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