75-107-1-pb

7/21/2019 75-107-1-PB

http://slidepdf.com/reader/full/75-107-1-pb 1/6

การออกแบบวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาราคาถก

Frequency to Voltage Converter based on Low Cost Design

บญเรอง วงศลาบตร1 และ เสถยร ธญญศรรตน2

1สาขาวชาวศวกรรมการวดคม คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยปทมวน

833 ถนนพระราม 1 เขตปทมวน กรงเทพฯ 10330 โทรศพท: 0-2219-3861 E-mail: [email protected]สาขาวชาวศวกรรมการวดคม คณะวศวกรรมศาสตร สถาบนเทคโนโลยปทมวน

833 ถนนพระราม 1 เขตปทมวน กรงเทพฯ 10330 โทรศพท: 0-2219-3861 E-mail: [email protected]

บทคดยอ

บทความน นาเสนอ การออกแบบวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาราคาถก ซ งในบทความน ไดทาการออกแบบใหตอบสนองตอยานความถ 1kHz จนถง 10kHz และผลท ไดจากการทดลองจรง

สามารถปรบแตงใหแรงดนไฟตรงเตมสเกลใหมคาเปน 10V และมความเปนเชงเสนตลอดยานความถ ท ปอนเขามาเปนอยางด โดยมคาความผดพลาดของความเปนเชงเสนนอยกวา 0.7% ของคาเตมสเกล และมคาสมประสทธการถายโอนโดยเฉล ยเทากบ 0.946 V/kHz

อยางไรกตาม วงจรท ออกแบบข นน สามารถทาใหตอบสนองกบความถ ยานอ น ๆ ได โดยใชหลกการออกแบบในลกษณะเดยวกนและยงสามารถสรางข นใช ไดดวยงบประมาณเพยง 100 บาท

คาสาคญ: วงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟา, แรงดนไฟตรงเตมสเกล

ความผดพลาดของความเปนเชงเสน, สมประสทธ การถายโอน

Abstract

This paper proposes the frequency to voltageconverter based on low cost design. For voltage converter

design, frequency response can be adjusted from 1kHz to

10kHz. The implementation results indicate that the DC

output voltage is linearly from low voltage until full scale

voltage at 10V. The linearity error is less than 0.7% at

full scale, and the average of transfer co-efficient is 0.946

V/kHz. Furthermore, this circuit design can be applied with

other frequency ranges. In addition, the budget of low

cost DC voltage converter is about 100 baths.

Keywords: frequency to dc voltage converter circuit, DCoutput full scale voltage, linearity error, Transfer co-efficient

1. บทนา ปจจบน มการนาวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาไป

ประยกตใชในเคร องจกรกล และพาหนะตาง ๆ เปนจานวนมาก เพ อทาการแปลงผนผลของสญญาณท อย ในรปแบบของจงหวะการทาง านท ซ าซอนในชวงของเวลาหน ง ๆ เชน การหมนท แกนเพลาเปนวงรอบของเคร องจกรกลหรอเคร องยนต ในชวงเวลาหน ง ๆ ซ งถกเรยกวา “ความเรวรอบ” และนยมกาหนดใหมหนวยเปน รอบตอนาท แตถาคดเปน รอบตอ

วนาท กจะเปนความถ และมหนวยเปน เฮทซ (Hz) ซ งโดยท วไปสาหรบ

ในพาหนะท เปนจกรยานยนต หรอ รถยนต ท มการควบคมการจดระเบดและการฉดน ามนเช อเพลงเขากระบอกสบ ดวยระบบอเลกทรอนกส มกจะ ใชตวตรวจจบการหมนเปน ขดลวดตรวจพบ (Pick-up coil) โดยสญญาณท ไดจะอย ในรปแบบของ จานวนพลสตอรอบการหมน โดยผลจากการแปลงผนความถ ท ได จะถกนาไปใช ในการแสดงผลการหมนท เพลาของเคร องยนต

