หน่วยที 4 คลิปเปอร์

Report
หน่ วยที่ 4
คลิปเปอร์
4.1 ไดโอดกับการใช้ งาน
4.2 ไดโอดสวิตซ์
4.3 ซีนเนอร์ ไดโอด
4.4 วงจรคลิปเปอร์
4.5 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ ออนุกรม
4.6 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ ออนุกรมร่ วมกับแบตเตอรี่
4.7 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ อขนาน
4.8 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ อขนานมีแบตเตอรี่ต่ออนุกรม
4.9 วงจรคลิปเปอร์ ตัดสั ญญาณ 2 ช่ วง
4.1 ไดโอดกับการใช้ งาน
ไดโอด (Diode) เป็ นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนาชนิดหนึ่งที่ผลิตมาใช้งาน
อย่างแพร่ หลาย ใช้กบั เครื่ องมืออุปกรณ์เครื่ องใช้ไฟฟ้ าและ
อิเล็กทรอนิกส์มากมาย ด้วยคุณลักษณะการทางานที่เหมือนสวิตช์ ใช้
งานง่ายมีสภาวะการทางายไม่ยงุ่ ยาก
คุณสมบัติในการทางานของตัวไดโอด ขึ้นอยูก่ บั สภาวะ
การจ่ายแรงดันไบอัสให้ตวั ไดโอด สภาวะการจ่ายแรงดันไบอัส
ให้ตวั ไดโอดมี 2 สภาวะ คือ
1. สภาวะไบอัสตรง (Forward Bias) เป็ นสภาวะที่ไดโอด
นากระแสหรื อทางาน
2. สภาวะไบอัสกลับ(Reverse Bias) เป็ นสภาวะที่ไดโอดหยุด
การทางาน
4.2 ไดโอดสวิตซ์
เป็ นไดโอดที่ทาหน้าที่เหมือนสวิตช์ไฟฟ้ า ทางานใน 2 สภาวะ
คือ สภาวะต่อวงจร (ON) และสภาวะตัดวงจร(OFF)
การทาให้เกิดสภาวะทั้งสองนี้ ขึ้นอยูก่ บั ลักษณะการจ่ายแรงดัน
ไบอัสให้ตวั ไดโอด ขณะจ่ายแรงดันไบอัสตรงให้ไดโอด ไดโอด
นากระแสเหมือนกับสวิตช์ต่อวงจร (ON) และขณะจ่ายแรงดันไบอัส
กลับให้ไดโอด ไดโอดไม่นากระแสเหมือนกับสวิตช์ตดั วงจร (OFF)
แม้วา่ ไดโอดสวิตช์ จะทางานเหมือนสวิตช์ไฟฟ้ า แต่กม็ ีส่วนที่
แตกต่างไปจากสวิตช์ไฟฟ้ าจริ งอยูบ่ า้ งตรงที่สวิตช์ที่ใช้ไดโอดทางาน
ในขณะที่ไดโอดได้รับไบอัสตรง ไดโอดจะเริ่ มนากระแสได้น้ นั
แรงดันไบอัสตรงที่ป้อนให้ ตัวไดโอดจะต้องมากกว่าค่าแรงดัน
แบตเตอรี่ สมมติระหว่างรอยต่อถูกเรี ยกว่า ค่าแรงดันเทรสโฮล
(Threshold Voltage;Vt) หรื อ อาจเรี ยกว่าแรงดันคัตอิน (Cutin
Voltage)
ค่าแรงดันดังกล่าว มีค่าไม่เท่ากัน ขึ้นอยูก่ บั ชนิดของสาร
กึ่งตัวนาที่นามาใช้ผลิตไดโอด ไดโอดชนิดซิลิคอน (Si) มี
ค่าประมาณ 0.5 V ถึง 0.8 V ใช้ค่าปานกลางประมาณ 0.6 V
หรื อ 0.7 V ค่าใดค่าหนึ่ง ไดโอดชนิดเจอร์เมเนียม (Ge) มี
