// บทที่ 12.9 · แล็บ FG + สโคป · Engineering Applications

งานประยุกต์และโจทย์ที่เจอเสมอ: เรกติไฟเออร์ PWM คลิปเปอร์ และการวัด L C

โจทย์แล็บและงานจริงในวิศวกรรมไฟฟ้ามีรูปแบบซ้ำเดิมทุกปี: เรียงกระแสแล้วดูริปเปิล คุมความสว่างด้วย PWM ตัดยอดสัญญาณ หาค่าชิ้นส่วนที่ไม่รู้ ทดสอบเครื่องขยาย ถอดรหัสสัญญาณสื่อสาร และวัดกำลังไฟฟ้า หน้านี้รวมไว้ครบพร้อมตารางอาการบนจอ และชุดการทดลองสำหรับวิชาสัญญาณและระบบ สูตรใช้รหัส X

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 12 ต.ค. 2569

เห็นแบบนี้คืออะไร ริปเปิล PWM วัด L C แล็บสัญญาณและระบบ

สรุปใน 30 วินาที

ริปเปิล $V_r \approx I_L/(f_r C)$ , $f_r$ = f (ครึ่งคลื่น) หรือ 2f (เต็มคลื่น)
PWM: เฉลี่ย $D V_H$ · RMS $V_H\sqrt D$
หา C จาก τ, หา L จากเรโซแนนซ์ $L = 1/((2\pi f_0)^2C)$
ทดสอบเครื่องขยายด้วยสี่เหลี่ยม: ยอดเอียง → ความถี่ต่ำ · ขอบมน → ความถี่สูง · แกว่ง → ใกล้ไม่เสถียร

ระดับพื้นฐาน ม.ปลาย · ปวส. · ปี 1กลาง ป.ตรี วิศวกรรมขั้นสูง ป.โท · งานวิจัย

เห็นแบบนี้บนจอ คืออะไร พื้นฐาน

ตารางนี้คือทางลัดเวลาเจอภาพบนสโคปแล้วงง ดูรูปทรงก่อน แล้วกดไปที่สูตรหรือคำอธิบาย

สิ่งที่เห็น	สาเหตุ / วงจรที่เป็นไปได้	ไปที่
ภาพวิ่ง ไม่นิ่ง	ทริกเกอร์	ทริกเกอร์
ค่าเป็นครึ่งหนึ่งหรือสองเท่าของที่ตั้ง	ตั้ง Load ของ FG ไม่ตรงโหลดจริง	V4
ค่าผิดไป 10 เท่าพอดี	สวิตช์โพรบไม่ตรงเมนู	O16
ความถี่ต่ำผิดปกติทั้งที่ควรสูง	อเลียสซิง	O12
ยอดบนและล่างแบนราบ	ออปแอมป์อิ่มตัว · คลิปเปอร์ · สโคปล้นจอ	U4 · X6
ไซน์กลายเป็นสามเหลี่ยม	สลูว์เรตไม่พอ	U6
สี่เหลี่ยมกลายเป็นสามเหลี่ยม	อินทิเกรเตอร์ · RC ที่ความถี่สูงกว่า $f_c$ มาก	R7 · U8
ขอบขาขึ้นโค้งแบบชาร์จ	RC ต่ำผ่าน · โพรบชดเชยขาด · แบนด์วิดท์ไม่พอ	R2 · O7
สไปก์แหลมที่ขอบ ยอดแบน 0	RC สูงผ่าน / ดิฟเฟอเรนชิเอเตอร์	R8
ยอดเอียง (tilt)	คัปปลิง AC · ความถี่ต่ำถูกตัด	O6 · X11
แกว่งหลังขอบแล้วยุบ	RLC · สายกราวด์โพรบยาว · ระบบใกล้ไม่เสถียร	R13
เหลือแต่ครึ่งบน	เรกติไฟเออร์ครึ่งคลื่น	X1
DC มีฟันเลื่อยเล็ก ๆ ขี่อยู่	เรกติไฟเออร์ + C · PWM + RC	X2 · X5
ไซน์ทั้งรูปเลื่อนขึ้นหรือลง	แคลมเปอร์ · ออฟเซต DC	X7 · W4
ขาออกคอมพาเรเตอร์สั่นที่จุดตัด	นอยส์ ไม่มีฮิสเทอรีซิส	U11
ฮัม 50 Hz ปนทุกช่อง	ลูปกราวด์ ขาเข้าลอย	ลดนอยส์

