Ch6 วงจรตัดสัญญาณและวงจรปรับระดับสัญาณ

LOGO รหัสวิชา 353152 วงจรอิเล็กทรอนิกส์ 1

DIODE LIMITERS AND CLAMPERS

1

บทท่ี 6 วงจรตัดและปรับระดับสัญญาณ

จากสญัญาณอนิพทุดงัภาพถา้เราตอ้งการตดัสญัญาณบางส่วนจะท าไดอ้ย่างไร

Input Output

2

?

ท ำไดโ้ดยกำรใช ้ วงจรตดัสัญญาณ (Clipper Circuit)

วงจรตดัสัญญาณ (Clipper Circuit)

วงจรตัดสัญญาณ เป็นวงจรไดโอดที่ตดัสัญญาณอินพุตบางส่วนที่ไม่ต้องการออกไปจนได้ขนาดสัญญาณเอาต์พุตตามที่โหลดต้องการ สัญญาณเอาต์พุตที่ได้เกิดจากผลรวมหรือผลต่างของสัญญาณอินพุตกับสัญญาณแหล่งจ่ายอ้างองิ(แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง)

แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ

1.วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม

2.วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน

3

วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม4

โครงสรำ้งพื้นฐำนของวงจรตดัสญัญำณแบบอนุกรม เป็นกำรต่อไดโอดอนุกรมกบั

โหลด เมื่อพจิำรณำไดโอดในทำงอดุมคติ

เราทราบว่าถ้าต้องการให้ไดโอดในอุดมคติท างานหรือลัดวงจร ต้องจ่ายแรงดนัให้ Vin มค่ีามากกว่า V ส าหรับกรณีนีสั้ญญาณบวกของ Vin เท่าน้ันที่ท าให้ไดโอดท างานได้ ส่วนสัญญาณด้านลบจะถูกตัดทิง้ไปดังน้ัน Vo จึงเท่ากบัผลรวมหรือผลต่างของขนาด Vin และ V

5 วงจรตดัสัญญาณแบบอนุกรม

Example 1

6 วงจรตดัสัญญาณแบบอนุกรมจงเขยีนรูปคลืน่ของ Vo

1. สญัญาณ Vo คือแรงดนัท่ีตกคร่อม R2. เม่ือแรงดนั Vin ป้อนใหก้บัวงจร

3. หาแรงดนัท่ีไดโอดหยดุท างาน

4. ใช ้KVL หา Vo

Example 2

วำดรูปคลื่นเอำตพ์ตุของแรงดนัอนิพตุเมื่อผ่ำนวงจรตดัสญัญำณ

- จำก vi =20 V (0T/2) เรำสำมำรถวำดวงจรไดด้งั

- จำก vi =-10 V (T/2T) เรำสำมำรถวำดวงจรไดด้งั

7

V 25V 5V 20 ov

V 0)0( RRiv Ro

8 วงจรตดัสัญญาณแบบขนาน

9

Example 3วำดแรงดนัเอำตพ์ตุเมื่อแรงดนัอนิพตุคือสญัญำณสำมเหลี่ยม

10 วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน

11 วงจรตดัสัญญาณแบบขนานDetermine the output voltage waveform.

การปรบัระดบัสญัญาณสูงขึ้นหรอืต า่ลงโดยทีแ่รงดบั p-p ยงัคงเดมิท าไดอ้ย่างไร12

ภาพที่ 1 สัญญาณออสซิลโลสโคป ภาพที่ 2 สัญญาณออสซิลโลสโคป

วงจรปรบัระดบัสญัญำณ

เป็นวงจรที่สำมำรถปรบัเปลี่ยนระดบัสญัญำณ โดยที่ลกัษณะของสญัญำณไม่เปลี่ยนแปลง

13

ชนิดแบ่งตามลกัษณะสญัญาณได ้๒ แบบ คือ๑. วงจรปรับระดบัสญัญาณทางบวก

๑.๑ แบบไม่มีไบอสั๑.๒ แบบมีไบอสั

๒. วงจรปรับระดบัสญัญาณทางลบ๒.๑ แบบไม่มีไบอสั๒.๒ แบบมีไบอสั

สมมติใหด้ว้ยเกบ็ประจุในวงจรไดร้บัประจุหรือคำบประจุดว้ยเวลำ 𝟓𝝉 และไดโอดในวงจรเป็นไดโอด

ในอดุมคติ

ขอ้จ ำกดัของ 𝝉 ท ำใหท้รำบว่ำ กำรจะปรบัระดบัสญัญำณ 𝑽𝒊 ดำ้นใดดำ้นหน่ึงใหม้ีค่ำเป็นศูนยเ์พื่อมำ

รวมกบัสญัญำณอกีดำ้นหน่ึงใหป้รำกฏที่เอำตพ์ตุ ตอ้งเลอืกค่ำ R ที่เหมำะสมมำต่อขนำนกบัภำระ

