ตรงกนั ขา้ มนี้กจ็ ะถูกปอ้ นกลับผ่าน เขา้ มายังขาอนิ เวอรต์ ิ้งอีกครั้งหน่ึง ตรงจุดน้ีจะทา ให้สัญญาณเกิดการ
หกั ลา้ งกันอัตราการขยายกจ็ ะลดลง ถ้าตัวต้านทานทเี่ ปน็ ตัวปอ้ นกลับ มีคา่ มาก จะทา ให้สัญญาณ
ปอ้ นกลับ มีขนาดเลก็ อัตราการขยายออกจงึ สงู ถา้ ตัวต้านทานป้อนกลับ มีค่าน้อยสัญญาณป้อนกลับไป
ไดม้ าอัตราการขยายก็จะลดลง ฉะนั้นอัตราส่วนของความต้านทาน และ จะเปน็ ตวั กา หนดอัตราการขยาย
ของวงจร โดยไม่ข้ึนอัตราการขยายของออปแอมป์ ซึ่งสามารถอัตราการขยาย แรงดนั ไดจ้ ากสตู ร AV = 2
3. วงจรขยายแบบไม่กลบั เฟส (Non-Inverting Amplifier) 1
วงจรขยายน้ีเปน็ วงจรขยายอีกแบบหนึ่งทต่ี ้องการเฟสในการขยายเปน็ เฟสเดียวกันดังนั้น การป้อน
สญั ญาณอนิ พตุ จึงต้องป้อนเข้าท่ีขาอินพุตไม่กลับเฟส (+) ซ่ึงเม่ือขยายออกท่เี อาตพ์ ุตแลว้ จะไดส้ ัญญาณ
ตรงกนั ขา้ มน้ีกจ็ ะถูกปอ้ นกลับผ่าน เข้ามายงั ขาอนิ เวอรต์ ิ้งอีกคร้ังหน่ึง ตรงจดุ นี้จะทา ให้สัญญาณเกิดการ
หกั ลา้ งกันอัตราการขยายก็จะลดลง ถ้าตัวต้านทานทเี่ ป็นตัวปอ้ นกลับ มีคา่ มาก จะทา ให้สัญญาณ
ปอ้ นกลับ มีขนาดเล็กอัตราการขยายออกจงึ สูง ถา้ ตัวต้านทานป้อนกลับ มีคา่ น้อยสัญญาณปอ้ นกลับไป
ไดม้ าอัตราการขยายก็จะลดลง ฉะน้ันอัตราสว่ นของความต้านทาน และ จะเปน็ ตวั กา หนดอัตราการขยาย
ของวงจร โดยไม่ข้ึนอัตราการขยายของออปแอมป์ ซ่ึงสามารถอัตราการขยาย แรงดนั ไดจ้ ากสตู ร AV = 2
3. วงจรขยายแบบไม่กลับเฟส (Non-Inverting Amplifier) 1
วงจรขยายน้ีเป็นวงจรขยายอีกแบบหนึ่งท่ตี ้องการเฟสในการขยายเป็นเฟสเดียวกันดังนั้น การปอ้ น
สัญญาณอนิ พุตจึงต้องป้อนเข้าทีข่ าอนิ พตุ ไม่กลับเฟส (+) ซึ่งเมอื่ ขยายออกที่เอาตพ์ ุตแลว้ จะได้สญั ญาณ
เอาต์พตุ ทม่ี ีเฟสเหมือนกัน ดังน้ัน ในวงจรขยายแบบไมก่ ลับเฟสน้ีการป้อนกลับ เพ่อื ลดอัตราการขยายจงึ
ยังคงต้องปอ้ นไปยังขาอนิ เวอรต์ ิง้ (-) เพ่ือให้เกดิ การหักล้างของสัญญาณกันภายในตัวไอซีออปแอมป์
4. วงจรบัฟเฟอร์ (Buffer)
วงจรบัฟเฟอร์ หรือ วงจรกันชน เปน็ วงจรทใ่ี ช้เช่ือมวงจรสองวงจรเข้าด้วยกนั เชน่ ระบบไอซที ีต่ ่าง
กระกูลกนั หรือทรานซสิ เตอร์ท่ไี ม่แมทชิ่งอิมพีแดนซ์กัน คือ วงจรทจ่ี าเปน็ ต้องใชบ้ ัฟเฟอร์เพราะคณุ สมบัติ
ของออปแอมป์ทางเอาต์พตุ อิมพีแดนซ์ต่า เม่ือเชือ่ มต่อวงจรอืน่ แล้วจะไม่ทา ให้วงจรอื่นมผี ลแตกตา่ งไป
จากเดิมวงจรบัฟเฟอร์น้ันจะมีอัตราการขยายเทา่ กับ I
5. วงจรกรองสัญญาณความถ่ีตา่ (Low Pass Filter)
การใช้วงจรกรองแบบอาร์ซี (RC Filter) เขา้ มาเป็นเนกาตีฟฟีดแบค็ การขยายสัญญาณของออป
แอมปจ์ ะกรองเอาความถเี่ ฉพาะบางความถ่ีออกไปเทา่ นั้น ซี่งสามารถหาความถ่ีทใ่ี ช้งานได้จากสตู ร
F= 1
2 2 1
แผนการจัดการเรียนรู้ หน่วยท่ี 2
การทาํ งานไอซอี อปแอมป์ในวงจรต่างๆ สอนครั้งที่ 4-6 ช่วั โมงรวม 24
จานวนชัว่ โมง 12 1. สาระสําคญั
ไอซอี อปแอมปส์ ามารถนามาทาเป็นวงจรตา่ งๆ ได้เช่น วงจรอนิ เวอรต์ ิงแอมปลิฟายเออร์ วงจรนอนอิน เวอรต์ งิ แอมปลฟิ ายเออร์ วงจรซัมมิงแอมปลิฟายเออร์ วงจรดิฟเฟอเรนเชยี ลแอมปลิฟายเออร์ วงจรอนิ ตเิ กรตงิ แอมปลิฟายเออร์ วงจรโวลเตจฟอลโลเวอร์ และวงจรเซนเซอร์
2. สมรรถนะประจําหน่วยการเรยี นรู้ แสดงการทดสอบวงจรเซนเซอร์ใชไ้ อซีออปแอมป์เบอร์ LM741
3. จดุ ประสงค์การเรยี นรู้ 3.1 ด้านความรู้ 3.1.1 อธิบายหลักการทางานวงจรอินเวอร์ติงแอมปลิฟายเออร์ และวงจรนอนอินเวอร์ติงแอมปลิ
ฟายเออร์ของไอซอี อปแอมป์ 3.2 ด้านทักษะ 3.2.1 คานวณหาคา่ แรงดนั ไฟฟา้ เอาต์พตุ กบั อัตราขยายแรงดนั ไฟฟ้า จากวงจรดฟิ เฟอเรนเชยี ล
แอมปลิฟาย-เออรข์ องไอซีออปแอมป์ 3.2.2 ดาเนินการหาคา่ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พตุ จากวงจรอนิ ทเิ กรตงิ แอมปลิฟายเออร์ของไอซีออปแอมป์ 3.2.3 ทดสอบวงจรโวลเตจฟอลโลเวอรก์ ับวงจรไลต์ / ดาร์คเซนเซอรข์ องไอซอี อปแอมป์
3.3 คณุ ลกั ษณะอันพงึ ประสงค์ 3.3.1 ทางานด้วยความปลอดภัยความประณีตและมีเจตคตทิ ี่ดีในการทางาน
4. สาระการเรียนรู้ 4.1 อนิ เวอรต์ ิงแอมปลิฟายเออร์ 4.2 นอนอินเวอร์ตงิ แอมปลิฟายเออร์ 4.3 ซมั มงิ แอมปลิฟายเออร์ 4.4 ดิฟเฟอเรนเชยี ลแอมปลิฟายเออร์ 4.5 อนิ ตเิ กรตงิ แอมปลิฟายเออร์
4.6 โวลเตจฟอลโลเวอร์ 4.7 ไลต์ / ดาร์คเซนเซอร์ 5. กจิ กรรมการเรียนรู้ 5.1 การนาเข้าสู่บทเรียน
5.1.1. ครเู รียกชือ่ สารวจการแตง่ กายของผู้เรยี น การเตรียมอุปกรณก์ ารเรยี น พร้อมบันทกึ ลงในแบบ ประเมินผลคุณธรรม และจริยธรรม
5.1.2. ครูแจง้ จดุ ประสงค์การเรยี นร้แู ละความสาคัญของเน้ือหาในหน่วยการเรยี นรู้ 5.1.3. ผู้เรยี นทาแบบทดสอบก่อนเรียน 5.2 การเรยี นรู้ 5.2.1. ผู้สอนอธิบายเนอื้ หาโดยใช้สอ่ื การสอนประกอบการบรรยายและอภปิ รายร่วมกบั ผเู้ รียน เพ่ือให้ ไดส้ าระของการเรียนรู้วงจรอนิ เวอร์ติงแอมปลิฟายเออร์ และวงจรนอนอินเวอร์ติงแอมปลิฟายเออร์ 5.2.2. ผ้สู อนใหผ้ ูเ้ รยี นฝึกปฏิบัติใบงาน เรื่อง วงจรอินเวอรต์ งิ แอมปลฟิ ายเออร์ และวงจรนอนอินเวอร์ ติงแอมปลิฟายเออร์
