วงจรอิเล็กทรอน ิกส พื้นฐานmsn/213332han09.pdfแอมป ต วน นๆได การอ าน เด อน ป ท ผล ตในต

1

30/8/2004 ออปแอมปและการประยกตใชงาน ผศ ดร มนตร ศรปรชญานนท, . . 1

วงจรอเลกทรอนกสพนฐาน

ผชวยศาสตราจารย ดร มนตร . ผชวยศาสตราจารย ดร มนตร . ศรศรปรชญาปรชญานนทนนท

ออปแอมปออปแอมปและการประยกตใชงานและการประยกตใชงาน


เนอหา

แนะนาสออปแอมป

วงจรเปรยบเทยบแรงดน

วงจรขยายสญญาณ

วงจรขยายสญญาณผลตาง

วงจรบวกและลบสญญาณ

วงจรดฟเฟอเรนทเอเตอรและอนทเกรเตอร

วงจรกาเนดสญญาณ

วงจรกรองสญญาณ

2


บทนาสออปแอมป

แรงดนผลตาง

CCV+

-

+

-

-

+

EEV

OVLR

)(+V

)(−V

CC

2V1V

ออปแอมป

เอาตพต

ภาคเอาตพต

ภาคอนพต

ภาคทอยตรงกลาง

ขวตอแรงดนดานไฟบวก

ขวตอแรงดนดานไฟลบ

II

dV


สญลกษณของออปแอมป

2

3

7

4

6

CCV

EEV

-

+741C

(ขวตอแรงดนไฟเลยงดานบวก)

(ขวตอแรงดนไฟเลยงดานลบ)

ขวตอขาเขาไมกลบเฟส

ขวตอขาเขากลบเฟส

ตำแหนงขาของออปแอมป

บอกเบอรออปแอมป

ขวตอเอาทพต

3


รปรางออปแอมป

(ค)(ข)

14

1 2 3 4 5 6 7

(ก)

10 1 29 8 7

3 4 5

Tab Sealingplane

Pin count

รปท 3 รปรางโดยทวไปของวงจรรวม (ไอซ) (ก) ตวถงโลหะแบบ TO – 5 ขนาด 10 ขา

(ข) DIP ขนาด 14 ขา (ค) ชบสเหลยมขนาด 18 ขา (SMT)


ความหมายและรหสบนตวออปแอมปตารางท 1 รหสอกษรของโรงงานผผลตของออปแอมป

โรงงานผผลต ตวยอBurr – Brown BBFairchild UAIntersil ICAMotorola MCNational

SemiconductorLM

RCA CATI SNSignetics NE/NS

4


ความหมายและรหสบนตวออปแอมป

ตารางท 2 รหสอกษรชวงอณหภมในการทางานของออปแอมป

อณหภมในการทางาน

รหส

-55 ถง +125 °C M

-25 ถง +80 °C I

0 ถง +70 °C C


ความหมายและรหสบนตวออปแอมป

M - Military range เปนออปแอมปทมชวงอณหภมในการทางานอยระหวาง –55 ถง +125 องศาเซลเซยส ซงออปแอมปชนดนจะใชในทางการทหาร ซงจะมชวงอณหภมทางานกวางสามารถใชงานในทซงมอณหภมแตกตางกนมากไดดทาใหออปแอมปชนดนจะมราคาสงมาก

I - Industrial range ออปแอมปชนดนมชวงอณหภมการทางานอยระหวาง -25 ถง +80 องศาเซลเซยส ซงจะใชในทางการอตสาหกรรม โดยจะมชวงอณหภมการทางานในการทางานแคบกวาแบบแรก ทาใหมราคาถกลงมาC - Commercial range เปนออปแอมปทมชวงอณหภมการทางานอยระหวาง 0 ถง +70 องศาเซลเซยส ออปแอมปชนดนใชในทางการคา หรอใชในลกษณะงานทวไปไมพเศษมากนก ซงราคาของออปแอมปชนดนกจะมราคาถกกวาออปแอมปสองแบบแรก

5


การด เดอน ป ทผลต

ผผลต ตวยอหนาเบอรBurr-BrownFairchildIntersilMotorolaNational SemiRCATISignetics

BBUAICAMCLMCASNNE/NS

อณหภมทำงาน

Military range-55 to +125 C°

Industrial range-25 to +80 C°

Commercial range-0 to +70 C°

รหส

M

I

C

MC1741PC3684

รหสวนทผลต(สปดาห) (ป)



