บทที่ 8 เอสซีอาร์ทำงานกับไฟตรง

บทที่ 8

เอสซีอาร์ทำงานกับไฟตรง

8.1 เอสซีอาร์ทำงานกับไฟตรง

           เอสซีอาร์นี้ สามารถนำไปใช้ในการควบคุมระบบไฟได้ทั้งแบบไฟสลับและไฟตรง ก่อนอื่นเราจะมาดูกันในตัวอย่างง่าย ๆ ที่ควบคุมไฟตรงมีอยู่ 2 วิธี ในการใช้งานเอสซีอาร์ เพื่อการควบคุมการจ่ายไฟให้แก่โหลด โดยใช้สวิตช์กดเป็นตัวควบคุม ดังแสดงไว้ในรูปที่ 2 โหลดในที่นี้เป็นหลอดไฟ 12 โวลต์ ทั้วไป จากวงจรทั้งสองนี้ เอสซีอาร์จะเริ่มทำงานเมื่อสวิตช์ S1 ถูกกดลง (กดแล้วปล่อย) ดังนั้น จะเป็นการป้อนกระแสให้แก่เกตโดยผ่าน R1 เพื่อทำให้เอสซีอาร์เริ่มทำงาน ทั้ง สองวงจรนี้ มีการต่อขาเกตเข้ากับแคโทด โดยผ่าน R2 เพื่อปรับปรุงให้วงจรมีความเสถียรมากขึ้น

รูปที่ 8.1 แสดงตัวอย่างการใช้งานของเอสซีอาร์ โดยมีสวิตช์เปิดและแยกกัน

          เนื่องจากเมื่อเอสซีอาร์เริ่มทำงานแล้ว ทางเดียวเท่านั้นที่จะหยุดการทำงานลงได้ ก็โดยการลดค่ากระแสแอโนดให้ต่ำกว่าค่า Ih ของมัน แม้จะเป็นเพียงช่วงเวลาสั้น ๆ ก็พอ ดังนั้น จากรูปที่ 8.1 ก. เอสซีอาร์จะหยุดการทำงานก็ต่อเมื่อสวิตช์ S2 ถูกเปิดวงจรออกชั่วขณะหนึ่ง ส่วนในรูปที่ 8.1 ข. สามารถทำได้โดยปิดวงจรสวิตช์ S2 ซึ่งเป็นการทำให้แอโนดและแคโทดถูกต่อเข้าด้วยกันในชั่วขณะหนนึ่ง ก็จะทำให้เอสซีอาร์หยุดการทำงานได้เช่นกัน

รูปที่ 8.2 การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์โดยใช้ตัวเก็บประจุ C1

          วงจรในรูปที่ 8.2 ได้แสดงถึงอีกวิธีหนึ่ง ที่จะทำให้เอสซีอาร์หยุดทำงานลงได้ ตัวเก็บประจุ C1 จะถูกประจุให้มีแรงดันคร่อมตัวมัน มีค่าเท่ากับแรงดันที่ให้ โดยกระแสที่ผ่านความต้านทาน R3 และเมื่อเวลาต่อมาสวิตช์ S2 ถูกเปิดวงจรลง ซึ่งจะเป็นการดึงแรงดันที่ขั้วบวกของ C1 ให้เป็นกราวด์ เมื่อเป็นเช่นนั้น อีกขั้วหนึ่งของ C1 ก็จะมีแรงดันเป็นลบในทันที และขั้วด้านนี้ได้ถูกต่ออยู่กับขาแอโนดของเอสซีอาร์ จึงทำให้แรงดันที่ขาแอโนดเป็นลบในชั่วขณะหนึ่งจนกว่า C1 จะคายประจุออกหมด ซึ่งในช่วงเวลานี้จะเป็นการไบแอสกลับให้แก่เอสซีอาร์ ทำให้เอสซีอาร์นี้หยุดทำงานลงได้ ช่วงเวลาที่มีการไบแอสกลับจะประมาณ 2 - 3 x 10 - 6 วินาที ซึ่งก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดการหยุดทำงานขึ้นได้แต่ข้อควรระวังคือ C1 ที่ใช้นั้นจะต้องเป็นตัวเก็บประจุแบบที่ไม่มีขั้วเท่านั้น

