากน้อยเพียงไรข้ึนอยู่กับการจัดคลาสของการขยาย ซ่ึงแบ่งออกได้เป็นคลาส A, คลาส B,
คลาส AB, คลาส C และคลาส D

คลาส A ทาการขยายสัญญาณอินพุตท่ีป้อนเข้ามาเต็มรูปคลื่นทั้ง 360 องศา มีผลให้สัญญาณท่ี
ถูกขยายออกเอาทพ์ ุตมีรูปร่างสัญญาณอินพุตท่ีป้อนเข้ามามีประสิทธิภาพกาลังขยายประมาณ 25 ถึง
50

คลาส B ทาการขยายสญั ญาณอนิ พุตทีป่ อ้ นเข้ามาครึ่งรูปคล่ืนเพียง 180 องศา มีผลให้สัญญาณ
ที่ถูกขยายออกเอาท์พุตเพียงซีกเดียว อาจเป็นซีกบวกหรือซีกลบ มีประสิทธิภาพกาลังขยายประมาณ
25  (อาจเป็น 50 %) และ 78.5 %

คลาส AB ทาการขยายสัญญาณอินพุตท่ีป้อนเข้ามามากกว่า 180 องศา ถึงน้อยกว่า 360
องศา มีผลให้ได้สัญญาณท่ีถูกขยายออกเอาต์พุตมีซีกหน่ึงขยายได้ท้ังหมด และอีกซีกหนึ่งขยายได้
บางส่วน ต้องจัดวงจรขยายแบบพุช-พูล หรือแบบคอมพลีเมนตารี มีประสิทธิภาพกาลังขยาย
ประมาณ 78.5 %

คลาส C ทาการขยายสัญญาณอนิ พตุ ทป่ี ้อนเข้ามาน้อยกว่าคร่ึงรูปคล่ืนหรือน้อยกว่า 180 องศา
มีผลให้ได้สัญญาณท่ีถูกขยายออกเอาต์พุตเพียงบางส่วนของซีกบวกหรือเพียงบางส่วนของซีกลบมี
ประสทิ ธภิ าพกาลังขยายมากกว่า 90 %

คลาส D ทาการขยายสัญญาณอินพุตในรปู สัญญาณพัลส์หรือดิจิตอล โดยใช้เทคนิคการทางาน
แบบวิธีสุ่มตัวอย่างสัญญาณคล่ืนไซน์ ได้สัญญาณดิจิตอลออกเอาต์พุต มีประสิทธิภาพกาลังขยาย
ประมาณมากกวา่ 90 %

นายเอกนริน พลาชีวะ | วทิ ยาลยั เทคนิคฉะเชงิ เทรา

Power amplifiers 309

เอกสารประกอบการเรียน วิชา การวเิ คราะห์วงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ (รหัสวิชา 3105-1003)

แบบฝึกหัด

หน่วยที่ 10 วงจรขยายกาลัง (Power Amplifiers)

คาสง่ั จงตอบคาถามใหส้ มบูรณ์และถูกต้อง ใชเ้ วลาทาแบบึกก หดั 20 นาที (คะแนนเต็ม 10 คะแนน)

1. อธบิ ายลกั ษณะของวงจรขยายกาลงั คลาส A มาพอสังเขป
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
2. วงจรขยายกาลังคลาส B ทรานสฟอรเ์ มอร์คปั เปิลมีกาลัง 6 วตั ต์ทีโ่ หลด 30  และแหลง่ จ่ายแรงดนั
VCC = 32 V จงคานวณหาคณุ สมบตั ิของเอาท์พตุ ทรานสฟอร์เมอร์และเอาท์พุตทรานซสิ เตอร์ ถา้
กาหนดให้ทรานสฟอรเ์ มอร์มีประสิทธิภาพ 70 %
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. อธิบายลักษณะของวงจรขยายกาลังคลาส AB มาพอสงั เขป