5.3 การสรปุ 5.3.1. ผู้สอนสรุปบทเรียนเร่ืองวงจรอินเวอร์ติงแอมปลิฟายเออร์ และวงจรนอนอินเวอร์ติงแอมปลิ
ฟายเออร์และถาม-ตอบทบทวนความรูค้ วามเข้าใจของผู้เรียน 5.3.2. ผู้สอนให้ผูเ้ รียนทากจิ กรรมตรวจสอบความเข้าใจ 5.3.3. ผสู้ อนใหผ้ ้เู รียนทาแบบทดสอบเพื่อประเมินผลหลงั การเรียนรู้ 5.3.4. ผู้สอนมอบหมายใหผ้ เู้ รียนอ่านเนื้อหาที่จะเรยี นในครั้งต่อไป
6. สอ่ื และแหลง่ การเรยี นรู้ 6.1 สอื่ สิง่ พมิ พ์ 6.1.1 หนงั สอื เรยี นวชิ าวงจรไอซแี ละการประยุกต์ใชง้ าน 6.2 สอ่ื โสตทัศน์ 6.2.1 สื่อประกอบการสอน PowerPoint เร่อื ง วงจรอินเวอร์ติงแอมปลฟิ ายเออร์ และวงจรนอนอนิ
เวอรต์ งิ แอมปลิฟายเออร์ 6.3 หุ่นจาลองหรอื ของจรงิ - 6.4 อ่ืนๆ
7. เอกสารประกอบการเรียนรู้ 7.1 ใบงาน เร่ือง วงจรอินเวอร์ตงิ แอมปลิฟายเออร์ และวงจรนอนอนิ เวอรต์ ิงแอมปลฟิ ายเออร์
8.การบูรณการ -
9. การวัดและการประเมินผล 9.1 คะแนนจากการทากิจกรรมตรวจสอบความเขา้ ใจ 9.2 คะแนนจากการปฏิบัตงิ านทดลองใบงาน 9.3 คะแนนจากการประเมินคณุ ธรรมจริยธรรม 9.4 คะแนนจากการทาแบบทดสอบเพื่อประเมนิ ผลหลังการเรียนรู้
10. เนือ้ หาสาระการสอน/การเรียนรู้ วงจรรวม
วงจรรวม (Integrated circuits หรือ IC) คือ วงจรท่ีนาเอาอุปกรณ์สารก่ึงตวั นา เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ตัวตา้ นทาน ตวั เกบ็ ประจุ และองค์ประกอบวงจรต่าง ๆ มาประกอบรวมกันบนแผ่นวงจร ขนาดเล็ก ในปจั จบุ ัน แผ่นวงจรน้ีจะทาดว้ ยแผ่นซลิ ิคอน บางทีอาจเรียกว่า ชิป(Chip) หรอื นยิ มเรยี กกนั สนั้ ๆว่า ไอ.ซ.ี ไอ.ซ.ี ตัวหนง่ึ สามารถบรรจุส่วนประกอบวงจรไดจ้ านวนมาก ภายในตัว ไอ.ซ.ี อาจจะมสี ่วนของ วงจรลอจิกท่ซี บั ซอ้ นจานวนมาก ตวั อยา่ งกลุ่มวงจรรวมท่ีมคี วามซบั ซ้อนสูงมากๆ เช่น ไมโครโปรเซสเซอร์ ซึง่ ใช้ทางานเพ่ือควบคุมเครื่อง คอมพวิ เตอร์ จนถึงใน สมาร์ทโฟน และ พวกไอ.ซี.หน่วยความจา (RAM) เปน็ ตน้ การที่นกั วทิ ยาศาสตรส์ ามารถรวม วงจรท่ีซับซ้อนมากๆ เขา้ มาบรรจุไว้ในวงจรเดียวกัน ทาใหว้ งจรรวมมีขนาดเลก็ ลง บางและเบา รวมถึงการใช้ กาลังไฟฟา้ ลดลง มีความนา่ เชอ่ื ถือสงู และมปี ระสิทธภิ าพสูงข้ึน วงจรรวมแบ่งออกเป็นสอง กลุ่มคือ วงจรรวมแอ นะล็อก(Analog ICs) และวงจรรวมดิจติ อล(Digital ICs) ออปเปอเรชัน่ แนล แอมปลไิ ฟรน์ นั้ ถูกจัดอยู่ในกลมุ่ ของ วงจรรวมแอนะล็อก หรือ วงจรรวมเชงิ เสน้ (Linear ICs)
ออปเปอเรช่ันแนล แอมปลไิ ฟร์ ออปเปอเรชน่ั แนล แอมปลิไฟร์(Operational amplifier) นยิ มเรยี กส้ันๆวา่ “ออปแอมป์” เป็นวงจร รวม
ในกล่มุ วงจรรวมแอนะลอ็ ก เร่มิ พัฒนาต้ังแต่ ปี พ.ศ. 2491 เพ่อื ใชง้ านกับแอนะลอกคอมพวิ เตอร์ ใช้ในงานคานวณ ทางคณิตศาสตร์เท่าน้นั ออปแอมป์ เปน็ กล่มุ วงจรรวมทีใ่ ช้งานมากสดุ แบบหนงึ่ ในวงจรรวม อิเล็กทรอนิกส์ มีการใช้ ออปแอมป์ในวงจรขยายเสยี ง วงจรรีกูเลเตอร์ วงจรเครอ่ื งมอื วัด จงจรกาเนิด สัญญาณ วงจรในระบบควบคุม อัตโนมัติ วงจรเปรยี บเทียบสัญญาณ วงจรแปลงสญั ญาณ วงจรอินเตอร์เฟซ ระหวา่ งสัญญาณแอนะล็อก และดิจติ อล
และวงจรแหล่งจา่ ยไฟฟ้า และอน่ื ๆ เป็นต้น ออปแอมป์ นับวา่ เปน็ วงจรรวมกล่มุ แอนะล็อก หรอื กลมุ่ เชงิ เสน้ ที่ นยิ มใช้กนั อยา่ งแพร่หลายมากทส่ี ดุ
ออปแอมป์ ในอุดมคติ สญั ลักษณ์ ของ ออปแอมป์ แสดงในรูปที่ 2 เปน็ รูปสามเหลยี่ ม มี 2 อนิ พตุ คือ อนิ พุตลบ
(inverting input, -) และ อนิ พตุ บวก (non-inverting input, +) มี 1 เอาต์พุต Vcc คอื แรงดันไบแอส บวก และ VEE คือ แรงดันไบแอสลบ
รูปภาพแสดงสัญลักษณ์ ของ ออปแอมป์
ภายในตัวออปแอมป์เมือ่ พจิ ารณาถงึ วงจรภายใน ในสภาวะท่ไี ม่เปน็ อุดมคติ (Non-ideal) จะ ประกอบ ไปด้วยวงจรสมมลู ดงั รูปท่ี 3 โดยกาหนดให้
Ri คือ ความตา้ นทานอนิ พตุ Vd คอื ผลตา่ งของแรงดันอินพุต( Vd = V2-V1) Ro คอื ความตา้ นทานเอาต์พุต A คอื อตั ราขยายแรงดัน(voltage gain) V1 Vo คอื แรงดนั เอาต์พุต Ro V1 คือ แรงดันอนิ พตุ ท่ีขา ลบ V2 คอื แรงดันอนิ พตุ ที่ขา บวก
รปู ภาพแสดงวงจรออปแอมป์ ในสภาวะที่ไม่เปน็ อุดมคติ สมการแรงดันเอาต์พตุ ของวงจรออปแอมป์ ในสภาวะที่ไมเ่ ปน็ อดุ มคติ เป็นดงั สมการ
โดยท่อี ตั ราขยาย (A) หาได้จาก A = Vo/Vin = Vo/(V2-V1) การไบอัส สาหรับแหลง่ จ่ายไฟฟ้าที่จ่ายไบอัสใหก้ บั ตัว ไอ.ซ.ี ออปแอมป์ ปกตจิ ะใช้ไบอสั แบบคู่ คือ VCC=+,VEE=- คา่ แรงดันบวกและลบปกตไิ มเ่ กนิ 15V และต้องไบอัสทงั้ สองขวั้ ดว้ ยแรงดันเท่ากนั เสมอ ท้ังนี้ควร พิจารณาจากค่มู ือออปแอมป์อกี ครั้งหนึง่ ในหนงั สือเลม่ นี้หากวงจรใดไม่ไดบ้ อกคา่ แรงดันไบแอส หมายความว่า วงจรออปแอมปน์ นั้ ไดร้ บั แรงดนั VCC=+15V ,VEE=-15V แรงดนั อม่ิ ตัว แรงดนั เอาตพ์ ุตของออปแอมป์ ไม่สามารถเกินกว่าค่าแรงดนั ไบแอสท่ปี ้อนให้กับตวั ออป แอมป์ได้ นค้ี อื ขดี จากัด เรยี กวา่ แรงดนั อิ่มตวั (Saturation output voltage) โดยปกติคา่ แรงดันอ่มิ ตัว สงู สุดจะ่ตา่ กวา่ ค่าแรงดันไบแอสประมาณ 1–1.5V ดังรปู
