op-am

ความรพนฐานเกยวกบออปแอมป

รปท 1 แสดงการท างานและวงจรสมมลยของออปแอมป

ออปแอมปมสญลกษณและสญญาณเขาออก ตามทแสดงในรปท 1 ความสมพนธของสญญาณเขาและออก แสดงดวยสตรงาย ๆ คอ

Av เปนอตราการขยายแรงดนซงมคาสงมาก จงเปนคณสมบตทพเศษสดของออปแอมป ออปแอมปแบบอดมคต จะมคณสมบตตามเงอนไขดงน

1. อตราการขยายแรงดน สงมากจนเปนอนนต 2. ความตานทานทางอนพต สงมากจนเปนอนนต 3. ความตานทานทางเอาทพท ต ามากจนเปนศนย 4. แรงดนออฟเซททางอนพทเปนศนย 5. กระแสออฟเซททางอนพทเปนศนย

6. ลกษณะสมบตเชงความถ ขยายไดดตงแตไฟตรง จนความถสงมากเปนอนนต 7. ไมมขอบกพรองอน ๆ

แตในความเปนจรงแลว ออปแอมปกไมไดมคณสมบตอยางในอดมคตเลยทเดยว แตอยางไรกตาม เพอความสะดวกในการท าความเขาใจ ส าหรบผเรมตน ในชวงแรกใหถอวา ออปแอมปทใชศกษากนตอไปนมคณสมบตใกลเคยงกบอดมคตมาก

การใชออปแอมปทเปนอดมคตในการออกแบบวงจรนน เปนวธการทนยมใชกนมาก หลงจากออกแบบเสรจแลว จงคอยมาพจารณาเงอนไข หรอคณสมบตตาง ๆ ทไมเปนอดมคต แลวคอยแกไขและปรบปรงวงจรใหดขนอกทหนง

อตราการขยายแรงดน อตราการขยาย Go ของวงจรออปแอมป ซงตอเปนวงจรขยายแบบไมกลบขว ตามรป 2 จะมสตรทวไปคอ

แตในความเปนจรงอตราการขยายจะเปน

ซงถาอตราการขยายแรงดน Av ของออปแอมปมขนาดสงมาก ๆ แลวเทอม (R1 +R2) /Av จะมขนาดเลกมาก

จนเปนศนยไป จงท าใหสตรเหลอแต นนเอง

ความตานทานทางอนพท

ถาคาความตานทางอนพทของออปแอมปมคาเปน Zi อตราการขยายของวงจรขยายแบบไมกลบเฟสเทากบ G จะเขยนดวยสตรทละเอยดขนเปน

จากสตรจะเหนวามเทอม เพมขนมา ถา Av มคามากแลว จะมคายงมากขน AvZi อก จงท าใหเทอมนมขนาดเลกมาก จนไมมผลกบคา G เลย

รปท 4 แสดงอตราการขยายของออปแอมปเมอตานทานทางอนพทไมถงอนนต

ยกตวอยางเชน ให Av = 100 และ Zi = 100 k Ωค านวณตามในรปท 4 จะพบวาไดอตราการขยาย 9.08 เมอเปรยบเทยบกบ 9.09 ซงค านวณไปแลวโดยคดวา Zi มคาใหญมากจนเปนอนนตจะเหนวาผลตางนนนอยมาก

และถาลองเพม Av เปน 10,000 จะไดอตราขยายเปน 9.9900 และ 9.9899 ซงกตางกนนอยมาก จนโวลตมเตอรทใชงานอยทวไปกไมสามารถวดถงความแตกตางนได

ออปแอมปทใชงานทวไปนนม Av สงมาก จนสามารถทงคา Zi ไดแตอยางไรกตาม Zi กยงมผลตอวงจรบางโดยเฉพาะสวนทเกยวพนกบกระแสไบแอสทางอนพท ซงจะไดอธบายตอไป ซงถากระแสไบแอสนไหลเขาไปในออปแอมปจะท าใหไมสามารถใชตวตานทานคาสง ๆ ตอเขากบวงจรออปแอมปได

ลองดในรปท 4 แรงดนอนพท 1.101 V และกระแสไหลเขาออปแอมป 1 µA จะท าใหวงจรเหมอนกบมคาความตานทานอนพทรวมเปน 1.1 MΩ ซงเปนคาทนบไดวาสงทเดยว

ความตานทานทางเอาทพท

ความตานทานทางเอาทพทของออปแอมปจะมขนาดเพยงไมกโอหมหรอไมกสบโอหมเทานน ดเผน ๆ แลวอาจเหนวาไมส าคญเทาไร แตอยางไรกตามยงมผสบสนใน ความหมายอนน และมกจะเขาใจกนผดเสมอ คอแยกความแตกตางระหวางความตานทานทางเอาทพทกบความสามารถในการขบโหลดไดไม

ถกตองความสามารถในการขบโหลดหมายถง ความสามารถในการจายกระแสและแรงดนใหกบโหลด ซงอาจจะเปนตวตานทานหรอวงจรซงมาตอทางดานเอาทพทของออปแอมป

สมมตใหออปแอมปมความตานทานทางเอาทพท 10 Ω ไมไดหมายความวา ใหตอกบโหลดทมขนาด 10 Ωพอด ตามความคดเรองการแมทชอมพแดนซ ซงตามความเปนจรงนน ความตานทานทางเอาทพทกบความสามารถในการขบโหลดจะไมเกยวของกนเลยลองดรปเปรยบเทยบในรปท 5

รปท 5 แสดงความหมายของความตานทานเอาทพทและความสามารถในการขบโหลด

ความตานทานทางเอาทพท จะเปรยบเหมอนกบการดงรถยนตดวยโซหรอเชอกไนลอน แตความสามารถในการขบโหลด จะเปรยบเหมอนแรงของคนดง วามมากแคไหน ความตานทานทางเอาทพทจะสมพนธกบการเปลยนแปลงแรงดนเอาทพท เมอโหลดเปลยนไป ซงจะคลายกบเชอกไนลอน ซงยดออกมายาวไมเทากน เมอรถหนกไมเทากน หมายความวาความตานทานทางเอาทพท เปลยนไปเมอแรงดนเอาทพทเปลยนไปดวยผลของโหลด

รปท 6 แสดงความตานทานเอาทพทของออปแอมป

ตวอยางในรปท 6 แสดงใหเหนอยางชดเจนถงผลของแรงดนเอาทพทในขณะทไมมโหลดตออย

ออปแอมปจะไดแรงดนเอาทพท 10 V แตเมอตอโหลดขนาด 1 k Ωเขาไปเทานน แรงดนเอาทพทลดลงมาเหลอเพยง 8 V ในกรณน ความตานทานทางเอาทพทมคา 250 Ω

อตราขยายของออปแอมป Av จะมผลท าใหความตานทานทางเอาทพทของวงจรดเหมอนจะเปลยนแปลงไปดวยลองมาดรปท 7 เพอเขาใจไดงายขนใหออปแอมป เปนอดมคตทกประการยกเวนมความตานทานทางเอาทพท และน าความตานทานอนนมาเขยนไวขางนอกตวออปแอมป

รปท 7 เมอมองดจากวงจรน จะดเหมอนวาความตานทานทางเอาทพทมการเปลยนแปลง เมออตราการขยายเปลยนไป