………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………

นายเอกนริน พลาชีวะ | วทิ ยาลยั เทคนิคฉะเชิงเทรา

Power amplifiers 310

เอกสารประกอบการเรยี น วิชา การวิเคราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหสั วิชา 3105-1003)

4. วงจรคอมพลิเมนตารจี าแนกตามการเช่อื มต่อสัญญาณได้ก่แี บบอะไรบ้าง

………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. ทรานซิสเตอรม์ ีค่า VCE=20 V และ IC=4 A มเี ทอร์มอลอมิ พีแดนซ์ระหว่างรอยต่อและตัวถัง1.5°C/W
จาก Data Sheet ของแผ่นระบายความร้อนเลือกใช้แผ่นระบายความร้อนซ่ึงจะรักษาให้อุณหภูมิของ

รอยต่อไมเ่ กนิ 90°C เม่ือมีอุณหภมู ิแวดลอ้ ม 25°C

……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………….

นายเอกนริน พลาชีวะ | วทิ ยาลยั เทคนคิ ฉะเชงิ เทรา

เอกสารประกอบการเรยี น Power amplifiers 311

วิชา การวเิ คราะหว์ งจรอเิ ลก็ ทรอนิกส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

แบบทดสอบหลังเรียน

หนว่ ยท่ี 10 วงจรขยายกาลัง (Power Amplifiers)

คาชี้แจง
1. จงทาเคร่อื งหมายกากบาท (X) เลือกคาตอบที่ถูกต้องทสี่ ุดเพยี งข้อเดียว
2. แบบทดสอบมีจานวน 10 ขอ้ ใช้เวลาทาแบบทดสอบ 10 นาที
***********************************************************

1. ขอ้ ใดเป็นลกั ษณะของวงจรขยายกาลงั คลาส AB
ก. วงจรขยายทม่ี กี ารจ่ายไบอัสทรานซสิ เตอร์ตลอด 1 ไซเคลิ
ข. วงจรขยายทม่ี กี ารจา่ ยไบอัสทรานซิสเตอรท์ ี่ไม่เกนิ 1 ไซเคิล
ค. มปี ระสทิ ธิภาพกาลงั ของการขยายสูงกว่า 90%
ง. วงจรขยายที่มีการจ่ายไบอสั ทรานซสิ เตอร์ต่ากว่าครงึ่ ไซเคลิ
จ. เป็นวงจรขยายกาลังทีใ่ ช้กบั สญั ญาณพลั ส์ดิจิตอล

2. ขอ้ ใดมีลักษณะตรงกับวงจรขยายกาลงั คลาส A
ก. ใช้การไบอสั ทรานซิสเตอร์ทีก่ ่งึ กลางของเส้นโหลด
ข. มีการเกิดความเพ้ียนของสัญญาณมาก
ค. มปี ระสิทธภิ าพในการขยายกาลังค่อนขา้ งดี
ง. เมื่อไม่มีการป้อนสัญญาณจะไม่เกดิ กาลังงานสูญเสยี ที่ทรานซิสเตอร์
จ. มปี ระสิทธภิ าพกาลงั ของการขยาย 100%

3. จงคานวณหาค่าประสทิ ธภิ าพสูงสุดของวงจรขยายคลาส A เม่ือกาหนดให้กาลังเอาท์พุตท่ี ทรานส
ฟอร์เมอร์มีค่าเท่ากับ PO (ac) = 26.6 mW และกาลังทางด้านอินพุตมีค่าเท่ากับ Pi (dc) = 131.4
mW