ค่าประมาณ 0.2 V ถึง 0.4 V ใช้ค่าปานกลางประมาณ 0.3 V
ดังนั้นในการนาไดโอดไปใช้สวิตช์ ต้องคานึงถึงแรงดัน
ไบอัสที่จ่ายให้ตวั ไดโอด ต้องมีค่ามากกว่าค่าแรงดันเทรสโฮลด์
เสมอ ไม่วา่ จะเป็ นช่วงไบอัสตรงและช่วงไบอัสกลับ
รู ปกราฟคุณลักษณะของสวิตช์ไฟฟ้ ากับสวิตช์ไดโอด
4.3 ซีนเนอร์ ไดโอด
เป็ นไดโอดชนิดหนึ่ง มีโครงสร้างประกอบด้วยสารกึ่ง
ตัวนา 2 ชนิด คือ P และ N ต่อชนกัน มีขาต่อใช้งาน 2 ขา
คือ แอโนด (A) และ แคโถด (K) เช่นเดียวกับไดโอดแต่มี
โครงสร้างในส่ วนขบวนการผลิตแตกต่างกัน ทาให้คุณสมบัติ
ของซีนเนอร์ ไดโอด นาไปใช้งานได้ท้ งั ในช่วงไบอัสตรง และ
ไบอัสกลับ
ช่วงไบอัสตรง จะทางานเหมือนไดโอดธรรมดา ทาหน้าที่
เป็ นสวิตช์ไดโอด หรื อทางานในหน้าที่ต่างๆได้
ช่วงไบอัสกลับ ทาหน้าที่เป็ นตัวกาหนดแรงดันคงที่ให้วงจร
โดยใช้ค่าแรงดันพัง (Breakdown Voltage; VBR) หรื อแรงดันซี น
เนอร์ (Zener Voltage; Vz ) แรงดันตัวซีนเนอร์ ไดโอดมีมากมาย
หลายค่าให้เลือกใช้งานตั้งแต่ค่าต่าประมาณ 2.4 V ถึงค่าสูง
ประมาณ 200 V
รู ป ก ขณะจ่ายแรงดันไบอัสตรงซีนเนอร์ไดโอดทางานเหมือนสวิตช์ต่อวงจร
รู ป ข ขณะจ่ายแรงดันไบอัสกลับซีเนอร์ไดโอดทางานเหมือนแหล่งจ่ายแรงดัน
4.4 วงจรคลิปเปอร์
อาจจะเรี ยกว่า วงจรลิมิตเตอร์ (Limiter Circuit) เป็ น
วงจรตัดรู ปคลื่ นสัญญาณไฟสลับ ที่ ส่งเข้ามาให้มีรูปคลื่ นไฟ
สลับที่ออกเอาต์พตุ เปลี่ยนแปลงไปตามต้องการ โดยตัดรู ปคลื่น
ในลักษณะไม่เป็ นเชิงเส้น (Nonilear Wave Shaping)
อุปกรณ์ตวั หลักที่นามาใช้ทางานเป็ นวงจรคลิปเปอร์
เป็ นพวกอุปกรณ์สารกึ่งตัวนา เช่น ไดโอด ซีนเนอร์ ไดโอด
ทรานซิสเตอร์ และเฟต เป็ นต้น
รู ป หลักการวงจรคลิปเปอร์
คลื่นสัญญาณที่ป้อนเข้ามา เป็ นรู ปคลื่นสัญญาณไฟสลับ
ทุกชนิด เมื่อส่ งผ่านวงจรคลิปเปอร์ สญ
ั ญาณเหล่านั้น จะถูก
ตัดทิ้งไปบางส่ วน เหลือสัญญาณออกเอาต์พตุ ไม่เท่าเดิม
สัญญาณออกเอาต์พตุ อาจเหลือมาก ถูกตัดทิ้งไปน้อยหรื ออาจ
เหลือน้อย ถูกตัดทิ้งไปมาก ขึ้นอยูก่ บั การจัดวงจรคลิปเปอร์
และสามารถนาแหล่งจ่ายไฟตรงเข้าร่ วมในการตัดรู ปคลื่นด้วย
วงจรคลิปเปอร์ เบื้องต้นที่นิยมใช้งาน เป็ นชนิดไดโอด
คลิปเปอร์ สามารถแบ่งลักษณะวงจรไดโอดในการตัดสัญญาณออก
ได้ตามการจัดวางตัวไดโอดไว้ในวงจรเป็ น 2 ลักษณะ คือ
1.