รปท 7 ก. เปนกรณท Av = a และรปท 7 ข. เปนกรณท Av = 100 จะเหนวาทงสองกรณเมอตอโหลดใหกบวงจร ออปแอมปจะพยายามยกแรงดนเอาทพท ของตวเองใหสงขนเพอใหแรงดนทครอมโหลดมคาใกลเคยงของเดม จงท าใหแลดเหนวาความตานทานทางเอาทพทของวงจรมคานอยลงไป

กรณ Av = ∞ จะค านวนความตานทานทางเอาทพทไดศนย และกรณ Av = 1000 จะค านวณความตานทานทางเอาทพทไดเพยง 22.7 Ω เทานน ซงแตกตางจากความตานทานทางเอาทพทจรงของออปแอมป

ขอมลเกยวกบความตานทานทางเอาทพทของออปแอมปนน มกจะไมคอยมแสดงในคมอออปแอมปของผผลต แตอยางไรกตามความตานทานทางเอาทพทนไมคอยกอปญหา แกผออกแบบเทากบความสามารถในการขบโหลดของออปแอมป

แรงดนออฟเซททางอนพท

แรงดนออฟเซททางอนพทเปนเรองส าคญมากเรองหนง เมอเราศกษาเรองออปแอมป แรงดนออปเซททางอนพทหมายถง แรงดนขนาดเลกทปรากฏระหวางอนพทบวกลบ ของออปแอมปในขณะทแรงดนอนพทเปนศนย ลองดรปท 8 ประกอบ

รปท 8 จะเหนไดวาแรงดนออฟเซทเพยง 1 mV จะกลายเปน 10 mV ทเอาทพท เมอออปแอมปมอตราการขยายเพยง 10 เทา

ส าหรบวงจรทไมตองการขยายแรงดนไฟตรง มกพยายามก าจดผลของแรงดนออฟเซทน ไมใหไปปรากฏทเอาทพท อยางเชน วธการในรปท 9 ซงเปนวงจรขยายแรงดน ไฟสลบดวยออปแอมปสงเกตจากรปทางซาย มตวเกบประจตออย ซงคณสมบตของตวเกบประจคอจะกนไฟตรงเอาไว และยอมใหผานเฉพาะไฟสลบ ดงนน เมอมแรงดนไฟตรง ปอนกลบมาทอนพทลบ ตวเกบประจจะท าใหสญญาณไฟตรงทงหมดไหลผานเขาอนพทลบ หกลางกบแรงดนไฟตรง ทจะออกทางเอาทพทไดอตราการขยายเทากบ 1

รปท 9 แสดงการก าจดแรงดนออฟเซทโดยการใหขยายเฉพาะแรงดนทเปนไฟสลบ

เมอมสญญาณไฟสลบผานเขามาจากเอาทพท มนจะเลอกไหลผานตวเกบประจลงดนไป เสมอนกบวาตวตานทานคา 10 kΩ ในวงจรถกตอลงดนกลายเปนรปทางขวามอ ลาง เมอค านวณอตราการขยายจากคาของอปกรณแลวไดเทากบ 100 เทา

รปท 10 แสดงวธการปรบแรงดนออฟเซท

การปรบเพอลดขนาดแรงดนออฟเซททอนพทสามารถท าได 2 วธคอ ใชวงจรภายในของออปแอมปเอง โดยตออปกรณปรบเขากบขาของออปแอมปและอกวธหนงคอ ปอนแรงดนจากภายนอกเขาไปลบลางผลของแรงดนออฟเซทนการปอนแรงดนจากภายนอกแมจะลดผลของออฟเซท ไมใหไปปรากฏทเอาทพทไดจรง แตอยาลมวา แรงดนออฟเซททางอนพทของออปแอมป กยงไมไดหายไปไหน ดรปท 10 ประกอบ

ซงเรองนอาจจะเปนปญหาไดเมอวงจรออปแอมปซบซอนขน หรอในวงจรทใชอะนาลอก สวทช (analog switch) อะนาลอกสวทชเปนสวทชอเลคทรอนคส ชนดหนงมการท างานคลายคลงกบรเลย เพยงแตไมมหนาสมผสเชงกลแบบรเลย ใชในการเปดปดสญญาณไฟฟาภายในมกจะท าดวยทรานซสเตอรหรอเฟท อะนาลอกสวทชทมขายตามทองตลาดในปจจบน มกจะเปนชนดทท าจากเฟททงนน

รปท 11 แสดงการใชอนาลอกสวทชเพอเปดปดวงจรทางอนพท

ดตวอยางในรปท 11 จะเหนวาการปรบออฟเซทโดยใชแรงดนภายนอกจะท าใหเอาทพท มแรงดนแตกตางกนเมอสวทชอยในสภาพเปดหรอปด

กระแสไบแอสทางอนพท

กระแสไบแอสทางอนพท หมายถง กระแสทไหลเขาหรอออกจากขวบวกหรอลบ ของอนพทของออปแอมปไมเกยวของกบความตานทานทางอนพทของออปแอมป ปกตกระแสไบแอสทางอนพท จะมองคประกอบไฟตรงเปนหลกในขณะทความตานทานทางอนพท จะมองคประกอบทางไฟสลบเปนหลก

ทศทางการไหลของกระแสไบแอสน จะเปนการไหลเขาหรอออกจากออปแอมปจะก าหนดจากชนดของทรานซสเตอรหรอเฟท ทขวอนพทภายในออปแอมปนน ๆ สวนใหญแลวกระแสจะไหลเขา แตมออปแอมปบางตว (เชนเบอร 4558 ) กระแสจะไหลออก จงควรระวงในจดนดวย

รปท 12 แสดงทศทางการไหลของกระแสไบแอสทอนพทในไอซแบบตาง ๆ

นอกจากนน ยงมออปแอมปชนดทมความตานทานทางอนพทสงมากและกระแสไบแอสต า ภายในออปแอมปจะมวงจรตานกระแสไบแอสน เลยท าใหทศทางของกระแส ไบแอสไมแนนนอนลองดรปท 12 ประกอบ

ลองดผลของกระแสไบแอสในรปท 13 ก. นนออปแอมปตองการกระแสไบแอส 100 µA กระแสนจะไหลเขาออปแอมปทงทางขวบวกและลบ ถาคาความตานทานทตอ บนทางเดนของกระแสทงสองดานเทากน กจะไมมผลท าใหเกดแรงดนออฟเซททเอาทพท แตคาความตานทานทตอกบขวบวกและลบน แตกตางกนละกจะท าใหเกดแรงดนออฟเซท ทเอาทพทของวงจรทนท

รปท 13 ผลของกระแสไบแอสทางอนพท

ในรปท 13 ใหคาความตานทานทตอวงจรเทากบ 10 kΩ เมอก ระแสไบแอสไหลผานตวตานทาน จะท าใหเกดแรงดนเทากบ 100 mA x 10 k = 1 m Ω V ในกรณรป ก. ทงขวบวกและลบมแรงดน 1 mV เทากน จกหกลางกนเอง ไมท าใหเกดแรงดนออฟเซททขวเอาทพท ในกรณรป ข. และ ค. นน มตวตานทานตออยเพยงขางเดยว จงไมเกดความสมดล เปนผลท าใหเกดแรงดนออฟเซท

รปท 14 แสดงการตอตวตานทานทอนพททงสองใหสมดลกน

ถาทขวอนพทของออปแอมปมตวตานทานมาตอดวยหลายตว ตวตานทานทจะตองตอเขาทอกขวหนงเพอใหเกดความสมดลจะตองมคาเทากบการตอขนานของ ตวตานทานทกตวนน ดตวอยางในรปท 14

