02/11/52

Intro to Elect Ckts 1

Basic ElectronicsBasic Electronics

DK

Intro to Elect Ckts 2

Chapter 1Chapter 1Introduction to Electronic CircuitsIntroduction to Electronic Circuits

02/11/52

Intro to Elect Ckts 3

วงจรไฟฟาและสัญญาณ รูปแบบของสัญญาณไฟฟา ประเภทของอุปกรณอิเล็กทรอนิกส แหลงจายกระแส แหลงจายแรงดัน ทฤษฎีของเทเวนินและนอรตัน วงจรแบงแรงดันและวงจรแบงกระแส ทฤษฎีของการทับซอน การวิเคราะหโดยใชเทคนิคทางกราฟฟก และวงจรที่มีหลายแหลงจายกําลัง

Intro to Elect Ckts 4

วิวัฒนาการทางดานอิเล็กทรอนิกสวิวัฒนาการทางดานอิเล็กทรอนิกสหลอดสุญญากาศ (Vacuum Tube) 1904 ไดโอด (Diode) ทรานซิสเตอรแบบสารกึ่งตัวนํา (Semiconductor Transistor) วงจรรวม (Integrated Circuit)

02/11/52

Intro to Elect Ckts 5

อิเล็กทรอนิกสอิเล็กทรอนิกสวงจรอิเล็กทรอนิกส (Electronics Circuits)

การนําสวนประกอบทางอิเล็กทรอนิกสมาเชื่อมตอกันเปนวงจร โดยถูกออกแบบเพ่ือจัดการกับงานใดงานหนึ่งโดยเฉพาะหรือหลายๆ งาน

สวนประกอบทางอิเล็กทรอนิกส (Electronics Components) ตัวตานทาน (Resistors) ตัวเก็บประจุ (Capacitors)

ตัวเหนี่ยวนํา (Inductors) แหลงจายแรงดัน (Voltage Sources)

แหลงจายกระแส (Current Sources) อุปกรณสารก่ึงตัวนํา (Semiconductor Devices)

Intro to Elect Ckts 6

วงจรแบบดิสครีต (Discrete Circuit)การนําอุปกรณพ้ืนฐาน เชน ตัวเก็บประจุ, ตัวตานทาน ทรานซิสเตอร

มาเชื่อมตอเขาดวยกันเปนวงจรไฟฟาวงจรรวมหรือไอซี (Integrated Circuit, IC)

ผลิตโดยกระบวนการทางเคมีบนผิวซิลิกอนบางๆ ออกมาเปนชุดวงจรสําเร็จรูป เชน ออปแอมป (Op-amp) หรือชิพไมโครคอมพิวเตอร (Microcomputer Ship) โดยกระทําในกระบวนการผลติทางอุตสาหกรรม.

02/11/52

Intro to Elect Ckts 7

วงจรไฟฟาและสัญญาณวงจรไฟฟาและสัญญาณ ( (Circuits and Signal)Circuits and Signal)

Input Signal Output SignalBOX

Vin Vout

ElectronicAmplifier

t

Vout(Volts)

Vin (Volts)

t

Intro to Elect Ckts 8

รูปแบบขรูปแบบขอองสัญญาณงสัญญาณ

+V

-V

V1

V2

t

VV

t

สัญญาณอนาลอก สัญญาณดิจิตอล

02/11/52

Intro to Elect Ckts 9

วงจรไฟฟาและสัญญาณวงจรไฟฟาและสัญญาณ ( (Circuits and Signal)Circuits and Signal)

V= RxII = AeV

V (volt)V (volt)

I (A)I (A)

อุปกรณแบบนอนลิเนียร (Nonlinear Device)

อุปกรณแบบลเินียร (Linear Device)

Intro to Elect Ckts 10

กระแสไฟฟากระแสไฟฟา ( (Electric Current)Electric Current)การไหลของประจุไฟฟาไปตามตัวกลางตางๆ เชน ตัวนําไฟฟา

(Conductor), สารกึ่งตัวนํา (Semiconductor) ของเหลว (Liquid) หรือกาซ (Gas)