2.
วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ออนุกรม
(Series Diode Clipper Circuit)
วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่อขนาน
(Shunt Diode Clipper Circuit)
4.5 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ ออนุกรม
ประกอบด้วยไดโอดต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน มีแรงดัน
ออกเอาต์พตุ ที่แรงดันตกคร่ อมตัวต้านทาน ลักษณะวงจร
เบื้องต้น เหมือนกับวงจรเร็ กติไฟเออร์แบบครึ่ งคลื่น สามารถ
กาหนดแรงดันออกเอาต์พตุ ช่วงบวกหรื อช่วงลบก็ได้โดยอาศัย
คุณสมบัติของไดโอดทางานเป็ นสวิตช์
ขณะไดโอดได้รับไบอัสตรงเป็ นสวิตช์ต่อวงจร (ON)
ขณะไดโอดได้รับไบอัสกลับเป็ นสวิตช์ตดั วงจร (OFF)
รู ป วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ออนุกรมตัดคลื่นช่วงลบ
ถ้ากลับทิศทางการต่อไดโอดเข้าวงจร ทาให้ได้สญ
ั ญาณออก
เอาต์พตุ
4.6 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ ออนุกรมร่ วมกับ
แบตเตอรี่
โดยเพิ่มแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงต่ออนุกรมร่ วมกับ
ไดโอด แหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงนี้ มีผลต่อการตัดรู ปคลื่นของ
สัญญาณ ที่ส่งออกเอาต์พตุ ได้ระดับของสัญญาณออกเอาต์พตุ
เปลี่ยนแปลง สามารถกาหนดขนาดของสัญญาณออกเอาต์พตุ
ได้
รู ป วงจรคลิปเปอร์ ตดั สัญญาณช่วงลบแบบไดโอดอนุกรม
รู ป แสดงวงจรคลิปเปอร์ตดั สัญญาณช่วงบวกแบบไดโอดต่ออนุกรม
ในรู ป ก. เป็ นแบบจ่ายแบตเตอรี่ V ไบอัสตรงให้ไดโอด D
ไดโอด D นากระแส ยอมให้สญ
ั ญาณอินพุตซีกบวกส่ วนหนึ่ง
ออกเอาต์พตุ ที่ระดับแรงดันซีกบวกเท่ากับระดับแรงดันของ
แบตเตอรี่ V ส่ วนสัญญาณอินพุตซักลบ(-E) ไดโอด D ได้รับ
ไบอัสตรงนากระแสยอมให้สญ
ั ญาณผ่านออกเอาต์พตุ ทั้งซี ก
ในรู ป ข. เป็ นแบบจ่ายแบตเตอรี่ V ไบอัสกลับให้ ไดโอด D
ไดโอด D ไม่นากระแสของสัญญาณอินพุตซีกบวก (+E) และไม่
นากระแสของสัญญาณอินพุตซีกลบบางส่ วน เท่ากับกระดับแรงดัน
ของแบตเตอรี่ V เหลือสัญญาณอินพุตซีกลบ ส่ วนที่มีระดับแรงดัน
มากกว่า แบตเตอรี่ V ส่ งผ่านออกเอาต์พตุ ได้รูปสัญญาณออกเอาต์พตุ
ในแต่ละวงจร
4.7 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ อขนาน