ในปจจบนมออปแอมปทใชเฟทเปนอนพทอยหลายตว ทนยมใชแพรหลายกนดในตารางท 1 ออปแอมปชนดน จะมกระแสไบแอสทอนพทต ามาก จนไมท าใหเกดปญหาในการใชงาน

กระแสออฟเซททางอนพท

ตามปกตกระแสไบแอสทไหลเขาขวบวกและลบของออปแอมปจะไมเทากนทเดยวนก ความแตกตางของกระแสทงสองน เรยกวากระแสออฟเซททางอนพทของออปแอมป ยกตวอยางเชน กระแสไบแอสทไหลเขาทางขวบวกเปน 110 µA และทขวลบเปน 90µA เราจะเขยนวากระแสไบแอสเทากบ 100 µA และกระแสออฟเซททางอนพทเทากบ 20 µA เปนตน

รปท 15 แสดงผลของกระแสออฟเซท

รปท 15 จะแสดงใหเหนวากระแสออฟเซทน จะท าใหเกดแรงดนออฟเซทขนทขวเอาทพทไดโดยยงไมคดผลของกระแสไบแอส การหลกเลยงไมใหเกดแรงดนออฟเซทเนอง มาจากกระแสออฟเซทน สามารถท าไดโดยการลดขนาดของคาความตานทานในวงจรลง อนจะเปนผลท าใหแรงดนตกครอมมขนาดเลกลง

ออปแอมปทใชงานทวไป จะมขนาดของกระแสออฟเซทมากนอยตามขนาดของกระแสไบแอส แตถาเปนออปแอมปคณภาพด จะมกระแสออฟเซทนอยเปนไมกสบเทา ของกระแสไบแอสยงถาเปนออปแอมปชนดทอนพทเปนเฟท จะมกระแสไบแอสนอยมาก ท าใหกระแสออฟเซทยงนอยลงไปใหญ จนไมจ าเปนตองค านงถง และถาใชออปแอมปชนดน ในงานความถสง ควรตอขวบวกของออปแอมปลงกราวนดโดยตรง เพอใหผลตอบสนองเชงความถดขน

แตจดออนของออปแอมปชนดทอนพทเปนเฟท จะอยทคณสมบตเปลยนตามอณหภมอยางรวดเรว ลองดจากคมอของออปแอมป ชนดทมอนพทเปนเฟทนน แลวเปรยบเทยบคากระแสไบแอสและกระแสออฟเซททางอนพท ทอณหภม 20 องศา และ 70 องศา จะเหนวาแตกตางกนมาก บางตวท 70 องศา จะมกระแสไบแอสมากกวา ออปแอมปชนดอนพทเปนทรานซสเตอรเสยอก

ลองดตารางเปรยบเทยบคณสมบตของออปแอมปในตารางท 1 จะเหนวากระแสไบแอสและกระแสออฟเซท จะเพมขนอยางรวดเรวตามอณหภมการเพมนจะมากถง ขนาดหลายรอยหลายพนเทา และเปนเงอนไขเดยวทท าใหกระแสเพมขนมากทสดในบรรดาคณสมบตอน ๆ

ฉะนนจงควรทดสอบวงจรทตองการอนพทพแดนซสง ๆ และทดสอบทอณหภมสงดวย แลวท าการวดผลของกระแสไบแอสน จงจะท าใหเกดความมนใจในการใชงานได ส าหรบคณสมบตทางดานอนจะเปลยนแปลงตามอณหภมเชนกน แตจะไมมากเทากบกระแสไบแอสน

ลกษณะสมบตเชงความถ

คณสมบตขอนเรยกวาเปนตวก าหนดความสามารถของออปแอมปทเดยว ออปแอมปจะดไมดกมกดกนทลกษณะเชงความถน

แตมคณสมบตอกขอหนงทมกจะดควบคกนไปคอ สลวเรท (Slew rate) สลวเรท หมายถง ความสามารถในการใหเอาทพท เพอไลใหทนการเปลยนแปลงทางอนพท ทปอนเขามา ถาปอนแรงดนรปคลนสเหลยมซงมแอมปลจดใหญใหกบออปแอมป แลววดดความเรวในการขนลงของรปคลนทางเอาทพทจะไดเปนคาสลวเรทออกมา

ตวอยางเชนเอาทพทใหแรงดนทเปลยนแปลงไป 10 V ในเวลา 0.1 mS แสดงวามสลวเรท เทากบ 10 / 0.1 µS = 100V / µS คลนสามาเหลยมความถ 1Hz ขนาด 1 Vpp จะมสลวเรทเทากบ 0.5 V / 0.25 µS หรอ 2 V / Sec แตถาขนาดเพมเปน 10 Vpp คาสลวเรทจะเปน 5 V / 0.25 Sec หรอ 20 V / Sec นนเอง ซงจะเพมขนถง 10 เทาตว อตราการเปลยนแรงดนนเราเรยกวา สลวเรท

รปท 16 จะเหนวารปคลนทเหมอนกน ความถเทากนแตขนาดตางกน สลวเรทจะไมเทากน

จากรปท 16 การเพมความถหรอเพมขนาดสญญาณ ใหออปแอมป จะเปนปญหาทางดานสลวเรททงสน การปอนกลบจะท าใหผลตอบสนองความถของวงจรขยายดขนจรง แตจะไมท าใหสลวเรทสงขนเลย แนวความคดของการใชวงจรปอนกลบในสมยกอนนน มจดมงหมายเพอปรบปรงผลตอบสนองทางความถใหดขน ตามรปท 17 แตการใชงานออปแอมปในปจจบน มกจะไมค านงถงผลตอบสนองความถมากนกบางครงเพอใหไดอตราขยายของระบบสงขน อาจจะตองท าใหผลตอบสนองความถเลวลง โดยพยายามไมใหเกดการออสซลเลทเกดขนไดงาย

รปท 17 แสดงผลของการปอนกลบ

ปญหาทเกยวของกบสลวเรท คอการทจะใหรปคลนทสมบรณมขนาดใหญไดเทาใด ในขณะทความถสงขน ซงไมเกยวของกบผลตอบสนองทางความถเลย

รปท 18 อตราสลวเรททดท าใหไดรปซายนทไมผดเพยนจากการขยาย

ลองดในรปท 18 การทออปแอมปจะสามารถผลตสญญาณรปซายนความถ 1 MHz ขนาด 20 Vp-p ไดนน ออปแอมปจะตองมสลวเรทดถง 62.8 V / µS

ออปแอมปเบอร LM741 ทนยมใชกนนน มสลวเรทเพยง 0.5 V / µS ถาจะน ามาผลตรปคลนซายนทมขนาด 20 Vp-p กคงจะไดความถเพยงประมาณ 10 KHz เทานนเอง แตถาใช LM741 เปนบฟเฟอรทมอตราขยายเพยง 1 เทา และพยายามผลตสญญาณใหได 1 MHz กจะไดขนาดสญญาณเพยง 0.1 V เทานน

รปท 19 แสดงขดความสามารถของโทนคอนโทรล

เปรยบเหมอนการพยายามใชโทรคอนโทรล ในการปรบใหเครองขยายเสยงทมก าลงนอยขบเสยงต าใหดงขน ตามในรปท 19 นนเอง

