บทที่ 8 วงจรออปแอมป์

1

บทท่ี 8 เรอื่ ง วงจรออปแอมป์

2

จดุ ประสงค์เชิงพฤตกิ รรม

1. เพ่อื ให้ผเู้ รยี นบอกความหมายของออปแอมป์ได้ถูกต้อง
2. เพอ่ื ให้ผู้เรยี นบอกคุณลักษณะเฉพาะของออปแอมป์ในอดุ มคตไิ ด้ถกู ต้อง
3. เพือ่ ให้ผเู้ รียนบอกวงจรการต่อออปแอมป์แบบต่าง ๆ ได้
4. เพื่อให้ผู้เรียนแก้ปญั หาโจทยว์ งจรออปแอมปแ์ บบตา่ ง ๆ ได้

3

ออปแอมป์ (Operational Amplifiers,Op-Amp)

อปุ กรณ์ออปแอมป์นนั้ จะเป็นอปุ กรณ์ทางอิเลก็ ทรอนกิ สช์ นิดหนึ่งครับ ทส่ี ร้างขนึ้ มาโดยโครงสรา้ ง
ภายในนน้ั จะประกอบดว้ ยสารกึง่ ตัวอยหู่ ลายชนดิ ครบั เชน่ อปุ กรณ์ทรานซิสเตอร์(BJT) อปุ กรณม์ อส
เฟต(MOSFET) อปุ กรณ์ไดโอด(Diode) และยงั มตี วั ตา้ นทาน(R) โดยอุปกรณ์ทั้งหมดน้ีจะถูกประกอบและต่อ
รวมกันทีอ่ ยู่ในรปู ของวงจรรวมน้นั เองครับ ท่เี รารู้จกั กันดใี นชอ่ื ทเ่ี รียกวา่ ไอซี (IC : Integrated Circuit) ดงั
ภาพที่ 8.1 ซง่ึ วงจรรวมท่ีได้น้ีนะครับจะมีลกั ษณะของวงจรเป็นวงจรขยายสญั ญาณ โดยมีอตั ราการขยาย
แรงดนั ทส่ี งู หรือทเี่ รยี กวา่ (Voltage Gain) ซ่ึงเราสามารถเขียนสญั ลกั ษณ์ของออปแอมป์ ท่ีแสดงถึงลักษณะ
โครงสร้างพืน้ ฐานของอุปกรณ์ออปแอมป์(Op-Amp)

(a) ลักษณะของ ic Op-Amp
ท่มี า : http://www.ar-robotall.com/product/124/lm741-operational-amplifier

(b) ภาพ ไดอะแกรมภายใน ic Op-Amp
ทม่ี า : http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/LM741-op-amp-pinout-

connections
ภาพท่ี 8.1 แสดงลักษณะของออปแอมป์ และไดอะแกรม

4

ลกั ษณะโครงสรา้ งพ้ืนฐานของอุปกรณ์ออปแอมป์(Op-Amp)
ออปแอมปม์ จี านวนขา 5 ขา ดงั ภาพที่ 8.2 ดังนี้
1. ขาอนิ พุตของออปแอมป์ ท่ีมเี ครือ่ งหมายลบเรยี กว่าขา Inverting โดยจะปอ้ นสัญญาณเขา้ ท่ีขาน้ี

จะเปน็ สัญญาณไฟกระแสตรงหรอื สญั ญาณไฟกระแสสลบั ก็ได้ ซ่ึงสญั ญาณที่ถูกป้อนเขา้ ไปทข่ี า Inverting นี้
จะถกู ทาให้กลับเฟสเมื่อออกมาทางขา Output

2. ขาอินพตุ ของออปแอมป์ ทีม่ ีเครื่องหมายบวกเรียกวา่ ขา Non-Inverting โดยจะปอ้ นสญั ญาณเขา้
ทขี่ านี้ จะเปน็ สัญญาณไฟกระแสตรงหรือสัญญาณไฟกระแสสลบั กไ็ ด้ ซ่ึงสญั ญาณที่ถูกป้อนเขา้ ไปท่ีขา Non-
Inverting นี้ เรากจ็ ะไดส้ ัญญาณท่ีไมก่ ลับเฟสออกมาทางขา Output