ประกอบด้วยไดโอดต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน มี
แรงดันออกเอาต์พตุ ที่แรงดันตกคร่ อมไดโอด โดยตัวไดโอด
ต่อขนานกับขั้วต่อเอาต์พตุ ไดโอดที่ต่อขนานจะทาหน้าที่เป็ น
สวิตช์ตดั วงจร (OFF) หรื อต่อวงจร (ON) กาหนดสัญญาณออก
เอาต์พตุ สามารถกาหนดแรงดันออกเอาต์พตุ ช่วงบวกหรื อช่วง
ลบก็ได้
รู ป วงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนานตัดคลื่นช่วงลบ
แรงดันที่ป้อนออกเอาต์พตุ จะเกิดผลตรงข้ามกับการ
ทางานของตัวไดโอด คือ เมื่อไดโอดนากระแสตัวไดโอด
เหมือนสวิตช์ต่อวงจร (ON) สัญญาณที่ป้อนเข้ามาจะถูก
ลัดวงจรลงกราวด์ ไม่มีสญ
ั ญาณออกเอาต์พตุ เมื่อไดโอดไม่
นากระแสตัวไดโอดเหมือนสวิตช์ตดั วงจร (OFF) สัญญาณที่
ป้ อนเข้ามาสามารถผ่านออกเอาต์พตุ ได้
รู ป แสดงวงจรคลิปเปอร์แบบไดโอดต่อขนานตัดคลื่นช่วงบวก
4.8 วงจรคลิปเปอร์ แบบไดโอดต่ อขนานมีแบตเตอรี่
ต่ ออนุกรม
โดยเพิม่ แหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงต่ออนุกรมร่ วมกับ
ไดโอด แหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงมีผลต่อการทาให้รูป
คลื่นสัญญาณที่ส่งออกเอาต์พตุ มีรูปคลื่นเปลี่ยนแปลง สามารถ
กาหนดขนาดของสัญญาณออกเอาต์พตุ ได้
จากรู ป แสดงวงจรคลิปเปอร์ตดั สัญญาณช่วงลบแบบไดโอดต่อขนาน
จากรู ป 3.15 แสดงวงจรคลิปเปอร์ ตดั สัญญาณช่วงบวกแบบ
ไดโอดต่อขนาน
4.9 วงจรคลิปเปอร์ ตัดสั ญญาณ 2 ช่ วง
(Positive - Negative Clipper) เป็ นวงจรตัดสัญญาณแบบ
ขนานที่ต่อไดโอดเข้าวงจร 2 ตัว ตัดสัญญาณบางส่ วนทั้งซีกบวก
และซีกลบ มีแบตเตอรี่ ร่วมจ่ายไบอัสกลับให้ไดโอดด้วย ดังรู ป
รู ป แสดงวงจรคลิปเปอร์ตดั สัญญาณ 2 ช่วง แบบใช้ซีนเนอร์ไดโอด
จงอธิบายให้ได้ใจความสมบูรณ์
1. ไดโอดสวิตช์ทางานอย่างไร คุณสมบัติของไดโอดสวิตช์
แตกต่างจากสวิตช์ไฟฟ้ าอย่างไร อธิบาย
2. ไดโอดคลิปเปอร์ แบบอนุกรมต่อร่ วมกับแบตเตอรี่ จะมีผล
ต่อวงจรอย่างไร อธิบาย
3. วงจรคลิปเปอร์ ตดั สัญญาณ 2 ช่วงสามารถจัดวงจรทางาน
ได้ดว้ ยอะไรบ้าง อธิบาย
4. ไดโอดคลิปเปอร์ แบบขนานต่อวงจรแบบใด และทางาน
ได้อย่างไร อธิบาย
5. ซีนเนอร์ ไดโอดนามาใช้งานในวงจรสวิตช์ไดโอด ทาหน้าที่
เป็ นอะไรได้บา้ ง อธิบาย
สรุ ปทบทวน
จงวาดรู ปสัญญาณเอาต์พตุ ของ
วงจรต่อไปนี้

similar documents