แตถาสลวเรทดกไมไดหมายความวาผลตอบสนองทางความถจะดตามไปดวย ออปแอมปในสมยแรก ๆ นยมใชเบอร LM709 ซงเปนออปแอมปเบอรทมสลวเรท 2 V / µS แตในการใชงานทกครงจะตองตออปกรณ เพอชดเชยเฟสเสมอ ซงจะมผลท าใหคาสลวเรทต าลงจนอาจจะเลวกวา LM741 ซงมสลวเรทเพยง 0.5 V / µS ดรปท 20 ประกอบ

การชดเชยเฟส มกจะท าใหคาสลวเรทต าลง แตกมวธชดเชยทจะไมท าใหสลวเรทต าลง บางครงอาจท าไดดขนดวย แตถาใชออปแอมปหลายตวท างานรวมกน จะท าใหเกดปญหาเรองเสถยรภาพของการท างานได

รปท 20 แสดงการชดเชยเฟสของออปแอมปเบอร LM709

จากรปท 20 จะเหนวา การชดเชยเฟสให LM709 จะท าใหผลตอบสนองความถดขน แตจะท าใหสลวเรทเลวลง เนองจากผลของตวเกบประจทใชในการชดเชย ดผลจากรปท 21

รปท 21 แสดงความสมพนธระหวางอตราการขยายกบสลวเรท

การชดเชยเฟสจะตองตออปกรณภายนอก แตคา C และ R ทเหมาะสมจะตองปรบไปตามอตราการขยายทตองการ

ออปแอมปในปจจบนนน จะมวงจรชดเชยเฟสใสไวภายในตวไอซ ไมจ าเปนจองตออปกรณภายนอก และไมจ าเปนตองเปลยนขนาดของอปกรณตามอตราขยายทได แตถาใชในกรณทอตราการขยายสงมาก จะท าใหผลตอบสนองความถเลวลงไปได

ออปแอมปความเรวสง กมการชดเชยเฟสภายในเชนเดยวกน แตการชดเชยจะนอยทสด ดงนนในบางครงอาจจะตองตออปกรณภายนอกชวย เชน เมอใชกรณทอตราการขยายสงไมตองตออปกรณชดเชย แตถาอตราการขยายต าจะตองตอตวเกบประจชดเชยเปนตนดรปท 22 ประกอบ

รปท 22 อตราการขยายของออปแอมปมผลท าใหผลตอบสนองความถของออปแอมปเปลยนไป

ถาใชออปแอมปความเรวสง ทอตราการขยายเพยง 1 จะตองตออปกรณชดเชยใหหลายตว มฉะนนการท างานจะขาเสถยรภาพ (ออสซสเลทไดงายมาก) การใสตวเกบประจเขาไปเพอชดเชยจะท าใหสลวเรทเลวลง และคณสมบตการตอบสนองความถในยานความถสงจะเกดยอดท าใหไมเปนผลดตอการใชงาน

รปท 23 แสดงการตอตวเกบประจชดเชยเฟสขนานเขากบตวตานทานปอนกลบ

การชดเชยเฟสในรปท 23 จะใชการตอตวเกบประจ ครอมตวตานทานทใชในการปอนกลบซงเปนวธทนยมใชกนมาก จากในรปจะเหนวา ในยานความถสงจะท าใหเสมอนเกดลดวงจรทตวเกบประจ เปนผลใหวงจรขยายแบบไมกลบขว จะมอตราการขยายเหลอเพยง 1 และวงจรขยายแบบกลบขวจะมอตราการขยายเปนศนย ถาปอนกลบมากเกนไป จะท าใหออสซลเลทงาย แตถาปอนกลบนอยไปจะท าใหอตราขยายสงเกนไป

รปท 24 แสดงการชดเชยเฟสทท าใหสลวเรทไมเลวลง

วธการชดเชยเฟส โดยไมท าใหสลวเรทเลวลง แสดงในรปท 24 รป ก. การตอตวเกบประจจะท าใหสลวเรทเลวลง แตรป ข. สลวเรทไมเลวลง ในยานความถต าตวเกบประจขนาด 0.01µF จะมอมพแดนซสง จนละเลยได แตในยานความทสงจะเปรยบเหมอนลดวงจร ท าใหอตราการขยายของวงจรยงเทาเดม คอประมาณ 30 เทา ขนาดของการปอนกลบจะลดลง จงไมจ าเปนตองมการชดเชยเฟส

กลบมาพบกนอกครงแลวนะครบ ซงในบทความนกจะขอกลาวถงพนฐานการออกแบบวงจรดวยอปกรณทเรยกวา ออปแอมป (Op-Amp : Operational Amplifier) นะครบ โดยเราจะเรมจากการศกษาและท าความเขาใจเกยวกบความรพนฐานของออปแอมป กอนนะครบ ตอจากนนกจะขอกลาวถงพนฐานในการค านวณของออปแอมป ครบ กอนทจะน าพนฐานทไดศกษานไปท าการออกแบบวงจรทใชออปแอมป มาเปนสวนประกอบของวงจรตอไปนะครบ เพอทจะท าใหผทไดอานหรอผทไดท าการศกษาเกดความเขาใจมากยงขนนนเองครบ กอนทจะน าไปประยกตใชงานในระดบทสงขนตอไปครบ… มาเรมจากความรพนฐานทเกยวกบออปแอมปกนเลยนะครบ ..??

ความรพนฐานทเกยวกบออปแอมป (Op-Amp)

ถาจะกลาวถงอปกรณออปแอมป(Op-Amp)นน กสามารถทจะอธบายไดดงนครบ โดยอปกรณออปแอมปนนจะเปนอปกรณทางอเลกทรอนกสชนดหนงครบ ทสรางขนมาโดยโครงสรางภายในนนจะประกอบดวยสารกงตวอยหลายชนดครบ เชน อปกรณทรานซสเตอร(BJT) อปกรณมอสเฟต(MOSFET) อปกรณไดโอด(Diode) และยงมตวตานทาน(R) โดยอปกรณทงหมดนจะถกประกอบและตอรวมกนทอยในรปของวงจรรวมนนเองครบ ทเรารจกกนดในชอทเรยกวา ไอซ (IC : Integrated Circuit) ซงวงจรรวมทไดนนะครบจะมลกษณะของวงจรเปนวงจรขยายสญญาณ โดยมอตราการขยายแรงดนทสงครบ หรอทเรยกวา (Voltage Gain) ซงเราสามารถเขยนสญลกษณของออปแอมป ทแสดงถงลกษณะโครงสรางพนฐานของอปกรณออปแอมป(Op-Amp) ดงแสดงใน รปท 1

รปท 1 ลกษณะโครงสรางพนฐานของอปกรณออปแอมป(Op-Amp) จากในรปท 1 จะเหนถงลกษณะโครงสรางพนฐานของอปกรณออปแอมป(Op-Amp) ซงคณสมบตโดยทวไปของออปแอมปนนจะมคณสมบตพนฐานดงนครบ คอ อนพตอมพแดนซจะมคาทสง ,เอาตพตอมพแดนซจะมคาต า และอตราขยายแรงดนจะมคาทสงมาก นนเองและถาดจากลกษณะโครงสรางพนฐานของอปกรณออปแอมป(Op-Amp) นนจะประกอบดวยขาทจะน ามาใชงานดงตอไปน คอ 1. ขา Inverting ซงเปนขาอนพตของออปแอมป โดยมไวเพอปอนสญญาณ ทเปนไดทงสญญาณไฟกระแสตรงและสญญาณไฟกระแสสลบ ซงสญญาณทถกปอนเขาไปทขา Inverting น เรากจะไดสญญาณทตรงกนขามหรอกลบเฟสทจะออกมาทางขา Output 2. ขา Non-Inverting ซงเปนขาอนพตของออปแอมป โดยมไวเพอปอนสญญาณ ทเปนไดทงสญญาณไฟกระแสตรงและสญญาณไฟกระแสสลบ ซงสญญาณทถกปอนเขาไปทขา Non-Inverting น เรากจะไดสญญาณทไมกลบเฟสหรออนเฟสทจะออกมาทางขา Output 3. ขา Output ซงเปนขาเอาทพตของออปแอมป โดยมไวเพอบอกถงสภาวะการท างานของออปแอมป ซงจะ

