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 ......................................................................................................... ......................................................................................................... ......................................................................................................... ............................................. ......................................................................................................... ......................................................................................................... ......................................................................................................... ............................................. ......................................................................................................... ......................................................................................................... ......................................................................................................... .............................................