เอกสารประกอบการเรียน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร (20104-2102) หลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) พุทธศักราช 2562 หน่วยที่ 7 เรื่อง วงจรกำเนิดสัญญาณ โดย นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์ สาขาวิชาไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคระนอง สำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ
คำนำ เอกสารประกอบการเรียนเล่มนี้เป็นเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 7 เรื่อง วงจรกำเนิดสัญญาณ เนื้อหาสาระการ เรียนรู้ได้แก่การศึกษา โครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณ หลักการทำงานของวงจรกำเนิดสัญญาณ ลักษณะสมบัติของวงจร กำเนิดสัญญาณ สำหรับผลลัพธ์การเรียนรู้ของนักเรียนเมื่อเรียนด้วยเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 7 เรื่อง วงจรกำเนิดสัญญาณ โดยใช้วิธีการสอนแบบ PQ-ADAPP มุ่งเน้นผลลัพธ์ที่เกิดกับผู้เรียนดังนี้ 1) ผู้เรียนสามารถต่อวงจรกำเนิดสัญญาณได้ 2) ผู้เรียนสามารถใช้เครื่องมือตรวจวัดและอ่านค่าสัญญาณได้ 3) ผู้เรียนสามารถใช้เครื่องมือตรวจหาข้อบกพร่องของวงจรกำเนิด สัญญาณได้ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 7 เรื่อง วงจรกำเนิดสัญญาณ วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และ วงจร ที่ผู้เรียบเรียงจัดทำขึ้น จะเป็นประโยชน์ต่อครูผู้สอนและนักเรียนในวิชานี้ และนำไปเป็นแบบอย่างในการจัดทำเอกสาร ประกอบการเรียนวิชาอื่นต่อไป หากมีข้อเสนอแนะใดๆ ผู้เรียบเรียงน้อมรับด้วยความยินดียิ่ง (นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์) ตำแหน่ง ครู วิทยฐานะ ครูชำนาญการพิเศษ
ใบความรู้/ใบเนื้อหา หน่วยที่ 7 เรื่อง วงจรกำเนิดสัญญาณ บทนำ การสร้างสัญญาณทางไฟฟ้าหรือวงจรกำเนิดสัญญาณไฟฟ้าที่มีรูปร่างและความถี่แบบต่าง ๆ เพื่อ นำไปใช้ประโยชน์ในงานอิเล็กทรอนิกส์สามารถสร้างได้จากหลายวงจร หลายประเภท ซึ่งวงจรแต่ละประเภทมี หลักการทำงานแตกต่างกันออกไป วงจรกำเนิดสัญญาณ หรือวงจรออสซิลเลเตอร์ (Oscillator) เป็นวงจร อิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตสัญญาณออกมาซ้ำ ๆ กัน รูปคลื่นไฟฟ้าที่ออกมาส่วนใหญ่จะเป็นรูปคลื่นไซน์ และคลื่นรูป สี่เหลี่ยม วงจรกำเนิดสัญญาณใช้แหล่งจ่ายไฟเป็นกระแสตรง (DC) มีเอาต์พุตเป็นสัญญาณที่มีรูปร่างลักษณะที่ แตกต่างกัน เพื่อใช้ในการส่งสัญญาณวิทยุและโทรทัศน์ สัญญาณนาฬิกาที่ควบคุมการทำงานของคอมพิวเตอร์ ทุกชนิด และนำไปประยุกต์ใช้งานในด้านอื่น ๆ อีกมากมาย 7.1 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม (Square wave oscillator) วงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นวงจรชนิดหนึ่งของวงจรอะสเตเบิล มัลติไวเบรเตอร์ (Astable Multivibrator) นั่นคือสัญญาณที่ออกจากเอาต์พุตของวงจรจะมีระดับไม่คงที่แต่จะมีการ เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา (ระดับสูงหรือต่ำ) โดยปราศจากสัญญาณอินพุต (Input) ใด ๆ 7.1.1 โครงสร้าง โครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม แสดงตามภาพที่ 7.1 ภาพที่ 7.1 โครงสร้างพื้นฐานของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม R1 +15 -15 R2 R3 C 741 - + VOUT + Vsat 0V - Vsat