14 วงจรปรบัระดบัสญัญำณ

ในการวเิคราะห์วงจรปรับระดบัสัญญาณมข้ีอตกลงเบือ้งต้นดนันี้

1. เร่ิมพจิารณาส่วนของสัญญาณ 𝒗𝒊ที่ไบอสัตรงต่อไดโอดโดยข้ามสัญญาณ 𝒗𝒊 ช่วงหน่ึงที่ยงัไม่ท าให้ไดโอดได้รับไบอสัตรง

2.สมมติว่าไดโอดได้การไบอสัตรง C จะอดัประจุทันที่เพือ่ให้ได้ระดับแรงดันไฟฟ้าทีว่งจรก าหนด

3.สมมติว่าระหว่างช่วงเวลาที่ไดโอดเปิดวงจร(ไบอสักลบั) C จะมีระดับแรงดันไฟฟ้าเท่ากับขณะอดัประจุเต็มที่

4.ตลอดการวิเคราะห์ควรทราบต าแหน่งขั้วอ้างองิของ 𝒗𝒐 เพือ่ให้มั่นใจว่าระดับ 𝒗𝒐 ถูกต้อง

5.ควรระลกึถึงกฎทั่วไปที่ว่าการขึน้ลงของรูปคลืน่ 𝒗𝒐จะต้องเหมาะสมกบัการขึน้ลงของสัญญาณหรือการสวิงของสัญญาณ 𝒗𝒊 ทั้งหมด

15 วงจรปรบัระดบัสญัญำณ

16วงจรปรบัระดบัสญัญำณ

Example 4 จงหาค่า 5𝜏 และเขยีนรูปคลืน่ของ 𝒗𝒐17

A

D

C

B

Example 4

ความถ่ี 1000Hz ท าใหท้ราบวา่ในแต่ละคาบเวลา T=1/f=1ms แต่ละคร่ึงคาบเท่ากบั 0.5 ms ; ตดัช่วงเวลา 0 → 𝑡1 ออกไปเพราะไดโอดยงัไม่ได้รับการไบอสัตรง(ขั้นตอนท่ี 1 ) ช่วงเวลา 𝑡1 → 𝑡2 สญัญาณ 𝒗𝒊 ไดโอดอยูใ่นสภาพลดัวงจร ดงัรูป B มี 𝑣𝑜 = 5𝑉 เม่ือพิจารณา KVL

−20𝑉 + 𝑉𝐶 − 5𝑉 = 0

𝑉𝐶 = 25𝑉

ฉะนั้น C จะอดัประจุจนถึง 25V

ในช่วงเวลา 𝑡2 → 𝑡3แรงดนัไฟฟ้าจากแบตเตอร่ี 5 v ไม่มีผลต่อ 𝑣𝑜 เม่ือพิจารณา KVL +10𝑉 + 25𝑉 − 𝑣𝑜 = 0

𝑣𝑜 = 35𝑉

หาช่วงเวลาคงท่ีในการคายประจุ(𝜏)ของ(C)𝜏 = 𝑅𝐶 = 100𝑘Ω 0.1𝜇𝐹 = 0.01 𝑠 = 10𝑚𝑠

เวลาคายประจุทั้งหมด5𝜏 = 5 10𝑚𝑠 = 50𝑚𝑠

18

ถำ้เปลี่ยนเป็นไดโอด Si ที่มี 𝑽𝑫 = 𝟎. 𝟕𝑽

เม่ือไดโอดไดร้บัไอบสัตรง วงจรจะเป็นดงัรูปซำ้ย ใช ้KVL มำพจิำรณำทำงดำ้นเอำตพ์ตุ

+𝟓𝑽 − 𝟎. 𝟕𝑽 − 𝒗𝒐 = 𝟎𝒗𝒐 = 𝟓𝑽 − 𝟎. 𝟕𝑽 = 𝟒. 𝟑𝑽

ใช ้KVL −𝟐𝟎𝑽 + 𝑽𝑪 + 𝟎. 𝟕𝑽 − 𝟓𝑽 = 𝟎𝑽𝑪 = 𝟐𝟓𝑽 − 𝟎. 𝟕𝑽 = 𝟐𝟒. 𝟑𝑽

ช่วงเวลำ 𝒕𝟐 → 𝒕𝟑 วงจร กลำง เม่ือใช ้KVL −𝟏𝟎𝑽 + 𝟐𝟒. 𝟑𝑽 − 𝒗𝒐 = 𝟎

𝒗𝒐 = 𝟑𝟒. 𝟑𝑽

19

20

การบา้น ครัง้ที่ 621

1. Determine the output voltage waveform for each circuit in Figure c to f.

22 การบา้น ครัง้ที่ 6

2. Determine the peak forward current through each diode in Figure a to b.

3. Determine the output voltage waveform for each circuit in Figure a to b.

23 การบา้น ครัง้ที่ 6

4. Describe the output waveform of each circuit in Figure a and b. Assume the RC time constant is much greater than the period of the input.5. Repeat Problem 4 with the diodes turned around.