การไหลของอิเล็กตรอน (Electron Flow) การไหลของประจุไฟฟาที่เปนลบ (Electron)โดยจะไหลจากขั้วลบ

ไปยังขั้วบวก

การไหลของกระแสตามแบบนิยม (Conventional Current Flow)

ถือวากระแสไฟฟาไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ (นิยมใชนิยามนี้การคํานวณวงจรไฟฟา)

02/11/52

Intro to Elect Ckts 11

แหลงจายกระแสไฟฟาแหลงจายกระแสไฟฟา ( (Current Source)Current Source)แหลงจายกระแสไฟฟากระแสตรงในอุดมคติ (Ideal DC Current Source)

-I

i

+I

i (A)

t

0

I

I (A)

V (V)

I

แหลงจายกระแสไฟฟากระแสสลับในอุดมคติ (Ideal ac Current Source)

Intro to Elect Ckts 12

DC Constant Current Source with Load

0

I1

I (A)

V (V)

R=5k

I=1mAR=5k

+

VT

-

+

VT

-

+VR

-

+VR

-

I=1mA

VS = 10V

(a) Characteristic (b) VT = I x R= 5 V

(c) VT = (I x R)+10 = 1mA x 5k)+10= 15 V

02/11/52

Intro to Elect Ckts 13

แหลงจายกระแสแบบไมเปนอุดมคติ(Nonideal Current Sources)

เสมือนกับการที่มีตัวตานทานภายใน (Internal Resistance) มาตอขนานกับแหลงจายกระแสอุดมคติ

0

I

IT (A)

VT=IRS VT (V)

RS

I+

VT

-

IRIT

(a) แหลงจายกระแสแบบไมเปนอุดมคติ (b) ลักษณะสมบัติ V-I

Intro to Elect Ckts 14

กฎกระแสของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff's Current Law, KCL)

“ผลรวมของกระแสที่ไหลเขาสูจุดรวม จะเทากับผลรวมของกระแสที่ไหลออกจาก จุดรวม นั้น”

I1 + I2 = I3 + I4

I4

I3

I2

I1

02/11/52

Intro to Elect Ckts 15

แหลงจายแรงดันแหลงจายแรงดัน ( (Voltage Sources)Voltage Sources)

ความตางศกัย (Potential Difference)ความตางศักยเกิดขึ้นระหวางขั้วความตานทานทั้งสอง ถามี

กระแสไฟฟาไหลผานตัวตานทานนั้น

VR = IxR = VAB

A + VR - B

RI

Intro to Elect Ckts 16

แหลงจายแรงดันแบบอุดมคติ (Ideal Voltage Source)เปนแหลงจายกําลังท่ีใหคาแรงดันคงที่ตลอดชวงการใชงานไมวา

โหลดจะเปนเชนไรก็ตาม

T-V

+V

V = Vsinωt

V (V)

t

0

IT (A)

VT (V)

VS

++VT

-

ITDC Indeal Voltage Source

AC Ideal Voltage Source

VS

02/11/52

Intro to Elect Ckts 17

กฏแรงดันของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff's Voltage Law, KVL)“ผลรวมทางพีชคณิต (คิดเครื่องหมาย) ของแรงดันในรอบปดใดๆ เทากับศูนย”

+

VR2

-

R2

R3

R1

+ VR1 -

+VS

VS+ VR1+VR2+VR3 = 0

“ผลรวมทางพีชคณิตของแหลงจายแรงดันเทากับผลรวมของแรงดันตก”VS= VR1+VR2+VR3

I

Intro to Elect Ckts 18

จะเสมือนมีคาความตานทานภายใน ตออนุกรมอยูกับแหลงจายแรงดันในอุดมคติ

แหลงจายแรงดันแบบไมเปนอุมคติ (Nonideal Voltage Source)

0

IT (A)

IT=V/RS

VT (V)

