Uploaded by Thakun Usaprom

หน่วยที่ 1

advertisement
แผนการสอน/แผนการเรียนรูภ
้ าคทฤษฎี
แผนการสอน
ชือ
่ วิชา
วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งาน
ชือ
่ หน่วย ออปแอมป์
ชือ
่ เรือ
่ ง ออปแอมป์
หน่วยที่ 1
สอนสัปดาห์
ที่ 1
ท ป น
1
3 3
จานวนคาบ
4
สาระสาคัญ
ออปแอมป์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทาหน้าที่เป็นวงจรขยา
ยแรงดัน โดยออปแอมป์มีโครงสร้างภายในเป็นวงจรที่ซับซ้อน
ประกอบไปด้ วย ตั วต้ าน ท าน , ท ราน ซิ สเต อร์ , ตั วเก็ บ ประจุ
แ ล ะ ไ ด โ อ ด
จ า น ว น ม า ก
จึงจาเป็นที่ต้องออกแบบมาในรูปแบบของไอซี
เรื่องที่จะศึกษา
1. ข้อมูลทั่วไปของออปแอมป์
2. วงจรสมมูลของออปแอมป์
3. ออปแอมป์อุดมคติ
จุดประสงค์การเรียน/การสอน
จุดประสงค์ทั่วไป
1 .เพื่ อ ใ ห้ มี ค ว า ม รู้ ค ว า ม เข้ า ใ จ เกี่ ย ว กั บ โ ค ร ง ส ร้ า ง
สัญลักษณ์และคุณลักษณะของออปแอมป์
2.เพื่อให้เข้าใจเกี่ยวกับวงจรการใช้งานออปแอมป์พื้นฐาน
จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
1.บอกโครงสร้างและ สัญลักษณ์ของออปแอมป์ได้
2.บอกคุณลักษณะของออปแอมป์ได้
3.สามารถต่อวงจรการทดลองวงจรการใช้งานออปแอมป์พื้นฐานไ
ด้
ปั จ จุ บั น เท ค โน โลยี ก ารอ อ กแ บ บ วงจรรวม (Integrated
Circuit) หรื อ ที่ รู้ จั ก กั น โดยทั่ ว ไปในชื่ อ ว่ า ไอซี (IC) หรื อ ชิ พ
( Chip) ไ ด้ มี ค ว า ม ก้ า ว ห น้ า ไ ป อ ย่ า ง ร ว ด เ ร็ ว ม า ก
ท า ใ ห้ ว ง จ ร ท า ง ด้ า น อิ เ ล็ ก ท ร อ นิ ก ส์ ส า ห รั บ
ท า ก า ร ป ร ะ ม ว ล ผ ล สั ญ ญ า ณ แ บ บ ต่ า ง ๆ
ได้ถูกนามาออกแบบและผลิตให้อยู่ในรูปของไอซีเสียเป็นส่วนให
ญ่ ทั้ ง นี้ เ นื่ อ ง จ า ก คุ ณ ส ม บั ติ ข อ ง ไ อ ซี นั้ น มี ข้ อ ดี เช่ น
รู ป ร่ า ง มี ข น า ด เ ล็ ก ส า ม า ร ถ ใ ช้ ง า น ไ ด้ ง่ า ย เ ป็ น ต้ น
ดังนั้นไอซีจึงได้กลายเป็นส่วนประกอบที่สาคัญของอุปกรณ์เครื่อง
ใช้ ไ ฟฟ้ า เกื อ บทุ ก ชนิ ด ที่ ใ ช้ ใ นปั จ จุ บั น เช่ น เครื่ อ งรั บ โทรทั ศ น์
เ ค รื่ อ ง เ สี ย ง โ ท ร ศั พ ท์ มื อ ถื อ ค อ ม พิ ว เ ต อ ร์
และเครื่องมือเครื่องใช้ในงานอุตสาหกรรมต่างๆ เป็นต้น
ออปแอมป์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทาหน้าที่เป็นวงจรขยา
ยแรงดัน โดยออปแอมป์มีโครงสร้างภายในเป็นวงจรที่ซับซ้อน
ประกอบไปด้วย ตัวต้านทาน, ทรานซิสเตอร์, ตัวเก็บประจุ
และไดโอด จานวนมาก
จึงจาเป็นที่ต้องออกแบบมาในรูปแบบของไอซี
1.1 ข้อมูลทัว
่ ไปของออปแอมป์