3. ขาเอาท์พตุ ของออปแอมป์ Output ซง่ึ เปน็ สัญญาณออก โดยสัญญาณทอี่ อกมาจะข้นึ อยู่กับ
สัญญาณอนิ พุตทั้ง 2 ของออปแอมป์

4. ขาปอ้ นไฟบวก ที่มีเคร่ืองหมาย +V จะตอ้ งป้อนแรงดันไฟฟ้าบวกประมาณ 9 V ถึง 18 V
โดยทว่ั ไป แรงดันไฟฟ้าประมาณ 15 V

5. ขาป้อนไฟลบ ทีม่ ีเครื่องหมาย -V จะต้องป้อนแรงดนั ไฟฟา้ ลบประมาณ -9 ถงึ -18 V โดยท่ัวไป
แรงดนั ไฟฟา้ ประมาณ -15 V

ภาพที่ 8.2 แสดงลกั ษณะขาของออปแอมป์

ออปแอมป์แบบอดุ มคติ (Ideal Op-Amp)
เพือ่ ความงา่ ยในการวเิ คราะห์วงจรเราจะกาหนดให้ออปแอมปเ์ ปน็ อดุ มคติ ดงั ภาพท่ี 8.3 ซ่งึ จะมีคุณสมบัตดิ ังน้ี

1. อตั ราการขยายวงจรเปิดมีค่าเปน็ อนนั ต์
2. ความตา้ นทานอนิ พุตมีค่าเป็นอนนั ต์
3. ความตา้ นทานเอาต์พุตมีค่าเป็นศนู ย์

5

ภาพท่ี 8.3 วงจรออปแอมป์ในอุดมคติ
เนอ่ื งจากออปแอมป์ในอดุ มคตมิ ีความต้านทานทางดา้ นอินพุตมีค่าเป็นอนนั ต์ ดังน้ัน
1. กระแสไฟฟา้ ที่ไหลเขา้ ทางข้วั อินพตุ ทง้ั สองจึงมคี ่าเทา่ กบั ศูนย์

1 = 0 และ 2 = 0
สรุปคอื จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลเข้า ออปแอมแอมป์
2. แรงดนั ไฟฟา้ ท่ขี วั้ อนิ พตุ ทั้งสองจึงมคี า่ เท่ากนั

1 = 2
หรือ

1 − 2 = = 0
ชนิดของวงจรออปแอมป์

1. วงจรขยายแบบกลบั ขั้ว (Inverting Amplifiers)

ภาพที่ 8.4 วงจรออปแอมป์ชนดิ วงจรขยายแบบกลับขั้ว

6

วงจรขยายแบบกลับขัว้ แรงดันไฟฟ้าอนิ พตุ ต่อเข้ากับตวั ตา้ นทาน 1 และตอ่ ไปยังขา
กลบั ข้ัวของออปแอมป์ (inverting) สว่ นขาไม่กลบั ขวั้ (non-inverting) ตอ่ เขา้ กบั ขว้ั แรงดันท่ีตา่ กวา่ ใน
ท่ีนเ้ี ป็นขัว้ กราวด์ และเมอ่ื ออปแอมป์เป็นอดุ มคติ นั่นคือจะไมม่ ีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าออปแอมป์ ดงั นั้นเมอ่ื ใช้วิธี

ทฤษฎแี รงดันโนด ทจี่ ดุ 1 จะไดว้ า่
1 + 2 = 0

1− + 1− 0 = 0

1

เม่อื ออปแอมปเ์ ปน็ อดุ มคติ น่นั คือ แรงดันไฟฟ้าที่ขว้ั อินพตุ 1 = 2 และเมื่อ ข้วั
แรงดนั ไฟฟา้ 2 ต่ออยู่กับกราวด์ ดงั น้ัน

1 = 2 = 0

เพราะฉะนน้ั จะไดว้ า่
0− + 0− 0 = 0

1

− − 0 = 0

1

− = 0

1

− = 0

1

0 = −

1

หรอื

0 = −

1

เมื่อ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พตุ ต่อแรงดนั ไฟฟ้าดา้ นอินพุต ( 0 ) เท่ากบั อัตราสว่ นขยายของออปแอมป์



