Upload
duongphuc
View
218
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
~ 1 ~
วงจรขยายการวด (Instrument Amplifier)
ประกอบดวยออปแอมป3 ตว การกำาหนดอตราการขยายจะใชคาความตานทานจากภายนอก(External Resistor) จะนำาวงจรน ไปใชวดสญญาณความแตกตางและกำาจดสญญาณ รบกวนแบบคอมมอนโหมด เชน การตรวจสญญาณระยะไกล (Remote
Sensing) ทมคาไมคงท ซงจะแปรเปลยนระดบสญญาณตลอดเวลา
ดานอนพตของวงจรจะประกอบดวยวงจรขยายแบบไมกลบเฟส 2 ตว (Non
Inverting Amplifier) อตราการขยายขนอยกบตวตานทานภายนอกทมาตอ สวนออปแอมปตวท 3 จะเปนวงจรความแตกตาง (Differential Amplifier) ทมอตราการขยายเทากบหนง
~ 2 ~
หลกการทำางาน ในชวงแรกของวงจรจะปอนสญญาณอนพตเปนแรงดนไฟฟา e1
และ e2 ทขานอนอนเวอรตงของออปแอมป U2 U3 ซงเปนวงจรตามแรงดนไฟฟา จะไดสญญาเอาตพตของออปแอมปรวมกน โดยม Rg ทำาหนาทปรบอตราการขยายรวมกน โดยปกตถาเราจะใหขยายเทากน R3 และ R4 ตองมคาเทากน และถาหากเราไมตองการใหมอตราการขยายทเทากนเราอาจจะสราง Rg ใหเปนตวตานทานแบบปรบคาไดกได หลงจากสญญาณทออกจากออปแอมป U3 และ U4 กจะเขาสออปแอมป U1 ททำาหนาทเปนวงจร Differential Amp เพอเปรยบเทยบสญญาณทขยายออกมาจากวงจรตามแรงดนไฟฟา ซงแรงดนเอาตพตทออกมาจะมสมการดงน
~ 3 ~
Vo = -Av(V2-V1)
โดย Av = Vo
V 2−V 1 หรอ (1+ 2R3Rg ¿ x R7R2 โดย R3=R4 และ R7=R5
โดย(1+2R3Rg )มาจากสมการวงจร Noninverting Amp และ(R7/R2) มาจากวงจร Inverting Amp
นำา Av ไปแทนคาจะไดวา Vo = - (1+2R3Rg
¿ x R7R2 x(V2-V1)
โดย V2 และ V1 =Vin เพราะมาจากวงจรขยายตามแรงดนซงมคา Av=1
และ Vo ทไดจะกลบเฟสกลบสญญาณเรมตนเพราะผานวงจร Diff Amp ซงมพนฐานมาจากวงจร Inverting Amp
ตวอยางการออกแบบวงจร Instrument Amp กำาหนดให Input Maximum ท 1V เทยบกบ V2=0V จะได Vo maximum=2.4V จงหาคา R ตางๆ
วธทำา จากโจทยคอตองการให มอตราขยายรวมเทากบ 2.4 เทา มาจาก Av = Vout/Vin
เลอก R3 และ R4 ใหมคาเทากน ใช R 10 k และใหขยายชวงแรก 1.2 เทาจากสมการ
Av = 1+ 2R3Rg แทนคาในสมการ 1.2 =1+ 2(10k Ω)Rg
0.2 = 20kΩRg
เพราะฉะนนจะได Rg = 100kΩ
ขยายชวงทสองอก 2 เทา เลอก R7=R5
จากสมการ Av = R7R2 เลอกใช R7=20 kΩ
แทนคาในสมการ 2= 20KΩR2
จะได R2 มคา เปน 10kΩ ซง R1= R2
จาก Vo = - (1+2R3Rg
¿ x R7R2 x(V2-V1)จะๆไดวา
~ 4 ~
Vo = −(1+ 2 x10k Ω100kΩ
) x 20k Ω10k Ω