รูปภาพแสดงแรงดันอม่ิ ตัวของออปแอมป์
การจดั วางขา การจดั วางขาของไอ.ซ.ี ออปแอมปท์ ีน่ ยิ มใชก้ ันมากคือเบอร์ 741 เปน็ แบบตัวถงั 8 pin Dual in Line(DIL) ดังรูป
รูปภาพแสดงการจัดวางขาออปแอมป์เบอร์ 741 ในเบ้ืองต้น การพจิ ารณาวงจรออปแอมป์ ใหเ้ ขา้ ใจง่ายและ สะดวกตอ่ การคานวณโดยทส่ี ามารถ ออกแบบใหว้ งจรออปแอมปท์ างานได้ไมผ่ ดิ พลาด เปน็ ไปตามทฤษฎี เรานิยมใช้วธิ ีการมองวงจรออปแอมปใ์ น อุดม คติ (Ideal Opamp) แทนแบบเดิม วงจรออปแอมปใ์ นอดุ มคติ แสดงในรปู
รปู ภาพแสดงวงจรออปแอมป์ ในสภาวะที่เป็นอุดมคติ การพจิ ารณาออปแอมป์ในอดุ มคติจะกาหนดให้อตั ราขยาย ลปู เปิดมีคา่ เปน็ อนนั ต์ ความต้านทานอินพุตมี คา่ เป็นอนันต์ และ ความต้านทานเอาท์พุตมีคา่ เป็นศนู ย์
ดงั นนั้ กระแสท่ไี หลเข้าออปแอมปท์ างดา้ นอนิ พุตจะมีค่าเท่ากับศูนย์ และแรงดันที่ขาบวกและขา ลบจะมีค่า เท่ากันเสมอ ดังสมการ
สรุป คุณสมบัติของออปแอมปใ์ นอุดมคตคิ ือ 1. อตั ราการขยายสงู เป็นอนันต์ A = ∞ 2. อนิ พตุ อมิ พแี ดนซ์สงู เปน็ อนนั ต์ Zin = ∞ (ทาใหไ้ ม่มีกระแสไหลเขา้ อินพุต) 3. เอาตพ์ ตุ อิมพีแดนซ์เทา่ กบั ศูนย์ Zout = 0 4.การทางานไม่ข้ึนกบั ความถี่ BW = ∞(BW=Bandwidth) 5. เม่อื แรงดันอินพุตเปน็ ศนู ย์ ทาให้แรงดันเอาต์พตุ เป็นศนู ย์ด้วย 6. การทางานของออปแอมปไ์ ม่ขึน้ กบั อุณหภมู ิ
วงจรขยายสญั ญาณแบบกลับเฟส (Inverting Amplifier) วงจรขยายสญั ญาณแบบกลับเฟส คือ วงจรออปแอมปท์ ่ีขยายและกลบั สญั ญาณอินพตุ ใหม้ ี เคร่อื งหมาย
ตรงกนั ข้ามกับของเดิม โดยสญั ญาณอินพตุ จะป้อนเข้าที่อินพุตลบ (Inverting input)
รูปภาพแสดงวงจรขยายสัญญาณแบบกลบั เฟส พิจารณาจากรูป ความสัมพันธข์ องแรงดนั อนิ พุต คือ
(ขัว้ บวกของออปแอมป์ตอ่ ลงกราวด์ แรงดนั ทีข่ ัว้ มนั จึงมคี า่ เทา่ กับศนู ย์)
พิจารณาที่โนด ดว้ ยกฎกระแสไฟฟา้ ของเคอร์ชอฟฟ์
เม่อื แทนคา่ ในสมการข้างต้น จะไดส้ มการความสัมพันธ์ คือ
คอื A หรอื อตั ราขยายแรงดนั (voltage gain) จะเหน็ ได้วา่ ค่าอัตราขยายแรงดันมีคา่ ตดิ ลบ ซง่ึ เป็นช้ีให้เหน็ วา่ วงจรดงั กลา่ วทาหน้าท่กี ลับสญั ญาณ
แผนการจดั การเรียนรู้ หนว่ ยท่ี 3
การประยุกต์ใช้ไอซีในวงจรดิจิตอล วงจรมัล สอนครง้ั ที่ 7-8 ตไิ วเบรเตอร์ วงจรแสดงผลและวงจรขับ ช่ัวโมงรวม 32
จานวนชัว่ โมง 8 1. สาระสาํ คญั
การประยุกตใ์ ชไ้ อซีในวงจรดิจติ อลมีรปู แบบหลากหลาย เชน่ วงจรสวิตชส์ มั ผสั และวงจรนับทตี่ ้องอาศยั ไอซีเบอร์ CD4011 และ CD4020 สามารถปิด – เปดิ โหลดในวงจรไดง้ า่ ยและสามารถต่อเปน็ วงจรนับเลขฐานสอง ไดต้ ามลาดบั
- วงจรมัลติไวเบรเตอร์ คอื วงจรท่ผี ลิตรปู คลื่นสเี่ หลย่ี มออกทางเอาต์พตุ โดยใช้ไอซีเบอร์ CD4047 สามารถ ผลิตรปู คล่ืนส่ีเหลีย่ มได้ 3 แบบ
- วงจรแสดงผลดว้ ยหลอด LED จาเป็นต้องคานวณค่าความตา้ นทานทต่ี ่ออนุกรมกบั LED อย่างถูกต้องโดย กระแสไฟฟา้ LED ทเี่ หมาะสมมีคา่ ระหว่าง 10 mA ถึง 30 mA ส่วนแรงดนั ไฟฟ้าของหลอด LED มคี า่ ระหวา่ ง 1.5 V ถงึ 2 V
- วงจรขบั อยสู่ ่วนหนา้ ของวงจรแสดงผล ซ่งึ วงจรขับนน้ั มที ั้งไอซีและทรานซสิ เตอร์ การประยกุ ต์ใชง้ าน วงจรแสดงผลและวงจรขบั ได้แก่ วงจรไฟทา้ ยจกั รยาน เปน็ ตน้ 2. สมรรถนะประจําหนว่ ยการเรียนรู้
แสดงการทดสอบวงจรไฟท้ายจกั รยานท่ใี ชไ้ อซี 555
3. จดุ ประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ดา้ นความรู้ 3.1.1 อธบิ ายหลักการทางานวงจรแสดงผลและวงจรขบั ของวงจรไฟทา้ ยจกั รยานท่ใี ชไ้ อซีเบอร์ 555 3.1.2 อธิบายหลกั การทางานวงจรขบั หลอด LED ทใี่ ช้ในรถยนต์ 3.2 ด้านทกั ษะ 3.2.1 ทดสอบวงจรสวิตช์สัมผสั โดยใช้ไอซดี ิจติ อลเบอร์ CD4011 และ CD4020 3.2.2 ทดสอบวงจรฟลิปฟลอปที่เก่ยี วข้องกบั วงจรนบั เลขฐานสอง 3.2.3 ทดสอบวงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอร์โดยใชไ้ อซดี จิ ิตอลเบอร์ CD4047 เพ่ือผลติ รูปคลืน่
ส่ีเหลย่ี ม
3.3 คณุ ลักษณะอันพึงประสงค์ 3.3.1 ทางานดว้ ยความปลอดภยั ความประณีตและมเี จตคติท่ดี ีในการทางาน
4. สาระการเรียนรู้ 4.1 วงจรดิจิตอลและวงจรฟลิปฟลอป 4.2 วงจรมลั ตไิ วเบรเตอร์ 4.3 วงจรแสดงผลและวงจรขบั
5. กจิ กรรมการเรียนรู้ 5.1 การนาเขา้ สูบ่ ทเรยี น 5.1.1. ครูเรียกชื่อ สารวจการแต่งกายของผเู้ รียน การเตรยี มอปุ กรณก์ ารเรียน พร้อมบนั ทกึ ลงในแบบ
ประเมนิ ผลคณุ ธรรม และจรยิ ธรรม 5.1.2. ครูแจ้งจุดประสงค์การเรยี นรู้และความสาคัญของเนอ้ื หาในหน่วยการเรยี นรู้ 5.1.3. ผู้เรยี นทาแบบทดสอบกอ่ นเรียน
5.2 การเรยี นรู้ 5.2.1. ผ้สู อนอธิบายเนือ้ หาโดยใชส้ ือ่ การสอนประกอบการบรรยายและอภิปรายร่วมกับผู้เรยี น เพอ่ื ให้
ได้สาระของการเรียนรู้การประยกุ ตใ์ ชไ้ อซีในวงจรดจิ ติ อล วงจรมัลตไิ วเบรเตอร์ วงจรแสดงผลและวงจรขบั 5.2.2. ผู้สอนให้ผเู้ รียนฝกึ ปฏิบัตใิ บงาน เร่ือง ไอซีในวงจรดิจิตอล วงจรมัลติไวเบรเตอร์ วงจรแสดงผล