เรกติไฟเออร์และแรงดันริปเปิล พื้นฐาน กลาง

แหล่งจ่ายไฟ DC ทุกตัวที่ต่อจากไฟบ้านเริ่มจากการเรียงกระแส ไดโอดปล่อยเฉพาะครึ่งบวก (ครึ่งคลื่น) หรือพลิกครึ่งลบขึ้นมา (บริดจ์ เต็มคลื่น) ตัวเก็บประจุชาร์จที่ยอดแล้วจ่ายกระแสให้โหลดระหว่างยอด แรงดันจึงลดลงเป็นฟันเลื่อยเล็ก ๆ เรียกว่าริปเปิล ในแล็บใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณแทนหม้อแปลงได้ที่แรงดันต่ำ แต่กระแสจะถูกจำกัดด้วย 50 Ω ของเครื่อง

ตัวเก็บประจุชาร์จเฉพาะช่วงสั้น ๆ ใกล้ยอด (ไดโอดนำกระแส) แล้วคายให้โหลดตลอดช่วงที่เหลือ

X1 Peak output after the diodes แรงดันยอดหลังไดโอด

V_{peak} \approx V_p - V_f\ \ (\text{ครึ่งคลื่น}),\qquad V_{peak} \approx V_p - 2V_f\ \ (\text{บริดจ์})

$V_f$ ≈ 0.7 V (ซิลิคอน) 0.3 V (Schottky) · กระแสยอดสูงทำให้ตกเพิ่มอีกบนความต้านทานแหล่ง

X2 Ripple voltage แรงดันริปเปิล

V_{r(pp)} \approx \frac{I_L}{f_r C} = \frac{V_{peak}}{f_r R_L C},\qquad f_r = \begin{cases} f & \text{ครึ่งคลื่น} \\ 2f & \text{เต็มคลื่น} \end{cases}

สมมติ C คายตลอดคาบ จึงได้ค่าสูงกว่าจริงเล็กน้อย ใช้ออกแบบได้ปลอดภัย · ใช้ได้ดีเมื่อ $V_r \ll V_{peak}$

X3 DC level and ripple RMS ระดับ DC และ RMS ของริปเปิล

V_{DC} \approx V_{peak} - \frac{V_r}{2},\qquad V_{r(rms)} \approx \frac{V_r}{2\sqrt3}

ริปเปิลรูปฟันเลื่อย RMS = ค่ายอดถึงยอด / $2\sqrt3$ (W12)

X4 Diode conduction and peak current (half-wave) มุมนำกระแสและกระแสยอดของไดโอด

\omega\Delta t \approx \sqrt{\frac{2V_r}{V_{peak}}},\qquad i_{D,max} \approx I_L\left(1 + 2\pi\sqrt{\frac{2V_{peak}}{V_r}}\right)

ยิ่ง C ใหญ่ ริปเปิลเล็ก ไดโอดยิ่งนำกระแสช่วงสั้นและกระแสยอดยิ่งสูง ต้องเลือกไดโอดและหม้อแปลงรองรับ (เต็มคลื่น: แทน $2V_{peak}/V_r$ ด้วย $V_{peak}/(2V_r)$ )

ตัวอย่าง X-1 · แหล่งจ่าย 12 V จากหม้อแปลง

หม้อแปลง 12 Vrms 50 Hz บริดจ์ซิลิคอน C = 2200 µF กระแสโหลด 0.5 A หา $V_{peak}$ , ริปเปิล และ $V_{DC}$