ตวอยาง การอานรหสบนตวออปแอมปใน รปท 4 แสดงออปแอมปรปราง DIP ขนาด 8 ขา ตวอกษร 2 ตวแรกจะหมายถงบรษทผผลตในตวอยางจะเปน ออปแอมปทผลตโดยบรษท โมโตโรลาสวนตวเลข 1741(หรอ 741) แสดงถงเปนออปแอมปชนดทวไป (General Propose Op amp) ถดมาเปนตวอกษร P หมายถงตวถงเปนพลาสตก สวนทายสดเปนตวอกษร C หมายถง เปนออปแอมปททางานในชวงอณหภม 0 ถง 70 องศาเซลเซยส ซงเปนออปแอมปทใชกนในทางการคาหรอใชในลกษณะงานทวไปสาหรบบรรทดทสองของรหสบนตวออปแอมปจะหมายถง เดอน ป ททาการผลต ตามรปท 4 รหสสองตวแรกเปนตวเลข 36 หมายถงวาออปแอมปตวนถกผลตในสปดาหท 36 สวนตวเลขสองตวหลงเปนเลข 84 หมายถงผลตขนในป 1984 ซงบรรทดทงสองนทาใหเราทราบถงความเกาใหมของออปแอมปตวนนๆได การอาน เดอน ป ทผลตในตวอยางสรปไดวาออปแอมปตวนถกผลตขนในสปดาหท 36 ของป 1984 นนเอง

6




แบบภายในของออปแอมป

1OFFSETNULL

2

3

4

-IN

+IN

-V

5

6

7

OUT

+V

NC8

OFFSETNULL

1OUT1

2

3

4

-IN1

+IN1

-V 5

6

7

-IN2

+V

OUT2

8

+IN2

1

2

(ก) (ข)

5

6

7

-IN1

+IN1

-V

8

9-IN2

+V

OUT4

10

+IN2

1

2

3

4

1 4

11

12

13

14

2 3

OUT1

OUT

2

-IN4

+IN4

OUT3

-IN3

+IN3

(ค)

SingleSingleOp-AmpOp-Amp

DualDualOp-AmpOp-Amp

QuadQuadOp-AmpOp-Amp

7


ชนดของออปแอมปกาลงงานตา

แรงดนตา

สญญาณรบกวนตา

ความเรวสง

ความแมนยาสง

หนาทพเศษ

ใชงานพเศษ


แหลงคนควาขอมลของออปแอมปDatasheetInternet

WWW.questlink.com

8



ลกษณะสมบตของออปแอปมในอดมคต

CCV

-+

IdealOp-Amp OV

OI

OR

EEV

AI in 0)( =+

AI in 0)( =−

Ω∞=inR

dV

(-)

(+)

OVORinR

OL dA V

Ω∞=inRΩ= 0OR

∞=OLA

dV

9


แหลงจายไฟของออปแอปม

CCV

EEV

741+

-2

3

6

4

7

741+

-2

3

6

4

7

VVCC 15+=

VVEE 15−=

741+

-

(ค)(ก) (ข)

รปท 9 วธการแสดงการตอแหลงจายไฟเขากบออปแอมป (ก) แสดงการตออยางสมบรณ (ข) แสดงการตออยางงาย

ไมแสดงการตอ


สาเหตททาใหออปแอมปเสยหาย

1. ตอแหลงจายไฟเลยงผดขว ออปแอมปเปนอปกรณทไมสามารถกลบขวของแหลงจายไฟเลยงได2. จายระดบแรงดนไฟเลยงเกนคาสงสด ตามปกตออปแอมปทกเบอรมขดจากดของแรงดนไฟ

เลยงสงสด ถาจายแรงดนเกนพกดออปแอมปจะเกดความรอนจนเสยหายได ยกตวอยางเชนออปแอมปเบอร 741 สามารถทนแรงดนไฟเลยงสงสดได 18V±

10


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรเปรยบเทยบแรงดน

1. oV = satV+ เมอ iV = ( )+V มคามากกวา refV = ( )−V

2. oV = satV− เมอ iV = ( )+V มคานอยกวา refV = ( )−V

หรอถากลาวสน ๆ ไดเปน

oV = satV+ ; ( )+V > ( )−V

= satV− ; ( )+V < ( )−V

เมอ oV เปนแรงดนเอาตพตของออปแอมป ( )+V เปนแรงดนขาเขาไมกลบเฟส (+) ของออปแอมป

( )−V เปนแรงดนขาเขากลบเฟส (-) ของออปแอมป


ΩkRL

10

refV

( )−V

( )+V

satV+

OV

iV

satV−

ref

isatO

V V VV += เมอ

มคาสงกวา

sat iO

ref

V V V

V

= − เมอ

มคาตำกวา

OV

ΩkRL

10refV

( )−V

( )+VOV

0 t

satV+

OV

satV−

sat iO

ref

V V V

V

= − เมอ

มคาสงกวา

ref

isatO

V V VV += เมอ

มคาตำกวา

0 t

iV

(ก)

