รูปร่างสัญญาณไฟฟ้าชนิด ต่างๆ มี แบบ ใด บาง

ใบงานทดลอง

เรื่อง รูปร่างสัญญาณและคุณลักษณะของรูปคลื่น

วัตถุประสงค์

1. ใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณหลายแบบในการปฏิบัติงานได้
2. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณได้
3. อธิบายความหมายของค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ได้
ทฤษฏี
รูปร่างสัญญาณและคุณลักษณะของรูปคลื่น
ลักษณะของรูปคลื่น
- รูปคลื่นที่ปรากฏสม่ำเสมอ ( Repetitive waveforms )
- รูปคลื่นที่ปรากฏชั่วขณะ ( Transients waveforms )
รูปคลื่นสัญญาณจะแสดงคุณลักษณะซึ่งเกิดจากความสัมพันธ์ระหว่างขนาด ( Amplitude ) กับ
เวลา ( Time ) เช่น
แรงดันกับเวลา ( กราฟ DC Voltage )
กระแสกับเวลา ( กราฟ DC current )

Repetitive waveform
AC Voltage

รูปคลื่นชนิดต่างๆ
1. รูปคลื่นไซน์ ( Sinusoidal ) เป็นรูปคลื่นที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันกระแสสลับเทียบกับเวลา และอาจพบในลักษณะ ครึ่งคลื่น ( Half wave ) เต็มรูปคลื่น ( Full wave ) ที่ได้จากการเรียงกระแส ( Rectifier )

2. รูปคลื่นสี่เหลี่ยม ( Rectangular ) เกิดจากระดับแรงไฟตรงที่เปลี่ยนแปลงเป็นขั้น ( Step changes ) หรือรูปคลื่นขั้นบันไดสองลักษณะคือ Positive – going step และ Negative – going step

3. รูปคลื่นสามเหลี่ยม ( Triangular wave ) ประกอบด้วยรูปคลื่นแรงดัน ที่มีความลาดเอียงด้านบวก (Positive – going ramp)และรูปคลื่นแรงดัน ที่มีความลาดเอียงด้านลบ (Negative – going ramp) ถ้าความลาดเอียงไม่เท่ากันเราเรียกว่า รูปคลื่นฟันเลื่อย ( Sawtooth waveforms )

4. รูปคลื่นเอกซ์โพเนนเชียล ( Exponential ) รูปคลื่นพัลส์บางกรณีที่เกิดจากการเก็บและคาบประจุ ดังสมการที่ ( 1.1 ) และ ( 1.2 )

V = E e- kt ………………… ( 1.1 )

เมื่อ K = ค่าคงที่ (ค่า R , C ในวงจร)

e = ค่าคงที่เอกซ์พเนนเชียล ( e = 2.718)

V = E ( 1 – e – kt) …………… ( 1.2 )

คุณลักษณะของรูปคลื่นพัลส์

รูปคลื่นพัลส์ในอุดมคติ ( Ideal pulse waveform ) คือรูปคลื่นที่พิจารณาโดยไม่คิดค่าช่วงเวลาศูนย์เสียที่เกิดขึ้นในขณะที่พัลส์มีการเปลี่ยนแปลงจากระดับต่ำไปสูงและจากสูงไปต่ำ

ขนาดของพัลส์ ( Pulse amplitude ) คือค่าที่วัจากระดับแรงดันศูนย์โวลต์ไปถึงค่าสูงสุด ( Peak value )
ขอบหน้าของพัลส์ ( Leading edge or rising edge or positive –going edge ) คือค่าของสัญญาณที่ เปลี่ยนค่าจากระดับแรงดันต่ำไปสู่ระดับแรงดันสูงสุด พิจารณาที่เวลา t = 0
ขอบหลังของพัลส์ ( Trailing edge or falling edge or negative –going edge ) คือค่าของสัญญาณที่เปลี่ยนค่าจากระดับแรงดันสูงสุดไปสู่ระดับต่ำสุดของพัลส์
คาบเวลาของพัลซ์ ( Time period ) ใช้ตัวย่อ T คือระยะเวลาที่วัดจากขอบหน้าของพัลส์ที่เวลา t = 0 จนถึงขอบหน้าของพัลส์รูปคลื่นต่อไป
ความถี่ของพัลส์ ( Pulse Repetition Frequency or PRF ) คือค่าส่วนกลับของเวลา หรือ