ยอดของไซน์และหลังบริดจ์ X1
$V_p = 12\sqrt2 = 16.97\ \text{V},\quad V_{peak} = 16.97 - 1.4 = 15.57\ \text{V}$
ริปเปิลที่ 100 Hz X2
$V_r = \frac{0.5}{100 \times 2200\times10^{-6}} = 2.27\ \text{Vpp}$
ระดับ DC และ RMS ของริปเปิล X3
$V_{DC} = 15.57 - 1.14 = 14.4\ \text{V},\quad V_{r(rms)} = \frac{2.27}{3.46} = 0.66\ \text{V}$

DC ราว 14.4 V ริปเปิล 2.3 Vpp ถ้าต่อเรกกูเลเตอร์ 12 V (เช่น 7812 ต้องการส่วนต่างราว 2 V) ต้องดูว่าจุดต่ำสุด 15.57 − 2.27 = 13.3 V ยังเกิน 14 V ไหม ไม่เกิน จึงต้องเพิ่ม C เป็นราว 4700 µF ภาพที่วัดด้วยสโคป ใช้คัปปลิง AC ที่ 0.5 V/div จะเห็นฟันเลื่อยชัด

ตัวอย่าง X-2 · ในแล็บด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณ

ไซน์ 10 Vpp 1 kHz เข้าเรกติไฟเออร์ครึ่งคลื่น $R_L$ = 10 kΩ, C = 1 µF ประมาณ $V_{peak}$ และริปเปิล แล้วเทียบกับสโคปจำลอง

X1
$V_{peak} \approx 5 - 0.7 = 4.3\ \text{V}$
X2
$V_r \approx \frac{4.3}{(1000)(10^4)(10^{-6})} = 0.43\ \text{Vpp}$

สโคปจำลองวัดได้ยอดราว 4.17 V และริปเปิลราว 0.36–0.38 Vpp ต่ำกว่าสูตรทั้งคู่: ยอดต่ำกว่าเพราะกระแสยอดของไดโอดไหลผ่าน 50 Ω ของเครื่อง ริปเปิลต่ำกว่าเพราะ C ไม่ได้คายตลอดคาบ (ช่วงชาร์จกินเวลาส่วนหนึ่ง) และการคายเป็นเอกซ์โพเนนเชียล ลองเพิ่ม C ดูว่าริปเปิลลดตามสูตร

บริดจ์ในแล็บ: ขาออกของบริดจ์กับขาเข้าไม่มีกราวด์ร่วมกัน ถ้าเครื่องกำเนิดสัญญาณและสโคปต่อดินทั้งคู่ การหนีบกราวด์โพรบที่ขาออกบริดจ์จะลัดไดโอดตัวหนึ่ง ในงานจริงใช้หม้อแปลงแยก และวัดขาเข้า-ขาออกพร้อมกันด้วยวิธีผลต่าง O15 สโคปจำลองแสดงแรงดันแต่ละจุดแบบลอย เพื่อให้เห็นหลักการ

PWM กับแรงดันเฉลี่ย พื้นฐาน กลาง

ไมโครคอนโทรลเลอร์ให้ได้แค่ 0 กับ 5 V (หรือ 3.3 V) แต่ถ้าสลับเร็วพอ โหลดที่ช้ากว่า เช่น หลอด LED ในสายตาคน มอเตอร์ ตัวกรอง RC หรือตัวเหนี่ยวนำในบักคอนเวอร์เตอร์ จะตอบสนองต่อค่าเฉลี่ย การปรับดิวตี้จึงเท่ากับปรับแรงดัน นี่คือหลักของการคุมมอเตอร์ หรี่ไฟ DAC ราคาถูก และอิเล็กทรอนิกส์กำลังเกือบทั้งหมด

PWM 30 % ผ่าน RC ได้แรงดันเฉลี่ย 30 % ของระดับสูง พร้อมริปเปิลรูปฟันเลื่อย

X5 PWM average and RC-filter ripple PWM: ค่าเฉลี่ยและริปเปิลหลังกรอง RC

V_{avg} = D\,V_H,\qquad \Delta V_{pp} \approx \frac{V_H\,D(1 - D)}{f\,RC}\ \ (f \gg f_c)