และวงจรขบั
5.3 การสรุป 5.3.1. ผู้สอนสรุปบทเรียนเรื่องการประยุกต์ใช้ไอซีในวงจรดิจิตอล วงจรมัลติไวเบรเตอร์ วงจร
แสดงผลและวงจรขบั และถาม-ตอบทบทวนความรคู้ วามเขา้ ใจของผเู้ รียน 5.3.2. ผู้สอนใหผ้ ้เู รียนทากจิ กรรมตรวจสอบความเขา้ ใจ 5.3.3. ผู้สอนใหผ้ ู้เรยี นทาแบบทดสอบเพ่อื ประเมินผลหลงั การเรยี นรู้ 5.3.4. ผสู้ อนมอบหมายใหผ้ ู้เรียนอา่ นเน้ือหาที่จะเรียนในครั้งตอ่ ไป
6. สื่อและแหลง่ การเรยี นรู้ 6.1 สื่อส่ิงพมิ พ์ 6.1.1 หนังสือเรียนวิชาวงจรไอซีและการประยกุ ตใ์ ช้งาน 6.2 ส่อื โสตทัศน์ 6.2.1 ส่อื ประกอบการสอน PowerPoint เรอื่ ง การประยกุ ต์ใชไ้ อซีในวงจรดิจิตอล วงจรมัลตไิ วเบร
เตอร์ วงจรแสดงผลและวงจรขบั
6.3 หุ่นจาลองหรือของจริง -
6.4 อน่ื ๆ
7. เอกสารประกอบการเรยี นรู้ 7.1 ใบงาน เรือ่ ง วงจรดจิ ิตอล วงจรมลั ติไวเบรเตอร์ วงจรแสดงผลและวงจรขับ
8.การบูรณการ -
9. การวัดและการประเมินผล 9.1 คะแนนจากการทากิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจ 9.2 คะแนนจากการปฏิบตั งิ านทดลองใบงาน 9.3 คะแนนจากการประเมินคุณธรรมจริยธรรม 9.4 คะแนนจากการทาแบบทดสอบเพ่ือประเมินผลหลังการเรียนรู้
10. เน้อื หาสาระการสอน/การเรียนรู้ ความหมายของวงจรฟลิปฟลอป ฟลิปฟลอป (Flip Flop) หมายถึง วงจรดิจิตอลทเ่ี ปลีย่ นสถานะทางเอาต์พตุ เป็น 2 เอาต์พุต โดยที่เอาตพ์ ุต
ทง้ั สองจะมีสถานะตรงขา้ มกัน ฟลิปฟลอปจงึ เปน็ หนว่ ยความจาพ้นื ฐานที่สรา้ งขนึ้ โดยใชล้ อจิกเกต และสามารถเก็บ ข้อมลู ขนาด 1 บิต ไว้ไดน้ านจนกว่าจะมีสญั ญาณไปกระตุน้
สญั ญาณนาฬิกา วงจรฟลิปฟลอปจะเปลี่ยนสถานะเม่ือมีสัญญาณกระตุ้น (TriggerPulse) ซง่ึ กค็ ือสัญญาณนาฬิกา (Clock Wave Form) โดยทวั่ ไปอาจจะเรยี กอีกอย่างวา่ สัญญาณคล็อค (Clock Pulse ; CK) อารเ์ อสฟลิปฟลอป อาร์เอสฟลิปฟลอป (RS Flip Flop) (Data Input) 2 ขั้ว คือ S (Set) และ R (Reset) ด้านเอาต์พุตมี 2 ขัว้ เช่นกนั คือ Q และ Q (อ่านวา่ คิวบาร์) คาว่า Set หมายถึง การทาให้ฟลปิ ฟลอปอยใู่ นสถานะ “1” (Q = 1) ส่วนคา วา่ Reset หมายถึง หมายถึง การทาให้ฟลปิ ฟลอปอยู่ในสถานะ “0” (Q = 0) ดังนน้ั การทางานของอารเ์ อสฟลปิ ฟลอปจงึ ข้นึ อยู่กับสญั ญาณนาฬกิ า หรือตามจังหวะของพัลส์
ทฟี ลปิ ฟลอป ทีฟลปิ ฟลอป (T Flip Flop) จะมดี าตาอนิ พุตเพยี งข้ัวเดยี ว คือ ขว้ั T การทางานจะทาให้เอาต์พุตมีสถานะ ตรงกนั ขา้ มกบั เอาต์พุตเดมิ เสมอ ทีฟลปิ ฟลอปจงึ เปน็ องค์ประกอบทส่ี าคญั ในวงจรนบั ซงึ่ ดดั แปลงมาจากอาร์เอสฟ ลิปฟลอป แบง่ ได้เป็น 2 ชนิด คอื ทีฟลิปฟลอปแบบขอบขาขน้ึ และทีฟลปิ ฟลอปแบบขอบขาลง ดฟี ลปิ ฟลอป ดีฟลปิ ฟลอป (D Flip Flop) จะมีดาตาอนิ พตุ เพยี ง 2 ขวั้ คือ D (Data) และสัญญาณกระตุน้ CK (Clock Pulse) ขอ้ มูล 0 หรอื 1 จะถกู ป้อนเข้าที่ขวั้ D รอจนกระทั่งสญั ญาณนาฬิกา CK มีพัลส์เกดิ ขน้ึ กจ็ ะนาขอ้ มลู จาก ข้ัว D ในขณะนั้นไปแสดงผลท่ีเอาต์พุต โดยทข่ี ้อมลู นั้นจะยงั คงค้างอย่ทู ่ีเอาต์พุต หรอื เกบ็ รกั ษาข้อมูลไว้ตลอด รอ จนกวา่ จะมีพัลส์จากข้วั CK เขา้ มากระตนุ้ จึงจะนาข้อมลู จากขว้ั D ไปแสดงผลที่เอาต์พตุ และเปน็ เชน่ นี้เร่ือยไป เจเคฟลิปฟลอป เจเคฟลิปฟลอป (JK Flip Flop) มีขวั้ ดาตาอินพุต 3 ขัว้ คือ ขั้ว J ข้วั K และข้ัวสัญญาณกระตุ้น (CK) เป็นฟ ลิปฟลอปท่ีพฒั นามาจากอารเ์ อสฟลปิ ฟลอป (R = K และ S = J) กลา่ วคือ ในอารเ์ อสฟลปิ ฟลอป เม่ืออนิ พุตเป็น 1 ทั้งขว้ั เซต็ และรเี ซ็ต เอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ะเป็น 0 การใชป้ ระโยชน์จากสถานะน้จี ึงเป็นไปไมไ่ ด้เพราะเอาต์พตุ ไม่ตรงขา้ ม กนั ใหห้ ลกี เลี่ยงการใช้งานสภาวะน้ี ถ้าข้วั เจและเคเป็น 1 เจเคฟลปิ ฟลอปจะทางานเหมือนกับทีฟลิปฟลอป คือ เอาต์พุต Q จะเป็น 1 และ 0 สลบั กันไป วงจรนับ วงจรนับ (Counter Circuit) คอื วงจรดจิ ิตอลทท่ี าหน้าทนี่ ับจานวนพลั สข์ องสัญญาณนาฬกิ าที่ปอ้ นเข้ามา ทางอินพุต ภายในวงจรนับจะประกอบดว้ ยฟลิปฟลอปจานวนมากนามาต่อเรียงกนั หลาย ๆ ภาค ซงึ่ ใช้กนั มากใน เคร่ืองคอมพิวเตอร์ วงจรนบั ข้ึน เปน็ วงจรนบั ขึ้นขนาด 4 บิต ที่ใชเ้ จเคฟลิปฟลอปกาหนดให้ข้ัว J และ K มีลอจิก 1 ตลอดเวลา สญั ญาณอินพุตจะถูกปอ้ นเข้าที่ข้วั สัญญาณนาฬิกา CK ซ่งึ ทางานแอกทีฟโลว์ (Active Low)
วงจรนับลง เม่ือฟลปิ ฟลอปถกู กระตนุ้ ครั้งแรก เอาต์พตุ ทกุ ตวั จะมีระดบั ลอจิก 1 ซง่ึ เทยี บได้กับเลขฐานสบิ คือ 15 หลงั จากนั้นเมื่อถูกกระตนุ้ แลว้ จะมีค่าลดลงเรอ่ื ย ๆ ครั้งละหนึ่งจนกระทั่งเปน็ ศูนย์
แผนการจัดการเรียนรู้ หนว่ ยที่ 4
ไอซีไทเมอร์ สอนคร้งั ท่ี 9-10 ชัว่ โมงรวม 40
จานวนชว่ั โมง 8 1. สาระสาํ คัญ
ไอซไี ทเมอรเ์ ปน็ ไอซีที่ทางานเก่ยี วกับวงจรตงั้ เวลา มลี ักษณะเปน็ วงจรมัลติไวเบรเตอร์มที ้ังแบบอะสเตเบิล และโมโนสเตเบลิ ทาหน้าท่ีผลติ ความถอี่ อสซลิ เลเตอร์ โดยใชอ้ ปุ กรณภ์ ายนอกต่อร่วมเป็นตวั ตา้ นทานกับตัวเก็บ ประจุไฟฟา้ 2. สมรรถนะประจาํ หนว่ ยการเรยี นรู้