เกดขนจากการทเราท าการปอนสญญาณเขาทขาอนพตทงสองของออปแอมป 4. ขา +V ซงเปนขาปอนไฟบวก โดยจะมคาแรงดนไฟประมาณ 9 V ถง 18 Vซงโด ยทวไปแลวเราจะใชแรงดนไฟประมาณ 15 V ครบ 5. ขา -V ซงเปนขาปอนไฟลบ โดยจะมคาแรงดนไฟประมาณ -9 ถง -1 V 8 V ซงโดยทวไปแลวเราจะใชแรงดนไฟประมาณ -15 V ครบ แตในสวนของการทจะน าอปกรณออปแอมป(Op-Amp) ไปใชงานและมการใชงานทเกดประสทธภาพสงสดนน เราจะตองท าความเขาใจในคณสมบตของออปแอมปดงตอไปน คอ คณสมบตของออปแอมปในอดมคต ซงกสามารถทจะเขยนวงจรสมบรณไดดงในรปท 2

รปท 2 ลกษณะของวงจรสมบรณของออปแอมปในอดมคต จากรปท 2 จะเปนลกษณะของวงจรสมบรณของออปแอมปในอดมคต ซงถาพจารณาดแลวกจะเหนวาขาบวก(+) และขาลบ(-) นนตอไมครบวงจร จงสงผลใหกระแส และกระแส นนไมส ามารถทจะไหลออกจาก และ ไดนนเอง ซงกหมายความวาคาของกระแสทไหลเขาขาอนพทของออปแอมปทงสองขานนมคาเปนศนยนนเอง หรอจะกลาวอกนยหนงกคอไมมกระแสทไหลเขาทขาอนพทของออปแอมปครบ และถาเราพจารณาถงคาของความตานทานทขาอนพทของออปแอมป หรอคาความตานทานอนพทกจะพบวามนจะมคาเปนอนนต และในสวนของอตราขยายแรงดนลปเปด หรอทเราเรยกวา (Open-Loop-Gain : ) กจะมคาเปนอนนต และคาความตานทานเอาทพทนนจะมคาเปนศนยนนเอง ซงทงหมดทไดกลาวนกคอออปแอมปในอดมคต

แตในทางปฏบตนนมนไมไดเปนไปตามคณสมบตของออปแอมปในอดมคตนะครบ เพราะวาเราสามารถทจะท าการสรางหรอออกแบบออปแอมปในอดมคตได แตเราสามารถทจะสรางและออกแบบออปแอมปทจะน ามาใชงานจรงใหมคณสมบตทใกลเคยงกบออปแอมปในอดมคตได ซงกไดแสดงไวในตารางท 1 โดยเปนการเปรยบเทยบคณสมบตของออปแอมปทจะน ามาใชงานจรงกบออปแอมปในอดมคตนนเอง ซงจะเหนไดวามพารามเตอรหลายตวครบทเกยวของกบตวอปกรณออปแอมปทเราจะตองน าไปใชพจารณาในการออกแบบวงจรตอไป

ตารางท 1 แสดงการเปรยบเทยบคณสมบตของออปแอมปทใชงานจรงกบออปแอมปในอดมคต

รปท 3 ลกษณะของวงจรสมบรณของออปแอมปในการใชงานจรง

และจากรปท 3 กจะเปนลกษณะของวงจรสมบรณของออปแอมปในการใชงานจรง ซงถาพจารณาดแลวกจะเหนวาภายในนนกจะมตวตานทานทางดานอนพท และตวตานทานทางดานเอาทพท ตออยดวยครบ ซงกจะมคาอยคาหนง โดยทออปแอมปแตละเบอรนนกจะมคาดงกลาวนแตกตางกนไปครบ ดงเชนทไดแสดงการเปรยบเทยบคณสมบตของออปแอมปทใชงานจรงกบออปแอมปในอดมคต ไวในตารางท 1 นนเอง

รปท 4 กราฟแสดงชวงการท างานของออปแอมป

จากรปท 4 นนจะเปนกราฟทแสดงถงชวงการท างานของออปแอมป โดยจะแบงออกไดเปน 3 ชวงการท างานดวยนะครบ คอ

- ชวงการท างานในสภาวะอมตวดานบวก หรอเรยกวา (Positive Saturation)

- ชวงการท างานในสภาวะอมตวดานลบ หรอเรยกวา (Negative Saturation)

- ชวงการท างานในสภาวะเชงเสน หรอเรยกวา (Linear Region)

ดงแสดงในรปท 5 เพอทจะไดเหนถงคาพารามเตอรบางสวนของออปแอมปครบ

รปท 5 แสดงถงคาพารามเตอรบางสวนของออปแอมป เบอร UA741

- พนฐานการค านวณอปกรณออปแอมป(Op-Amp)

ในหวขอนเราจะขอกลาวถงพนฐานการค านวณทส าคญ ๆของตวอปกรณออปแอมป (Op-Amp) นะครบ เพอใหเกดความเขาใจมากยงขนนะครบ ซงในสวนแรกนจะขอกลาวถงการค านวณหาคาตาง ๆทส าคญของอปกรณออปแอมป(Op-Amp)

มาดกนเลยนะครบ

จากสมการท 1 และสมการท 2 ถาก าหนดใหอปกรณออปแอมป(Op-Amp) มขอมลดงตอไปนกจะสามารถแสดงวธการค านวณหาคาแรงดนเอาทพท ไดดงนครบ ดงแสดงใน รปท 6

รปท 6 แสดงการค านวณหาคาแรงดนเอาทพท ของอปกรณออปแอมป

จากการค านวณกจะเหนไดวาคาแรงดนเอาทพท ทไดนนมคาสงมากครบ คอ 200,000V ซงไมมทางเปนไปไดครบ

เพราะวาแรงดนเอาทพท ทจะไดออกมานนไมมทางมากไปกวาแรงดน และ ดงนนกสามารถทจะสรปไดวาคาแรงดนเอาทพท นนจะมคาประมาณ นนเองครบ

และในสวนทสองนกจะขอกลาวถงการค านวณหาคาแรงดนระหวางขาอนพท ซงจากสมการท 2 ถาก าหนดใหอปกรณออปแอมป(Op-Amp) มขอมลดงแสดงในรปท 10