x (1−0) = -2.4 V
ลองทดสอบเปลยนแรงดน Vin เปน 1.5 V จะไดวา Vo = −(1+ 2 x10k Ω100 kΩ
) x 20k Ω10k Ω
x (1.5−0)
= -3.6 V
~ 5 ~
ลองทดสอบเปลยนแรงดน Vin เปน 3 V จะไดวา Vo = −(1+ 2 x10kΩ100kΩ
) x 20k Ω10k Ω
x (3−0) = -
7.2V
วงจร ซโรและสแปน (Zero and Span)
ในการวดอณหภมดวยเซนเซอรอณหภมแลวจะเปลยนเปนแรงดนเอาตพตทอยในชวง 2.48-3.90 V ในการสงผานสญญาณไฟฟานไปยงวงจรแปลงสญญาณอะนาลอกเปนดจตอล 0-5 V ปญหาคอระดบแรงดนไฟฟาเอาตพตไมสอดคลองกบกบแรงดนไฟฟาอนพต เราจงตองแกไขปญหาเหลานดวยวงจรซโรและสแปน หรอเรยกวา ออปเซต(offset)
~ 6 ~
กราฟทรานเฟอร (Tranfer Curve)
กราฟทานเฟอรเปนกราฟเสนตรงทแสดงความสมพนธระหวางแรงดนไฟฟาอนพตตำาสด Vin(min) และสงสด Vin(max) เปลยนเปนแรงดนฟาเอาตพตคาตำาสด Vout(min)และแรงดนไฟฟาเอาตพตสงสด Vout(max) วงจรซโรทำาหนาทเปลยนคาแรงดนไฟฟาอนพตเปนคายานแรงดนเอาตพตตามทตองการ โดยมความสมพนธกนเปนกราฟ 2 แบบดงน
1.แบบสแปนเปนบวก(Positive Span)
ถาแรงดนไฟฟาอนพตมคาเพมขนหรอลดลง จะทำาใหแรงดนเอาตพตเพมขนหรอลดลงอยางเปนสดสวน
2 แบบสแปนเปนลบ(Negative Span)
~ 7 ~
การเปลยนแรงดนไฟฟาอนพตกบแรงดนเอาตพตจะเปนตรงกนขามกนนนคอถาแรงดนอนพตมคาเพมขนแรงดนไฟฟาเอาตพตจะมคาลดลง แตถาแรงดนไฟฟาอนพตมคาลดลงแรงดนไฟฟาเอาตพตจะเพมขน
การทำางานของวงจร
วงจรซโรและสแปนจะใชรวมกบวงจรรวมขยายแบบกลบเฟสหรอขยายไมกลปเฟสแลวแตกรณถาตองการใหไมกลบเฟสจะเปนแบบสแปนเปนบวกถาตองการกลบเฟสสแปนเปนลบ โดยการทำางาน Vin ถกปองใหออปแอมปU1 ซงมอตราการขยาย-Rf/Ri และแรงดนไฟฟาอางอง Vref =+- V จะถกปอนใหแรงดนไฟฟาอนพตอกคาหนงและมอตราการขยายเทากบ –Rf/Ros โดยมสมการการออกแบบวงจร คอ แรงดน
ไฟฟาเอาตพต Vo = mVin + b โดย m =RfRi หรอ
m = Vout (max )−Vout(min)Vin (max )−Vin(min)
และ B คอแรงดนไฟฟาอางอง b = Rf x VrefRos
ตวอยางจงออกแบบวงจรเซนเซอรชนดหนงทมแรงดนไฟฟาดานอนพตอยระหวาง 1-
13 V ตองการเปลยนเปนแรงดนไฟฟาระหวง 40-100 V จงออกแบบวงจร
วธทำา จาก m = Vout (max )−Vout(min)Vin (max )−Vin(min) จะไดวา
~ 8 ~
m = 100−4013−1 = 5
เลอก Rf =100 kΩ จะไดวา Ri = Rfm = 100kΩ/5 จะไดวา Ri = 20kΩ
จาก Vo = mVin + b
40 = 5x1 + b
จะได b = 35
หา Ros จาก สมการ b = Rf x VrefRos เลอก Vref = 20 V
จะไดวา Ros = 100k x 2035 จะได Ros =57.14 kΩ เลอกเปนตวตานทานแบบปรบคาได 100 k เพอ