จากภาพที่ 7.1 แสดงโครงสร้างพื้นฐานของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม ประกอบด้วย ตัวต้านทาน (Resistor) ตัวเก็บประจุ (Capacitor) และออปแอมป์ (Op-Amp) หรือ Operational amplifier ที่มีคุณสมบัติเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำพวก ไอซี (Integrator Circuit) ที่รวบรวมเอา อุปกรณ์จำพวกพาสซีฟ (Passive) และอุปกรณ์แอคทีฟ (Active) ไว้ภายในตัวถังเดียวกัน ในปัจจุบันออป แอมป์ถูกนำมาใช้งานอย่างหลากหลาย ทั้งในวงจรขยายสัญญาณ วงจรกำเนิดสัญญาณ วงจรกรองความถี่ สูงและต่ำ วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ และอื่น ๆ รูปร่างและสัญลักษณ์ของออปแอมป์แสดงตามภาพที่ 7.2 (ก) รูปร่าง (ข) โครงสร้าง (ค) สัญลักษณ์ ภาพที่ 7.2 รูปร่างและสัญลักษณ์ของออปแอมป์ (ที่มา: https://www.rapidonline.com, 2563) 7.1.2 หลักการทำงาน การสร้างสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมมีหลักการพื้นฐานเหมือนกับการใช้สวิตช์ควบคุมการปิด-เปิด วงจรที่มีแหล่งจ่ายเป็นไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อสวิตช์ปิดวงจรจะเกิดการนำกระแสและมีสัญญาณเกิดขึ้นที่ 741 - + VOUT +VCC -VCC Inverting Input Non Inverting Input 741 - +
เอาต์พุตตั้งฉากกับเส้นอ้างอิง (0V) ถ้าสวิตช์ยังคงปิดวงจรอยู่สัญญาณเอาต์พุตก็จะเกิดเป็นเส้นตรงในแนว ระนาบต่อเนื่องมีค่าเท่ากับแรงดันที่แหล่งจ่าย และเมื่อสวิตช์เปิดวงจรทำให้ไม่มีกระแสไหลสัญญาณ เอาต์พุตก็จะตกลงในแนวตั้งฉากกับเส้นอ้างอิง หากเราปิด-เปิดสวิตช์ซ้ำ ๆ ไปอย่างต่อเนื่องก็จะเกิดเป็น สัญญาณรูปสี่เหลี่ยม แต่เนื่องจากการนำไปใช้งานต้องการสัญญาณที่มีความถี่สูงซึ่งการปิด-เปิดสวิตช์ด้วย มือไม่สามารถรองรับได้ จึงได้มีการนำเอาออปแอมป์มาใช้ในการสร้างสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม โดยใช้หลักการ เดียวกันกับการปิด-เปิดสวิตช์ จากภาพที่ 7.1 เป็นวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมแบบพื้นฐานจะเห็นได้ว่ามีการนำ สัญญาณจากเอาต์พุตมาป้อนกลับสองทาง สัญญาณเอาต์พุตนำออกมาผ่านตัวต้านทาน R1 เข้าสู่ขั้วอินพุต ลบ และต่อกับตัวเก็บประจุลงกราวด์อุปกรณ์ทั้งสองจะเป็นตัวกำหนดความถี่ของคลื่นสี่เหลี่ยม (Square Wave) ส่วนตัวต้านทาน R2 กับ R3 เป็นภาคที่ใช้กำหนดแรงดันอ้างอิง (Vref) ให้อินพุตบวกถ้าเลือก R3 ที่มี ค่าเป็น 86 % ของ R2 ความถี่ของสัญญาณเอาต์พุตรูปคลื่นสี่เหลี่ยม จะได้จากสมการ fOUT = หรือ สมการที่ 7.1 R3 = 0.86R2 สมการที่ 7.2 เมื่อ fOUT คือ ความถี่ทางด้านเอาต์พุต (Hz) 7.1.