รปท 7 แสดงการค านวณหาคาแรงดนระหวางขาอนพท ของอปกรณออปแอมป จากการค านวณกจะเหนไดวาถาอปกรณอปกรณออปแอมป มคาแรงดนระหวางขาอนพท เทากบ กจะท าใหเราไดคาแรงดนเอาทพท ออกมามคาเทากบ ไดนนเองครบ ซงการทจะน าออปแอมปไปใชงานนนตองเขาใจถงการท างานของตวออปแอมปนะครบ เพอทจะไดน าออปแอมปไปประยกตใชงานไดอยางมประสทธภาพนนเองครบ - พนฐานการออกแบบวงจรดวยอปกรณออปแอมป(Op-Amp) ในสวนของหวขอนกจะขอกลาวถงพนฐานการออกแบบวงจรดวยอปกรณออปแอมป (Op-Amp) นะครบ โดยจะไดน าเอาหลกการท างานและคณสมบตของอปกรณออปแอมป (Op-Amp) ทกลาวไวในตอนตนมาใชในการสรางวงจรตางๆ กนดนะครบ เพอใหเกดความเขาใจในอปกรณออปแอมป (Op-Amp) นมากขนนะครบ มาดกนเลยนะครบ วงจรทจะขอกลาวกคอวงจรตามสญญาณแรงดน (Voltage Follower) ,วงจรขยายสญญาณแบบกลบเฟส(Inverting Amplifier) และวงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส(Non-Inverting Amplifier) มาดกนเลยนะครบ - การออกแบบวงจรตามสญญาณแรงดน (Voltage Follower) มวธการออกแบบดงน จากรปวงจรดงแสดงในรปท 8 เปนวงจรตามสญญาณแรงดน (Voltage Follower) ซงในการออกแบบวงจรน

จะขอก าหนดคาตางๆ ดงน ก าหนดให - แรงดน ทปอนใหวงจรมคาเทากบ - แรงดนอนพท ทปอนใหวงจรมคาเทากบ - และวงจรนใชออปแอมป(Op-Amp) เบอร UA741 ซงจากขอมลทก าหนดใหมานนเราจะท าการหาคาแรงดนเอาทพท ทจะไดจากวงจรวามคาเทาไรครบ

รปท 8 วงจรตามสญญาณแรงดน (Voltage Follower) มาเรมการวเคราะหวงจรทจะออกแบบกนเลยนะครบ เพอใหไดสตรทจะใชในการค านวณตอไปครบ ซงถาดจากวงจรในรปท 8 เรากจะเหนวาสญญาณแรงดนทางดานเอาทพทนนจะถกปอนกลบเขามาทขา Inverting หรอขา ของออปแอมปทางดานอนพทครบ โดยจะเหนวาออปแอมปทเราใชนเปนออปแอมปเบอร UA741 ซงจะมคาอตราขยายแรงดนลปเปด เทากบ 200,000 นนเองครบ โดยในทนจะก าหนดใหแรงดนอนพท มคาเทากบ โดยทคาแรงดนเอาทพท นนจะมคาทเพมขนเรอยๆ จนท าใหคาแรงดนระหวางขาอนพท นนมคาเปน และกจะท าใหแรงดนอนพทนนมคาเทากบแรงดนเอาทพทนนเอง การออกแบบวงจรขยายสญญาณแบบกลบเฟส(Inverting Amplifier) มวธการออกแบบดงน

รปท 9 วงจรขยายสญญาณแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier) จากรปวงจรดงแสดงในรปท 9 เปนวงจรขยายสญญาณแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier) ซงในการออกแบบวงจรนจะขอก าหนดคาตางๆ ดงน ซงจากขอมลทก าหนดใหมานนเราจะท าการหาคาแรงดนเอาทพท ทจะไดจากวงจรวามคาเทาไรครบ มาเรมการวเคราะหวงจรทจะออกแบบกนเลยนะครบ เพอใหไดสตรทจะใชในการค านวณตอไปครบ ซงถาดจากวงจรในรปท 9 เรากจะเหนวาวงจรนจะใหสญญาณแรงดนทกลบเฟสนนเองครบ โดยสญญาณแรงดนทางดานเอาทพทนนจะมความตางเฟสไปจากสญญาณแรงดนทางดานอนพทอย 180 องศานนเองครบ และถาพจารณาทขวแรงดน กจะพบวามคาแรงดนเทากบศนยครบ และในสวนของตวตานทาน และตวตานทาน นนกจะท าหนาทเปนวงจรแบงคาแรงดนทเกดขนระหวางคาแรงดนเอาทพท กบคาแรงดนอนพท นนเอง - การออกแบบวงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส(Non-

Inverting Amplifier

มวธการออกแบบดงน

เทคนคการเลอกใช ออปแอมป

ออปแอมป (Op-Amp) เปนอปกรณทจะพบเหนไดทวไปในสวนวงจรอะนาลอกของหลายๆระบบ ออปแอมปในปจจบนมใหเลอกใชมากมายจนตาลาย เมอนกออกแบบจะเลอกออปแอมปมาใชสกตว กตองลดจ านวนตวเลอกลงโดยพจารณาจากเกณฑ หรอคณสมบตบางประการ แตคณสมบตของออปแอมปนน มเคลดลบและเทคนคในการเลอกอย ซงถาเลอกผดอาจจะท าใหไดตวเลอกทไมดพอ หรอผดพลาดไปเลย

รปท 10 วงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส(Non-Inverting Amplifier) จากรปวงจรดงแสดงในรปท 10 เปนวงจรขยายสญญาณแบบไมกลบเฟส (Non-Inverting Amplifier) ซงในการออกแบบวงจรนจะขอก าหนดคาตางๆ ดงน

Micropower

ออปแอมปชนดกนก าลงไฟต า (Low-power) ทมการกนกระแสในสภาวะปกต (quiescent current) ประมาณ 1 A หรอต ากวาน เปนทนยมใชในอปกรณทตองการประหยดพลงงาน หรอพวกทใชแบตเตอร

หากพจารณาในแงของการประหยดพลงงาน โดยการท าใหกระแสในสภาวะปกตนนต า ความตานทานปอนกลบ (feedback resistor) จะเลอกใชกนทคาสงๆ ในยานเมกะโอหม (megaohm) เลยทเดยว ซงผลขางเคยงคอ สญญาณรบกวนสงขน และความแมนย าต าลง (accuracy)

นอกจากนนแลว ออปแอมป ทโฆษณาวาประหยดพลงงานแบบสดๆ ทงหลาย (ultra-low-supply-current) มกจะมการตอบสนองทชามากๆ มแบนดวดทต า ซงเหมาะส าหรบสญญาณชาๆ หรอความถต า มากกวา นกออกแบบจะตองระวงไววา เนองจากการทมนกนพลงงานต า พลงงานทมนจะจายได (output current) กยอมจะต าลงตามไปดวย รวมถงคาประจของโหลดทสามารถขบได (capacitive load) กจะต าลงไปดวยเชนกน

ยงไปกวานน นกออกแบบตองระวงเรองระดบสญญาณรบกวนดวย เพราะสญญาณรบกวนในออปแอมปก าลงงานต านนเยอะ ไมเหมาะทจะใชในงานทตองการความเทยงตรงสงเอาซะเลย

ทางเลยงส าหรบการใชงานในวงจรทตองการความแมนย าและเทยงตรงสง และตองการพลงงานต า คอการปดๆเปดๆออปแอมป โดยใชขา Enable หรอ Shutdown ของตวไอซ เพอการประหยดพลงงาน และสามารถชวยยดอายการใชงานของออปแอมปไดอกหลายปดวย

Bandwidth

การแลกเปลยนแบบไดอยางเสยอยาง ระหวาง ความเรว และ ประหยดพลงงาน นนเกดขนในหลายๆจดของการออกแบบวงจร รวมถงการเลอกใช ออปแอมปดวย โดยทวไปแลว ออปแอมปตองการพลงงานมาก เพอทจะตอบสนองความถในชวงกวางขน แตถงอยางไร กมชวงความถใหเลอกหลากหลาย ส าหรบชวงการกนกระแสปกต (quiescent current) ทนกออกแบบตองการ