ทจะไดZero ได
จะได b = 100k x 20
57.14 kΩ = 35.00 V
จะได Vo =(5 x1) + 35.00 = 40.00 V ถาแรงดนเกนหรอตำากวา 40 แกไขดวยใหเปน 40 V โดยการปรบแตง Ros
แตเมอลองปรบโปแทนซโอหมมเตอรจะได ผลทไดจะใกลเคยงกบทคำานวณ โดยคา Ros ทปรบจากโปแทนซโอหมเตอราไดจะตองมคาในการปรบ = 57.14 kΩ ตามทคำานวณ ซงหากใชงานจรงถาคาโปรแทนซดอหมเตอรทใชมคาไมละเอยดพอคาแรงดน Vo อาจจะคลาดเคลอนเลกนอย
~ 9 ~
ทดสอบเปลยน Vin เปน 7 V
Vo =(5 x7) + 35.00 = 70.00 V
~ 10 ~
ทดสอบเปลยน Vin เปน 13 V
Vo =(5 x13) + 35.00 = 100.00 V
วงจรเปลยนแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟา (Voltage to Current Conversion)
การสงสญญาณแรงดนไฟฟามปญหาเรองอณหภม จดตอทไมด (Pool Connection) ความตานทานของสาย (Line Resistance) ทเกดระหวางเอาตรพตของวงจรกบโหลด การสญเสยในสายเพยง 2-3 mV นนจะทำาใหมคาความผดพลาดจากสญญาณการวด ดงนนจงเปลยนจากการสงแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟาแทนเพราะไมมปญหาเรองการสญเสยในสายและจดตอ โดยจะมอยสองชนดคอ แบบโลหดลอย และโหลดตอลงกราวนด ซงจะอธบายเฉพาะแบบโหลดลอย
~ 11 ~
หลกการทำางานของวงจร
วงจรเปลยนแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟาอยางงายดงรป จะเปนวงจรขยายแบบไมกลบเฟส ลปสายสงระยะไกล (Remote Load)ออปแอมปจะขยายสญญาณแบบลปปด(Closed Loop) ดวยการปอนกลบแบบลบ แรงดนไฟฟาอนพตทปรากฏทขานอนอนเวอรตงจะปรากฏทขาอนเวอรตงและตกครอมท R แตละตว โดยมกระแสไฟฟา ไหลผาน โดยแรงดนทตกครอมโหลดจะเทากบ
Vout = (1+RfRi ) x Vin โดย Rf = Rwire1 + Rwire2 + Rload
และกระแสทไหลจะเอาตพตสามารถหาไดจากกฎของโอหม I = VoutRf
ตวอยางการออกแบบวงจร ถาเซนเซอรจายแรงดนไฟฟาท 5 V แตเราตองการสงทางสายไฟฟาในระยะทาง 100 เมตร โดยในสายไฟฟาท 100 เมตรมคาความตานทาน 0.5
โอหม และถาตองการใหแรงดนไฟฟาอนพตท 5 V ใหกระแสฟาเอาตพตท 50 mA จงออกแบบวงจร
วธทำา จากโจทยจะไดRf= 0.5 + 0.5 +100 = 101 โอหม
เพราะฉะนนจะได Vout = I x Rf = 50mA x 101 =5.05 V
หา Ri จาก Vout = (1+RfRi ) x Vin
5.05 = (1 + 101Ri ) x 5
จะได Ri =10100 โอหม เลอก Ri = 10 kΩ
ตวอยางการทดสอบวงจร
~ 12 ~
******Amp meter ทแสดงผลเปนแบบ หลก 100 mA จากรป 0.50 mA คอ 50 mA
นนเอง*****
ทดสอบเปลยนแรงดน Vin =3 V