แสดงการทดสอบ สภาพดแี ละเสยี ของไอซี 555
3. จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ 3.1 ดา้ นความรู้ 3.1.1 อธิบายความหมายและเขียนโครงสร้างภายในไอซีไทเมอรเ์ บอร์ 555 ได้ 3.2 ด้านทกั ษะ 3.2.1 ทดสอบวงจรอะสเตเบิลมัลตไิ วเบรเตอรโ์ ดยใชไ้ อซเี บอร์ 555 3.2.2 ทดสอบสภาพดีและเสยี ของไอซไี ทเมอร์เบอร์ 555 3.3 คณุ ลักษณะอนั พึงประสงค์ 3.3.1 ทางานดว้ ยความปลอดภัยความประณีตและมีเจตคตทิ ีด่ ีในการทางาน
4. สาระการเรียนรู้ 4.1 โครงสรา้ งภายในไอซีไทเมอร์เบอร์ 555 4.2 วงจรอะสเตเบิลมลั ตไิ วเบรเตอรใ์ ช้ไอซี 555 4.3 วงจรโมโนสเตเบิลมลั ติไวเบรเตอรใ์ ช้ไอซี 555 4.4 วงจรทดสอบไอซไี ทเมอร์เบอร์ 555
5. กจิ กรรมการเรียนรู้ 5.1 การนาเข้าสูบ่ ทเรียน 5.1.1. ครูเรียกชือ่ สารวจการแต่งกายของผู้เรียน การเตรยี มอุปกรณ์การเรยี น พร้อมบนั ทกึ ลงในแบบ
ประเมนิ ผลคุณธรรม และจริยธรรม 5.1.2. ครแู จง้ จดุ ประสงค์การเรียนรแู้ ละความสาคญั ของเนอื้ หาในหนว่ ยการเรียนรู้
5.1.3. ผ้เู รียนทาแบบทดสอบก่อนเรียน 5.2 การเรียนรู้
5.2.1. ผสู้ อนอธิบายเน้ือหาโดยใช้ส่อื การสอนประกอบการบรรยายและอภปิ รายร่วมกับผเู้ รียน เพอ่ื ให้ ไดส้ าระของการเรยี นรู้การประยกุ ต์ใช้ไอซีเบอร์ 555
5.2.2. ผู้สอนให้ผเู้ รยี นฝึกปฏบิ ตั ิใบงาน เรื่อง ไอซเี บอร์ 555
5.3 การสรปุ 5.3.1. ผู้สอนสรุปบทเรียนเร่อื งการประยกุ ต์ใช้ไอซีไอซีเบอร์ 555 และถาม-ตอบทบทวนความรู้ความ
เข้าใจของผ้เู รียน 5.3.2. ผ้สู อนให้ผเู้ รียนทากิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจ 5.3.3. ผสู้ อนให้ผเู้ รียนทาแบบทดสอบเพอ่ื ประเมินผลหลงั การเรยี นรู้ 5.3.4. ผสู้ อนมอบหมายให้ผ้เู รยี นอ่านเนื้อหาทีจ่ ะเรียนในครง้ั ตอ่ ไป
6. สอื่ และแหล่งการเรียนรู้ 6.1 สอ่ื สิง่ พิมพ์ 6.1.1 หนังสือเรยี นวชิ าวงจรไอซแี ละการประยุกตใ์ ชง้ าน 6.2 สื่อโสตทัศน์ 6.2.1 ส่ือประกอบการสอน PowerPoint เรอ่ื ง การประยกุ ต์ใช้ไอซีเบอร์ 555 6.3 หนุ่ จาลองหรือของจริง - 6.4 อืน่ ๆ
7. เอกสารประกอบการเรียนรู้ 7.1 ใบงาน เรอ่ื ง ไอซเี บอร์ 555
8.การบรู ณการ -
9. การวดั และการประเมินผล 9.1 คะแนนจากการทากิจกรรมตรวจสอบความเขา้ ใจ 9.2 คะแนนจากการปฏิบตั ิงานทดลองใบงาน 9.3 คะแนนจากการประเมนิ คณุ ธรรมจริยธรรม 9.4 คะแนนจากการทาแบบทดสอบเพอื่ ประเมนิ ผลหลังการเรยี นรู้
10. เนื้อหาสาระการสอน/การเรียนรู้ ไอซตี ้ังเวลา 555 วงจรต้ังเวลามีความเทยี่ งตรงค่อนข้างสงู จาเป็นต้องใช้วงจรโมโนสเตเบล้ิ ่ซง่ ส่วนมากนิยมใช้ไอซี
เบอร์ 74121, 74122, 74123 อย่างไรกต็ าม การควบคุมจุดชนวน (Trigger) ของสญั ญาณอินพตุ ไอซีตระกลู 74 สามารถกระทาไดย้ าก และมีเง่ือนไขมาก แตถ่ ้าการหน่วงเวลานานกว่าครง่ึ นาทีและโหลดต้องการกระแส สูงจะใช้ไอซตี ั้งเวลาเบอร์555 แทน ในการทางานของวงจรโมโนสเตเบิล้ (Monostable) จะแบ่งเปน็ 2 สภาวะ คอื สภาวะทคี่ งทแี่ ละสภาวะท่ีไม่คงที่ โดยปกตวิ งจรโมโนสเตเบลิ้ จะอยใู่ นสภาวะคงท่ี จนกวา่ จะมีสัญญาณจุดชนวน เขา้ มากระตุ้น จากนั้นเอาต์พุทจะเปลย่ี นสภาวะจากเดิม เกิดการหน่วงเวลาด้วยค่าของเวลาท่แี นน่ อน และกลับสู่ สภาวะปกติเชน่ เดิม
ไอซีทนี่ ยิ มมาสรา้ งเป็นวงจรต้ังเวลาได้ดีทสี่ ุดเบอรห์ นึ่ง คอื ไอซเี บอร์555 เพราะมีคุณสมบตั ิในการ หน่วงเวลาได้ดแี ละนานพอสมควร
คณุ สมบัติของไอซี555 แต่ละขา ขา 1 กราวด์ (Ground) ขาไฟเล้ียงท่ีมีศักย่เป็นลบ ขา 2 ทรกิ เกอร์ (Trigger) เปน็ ขาท่มี ีความไวหรือตรวจสอบแรงที่มีคา่ 1/3 ของแหล่งจ่าย +Vcc และ จะเกดิ การจดุ ชนวนของอนิ พุต (Input) ทาใหเ้ อาต์พุต (Output) เปล่ยี นจากระดับต่า เป็นระดบั สูง โดยท่ัว ไป ความกว้างของพัลส์ท่ีจะมาจุดชนวนอินพตุ ได้น้ัน ต้องมีค่าเวลามากกว่า 1 ไมโครวินาที ( ) ขึ้นไป ขา 3 เอาตพ์ ุต (OutPut) แรงดนั เอาต์พตุ ที่เกดิ ขนึ้ สาหรับเอาต์พุตระดบั สงู มีศักย์ไฟฟา้ ต่า กว่า +Vcc ประมาณ 1.7 V สาหรบั เอาต์พตุ ระดบั ตา่ น้ัน จะข้ึนอยู่กับแหล่งจา่ ยไฟที่ปอ้ น ขา 4 รีเซต (Reset) เม่อื ต้องการให้เอาต์พตุ อยู่ในระดับต่า ตอ้ งป้อนศักยไ์ ฟฟ้าท่ีขาน้ีประมาณ 0.7 V โดยกระแสซิงกม์ ีค่า 0.1 mA คา่ ของเวลาประวิงในการทา ให้เอาต์พุตเปลี่ยนเปน็ ระดบั ตา่ มคี า่ 0.5 ซ่ึงค่า น้ีเป็นค่าตา่ สดุ ของความกว้างของพัลซท์ จ่ี ะมาควบคุมขานี้ในกรณีท่ีไม่ต้องการใชข้านี้กค็ วรต่อเข้ากบั +VCC ขา 5 กระแสซิงก์ ท่ีเข้ามาขานี้สามารถรบั ได้ใกล่เคียงกับขาเอาต์พตุ ดังน้ัน คา่ แรงดันที่มคี า่ 2/3 +VCC ซ่งึ เป็นแรงระดับ สูงที่ใช้ในการเปรียบเทยี บ ปกติในการทางานขานจ้ี ะไม่ถกู ใช้แต่ควรใช้ตัวเกบ็ ประจุ คา่ 0.01 F ต่อลงกราวด่เพื่อไม่ให้ถูกรบกวนจากสญั ญาณรบกวนขณะทางาน ขา 6 เทรสโฮล (Threshold) ถ้าศักยไ์ ฟฟ้าทขี่ านี้มคี ่าสงู ถึง 2/3 ของ +VCC จะเปน็ ระดบั ทม่ี ีความไว ต่อการเปลี่ยนแปลง คือ จะทา ให้สภาวะเอาต์พุตเปลยี่ นแปลงจากระดับสงู เปน็ ระดับด่า ขา 7 ดสิ ชารจ์ (Discharge) ขานตี้ ่อกบั ขาคอลเลกเตอร์ (Collector) ของทรานซิลเตอร์ (Transistor) ซ่งึ อยภู่ ายในตัวไอซโี ดยขาอมิ ิตเตอร์ต่อลงกราวด์ (Ground) ทรานซลิ เตอร์ (Transistor) นี้จะทาหนา้ ที่ กาหนดเวลาของระดับเอาต์พุต ถา้ เอาต์พตุ อย่ใู นระดับต่า ทรานซิลเตอรน์ ี้จะมีความต้านทานตา่ ในขณะที่