(ข)

11


วงจรตรวจจบผานศนย

ΩkRL

10

0Vref =

( )−V

( )+V

iVOV

0

(ก)

V12+

V8+

V4+

V4−

V8−

V12−

OV

a

b

a

b

( )( )+VVi

( )( )−VVref

VVsat

11+

=+

VVsat

11−

=−

refiO VVV ,,OV+

VVref 0=

VVsat

11+

=+

VVsat

11−

=−

V4− V4+

(ข) (ค)

iV+iV−

OV−


วงจรตรวจจบผานศนย

1. oV = satV+ เมอ iV มากกวา refV (0V )2. เมอ oV เปลยนจาก satV− เปน satV+ , iV กาลงผานจดศนย(จด a) และคาบวก3. oV = satV− เมอ iV นอยกวา refV ( 0V )4. เมอ oV เปลยนจาก satV+ เปน satV− , iV กาลงผานจดศนย(จด b)และไปยงคาลบ

12


วงจรตรวจจบผานศนยแบบกลบเฟส

ΩkRL

10 OV

0

(ก)

V12+

V8+

V4+

V4−

V8−

V12−

OV

a

b

a

b

( )( )+VVi

( )( )−VVref

VVsat

11+

=+

VVsat

11−

=−

refiO VVV ,,OV+

VVref 0=

VVsat

11+

=+

VVsat

11−

=−

V4− V4+

(ข) (ค)

iV+iV−

OV−

HzVi

100ท

( ) ( )peakVVVi 4== −

จดตรวจจบ


การประยกตใชงานเปนวงจรเปดปดไฟอตโนมต

R

2R2

34

7

6

CCV

EEV

R

LDR

CCV

CCV CCV

CCV

13


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรขยายสญญาณ

วงจรขยายแบบกลบเฟสวงจรขยายแบบไมกลบเฟสวงจรตามแรงดน


วงจรขยายสญญาณแบบกลบเฟส

1R

OViV

( ) 0=+i

0=dV

( ) 0=−i

2R2i

1i

1i = 2i

1

0R

Vi − = 2

0R

VO−

1RVi = 2RVO−

i

O

VV =

1

2

RR−

14


วงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส

1R

OViV

( ) 0=+i

( ) 0=−i2R

1i

2i

iV

LCA =i

O

VV =

1

21RR

+


15


วงจรตามแรงดน

OViV


วงจรตามแรงดน

Ω=ΩΩ=′ kkkR 66.662001002

VVCC 15+=

Ω

=

kR1

400

Ω

=

kR100

2VV 14.22 =′I

VVCC 15+=

Ω= kR1 400

Ω

=

kR100

2 VVR 32 =V Ω= kRm 200

(ก) (ข)

V3

Analog meter

VVCC 15+=

Ω

=

kR1

400

Ω

=

kR100

2

VV32

=

V0

A0

Ω∞≈inR Power supply common

VV32

=

16


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรขยายสญญาณผลตาง

R

( )21 VVAV dO −=R2V

1V

RAd •

RAd •

dA = 21 VV

VO

−


การใชงานวงจรขยายสญญาณผลตาง

R

R

gR

(อนพตดานลบ)Silver

electrode

=CMVbody noise gR(อนพตดานบวก)

=OVสญญาณคลนหวใจ

(ก)

17


การใชงานวงจรขยายสญญาณผลตาง

( )%1.010 Ωk

OV

Ω

=

102R

m VV 5002 =

V12+

m VV 5101 =

diffV

( )%1.010 Ωk

( )%1.01 Ω

=M

gR

( )%1.01 Ω= MgR

(ข)