ออปแอมป์ (Operational Amplifier, OP – AMP)
หรือมักเรียกกันสั้นๆ ว่า
“ออปแอมป์”เป็นอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ 3 ขา
ที่มีการทางานคล้ายกับแหล่งจ่ายแรงดันที่ถูกควบคุมด้วยแรงดัน
(Voltage-Controlled Voltage Source, VCVS) เพื่อศึกษา
โครงสร้าง และ การทางานของ ออปแอมป์ในอุดมคติ
ออปแอมป์สามารถนามาใช้ในการขยายสัญญาณ ,
รวมสัญญาณหรือนามาทาเป็นตัวกระทาทางคณิตศาสตร์
ตัวอย่างออปแอมป์ที่นิยมใช้งานโดยทั่วไป
และถูกผลิตขึ้นมาเป็นวงจรรวมภายในตัวเดียวกัน
รูปที่ 1.1 รูปร่างไอซี ออปแอมป์
สัญลักษณ์ของออปแอมป์มีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยม
แสดงดังรูปที่ 1.2 คือมีขั้วที่ต่อใช้งานคือขั้วอินพุตบวก (Noninverting Terminal) ,ขั้วอินพุตลบ (Inverting Terminal)
และขั้วเอาต์พุต (Output Terminal) ส่วนขั้วแรงดันไฟเลี้ยง บวก
และลบ ปกติไม่ได้แสดงไว้ในสัญลักษณ์
รูปที่ 1.2 สัญลักษณ์และตาแหน่งขาของไอซีเบอร์ 555
สิ่งที่ต้องระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อต่อวงจรออปแอมป์คือ
การต่อไฟเลี้ยงขั้ว – ที่ขา 4 และไฟเลี้ยงขั้ว + ที่ขา 7
เพราะหากต่อไม่ถูกต้อง ออปแอมป์อาจได้รับความเสียหาย
หรือวงจรอาจไม่ทางานตาม วัตถุประสงค์ของผู้ออกแบบ
การต่อไฟเลี้ยงออปแอมป์อย่างถูกต้องแสดงในรูปที่ 1.3
สมการตามกฎ
กระแสของเคอร์ชอฟฟ์เมื่อพิจารณาที่ตัวออปแอมป์คือ
รูปที่ 1.3 การต่อไฟเลี้ยงให้วงจรออปแอมป์
1.2 วงจรสมมูลของออปแอมป์
- ความต้านทานด้านอินพุต : 𝑅𝑖
- ความต้านทานด้านเอาต์พุต : 𝑅𝑜
- แรงดันระหว่างขาอินพุต : 𝑉𝑑
𝑉d = V2 − V1
สมการตามกฎแรงดันเคอร์ชอฟฟ์สาหรับด้านอินพุตในทิศทางตาม
เข็มนาฬิกาคือ
รูปที่ 1.4 วงจรสมมูลของออปแอมป์แบบไม่อุดมคติ
ลักษณะการทางานของออปแอมป์คือ
ส่งค่าผลต่างของแรงดันในสมการที่ (1.2) ออกไปเป็นแรงดัน
เอาต์พุตมีค่าตามสมการที่ (1.3) โดยที่ A คือ
อัตราขยายแรงดันวงรอบเปิด
• แรงดันเอาต์พต
ุ โดย A คืออัตราขยายแรงดันวงเปิด
𝑉o = AVd = A(V2 − V1 )
ข้อจากัดที่สาคัญของออปแอมป์คือ
ค่าแรงดันเอาต์พุตจะมีค่าไม่เกินแรงดันของแหล่งจ่ายที่ขา 7 และ
4 ของออปแอมป์ หรืออาจกล่าวได้ว่า
แรงดันเอาต์พุตและขีดจากัดการทางานของออปแอมป์ขึ้นอยู่
กับค่าแรงดันของแหล่งจ่าย และแบ่งออกเป็น 3 กรณีดังนี้
1.การทางานในภาวะอิ่มตัวช่วงบวก
แรงดันเอาต์พุตเท่ากับแรงดันของแหล่งจ่าย
𝑉o = Vcc
2.การทางานในภาวะเชิงเส้น
แรงดันเอาต์พุตมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับแรงดันของแหล่งจ่าย