บนหนาปด อกท งยงถกสงเปนยงระบบควบคมอตโนมต ใหทาการควบคมปรมาณของน ามนเช อเพลงท จะตองฉดเขากระบอกสบและทาการจดระเบด ใหไ ดจงหวะอย าง เหมาะสมตามความ เรวรอบท ตอ งการ เพ อ เปนการประหยดน ามนเช อเพลง วงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาสามารถนามาประยกตใชงานรวมกบ เอนโคเดอร แบบอนครเมนท (Increment

encoder) ท ตดต งเขาท เพลาของมอเตอรไฟฟา โดยสญญาณท ไดจากทางเอาทพตของ เอนโคเดอร แบบอนครเมนท จะเปนจานวนของพลสตอรอบการหมน เชน 100 พลส / รอบ , 500 พลส / รอบ หรออาจจะเปน 1000

พลส / รอบ ดงน นถามอเตอรหมนดวยความเรวรอบหน ง ๆ กจะเกดพลสจานวนหน งออกมาจากทางเอาทพตของเอนโคเดอร และถานบจานวนของพลสท ออกมาจากเอนโคเดอร ภายในเวลา 1 วนาท กจะกลายเปนความถ เชนเดยวกน นอกจากน นแรงดนไฟฟาท ไดจากการแปลงผนจะตองมความเปนเชงเสนท ด เพ อเสรมสมรรถนะของระบบควบคมใหดย งข น

นอกจากน วงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟา ยงสามารถนาไปประยกตใชกบเคร องมอวดแรงดนไฟฟา ใหสามารถแสดงผลของการวดแรงดนไฟฟาออกมาเปนคาของความถ ท ถกปอนเขามาทางดานอนพต ดงจะเหนวาในปจจบนจะมการนาไปประยกตใชกบมลตมเตอรบางร นท ทาใหสามารถทาการวดคาของความถ ไดดวย

ถงแมวาในปจจบนจะมไอซ ซ งเปนวงจรรวมท สามารถทาการแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาจาหนายอย ในตลาดกตาม แตเน องจากไอซเหลาน นมกจะมราคาคอนขางแพง และยากตอนามาออกแบบใหตอบสนองตอความถ ในยานท ผ ใชงานตองการได

2. การแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟา รปคล นของสญญาณความถ ท ถกปอนเขามาทางดานอนพตจะม

ลกษณะเปนรปคล นแบบส เหล ยม (Square wave) ซ งโดยปกตคาเฉล ยของแรงดนไฟตรง ( Vdc ) จะไมเปล ยนแปลงไปตามคาของความถ ดงแสดงใน

รปท 1 แตจะเปล ยนแปลงไปตามคาดวต ไซเก ล (Duty cycle , D) ซ งเปน

7/21/2019 75-107-1-PB


Vm

dcV

t

ton toff

T

on

mV

t

T

off t

dcV

t

Vm

dcV

t

ton toff

T

Vm

T

ont off t

dcV

t

Vm

t

ton toff

w

mV

t

T t

iV

oV

Vdc

Mono-stable

multivibretorLow pass

filter

i Vdc

mV = VCC

o

, f i

circuit

tw

T

t

Input Output

V

V

8

+

-

+VCC

R T

C T

4

7

6

2

1

3

NE555 oV

Vi

wt

อตราสวนของคาเวลาในชวงมสญญาณบวก ( ton ) ตอคาคาบเวลาของความถ น น ๆ ( T ) ดงแสดงในรปท 2

รปท 1 แรงดนไฟตรงเฉล ยจะไมเปล ยนแปลงไปตามความถ

รปท 2 แรงดนไฟตรงเฉล ยเปล ยนแปลงไปตามดวต ไซเก ล

จากรปท 2 จะเหนวาแรงดนไฟตรงเฉล ยจะเปล ยนแปลงไปตามคาดวต ไซเก ลซ งสามารถคานวณไดดงในสมการท (1)