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า เมื่อป้อนไฟเลี้ยงให้แก่ออปแอมป์ (+15V, -15V) จะมีแรงดันค่าน้อย ๆ ตกคร่อมที่ขั้ว อินพุตทั้งสองของออปแอมป์เรียกว่า “แรงดันออฟเซต” (Off set) แรงดันนี้จะมีผลทำให้แรงดันที่เอาต์พุต มีขนาดเท่ากับ +Vsat (แรงดันอิ่มตัวที่เอาต์พุต Vsat มีค่าประมาณ 90% ของ VCC) และการนำ ตัวเก็บประจุ มาต่อในลักษณะเช่นนี้จะทำ ให้มีการชาร์ตประจุ (Charge) อยู่ตลอดเวลา และแรงดัน ตกคร่อมตัวเก็บ ประจุจะค่อย ๆ เพิ่มค่าขึ้นสู่แรงดัน +Vsat เป็นผลให้แรงดันที่ขั้วอินพุตลบมีค่าสูงขึ้นด้วย ในขณะเดียวกัน ที่ ขั้วอินพุตบวกนั้นจะมีศักย์เท่ากับการแบ่งแรงดัน +Vsat ระหว่าง R2 และ R3 ซึ่งแรงดันอ้างอิง Vref จะมีค่า เท่ากับ +VT แรงดันเอาต์พุตของวงจรกำเนิดสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมจะเปลี่ยนสถานะทันทีเมื่อตัวเก็บประจุ ถูกประจุให้มีแรงดันสูงกว่า - VT ที่ขั้วอินพุตบวกเป็นผลให้แรงดันเอาต์พุตเปลี่ยนสถานะจาก +Vsat เป็น - Vsat ในทันทีการเปลี่ยนแปลงที่เอาต์พุตจะเป็นผลให้ Vsat เปลี่ยนจาก +VT เป็น - VT และยังเปลี่ยนทิศ ทางการประจุของ C อีกด้วยนั่นคือ C จะค่อย ๆ ลดค่าจาก +VT สู่ -Vsat แต่ก่อนที่จะมีค่าเท่ากับ -Vsat นั้น ศักย์ไฟฟ้าที่อินพุตลบ (ศักย์ร่วม C) จะมีค่าต่ำกว่า - VT และเป็นผลให้ขั้วอินพุตบวกมีศักย์เป็นบวกสูงกว่า ขั้วอินพุตลบ นั่นคือ แรงดันเอาต์พุตก็จะเปลี่ยนสถานะจาก -Vsat เป็น +Vsat อีกและขั้นตอนการประจุของ ตัวเก็บประจุก็จะเริ่มต้นใหม่ เป็นเช่นนั้นไปเรื่อย ๆ 1 2R1C
ภาพที่ 7.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม เมื่อ IR = R1 x C สมการที่ 7.3 TF = R1 x C สมการที่ 7.4 T = 2R1 x C สมการที่ 7.5 +VT = สมการที่ 7.6 = 0.46 (+Vsat) สมการที่ 7.7 -VT = สมการที่ 7.8 = 0.46 (-Vsat) สมการที่ 7.9 7.1.4 วงจรการใช้งาน วงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้ในหลายด้าน เช่น สร้าง สัญญาณความถี่เพื่อส่งข้อมูลแบบดิจิตอลในระบบคอมพิวเตอร์ วงจรส่งสัญญาณแจ้งเตือน วงจรไฟ กระพริบ เป็นต้น จากภาพที่ 7.4 เป็นการนำวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมไปใช้กับเครื่องแสดงอัตราการ หยดของน้ำเกลือและแจ้งเตือนแบบไร้สาย R3 + R2 +15V +Vsat +VT -VT -Vsat -15V -VOUT VC VH IR TF T R3 x (+Vsat) R3 + R2 R3 x (-Vsat)
ภาพที่ 7.4 การใช้วงจรกำเนิดสัญญาณในเครื่องแสดงอัตราการหยดของน้ำเกลือและแจ้งเตือนแบบไร้สาย (ที่มา: สุเกษม เกียรติไพบูลย์, 2563) จากภาพที่ 7.4 เป็นการใช้วงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมในเครื่องแสดงอัตราการหยดของ น้ำเกลือและแจ้งเตือนแบบไร้สายโดยนำไอซีออปแอมป์ LM385 มาทำหน้าที่เป็นตัวสร้างสัญญาณรูป สี่เหลี่ยมและขยายสัญญาณโดยทำการเปรียบเทียบความแตกต่างของอินพุตระหว่างขาที่ 