จะได Vout = (1 +10110kΩ ) x 3 = 3.03 V
ทดสอบเปลยนแรงดน Vin =2 V
จะได Vout = (1 +10110kΩ ) x 2 = 2.02 V
~ 13 ~
วงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดนไฟฟา (Current To Voltage Conversion)
เมอเปลยนแรงดนไฟฟาเปนกระแสไฟฟาแลวกอนจะนำาไมประมวลผลตองเปลยนกลบมาเปนแรงดนไฟฟาอกครงหนงโดยนำากระแสไฟฟานนใหไหลผานตวตานทานทำาใหเกดแรงดนไฟฟาตกครอมบนตวตานทาน ซงจะเหนไดวาวงจรเปลยนแรงดนเปนกระแสไฟฟาจะใชงานรวมกบวงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดน โดยวงจรเปลยนกระแสไฟฟาม 2 แบบคอ แบบโหลดตอลงกราวนด และ แบบโหลดลอย จะขออธบายวงจรแบบโหลดลอย
~ 14 ~
การทำางานของวงจร
วงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดนไฟฟาแบบโหลดลอยดงรป จะมโหลดลอยเปน Rspan กระแสไฟฟาถกสงไปไฟฟาโหลดลอยแลวไหลยอนกลบตามสายทบดไขวกน ถามสญญาณรบกวนเขามาดวยจะไปปรากฏทปลายทงสองของโหลดลอยพรอมๆกนไมวาจะมการเพมขนหรอลดลง จะเหนไดวา สญญาณรบกวนแบบคอมมอนโหมดนจงถกกำาจดทงไปทงหมด และ สญญาณคอมมอนโหมดและสญญาณแตกตางระหวางกราวนดของวงจรสง(Transmitter) และกราวนดของวงจรรบ(Reciver)จะถกปอนเขามาสายสงสญญาณทบดไขวกนทงสองดานแลวนำาไปปอนใหโหลดลอย Rspan โดยสญญาณแตกตางจะถกขยายดวยวงจรขยายการวดตอไป
เมอกระแสไฟฟาทเปลยนเปนแรงดนไฟฟาตกคอมโหลดลอย Rspan โดยมออปแอมป U1 เปนวงจรขยายความแตกตาง อตราการขยายความแตกตางของวงจร กำาหนดดวย Ri/Rf โดย Ri1=Ri2 และ Rf1=Rf2 โดยคาของ Ri>>Rspan เพอปองกนผลโหลดดงท Ri การปรบคาออฟเซต หรอ ซโร จะปรบดวย Rpot ทออปแอมป U2 เชนเดยวกบการปรบออฟเซต หรอ ซโร ทควบคมเอาตพต ออฟเซตของวงจขยายการวดดงรป ทผานมาแลว
~ 15 ~
พจารณาแรงดนไฟฟาเอาตพตของออปแอมป U1 จะขนอยกบ 3
สวน คอกระแสไฟฟา I ทไหลผานโหลดลอยและ Rspan โดยอตราการขยาย = RfRi และ
แรงดนไฟฟาออฟเซต Vz
โดยมสมการการออกแบบวงจร ดงน
Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz โดย Av = RfRi
Rspan = Vmax−Vmin
Av x( Imax−Imin) โดย Ri>>Rspan
Vz = Vmin – Av(Imin)Rspan
ตวอยางการออกแบบวงจร จงออกแบบงวงจรเปลยนกระแสไฟฟาเปนแรงดนไฟฟา ใหเปลยนสญญาณ อนพต 1-13 mA เปนแรงดนไฟฟาในชวง 2 – 12 V
วธทำา จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz โดย Av = RfRi
ใหอตราขยาย(Av)เปน 10 เทา และหา Rspan จาก Rspan = Vmax−Vmin