𝑉o = Avd
≤
Vcc
3.การทางานในภาวะอิ่มตัวช่วงลบ
แรงดัอาต์พุตเท่ากับค่าลบของแรงดันของแหล่งจ่าย
รูปกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันของแหล่งจ่ายและ
แรงดันเอาต์พุต แสดงในรูปที่ 1.5
𝑉o = −Vcc
รูปที่ 1.5
กราฟแรงดันแหล่งจ่ายและแรงดันเอาต์พุตของออปแอมป์ไม่อุดมค
ติ
1.3 ออปแอมป์อด
ุ มคติ
การวิเคราะห์วงจรออปแอมป์ไม่อุดมคติมีความยุ่งยากและซับ
ซ้อน เพื่อลดปัญหาดังกล่าว
อาจกาหนดให้ออปแอมป์เป็นชนิดอุดมคติซึ่งมีลักษณะเฉพาะดังต่อ
ไปนี้
1.อัตราขยายแรงดันวงรอบเปิดเท่ากับอนันต์
𝐴≅∞
2.ความต้านทานอินพุตเท่ากับอนันต์
𝑅1 ≅ ∞
3.ความต้านทานต์พุตเท่ากับศูนย์
𝑅𝑂 ≅ 0
ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากลักษณะเฉพาะของออปแอมป์อุดม
คติคือ กระแสอินพุตที่ขาผกผันและ
ไม่ผกผันจะมีค่าเท่ากับศูน𝑖1ย์ด
=ังนี
0,้ 𝑖2 = 0
และสาหรับแรงดันตกคร่อมขาผกผันและไม่ผกผัน
ผลต่างของแรงดันมีค่าเท่ากับศูนย์
𝑉𝑑 = 𝑉1 – 𝑉2 = 0
𝑉1 = 𝑉2
สมการที่ 1 และสมการที่ 2 เป็นเงื่อนไขที่สาคัญ
และมีประโยชน์ตอ
่ การวิเคราะห์วงจรออปแอมป์การจาเพียง 2
เงื่อนไขนี้ก็สามารถวิเคราะห์วงจรออปแอมป์อุดมคติที่แตกต่างกันไ
ด้โดยที่ไม่ ต้องจาสมการเฉพาะของแต่ละวงจร
แบบจาลองของออปแอมป์อุดมคติแสดงในรูปที่ 1.6
รูปที่ 1.6 ออปแอมป์อุดมคติ
บทสรุป
อ อ ป แ อ ม ป์ มี อั ต ร า ข ย า ย สู ง
มีความต้านทานอินพุตสูงและความต้านทานด้านขั้วด้านขาออกต่า
อ อ ป แ อ ม ป์ ใ น อุ ด ม ค ติ ( เ ชิ ง ท ฤ ษ ฎี )
มี ค ว า ย ม ต้ า น ท า น อิ น พุ ต เ ป็ น อ นั น ต์
ส่วนด้านขั้วด้านขาออกมีความต้านทานเป็นศูนย์และมีอัตราขยายเ
ป็
น
อ
นั
น
ต์
ด้
ว
ย
ในกรณี อุ ด มคติ จะไม่ มี กระแสไหลเข้ าที่ ข าอิ น พุ ต ทั้ งสองขา และ
แรงดันแตกต่างระหว่างขาอินพุตทั้งสองมีค่าน้อยมากจนละทิ้งไม่น
า ม า คิ ด ไ ด้ เ มื่ อ ต่ อ เ ป็ น ว ง จ ร ข ย า ย ก ลั บ ขั้ ว
แรงดันด้านขั้วด้านขาออกจะมีขนาดหลายเท่าของอินพุตและเป็นบ
ว
ก
ในวงจรตามแรงดันแรงดันด้านขั้วด้านขาออกจะมีค่าเท่ากับด้านอิ
น
พุ
ต
สาหรับวงจรรวมสัญญาณจะได้ขั้วด้านขาออกที่เป็นผลรวมของค่า
น้ า ห นั ก ข อ ง แ ต่ ล ะ อิ น พุ ต
วงจรขยายความต่างจะได้ขั้วด้านขาออกที่เป็นสัดส่วนกับแรงดัน ผ
ล ต่ า ง ข อ ง อิ น พุ ต ทั้ ง ส อ ง ว ง จ ร อ อ ป แ อ ม ป์ อ า จ ต่ อ แ ย ก กั น
(
Cascaded
)
โดยที่ความสัมพันธ์ของอินพุตและขั้วด้านขาออกไม่เปลี่ยนแปลง
แ ล ะ สุ ด ท้ า ย ข อ ง ห น่ ว ย นี้ ไ ด้ ย ก ตั ว อ ย่ า ง ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ ใ ช้