5 ซึ่งทำหน้าที่ เป็นขาอ้างอิง กับขาที่ 6 ที่รับสัญญาณมาจากการเซนเซอร์หยดน้ำเกลือ เมื่อเกิดความแตกต่างระหว่าง อินพุตขาที่ 5 กับ ขาที่ 6 จะทำให้ออปแอมป์ขยายสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมส่งออกมาทางเอาต์พุตขาที่ 7 ไปยัง ขาที่ 1 ของ ออปแอมป์ตัวที่ 2 ทำหน้าที่ขยายสัญญาณเพื่อนำไปขับให้วงจรแสดงผลของหลอด LED ติด และดับตามจังหวะของการตรวจจับการหยดของน้ำเกลือ 7.2 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย (Saw tooth Waveform oscillator) วงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย หรือวงจรกำเนิดสัญญาณลาดเอียง (Ramp) ลักษณะของวงจร จะเหมือนกับวงจรอินทิเกรเตอร์ (Integrator Circuit) ที่ใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุในการกำหนด ช่วงเวลาและความถี่ร่วมกัน
7.2.1 โครงสร้าง โครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย แสดงตามภาพที่ 7.5 ภาพที่ 7.5 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย จากภาพที่ 9.5 แสดงโครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อยประกอบด้วยตัว ต้านทาน ตัวเก็บประจุ และออปแอมป์ การต่อวงจรเป็นลักษณะการป้อนกลับแบบบวกไปที่ขา อินเวอร์ ติงโดยผ่านตัวเก็บประจุ C ขนาด 0.1 µF และมีสวิตช์ SW1 ต่อขนานกับตัวเก็บประจุเพื่อทำหน้าที่ลัดวงจร กระแสไม่ให้ไหลผ่านตัวเก็บประจุทำให้ตัวเก็บประจุเกิดการคายประจุอย่างรวดเร็ว 7.2.2 หลักการทำงาน จากภาพที่ 7.5 จะเห็นว่าเมื่อป้อนแรงดันขนาด 1 โวลต์ ให้ขั้วอินพุตลบ ตัวเก็บประจุ C1 จะทำการเก็บประจุแบบเชิงเส้นในทิศทางบวกมีค่าประจุไฟฟ้าเพิ่มขึ้นไปจนถึงระดับแรงดันที่จุด +Vsat เมื่อ ทำการปิดวงจรสวิตช์ SW1 ลงก่อนที่แรงดันตกคร่อม C1 จะมีค่าเท่ากับ +Vsat แรงดันที่ถูกประจุไว้ก็จะคาย ประจุออกมาจนหมดอย่างรวดเร็ว และเมื่อยกสวิตช์ SW1 ตัวเก็บประจุก็จะค่อย ๆ ประจุขึ้นอีก 7.2.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า จากภาพที่ 7.6 แสดงรูปสัญญาณและแรงดันเอาต์พุตของวงจรโดยที่ t คือ เวลาที่สวิตช์ (Switch) ถูกยกขึ้นในหน่วยวินาทีและมี VIN, R1 , C1 เป็นตัวกำหนดความชันของสัญญาณลาดเอียงหรือ สัญญาณแรมพ์แต่ในการใช้งานจริงนั้นไม่ใช้การสับสวิตช์ (Switch) แต่นำอุปกรณ์ประเภทอิเล็กทรอนิกส์ สวิตช์มาใช้แทน เช่น ทรานซิสเตอร์ เป็นต้น SW1 C + Vsat 0V - Vsat 741 - + VOUT R1 VIN 0.1µF 100kΩ 1V
ภาพที่ 7.6 สัญญาณเอาต์พุตรูปฟันเลื่อย 7.2.4 วงจรการใช้งาน สำหรับวงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย คือวงจรที่ใช้ไอซี ออปแอมป์ สร้างเป็นวงจร อินทิเกรเตอร์สัญญาณแรงดันอินพุตที่เข้ามาแสดงตามภาพที่ 7.5 โดยมีตัวต้านทาน R1 เป็น อุปกรณ์ด้าน อินพุต (Input Element) และมีตัวเก็บประจุ C เป็นอุปกรณ์เชื่อมต่อการป้อนกลับ (Feedback Element) การต่อวงจรใช้งานจะใช้ตัวต้านทาน RS