Voltage Follower หรือ Buffer ( Op-Amp)

Voltage Follower

วงจร Voltage Follower หรือ วงจรบัฟเฟอร์ ถือเป็นวงจรหนึ่งที่ใช้กันเยอะมาก เนื่องจากจ่ายสัญญาณโดยไม่การลดทอนแรงดัน เนื่องจากวงจรนี้มีค่า impedance สูง

ยกตัวอย่าง ถ้ามีแหล่งวงจร1 จ่ายสัญญาญ digital  5Volt (logic= “1” ) และ 0 Volt (logic = “0”) ให้กับกับวงจร2 แต่วงจร2มีโหลดสูงทำให้กินกระแสเยอะ ผลคือไฟจะลดลง จาก5โวลต์ เป็น 3.8โวล์ต ทำให้วงจรที่2 จะรับค่าเพี้ยนๆ ไมรู้ตัวเองรับ Logic อะไรกันแน่ ดังนั้นถ้าเราเอาวงจรบัฟเฟอร์ต่อระหว่างสองวงจรนี้จะช่วยให้ให้แรงดันคงที่

โดยวงจรนี้ต่อง่ายมาเพียงแค่เอา Vout ต่อเข้า V1 (-) และจ่ายสัญญาณ หรือ เข้า V2 (+) ตามรูป

เรามาดูสมการกัน ว่าทำไม ๆ ๆ

เริ่มต้นจาก สมการพื้นฐานของออปแอมป์ โดยมีอัตราขยาย (Gain) เท่ากับ 1

                                    Vout = A (V2 – V1)

โดย Vout ต่ออยู่กับ V1 ดังนั้น Vout = V1

                                                                                           Vout = AV2 – AVout

เมื่อแกสมการ Vout จะได้

Vout = (AV2) – (AVout)

Vou t – AVout  = AV2

Vout (1+A) = AV2

Vout = (AV2)/(1+A)

ดังนั้นเมื่อค่า Aมีค่ามากกว่าค่าของ1 เราจึงนิยามสมการใหม่เป็น

Vout = AV2/A

Vout = V2

____________________________________

กรณีไม่ใส่วงจร buffer และใส่วงจร buffer

OPERATIONAL AMPLIFIERS

OPERATIONAL AMPLIFIERS

ออปแอมป์ หรือ operational amplifier คือวงจรทีมีอัตราขยายสูงแบบเชิงเส้น
ออปแอมป์ในอุดคติในแบบ Analog จะมีค่า
1. อัตราขยายวงเปิดมีค่าประมาณ A= 100,000 
2. ความต้านทานอินพุตมีค่าเป็น Rin > 1 MΩ
3. ความต้านทานเอาท์พุตมีค่า Rout = 50-75 ohm

จากรูปออปแอมป์ จะมี
อินพุต = V1 และ V2
เอาต์พุต = Vout
เพาว์เวอร์ซับพาย = ไฟบวก และ ไฟลบ

โดยส่วนใหญ่ ออปแอมป์จะใช้ทำเป็นวงจรเปรียบเทียบสัญญาญ หมายความว่า หากมีไฟต่างศักย์ระหว่างขาV1 และ V2 ก็จะถูกแสดงค่าที่ Vout 

ตามสมการ

 Vout = A(V2-V1)

โดย
Vout = แรงดันขาออก
A = อัตราขยายแบบเปิด
V1 = inverting input
V2 = non-inverting input

เรามขยายความตัวแปรแต่ละตัวกันว่ามันคืออะไรเริ่มจาก
Open loop gain (A) หรืออัตราขยายแบบไม่มีการปรับแต่งใดๆทั้งสิ้น จะอยู่ประมาณ 100,000 หรือ มากกว่านั้น

Non-inverting input (V2) 

       ก็คงเรื่องตามชื่อของขาเลย หรือถ้าเอาแบบเข้าใจๆ ก็คือสัญาณที่ขาเอาต์พุตจะไม่กลับเฟส หมายถึงสัญญาญมาป็นบวกก็ออกเป็นบวก โดยมีสัญญาลักษณ์ที่ระบุไว้คือ ( + )

Inverting input (V1) 

       ส่วนขานี่สัญญาณที่เข้ามาเป็นบวก Vout จะออกเป็นลบ กลับทางกับครับ โดยมีสัญญาลักษณ์ที่ระบุไว้คือ ( - )