อนพตทางดานลบ

อนพตทางดานบวก

Ω

=

kR49.141

Ω

=

5003R


วงจรขยายสญญาณเครองมอวด

A1

R

OV

R

2V

OV ′

A2

mR

1V

A3

R R

R R

dA =m21 +

18


วงจรขยายสญญาณเครองมอวด


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรบวกและลบสญญาณ

1R

OV0≈i0=dV

fI

2R

3R

1I

2V

3V

1V2I

3I

fR

[ ]1 2 3f

O

RV V V V

R= − + +

19


1R

OV ′2R

3R2V

3V

1V

fR

R

OV

R

[ ]1 2 3f

O

RV V V V

R= + +

1 2 3OV V V V= + +


วงจรลบสญญาณ

A1

1O VV −=′

2V

1VR

A2

R

21 VVVO −=R

R

R

20


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรดฟเฟอเรนทเอเตอร

C

dtVCRV i

fO∆

−=iV

fR

OV = ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−dt

dVCR if


21



22



23


C

OViV

fR

(ก)วงจรทมการปรบปรง

BR

OViV

fR

BR

(ข)วงจรเทยบเทาทางดานความถสง

(ค)การตอบสนองความถวงจร

( )dBA

0

CRfπ21

CRSπ21

ไมใช RSใช RS

ความถ

การตอบสนองความถของวงจร

SR SR

¤ÇÒÁ¶ÕèªèÇ§

·Õèãªé§Ò¹ä´é


24



C

OViV

fR

SR

Ω240 µF033.0

Ωk12

25


วงจรอนทเกรเตอรfC

tVRC

V if

O ∆−=∆1iV

R

OV = ∫2

1

t

ti dtV


26



fC

OViV

fR

(ก)วงจรพนฐานBR

R

OViV

fR

BR

(ข)วงจรเทยบเทาทางดานความถตำ

(ค)การตอบสนองความถวงจร

( )dBA

0

ff CRπ21

fRCπ21

ความถ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

RRflog20 ไมใช Rf

OLA

IntegratorAmplifier

R

DecadedB20−

DecadedB6−

ชวงทใชงานได

27


0Input t

0Output of

Differentiator t

0Output ofIntegrator t

Sine wave Square wave Triangle wave


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรกาเนดสญญาณซายนวงจรออสซลเลเตอรเบองตน

OVA

k

วงจรขยาย

โครงขายปอนกลบ

28


สญญาณทเกดขน

1⟩⋅ kA

สภาวะคงตว(Steady state)

1=⋅ kA

สภาวะเรมตน(Initial state)


ชนดของวงจรออสซลเลเตอรแบบเลอนเฟส

แบบ Wein-bridgeแบบ Twin-Tแบบอนๆ

29


วงจรออสซลเลเตอรแบบเลอนเฟส

OV

R

R

fR

R

C C C

วงจรขยาย

โครงขายปอนกลบ

วงจรออสซลเลเตอรแบบเลอนเฟส

Of = CR62

1π


วงจรออสซลเลเตอรแบบเลอนเฟสตวอยาง กาหนดคา FC µ1.0= จงคานวณหาคาตวตานทานในวงจรเพอใหไสญญาณซายนความถ 1 kHz ทเอาตพตกาหนดคา FC µ1.0= คานวณหาคา R ในโครงขายปอนกลบจากสมการ (15.2

R = Cf62

1π

= ( )( )( )FkHz µπ 1.01621

R = Ω650 (ใชคามาตรฐาน Ω650 )

ดงนน คานวณหาคา fR ของวงจรขยายไดวาfR = ( ) ( )R29

= ( ) ( )Ω68029 = Ωk7.19

ใช fR คามาตรฐาน Ωk20

30


วงจรออสซลเลเตอรแบบWien-bridge

OV

3R4R

2R2C1R

1C

วงจรออสซลเลเตอรแบบวนบรดจ

Of = 21212

1CCRRπ

LCA = 3 = 4

31RR

+


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรกาเนดสญญาณสเหลยมและสามเหลยม

OV

CV

1R

2R

CV

2satV+

0

OV

t

3R

2satV−

satV+

0t

(ก)

(ข)satV−

T

Of = ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

3

211

21ln2

1

RR

CR

31


วงจรกาเนดสญญาณสามเหลยมวงจรกาเนดสญญาณสามเหลยม

(ก)

OV

1C 3R

1A

4R

2AOutput

2C

OV ′

2R

1R

5R

0 t

satV+

satV−

OV ′

OV

(ข)



OV

1C3R

OV ′

2R

1R

1A

2AP

วงจรกาเนดสญญาณสามเหลยมทใชวงจรชมตทรกเกอรรวมกบ วงจรอนทเกรเตอร

32


วงจรกาเนดสญญาณสามเหลยมวงจรกาเนดสญญาณสามเหลยมppOV − = satV

RR

2

1

Of = 131

2

4 CRRR

ตวอยาง จากวงจรกาเนดสญญาณสามเหลยมใน รปท 16.4 จงออกแบบวงจรเพอใหไดความถ 1kHz และไดแอมปลจดจากยอดถงยอดของสญญาณสามเหลยม 12V ถาใชแหลงจายไฟเลยง ±15 V