ออปแอมปบางตว จะมการชดเชยอตราสวนของ ความเรว และ พลงงาน ทดมาก แตอาจจะมขอเสยแอบแฝง การปรบปรงหรอชดเชยอตราสวนของ ความเรว /พลงงาน จะถกแลกดวยความสามารถในการขบคาประจของโหลด (capacitive load) ต าลง

วธหนงทผออกแบบไอซท าเพอจะเพมอตราสวนของ ความเรว/พลงงาน โดยการชดเชย (decompensated) ในการออกแบบไอซออปแอมป สามารถบงบอกวาไอซตวไหนมการออกแบบแบบ decompensated ไดโดยดทคณลกษณะในสวนของ อตราขยายต าสดทเสถยร (minimum stable gain) หรอค าพดในดาตาชททสอท านองน เชน "for G > 3"

ออปแอมปชนดนจะใหผลไดดทสด ถาถกใชงานในวงจรทมอตราขยายเทากบ หรอสงกวา อตราขยายต าสดทก าหนดไว แตกมขอควรระวง การใชตวเกบประจปอนกลบ (feedback capacitor) เพอทจะควบคมแถบความถทตอบสนอง จะสงผลใหออปแอมปมอตราขยายเปนหนง เมอท างานทความถสง และอาจท าใหเกดความไมเสถยรได

วงจรชนดพเศษ เชน วงจรกรองความถ หรอวงจรทมการปอนกลบซบซอน (feedback networks) แบบแปลกๆ อาจจะไมเสถยรเมอใชออปแอมปชนด decompensated หากวาเราไมแนใจกสามารถทดสอบไดกบสญญาณพลส (pulse) ถามการสนของเอาทพตมากเกนไป ควรพจารณาเลอกออปแอมปอตราการขยายเปนหนง (unity gain) ทวๆไปแทน

Rail-to-rail op amps

rail-to-rail คอระดบแรงดนตงแตระดบไฟเลยงดานลบ จนถงระดบไฟเลยงดานบวกเลย นกออกแบบมกจะถามหาคณสมบตแบบ rail-to-rail เมอเลอกใชออปแอมป มนเปนทางเลอกทคอนขางเหนบอย เนองจากในอปกรณหลายๆประเภท ตองการใหมสญญาณออกทมชวงกวางของระดบแรงดนสงทสด แตในความเปนจรงแลว บางวงจรอาจจะไมตองการใหชวงแรงดนกวางเทากบไฟเลยงกได นอกจากนนยงอาจมผลเสยตอวงจรไดอกดวย

ค าวา rail-to-rail สอความหมายวา ออปแอมปตวนนมความสามารถในการรบระดบสญญาณเขาไดกวาง และขบสญญาณออกไดกวาง ส าหรบ Rail-to-rail output นนมความหมายเปนเชงประมาณ ไมมมาตรฐานอตสาหกรรมใดๆมาก าหนด วา rail-to-rail output ควรจะขบแรงดนไดกวางเทาไหร เพราะมนขนอยกบโหลด แรงดนขาออกของ rail-to-rail output อาจแกวงอยในชวงไมกมลลโวลท ถงหลายรอยมลลโวลท จากระดบไฟเลยง

ออปแอมปบางตว ท ามาเพอการใชงานทแรงดนสง อาจจะมการแกวงของแรงดนขาออกประมาณ 1V จากระดบไฟเลยงได ขอใหพจารณาดาตาชทใหดๆ มองไปมากกวาแค 'ราคาคย' ในสวนแรกหรอหนาปกของดาตาชท เพอใหไดรความกวางของการแกวงของแรงดนขาออก ส าหรบสภาวะโหลดทตองการ

อกอยางทควรระวง คอการทผผลตใชวธการทดสอบไอซทแตกตางกน บางรายใชวธ กระแทกกระทน เพอจะวดการแกวงของแรงดนขาออก ในการทดสอบแบบน ออปแอมปจะถกขบดวยแรงดนทเกนขนาด (overdriven) เพอใหไดแรงดนขาออกสงสด

ออปแอมปทออกแบบมาเพอใชในกบสญญาณความละเอยดสง (precision signal) จะรบรองใหไดคาอตราการขยายแบบเปดวงจร (open-loop gain) ทดในระหวางการทดสอบการแกวงของแรงดนขาออก ซงสงนท าใหแนใจไดวา สญญาณทแมนย าและไมบดเบยนจะถกสงผานมาทขาออก ในสภาวะแรงดนทใกลกบระดบไฟเลยง

ส าหรบ Rail-to-rail input นนหมายถงวา สญญาณขาเขาสามารถเปนเทาไหรกไดระหวางระดบแรงดนไฟเลยงทงบวกและลบ (หรออาจจะนอยกวา 100mV จากไฟเลยง) rail-to-rail input นมกจะเปนทตองการในกรณทอตราการขยายเปน 1 หรอบฟเฟอรนนเอง มนไมจ าเปนส าหรบวงจรอตราขยายทมากกวาหนง สวนวงจรขยายกลบขว (inverting amplifier) นน ไมตองการ rail-to-rail input

การทางานทแรงดนตา (Low-voltage operation)

การท างานทแรงดนต าเปนปจจยทตองพจารณาอยางมาก สญญาณแรงดนทแกวงแมเพยงมลลโวลทจะมผลกระทบมาก ออปแอมปทไมใช rail-to-rail จะตองเลอกใหด เพราะอาจจะท าใหชวงการท างานนนแคบเกนไป ชวงของแรงดน การแกวงของแรงดนขาออก อาจจะแตกตางกนในแตละไอซ และแปรผนกบอณหภมภายนอกดวย

ความแมนยา (Precision)

ความแมนย ามกจะถกระบไวในความตองการของการออกแบบ ควรพจารณาคาออฟเซต (offset voltage) และการเปลยนแปลงตามอณหภมของคาน การผลตไอซใหไดคาออฟเซตต าท าไดโดยกระบวนการปรบแตงโดยเลเซอรในระหวางการผลต (Trimming) ควรพจารณาคาคลาดเคลอนโดยรวมของคาออฟเซตตามอณหภม เพอใหไดการออกแบบททนทานและมนคง คาออฟเซตเรมตนทต าอาจจะเหมาะสมหรอไมเหมาะสมกได แลวแตความตองการของคาเบยงเบนอตราขยาย (amplifier drift) และชวงอณหภมทใชงานออปแอมปทประกอบดวย bipolar transistor ทขาเขา มกจะมคาแรงดนออฟเซตและคาเบยงเบนทดกวา ไอซทผานกระบวนการปรบแตง (trim) ทมคาออฟเซตต า กอาจจะมคาเบยงเบนต าไปดวย แมวาดาตาชทหลายตวจะไมบอกขอมลดานการผลต แตเราสามารถสงเกต bipolar input ไดจากการทมนมกระแสไบอสขาเขาทมากกวา ปกตแลวจะประมาณ 1nA หรอมากกวา ไอซแบบทเปน CMOS input โดยสวนมากแลวจะมกระแสไบอสขาเขาในชวง 10-100 pA ส าหรบความแมนย าสงมากๆ ออปแอมปแบบ auto-zero หรอ chopper จะ

ท าใหไดคาออฟเซตและคาเบยงเบนทต ามาก เนองจากมนใชเทคนคทปรบแตงความสมดลยภายในตลอดเวลา มนสามารถคงคาออฟเซตทใกลเคยงศนยในชวงอณหภมทกวาง และยงเปลยนแปลงนอยมากในชวงอายการใชงานอกดวย