ไ ด้ ก ล่ า ว ถึ ง ตั ว แ ป ล ง ดิ จิ ต อ ล เป็ น อ น า ล อ ก แ ล ะว ง จ ร ข ย า ย
เ ค รื่ อ ง มื อ วั ด
( Instrumentation Amplifier)
เพื่อให้เล็งเห็นแนวทางในการใช้งานออปแอมป์ต่อไป
แบบฝึกหัดหน่วยที่ 1
เรื่อง ออปแอมป์
1. อธิบายความหมายของออปแอมป์
2. ออปแอมป์อุดมคติคืออะไร
ชื่อ-สกุล
กณฑ์การพิจารณา ใบงานหน่วยที่ 1 ออปแอมป์
สาขา
ชั้นปี
คะแนน
ที่
รายการประเมิน
1
เ นื้ อ ห า ส า ร ะ ค ร อ บ ค ลุ ม ชั ด เ จ น
3 2
1
ข้อคิดเห็น
(ความรู้ เ กี่ ย วกั บ เนื้ อ หา ความถู ก ต้ อ ง
ป ฏิ ภ า ณ ใ น ก า ร ต อ บ
2
และการแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้า)
รูปแบบการนาเสนอ
3
การมีส่วนร่วมของสมาชิกในกลุ่ม
4
ความสนใจใฝ่ รู้ ความคิ ด สร้ า งสรรค์
การพึ่ ง พาตนเองและการท างานเป็ น ที ม
แ ล ะ มี จิ ต บ ริ ก า ร ส า ธ า ร ณ ะ
ด้วยความรอบรู้ รอบคอบ ระมัดระวัง
รวม
ผู้ประเมิน…………………………………………………
เกณฑ์การให้คะแนน
1. เนื้อหาสาระครอบคลุมชัดเจนถูกต้อง
3 คะแนน
ตรงตามจุดประสงค์
=
มี ส า ร ะ ส า คั ญ ค ร บ ถ้ ว น ถู ก ต้ อ ง
2 คะแนน =
สาระสาคัญไม่ครบถ้วน แต่ตรงตามจุดประสงค์
1 คะแนน =
สาระสาคัญไม่ถูกต้อง ไม่ตรงตามจุดประสงค์
2. รูปแบบการนาเสนอ
3 คะแนน
=
มี รู ป แ บ บ ก า ร น า เ ส น อ ที่ เ ห ม า ะ ส ม
มี ก าร ใ ช้ เท ค นิ ค ที่ แ ป ล ก ใ ห ม่ ใ ช้ สื่ อ แ ล ะเท ค โ น โ ล ยี
ป ร ะ ก อ บ ก า ร น า เ ส น อ ที่ น่ า ส น ใ จ
นาวัสดุในท้องถิ่นมาประยุกต์ใช้อย่างคุ้มค่าและประหยัด
2 คะแนน =
มี เ ท ค นิ ค ก า ร น า เ ส น อ ที่ แ ป ล ก ใ ห ม่
ใช้ สื่ อ และเทคโนโลยี ป ระกอบการน าเสนอที่ น่ า สน ใจ
แต่ขาดการประยุกต์ใช้ วัสดุในท้องถิ่น
1 คะแนน =
เทคนิคการนาเสนอไม่เหมาะสม และไม่น่าสนใจ
3. การมีส่วนร่วมของสมาชิกในกลุ่ม
3 คะแนน =
สมาชิกทุกคนมีบทบาทและมีส่วนร่วมกิจกรรมกลุ่ม
2 คะแนน =
สมาชิกส่วนใหญ่มีบทบาทและมีส่วนร่วมกิจกรรมกลุ่ม
1 คะแนน =
สมาชิกส่วนน้อยมีบทบาทและมีส่วนร่วมกิจกรรมกลุ่ม
4. ความสนใจของผู้ฟัง
3 คะแนน =
ผู้ฟังมากกว่าร้อยละ 90 สนใจ และให้ความร่วมมือ
2 คะแนน =
ผู้ฟังร้อยละ 70-90 สนใจ และให้ความร่วมมือ
1 คะแนน =
ผู้ฟังน้อยกว่าร้อยละ 70 สนใจ และให้ความร่วมมือ
กิจกรรมการเรียนการสอนหรือการเรียนรู้
ขัน
้ ตอนการสอนหรือกิจกรรมข ขัน
้ ตอนการเรียนรูห
้ รือกิจกรรมข
องครู
องนักเรียน
1. ขัน
้ นาเข้าสูบ
่ ทเรียน
1. ขัน
้ นาเข้าสูบ
่ ทเรียน
1.