DV T

t V V mon

mdc ⋅== (1)

แตในทางปฏบตคาดวต ไซเก ลของสญญาณความถ ท ปอนเขามาจะมคาคงท ดงน นในการแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟตรงจงตองใชการกาหนดคาเวลาคงท ( tw ) โดยใชสญญาณท ขอบขาข นหรอขอบขาลงของสญญาณความถ ท ปอนเขามาเปนตวกาหนด ดงแสดงในรปท 3

จากรปท 3 เม อกาหนดคาเวลาคงท ( tw ) ใหเกดข นทก ๆ

ขอบขาข นของสญญาณความถ ท ปอนเขามาทางดานอนพต ( Vi ) ดงน นเม อความถ ของสญญาณท ปอนเขามาเกดการเปล ยนแปลง กจะสงผลใหสญญาณท ออกมาทางเอาทพต ( Vo ) เกดการเปล ยนแปลงคาดวต ไซเก ล

ไปตามความถ ของสญญาณท ปอนเขามาทางดานอนพต

รปท 3 คาเวลาคงท ( tw ) ทก ๆ ขอบขาข น

ของสญญาณความถ ท ปอนเขามาทางดานอนพต

สาหรบวงจรท ทาหนาท กาหนดคาเวลาคงท ( tw ) กคอวงจรโมโน

เสเตเบ ล มลตไวเบรเตอร (Mono-stable multivibretor circuit) ซ งสงผล ใหแรงดนไฟตรงเฉล ยเกดการเปล ยนแปลงไปตามความถ ของสญญาณท ปอนเขามาดวยเชนเดยวกน สญญาณท ออกจากวงจรโมโนเสเตเบ ล มลตไวเบรเตอร จะถกปอนเขายงวงจรกรองความถ ต าผาน (Low pass filter) เพ อทาใหแรงดนไฟตรงเฉล ยมความราบเรยบมากข น และสามารถนาไปใชในระบบควบคมอตโนมตได ดงน นบลอกไดอะแกรมของวงจรการแปลงผนความถ เปนไฟฟาจะเปนดงในรปท 4

รปท 4 บลอกไดอะแกรมของการวงจรการแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟา

2.1 วงจรโมโนเสเตเบ ล มลต ไวเบรเตอร จากรปท 4 วงจรโมโนเสเตเบ ล มลตไวเบรเตอร ท ใชในการ

ออกแบบในบทความน จะใชไอซเบอร NE555 ซ งเปนไอซสาหรบการต งเวลาและมจดเดนกคอเวลาท ถกกาหนดจะไมถกกระทบจากแรงดนไฟฟาท จายใหกบตวไอซเม อมการเปล ยนแปลง รปแบบของวงจรโมโนเสเตเบ ล มลต ไวเบรเตอร ดงแสดงในรปท 5

รปท 5 วงจรโมโนเสเตเบ ล มลต ไวเบรเตอร

7/21/2019 75-107-1-PB


+

vo

CC+V

iv

R 2 R 1

C1

TL071

3

2

6

7

4

2C

0 f frequencyc

v/v

0.707

1

io

-40dB/decade

-3dB=VA

จากวงจรในรปท 5 คาเวลาคงท ( tw ) จะสามารถคานวณไดจากสมการท (2) ดงน

T T w C R .t 11≅ (2)

โดยคาเวลาคงท ( tw ) จะมหนวยเปนวนาท และเม อพจารณาจากรปท 3 จะเหนวาคาเวลาคงท น จะมความสมพนธกบความถ สงสด

( f max )ของสญญาณท ปอนเขามาทางไดอนพตของวงจร ดงในสมการท (3)

w

max t

f 1

= (3)

โดยท f max จะเปนคาความถ สงสด และมหนวยเปนเฮทซ (Hz)