ต่อขนานกับตัวเก็บประจุ C เพื่อจำกัด (Low Frequency Resistor) เมื่อความถี่เปลี่ยนแปลง แล้วอาจเพิ่มตัวต้านทาน R2 เข้าที่ขานันอินเวอร์ติงก็ได้เพื่อลด ค่าแรงดันออฟเซตด้านอินพุต ดังแสดงตามภาพที่ 7.7 ภาพที่ 7.7 วงจรใช้งานการกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย +15V +0V VOUT Time สวิตช์เปิดวงจร สวิตช์เปิดวงจร สวิตช์เปิดวงจร สวิตช์ปิดวงจร Rs C 741 - + VOUT R1 VIN 0.1µF 100kΩ 1V R2
7.3 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยม (Triangular waveform Oscillator) วงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อยพบว่าเมื่อป้อนแรงดันไฟตรงค่าหนึ่งให้แก่วงจรอินทิเกรเตอร์แล้ว แรงดันเอาต์พุตจะมีลักษณะเป็นเส้นตรงที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างคงที่ ซึ่งจากคุณสมบัตินี้สามารถนำมา พัฒนาเพื่อสร้างวงจรกำเนิดรูปสัญญาณแบบสามเหลี่ยมได้ 7.3.1 โครงสร้าง โครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยม แสดงตามภาพที่ 7.8 ภาพที่ 7.8 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยม จากภาพที่ 7.8 แสดงโครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยมซึ่งต่างจาก โครงสร้างของวงจรที่ได้ศึกษามาแล้วข้างต้น คือมีการนำวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมมาใช้เพื่อสร้าง สัญญาณอินพุตให้กับวงจรกำเนิดสัญญาณแบบอินทิเกรเตอร์ หรือวงจรกำเนิดสัญญาณรูปฟันเลื่อย โครงสร้าง พื้นฐานของวงจรยังคงใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุต่อร่วมกันเพื่อกำหนดค่าเวลาและใช้ออปแอมป์เป็น อุปกรณ์ควบคุมการส่งสัญญาณเอาต์พุตด้วยการเปรียบเทียบค่าแรงดันที่จ่ายเข้ามาทางอินพุตระหว่างขา อินเวอร์ติงกับนันอินเวอร์ติง 7.3.2 หลักการทำงาน จากภาพที่ 7.8 สามารถสร้างคลื่นสามเหลี่ยม (Triangular Waveform) ได้โดยการป้อน แรงดันไฟตรงที่อินพุตซึ่งจะทำให้เอาต์พุตมีทิศทางการเกิดของแรงดันเพิ่มขึ้นตลอดเวลา และเมื่อจ่าย สัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมเข้าไปผลก็คือในช่วงแรกที่คลื่นสี่เหลี่ยมเข้าไปมีค่าเป็นบวก แรงดันเอาต์พุต ของวงจร อินทิเกรเตอร์จะลดลงอย่างคงที่และเมื่อคลื่นสี่เหลี่ยมเปลี่ยนสถานะเป็นลบแรงดันเอาต์พุตจากวงจรอินทิ เกรเตอร์ก็จะเพิ่มขึ้นอย่างคงที่ด้วยความชันขนาดเท่ากับที่ลดลงจึงทำให้ได้สัญญาณรวมเป็นคลื่น สามเหลี่ยม C2 741 - + Vtri R4 1µF 10kΩ 741 - + R1 100kΩ 0.2µF C1 Vsqu R2 22kΩ R3 10kΩ