ก. 18.32%
ข. 19.11%
ค. 19.69%
ง. 20.24%
จ. 21.53%
4. ขอ้ ใดเป็นลักษณะของวงจรขยายกาลงั คลาส AB ทรานสฟ์ อรเ์ มอรค์ ัปเปิลได้
ก. ทรานสฟอร์เมอร์จะมผี ลตอบสนองทางด้านความถี่ต่าและความถ่ีสงู ดี
ข. มปี ระสิทธภิ าพการขยายมากกว่าวงจรขยายกาลงั คลาส B
ค. ใชท้ รานสฟอร์เมอร์เป็นตวั เช่ือมต่อท่ีภาคเอาท์พุต

นายเอกนริน พลาชีวะ | วทิ ยาลยั เทคนคิ ฉะเชิงเทรา

เอกสารประกอบการเรยี น Power amplifiers 312

วชิ า การวเิ คราะหว์ งจรอเิ ล็กทรอนิกส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

ง. ใชค้ าปาซิเตอร์เป็นตวั เช่ือมต่อทีภ่ าคเอาท์พุต

จ. ใช้อนิ ดักเตอร์เป็นตัวเช่ือมต่อที่ภาคเอาท์พุต

5. ข้อใดเป็นลักษณะของวงจรคอมพลเิ มนตารี (Complimentary)

ก. ใช้คาปาซเิ ตอร์เปน็ ตัวเช่ือมต่อที่ภาคเอาท์พุต

ข. มีประสิทธิภาพการขยายมากกว่าวงจรขยายกาลงั คลาส A

ค. ใช้ทรานสฟอร์เมอร์ในการถา่ ยทอดสัญญาณ

ง. ใชท้ รานซิสเตอร์ NPN กับ PNP ทางานรว่ มกนั

จ. ใช้เจเฟตชนิด N-Channel และ P-Channel ทางานรว่ มกัน

6. สมการหาค่าประสิทธิภาพสงู สดุ ของวงจรขยายกาลังคลาส B ตรงกบั ข้อใด
0.5VECIP
ก. %= 0.636VCCIP ×100%

ข. %= 0.5VCCIP ×100%
0.636VCCIP

ค. %= 0.5VECIP ×100%
VCCIP

ง. %= 0VV0.CE7.CC70II7VPPVC×CC1CIP0IP0%×100%
จ. %=

7. ทรานซิสเตอร์มีค่า VCE = 20 V และ IC = 1.2 A มีเทอร์มอลอิมพีแดนซ์ระหว่างรอยต่อ และตัวถัง
1.5 oC/W จาก Data Sheet ของแผ่นระบายความร้อนควรเลือกใช้แผ่นระบายความร้อนซ่ึงจะรักษา
ใหอ้ ุณหภมู ิของรอยต่อไม่เกิน 90 oC เมื่อมีอุณหภูมิแวดล้อม 25 oC ท่ีมีค่าเทอร์มอลอิมพีแดนซ์ Case

to Air เท่าใด
ก. 1.6 oC/W
ข. 3.9 oC/W
ค. 4.1 oC/W
ง. 5.3 oC/W
จ. 6.4 oC/W

8. การออกแบบวงจรคอมพลิเมนตารี (Complimentary) ให้มีการทางานคงท่ีต่ออุณหภูมิของการ

ทางานมวี ธิ กี ารอยา่ งไร

ก. ใส่วงจรไบอสั อตั โนมัติควบคกู่ บั แผ่นระบายความร้อน

ข. ติดตง้ั พัดลมระบายความร้อนให้กับแผน่ ระบายความรอ้ น

นายเอกนรนิ พลาชวี ะ | วทิ ยาลยั เทคนิคฉะเชงิ เทรา

เอกสารประกอบการเรยี น Power amplifiers 313

วชิ า การวเิ คราะห์วงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (รหสั วิชา 3105-1003)

