วันพฤหัสบดีที่ 2 พฤษภาคม พ.ศ. 2556

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น


อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น
มัลติมิเตอร์ (Mutimeter)

เป็นเครื่องมือวัดที่มีประโยชน์มาก เพียงแต่ปรับหมุนสวิตซ์ก็สามารถตั้งเป็นโวลต์มิเตอร์ แอมมิเตอร์ หรือโอห์มมิเตอร์ แต่ละแบบสามารถเลือกพิสัยการวัดได้หลายระยะและเลือกไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) บางชนิดมีคุณสมบัติการวัดเพิ่มเติม เช่น วัดค่าความจุ วัดความถี่ และทดสอบทรานซิสเตอร์ เป็นต้น

แอมมิเตอร์ (Ammeter)

เป็นเครื่องมือวัดที่ใช้วัดกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า โดยนำแอมมิเตอร์มาต่ออนุกรมกับวงจรไฟฟ้าซึ่งสามารถวัดไฟฟ้ากระแสตรงได้

โวลต์มิเตอร์ (Voltmeter)

เป็นเครื่องมือวัดที่ใช้วัดความต่างศักย์ไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า โดยนำโวลต์มิเตอร์มาต่อขนานกับวงจรไฟฟ้าซึ่งสามารถวัดไฟฟ้ากระแสตรงได้

ตัวต้านทาน (Resistor)

เป็นอุปกรณ์ทำหน้าที่ตานการไหลของกระแสไฟฟ้าโดยใช้ได้ทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ  ถ้าความต้านทานมากกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวต้านทานได้น้อย ถ้าความต้านทานน้อยกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านตัวต้านทานได้มาก

ตัวเก็บประจุ (Capacitor or Condenser)

มีคุณสมบัติในการเก็บประจุไฟฟ้า เกิดจากการที่มีแผ่นโลหะสองแผ่นวางอยู่ใกล้ ๆ กัน แต่ไม่แตะถึงกันโดยมีแผ่นไดอิเล็กตริกซึ่งมีลักษณะเป็นฉนวนกั้นอยู่ระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง

ไดโอด (Diode)

ทำมาจากสารกึ่งตัวนำมีขนาดเล็ก มีขั้วต่อออกมาใช้งาน 2 ขั้ว มีคุณสมบัติยอมให้กระแสไฟฟ้าผ่านได้ทางเดียวเมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าตรงขั้วและจะไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าผ่านได้เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้ากลับขั้ว โดยมีลักษณะ ดังรูป

ทรานซิสเตอร์ (Transistor)

เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำชนิด 3 ตอนต่อชนกัน โดยใช้สารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N ทรานซิสเตอร์ต้องสร้างให้ตัวนำตอนกลางแคบที่สุด มี่ขาต่อออกมาใช้งาน 3ขา

ลำโพง (Speaker)

มีหน้าที่ในการเปลี่ยนสัญญาณเสียงในรูปของพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานเสียงที่หูเราสามารถรับรู้ได้โครงสร้างของลำโพงทั่วไปมีส่วนประกอบตามรูป

แผงทดลองวงจร (Project Board)

เป็นพื้นที่ทดลองเสียบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น สะดวก รวดเร็ว ก่อนนำไปใช้งานจริง โดยไม่ต้องอาศัยหัวแร้งในการบัดกรี


วงจรแผ่นพิมพ์ (Printed Circuit Boards)

วงจรแผ่นพิมพ์หรือแผ่นปริ้นท์ เป็นแผ่นพลาสติกที่ผิวด้านหนึ่งถูกเคลือบด้วยแผ่นทองแดงบางเพื่อใช้ทำลายพิมพ์วงจรและทำให้เกิดวงจรขึ้นมา ใช้เป็นลายตัวนำในการเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เข้าด้วยกัน เกิดเป็นวงจรต่าง ๆ ตามต้องการ
หม้อแปลง (Transformer)

มีลักษณะเป็นขดลวดทองแดงอาบน้ำยาที่พันอยู่บนแกนตั้งแต่ 2 ชุดขึ้นไป ทำหน้าที่ผ่านแรงดันไฟฟ้า จากขดลวดชุดหนึ่งไปยังอีกชุดหนึ่งโดยการเหนี่ยวนำทางเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ตามรูป

หัวแร้ง (Electric Soldering)

เป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้เป็นพลังงานความร้อน เพื่อใช้ในการเชื่อมหรือถอดอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่า “การบัดกรี” โดยมีส่วนประกอบตามรูป