7.3.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า จากภาพที่ 7.9 แรงดันเอาต์พุตของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยมจะมีขนาดความถี่ ของคลื่นสามเหลี่ยมเท่ากับความถี่ของคลื่นสี่เหลี่ยม หาได้จากสมการที่ 7.10 f = สมการที่ 7.10 ภาพที่ 7.9 แรงดันเอาต์พุตของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยม การกำหนดค่าเวลาคงตัวของสัญญาณนั้นมีความสำคัญมากเนื่องจากหากค่าเวลาคงตัว มีการเปลี่ยนแปลง เช่น อาจเกิดจากอายุการใช้งาน หรือการคำนวณที่ไม่เหมาะสม อาจส่งผลให้ สัญญาณเอาต์พุตมีความผิดเพี้ยนไปจากที่ควรจะเป็น ดังนั้นการป้องกันไม่ให้รูปคลื่นสามเหลี่ยมเกิด ความผิดเพี้ยนเปลี่ยนไปจากลักษณะที่ควรเป็น ค่าเวลาคงตัวของ R1C1 ควรมีขนาดเป็นสองเท่าของ R4C2 ดังสมการที่ 7.11 R1 x C1 = 2(R4 x C2 ) สมการที่ 7.11 1 2R1C1 +15V +Ssat +VT -VT -Ssat Vsqu Vtri VP-P ≈ 13V VP-P ≈ 26V T
7.3.4 วงจรการใช้งาน วงจรการใช้งานวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยมแบบปรับขนาดของสัญญาณได้ แสดง ตามภาพที่ 7.10 ภาพที่ 7.10 วงจรใช้งานวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสามเหลี่ยมแบบปรับค่าได้ จากภาพที่ 7.10 เป็นวงจรใช้งานวงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยมที่สามารถปรับค่า ความกว้างหรือค่าเวลาของสัญญาณได้โดยใช้ตัวต้านทานแบบโพเทนชิโอมิเตอร์ R1 ต่อเป็นวงจรกำหนดค่า เวลาคงตัวกับตัวเก็บประจุ C1 สัญญาณเอาต์พุตที่ได้จะถูกกำหนดค่าความถี่จากการปรับค่า R1 ซึ่งมี ความสัมพันธ์กับความถี่ของสัญญาณรูปสี่เหลี่ยมเนื่องจากการสร้างสัญญาณรูปสามเหลี่ยมจะต้องใช้อินพุตที่มา จากวงจรกำเนิดสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม 7.4 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปไซน์ (Sine wave Oscillator) การสร้างวงจรกำเนิดสัญญาณรูปไซน์แบบที่ง่ายที่สุด ทำได้โดยใช้วงจรขยายที่มีอัตราขยายสูงเช่น Op Amp ต่อกับอุปกรณ์พาสซีฟ RC หรือ LC ในลักษณะป้อนกลับแบบบวก (Positive Feedback) ความถี่ ของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปไซน์ลักษณะนี้ควบคุมได้โดยการปรับค่าความต้านทาน (R) และ/หรือค่าความเก็บ ประจุ (C) บางตัวในวงจรทั้งนี้จะต้องสอดคล้องกับเงื่อนไขเฉพาะที่จะทำให้เกิดการแกว่ง (Oscillation) ขนาด ของสัญญาณรูปไซน์ลักษณะนี้จึงถูกเรียกว่าเป็นวงจรกำเนิดสัญญาณแบบเชิงเส้น (Linear Oscillation) +VCC -VCC 741 - + R4 C2 741 - + R1 C1 VOUT R2 R3 R6 +VCC -VCC R5
7.4.1 โครงสร้าง โครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์ แสดงตามภาพที่ 7.11 ภาพที่ 7.11 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์ จากภาพที่ 7.11 แสดงโครงสร้างของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์ซึ่งเป็นการนำ ออปแอมป์จำนวน 2 ตัวมาใช้โดยต่อในลักษณะของวงจรคอมพาราเตอร์ และวงจรกรองความถี่มาใช้เป็นภาค เลือกความถี่ของสัญญาณออสซิลเลต 7.4.2 หลักการทำงาน จากภาพที่ 7.11 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์มีหลักการทำงานดังนี้ การสร้างสัญญาณ รูปคลื่นไซน์จะใช้ออปแอมป์ จำนวน 2 ตัว ต่อในลักษณะของวงจรคอมพาราเตอร์ (Comparator) และวงจร กรองความถี่เป็นช่วง โดยยึดหลักการที่ว่ารูปคลื่นสี่เหลี่ยมเกิดจากผลรวมของรูปคลื่นหลายชนิด