ค. ใช้แผน่ ระบายความร้อนที่มขี นาดใหญ่
ง. ใสว่ งจรปอ้ งกนั ความร้อนสูงเกนิ
จ. เลือกใช้วงจรขยายกาลงั คลาส C
9. ขอ้ ใดเป็นลักษณะของวงจรขยายกาลงั คลาสดี
ก. มีจดุ การนทางานอยู่สูงสุดของเส้นโหลดไลน์
ข. มีจุดการนทางานอยู่ตา่ กวา่ เสน้ โหลดไลน์
ค. ใช้หลกั การแปลงสญั ญาณอนาลอ็ กเป็นดิจิตอลแล้วนาไปขยาย
ง. ขยายย่านความถี่สูงได้ดี
จ. มีอัตราขยายกาลงั ต่าความร้อนสงู
10. วงจรคอมพลิเมนตารี (Complimentary) แบบสมมาตรต้องใชแ้ หล่งจา่ ยชนิดใด
ก. แหล่างจา่ ยไฟแบบเดียว
ข. แหลง่ จ่ายไฟแบบคู่
ค. แหลง่ จา่ ยไฟแบบเชิงเส้น
ง. แหล่งจา่ ยแบบปรับค่าได้
จ. แหล่งจ่ายไฟแบบคงที่

นายเอกนริน พลาชีวะ | วทิ ยาลยั เทคนิคฉะเชงิ เทรา

เอกสารประกอบการเรยี น Power amplifiers 315

วิชา การวิเคราะหว์ งจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

ใบงานท่ี 10.1 หนว่ ยท่ี 10
สอนครัง้ ที่ 1
รหสั วิชา 3105-1003 วชิ า การวิเคราะหว์ งจรอิเล็กทรอนิกส์ คาบรวม 10
จานวนคาบ 3
ชือ่ หน่วย วงจรขยายกาลัง (Power Amplifiers)

ช่ือเร่ือง วงจรขยายแบบคลาส A (Class A Amplifier)

จุดประสงค์เชิงพฤตกิ รรม
1. ตอ่ วงจรวงจรขยายแบบคลาส A (Class A Amplifier)เพื่อทดลองตามใบงานไดอ้ ย่างถูกต้อง
2. วดั อา่ นค่า แรงดันและกระแสในวงจรตามทใี่ บงานกาหนดไดอ้ ยา่ งถูกต้อง
3. วัดสัญญาณอนิ พุตและสัญญาณเอาต์พตุ ไดอ้ ย่างถกู ต้อง

เครื่องมือและอุปกรณ์

1. ดิจติ อลมลั ติมิเตอร์หรือแอนะลอ็ กมัลติมิเตอร์ 2 เครื่อง
1 เครอ่ื ง
2. แหลง่ จา่ ยไฟตรงแบบปรับค่าได้ 0-30 V 3 A 1 เครอ่ื ง
1 เครือ่ ง
3. ออสซิโลสโคป 1 ตวั

4. ฟงั ช่นั เจนเนอรเ์ รเตอร์ 1 ตวั
1 ตัว
5. ตัวตานทานแบบปรบั คา่ ได้ VR1 100 k 1 ตวั
1 ชดุ
6. ตวั ตานทานคาคงที่ R1 1k, R2 2.2k, R3 10, R4 1.5k

R5 100k อยางละ

7. ตวั เก็บประจุ C1 10 uF 16 V

8.ทรานซสิ เตอร์ เบอร์ BC548

9. แผงประกอบวงจรและสายตอวงจร

ลาดบั ข้ันตอนในการปฏบิ ตั ิใบงาน
1.ประกอบวงจรตามรปู ที่ 1

นายเอกนริน พลาชีวะ | วิทยาลยั เทคนิคฉะเชิงเทรา

เอกสารประกอบการเรียน Power amplifiers 316

วชิ า การวเิ คราะหว์ งจรอิเลก็ ทรอนิกส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

R7 VCC
1 k 0-15 V
+
RV1 A
10 k -
R3
10mF 16V 1.5 k
C1 B
2QSC21815
HI
R4
LO G R2 560 

VS 1 k
1

รปู ท่ี 1 แสดงการต่อวงจรขอ้ 1
2. ปรับคา่ แรงดัน VCC ให้มคี ่าเทา่ กับ 15V และ ICQ เท่ากับ 5 mA โดยการปรบั VR1
3. ปลด VR1 ออก นามาวดั ค่าความตา้ นทาน บนั ทึกผล