ริปเปิลสูงสุดที่ D = 50 % · เพิ่มความถี่ PWM หรือ RC ลดริปเปิล แต่ RC ใหญ่ทำให้ตอบสนองช้า (≈ 5RC) · RMS ของ PWM เองคือ $V_H\sqrt D$ W11

ตัวอย่าง X-3 · DAC จาก PWM

PWM 0–5 V 1 kHz ดิวตี้ 30 % กรองด้วย R = 10 kΩ, C = 1 µF หาแรงดันเฉลี่ยและริปเปิล

ค่าเฉลี่ย X5
$V_{avg} = 0.3 \times 5 = 1.5\ \text{V}$
ริปเปิล ( $RC$ = 10 ms ≫ 1 ms)
$\Delta V \approx \frac{5(0.3)(0.7)}{1000 \times 0.01} = 0.105\ \text{Vpp}$

1.5 V ริปเปิลราว 0.1 Vpp ตรงกับสโคปจำลอง (1.50 V, 0.104 Vpp) ใช้เป็น DAC หยาบ ๆ ได้ ถ้าต้องการริปเปิลน้อยกว่านี้ใช้ RC สองชั้นหรือเพิ่มความถี่ PWM เป็นหลายสิบ kHz

ในบักคอนเวอร์เตอร์ ตัวเหนี่ยวนำกับตัวเก็บประจุทำหน้าที่เดียวกับ RC นี้แต่ไม่สูญเสียพลังงาน แรงดันขาออกในโหมดกระแสต่อเนื่องจึงเท่ากับ $D\,V_{in}$ เหมือนสูตร X5 ตรงตัว

คลิปเปอร์และแคลมเปอร์ พื้นฐาน

ไดโอดกับตัวต้านทานตัดยอดสัญญาณไม่ให้เกินระดับหนึ่ง (คลิปเปอร์) ใช้ป้องกันขาเข้าของวงจร เช่น ขา ADC ส่วนไดโอดกับตัวเก็บประจุยกระดับทั้งรูปคลื่น (แคลมเปอร์) โดยไม่เปลี่ยนรูปทรง ใช้ฟื้นระดับ DC ของสัญญาณวิดีโอ และเป็นภาคแรกของวงจรทวีแรงดัน

ซ้าย: ไดโอดสองตัวขนานกลับทิศตัดที่ ±0.7 V · ขวา: แคลมเปอร์ยกไซน์ ±3 V ขึ้นมาเป็น −0.7 ถึง 5.3 V

X6 Diode clipper วงจรตัดยอด

v_o = \begin{cases} v_i & |v_i| < V_f \\ \pm V_f & \text{อื่น ๆ} \end{cases},\qquad \text{มีไบแอส:}\ \ V_{clip} = V_B + V_f

ต้องมีตัวต้านทานอนุกรมจำกัดกระแสไดโอดเสมอ ใช้ซีเนอร์ได้ระดับ $V_Z + V_f$

X7 Diode clamper วงจรยกระดับ

v_o(t) \approx v_i(t) + (V_p - V_f),\qquad -V_f \le v_o \le 2V_p - V_f

ต้องให้ $R_LC \gg T$ ไม่เช่นนั้นตัวเก็บประจุคายจนรูปเพี้ยน · กลับทิศไดโอดได้การยกลง

หาค่า C และ L ที่ไม่รู้จากการวัด พื้นฐาน กลาง

ตัวเก็บประจุที่ลบตัวเลขไม่ได้ ขดลวดที่พันเอง หรือหม้อแปลงที่ไม่รู้สเปก หาค่าได้ด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณกับสโคปสามวิธี: ค่าคงตัวเวลา เรโซแนนซ์ และอิมพีแดนซ์ (B12)

X8 Capacitance from τ หา C จากค่าคงตัวเวลา

C = \frac{\tau}{R + 50\ \Omega} = \frac{t_r}{2.2\,(R + 50\ \Omega)}

X9 Inductance from resonance หา L จากเรโซแนนซ์

L = \frac{1}{(2\pi f_0)^2\,C}

ต่อ L อนุกรม C ที่รู้ค่า หาความถี่ที่ $V_R$ สูงสุดและเฟสเป็น 0° หรือวัด $f_d$ จากการแกว่ง (R12)