เมื่อกรอง ความถี่ของคลื่นไซน์ หลักการโดยวงจรฟิลเตอร์เอาต์พุตก็จะอยู่ในรูปของสัญญาณไซน์บริสุทธิ์ส่วนการนำคอม พาราเตอร์มาต่อกับวงจรฟิลเตอร์นั้นก็เพื่อสร้างสัญญาณออสซิลเลต (Oscillate) ออกมาอย่างต่อเนื่องซึ่งตัว ต้านทาน R2 ในวงจรเป็นตัวต้านทานที่มีค่าต่ำมาก มีหน้าที่ป้องกันไม่ให้สัญญาณป้อนกลับถูกต่อลงกราวด์ ส่วนตัวต้านทาน R1 ทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนความถี่ของการออสซิลเลต และถ้าต้องการออสซิลเลเตอร์ที่ความถี่ ในย่านความถี่ของเสียง ก็สามารถทำได้โดยเปลี่ยนตัวเก็บประจุ C1 และ C2 +VCC -VCC 741 - + C1 741 - + R4 Vsqu R3 +VCC -VCC C2 R1 R2 R5 Vsine
7.4.3 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้า จากภาพที่ 7.12 แรงดันเอาต์พุตของวงจรกำเนิดสัญญาณรูปไซน์จะมีขนาดความถี่เท่ากับ ความถี่ของสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยม ภาพที่ 7.12 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์ ค่าเวลาคงตัว T = 2R1 x (C1+C2) สมการที่ 7.12 7.4.4 วงจรการใช้งาน สัญญาณรูปคลื่นไซน์ได้ถูกนำมาใช้งานอย่างกว้างขวางในงานด้านการวัด ระบบเครื่องมือวัดการ ประมวลผลสัญญาณ ตลอดจนระบบอิเล็กทรอนิกส์ และระบบสื่อสาร ลักษณะของวงจรการใช้งานแสดงตาม ภาพที่ 7.13 เป็นตัวอย่างวงจรกำเนิดรูปคลื่นไซน์ต่างเฟส 90 องศา ภาพที่ 7.13 วงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์ต่างเฟส 90 องศา +VC -VCC 741 - + C2 741 - + Cosi ne +VC -VCC R1 C3 C1 R2 R3 Sine +15V +Ssat +VT -VT -Ssat Vsqu Vsine T
จากภาพที่ 7.13 แสดงวงจรกำเนิดสัญญาณรูปคลื่นไซน์ต่างเฟส 90 องศา ซึ่งใช้วงจรอินทิเกร เตอร์สองตัวชนิดที่มีการป้อนกลับแบบบวก โดยที่ค่าความต้านทาน R1 ควรมีค่าต่ำกว่าค่าความต้านทาน R2 เล็กน้อยเพื่อวงจรจะได้มีการสร้างสัญญาณออสซิลเลต (Oscillate) นอกจากนี้ค่าความต้านทาน R1 ควรมีค่า อยู่ในระดับที่เหมาะสม นั่นคือถ้าค่าความต้านทาน R1 มีค่าต่ำเกินไป สัญญาณที่ได้จะมีลักษณะเป็นคลื่น สี่เหลี่ยมดังนั้นค่าความต้านทาน R1 ที่ใช้ควรเป็นชนิดปรับค่าได้เพื่อให้สัญญาณที่ได้ทางด้านเอาต์พุตมีค่าความ เพี้ยนต่ำสุดเท่าที่จะทำได้ สรุป วงจรกำเนิดสัญญาณ (Oscillator or Waveform Generator) เป็นวงจรหนึ่งที่มีความสำคัญในทาง อิเล็กทรอนิกส์และการสื่อสาร วงจรกำเนิดสัญญาณสามารถแบ่งออกได้เป็นสองกลุ่มใหญ่ ๆ ด้วยกันคือ วงจร กำเนิดสัญญาณรูปไซน์ (Sinusoidal waveform) และวงจรกำเนิดสัญญาณรูปอื่น ๆ ที่ไม่ใช่สัญญาณไซน์ (Non-Sinusoidal Waveform) ซึ่งได้แก่ สัญญาณรูปสามเหลี่ยม (Triangular) สัญญาณรูปฟันเลื่อย (Sawtooth) และสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม (Square) เป็นต้น โครงสร้างหลักของวงจรประกอบด้วยวงจรกรอง ความถี่ วงจรขยายป้อนกลับแบบบวกโดยใช้ออปแอมป์ และวงจรกำหนดค่าเวลาคงตัวโดยใช้ตัวต้านทานและ ตัวเก็บประจุ