ทรานซสิ เตอรม์ ีความต้านทานต่า ตวั เกบ็ ประจจุ ะสามารถคายประจผุ ่านทรานซลิ เตอรน์ ้ีได้ ขา 8 ไฟเล้ียง ต้องจา่ ยแหล่งจ่ายไฟตรงทมี่ ีศักย่เปน็ บวก มคี า่ อยู่ระหว่าง 5 โวลท์ ถงึ 15
โวลท์แม้วา่ จะทางานในชว่ งแรงดัน ที่ต่างกัน แต่ละช่วงของเวลาทางานทเ่ี ปล่ยี นไปยังคงมีคา่ นอ้ ยมาก คอื ร้อยละ 0.1 ตอ่ การเปลีย่ นแรงดนั 1 โวลท์
วงจรอะสเตเบ้ลิ โดยใช้ไอซี 555 การทางานของวงจร 1. เมอ่ื ปอ้ นแหล่งจา่ ย +VCC เขา้ วงจรจะมีกระแสไฟฟ้าส่วนหน่ึงไหลผ่าน Rt1 และ Rt2 มาประจุ ที่ Ct ทาให้แรงดนั ที่ตกคร่อม Ct มีคา่ สูงขนึ้ จนถงึ 1/3 ของแหล่งจา่ ย +VCC ขา 2 ซ่ึงมีความไวต่อแรงดัน นี้จะจุดชนวนทาให้เอาต์พุต เปลยี่ นระดับจากระดับต่า Low เปน็ ระดับสงู ทนั ที 2. แรงดันทต่ี กคร่อม Ct จะค่าสูงขน้ึ เรื่อยๆ จนมีระดับแรงดัน 2/3 ของแหลง่ จ่าย +Vcc ขา 6 ซึง่ มี ความไวตอ่ แรงดัน นี้จะตรวจจับ ทาให้เอาต์พุต เปลี่ยนจากระดับ สูงเปน็ ระดบั ตา่ และเป็นผลทาให้ขา 7 มี ต้านทานต่า Ct จะคายประจุผ่านลงกราวด์ทขี่ า 1 เมื่อศักย์ไฟฟ้าตกคร่อม Ct มคี ่าลดลงเรื่อยๆ จนถึง 1/3 +VCC จะทาให้ขา 2 ที่ต่ออยู่กับขา 6 มีความไวตอ่ ระดับของศกั ย์ไฟฟ้าขนาดน้ีด้วย จึงทาใหเ้ อาต์พุต เปลีย่ นจากระดับต่า เป็นระดับสงู อกี ครั้ง 3. การทีเ่ อาต์พุต (Output) เปลีย่ นจากระดับของศักยไ์ ฟฟา้ ต่าเป็นระดบั สงู ทาใหข้ า 7 มีความต้านทานสงู ตัว เก็บประจุ Ct ประจผุ ่านและใหม่อีกครั้ง ซึ่งทั้งหมดน้ีกเ็ ปน็ หน่ึงรอบของการทางาน การเลือกใชต้ วั ต้านทานและตวั เก็บประจุในวงจรต้ังเวลา 1. กาหนด Rt ไม่ให้มีค่าตา่ กว่า 10K เพราะต้องการประหยัดพลังงานและไม่ต้องการใหค้ วามกว้าง ของพัลสแ์ คบจนเกนิ ไป 2. คา่ ต่าสดุ ของตวั เก็บประจมุ คี ่า 100PE นั้นกาหนดขนึ้ มาเพื่อป้องกันผลทอ่ี าจจะเกิดจากความจุค้าง 3. คา่ สงู สุดของ Rt กาหนดจากกระแสเทรสโฮล รวมกับกระแสรั่วไหลท่ีขาดิสชารจ์ และกระแส รว่ั ไหลของตัวเกบ็ ประจุ 4. คา่ สูงของตัวเกบ็ ประจุถูกจากัดอยู่ทคี่ ่ากระแสรวั่ ไหลไม่ใชค่ ่าความจุ แตค่ ่าของกระแสร่วั ไหลน้ัน ขน้ึ อยกู่ ับตวั เกบ็ ประจุและใช้งานด้วย โดยท่ัวไปตัวเก็บประจุที่มคี ่าของกระแสรัว่ ไหลต่า สามารถมคี ่าได้สงู ถึง 1000 5. สาหรบั งานท่ัว ไป สมั ประสิท่ธต์ ่ออุณหภมู ขิ องตัวต้านทานที่ใชค้ วรใช้อยใู่ นชว่ ง 200 ถึง500ppm/ ทง้ั ชนดิ คาร์บอน และคาร์บอนฟิลม์ ใช้ค่าผิดพลาด 5 ถึง รอ้ ยละ 10 6. สาหรบั งานทตี่ ้องการความเท่ยี งตรงสงู ตัวต้านทานควรใช้ชนดิ ฟลิ ์มโลหะ ที่มคี า่ ความผิดพลาด 0.1 ถงึ รอ้ ยละ 5 สัมประสิท่ธ์ต่ออุณหภมู ิมีค่า 25 ถึง 100c 7. โดยทั่ว ไปตัวต้านทานทใ่ี ช้มักอยู่ระหว่าง 100 โอหม์ ถงึ 1 เมกะโอห์ม แตถ่ า้ ต้องการใช้คา่ ความ
ต้านทานสงู มากกว่าน้ัน ควรใช้ตัวต้านทานทมี่ คี วามแนน่ อนและเสถียรภาพต่ออณุ หภูมิดี(c) ซึ่งหาไดย้ ากและราคา แพง
8. ตัวต้านทานทใ่ี ช้กาหนดคา่ เวลา ควรหลกี เลี่ยงการใช้ตัวต้านทานชนิดปรบั คา่ ให้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบบคารบ์ อน ถ้าจาเป็นต้องใช้ให้อยู่่ในช่วงทแี่ คบๆ
9. ตัวเกบ็ ประจุไม่ควรไม่ควรขนาดใหญ่ และควรใช้คา่ ผดิ พลาดไมเ่ กินร้อยละ 5 มกี ระแสรว่ั ไหลต่า มีสมั ประสทิ ่ธ์ต่ออุณหภมู ิต่าและไดอิเลก็ ตริก มีการดูดกลนื ดี
10.ตัวเก็บประจจุ ะต้องสามารถประจุและคายประจุไดไ้ วเ้ มอื่ ปลายข้ัวทงั้ สองตอ่ ถงึ กัน ไดอิเลก็ ตรกิ ต้องไมเ่ กบ็ พลังงานคา้ งขณะทาการประจุ ซ่ึงถา้ มีการเกบ็ พลังงานไว้หลายเปอร์เซ็นต์แล้ว จะเปน็ ผลเสยี ในการ ต้ังเวลา คอื เวลาทต่ี ้ังจะไมเ่ ริ่มจากศนู ย์
11.ตัวเกบ็ ประจชุ นิดอเิ ลก็ โทรลิติก ไม่ควรใชเ้ นอื่ งจากมคี า่ ผิดพลากมากเสถียรภาพไม่ดยี กเว้นจะใช้ ในวงจรท่ไี มต่ ้องการความแน่นอน แทนตาอเิ ลก็ โทรลติ ิก สามารถใช้งานในวงจรต้ังเวลาไดด้ แี ตต่ ้องอยู่ ในช่วงอุณหภูมิ0 องศา ถึง 50 องศา
แผนการจดั การเรยี นรู้ หนว่ ยท่ี 6
ไอซีกาํ เนดิ สญั ญาณ สอนครั้งที่ 13-14 ชัว่ โมงรวม 56
จานวนช่ัวโมง 8 1. สาระสําคญั ไอซีกาเนิดสญั ญาณมพี ืน้ ฐานมาจากวงจรผลิตความถ่ีออสซิลเลเตอร์ ให้กาเนดิ สัญญาณรูปคล่นื ไซน์ รปู คล่ืนส่ีเหลยี่ ม และรูปคล่ืนสามเหลี่ยม ซ่ึงรูปคล่ืนท้ังหมดดังกล่าวถูกนามาใช้เพื่อทดสอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ให้ทางานอย่าง เหมาะสมและถูกต้อง 2. สมรรถนะประจาํ หนว่ ยการเรยี นรู้ แสดงการทดสอบวงจรกาเนดิ สัญญาณรปู คลนื่ ไซน์
3. จดุ ประสงค์การเรียนรู้ 3.1 ด้านความรู้