ตัวอย่าง X-4 · ตัวเก็บประจุลบตัวเลข

ต่อกับ R = 1 kΩ ป้อนสี่เหลี่ยม วัดเวลาขาขึ้นคร่อม C ได้ 108.7 µs หา C

X8
$C = \frac{108.7\times10^{-6}}{2.2 \times 1050} = 47.1\ \text{nF}$

ราว 47 nF (ค่ามาตรฐาน) ถ้าต้องการแม่นกว่านี้ ใช้ R ใหญ่ขึ้นให้ 50 Ω และความจุของโพรบมีผลน้อยลง

ตัวอย่าง X-5 · ขดลวดพันเอง

ต่ออนุกรม C = 100 nF หาเรโซแนนซ์ได้ที่ 5.03 kHz หา L

X9
$L = \frac{1}{(2\pi \times 5030)^2 (10^{-7})} = 10.0\ \text{mH}$

10.0 mH ความคลาดเคลื่อนของ C ส่งผลเต็ม ๆ (C ±5 % → L ±5 %) จึงควรวัด C ด้วยวิธี X8 ก่อน ความต้านทานของขดลวดหาได้จาก Q (ตัวอย่าง R-7)

ทดสอบเครื่องขยายเสียงด้วยคลื่นสี่เหลี่ยมและ FFT กลาง

คลื่นสี่เหลี่ยมมีทุกความถี่คี่อยู่ในตัว (W17) ป้อนเข้าเครื่องขยายครั้งเดียวก็เห็นทั้งผลตอบสนองความถี่ต่ำและสูงจากรูปทรง เป็นวิธีที่ช่างเครื่องเสียงใช้มานาน ส่วนความเพี้ยนดูด้วย FFT ของไซน์บริสุทธิ์

สี่เหลี่ยม 1 kHz ผ่านเครื่องขยาย: รูปทรงบอกปัญหาได้ทันที

X10 THD from FFT THD จาก FFT

\text{THD} = \frac{\sqrt{V_2^2 + V_3^2 + \cdots}}{V_1} = \sqrt{\sum_{n\ge2}10^{(L_n - L_1)/10}}

$L_n$ คือระดับ dBV ของฮาร์มอนิกที่ n · ดู W19 · THD ของกระแสในระบบไฟฟ้า TDD และ PF ที่ H2

X11 Low cutoff from tilt ความถี่ตัดต่ำจากยอดเอียง

f_L \approx \frac{\text{tilt}\times f}{\pi}

tilt เป็นสัดส่วน (เช่น 0.05) ของคลื่นสี่เหลี่ยมความถี่ f · มาจาก O6

X12 High cutoff from rise time ความถี่ตัดสูงจากเวลาขาขึ้น

f_H \approx \frac{0.35}{t_r}

ถ้าขอบเป็นเส้นตรงเอียง (ไม่ใช่โค้ง) แปลว่าเป็นสลูว์เรต ไม่ใช่แบนด์วิดท์ ลดแอมพลิจูดแล้วดูใหม่ U6

ตัวอย่าง X-6 · อ่านสเปกเครื่องขยายจากภาพเดียว

สี่เหลี่ยม 100 Hz ยอดเอียง 5 % เวลาขาขึ้น 3.5 µs หาแบนด์วิดท์

X11
$f_L \approx \frac{0.05 \times 100}{\pi} = 1.6\ \text{Hz}$
X12
$f_H \approx \frac{0.35}{3.5\ \mu\text{s}} = 100\ \text{kHz}$

แบนด์วิดท์ราว 1.6 Hz – 100 kHz ครอบย่านเสียง (20 Hz – 20 kHz) สบาย ๆ ลองในสโคปจำลอง: คัปปลิงคาปาซิเตอร์ 1 µF กับขาเข้า 100 kΩ ( $f_L$ = 1.6 Hz) เปลี่ยนความถี่แล้วดูยอดเอียง