ซ งจะทาใหแรงดนไฟตรง (Vdc) มคาเทากนกบคาแรงดนสงสด (Vm ) ซ งจะเปนแรงดนไฟตรงสงสดท ออกมาทางดานเอาทพตของวงจรโมโนสเตเบ ล มลตไวเบรเตอร และในการออกแบบควรจะเลอกคาของความถ สงสดใหมคามากกวาความถ สงท ตองการใชงานจรงเปน 120% เชนถาความถ สงท ตองการใชงานมคาเปน 10kHz ดงน นจะตองกาหนดคาความถ สงสดท ตอง ใชในการออกแบบวงจรแปลงผนใหมคาเปน 12kHz ท งน เพ อความ

มเสถยรภาพของแรงดนไฟตรงท ออกมาทางดานเอาทพตของวงจรกรองความถ ต าผาน

สาหรบความถ ต าท ตองการใชงาน ไมควรเลอกใหมคาต ามากจนเกนไป เพราะถาความถ ท ปอนเขามาต ามากเกนไปเสถยรภาพของวงจรการกรองความถ ต าผานจะขาดเสถยรภาพไปดวย กลาวคอแรงดนไฟตรงท ไดจะไมมความราบเรยบเพยงพอตอการใชงาน และควรใหมคาต ากวาความถ สงท ตองการใชง านจรงประมาณ 10 เทา เชนถาความถ สง ท ตองการใชงานมคาเปน 10kHz ดงน นจะตองกาหนดคาความถ ต าท ตองใช ในการออกแบบวงจรแปลงผนใหมคาเปน 1kHz เปนตน

2.2 วงจรกรองความถ ต าผาน

วงจรกรองความถ ต าผานท ใชออกแบบในบทความน จะเปนวงจรกรองความถ ต าผานอนดบสองแบบแอกตฟ (Second order active

low pass filter) โดยใชออป-แอมป เบอร TL071 ดงแสดงในรปท 6

รปท 6 วงจรกรองความถ ต าผานอนดบสองแบบแอกตฟ

ขอดของวงจรกรองความถ ต าผานอนดบสองแบบแอกตฟ กคอ

ณ ท จดตดความถ (Frequency cut-off , f c ) ซ งอตราขยาย( Av ) ของวงจรการกรองมคาเปน -3dB จะมอตราการบ นทอนของแรงดนไฟฟา

ทางดานเอาทพตตอความถ ทางดานอนพตเปน -40dB/decade ดงแสดง

ในรปท 7 โดยการกรองจะใช R1 และ C1 ตอเปนวงจรกรองความถ ต าผานอนดบ 1 และทางานรวมกนกบส วนปอนกลบจากทางเอาทพตของวงจรคอ

ผานทาง C2 ไปยงจดตอระหวาง R1 และ R2 โดยการกาหนดคาตาง ๆ ขององคประกอบท อย ในวงจรจะกระทาไดโดยกาหนดใหคาความตานทานของ R1 และ R2 มคาเทากนและคานวณหาคาของ C1 และ C2 จากสมการท (4)

และ (5) ตามลาดบ

11 2 R X C ⋅= (4)

และจะได 12

2C C = (5)

รปท 7 ผลตอบสนองของการกรองความถ ต าผาน

อนดบสองแบบแอกตฟ

โดยท XC1 จะเปนคาความตานทานไฟสลบของ C1 ท ตาแหนงจดตดความถ ( f c ) ของวงจรกรองความถ ต าผาน และเพ อเสถยรภาพท ดของวงจรการกรองสญญาณท ความถ ต า ๆ ควรกาหนดใหจดตดความถ ใหม

คาเปน 1/10 เทาของความถ ต าสดท ตองการใชงาน เชนกาหนดคาความถ ต าสดท ตองใชงานมคาเปน 1kHz กควรกาหนดใหจดตดความถ ของวงจรกรองความถ ต าผาน มคาเปน 100Hz เปนตน

3. การออกแบบวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟา มข นตอนในการออกแบบวงจรดงน 1. กาหนดคาความถ ในการใชงาน ซ งในท น กาหนดใหความถ