3.1.1 อธิบายการกาเนดิ สัญญาณรปู คลนื่ ไซน์ โดยใชไ้ อซอี อปแอมปเ์ บอร์ LM741 3.2 ดา้ นทกั ษะ 3.2.1 ทดสอบวงจรกาเนดิ คลืน่ ไซนค์ วามถ่ี 1 kHz 3.3 คุณลกั ษณะอันพึงประสงค์ 3.3.1 ทางานดว้ ยความปลอดภัยความประณตี และมีเจตคตทิ ี่ดใี นการทางาน 4. สาระการเรียนรู้ 4.1 ไอซอี อปแอมปก์ ับการกาเนิดสัญญาณรูปคล่ืนไซน์ 4.2 วงจรกาเนิดสัญญาณโดยใช้ไอซีเบอร์ ICL8038 5. กิจกรรมการเรียนรู้ 5.1 การนาเขา้ สบู่ ทเรยี น 5.1.1. ครูเรียกช่ือ สารวจการแต่งกายของผู้เรียน การเตรียมอุปกรณ์การเรียน พร้อมบันทึกลงในแบบประเมินผล คุณธรรม และจริยธรรม 5.1.2. ครูแจง้ จุดประสงค์การเรยี นรแู้ ละความสาคญั ของเนอ้ื หาในหนว่ ยการเรียนรู้ 5.1.3. ผเู้ รยี นทาแบบทดสอบกอ่ นเรียน
5.2 การเรยี นรู้ 5.2.1. ผู้สอนอธิบายเนื้อหาโดยใช้ส่ือการสอนประกอบการบรรยายและอภิปรายร่วมกับผู้เรียน เพ่ือให้ได้สาระของ การเรียนรู้การประยกุ ตใ์ ช้ไอซีกาเนิดสญั ญาณ
5.2.2. ผู้สอนให้ผเู้ รียนฝกึ ปฏบิ ตั ใิ บงาน เรือ่ ง ไอซเี บอร์ ICL8038
5.3 การสรุป 5.3.1. ผู้สอนสรุปบทเรียนเร่ืองการประยุกต์ใช้ไอซีกาเนิดสัญญาณและถาม-ตอบทบทวนความรู้ความเข้าใจของ ผเู้ รยี น
5.3.2. ผู้สอนใหผ้ เู้ รยี นทากิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจ 5.3.3. ผ้สู อนใหผ้ ู้เรียนทาแบบทดสอบเพ่ือประเมนิ ผลหลังการเรียนรู้ 5.3.4. ผู้สอนมอบหมายให้ผเู้ รยี นอา่ นเนื้อหาที่จะเรียนในครงั้ ตอ่ ไป 6. ส่อื และแหล่งการเรยี นรู้ 6.1 สอ่ื สิ่งพิมพ์ 6.1.1 หนังสอื เรียนวชิ าวงจรไอซแี ละการประยุกตใ์ ช้งาน 6.2 สือ่ โสตทศั น์ 6.2.1 ส่อื ประกอบการสอน PowerPoint เรือ่ ง การประยุกตใ์ ช้ไอซีกาเนดิ สญั ญาณ 6.3 ห่นุ จาลองหรือของจรงิ - 6.4 อ่นื ๆ
7. เอกสารประกอบการเรียนรู้ 7.1 ใบงาน เรอ่ื ง ไอซีเบอร์ ICL8038 8.การบรู ณการ - 9. การวดั และการประเมนิ ผล 9.1 คะแนนจากการทากิจกรรมตรวจสอบความเข้าใจ 9.2 คะแนนจากการปฏบิ ตั ิงานทดลองใบงาน 9.3 คะแนนจากการประเมินคณุ ธรรมจรยิ ธรรม 9.4 คะแนนจากการทาแบบทดสอบเพื่อประเมนิ ผลหลังการเรียนรู้
10. เนื้อหาสาระการสอน/การเรียนรู้ วงจรกําเนิดสัญญาณคล่ืนสี่เหล่ียม วงจรกาเนิดชนิดคลื่นส่ีเหล่ียมเป็นวงจรชนิดหน่ึงของวงจรอะสเตเบิล มัลติไว เบรเตอร์ (Astable Multivibrator) นั่นคือ สัญญาณท่ีออกจากวงจรนั้นจะไม่คงท่ีแต่จะมีการเปลี่ยนแปลง ตลอดเวลา (ระดับสูงหรือตา่ ) โดยปราศจากสัญญาณอินพตุ (Input) ใด ๆ แสดงดงั รูปท่ี
รปู ภาพแสดงวงจรกําเนดิ สัญญาณสีเ่ หลย่ี มแบบพ้ืนฐาน
จากรูปท่ีแสดงเป็นวงจรกาเนิดสัญญาณส่ีเหล่ียมแบบพื้นฐานจะเห็นได้ว่ามีการนาสัญญาณจากเอาต์พุตมา ป้อนกลับสองทาง สัญญาณเอาเอาต์พตุ อกมาผ่านตัวต้านทาน R1 เขา้ สขู่ ั้ว อนิ พตุ ลบ และต่อกับตัวประจุ ลงกราวด์ อุปกรณ์ทั้งสองจะเป็นตัวกาหนดความถ่ีของคล่ืนส่ีเหล่ียม (Square Wave) ส่วนตัวต้านทาน R2, R3 เป็นภาคท่ีใช้ กาหนดแรงดันอ้างอิง (Vref) ให้อินพุตบวกถ้า เลือก R3 ที่มีค่าเป็น 86% ของ R2 ความถี่ของสัญญาณเอาต์พุต รูปคล่ืนส่เี หล่ียมจะไดจ้ ากสมการ
เมื่อ : FOUT แทนความถท่ี างดา้ นเอาตพ์ ตุ การทางานของวงจรเป็นดังนี้ เม่ือป้อนไฟเล้ียงใหแ้ ก่ออปแอมป์ (Op-Amp)จะมแี รงดนั ค่าน้อย ๆ ตกคร่อม ข้ัวอินพุตทั้งสองของออปแอมป์ (แรงดันออฟเซต : Off Set) แรงดันนี้จะมีผลทาให้แรงดันท่ีเอาต์พุตมีขนาดเท่ากับ +Vsat (แรงดนั อม่ิ ตวั ทเ่ี อาตพ์ ตุ Vsat มคี ่าประมาณ 90% ของ VCC) และการนาตวั เก็บประจุมาต่อในลักษณะ เช่นนี้จะ ทาให้มีการชาร์จประจุ (Charge) อยู่ตลอดเวลา และแรงดัน คร่อมตัว เก็บประจุจะค่อย ๆ เพิ่ม ค่าข้ึนสู่แรงดัน +Vsat เป็นผลให้แรงดันที่ขั้ว อินพุตลบมี ค่าสูงข้ึนด้วยในขณะเดียวกันที่ขั้วอินพุตบวกนั้นจะมีศักย์เท่ากับการแบ่ง แรงดนั +Vsat ระหว่าง R2 และ R3 ซ่ึงแรงดนั อา้ งองิ Vref จะมคี า่ เทา่ กบั +VT
รปู ภาพแสดงแรงดันเอาต์พตุ ของวงจรกําเนิดสัญญาณคลื่นสีเ่ หล่ยี ม
จากรปู แรงดันเอาตพ์ ตุ ของวงจรกาเนิดสญั ญาณคล่ืนสี่เหลีย่ มจะเปล่ยี นสถานะทันที เมื่อตวั เกบ็ ประจุ ถูกประจุให้มีแรงดันสูงกว่า-VT ท่ีข้ัวอินพุตบวกเป็นผลให้แรงดันเอาต์พุต(Output) เปลี่ยนสถานะจาก +Vsat เป็น -Vsat ในทันทีการเปลี่ยนแปลงที่เอาต์พุต (Output) จะเป็นผล ให้ Vsat เปล่ียนจาก +VT เป็น - VT และยังเปล่ียน ทิศทางการประจุของ C อีกด้วย น่ัน คือ C ค่อย ๆ ลดค่าจาก +VT สู่ -Vsat แต่ก่อนที่จะมีค่าเท่ากับ -Vsat นั้นศักย์ท่ี ขั้วอินพุตลบ (ศักย์ร่วม C) จะมีค่าต่ากว่า -VT และเป็นผลให้ข้ัวอินพุตบวกมีศักย์เป็นบวกสงู กว่าขั้วอินพุตลบน่ันคอื แรงดนั เอาตพ์ ุตก็จะเปล่ยี นสถานะจาก -Vsat เป็น +Vsat อกี และข้ันตอนการประจุของตัวเกบ็ ประจุก็จะ เร่มิ ต้นใหม่ เป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ ในขณะท่ี Vout = +Vsat, Vref จะเท่ากบั +VT เมอ่ื Vout = -Vsat Vref = - VT
