14/11/50

Introduction to El t i

1

241241--209209Basic ElectronicsBasic Electronics

DK

Introduction to El t i

2

Chapter 1Chapter 1Introduction to Electronic CircuitsIntroduction to Electronic Circuits

14/11/50

Introduction to El t i

3

วงจรไฟฟาและสัญญาณ รูปแบบของสัญญาณไฟฟา ประเภทของอุปกรณอิเล็กทรอนิกส แหลงจายกระแส แหลงจายแรงดัน ทฤษฎีของเทเวนินและนอรตัน วงจรแบงแรงดันและวงจรแบงกระแส ทฤษฎีของการทับซอน การวิเคราะหโดยใชเทคนิคทางกราฟฟก และวงจรที่มีหลายแหลงจายกําลัง

Introduction to El t i

4

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

14/11/50

Introduction to El t i

5

นิยามที่ใชในอิเล็กทรอนิกสนิยามที่ใชในอิเล็กทรอนิกสวงจรอิเล็กทรอนิกส (Electronic Circuits)

หมายถึงการนําสวนประกอบทางอิเล็กทรอนิกสมาเชื่อมตอกับเปนวงจรโดยถูกออกแบบเพื่อจัดการกับงานใดงานหนึ่งโดยเฉพาะหรือหลายๆ งาน

สวนประกอบทางอิเล็กทรอนิกส (Electronics Component) ประกอบดวย ตัวตานทาน (Resistors), ตัวเก็บประจุ (Capacitors), ตัว

เหนี่ยวนํา (Inductors), แหลงจายแรงดัน (Voltage Sources), แหลงจายกระแส (Current Sources) และ อุปกรณสารก่ึงตัวนํา (Semiconductor Devices)

Introduction to El t i

6

วงจรแบบดิสครีต (Discrete Circuit)การนําอุปกรณแตละตัว เชน ตัวเก็บประจุ, ตัวตานทาน ทรานซิสเตอร

มาเชื่อมตอเขาดวยกันเปนวงจรไฟฟา

วงจรรวมหรือไอซี (Integrated Circuit, IC)โดยกระบวนการเจือสารเคมีบนผิวซิลิกอนบางๆ ออกมาเปนชุดวงจร

สําเร็จรูป เชน ออปแอมป (Op-amp) หรือ ชิพไมโครคอมพิวเตอร(Microcomputer Ship) โดยกระทําในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม.

14/11/50

Introduction to El t i

7

วงจรไฟฟาและสัญญาณวงจรไฟฟาและสัญญาณ (Circuits and Signal)(Circuits and Signal)

Input Signal Output SignalBOX

Vin Vout

ElectronicAmplifier

t

Vout(Volts)

Vin (Volts)

t

Introduction to El t i

8

รูปแบบขรูปแบบขอองสัญญาณงสัญญาณ

+V

-V

V1

V2

t

VV

t

รูปที่ 2 (a) สัญญาณอนาลอก (b) สัญญาณดิจิตอล

14/11/50

Introduction to El t i

9

วงจรไฟฟาและสัญญาณวงจรไฟฟาและสัญญาณ (Circuits and Signal)(Circuits and Signal)

อุปกรณแบบลิเนียร (Linear Devices)

V= RxII = AeV

V (volt)V (volt)

I (A)I (A)

อุปกรณแบบนอนลิเนียร (Nonlinear Device)

Introduction to El t i

10

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

(Conductor), สารกึ่งตัวนํา (Semiconductor) ของเหลว (Liquid) หรือก าซ(Gas)

การไหลของอิเล็กตรอน (Electron Flow) การไหลของประจุไฟฟาที่เปนลบโดยจะไหลจากขั้วลบไปยัง

ขั้วบวก

การไหลของกระแสตามแบบนิยม (Conventional Current Flow)

ใชในการคํานวณโดยไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ

14/11/50

Introduction to El t i

11

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

-I

i

+I

i (A)

t

0 II (A)

V (V)