( ) จะไดว้ า่

0 = −


7

หรือ
0 = −

เมอื่ =
1
สงั เกต ได้ว่าสมการแรงดันเอาตพ์ ตุ มเี ครอ่ื งหมายลบ (−) นน่ั คือการขยายสัญญาณแบบกลบั ขั้ว

สรปุ ได้ว่า วงจรขยายแบบกลับขัว้ คอื เม่ือสญั ญาณอนิ พตุ ( ) เปน็ บวก (+) สญั ญาณ
เอาต์พุต ( )จะกลับเปน็ ลบ (−) และเมื่อให้ สญั ญาณอินพตุ ( ) เปน็ บวก (−) สัญญาณเอาต์พุต
( )จะกลับเป็นลบ (+) ส่วนกาลงั การขยาย ( ) ขึน้ อยู่กับคา่ ความตา้ นทาน 1 และ

ตวั อยา่ งที่ 8.1 จากวงจรดงั ภาพที่ 8.5 จงหา แรงดันไฟฟา้ เอาตพ์ ุต ( ) และกระแสไฟฟา้ 2

ภาพที่ 8.5 วงจรออปแอมป์ประกอบตัวอย่างท่ี 8.1

วิธที า หาแรงดนั ไฟฟ้าเอาต์พตุ

จากสมการ 0 = −
แทนคา่
 1

0 = − 10  ×1

1 

0 = −10 ตอบ

หากระแสไฟฟา้ 2

จากสมการ 2 = − 0



แทนคา่ 2 = − −10
10 

 2 = 1 mA ตอบ

8

ตัวอย่างที่ 8.2 จากวงจรภาพท่ี 8.6 แรงดันไฟฟ้าดา้ นออก ( )

ภาพที่ 8.6 วงจรออปแอมป์ประกอบตวั อย่างท่ี 8.2
เมอ่ื ออปแอมป์อยู่ในสภาวะอุดมคติ และใชท้ ฤษฎีแรงดนั โนดท่ีจดุ จะได้วา่

1 + 2 = 0
และจะไดว้ า่ แรงดันที่จุด เท่ากบั แรงดันไฟฟา้ 2 ดังน้นั จะได้

2− 1 + 2− 0 = 0

1

แทนค่า 0.5 −1 + 0.5 − 0 = 0
1  20 

−0.5 + 0.5 = 0

1  20  20 

0 = − 9.5 × 20 

20 

0 = −9.5 ตอบ

วงจรขยายแบบไม่กลับขั้ว (Non-inverting Amplifiers)
การขยายแบบกลบั ขวั้ มีลักษณะการต่อวงจรดงั ภาพท่ี 8.7

ภาพท่ี 8.7 วงจรขยายแบบไมก่ ลบั ขว้ั

9

จากภาพที่ 8.7 แรงดันไฟฟา้ วงจรขยายแบบกลบั ข้วั แรงดันไฟฟา้ อินพุต ต่อไปยังขาไม่กลับ
ข้วั (non-inverting) ส่วนตัวตา้ นทาน 1ตอ่ เขา้ กับขากลบั ขว้ั ของออปแอมป์ (inverting) และอีกดา้ นตอ่ เขา้
กับข้วั แรงดนั ที่ตา่ กวา่ ในทีน่ ี้เป็นขัว้ กราวด์ และเม่ือออปแอมปเ์ ป็นอุดมคติ นั่นคือจะไม่มีกระแสไฟฟา้ ไหล
เข้าออปแอมป์ ดงั น้ันเมอ่ื ใช้วธิ ีทฤษฎีแรงดนั โนด ทจ่ี ดุ 1 จะไดว้ า่

1 + 2 = 0

1−0 + 1− 0 = 0

1

เม่อื ออปแอมปเ์ ปน็ อุดมคติ นน่ั คือ แรงดันไฟฟา้ ที่ขั้วอินพุต 1 = 2 และแรงดันไฟฟ้า