Av x( Imax−Imin) โดย Ri>>Rspan
จะไดวา Rspan = 24−12
10x (13mA−1mA) =100 Ω
ปกต Rspan จะเปนตวตานทานแบบปรบคาได แต R =100 โอหมมขายในตลาดเราสามารถใชคา R นไดเลย หรอถาตองการทจะใหสแปนคา กสามารถเลอก R spna เปนโปเทนซโอมมเตอรแบบหลายรอบตออนกรมกบตวตานทานคาคงทกได
จาก Av = RfRi เลอก Ri =10kΩ จะไดRf =100kΩ
หา Vz จาก Vz = Vmin – Av(Imin)Rspan
แทนคา Vz = 12 – 10 x 1mA x100 =11 V
ทดสอบดวยการแทนคา Iinput 1 mA จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz
แทนคา V0 = 10 x 100 x 1mA + 11 =12 V
~ 16 ~
ทดสอบดวยการแทนคา Iinput 5 mA จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz
แทนคา V0 = 10 x 100 x 5mA + 11 =16 V
~ 17 ~
ทดสอบดวยการแทนคา Iinput 13 mA จาก Vo = Av x Rspan x Iinput i + Vz
แทนคา V0 = 10 x 100 x 13mA + 11 =24 V
วงจรเปลยนแรงดนไฟฟาเปนความถ ( Voltage to Frequency Conversion )
การสงสญญาณกระแสไฟฟาคอนขางดกวาการสงสเปนสญญาณแรงดนไฟฟาตรงทไมมปญหาเรองการสญเสยความตานทานของลป ( Loop
Resistance ) และเมอใหกระแสไฟฟาไหลผานโหลดลอยจะไดแรงดนไฟฟาทตกครอมเปนสญญาณความแตกตางปอนใหกบวงจรขยายการวด ซงมคณสมบตทดในการกำาจดสญญาณรบกวนหรอคอมมอนโหมดทแทรกเขามาในลป ในทางปฏบตแลวสภาพแวดลอมของโรงงานจะมโหลดหลายๆชนดและมการเดนสายไฟฟาอกมากมาย ถงแมวงจรจะขยายดเพยงใดจะยงมคาผดพลาดในการวดสญญาณอนพตเนองจากสญญาณรบกวนแทรกเขามาแตกำาจดไปไมหมด
สญญาณทแทรกเขามาจะมแอมปลจดสงและตำาตลอดเวลา และจะรวมกบแอมปลจดสงและตำาตลอดเวลาและจะรวมกบของสญญาณแรงดนไฟฟา
~ 18 ~
อนพต ดงนนการกำาจดสญญาณรบกวนทำาไดโดยสงสญญาณดวยการเปลยนเปนสญญาณอะนาลอกเปลยนเปนสญญาณดจตอลแทน แรงดนไฟฟาจากเซนเซอรจะเปนสญญาณอะนาลอกถกเปลยนเปนสญญาณดจตอล ซงเปนสญญาณพลสทมความกวางของพลสคงทแตความถจะแปรเปลยนตามสญญาณอนพต โดยสญญาณความถนจะถกเปลยนเปนเปนกระแสไฟฟาอกทหนงแลวสงใหไปยงโหลดของวงจรขยายการวดเพอทจะเปลยนกลบเปนสญญาณแรงดนไฟฟาหรออะนาลอกเหมอนเดมตงแตแรก
การทำางานของวงจร
คาปาซเตอรCL ถกชารจประจไฟฟาจากวงจรแหลงจายกระแสไฟฟาจากวงจรแหลงจายคงทtlow = 1.1RtCt เมอ Rl ถกชารจประจไฟฟาจนเตมแลววงจรแหลงจายกระแสไฟฟาจะตดการชารจประจของ Cl จะดสชารจประจผาน RL จนกระทงระดบแรงดนไฟฟา Vx<V1 ทำาใหแรงดนไฟฟาอนพต V1 ถกปอนใหวงจรคอมพาราเตอรมสญญญาณไปทรกใหวงจรซอตไทมเมอรจายกระแสไฟฟาใหทรานซสเตอรท ำางานจะไดสญญาณเอาตพตเปนศนย( Low Logic ) และวงจรวนซอตไทมเมอรจะสงสญญาณไป