ทมาของออฟเซตอกแหลงคอกระแสไบอสขาเขา บอยครงทจะเขาใจผดวามนเปน input impedance ความจรงแลวประเดนคอ การมกระแสขนาดเลกไหลเขามาทอนพตกระแสไบอสขาเขา คอกระแสขนาดเลกทไหนเขาหรอออกจากขาอนพตทงสองของออปแอมป ไหลผานตวตานทานของแหลงจาย และปอนกลบมาจนครบวงจร ท าใหเกดแรงดนออฟเซตและการเบยงเบนได

ออปแอมปแบบ CMOS และ FET input สามารถลดคากระแสไบอสขาเขานได จนใกลเคยงกบระดบทไมมผลกระทบตอวงจรปกต อาจจะมผลแตกบวงจรทมคา impedance สงมากเปนพเศษเทานน แตกตองพจารณาเรองอณหภมดวยเชนกน เนองจากกระแสไบอสขาเขาของออปแอมปแบบ CMOS และ FET นจะเพมขนแบบ exponential ตามอณหภม (เทาตวทกๆ 10C) ใหดกราฟกระแสไบอสขาเขาเทยบกบอณหภมในดาตาชท

สญญาณรบกวนตา (Low noise)

วงจรประสทธภาพสงสวนใหญแลวจะตองการใหมสญญาณรบกวนต า นกออกแบบมกจะมงเนนไปทคาสญญาณรบกวนเพยงตวเดยว คอแรงดนรบกวน โดยคดวานนคอแหลงก าเนดตวหลกของสญญาณรบกวนการขยาย อยางไรกตาม ประสทธภาพสญญาณรบกวนโดยรวมนน เกดจากการรวมของแหลงสญญาณรบกวนหลายตว ทงแรงดนรบกวน และกระแสรบกวน กระแสรบกวนของออปแอมปนน กอใหเกดแรงดนรบกวนเมอมนไหลผานความตานทานภายในวงจร นอกจากนน ในตวความตานทานตางๆ ยงมสญญาณรบกวนทเกดจากอณหภมภายใน ซงแปรผนตามรากทสองของคาความตานทานนน

การแสวงหาสญญาณรบกวนใหต าอาจท าใหคณหลงทางได ออปแอมปทมสญญาณแรงดนรบกวนต าๆนนจะเปน bipolar input (ไมใชแบบ CMOS หรอ FET input) ซงมผลทตามมาคอมนมกระแสรบกวนทสงกวา การจะใชประโยชนจากการมสญญาณรบกวนแรงดนต า คอตองออกแบบวงจรใหมคาความตานทานต าๆ (low impedance)

Package types

ไอซออปแอมปมทงแบบทมออปแอมป หนงตว สองตว สตว หรอมากกวา อยในไอซตวเดยว การเปลยนความตองการในการออกแบบ อาจจะท าใหตองเปลยนไอซ จ านวนไอซ และตองจดวางอปกรณบนบอรดใหม

ไอซ Package แบบใหมๆมใหเลอกมากมาย เพอลดขนาดของบอรด

ออปแอมปในหลายๆตระกล มใหเลอกวาจะมออปแอมปกตวในหนงไอซ ขอจ ากดของขนาดบอรดอาจท าใหคณตองสะดดจากแผนทวางไว ไอซทมออปแอมปสตว อาจจะดวาด แตการเดนลายทองแดงกจะซบซอนกวา

ไอซ Package แบบใหมๆมใหเลอกมากมาย เพอลดขนาดของบอรด ออปแอมปแบบเดยวมใหเลอกในแบบ SOT23 และเลกกวาคอ SC70 แบบคกมในแบบ SOT-23-8 ในขณะทแบบ WCSP นนยงเลกลงไปอก ตรวจสอบความสามารถในการผลตของคณกอนทจะเลอกใช เพราะคณอาจจะไมสามารถประกอบไอซตวเลกจวลงบอรดไดทกแบบ

ออปแอมป (Op-Amp, Operational Amplifier)

อปกรณทางอเลกทรอนกส 3 ขา ทมการท างานคลายกบแหลงจายแรงดนทถกควบคมดวยแรงดน (Voltage-Controlled Voltage Source, VCVS) ออปแอมปสามารถน ามาใชในการขยายสญญาณ , รวมสญญาณหรอน ามาท าเปนตวกระท าทางคณตศาสตร อาทเชน

โวลเตจแอมปลไฟเออร ซมมงแอมปลไฟเออร อนทเกรเตอร (Integrator) ดฟเฟอรเรนทเอเตอร (Differentiator)

แบบฝกหด

1. ความหมายของออปแอมป ขอใดถกตองทสด

ก. วงจรขยายสญญาณไฟสลบทใชในงานทวไป

ข. วงจรขยายสญญาณดจตอลทใชในคอมพวเตอร

ค. วงจรทท างานในภาพขยายเสยงของเครองขยาย

ง. วงจรขยายสญญาณไฟตรงทมอตราขยายสงมาก

2. อปกรณประเภทวงจรรวม มลกษณะขอใดทเหมาะสมทสด

ก. มตวตานทานตอรวมอยางเดยว

ข. มอปกรณสารกงตวน าประกอบรวม

ค. มหลอดสญญากาศตอรวม

ง. มตวเกบประจตอรวมอยางเดยว

3. คณสมบตพเศษของไอซออปแอมมลกษณะตามขอใด

ก. มหลายขาใชงาน

ข. ใชขยายสญญาณได 1 เทา

ค. เปนไอซทไมเปนเชงเสน

ง. มความตานทานทางอนพตสงมาก

4. ไอซดจตอลตางจากไอซอนาลอกอยางไร

ก. ไอซดจตอลสามารถเปรยบเทยบสญญาณทางอนพตได

ข. ไอซดจตอลมโครงสรางภายในเปนทรานซสเตอร

ค. ไอซดจตอลมโครงสรางภายในเปนตวตานทาน

ง. ไอซดจตอลมโครงสรางภายในเปนตวเกบประจ

5. ออปแอมป จดเปนไอซชนดใด

ก. ไอซตนตะขาบ

ข. ไอซดจตอล

ค. ไอซอนาลอก

ง. ไอซคอนโทรลเลอร

6. เครองคอมพวเตอรใชไอซชนดใดเปนสวนประกอบวงจร

ก ไอซอนาลอก

ข. ไอซดจตอล

ค. ไอซออปแอมป

ง. ไอซตนตะขาบ

7. จากรปในวงจรดานลาง IC ตวนมกขา

ก. 1 ขา

ข. 2 ขา

ค. 3 ขา

ง. 4 ขา

8. อปกรณทใชพมพวงจรเพอผลตไอซคออะไร

ก. ซลกอน

ข. คารบอน

ค เซรามก

ง. กระเบอง

9. โทรศพทเคลอนทหรอทเรยกวาโทรศพทถอปจจบนสามารถใชงานไดหลาย

อยางเชน ทง ดหนง ฟงเพลง เลนเกม นกเรยนคดวาใชไอซชนดใดเปนสวน ประกอบส าคญ

ก. ไอซตนตะขาบ

ข. ไอซอนาลอก

ค. ไอซดจตอล

ง. ไอซออปแอมป

10. เครองใชไฟฟาในขอใดไมมไอซเปนสวนประกอบของวงจร

ก. โทรทศน

ข. หมอหงขาวไฟฟา

ค. เครองเลนเกม

ง. เครองอานบารโคด