2 = ดังนน้ั 1 = 2 =

เพราะฉะนน้ั จะได้วา่
−0 + − 0 = 0

1

(1 + 1) = 0

1

(1 + 1) = 0

1

(1 + 1) = 0

1

+ = 0

1

+ 1 = 0

1

0 = 1 +

1

หรือ

0 = (1 + )

1

เมื่อ แรงดนั ไฟฟ้าเอาต์พตุ ต่อแรงดันไฟฟา้ ดา้ นอินพตุ ( 0 ) เท่ากับ อัตราสว่ นขยายของออปแอมป์



10

( ) เมอ่ื จะไดว้ า่ 0 =
หรือ

0 =

เมื่อ = 1 +

1
สงั เกตไดว้ า่ สมการแรงดนั เอาต์พุตไมม่ เี ครงื่ หมายลบ นนั่ คืออัตราส่วนขยายน้เี ป็นการขยายท่ี

ไม่กลบั ข้ัว

ตัวอยา่ งที่ 8.3 จากวงจรภาพท่ี 8.8 แรงดันไฟฟ้าด้านออก ( )

ภาพท่ี 8.8 วงจรออปแอมปป์ ระกอบตวั อยา่ งท่ี 8.3
วิธที า หาแรงดนั ไฟฟ้าเอาตพ์ ตุ

จากสมการ 0 = (1 + )

1

แทนค่า 0 = (1 + 40 ) × 1.5

5 

 0 = . ตอบ

11

ตวั อย่างท่ี 8.4 จากวงจรภาพที่ 8.9 แรงดนั ไฟฟ้าด้านออกหรอื แรงดนั ตกคร่อมโหลด ( ) และกระแสไฟฟา้
ของโหลด ( )

ภาพท่ี 8.9 วงจรออปแอมป์ ประกอบตวั อยา่ งท่ี 8.4
วิธีทา กาหนดจุด , และ กระแสไฟฟ้า , , 1 , 2 และ แรงดันไฟฟ้า 1 , 2

ดังภาพที่ 8.10

ภาพท่ี 8.10 กาหนดจดุ กระแสไฟฟ้า และแรงดนั ไฟฟา้ ลงในวงจร
เมอ่ื ออปแอมปเ์ ป็นอดุ มคติ ดังนนั้ กระแสไฟฟา้ ไมส่ ามารถไหลเข้าข้วั non-inverting และ ขั้ว
inverting ของออปแอมป์ได้ จะได้ว่า = 0 และ = 0 และ แรงดันไฟฟ้าที่ขวั้ non-
inverting และ ขว้ั inverting ของออปแอมป์ มีค่าเท่ากัน คอื แรงดันไฟฟา้ ทจ่ี ุด และ จดุ มีคา่ เท่ากนั
ที่จุด จะได้สมการ คอื

1 + 2 + = 0

12

เมอื่ = 0 ดงั นัน้ 2 = − 1
ท่ีวงรอบดา้ นซา้ ยมือ

− + 1 = 0

 1 =

จาก กระแสไฟฟา้ 1 = 1 =
ท่วี งรอบดา้ นขวามือ 1 
1 

2 + − 1 = 0

= 1 − 2

= 1 1  − 2 5 

จาก 2 = − 1

 = 1 1  − (− 1 5 )

= 1 1  + 1 5 

จาก 1 =
1 

 = 1  + 5 
1  1 

= (1 1  + 1 5 )
200
1 

= (1 + 5  )
1 

แทนคา่ = (1 + 5  ) 2

1 

= 12 ตอบ

หากระแสไฟฟ้าของโหลด ; จาก =


แทนค่า = 12
500 

 = 0.024 = 24 ตอบ

13

วงจรขยายแบบรวมสัญญาณ (Summing Amplifiers)
เมอื่ เราทาใหด้ ้านอนิ พตุ มหี ลายๆสญั ญาณเข้า ดังภาพท่ี 8.11 จะทาให้สญั ญาณทางด้านเอาต์พตุ มี