วงจรรวม IC (Integrated Circuit)

เป็นอุปกรณ์รวมการทำงานของทรานซิสเตอร์ ไดโอด รีซิสเตอร์ และอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำอื่น ๆ เข้ารวมเป็นชิ้นเดียวกันและมีขาออกมาภายนอกสำหรับป้อนแหล่งจ่าย มีหลายชนิดแล้วแต่หน้าที่การทำงาน

แบตเตอรี่ (Battery)

เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานหมดแล้ว ไม่สามารถนำมาประจุใหม่ได้อีก การสร้างแบตเตอรี่โดยการนำแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีจุ่มลงในน้ำยาอิเล็กโตรไลด์ทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี

ตัวเก็บประจุ (Capacitors)
ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์แบบเฉื่อยงานที่สะสมพลังงานในรูปแบบสนามไฟฟ้า (Electric Field) โดยโครงสร้างประกอบด้วย แผ่นตัวนำไฟฟ้า 2 แผ่นที่ถูกแยกจากกันโดยฉนวนไฟฟ้า (Insulator) หรืออาจเรียกว่าสารไดอิเล็กตริก (Dielectric) ดังรูปที่ 6.1

รูปที่ 6.1 โครงสร้างของตัวเก็บประจุ

สารไดอิเล็กตริกที่ใช้อาจเป็นอากาศ (Air), เซรามิก (Ceramic), กระดาษ (Papers) หรือ ไมกา (Mica) เป็นต้น ส่วนของแผ่นโลหะอาจใช้แผ่นอลูมิเนียม เมื่อทำการต่อแหล่งจ่ายแรงดัน เข้าที่แผ่นโลหะทั้งสองของตัวเก็บประจุดังแสดงในแสดงในรูปที่ 6.2 จะพบว่าแผ่นโลหะที่ต่อกับขั้วบวก ของแหล่งจ่ายแรงดันก็จะมีประจุบวก +q และที่แผ่นโลหะที่ต่อกับขั้วลบก็จะมีประจุลบ -q โดยที่ตัวเก็บประจุนี้จะมีประจุโดยรวมเป็นศูนย์ จะได้ความสัมพันธ์ของประจุกับแรงดันเป็น

โดย C   คือค่าความจุไฟฟ้า (Capacitance) มีหน่วยเป็น ฟารัด (Farad, F)

ค่าความจุไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพของตัวเก็บประจุซึ่งคำนวณได้จาก


รูปที่ 6.2 ประจุที่สะสมที่ตัวเก็บประจุ

Michael Faraday
English physicist.(1791-1867)
เราทราบว่ากระแสไฟฟ้าคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าเมื่อเทียบกับเวลาคือ

ดังนั้นจะได้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุคือ
สัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุและทิศทางของกระแส และขั้วของแรงดัน ที่สอดคล้องกับสมการข้างบนแสดงดังรูปที่ 6.3

รูปที่ 6.3 สัญลักษณ์ของตัวเก็บประจุ

และแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุจะได้

พลังงานที่สะสมในตัวเก็บประจุสามารถหาได้จาก

จะพบว่าพลังงานที่สะสมที่ตัวเก็บประจุมีค่าเป็นบวกเสมอ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์แบบเฉื่อยงาน และพลังงานที่สะสมที่ตัวเก็บประจุนี้จะอยู่ในรูปของสนามไฟฟ้าที่ปรากฎแผ่นโลหะทั้งสองของตัวเก็บประจุ


คุณสมบัติที่สำคัญของตัวเก็บประจุ
  • จากสมการกระแสที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุ เมื่อแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา เช่น แรงดันแบบไฟตรง (DC) จะพบว่ากระแสที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุเท่ากับศูนย์ นั่นคือตัวเก็บประจุจะเปิดวงจรเมื่อแรงดันเป็นไฟตรง

    รูปที่ 6.4 ตัวเก็บประจุที่สัญญาณไฟตรง
  • แรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุจะต้องมีความต่อเนื่อง (continuity) สาเหตุมาจากสมการกระแสที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงทันทีทันใดของแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุนั้น ต้องการค่ากระแสที่เข้าใกล้อนันต์ (Infinite) ซึ่งในทางปฏิบัติไม่สามารถสร้างได้ ดังนั้นแรงดันที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใด ในทางกลับกันกระแสที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุสามารถเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใดได้