ความต้นทาน VR1 =.........................V
4. วัดแรงดนั VCEQ บันทึกผล

VCEQ =..........................V
5. นาคา่ ที่วดั ได้คานวณหากาลังงานสูญเสยี ใน Transistor (Pt = VCEO X ICO )
....................................................................................................................................... .
............................................................................................................................. .............
6. ตอ่ จุด A-B เข้าด้วยกัน แล้วป้อนสญั ญาณจาก Function Gen. โดยให้ผลติ ความถี่ 1 kHz ที่
แรงดนั 8 Vp-p
7. วดั สัญญาณอินพุตและเอาตพ์ ตุ บนั ทึกรูปสญั ญาณ

อนิ พตุ เอาตพ์ ตุ

นายเอกนรนิ พลาชวี ะ | วิทยาลยั เทคนคิ ฉะเชงิ เทรา

เอกสารประกอบการเรยี น Power amplifiers 317

วิชา การวเิ คราะห์วงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ (รหสั วชิ า 3105-1003)

8. ปรบั แรงดัน VCC ที่ละน้อย สังเกตการเปลย่ี นแปลงของรปู สัญญาณ บนั ทึกผลลักษณะ
สัญญาณไม่สมมาตร เช่น เน่ืองจากความไม่ลเิ นียร์ของทรานซสิ เตอร์ เม่ือการทางานเข้าใกล้ย่านหยุด
นากระแส

ลกั ษณะสญั ญาณไม่สมมาตร เอาต์พุต

9. . เพิ่มแรงดัน VCC จนกระท่ังเกิดการเพ้ยี น เนื่องมาจากการอม่ิ ตัวของทรานซิสเตอร์

เอาตพ์ ุต
10. ปรบั แรงดนั อนิ พุต เพื่อให้ไดส้ ัญญาณเอาต์พุตทส่ี ูงสุด คือ VOUT โดยไม่เพ้ยี นทาการวดั

และบันทกึ ผล

สรปุ ผลการทดลอง เอาต์พตุ

นายเอกนริน พลาชวี ะ | วทิ ยาลยั เทคนิคฉะเชิงเทรา

เอกสารประกอบการเรียน Power amplifiers 318

วชิ า การวเิ คราะห์วงจรอิเล็กทรอนกิ ส์ (รหสั วิชา 3105-1003)

............................................................................................................................. .......................................
............................................................................................ ........................................................................
............................................................................................................................. .......................................
................................................................................................................................ ....................................
................................................................................................................ ....................................................
............................................................................................................................. .................................

คาถามการทดลอง
1.จดุ การทางานของทรานซสิ เตอรใ์ นวงจรขยายแบบคลาส A อยทู่ ี่ใด

............................................................................................................................. .......................................
................................................................................................................................................................. ...
............................................................................................................................. .......................................
............................................................................................................................. .......................................

2.เพราะเหตุใดเมื่อแรงดัน VCC ขึน้ เรือ่ ย ๆ สญั ญาณเอาต์พุทจงึ เกดิ การผิดเพยี้ น
............................................................................................................................. .......................................
....................................................................................................................................................................
............................................................................................................................. .......................................
............................................................................................................................. .......................................

3.เหตุใดประสิทธภิ าพสงู สดุ ของการขยายในทางปฏบิ ัตจิ งึ ไม่เป็นตามทฤษฎี
............................................................................................................................. .......................................
............................................................................................ ........................................................................
............................................................................................................................. .......................................
................................................................................................................................................. ...................

นายเอกนริน พลาชวี ะ | วทิ ยาลยั เทคนิคฉะเชงิ เทรา