ขนาดมากขน้ึ กวา่ การขยายแบบ อนิ พตุ ตวั เดียว เราเรยี กว่า วงจรขยายแบบรวมสัญญาณ

ภาพท่ี 8.11 วงจรออปแอมป์แบบรวมสัญญาณ
จากภาพที่ 8.11 จะเหน็ วา่ วงจรแบบรวมสญั ญาณนีก้ ็คอื วงจรขยายสญั ญาณแบบกลับข้ัวนั่นเอง

เพียงแต่วา่ สัญญาณอินพตุ มีมากกวา่ 1 สญั ญาณ และสามารถอธบิ ายสมการขยายของวงจรไดด้ ังนี้

ทีจ่ ดุ จะได้สมการ คือ

1 + 2 + 3 =

1 + 2 + 3 = −

1 2 3

1 + 2 + 3 = −
1 2 3

= −( 1 + 2 + 3 )
2 3
1

14

ตวั อย่างท่ี 8.5 จากวงจร ดังภาพที่ 8.12 จงหาแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า และ

ภาพท่ี 8.12 วงจรออปแอมป์ประกอบตวั อย่างท่ี 8.5

วธิ ีทา วงจรนีเ้ ป็นวงจรแบบรวมสญั ญาณชนดิ 2 อนิ พุต ดังนัน้ ใชส้ มการคือ

= −( 1 + 2)
2
1

แทนคา่ = −(10 ×1 + 10 ×2)
8
2

(คา่ ตัวตวั ตา้ นทาน มีคา่ เปน็ k ท้ังหมด จึง ไมต่ ้องใส่หนว่ ย )

 = − . ตอบ
ตอบ
หากระแสไฟฟ้า =


แทนคา่ = −7.5
1 

 = −7.5

หากระแสไฟฟ้า

จาก = − = −(−7.5 ) = 0.75

10 

จาก ทจ่ี ุดเอาต์พตุ

= −

แทนค่า = −7.5 − 0.75

 = −8.25 ตอบ

15

ตวั อยา่ งท่ี 8.6 จากวงจรไฟฟ้า ดงั ภาพท่ี 8.13 จงหากระแสไฟฟ้า และแรงดนั ไฟฟา้

ภาพท่ี 8.13 วงจรไฟฟ้าประกอบตัวอยา่ งท่ี 8.6

วิธีทา จากวงจร เป็นวงจรขยายสัญญาณแบบรวมสัญญาณ แบบ 3 อนิ พุต สญั ญาณเอาตพ์ ตุ เป็น

แบบกลบั ขัว้ ดงั น้นั จงึ ใชส้ มการหาค่า คอื

= − ( 1 + 2 + 3)
2 3
1

แทนคา่

= − (8 × 1 + 8×1+ 8 × 1)

4 4 4

(คา่ ตวั ตัวตา้ นทาน มคี า่ เปน็ k ทั้งหมด จงึ ไม่ต้องใส่หน่วย )

 = − ตอบ

หากระแสไฟฟ้า

= = −

4  4 

 = − . ตอบ

16

วงจรขยายผลตา่ ง (Difference Amplifier)
คอื วงจรทส่ี ญั ญาณอนิ พตุ จ่ายเขา้ ไปทง้ั ทางข้วั Non-Inverter และ ขัว้ Inverter ซึ่งจะมคี วาม
แตกตา่ งของสญั ญาณทจ่ี า่ ยให้กบั ขั้วอนิ พตุ ทั้งสองขั้ว ดังแสดงให้เหน็ ดงั ภาพที่ 8.14

ภาพท่ี 8.14 วงจรขยายผลต่างสญั ญาณ

เม่อื พิจารณา เปน็ ออปแอมปใ์ นอุดมคติ ดงั น้ันกระแสไฟฟ้าทไ่ี หลเขา้ ออปแอมปจ์ งึ เท่ากบั 0 และ

แรงดนั ไฟฟา้ ท่ีข้วั อินพุตของออปแอมป์จะมีค่าเท่ากนั ( = )
ทีจ่ ุด จะได้สมการ คอื