VS

RS

+

VT

-

I

VS

02/11/52

Intro to Elect Ckts 19

Thevenin'sThevenin's And Norton's TheoremsAnd Norton's Theorems

ในการวิเคราะหวงจรไฟฟานั้น วงจรไฟฟาที่มีความซับซอนใดๆ สามารถแปลงเปนวงจรที่มีความซับซอนนอยลงไดโดยใชทฤษฎีของ เทเวนิน หรือทฤษฎีของนอรตัน

Intro to Elect Ckts 20

ทฤษฎีของเทเวนิน (Thevenin's Theorem)วงจรใดๆ ที่เช่ือมตอระหวางขั้วปลาย (Terminal) สองจุด

สามารถแทนที่ไดดวยแหลงจายแรงดันเทเวนิน (Thevenin Voltage Source) ตออนุกรมอยูกับอิมพิแดนซเทเวเนิน (Thevenin Impedance)

วงจรตนฉบับใดๆ วงจรสมมูลเทเวนิน (DC) วงจรสมมูลเทเวนิน (AC)

02/11/52

Intro to Elect Ckts 21

เทคนิคการหาวงจรสมมลูเทเวนิน1. วาดวงจรสมมูลเทเวนินที่มี แหลงจายแรงดัน ตออนุกรมกับ อิมพิแดนซ.

2. หาแหลงจายแรงดันเทเวนิน โดยการเปดวงจรสองขั้วปลาย และหาคาแรงดันที่ปรากฏระหวางสองขั้วปลายนั้น.

3. หาความตานทานเทเวเนินระหวาง ขั้วปลาย โดยการแทนที่ แหลงจายแรงดัน แตละตัวในวงจรดวยการลัดวงจร และแหลงจายกระแสดวยการเปดวงจร

Intro to Elect Ckts 22

ทฤษฎขีองนอรตัน (Norton's Theorem)วงจรใดๆ ท่ีเชื่อมตอระหวางสองจุดปลาย (Terminal) สามารถแทนที่ได

ดวยแหลงจายกระแสนอรตัน (Norton Current Source) ซึ่งตอขนานอยูกับอิมพิแดนซ นอรตัน (Norton Impedance) เรียกวา วงจรสมมูลนอรตัน (Norton Equivalent Circuit)

วงจรตนฉบับ วงจรสมมูลนอรตัน (DC) วงจรสมมูลนอรตัน (AC)

02/11/52

Intro to Elect Ckts 23

เทคนิคการหาวงจรสมมลูนอรตัน

1. วาดวงจรสมมูลนอรตันที่มี แหลงจายกระแส ตอขนานกับอิมพิแดนซ.

2. หากระแสนอรตัน ท่ีเปรียบเสมือนกระแสที่ไหลผานจุดลัดวงจร ท่ีตําแหนงระหวางสองขั้วปลาย.

3. หาความตานทานนอรตันดวยหลักการเดียวกันกับความตานทานเทเวนินระหวางขั้วปลาย โดยการแทนที่แหลงจายแรงดัน แตละตัวในวงจรดวยการลัดวงจร และแทนที่แหลงจายกระแสดวยการเปดวงจร

Intro to Elect Ckts 24

ความสัมพันธระหวางวงจรสมมูลเทเวนินและนอรตัน วงจรสมมูลเทเวนิน สามารถแปลงเปนวงจรสมมูลนอรตันได และ

ในทางกลับกัน วงจรสมมูลนอรตัน ก็สามารถแปลงเปน วงจรสมมูลเทเวนิน ไดเชนเดียวกัน

VTH =4V

RTH = 2k

Y

X

IN =2mARN = 2k

Y

X

วงจรสมมูลเทเวนิน วงจรสมมูลนอรตัน

02/11/52

Intro to Elect Ckts 25

กฎวงจรแบงแรงดัน (Voltage Divider Rule) แรงดันที่ตกครอมองคประกอบใดๆ ในวงจร จะมีคาเทากับ

แรงดันที่จายใหกับวงจร คูณ ความตานทานขององคประกอบนั้น หาร ดวยผลรวมความของความตานทานทั้งหมดที่ตออนุกรมอยู.