สงสดท ตองการใชงานมคาเปน 10kHz และความถ ต าสดท ตองการใชงานเปน 1kHz ดงน นคาความถ สงสด ( f max ) จะมคาเปน 12kHz

2. คานวณหาคาเวลาคงท ( tw ) ท ตองใช ในการกาหนดคา

ของ R T และ C T ในวงจรโมโนสเตเบ ล มลตไวเบรเตอร ดงน

s.kHz f

t

max

w µ=== 383

12

11 (6)

3. คานวณหาคา R T ในวงจรโมโนสเตเบ ล มลตไวเบรเตอร โดยกาหนดให C T มคาเปน 68nF ดงน

Ω=

×

µ==

−

k .

F .

s.

C .

t R

T

w T 111

)1068)(11(

383

11 9

(7)

7/21/2019 75-107-1-PB


8

+12V

1k

68nF

4

7

6

2

1

3

NE555oV

5

10k

10nF

10k

1nF

BC337V

i

f in5Vp

50k

220nF

+

-

3

2 4

7

6 TL071

ZD

10V/0.5W

1k 10k 10k

120nF 10k 10kB

VR1

(Full scale Adj.)

C4

3C

R4 5

R T

R

C T

6R R2

3R

R1

2C

C1 7R

11Q

+Vcc=

เลอกคาตวตานทานมาตรฐานท มจาหนายในตลาดเปนคา 1k Ω±1% มาใช ในการออกแบบวงจร

4. คานวณหาคาอปกรณท ใชในวงจรกรองความถ ต าผาน

อนดบสองแบบแอกตฟ โดยกาหนดให จดตดของความถ ( f c ) มคาเปน 1/10เทา ของความถ ต าสดท ตองการใชงาน ดงน นจดตดของความถ ท ตองใชในการออกแบบวงจรกรองความถ ต าผานอนดบสองแบบแอกตฟจะมคาเปน 100Hz โดยท กาหนดให R1 และ R2 มคาเทากนคอ

10k Ω และคานวณหาคา C1 จากสมการท (4) ดงน

nF

k Hz

R f C

c

112

1021002

1

22

1

1

1

=

Ω⋅⋅π

=

π=

(8)

เลอกคามาตรฐานท มจาหนายในตลาดเปน 120nF

และคานวณหาคาของ C2 จาก

nF nF C C 2241122212

=== )( (9)

เลอกคามาตรฐานท มจาหนายในตลาดเปน 220nF

5. นาขอมลท ไดจากการคานวณมาเขยนลงในวงจร ดง

แสดงในรปท 8

วงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาท ออกแบบข น ดงในรปท 8 ในวงจรจะเหนอปกรณอ น ๅ นอกเหนอไปจากท กล าวมาแลวในขางตนตอรวมอย ดวย โดยแตละตวจะมหนาท ดงน Q1,R3,C3,R4 และ R5

จะทาใหสญญาณท นาไปปอนใหท ขา 2 ของไอซ NE555 เปนพลสแคบ ๆ

เพ อทาใหไอซ NE555 เม อตอใหทางานอย ในรปแบบของวงจรโมโนสเตเบ ล มลต ไวเบรเตอร สามารถรบสญญาณท เขามากระต นในการต งคาเวลาคงท ( tw ) ท ทก ๆ ขอบขาข นของความถ ท ปอนเขามาเปนความถ สง ๆ ได

สวน VR1 ท ตอรวมเขากบวงจรกรองความถ ต าผานอนดบสองแบบแอกตฟ ม ไวสาหรบปรบอตราขยายของวงจรกรอง โดยตามวงจรในรปท 8 สามารถปรบอตราขยายไดอย ในชวง 1เทา จนถง 2 เทา ทาใหวงจรสามารถปรบคาแรงดนไฟตรงสงสดเตมสเกลได ซ งการออกแบบในเซนเนอร