PRF =

PPS ( pulse Per Sec )

ความกว้างของพัลส์ ( Pulse Width or PW ) คือช่วงเวลาที่วัดจากขอบหน้าของพัลส์จนถึงขอบหลัง
ของพัลส์
ช่องว่างระหว่างพัลส์ ( Space width or SW ) คือช่วงเวลาที่วัดจากขอบหลังของพั้ลส์รูปคลื่นแรกจนถึงขอบหน้าพัลส์รูปคลื่นถัดไป
อัตราส่วนของพัลส์ ( M / S ratio ) คืออัตราส่วนระหว่างความกว้างของพัลส์ PW กับช่องว่างระหว่างพั้ลส์ M / S ratio = PW / SW
วัฎจักรหน้าที่ ( Duty cycle ) คือร้อยละของอัตราส่วนระหว่างความกว้างของพัลส์ ( PW ) กับคาบเวลาของพัลส์ ( T )

Duty cycle =

เวลาไต่ขึ้น , เวลาตก และความลาดเอียง( Rise time , Fall time and Tilt )

เวลาไต่ขึ้น ( Rise time ) คือ ระยะเวลาของสัญญาณพัลส์ขอบหน้าเปลี่ยนแปลงจากขนาดของสัญญาณที่ 10 % ไปจนถึง 90 % ของขนาดสูงสุด
เวลาตก ( Fall time ) คือ ระยะเวลาของสัญญาณพัลส์ขอบหลังตกจากระดับสัญญาณที่ 90 % ลงไปถึง 10 % ของขนาดสูงสุด
ความกว้างของพัลส์ (PW) ต้องวัดมาจากค่าเฉลี่ยของความกว้างทั้งหมด คือวัดที่ 50 % ของขนาดสูงสุดของแรงันเฉลี่ย และค่าช่องว่างของพั้ลส์ ( SW ) ก็เช่นเดียวกัน ดังนั้น ( T ) จะเท่ากับ PW + SW
ค่าขนาดแรงดันเฉลี่ยของพัลส์ ( Average pulse amplitude ) คือค่าเฉลี่ยจากค่าสูงสุดของขอบหน้าและขอบหลัง

Eav =

ความลาดเอียง ( Tilt ) คือความลาดเอียงบริเวณระดับสัญญาณสูงสุดขอบหน้าถึงขอบหลังของพั้ลส์

Tilt =

ค่าเฉลี่ยของรูปคลื่นพั้ลส์ ( Vav ) คือการนำเอาพื้นที่ที่เกิดพั้ลส์ ในช่วงความกว้างของพั้ลส์ (PW) ทั้ง ด้านบวกและด้านลบของพั้ลส์มารวมกัน และหาร ด้วยคาบเวลาของพั้ลส์

Vav =

อุปกรณ์การทดลอง
1. เครื่องกำเนิดสัญญาณ 1 เครื่อง
2. ออสซิลโลสโคป 1 เครื่อง
3. ตัวต้านทาน 1 KW 1 ตัว
4. แผ่นประกอบวงจร และสายประกอบวงจร

ลำดับการทดลอง
1. ประกอบวงจรตามรูป ที่ 1.1

2. ปรับเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบสี่เหลี่ยม ขนาดความแรงสัญญาณประมาณ 50 % ปรับความถี่ให้อ่านหน้าจอออสซิโลสโคป ใน 1 รอบคลื่นให้ได้เวลา 5 mS
3. บันทึกรูปคลื่นสัญญาณ พร้อมบันทึกค่าต่าง ๆ ตามตารางบันทึกผลการทดลอง

พารามิเตอร์	PW	SW	Amplitude	Voltage	Time	PRF	M/S ratio	Duty cycle
ค่าที่อ่านได้
หน่วยที่อ่าน

แบบฝึกหัด
จงให้ความหมายของค่าพารามิเตอร์ต่อไปนี้
1. Pulse amplitude ……………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
2. Leading edge ………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
3. Trailing edge ………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
4. Time period ………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
5. Pulse Repetition Frequency ………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
6. Pulse Width ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
7. Space width ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
8. M / S ratio ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
9. Duty cycle ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
10. Rise time ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
11. Fall time ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
12. Tilt ………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………