I

แหลงจายกระแสไฟฟากระแสสลับในอุดมคติ (Ideal ac Current Source)

Introduction to El t i

12

แหลงจายกระแสไฟฟากระแสตรงคงที่ เมื่อมีโหลด (DC Constant Current Source with Load)

0 I1 I (A)

V (V)

R=5k

I=1mA

R=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

14/11/50

Introduction to El t i

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

Introduction to El t i

14

กฎกระแสของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff's Current Law, KCL)

“ผลรวมของกระแสที่ไหลเขาสูจุดรวม จะเทากับผลรวมของกระแสที่ไหลออกจาก จุดรวม นั้น”

I1 + I2 = I3 + I4

I4

I3

I2

I1

14/11/50

Introduction to El t i

15

แหลงจายแรงดันแหลงจายแรงดัน (Voltage Sources)(Voltage Sources)

ความตางศักย (Potential Difference)ความตางศักยเกิดขึ้นระหวางขั้วความตานทานทั้งสอง ถามี

กระแสไฟฟาไหลผานตัวตานทานนั้น

VR = IxR = VAB

A + VR - B

R

I

Introduction to El t i

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

14/11/50

Introduction to El t i

17

กฏแรงดันของเคอรชอฟฟ (Kirchhoff's Voltage Law, KVL)

“ผลรวมทางพีชคณิต (คิดเครื่องหมาย) ของแหลงจายแรงดัน รอบเสนทางปดใดๆ ตองมีคาเทากับผลรวมทางพีชคณิตของแรงดันตกตามเสนทางปดนั้น”

+

VR2

-

R2

R3

R1

+ VR1 -

+VS

VS = VR1+VR2+VR3

Introduction to El t i

18

จะเสมือนมีคาความตานทานภายใน ตออนุกรมอยูกับแหลงจายแรงดันในอุดมคติ

แหลงจายแรงดันแบบไมเปนอุมคติ (Nonideal Voltage Source)

0 IT(A)

IT=V/RS

VT(V)

VS

RS

+

VT

-

I

14/11/50

Introduction to El t i

19

ทฤษฎีของเทเวนินและนอรตันทฤษฎีของเทเวนินและนอรตัน ((Thevenin'sThevenin'sAnd Norton's Theorems)And Norton's Theorems)

ในการวิเคราะหวงจรไฟฟานั้น วงจรไฟฟาที่มีความซับซอนใดๆ สามารถแปลงเปนวงจรที่มีความซับซอนนอยลงไดโดยใชทฤษฎีของ เทเวนิน หรือทฤษฎีของนอรตัน

Introduction to El t i

20

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

สามารถแทนที่ไดดวยแหลงจายแรงดันเทเวนิน (Thevenin Voltage Source) ซึ่งตออนุกรมอยูกับอิมพิแดนซเทเวเนิน (Thevenin Impedance) ไดเปน วงจรสมมูลเทเวนิน (Theven in Equiva len t Circu i t )

วงจรตนแบบ วงจรสมมูลกระแสตรง วงจรสมมูลกระแสสลับ

14/11/50

Introduction to El t i

21

เทคนิคการหาวงจรสมมลูเทเวนิน1. วาดวงจรสมมูลเทเวนินที่มี แหลงจายแรงดัน ตออนุกรมกับ อิมพิแดนซ.

2. หาแหลงจายแรงดันเทเวนิน โดยการเปดวงจรสองขั้วปลาย และหาคาแรงดันที่ปรากฏระหวางสองขั้วปลายนั้น.

3. หาความตานทานเทเวเนินระหวาง ขั้วปลาย โดยการแทนที่ แหลงจายแรงดัน แตละตัวในวงจรดวยการลัดวงจร และแหลงจายกระแสดวยการเปดวงจร

Introduction to El t i

22

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

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

วงจรตนแบบ วงจรสมมูลกระแสตรง วงจรสมมูลกระแสสลับ

14/11/50

Introduction to El t i

23

เทคนิคการหาวงจรสมมลูนอรตัน

1. วาดวงจรสมมูลนอรตันที่มี แหลงจายกระแส ตอขนานกับอิมพิแดนซ.