ไดโอด ZD1 ทาหนาท ควบคมแรงดนยอดสงสดทางดานเอาทพตท ออกจาก ไอซ NE555 ไมใหเกนกวา 10V และจะไมเปล ยนแปลงไปตามคาแหลงจายแรงดนไฟฟา ( +Vcc ) ท จายใหกบวงจรท งหมดในการทางาน สาหรบในบทความน จะปรบคาแรงดนไฟตรงสงสดเตมสเกลใหมคาเปน 10V ท ความถ ใชงานสงสดเปน 10kHz

ตารางท 1 ผลการทดลอง Frequency

(kHz)

Vo(mea)

(VDC)

Vo(cal)

(VDC)

Linearity error

(%)

1.0 1.49 1.49 0.00

1.5 1.95 1.96 0.65

2.0 2.42 2.44 0.632.5 2.91 2.91 -0.06

3.0 3.40 3.38 -0.56

3.5 3.85 3.85 0.10

4.0 4.33 4.33 -0.08

4.5 4.80 4.80 -0.01

5.0 5.28 5.27 -0.15

5.5 5.75 5.75 -0.09

6.0 6.24 6.22 -0.36

6.5 6.70 6.69 -0.14

7.0 7.15 7.16 0.19

7.5 7.62 7.64 0.218.0 8.10 8.11 0.11

8.5 8.59 8.58 -0.10

9.0 9.05 9.05 0.05

9.5 9.51 9.53 0.18

10.0 10.0 10.0 0.00

หมายเหต : ปอนความถ ดวยเคร องกาเนดความถ IWATSU SG-4101

วดแรงดนไฟตรงดวยดจตอลมลตมเตอร FLUKE179

รปท 8 วงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟตรง

7/21/2019 75-107-1-PB


4. ผลการทดลอง เม อประกอบวงจรดงแสดงในรปท 8 และทาการทดสอบโดย

การปอนความถ รปคล นส เหล ยมท มระดบแรงดนยอดเปน 5Vp และทาการวดแรงดนไฟตรงท เอาทพตของวงจร ผลการทดลองแสดงดงในตารางท 1

และเม อนาผลของแรงดนไฟตรงทางเอาทพต Vo(mea) มาทาการเขยนกราฟแสดงความสมพนธเทยบกบสญญาณความถ ท ปอนเขามาทางดานอนพตของวงจร ผลท ไดแสดงดงในรปท 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Frequency (kHz)

O u t p u t v o l t a g e ( V D C )

รปท 9 กราฟของ Vo(วด) ท ไดจากการทดลองในตารางท 1

จากรปท 9 จะเหนวากราฟแสดงความสมพนธของแรงดนไฟตรงท ไดทางเอาทพตเม อเทยบกบความถ ท ถกปอนเขามาทางดานอนพต

ของวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟตรงดงในรปท 8 จะมความเปนเชงเสนท ด และสามารถคานวณหาคาความช น(Slope, m) ของเสนตรง ตลอดชวงเตมสเกล ไดจากสมการท 10

( ) ( )

( ) ( )

o f o sV V m

F f F s

−=

− (10)

เม อ

)( f oV คอแรงดนไฟตรงเตมสเกล

)( soV คอแรงดนไฟตรงท จดเร มตน

)( f F คอความถ สงสดท แรงดนไฟตรงเตมสเกล

)( sF คอความถ ต าสด

ดงน นจากผลการทดลองในตารางท 1 และจากกราฟท แสดง ในรปท 9 จะคานวณหาคาความชนของเสนตรงตลอดช วงเตมสเกล ของแรงดนไฟฟาท ไดจากวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาของวงจรในรปท 8 ไดเ ปน 0.946 และสามารถนามาคานวณหาแรงดนไฟตรง

Vo(cal) ท ความถ ตาง ๆ ดงแสดงในตารางท 1 ดวยสมการท 12 ซ งเปนสมการเสนตรงดงน

( )0.946 0.54 1,1.5,2...10o(k) k V (cal) F V k = ⋅ + = (12)