วงจรกาเนดสญญาณสามเหลยมวงจรกาเนดสญญาณสามเหลยม เมอเราใชแหลงจายไฟเลยง ±15 V satV จะมคาประมาณ ±13 V

กาหนด 1R = Ωk1 และ 1C = Fµ1.0 จากสมการ (16.5)

คานวณหาคา 2R ได

2R = ppO

sat

VV

R−2

1 = Ωk1VV

613±±

2R = Ωk17.2

เลอกคามาตรฐาน 2R = Ωk2.2 คานวณหาคา 3R ไดจากสมการ (16.6)

3R = OfCR

R

11

2

4 = ( )( )( )( )kHzFk

k11.014

2.2µΩΩ

3R = Ωk5.5

เลอกคามาตรฐาน 3R = Ωk6.5

33



OV

µF1.0Ωk6.5

V15+

Ωk2.2Ωk1

1A

2AV15−

V15+

V15−

V6+

V6−

0


การประยกตใชงานออปแอมปในวงจรกรองความถ

- วงจรกรองความถตายาน (Low pass filter , LPF)- วงจรกรองความถสงยาน (High pass filter , HPF)- วงจรกรองแถบความถยาน (Band pass filter , BPF)- วงจรตดแถบความถ (Notch filter หรอ Band Eliminate filter , BEF)

34


LRวงจร

กรองความถiV OV

(ข)

การตอบสนองทางความคดOV

0 Cf f

(ค)

OV

0 Cf f

(ง)

OV

0 Cf f

(จ)

OV

0 Cf f

(ก)

การตอบสนองทางในทางปฏบต

ชวงตดความถชวงความถยานOV707.0

OV

OV707.0

OV

ชวงความถยานชวงตดความถ

ชวงความถยาน

การตอบสนองทางความคด

การตอบสนองทางในทางปฏบตชวง

ความถย านชวง

ความถยานชวงตดความถ


ลาดบของวงจรกรองความถ

(ก)

การตอบสนองทางความคดOV

0 Cf f

decadedB /20− decadedB /40−

decadedB /60−

(ข)

OV

0 Cf f

(ค)

OV

0 Cf f

35


วงจรกรองความถตาผานลาดบท 1

OViV

C

R

Cf = CR1591.0


ตวอยาง ถา R = Ωk10 และ C = Fµ150.0 จงคานวณหาความถตด ( Cf

และถา iV = mV200 OV จะมคาเทาใดทความถ Cf

คานวณหาคา Cf ตามสมการ (17.1)

Cf = ( )( )Fk µ015.0101591.0

Ω = Hz1061

Cf ≈ kHz1

ทความถ f = Cf = kHz1 OV มคาเทากบ iV707.0 (จากรปท 17.1(ข)) ดงนน OV = 707.0 ( PmV200 ) = PmV141

36


วงจรกรองความถสงผานลาดบท 1

OViV

C

R


วงจรกรองความถตาผานลาดบท 2

OViV

2C

1R

AR

BR

2R1C

Cf = CRπ2

1

37


ตวอยาง ออกแบบวงจรกรองความถตาผานลาดบท 2 ใหมความถตด ( Cf ) อย700 Hzเลอกคาตวเกบประจมาตรฐาน Fµ0033.0

คานวณหาคา R จากสมการ (17.2)

R = Cf Cπ2

1 = ( )( )FHz µπ 0033.070021

R = Ω898,68

เลอกคา R มาตรฐาน คอ Ωk68 ไดวงจรกรองความถตาผานลาดบท 2 แสดงใรปท 17.6


OViV

ΩkRA

47

ΩkRB

27

R

Ωk68 Ωk68

µF033.0C

µF033.0C

R

รปท 17.6 วงจรของความถตายานซงมความถตด 700 Hzจากตวอยาง เราสามารถเลอกคา C มาตรฐาน Fµ1.0 จะได R คามาตรฐาน Ωk22 กได

38


วงจรกรองความถสงผานลาดบท 2

OViV

ΩkRB

47

ΩkRB

27R

C

R

C

Cf = CRπ2

1


การสรางวงจรของความถตาและสงผานในลาดบทสงขน

ลำดบท1iV OVลำดบท

2

ลำดบท2iV OVลำดบท

2

ลำดบท3

ลำดบท4

ลำดบท1iV ลำดบท

2

ลำดบท5

OVลำดบท2

ลำดบท2iV

ลำดบท2

ลำดบท6

OVลำดบท2

Documents

วงจรอิเล็กทรอน ิกส พื้นฐานmsn/213332han09.pdfแอมป ต วน นๆได การอ าน เด อน ป ท ผล ตในต