+

-

+ VS

I

R3

V2V2 = R2 x VS

R1+R2+R3R2

Intro to Elect Ckts 26

กฎวงจรแบงกระแส (Current Divider Rule)กระแสที่ไหลผานตัวตานทานใดๆ จะมีคาเทากับกระแสที่ไหลเขาสูวงจร

นั้น คูณ ดวยความตานทานของตัวตานทานอีกตัวที่ตอขนานกันอยู หาร ผลรวมของความตานทานทั้งหมด

I

I1 = R2 x IR1+R2

I2I1

R2R1

02/11/52

Intro to Elect Ckts 27

ทฤษฎีของการทับซอน (The Superposition Theorem)วงจรที่มี แหลงจายกําลังหลายชุด จะสามารถวิเคราะหเพ่ือหาผลลัพธได

โดยการแยกวิเคราะห โดยใหแหลงจายแรงดันหรือกระแสแตละตัวทํางานในขณะที่ตัวอ่ืนๆ จะตองถูกแทนที่ดวยความตานทานภายใน (Internal resistance) ท่ีเปนอุดมคติ และเอาผลลัพธท่ีไดมารวมกันในที่สุด

ความตานทานภายในของแหลงจายแรงดันคือการลัดวงจร ความตานทานภายในของและจายกระแสคือการเปดวงจร

Intro to Elect Ckts 28

ตัวอยางการวิเคราะหวงจรดวยทฤษฎีของการทับซอน

ตองการหาคา I ในรูป (a) จะไดวา

I = I1+I2

(a)

(b) แยกพิจารณาเฉพาะ Voltage Source ให Current Source Open

(c) แยกพิจารณาเฉพาะ Current Source ให Voltage Source Open

02/11/52

Intro to Elect Ckts 29

การวิเคราะหโดยใชเทคนคิวิธทีางกราฟฟกการวิเคราะหโดยใชเทคนคิวิธทีางกราฟฟก (Graphical Techniques Analysis)(Graphical Techniques Analysis)

การหาผลลัพธของวงจรไฟฟาสามารถใชวิธีการทางกราฟฟก โดยยังคงใหผลลัพธเชนเดียวกับวิธีการทางการคํานวณ

ซึ่งในทางวิศวกรรมการนําเสนอทางกราฟฟกจะใหความเขาใจที่ดีกวาในหลายๆกรณี

Intro to Elect Ckts 30

แหลงจายแรงดันแบบอุดมคติ เมื่อมีโหลดตัวตานทาน

0

I(A)

V(V)

IIR

VS

V

0

I(A)

V(V)

0

I(A)

V=VS V(V)

Operating Point

I=IS

(a) กราฟของ Ideal Voltage Source (b) กราฟของ Resistor

I1IS RVS

V

(c) Ideal Voltage Source ตอกับ Resistor (d) กราฟที่ไดและจุดทํางาน

02/11/52

Intro to Elect Ckts 31

แหลงจายแรงดันแบบไมเปนอุดมคติ เมื่อมีโหลดตัวตานทาน

(a) วงจรสมมูล Nonideal Voltage Source (b) กราฟ

(c) Nonideal Voltage Source ตอกับ Resistor (d) กราฟที่ไดและจุดทํางาน

+VS-

IS R +VT-

Open Circuit

Short Circuit

0 Vs

IS (A)ISS = Vs/R

VT (V)

+VS-

IL

RL

RS

+VRL- RL

Voltage SourceOperating Point

0 VRL Vs

IL

IS (A)ISS = Vs/R

VT (V)

Intro to Elect Ckts 32

(a) วงจรสมมูล Nonideal Voltage Source (b) กราฟ

(c) Nonideal Voltage Source ตอกับ Resistor (d) กราฟที่ไดและจุดทํางาน

วงจรหลายแหลงจายกําลัง (Multiple-Sources Circuit)

+VS-

vs=VpsinWt

0

VS

IL

RL

vs

V (V)

t

+VL-

iL = (VS+vs)/RL

0

VS/R

iL(A)

t

vL = VS+vs

0

VS

vL(V)

t

02/11/52

Intro to Elect Ckts 33