เม อ

(cal) V o(k) คอแรงดนไฟตรงทางเอาทพต

จากการคานวณในลาดบท k

(k) F คอความถ อนพตในลาดบท k

จากคาท ไดจากการวดแรงดนไฟตรง Vo(mea) ในตารางท 1และจากผลท ไดจากการคานวณหาแรงดนไฟตรง Vo(cal) ท ความถ ตาง ๆ

สามารถท จะนามาคานวณหาคาความผดพลาดของความเปน เชงเ สน

(Linearity error) ไดดงในสมการท 13

( ) ( )

( )

( ) ( ) 1,1.5...10

( )

o k o k

o k

V cal V meaLinearity error(k) k

V cal

−= = (13)

เม อ

Linearity error(k) คอคาผดพลาดความเปนเชงเสนในลาดบท k (cal) V o(k) คอแรงดนไฟตรงทางเอาทพต

จากการคานวณในลาดบท k (mea) V o(k) คอแรงดนไฟตรงทางเอาทพต

จากการวดในลาดบท k

โดยในตารางท 1 จะแสดงคาเปนเปอรเซนตคาความผดพลาดของความเปนเชงเสน และสามารถนามาเขยนกราฟแสดงความสมพนธเม อเทรยบกบความถ ท ปอนเขามาทางดานอนพตไดดงในรปท 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

L i n e a r i t y e r r o r ( % )

Frequency(kHz) รปท 10 เปอรเซนตคาผดพลาดความของความเปนเชงเสน

จากผลการทดลองในตารางท 1 และจากรปท 10 จะเหนวาคาผดพลาดความเปนเชงเสนสงสดจะมคาเปน 0.65% และคาต าสดจะมคาเปน

-0.56% ดงน นคาผดพลาดความเปนเชง เสนท ไดจากการทดลองจะมคาผดพลาดอย ในชวง ±0.7% ของคาเตมสเกล และจะเหนอกวาท ความถ ต า ๆ

คาผดพลาดจะมคาสงมาก ท งน เน องจากท ความถ ต า ๆ จะมคาดวต ไซเก ลจะมคานอยมาก ทาใหวงจรกรองความถ ต าผ าน ซ งทาหนาท เฉล ยคาของสญญาณท ปอนเขามาใหเปนแรงดนไฟตรงขาดเสถยรภาพในการกรองไป

(0.65)

(-0.56)

(0.10)

(-0.36)

(0.21)

(-0.10)

7/21/2019 75-107-1-PB


สาหรบในการหาคาสมประสทธ การถายโอน (Transfer co-

efficient, T) ของวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟตรงท ไดออกแบบไวดงในรปท 8 ซ งมหนวยเปน V/kHz จะหาจากคาเฉล ยของคาสมประสทธ การถายโอนในแตละชวงท ไดจากผลการทดลองดงแสดงในตารางท 2 ดงน

ตารางท 2 คาสมประสทธ การถายโอนในแตละชวงความถ ลาดบท ชวงความถ

(kHz)

ผลตางของ Vo

(VDC)

สมประสทธ การถายโอน

(V/kHz)

1 1.0-1.5 0.46 0.92

2 1.5-2.0 0.47 0.94

3 2.0-2.5 0.49 0.98

4 2.5-3.0 0.49 0.98

5 3.0-3.5 0.45 0.90

6 3.5-4.0 0.48 0.96

7 4.0-4.5 0.47 0.94

8 4.5-5.0 0.48 0.969 5.0-5.5 0.47 0.94

10 5.5-6.0 0.49 0.98

11 6.0-6.5 0.46 0.92

12 6.5-7.0 0.45 0.90

13 7.0-7.5 0.47 0.94

14 7.5-8.0 0.48 0.96

15 8.0-8.5 0.49 0.98

16 8.5-9.0 0.46 0.92

17 9.0-9.5 0.46 0.92

18 9.5-10.0 0.49 0.98

โดยคาสมประสทธ การถายโอนในแตละชวงความถ จะสามารถคานวณไดจากสมการท 14 ดงน

( ) ( 1)