~ 19 ~
ใหวงจรแหลงจายไฟฟาไปชารจประจไฟฟาเพมให CL อกจนกระทงแรงดนไฟฟา Vx>V1
จะไดแรงดนไฟฟาอนพตเปน Vx ปอนใหกบวงจรตอมพาราเตอรทำาใหหยดการทรกทวงจรวนซอตไทมเมอรจากนนการชารจประจไฟฟาจะถกตดออกและทรานซสเตอรจะหยดทำางาน มสญญาณเอาตพตออกมา(High Logic) ขณะเดยวกน CL จะดสชารจประจผาน RL
อกครงเปนการเร มไซเกลใหมตอไป จะสงเกตไดวา สญญาณเอาตพตทผลตไดจะมความถเปนสดสวนตามแรงดนไฟฟาอนพตทปอนเขามา
ซงการเปลยนสญญาณแรงดนไฟฟามความถดงนจะขนอยกบคาตอไปน ซงเราจะมสมการการออกแบบวงจรเพอกำาหนดคาความถเอาตพตใหสมพนธกบแรงดนอนพตดงน
fout = Vin x Rs
2.09x Rl x Rt xCt
จะไดวา Rs = 2.09 x fout x Rl x Rt x Ct
Vin
โดย Tmin =1fmax และ Tlow = 0.8Tmin และ Rt =
Tlow1.1Ct
~ 20 ~
ในวงจร LM 131 จะมตวตานทาน 10 kΩ ตออยกบขา 3 ซงขา 3 นจะเปดขาคอลเลกเตอรของทรานซสเตอรไว (Open – Collector Output) และ Vlogic ควรจะตอแรงดนไฟฟาทวงจรไอซดจตอลใชงานโดยปกตแลวจะเทากบ 5V
กระแสไฟฟาทชารจประจไฟฟากำาหนดคาความตาน Rs
I = 2.09Rs < 200µA
ตวตานทาน 12kΩ ตออนกรมกบโปรแทนซโอหมมเตอร 5kΩ เพอทจะไดปรบอตราการขยายของของ LM 131 ใหทำางานอยางเหมาะสม ตวตานทาน 47KΩ ทตออนกรมกบ CL
เพอจดคา ฮสเตอเรสส(Hysteresis)ของวงจรคอมพาราเตอรใหทำางานเชงเสน(Linearity)
ตวตานทาน Rin คาเทากบ RL เพอใหกระแสไฟฟาไบอส iB (Input Bias
Current) ของวงจรคอมพาราเตอรเทากน สวนคาปาซเตอร Cin จะทำาหนาทกรองความถตำารวมกบ Rin เพอลดสญญาณรบกวน
ตวอยางจงออกแบบวงจรเปลยนแรงดนไฟฟาท 10 V เปนความถ 10 kHz
วธทำา จาก Tmin = 1fmax แทนคา Tmin =
110kHz = 100µs
Tlow =0.8Tmin = 0.8 x 100us = 80 us
เลอก Ct = 0.01µF จาก Rt =Tlow1.1Ct แทนคาจะไดวา Rt= 80us/1.1 x 0.01 µF = 7.27 kΩ เลอกใช
6.8kΩ
คา Rt จะกำาหนดเวลาการชารจประจไฟฟาในการเลอกคาใชงานจะตองไมใหเกนคาทไดจากการคำานวณเพราะมผลตอ Tlow ดงนนจงเลอกใช Rt = 6.8 k หา Rs จะตองใช Rt และ Ct
จรง
และจากสตร Rs = Rs = 2.09x fout x Rl x Rt x Ct
Vin เลอกใช RL =100 kΩ แทนคาตางๆลงใน
สมการจะไดวา
Rs = Rs = 2.09 x 10kHz x100 k Ω x6.8kΩ x0.01 µF
10 = 14.212 kΩ เลอก Rs เปนตวตานทานคา
คงท 12 kΩ (RS1) และ (Rpot) เปนโปเทนซโอหมมเตอร 5 กโลโอหม โดยเราสามารถปรบ