ตัวอย่าง X-7 · THD จาก FFT

FFT ของขาออกอ่านได้: พื้นฐาน −3.0 dBV ฮาร์มอนิกที่ 2 −49.0 dBV ที่ 3 −43.0 dBV หา THD

ระดับเทียบพื้นฐาน: −46 dB และ −40 dB X10
$\text{THD} = \sqrt{10^{-4.6} + 10^{-4.0}} = \sqrt{2.51\times10^{-5} + 10^{-4}} = 0.0112$

THD ≈ 1.1 % (−39 dB) ฮาร์มอนิกที่ 3 เด่นกว่า แปลว่าการตัดยอดสมมาตร (เช่น ภาคขาออกเริ่มอิ่มตัวทั้งบนล่าง) ถ้าที่ 2 เด่นแปลว่าไม่สมมาตร (เช่น ไบแอสไม่อยู่กลาง)

สัญญาณดิจิทัลและเซนเซอร์: UART และอัลตราโซนิก พื้นฐาน กลาง

สโคปคือเครื่องมือแรกเมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์ “คุยกันไม่รู้เรื่อง” ทริกเกอร์ที่ขอบลงของบิตเริ่ม (โหมด Normal หรือ Single) แล้วอ่านบิตทีละช่วง ตรวจได้ทั้งอัตราบอด ระดับแรงดัน และข้อมูลที่ส่ง สโคปรุ่นใหม่ถอดรหัส UART, I²C, SPI ให้อัตโนมัติ แต่ควรอ่านเองเป็นก่อน

เฟรม UART 8N1: บิตเริ่ม (0) ข้อมูล 8 บิตส่งบิตต่ำก่อน บิตหยุด (1) ตัว “U” (0x55) ให้ลายสลับสวยที่สุด จึงใช้ทดสอบอัตราบอด

X13 UART timing เวลาของ UART

t_{bit} = \frac{1}{\text{baud}},\qquad T_{frame} = \frac{1 + 8 + 1}{\text{baud}}\ \ (8\text{N}1)

9600 บอด: 104.17 µs ต่อบิต 1.04 ms ต่อไบต์ · 115200 บอด: 8.68 µs ต่อบิต · อัตราบอดสองฝั่งต่างกันเกินราว 2–3 % จะอ่านผิด

X16 Ultrasonic ranging วัดระยะด้วยอัลตราโซนิก

d = \frac{v\,\Delta t}{2},\qquad v \approx 331 + 0.6\,T_{°C}\ \text{m/s}

ส่งเบิสต์ 40 kHz ราว 8 รอบ วัดเวลาถึงเสียงสะท้อน ที่ 20 °C $v \approx 343$ m/s

ตัวอย่าง X-8 · ระยะจากเสียงสะท้อน

CH1 ต่อขาส่ง CH2 ต่อขารับ เห็นเบิสต์สะท้อนกลับหลังเบิสต์ส่ง 5.83 ms ที่ 20 °C วัตถุอยู่ห่างเท่าไร

X16
$d = \frac{343 \times 5.83\times10^{-3}}{2} = 1.00\ \text{m}$

1.00 m ใช้เคอร์เซอร์เวลาวัด Δt ระหว่างจุดเริ่มของสองเบิสต์ ทริกเกอร์จากเบิสต์ส่ง ลองดูเบิสต์ 40 kHz จากเครื่องกำเนิดสัญญาณด้านล่าง

วัดกระแสด้วยชันต์และกำลังไฟฟ้า AC กลาง ขั้นสูง

สโคปวัดได้แต่แรงดัน การดูกระแสจึงต้องแปลงเป็นแรงดันด้วยตัวต้านทานค่าน้อย (ชันต์) หรือใช้โพรบกระแส เมื่อมีทั้งแรงดันและกระแส ใช้ Math คูณสองช่องได้กำลังขณะหนึ่ง และวัดเฟสได้ตัวประกอบกำลัง ทั้งหมดนี้กับไฟบ้านต้องทำผ่านหม้อแปลงแยกหรือโพรบดิฟเฟอเรนเชียลเท่านั้น (ความปลอดภัย)