) ( 1)

1,2...18o k o k

k

(k k

V V T k

F F

−

−

−= =

− (14)

เม อ

)(k oV คอแรงดนเอาทพตในลาดบท k

( 1)o k V − คอแรงดนเอาทพตในลาดบกอนหนา k

)(k F คอความถ อนพตในลาดบท k

( 1)k F − คอความถ อนพตในลาดบกอนหนา k

และสามารถหาคาเฉล ยของคาสมประสทธ การถายโอน (T av )

ไดจากสมการท 15 ดงน

118

n

k

k av

T

T nn

== =

∑ (15)

จากสมการท 15 จะสามารถคานวณหาคาเฉล ยของคาสมประสทธ การถายโอนไดเทากบ 0.946 V/kHz

5. บทสรป

หลกการออกแบบวงจรแปลงผนความถ เปนแรงดน ไฟฟาท นาเสนอในบทความน เปนหลกการท งายตอการเขาใจและไมซบซอน อกท ง ใชอปกรณท สามารถหาซ อไดในตลาดโดยท วไปและมราคาถก และจะเหน

จากผลการทดลองวาคณสมบตของความเปนเชงเสนของวงจรการแปลงผนความถ เปนแรงดนไฟฟาท ออกแบบน มความเปนเชงเสนท ด และมคาความผดพลาดของเปนเชงเสนอย ในชวง ±0.7% ของคาเตมสเกล ท ยานความถ 1kHz จนถง 10kHz ณ ท คาแรงดนไฟตรงเตมสเกลเปน 10V โดยมคาสมประสทธ ก ารถายโอนเทากบ 0.946 V/kHz และยงสามารถทาการปรบแตงคาแรงดนไฟตรง สงสดเตมสเกลไดอก ท งยงสา มา รถนา ไปประยกต ใช ในการออกแบบใหตอบสนองท ย านความถ อ น ๆ ตา มวตถประสงคของผ ใช ได โดยใชหลกการเดยวกน

เอกสารอางอง [1] บญเรอง วงศลาบตร, “เอกสารประกอบการสอน วชาระบบและ

การแปลงสภาพสญญาณ”, 2554

[2] David A. Bell, “Operational Amplifiers Application

Troubleshooting and designs”, Prentice-Hall International

Editions, 1990

[3] Thomas Kugelstadt, “ Active Filter Design Techniques”,

Texas Instruments Incorporated, 2008

[4] http://www.globalspec.com/learnmore

/data_acquisition_signal_conditioning/signal_converting

/frequency_to_voltage_converters

[5] http://www.datasheets.com/NE555.pdf[6] http://www.datasheets.com/TL071.pdf

ประวตผ เขยนบทความ

ผศ .บญเรอง วงศลาบตร สาเรจการศกษาปรญญาตร สาขาว ชาไฟฟา คณะคร ศาสตร อ ตสาหกรรมและว ทยาศาสตร สจพ . และ ระดบปรญญาโท สาขาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร สจพ. ปจจบนดารง

ตาแหนงเปนอาจารยประจาสาขาวชาวศวกรรมการวดคม สถาบนเทคโนโลย

ปทมวน

งานวจยท สนใจ Power Electronics & Circuits Design

รศ .ดร.เสถยร ธญญศรรตน สาเรจการศกษาปรญญาตรและปร ญญาโท สาขาว ชาไฟฟ า คณะคร ศาสตร อตสาหกรรมและวทยาศาสตร สจพ . และระดบปรญญาเอก สาขาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร สจล .

ปจจบนดารงตาแหนงเปนอาจารยประจาสาขาวชาวศวกรรมการวดคม

สถาบนเทคโนโลยปทมวน

งานวจยท สนใจ Renewable energy systems

75-107-1-pb

Documents