~ 21 ~
อตราการขยายใหมคาเหมาะสมตามวงจรทเราออกแบบมาซงถาหากเราตองการใหความถทออกมาเปน 10 KHz เราจะตองปรบใหคา Rpot = 2.212 กโลโอหม หรออาจจะนำาตวตานทานคาคงท 2.2KΩ มาตออนกรมแทนโปแทนซโอหมเตอรกได
ทดสอบดวยการแทนคาจากสมการ fout = Vin x Rs
2.09x Rl x Rt xCt เมอแทนคาตางๆจะได
วา(Vin=10V)
Fout = 10 x14.212 k Ω
2.09x 100 kΩ x 6.8kΩx 0.01µF = 10 kHz
ภาพจากออสซโลสโคป
~ 22 ~
F =1T หา T จากสโคปจะไดวา 5 x 20µs =100µS
เพราะฉะนน F= 1
100µs = 10kHz
ทดสอบดวยการแทนคาจากสมการ fout = Vin x Rs
2.09x Rl x Rt xCt เมอแทนคาตางๆจะได
วา(Vin = 5V)
Fout = 5 x14.212 k Ω
2.09x 100 kΩ x 6.8kΩx 0.01µF = 5kHz
~ 23 ~
F =1T หา T จากสโคปจะไดวา 10 x 20µs =200µS เพราะฉะนน F =
1200µs = 5kHz
ทดสอบดวยการแทนคาจากสมการ fout =Vin x Rs
2.09 x Rl x Rt xCt เมอแทนคาตางๆจะไดวา(Vin
= 2V)
Fout = 2 x14.212 k Ω
2.09x 100 kΩ x 6.9k Ωx 0.01µF = 2kHz
F = 1T หา T จากสโคปจะไดวา 10 x 50µs =500µS เพราะฉะนน F=
1500µs = 2kHz
~ 24 ~
วงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟา (Frequency to Voltage Conversion)
วงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟาจะใชไอซ LM331 หรอ LM131
ไดเชนเดยวกบวงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟา
การทำางานของวงจร
ขา 3(fout)ไมใชจะตอลงกราวนด ขา(Iout)ตอ Vout ซงตอมาจากแหลงจายกระแสไฟฟา ขา 7(+Comp)ตอตากวงจรแรงดนไฟฟาอางอง สวน 6(-Comp)สำาหรบการปอนสญญาณความถอนพต fin ตวตานทาน RD ตอกบ +Vcc เพอให6(-Comp) ของคอมพาราเตอรมศกยไฟฟาเปนบวกคามากกวาขา 7(+Comp)จะทำาใหวงจรจายกระแสไฟฟาหยดทำางาน สญญาณความถอนพตเมอผาน CD จะกลายเปนสญญาณส
~ 25 ~
ไปค(Spike) โดยซกบวกจะถกไดโอดขลปทงไป ซกลบเขามา 6(-Comp) ทำาใหศกยไฟฟาเปนบวกคาตำากวาขา 7(+Comp) วงจรคอมพาราเตอรจงจดชนวน(Firing) วงจรซอตไทมเมอรตอแหลงจายกระแวไฟฟาจายกระแสไฟฟา I out ใหโหลดอยางตอเนองตามการทรกเกอรจงไดกระแสพลสทโหลดไหลคงท โดยมสมการการออกแบบวงจรดงน
Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin
และ Tmin =1fmax และ Tlow = 0.8Tmin และ Rt =
Tlow1.1Ct
Iav = VoutRL โดย Iav คอแรงดนไฟฟาเฉลย
และ Iav หาไดจากอกสมการ คอ Iav =2.09V x1.1 Rt xCt x fin