    รูปที่ 6.5 กระแสและแรงดันที่ตัวเก็บประจุตัวหนึ่ง
  • ตัวเก็บประจุแบบอุดมคติไม่มีการสูญเสียพลังงาน


การต่อตัวเก็บประจุแบบอนุกรม (Series capacitors)

รูปที่ 6.6 ตัวเก็บประจุต่ออนุกรม

สำหรับตัวเก็บประจุที่อนุกรมกันจะได้ค่าความจุไฟฟ้ารวมเป็น

หรือ



การต่อตัวเก็บประจุแบบขนานอนุกรม (Parallel capacitors)

รูปที่ 6.7 ตัวเก็บประจุต่อขนาน

สำหรับตัวเก็บประจุที่ขนานกันจะได้ค่าความจุไฟฟ้ารวมเป็น

หรือ


ตัวเหนี่ยวนำ (Inductors)
ตัวเหนี่ยวนำเป็นอุปกรณ์แบบเฉื่อยงานที่สะสมพลังงานในรูปแบบสนามแม่เหล็ก (Magnetic Field) โดยสร้างจากเส้นลวดตัวนำที่นำมาพันรอบแกน ซึ่งเมื่อจ่ายกระแสเข้าไปยังขดลวดจะทำให้เกิดเส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic flux) คล้องขดลวดนี้ขึ้นดังรูปที่ 6.8

รูปที่ 6.8 ตัวเหนี่ยวนำ

Joseph Henry
American scientist. (1797-1878)
เส้นแรงแม่เหล็กรวม () นี้จะแปรผันตรงกับกระแสไฟฟ้าที่ป้อนให้กับขดลวดดังสมการ

โดย L   คือ ค่าความเหนี่ยวนำ (Inductance) มีหน่วยเป็น เฮนรี (Henry, H)
เมื่อเส้นแรงแม่เหล็กมีการเปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำขึ้น

หรือ
สัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำและทิศทางของกระแส และขั้วของแรงดัน ที่สอดคล้องกับสมการข้างบนแสดงดังรูปที่ 6.9

รูปที่ 6.9 สัญลักษณ์ของตัวเหนี่ยวนำ

และกระแสที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำจะได้

พลังงานที่สะสมในตัวเหนี่ยวนำสามารถหาได้จาก

จะพบว่าพลังงานที่สะสมที่ตัวเหนี่ยวนำมีค่าเป็นบวกเสมอ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าตัวเหนี่ยวนำเป็นอุปกรณ์แบบเฉื่อยงาน และพลังงานที่สะสมที่ตัวเหนี่ยวนำนี้จะอยู่ในรูปของสนามสนามแม่เหล็กที่คล้องผ่านขดลวดตัวเหนี่ยวนำ


คุณสมบัติที่สำคัญของตัวเหนี่ยวนำ
  • จากสมการแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำ เมื่อกระแสที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา เช่น กระแสแบบไฟตรง (DC) จะพบว่าแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำเท่ากับศูนย์ นั่นคือตัวเหนี่ยวนำจะลัดวงจรเมื่อกระแสเป็นไฟตรง

    รูปที่ 6.10 ตัวเหนี่ยวนำที่สัญญาณไฟตรง
  • กระแสที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำจะต้องมีความต่อเนื่อง (continuity) สาเหตุมาจากสมการแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำ การเปลี่ยนแปลงทันทีทันใดของกระแสที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำนั้น ต้องการค่าแรงดันที่เข้าใกล้อนันต์ (Infinite) ซึ่งในทางปฏิบัติไม่สามารถสร้างได้ ดังนั้นกระแสที่ไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใด ในทางกลับกันแรงดันที่ตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำสามารถเปลี่ยนแปลงอย่างทันทีทันใดได้

    รูปที่ 6.11 กระแสและแรงดันที่ตัวเหนี่ยวนำตัวหนึ่ง
  • ตัวเหนี่ยวนำแบบอุดมคติไม่มีการสูญเสียพลังงาน


การต่อตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรม (Series inductors)

รูปที่ 6.12 ตัวเหนี่ยวนำต่ออนุกรม

สำหรับตัวเหนี่ยวนำที่อนุกรมกันจะได้ค่าความเหนี่ยวนำรวมเป็น

หรือ



การต่อตัวเหนี่ยวนำแบบขนานอนุกรม (Parallel inductors)

รูปที่ 6.13 ตัวเก็บประจุต่อขนาน

สำหรับตัวเหนี่ยวนำที่ขนานกันจะได้ค่าความเหนี่ยวนำรวมเป็น

หรือ

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น