Member Login
 สมัครสมาชิกที่นี่
 เข้าระบบ:
ลืมรหัสผ่าน?
สถิติสมาชิก:
Total:16,615
Latest:
jame1111111
Onlines:
บุคคลทั่วไป:33 

Category

การออกแบบวงจร “ Schmitt Triggers (1) “ และการประยุกต์ใช้

All Articles >> Circuit Designed >> - การออกแบบวงจร “ Schmitt Triggers (1) “ และการประยุกต์ใช้

บทความโดย

* อ. ธนันต์ ศรีสกุล ** อ. ภมร ศิลาพันธ์ *** รศ.ดร. มนตรี ศิริปรัชญานันท์

 * แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์ วิทยาลัยเทคนิคพิษณุโลก
** คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏอุตรดิตถ์
*** ภาควิชาครุศาสตร์ไฟฟ้า คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

 

วงจรที่ใช้ในการเปรียบเทียบแรงดันมีอยู่ด้วยกันหลายแบบ แต่มีวงจรอยู่ชนิดหนึ่งที่อาศัยหลักการการป้อนกลับแบบบวก เพื่อนำสัญญาณทางเอาต์พุตไปเปรียบเทียบกับทางสัญญาณอินพุท และทำให้เกิดความแตกต่างขึ้น โดยสามารถนำวงจรไปประยุกต์ใช้งานต่อไป…

วงจรชมิททริกเกอร์นั้นเป็นวงจรเปรียบเทียบแรงดันชนิดหนึ่งซึ่งอาศัยหลักการป้อนกลับแบบบวกโดยนำสัญญาณเอาท์พุทบางส่วนนำมาป้อนกลับย้อนกลับมาทางอินพุทเพื่อทำการเปรียบเทียบกับสัญญาณอินพุทของวงจรที่ใช้งาน โดยจะทำให้เกิดค่าของความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างสัญญาณทางด้านเอาท์พุททั้งสองสภาวะ โดยเราสามารถที่จะแบ่งวงจรชมิททริกเกอร์ได้เป็น 3 แบบ ดังนี้
1. วงจรชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟส (Noninverting Schmitt Trigger)
2. วงจรชมิททริกเกอร์แบบกลับเฟส (Inverting Schmitt Trigger)
3. วงจรชมิททริกเกอร์แบบปรับค่าได้ (Variable Schmitt Trigger)

ในบทความนี้จะกล่าวถึงการนำไอซีเบอร์ LF411 มาประยุกต์ใช้งานในวงจรชมิททริกเกอร์ ว่ามีหลักการในการออกแบบอย่างไรและสามารถที่จะทำการทดสอบวงจรที่ออกแบบนั้นได้อย่างไร เพื่อเป็นการตรวจเช็คผลที่ได้ว่าวงจรที่ออกแบบนั้นถูกต้องตามที่ต้องการหรือไม่ ก่อนที่จะนำไปสร้างเป็นวงจรใช้งานจริงต่อไป

1. วงจรชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟส (Noninverting Schmitt Trigger)
โดยจะมีวงจรพื้นฐานแสดงดังรูปที่ 1 และจะมีกราฟคุณสมบัติของวงจรดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 กราฟคุณสมบัติของวงจรชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟส

ในส่วนของวงจรชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟสนั้น จะเป็นลักษณะของวงจรเปรียบเทียบแรงดันและจะมีตัวต้านทานแบบแบ่งแรงดันในที่นี้คือ RA  และ RB โดยจะทำหน้าที่เป็นส่วนป้อนกลับแบบบวก แต่ถ้าหากพิจารณาจากวงจรที่ออกแบบจะเห็นว่าแรงดันอินพุทของวงจรนั้นจะถูกเปรียบเทียบกับแรงดันขีดเริ่ม หรือที่เรียกว่า (Threshold Voltage : VT) ที่ได้จากการป้อนกลับโดยใช้ RA  และ RB ซึ่งมีค่าขึ้นกับแรงดันเอาท์พุทของวงจร ดังนั้นจึงทำให้แรงดันเอาท์พุทของวงจร Vout เปลี่ยนแปลงอยู่สองสภาวะ คือ Vout =VOH และ Vout =VOL โดยจะมีค่าของแรงดันขีดเริ่มเท่ากับ

จากกราฟคุณสมบัติของวงจรดังในรูปที่ 2 ค่าความแตกต่างที่เกิดขึ้นระหว่างสัญญาณเอาท์พุททั้งสองสภาวะนี้เราจะเรียกว่า Hysteresis (ฮีสเตอร์รีซีส) และความกว้างของสภาวะ ฮีสเตอร์รีซีส (Hysteresis Width : VH) จะถูกกำหนดโดย

 

_wara_microcircuit_pagebreak_

บทความโดย

* อ. ธนันต์ ศรีสกุล ** อ. ภมร ศิลาพันธ์ *** รศ.ดร. มนตรี ศิริปรัชญานันท์

 * แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์ วิทยาลัยเทคนิคพิษณุโลก
** คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏอุตรดิตถ์
*** ภาควิชาครุศาสตร์ไฟฟ้า คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