ยกตัวอย่าง 

มีสัญญาญV1 = 2 μV, และ V2 = 4 μV สัญญาณ ขาVout เท่ากับเท่าไร

จากสมการ 
                                                     Vout = A(V2-V1)
                                                             = 100,000(4 μV-2 μV)
                                                             = 100,000 × (2 μV)
                                                             = 0.2 V

#Foolish_Engineer

Control system ระบบควบคุม

ว่าด้วยเรื่องที่โคตรยุ่งยากที่สุดของการจัดการระบบ หลักการการควบคุมนั้นสามารถดัดแปลงใช้กับงานอื่นๆได้นะครับไม่ใช้นำมาใช้เพียงการควบคุมเครื่องจัก ไฟ น้ำ มันสามารถเอาไปใช้การการทำงานได้ มาเข้าเรื่องกันดีกว่าระบบนี้มันคืออะไร

ระบบการควบคุมคือ รูปแบบของระบบใดๆ ที่ควบคุมเพื่อให้มีเอาต์พุต , ปริมาณ หรือ ผลตอบสนองของระบบ ให้ออกตามความต้องการของเรา

--------------------------
****ยกตัวอย่าง*******
การเปิดน้ำใส่ถัง 10 ลิตร
ระบบที่เราควบคุมคือ การปิด-เปิดวาว์ลน้ำ
ผลที่เราต้องการคือ น้ำ 10ลิตร
-----------------------

ที่นี้เรามาดูซิว่าการควบคุมมีกี่แบบกัน
ดดยเรื่องระบบคุมควบมีมักใช้กันทั่วไปจะมีอยู่ 2 ประเภท คือ
Open loop control system
Close loop control system

แบบแรก Open loop control system
การควบคุมด้วยระบบนี้ จะไม่ยุ่งยากมาก เหมือนกับการ สั่งให้วาว์ลเปิด-ปิดอย่างเดียว โดยไม่สนใจว่า น้ำล้น หรือ น้ำเต็มถึงระบบที่เรากำหนด พูดกัน ภาษาวิศวะ ก็คือ
ไม่มี Feedback control นั้นเอง
- ระบบนี้ไม่มีความซับซ้อน
- ไม่ต้องการความแม่นยำ

แบบที่สอง Close loop control system
ระบบนี้จะเอาเอาต์พุตของระบบป้อนกลับเพื่อเทียบกับอินพุตที่เข้ามา เราจะเรียกว่าว่าค่าผิดผลาด (error)
เพื่อจะดูผลต่างกัน และนำผลนี้ป้อนเป็นอินพุต

****** ยกตัวอย่าง******
ถังเก็บน้ำ1000ลิตร แบบติดตั้งทุ่นลอย จะเห็นได้ว่าทุ่นลอยก็ถือว่าเป็น Sensor ในการตัดน้ำเมื่อน้ำถึงระดับ ดั้งนั้นเมื่อน้ำใกล้เต็มทุ่นจะค่อยๆปิดระบบจ่ายน้ำ

ดังนั้นการที่จะออกแบบระบบป้อนกลับ(feedback) เราต้องรู้จัก Sensor
เช่น โฟโตไดโอด, TRD ,IR laser วัดระยะ, พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์, Load cell เป็นต้น

ส่วนในวงจรอิเล็กมักใช้ Op-amp เป็น Comparator เป็นวงจรเปรียเทียบ

Analog-to-digital converter (ADC)

Analog-to-digital converter (ADC) วงจรแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล

เป็นวงจรแปลงจาค่าไฟ Analog ออกเป็นเลขดิจิตอล ค่า"0" และ "1"

ขนาดฺ Bit output ก็แล้วแต่ IC ว่าจะออก 4 bit , 8 bit, 16 bit หรือใหญ่กว่านั้นแต่สูตรคำนวน

เอาต์พุตจะยกตัวอย่างแบบ 8 bit ตามนี้ครับ

****ยกตัวอย่าง***
8 bit ADC
Vref ที่ 7 Vdc
Vin = 2.5 Vdc
เราจะได้binary ของ ADC เท่าไร

***สูตร***
Output = ( Vin x 255) / Vref

Output = เลขฐาน10 (decimal)
Vin = อะนาล็อก​อินพุต​ที่ต้องการแปลง
Vref = ไฟอ้างอิงที่จ่ายเข้าวงจรADC