1 = 2

1− = −

1 2

จะได้ = ( 2 + 1) − 2 1 … …… (8.1)
1
1

ทีจ่ ดุ จะได้สมการ คอื

3 = 4

2− = −0

3 4

= 4 2 … … … … … (8.2)
3+ 4

17

เมื่อ = นา 4 2 แทน ในสมการ 8.1 จะได้
3+ 4

= ( 2 + 1) ( 4 2) − 2 1
1
1 3+ 4

= ( 2+ 1 × 4 ) 2 − 2 1
1
1 3+ 4

ตวั อย่างที่ 8.7 จากวงจรออปแอมป์ ดังภาพท่ี 8.15 จงหาแรงดนั ไฟฟา้ ด้านเอาต์พตุ ( )

ภาพท่ี 8.15 วงจรออปแอมป์ ประกอบตัวอยา่ งท่ี 8.7
วิธที า กาหนดแรงดนั ไฟฟา้ และ ลงบนวงจรดังภาพท่ี 8.16

ภาพที่ 8.16 กาหนดแรงดันไฟฟ้า และ ลงบนวงจรออปแอมป์

18

จากสมการหาคา่

= ( 2+ 1 × 4 ) 2 − 2 1
1
1 3+ 4

แทนค่า = (12+3 × 4) × 5 − 12 × 5
 3
3 6+4

= −10 ตอบ

19

แบบฝกึ หดั ทา้ ยบท บทที่ 8

1. ออปแอมป์ คืออปุ กรณ์ที่ไวท้ าอะไร
2. จงวาดสญั ลกั ษณ์ของออปแอมป์ และบอกช่ือขาตา่ งๆ
3. วงจรออปแอมป์แบบขยายแบบกลบั ขัว้ มีลักษณะเดน่ อย่างไร
4. จากวงจรออปแอมปด์ งั ภาพท่ี 8.17 จงหาแรงดนั ไฟฟา้ ด้านเอาต์พุต ( ) และกระแสไฟฟ้า

( -6 V , 1.2 mA )

ภาพท่ี 8.17 วงจรออปแอมป์ประกอบคาถามขอ้ 4
5. จากวงจรของขอ้ 4 หากเปลย่ี นคา่ ความต้านทานของโหลด ( ) ให้มีคา่ เท่ากับ 10 โอห์ม

จงหา
ก. แรงดันไฟฟ้าด้านเอาตพ์ ตุ ( ) และกระแสไฟฟ้า
ข. การเปลย่ี นแปลงค่าความตา้ นทานของโหลดมีผลตอ่ แรงดันไฟฟา้ ด้านเอาต์พตุ ( )

หรอื ไม่
6. จากวงจรออปแอมป์ดงั ภาพที่ 8.18 จงหาค่าแรงดันไฟฟา้ และกระแสไฟฟ้า ( 11 V ,

2.2 mA )

ภาพที่ 8.18 วงจรออปแอมป์ประกอบคาถามข้อ 6

20

7. วงจรไฟฟ้า ดงั ภาพท่ี 8.19 จงหาคา่ แรงดนั ไฟฟา้ และกระแสไฟฟา้ และ
( -13 V , 3.25 mA , 3.79 mA )

ภาพที่ 8.19 วงจรออปแอมป์ประกอบคาถามข้อ 7

8. จากวงจรออปแอมป์ ดังภาพท่ี 8.20 จงหาแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า
( -8.2 V , 4.1 mA )

ภาพท่ี 8.20 วงจรออปแอมป์ประกอบคาถามขอ้ 8

ศกึ ษาเพมิ่ เตมิ จากโจทยต์ วั อยา่ ง Op-Amp 11 ขอ้ by P'Bank (Jessada) เครดติ : P'Bank The Ivy

Link : https://www.youtube.com/watch?v=97O4nAhOgG0&t=693s (time 8.50)

21

9. จากวงจรไฟฟา้ ดังภาพที่ 8.21 จงหาแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า และ
( -1 V , 1 mA , -2 mA )

ภาพที่ 8.21 วงจรไฟฟ้าประกอบคาถามข้อ 9
10. จากวงจรไฟฟ้าดงั ภาพท่ี 8.22 จงหาแรงดนั ไฟฟา้ และกระแสไฟฟ้า ( 9 V , 3 mA )

ภาพที่ 8.22 วงจรไฟฟ้าประกอบคาถามข้อ 10
-----------END---------