การคานวณแรงดนั ±VTไดจ้ ากสมการ และ เมอ่ื : VT แทน แรงดันรวมของตัวเกบ็ ประจุ VSAT แทน แรงดันอิม่ ตวั ทเ่ี อ้าต์พุต Vref แทน แรงดนั อา้ งอิง วงจรกาํ เนดิ สญั ญาณฟนั เล่อื ย วงจรกาเนิดสัญญาณฟันเลื่อย หรือวงจรกาเนิดแรงดันแรมพ์ คือ วงจรอินทิเกรเตอร์ (IntegratorCircuit) นั่นเอง แสดงดังรูป
(ก) วงจรอนิ ทิเกรเตอร์
(ข) แรงดันเอาต์พตุ ของวงจรอินทิเกรเตอร์ รปู ภาพแสดงวงจรอินทเิ กรเตอรแ์ ละแรงดันเอาต์พตุ ของวงจร จากรูป (ก) จะเห็นว่า เมื่อป้อนแรงดัน ขนาด 1 โวลต์ ให้ขั้ว อินพุตลบ ตัวเก็บประจุ C1 ก็จะถูก ประจุแบบเส้นตรง ในทิศทางบวกเพ่ิมขึ้นสู่ +Vsat แต่ถ้าสับสวิตช์ (Switch) ลง ก่อนท่ีแรงดันคร่อม C1 จะมีค่า เท่ากับ +Vsat แรงดนั ที่ถูกประจุไว้ก็จะคายประจุออกหมดอย่าง รวดเร็วและเม่ือยกสวิตช์(Switch) ตวั เก็บประจุก็จะ ค่อยๆประจขุ น้ึ อกี จากรูป (ข) เป็นแรงดันเอาต์พุตของวงจรโดยที่ t คือเวลาท่ีสวิตช์(Switch) ถูกยกข้ึนในหน่วย วินาทีและมีVin, Rin, C1 เป็นตัวกาหนดความชันของสัญญาณแรมพ์แต่ในการใช้ งานจริงน้ันไม่ใช้การสับสวิตช์ (Switch) แตน่ าอปุ กรณป์ ระเภทอเิ ลก็ ทรอนกิ สส์ วิตชม์ าใช้แทน
วงจรกําเนิดสัญญาณรปู สามเหลี่ยม วงจรกาเนิดสญั ญาณฟันเล่ือย พบว่าเม่อื ป้อนแรงดันไฟตรงค่าหนึ่งใหแ้ ก่วงจรอนิ ทิเกรเตอร์ (IntegratorCircuit)แลว้ แรงดนั เอาตพ์ ตุ (Output) จะมลี ักษณะเปน็ เสน้ ตรงที่เพมิ่ ขึ้น หรือลดลงอย่างคงที่แสดงดงั รปู
รปู (ก) วงจรกําเนิดสัญญาณรูปสามเหลยี่ ม จากรูป (ก) สามารถสร้างคล่ืนสามเหลี่ยม (Sawtooth Waveform) โดยการ ป้อนแรงดันไฟตรงซึ่ง จะทาใหเ้ อาตพ์ ุต (Output) มที ศิ ทางเกดิ ขนึ้ ตลอดเวลา เราจะปอ้ นคล่ืน ส่ีเหล่ยี ม (SquareWave) เขา้ ไปผลก็คือใน ช่วงแรกท่ีคล่ืนส่ีเหลี่ยม (SquaraWave) เข้าไปมีค่าเป็น บวกแรงดันเอาต์พุต(Output)ของวงจรอินทิเกรเตอร์ (Integrator) จะลดลงอย่างคงท่ีและเม่ือคลื่น ส่ีเหล่ียม (Square Wave) เปลี่ยนสถานะเป็นลบ แรงดัน เอาต์พุต จากวงจร อินทิเกรเตอร์ก็จะเพ่ิมขึ้น อย่างคงที่ด้วยความชันขนาดเท่ากับท่ีลดลง จึงทาให้ได้สัญญาณรวมเป็นคลื่น สามเหล่ยี ม (Sawtooth Waveform)
รปู ท่ี (ข) แรงดันเอาต์พตุ ของวงจรกาํ เนดิ สญั ญาณรูปสามเหลย่ี ม
จากรูป (ข) แรงดันเอาต์พุตของวงจรกาเนิดสัญญาณรูปสามเหล่ียมซึ่งความถ่ีของคลื่นสามเหลี่ยม (Saw Tooth Waveform) ที่ได้จากวงจรน้ีจะมีขนาดเท่ากับความถ่ีของคลื่น ส่ีเหลี่ยม (Square Wave) ซี่งหาได้จาก
สมการ ซี่งการป้องกัน ไม่ให้คล่ืนสามเหล่ียม (Sawtooth Waveform) เปล่ียนไปจากลักษณะท่ีควร เป็นจริงค่าคงตัวของเวลา R1C1 ควรมขี นาด เปน็ สองเทา่ ของ R4C2
วงจรกาํ เนดิ สญั ญาณคลนื่ ไซน์ การสร้างวงจรกาเนิดคล่ืนไซน์ คือ การนาวงจรกรองสัญญาณความถี่บางช่วงมาใช้ เป็นภาคเลือกความถ่ีของ สัญญาณออสซลิ เลตแสดงดังรปู
รปู ภาพแสดงวงจรกําเนดิ คลืน่ ไซน์
จากรูปการณ์สร้างสัญญาณคลื่นไซน์ (SineWave) ใช้ออปแอมป์ (Op-Amp) โดยต่อในลักษณะของ วงจรคอมพาราเตอร์ และวงจรกรองความถี่เป็นช่วงโดยยึด หลักคล่ืนส่ีเหล่ียม เกิดจากผลรวมของคลื่นหลายชนิด เม่ือกรองความถ่ีของคล่ืนไซน์ (Sine Wave) หลักการโดยวงจร ฟิลเตอร์เอาต์พุต (Output) ก็จะอยู่ในรูปของ สัญญาณไซน์บรสิ ทุ ธิ์ สว่ นการนาคอมพาราเตอร์ (Comparator) ตอ่ กบั วงจรฟิลเตอร์น้ันก็เพ่ือสร้างสญั ญาณออสซิล เลต (Oscillate) ออกมาอย่าง ต่อเนื่อง ซ่ึงตัว ต้านทาน R2 ในวงจรมีค่าต่ามาก มีหน้าท่ีป้องกัน ไม่ให้สัญญาณ ป้อนกลับ ถูกต่อลงกราวด์ ตัวต้านทาน R1 ทาหน้าท่ีเป็นตัวเปล่ียนความถ่ีของการออสซิลเลต และถ้าต้องการ ออสซิลเลเตอร์ (Oscillator) ที่ความถ่ีในยา่ นความถข่ี องเสยี ง กส็ ามารถทาไดโ้ ดยเปล่ยี นตัว ประจุ C1 และ C2
วงจรกําเนดิ คลืน่ ไซนต์ ่างเฟส 90 องศา การกาเนดิ สญั ญาณไซนท์ ี่มเี ฟสตา่ งกัน 90o เรียกว่า “Quadrature Oscillator” แสดงดังรปู
รปู ภาพแสดงวงจรกําเนดิ คลน่ื ไซนต์ า่ งเฟส 90 องศา จากรูปแสดงวงจรกาเนิดคลื่นไซน์ต่างเฟส 90 องศา ซึ่งใช้อินทิเกรเตอร์สอง ตัวชนิดที่มีการป้อนกลับ แบบบวกโดยท่ี R1 ควรมีค่าต่ากว่า R2 เล็กน้อยเพื่อวงจรจะได้ออสซิลเลต (Oscillate) นอกจาก R1 ควรมีค่า พอเหมาะ นั่น คือถ้า R1 มีค่าต่าเกินไป สัญญาณท่ีได้จะมีลักษณะ เป็นคลื่นส่ีเหลี่ยม (Square Wave) ดังน้ัน R1 ท่ี ใช้ควรเป็นชนดิ ปรบั คา่ ได้เพอื่ ให้สัญญาณเอาต์พุตมี ความเพี้ยนต่าสดุ ทจี่ ะทาได้
แผนการจัดการเรียนรู้ หน่วยท่ี 7
การประยุกตใ์ ชไ้ อซีในวงจรกําเนิด สอนคร้ังที่ 15-18
เสียงดนตรี วงจรขยายสัญญาณเสยี ง และ ช่วั โมงรวม 72
วงจรเฟสล็อกลปู
จานวนชว่ั โมง 16
1. สาระสาํ คัญ
- วงจรกาเนดิ เสยี งดนตรใี ชไ้ อซีเบอร์ UM66T มขี าใช้งาน 3 ขาคือ กราวด์ เอาตฺพุต และขาที่รับ
แรงดันไฟฟ้า +VCC
- วงจรขยายสัญญาณเสียงใชไ้ อซีเบอร์ LM386 ทาหน้าท่ีเป็นภาคขยายกาลงั มีกาลังไฟฟ้าเทา่ กบั 0.5วตั ต์
- วงจรเฟสล็อกลูปมีหน้าทลี่ ็อกความถ่ีใหอ้ อกไปทางด้านเอาต์พุต ทาให้ความถเี่ อาต์พตุ มคี ่าคงที่ถึงแม้