Rs
จะได Rs = 2.09V x1.1Rt xCt x Rin
Iav
และ Rt = tlow1.1Ct
โดยมขอแมของวงจรคอ I =2.09Rs <200µA
ตวอยางการออกแบบวงจร จงออกแบบวงจรเปลยนความถเปนแรงดนไฟฟาจาก 10kHz เปน 10V
กำาหนดให Ct =0.01 µF
วธทำา หา Tmin = 1fmax แทนคาจะไดวา Tmin =
110k Hz = 100 µs
หา Tlow =0.8 Tmin แทนคาจะได Tlow =0.8 x 10µs =80µs
หา Rt จาก Rt = tlow1.1Ct แทนคาจะไดวา Rt =
80µ s1.1x 0.01µF =7.27k Ω เลอกใช Rt= 6.8 kΩ
หา Iav = VoutRl
= 10V100 kΩ = 100 µA
หา Rs เลอก RL=100kΩ จาก Iav = 2.09V (1.1RtCt ) fin
Rs
~ 26 ~
Rs = 2.09V (1.1RtCt ) fin
Iav = 2.09 x 1.1x 6.8kΩx 0.01µF x10K h z
100 µA = 15.6332 KΩ
เลอกใช Rs โดยมตวตานทานคาคงท 12KΩ ตออนกรมกบโปเทนซโอหมมเตอร 5 kΩ เพอทจะสามารถปรบอตราขยายใหมคาเหมาะสมกบวงจรโดย โดยเราสามารถปรบจนคาความถ ณ Vin =10 V เปนความถ10KHz เพอทจะไดคาทใกลเคยงกบคาคำานวนโดยเราจะตองปรบโปเทนซโอหมมเตอรใหมคาประมาณ 3.6322kΩ ถงจะทำาใหแรงดน Vin=10v มคาเปน 10kHz
เราจำาเปนตองตรวจสอบกระแสไฟฟา โดย I = 2.09VRs
<200µ A แทนคาในสมการ โดย Rs
เราจะใช Rs min เพราะวาจะไดรวาถาเกดเราปรบโปเทนซโอหมมเตอรมคาเปน ศนย โอหม วงจรจะเกดปญหาไหม
I = 2.09V12kΩ = 174.166 µA < 200 µA
ทดสอบโดยการแทนคา fin = 10KHz จาก Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin
Vout = 2.09V x 1.1 x 6.8KΩ x 0.01µF x 100 kΩ
15.6322k Ωx 10kHz = 10 V
~ 27 ~
ทดสอบโดยการแทนคา fin = 5KHz จาก Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin
Vout = 2.09V x 1.1 x 6.8KΩ x 0.01µF x 100 kΩ
15.6322k Ωx 5kHz = 5 V
ทดสอบโดยการแทนคา fin = 8KHz จาก Vout = 2.09V x 1.1x Rt x Ct xRLRsx fin
Vout = 2.09V x 1.1 x 6.8KΩ x 0.01µF x 100 kΩ
15.6322k Ωx 8kHz = 8 V
~ 28 ~
~ 29 ~
~ 30 ~
~ 31 ~
~ 32 ~
~ 33 ~
~ 34 ~
~ 35 ~
~ 36 ~
~ 37 ~
~ 38 ~
~ 39 ~
~ 40 ~
~ 41 ~
~ 42 ~
~ 43 ~
~ 44 ~
~ 45 ~
~ 46 ~
~ 47 ~
~ 48 ~
~ 49 ~
~ 50 ~
~ 51 ~
~ 52 ~
~ 53 ~
~ 54 ~
~ 55 ~
~ 56 ~
~ 57 ~
~ 58 ~
~ 59 ~
~ 60 ~
~ 61 ~
~ 62 ~
~ 63 ~
~ 64 ~
~ 65 ~
~ 66 ~
~ 67 ~
~ 68 ~
หนงสอ เครองมอวดและการวดทางไฟฟา บทท11 การเปลยนสญญาณและการสง
www.datasheet.com
http://eshop.engineering.uiowa.edu/NI/pdfs/00/56/DS005680.pdf
~ 69 ~