2. หากระแสนอรตัน ท่ีเปรียบเสมือนกระแสที่ไหลผานจุดลัดวงจร ท่ีตําแหนงระหวางสองขั้วปลาย.

3. หาความตานทานนอรตันดวยหลักการเดียวกันกับความตานทานเทเวนินระหวางขั้วปลาย โดยการแทนที่แหลงจายแรงดัน แตละตัวในวงจรดวยการลัดวงจร และแทนที่แหลงจายกระแสดวยการเปดวงจร

Introduction to El t i

24

ความสัมพันธระหวางวงจรสมมูลเทเวนินและนอรตันวงจรสมมูลเทเวนิน สามารถแปลงเปนวงจรสมมูลนอรตันได และ

ในทางกลับกัน วงจรสมมูลนอรตัน ก็สามารถแปลงเปน วงจรสมมูลเทเวนิน ไดเชนเดียวกัน

VTH =4V

RTH = 2k

Y

X

IN =2mARN = 2k

Y

X

วงจรสมมูลเทเวนิน วงจรสมมูลนอรตัน

14/11/50

Introduction to El t i

25

กฎวงจรแบงแรงดัน (Voltage Divider Rule) แรงดันที่ตกครอมองคประกอบใดๆ ในวงจร จะมีคาเทากับ

แรงดันที่จายใหกับวงจร คูณ ความตานทานขององคประกอบนั้น หาร ดวยผลรวมความของความตานทานทั้งหมดที่ตออนุกรมอยู.

+

-

+ VS

I

R3

V2V2 = R2 x VS

R1+R2+R3R2

Introduction to El t i

26

กฎวงจรแบงกระแส (Current Divider Rule)กระแสที่ไหลผานตัวตานทานใดๆ จะมีคาเทากับกระแสที่ไหลเขาสูวงจร

นั้น คูณ ดวยความตานทานของตัวตานทานอีกตัวที่ตอขนานกันอยู หาร ผลรวมของความตานทานทั้งหมด

I

I1 = R2 x IR1+R2

I2I1

R2R1

14/11/50

Introduction to El t i

27

ทฤษฎีของการทับซอน (The Superposition Theorem)วงจรที่มี แหลงจายกําลังหลายชุด จะสามารถวิเคราะหเพ่ือหาผลลัพธได

โดยการแยกวิเคราะห โดยใหแหลงจายแรงดันหรือกระแสแตละตัวทํางานในขณะที่ตัวอ่ืนๆ จะตองถูกแทนที่ดวยความตานทานภายใน (Internal resistance) ท่ีเปนอุดมคติ และเอาผลลัพธท่ีไดมารวมกันในที่สุด

ความตานทานภายในของแหลงจายแรงดันคือการลัดวงจร ความตานทานภายในของและจายกระแสคือการเปดวงจร

Introduction to El t i

28

ตัวอยางการวิเคราะหวงจรดวย Superposition

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

14/11/50

Introduction to El t i

29

การวิเคราะหโดยใชเทคนคิวิธีทางกราฟฟกการวิเคราะหโดยใชเทคนคิวิธีทางกราฟฟก(Graphical Techniques Analysis)(Graphical Techniques Analysis)

การหาผลลัพธของวงจรไฟฟาสามารถใชวิธีการทางกราฟฟก โดยยังคงใหผลลัพธเชนเดียวกับวิธีการทางการคํานวณ

ซึ่งในทางวิศวกรรมการนําเสนอทางกราฟฟกจะใหความเขาใจที่ดีกวาในหลายๆกรณี

Introduction to El t i

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

14/11/50

Introduction to El t i

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)

Introduction to El t i

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

14/11/50

Introduction to El t i

33