จากหลักการต่างๆ ที่ได้กล่าวมาข้างต้นนั้น น่าจะสามารถนำมาใช้ในการสร้างวงจรได้ โดยผลของวงจรที่ออกแบบนั้นน่าจะได้ผลตามที่ผู้ออกแบบต้องการ เพื่อความถูกต้องในการออกแบบวงจรในบทความนี้จะขอยกตัวอย่างการออกแบบเพื่อเป็นแนวทางต่อไป ดังนี้
ตัวอย่างการออกแบบวงจรเพื่อประยุกต์ใช้งานและการสร้างวงจรชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟส (Noninverting Schmitt Trigger) โดยในที่นี้จะใช้ OpAmp เบอร์ LF411 และต้องการวงจรที่มีผลตอบสนองคือ มีค่า

 

และใช้แหล่งป้อนให้กับวงจร เท่ากับ   ดังนั้นเราสามารถที่จะออกแบบวงจรได้ดังนี้

เมื่อทำการเลือกใช้ ดังนั้นจะได้ค่า ดังนี้ RA ดังนี้

รูปที่ 4 วงจรชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟสที่ออกแบบเพื่อใช้งานจริง

2. วงจรชมิททริกเกอร์แบบกลับเฟส (Inverting Schmitt Trigger)
วงจรชมิททริกเกอร์แบบกลับเฟสดังรูปที่ 7 จะมีรายละเอียดของวงจรเหมือนกับวงจร ชมิททริกเกอร์แบบไม่กลับเฟส แต่มีข้อแตกต่างตรงที่แรงดันอินพุทของวงจรจะถูกป้อนเข้าที่ขาอินพุทกลับเฟสในขณะที่ขาทางด้านอินพุทไม่กลับเฟสจะต่อลงกราวด์ และเนื่องจากการป้อนกลับแบบบวกนั้นจะทำให้แรงดันเอาท์พุทของวงจร VOUTPUT วงจร เปลี่ยนแปลงอยู่สองสภาวะคือ VOHและ VOL โดยจะมีค่าของแรงดันขีดเริ่มเท่ากับ

จากกราฟคุณสมบัติของวงจรดังรูปที่ 8 จะเห็นว่ามีช่วงการเปลี่ยนแปลงสัญญาณในแนวตั้ง แต่จะมีทิศทางการเปลี่ยนแปลงของวงจรเป็นแบบตามเข็มนาฬิกา ขณะที่รูปคลื่นของแรงดันทางด้านเอาท์พุตของวงจรแสดงดังรูปที่ 7 โดยที่จะมีเฟสต่างไปจากสัญญาณที่ป้อนทางอินพุทเป็นมุม 180 องศา โดยสามารถที่จะคำนวณหาค่าของ VH ได้ดังนี้


ออกแบบใช้งานจริง

 

_wara_microcircuit_pagebreak_

บทความโดย

* อ. ธนันต์ ศรีสกุล ** อ. ภมร ศิลาพันธ์ *** รศ.ดร. มนตรี ศิริปรัชญานันท์

 * แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์ วิทยาลัยเทคนิคพิษณุโลก
** คณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภัฏอุตรดิตถ์
*** ภาควิชาครุศาสตร์ไฟฟ้า คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรม สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

 

3. วงจรชมิททริกเกอร์แบบปรับค่าได้ (Variable Schmitt Trigger)
จากวงจรชมิททริกเกอร์ที่กล่าวมาข้างต้นทั้งสองแบบนั้น ถ้าหากทำการต่อแรงดันอ้างอิงแทนการต่อลงกราวด์ของขาทางด้านอินพุทกลับเฟสและไม่กลับเฟส จะทำให้เราได้วงจรวงจร ชมิททริกเกอร์แบบปรับค่าได้ ดังแสดงในรูปที่ 13 โดยสามารถที่จะแบ่งออกได้เป็น 2 กรณี โดยพิจารณาจากการทำงานของวงจรดังนี้ คือ 

รูปที่ 18 วงจรชมิททริกเกอร์แบบปรับค่าได้ที่ต่อเพื่อใช้งานจริง

ในท้ายที่สุดนี้ทางคณะผู้เขียนหวังว่าบทความที่เขียนนี้คงเป็นประโยชน์แก่ท่านที่สนใจไม่มากก็น้อยและในบทความนี้ผมจะกล่าวถึงหลักการและทฤษฏีในการออกแบบเพื่อให้เป็นแนวทางในการสร้างวงจรและการนำวงจรที่ได้นี้ไปประยุกต์ใช้ในการตรวจจับความแรงของสัญญาณหรือในงานที่เกี่ยวข้อง โดยการทำให้สัญญาณที่เป็นแบบอนาล็อกเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณแบบดิจิตอล เพื่อการนำไปควบคุมหรือสั่งงานให้กับวงจรอื่นๆ ต่อไป………