     Output = (2.5 x255)​/ 7
     Output​ = 91

แปลงค่าเป็นbinary
01011011

แล้วค่าที่ได้เอาไปทำอะไร บ้างคนตั้งคำถาม
1.ใช้ป้อนเข้า Control​ler กรณี​ที่ตัว Control​ler ไม่มีport ADC
2.เอาไปต่อใช้งานควบคุมด้วยลอจิท "0"และ"1" จากportนั้นๆ

Bit และ byte อะไรกันวะ

ข้อมูลดิจิตอลจะอยู่ในรูปแบบ Bits และ แต่ละ Bit นั้นจะมีค่า 1 และ 0

ในวงจรดิจิตอลส่วนใหญ่จะใช้ไฟ 5 Vdc แสดงค่าลอจิทเป็น “1” และ 0 Vdc แสดงค่าเป็นลอจิท “0”

8bits ที่อยู่ด้วยกันจะเรียกกันว่า “byte” เช่น 8-bit microprocessor ถ้ามองให้แบบระบบคอมพิวเตอร์เห็น ก็จะได้รูปแบบ 11111111 binary หรือ 255 decimal ในเลขฐาน10

วิธีคำนวน 
เลขหนึ่งปรากฏตรงไหน ให้นำเลข Bit weights มาบวกกัน
Bit weight >       128 64 32 16    8   4   2   1
Binary number > 1    1   1    1    1   1   1   1

128+64+32+16 +8+4+2+1 = 255

1000 0001 = 129
1000 0010 = 130

Digital to Analog Converter (DAC)

Digital to Analog Converter (DAC)
วงจรเปลี่ยนเลขดิจิตอลให้เป็นอนาล็อคโวล์ตเทจ

จากรูปที่บล็อคไดอะแกรมแสดงนั้นเราจะมี
1.อินพุตดิจิตอล 8 บิต
2.Vref 10 โวลต์

โดยให้ผ่านออปแอมป์เพื่อให้ไฟที่อยู่นั้นคงที่ (ผมเคยทำวงจรนี้อยู่ครั้งนี้เวลาเอาไปต่อเป็นอินพุตในวงจรอื่นแล้วถ้าไม่มีออปแอมป์ไฟได้ได้จะลดลงเนื่องจากวงจรที่ผมต่อเข้ามันกินกระแสเยอะทำให้ไฟลดลง ทำให้ค่าที่อ่านออกมาไม่ตรง)

ค่าไฟอนาล็อค (Max)​จะเท่ากับ Vref โดยอินพุตดิจิตอลที่ป้อนคือ 11111111
ส่วน 0โวลต์ อินพุตที่ป้อนคือ 00000000

สูตรการคำนวนก็จะได้
Vout = (input x Vref) / 256

Vout = ไฟอนาล็อคเอาต์พุตจากวงจรDAC
input = เลขฐานสิบจากค่า binary input (วีธีคำนวนจากบทความที่แล้ว)
Vref = ไฟอินพุตที่ป้อนให้วงจร DAC

***ยกตัวอย่าง***
An 8-bit DAC has a Vref of 10 V. The binary input is 10011011

แปลงเลขก่อนเลยนะครับ
10011011

weight*128 64 32 16  8  4  2  1
Binary   1    0    0   1   1  0  1  1

เลข1 ตรงค่าตัวไหนให้นำมาบวกกันเลยนะครับ

128+16+8+2+1 = 155

***ลงสูตร***
Vout = (155x 10) / 256
Vout = 6.05 โวลต์

***เลขอินพุตมีถึงแค่ 255 เท่านั้นนะครับ เพราเรานั้นเลข0ด้วยจึงได้ทั้งหมด 256 ตัว ดังนั้นถ้าอินพุตเป็น 11111111 เท่ากับ 255 แล้วนำมาคำนวนจะได้เอาต์พุต 9.96โวลต์

ผิดพลาดประการใดบอกด้วนนะครับ
เพราะผมคือ Foolish Engineer

ชี้โพรงให้กระรอก (Give the game away)
รายการพาไปเที่ยว เมืองแรกที่จะพาเจาะคือ มาเก๊า

we will bring you to travel first local is MACAU
Watch Teaser as url below
https://youtu.be/9Fdk9ZH6LuU