ผู้ ส อนจัด เตรีย มเอกส
าร พ ร้ อ มกั บ แน ะน ารายวิ ช า
วิธีการให้คะแนนและการประเมิ
น ผ ล ที่ ใ ช้ กั บ วิ ช า
วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งา
น
1.ผู้เรียนเตรียมหนังสือและฟั
ง ผู้ ส อ น แ น ะ น า ร า ย วิ ช า
วิธีการให้คะแนนและการประเมิน
ผ ล ที่ ใ ช้ กั บ วิ ช า
วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งาน
2.ผู้เรียนฟั งผู้สอนชี้แจงเรื่อง
2.
ผู้ ส อนชี้ แ จงเรื่อ งที่ จ ะ ที่จะศึกษาและจุดประสงค์เชิงพฤ
ศึกษาและจุดประสงค์เชิงพฤติก ติ กรรมประจ าห น่ วยที่ 1 เรื่ อ ง
ร ร ม ป ร ะ จ า ห น่ ว ย ที่ 1 เรื่ อ ง ออปแอมป์
ออปแอมป์
2. ขัน
้ ให้ความรู้
1.
ผู้ เรี ย นฟั งงานน าเสนอ
วิ
ช
า
2. ขัน
้ ให้ความรู้
1. ผู้สอนเปิดงานนาเสนอวิช วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งาน
า
หน่วยที่ 1 เรือ
่ ง ออปแอมป์
วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งา
2.
ผู้เรียนเปิดหนังสือเรียน
วิ
ช
า
นหน่วยที่ 1 เรื่อง ออปแอมป์
2. ผู้สอนให้ผู้เรียนเปิดหนังสื วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งาน
อเรียนวงจรพัลส์และสวิตชิงหน่ ห
น่
ว ย
ที่
1
ว ย ที่ 1 เ รื่ อ ง อ อ ป แ อ ม ป์ ออปแอมป์และฟังผู้สอนอธิบายเนื้
และอธิบายเนื้อหาให้ผู้เรียนฟัง อหา
งานทีม
่ อบหมายหรือกิจกรรมการวัดผลและประเมินผล
ก่อนเรียน
1. จัดเตรียมเอกสารหน่วยที่ 1 ออปแอมป์
2.
ทาความเข้าใจเกี่ยวกับจุดประสงค์การเรียนของหน่วยที่ 1
ออปแอมป์
ขณะเรียน
1. ทาแบบฝึกหัดในหน่วยที่ 1
หลังเรียน
1. ร่วมกันสรุปเนื้อหาที่ได้เรียนให้มีความเข้าใจในทิศท
างเดียวกัน
ผลงาน/ชิน
้ งาน/ความสาเร็จของผู้เรียน
1. แบบฝึกหัดหน่วยที่ 1
สื่อการเรียนการสอน/การเรียนรู้
สื่อสิ่งพิมพ์
1. เ อ ก ส า ร ป ร ะ ก อ บ ก า ร ส อ น วิ ช า
วงจรไอซีและการประยุกต์ใช้งาน
2. แบบฝึกหัดที่ 1
สื่อโสตทัศน์ (ถ้ามี)
1. เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์
2. งานนาเสนอ
สือ
่ ของจริง
แหล่งการเรียนรู้
ในสถานศึกษา
1. ห้องสมุด
2. ห้องปฏิบัติการคอมพิวเตอร์
นอกสถานศึกษา
1. ผู้ประกอบการ สถานประกอบการ ในท้องถิ่น
การประเมินผลการเรียนรู้
หลักการประเมินผลการเรียนรู้
ก่อนเรียน
1. ความรู้เบื้องต้นก่อนการเรียนการสอน
ขณะเรียน
1. ตรวจใบปฏิบัติงาน 1 ออปแอมป์
หลังเรียน
1. ตรวจแบบฝึกหัดหน่วยที่ 1
ผลงาน/ชิน
้ งาน/ความสาเร็จของผู้เรียน
1. แบบฝึกหัดหน่วยที่ 1
สมรรถนะทีพ
่ งึ ประสงค์
ผู้เรียนสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับ รูปร่างสัญญาณไฟฟ้า
1. วิเคราะห์และตีความหมาย
2. สาธิตพร้อมแสดงท่าทางประกอบ
3. อภิปรายแสดงความคิดเห็น
4. ประยุกต์ความรู้สู่งานอาชีพ
สมรรถนะการปฏิบต
ั งิ านอาชีพ
ใช้งานออปแอมป์
บันทึกหลังการสอน
หน่วยที่ 1 เรื่อง ออปแอมป์
ผลการใช้แผนการเรียนรู้
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
ผลการเรียนของนักเรียน
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
ผลการสอนของครู
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.............................................
Download