โหลดเหนี่ยวนำ: กระแสตามหลังแรงดัน φ = 36.9° (PF = 0.8) กำลังขณะหนึ่งมีช่วงติดลบ ค่าเฉลี่ยคือกำลังจริง

X14 Current through a shunt วัดกระแสด้วยชันต์

i(t) = \frac{v_{sh}(t)}{R_{sh}},\qquad P_{sh} = I_{rms}^2 R_{sh}

เลือก $R_{sh}$ ให้แรงดันตกไม่กี่สิบถึงร้อย mV · วางชันต์ฝั่งกราวด์ (low-side) จะวัดเทียบกราวด์ได้ตรง ๆ

X15 AC power from two channels กำลังไฟฟ้า AC

P = V_{rms}I_{rms}\cos\varphi = \overline{v(t)\,i(t)},\qquad S = V_{rms}I_{rms},\qquad PF = \frac{P}{S}

ค่าเฉลี่ยของ Math CH1×CH2 คือ P โดยตรง ใช้ได้แม้รูปคลื่นไม่ใช่ไซน์ (ตอนนั้น $PF \ne \cos\varphi$ )

ตัวอย่าง X-9 · มอเตอร์เล็ก

ผ่านโพรบดิฟเฟอเรนเชียล วัด $V_{rms}$ = 230 V ชันต์ 0.1 Ω ให้ 0.12 Vrms กระแสตามหลังแรงดัน 36.9° หากำลังจริง กำลังปรากฏ และ PF

กระแส X14
$I_{rms} = \frac{0.12}{0.1} = 1.2\ \text{A}$
กำลัง X15
$S = 230 \times 1.2 = 276\ \text{VA},\quad P = 276\cos 36.9^\circ = 220.8\ \text{W},\quad PF = 0.80$

P ≈ 221 W, S = 276 VA, PF = 0.8 (ล้าหลัง) ชันต์ร้อนเพียง $1.2^2 \times 0.1 = 0.14$ W

ชุดแล็บสัญญาณและระบบด้วย FG + สโคป กลาง ขั้นสูง

ทุกหัวข้อหลักของวิชาสัญญาณและระบบทดลองได้ด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณ สโคป และวงจร RC RLC ออปแอมป์ ชุดนี้เรียงจากง่ายไปยาก แต่ละข้อเปิดได้ทันทีในแล็บจำลอง

หัวข้อในวิชา	การทดลอง	เปิดในแล็บ / อ่าน
สัญญาณพื้นฐาน คาบ พลังงาน RMS	อ่าน Vp Vrms Vavg ของทุกรูปคลื่น	เปิด · W
ความเป็นเชิงเส้น	เพิ่มขาเข้าสองเท่า ขาออก RC เพิ่มสองเท่าไหม เทียบกับวงจรตัดยอดที่ไม่เชิงเส้น	RC · คลิปเปอร์
ผลตอบสนองขั้น	สี่เหลี่ยมช้าเข้า RC และ RLC หา τ, ζ, ωn	RC · RLC
ผลตอบสนองอิมพัลส์	พัลส์แคบ พื้นที่คงที่ เข้า RC	เปิด · R17
คอนโวลูชัน	สี่เหลี่ยมเข้า RC = คอนโวลูชันของพัลส์กับ $h(t)$ ดูรูปทรงที่ความถี่ต่าง ๆ	เปิด · แล็บสัญญาณ
ผลตอบสนองความถี่ / Bode	ไซน์ทีละความถี่ วัดอัตราส่วนและเฟส	เปิด · B7–B9
อนุกรมฟูริเยร์	FFT ของสี่เหลี่ยม สามเหลี่ยม เทียบสูตร	เปิด · W17
ตัวกรองและเรโซแนนซ์	กวาดความถี่ผ่าน RLC เห็นเปลือก $\|H(f)\|$	เปิด · B10
การสุ่มและอเลียสซิง	ลด Time/div จนความถี่ผิด	เปิด · O12
มอดูเลชัน AM FM	หาดัชนีมอดูเลชันจากเปลือก ดูแถบข้างใน FFT	AM · FM · V8–V11
ระบบป้อนกลับ	ออปแอมป์: เกนกับแบนด์วิดท์แลกกัน, ชมิตต์ (ป้อนกลับบวก)	GBW · ชมิตต์
การเฉลี่ยและนอยส์	เฉลี่ย N ครั้ง SNR ดีขึ้น √N	เปิด · B13

ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังทั้งหมด (คอนโวลูชัน การแปลงฟูริเยร์และลาปลาซ ฟังก์ชันถ่ายโอน) อ่านต่อได้ที่ แล็บสัญญาณเบื้องต้น การแปลงลาปลาซ ระบบอันดับหนึ่ง และ ระบบอันดับสอง

ต่อยอด: ระบบควบคุมในงานจริง

งานประยุกต์จำนวนมากเป็นระบบควบคุมป้อนกลับ ดูไอเดียกว่า 70 ระบบในคลังไอเดียระบบควบคุม และงานมอเตอร์ หุ่นยนต์ พาวเวอร์ซัพพลายในเมคาทรอนิกส์ โรโบติกส์ และตัวแปลงกำลัง

คำถามที่พบบ่อย

แรงดันริปเปิลของวงจรเรียงกระแสคำนวณอย่างไร?

ประมาณได้จาก V_r(pp) ≈ I_L/(f_r C) = V_peak/(f_r R_L C) โดย f_r คือความถี่ริปเปิล เท่ากับความถี่ไฟเข้าสำหรับครึ่งคลื่น และสองเท่าสำหรับเต็มคลื่น เช่น ไฟ 50 Hz เต็มคลื่น กระแส 0.5 A ตัวเก็บประจุ 2200 µF ได้ริปเปิลราว 2.3 Vpp สูตรนี้ให้ค่าสูงกว่าจริงเล็กน้อยจึงใช้ออกแบบได้ปลอดภัย

PWM ดิวตี้ 30 % ของ 5 V ได้แรงดันเท่าไร?

แรงดันเฉลี่ยคือ D × V_H = 0.3 × 5 = 1.5 V ถ้ากรองด้วย RC ที่ τ ยาวกว่าคาบมาก จะได้ DC ราว 1.5 V มีริปเปิลประมาณ V_H D(1 − D)/(f R C) แต่ค่า RMS ของ PWM เองคือ V_H√D = 2.74 V ใช้ค่า RMS เมื่อคิดความร้อนในตัวต้านทาน

วัดความเพี้ยนฮาร์มอนิก (THD) ด้วยออสซิลโลสโคปได้ไหม?

ได้คร่าว ๆ ด้วย FFT อ่านระดับ dBV ของความถี่พื้นฐานและฮาร์มอนิก แล้วคำนวณ THD = √(V₂² + V₃² + …)/V₁ สโคป 8 บิตวัดได้ดีถึงราว −50 ถึง −60 dB (0.1–0.3 %) ถ้าต้องการต่ำกว่านั้นต้องใช้เครื่องวิเคราะห์เสียงหรือการ์ดเสียงคุณภาพสูง

ต่อสโคปวัดวงจรไฟบ้านหรือวงจรเรียงกระแสบริดจ์ได้อย่างไรให้ปลอดภัย?

ห้ามหนีบกราวด์โพรบกับจุดที่ต่อไฟบ้าน ใช้หม้อแปลงแยก (isolation transformer) ที่ฝั่งวงจร หรือใช้โพรบดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันสูง และสำหรับบริดจ์ ขาออกกับขาเข้าไม่มีกราวด์ร่วมกัน วัดทั้งสองฝั่งพร้อมกันด้วยโพรบธรรมดาไม่ได้ ให้ใช้วิธีผลต่างสองช่องหรือโพรบดิฟเฟอเรนเชียล

อาจารย์มด · ธีรวุฒิ แสวงบุญ
อาจารย์สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ · ดูโปรไฟล์