รูปที่ 8.3 วงจรที่ดัดแปลงจากรูปที่ 3 โดยใช้ SCR2 แทนตำแหน่งสวิตช์ S2

          การออกแบบวงจรที่ใช้ตัวเก็บประจุเป็นตัวช่วยในการหยุดการทำงานของเอสซีอาร์นี้ สามาถทำได้อีกวิธีหนึ่งดังแสดงวงจรไว้ในรูปที่ 8.3 ขอให้สังเกตว่า ใช้ SCR2 แทนสวิตช์ S2 เมื่อเทียบกับในรูปที่ 8.2 โดย SCR1 จะหยุดการทำงานในทันที ที่ SCR2 เริ่มทำงานโดยใช้สวิตช์ S2 และ SCR2 นี้จะหยุดทำงานหลังจากที่สวิตช์ S2 ถูกปล่อยออก เนื่องจากว่ากระแสแอโนดที่ให้แก่ SCR2 โดยผ่าน R3 นั้นมีค่าต่ำกว่ากระแสโฮลดิ้งของมัน

รูปที่ 8.4 วงจรฟลิปฟลอป โดยใช้เอสซีอาร์

          ในรูปที่ 8.4 เป็นการดัดแปลงวงจรมาจากรูปที่ 4 โดยให้ทำหน้าที่เป็นวงจรฟลิปฟลอปในการขับหลอดไฟ 2 ดวง โดยมีการทำงานดังนี้ สมมติว่า SCR1 กำลังทำงานอยู่ SCR2 จะไม่ทำงาน ดังนั้น C1 จะถูกประจุจนเต็มโดยผ่านหลอดไฟ L2 ซึ่งต่ออยู่กับไฟบวก

          สถานะของการทำงานของวงจรจะถูกเปลี่ยนไปเมื่อสวิตช์ S2 ถูกกดลงโดย SCR2 จะทำงานส่วน SCR1 จะหยุดทำงาน เนื่องจากผลของตัวเก็บประจุที่ต่ออยู่ที่ขาแอโนดนั่นเอง ในขณะเดียวกัน C1 จะถูกประจุใหม่ให้เต็มโดยผ่านหลอดไฟ L1 และเมื่อกดสวิตช์ S1 การทำงานจะถูกกลับมาเป็นเดิมอีกโดย SCR2 จะหยุดทำงาน เนื่องจากผลของ C1 เช่นกัน

รูปที่ 8.5 การใช้เอสซีอาร์ ในการควบคุมการทำงานของบัซเซอร์ โดยจะทำงานเฉพาะในช่วงที่กดสวิตช์ S1 เท่านั้น

          นอกจาการใช้เอสซีอาร์ในการควบคุมทำงานของโหลดที่เป็นหลอดไฟดังตัวอย่างที่ได้อธิบายไปแล้วข้างต้นเรายังสามารถนำมาใช้ ในการควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ ประเภทอื่น เช่นดังตัวอย่างในรูปที่ 8.5 โดยโหลดในที่นี้จะเปลี่ยนเป็นบัซเซอร์ หรืออาจจะเป็นวงจรอะไรก็ได้ ที่มีลักษณะของการตัดการทำงานภายในตัวเองอยู่ตลอดเวลาเช่นกระดิ่งไฟฟ้า เป็นต้น วงจรเหล่านี้จะทำงานเฉพาะในช่วงที่มีการกดสวิตช์ S1 เท่านั้น

          จุดสังเกตอยู่ที่ว่าโหลดประเภทนี้จะทำหน้าที่เหมือนกับมีสวิตช์ที่มีการเปิด / ปิดวงจรให้ตัวมันเองอยู่ตลอดเวลาดังนั้น เมื่อต่อโหลดประเภทนี้ลงไปในวงจรดังรูปที่ 8.5 แล้ว วงจรจะไม่สามารถคงสภาพการทำงานเรื่อย ๆ ไปได้อย่างปกติทั่วไป โดยจะมีการทำงานก็เฉพาะในช่วงที่มีการกดสวิตช์ S1 เท่านั้น และเนื่องจากโหลดชนิดนี้มีลักษณะ เป็นตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้า ดังนั้น จึงจำเป็นจะต้องต่อไดโอด D1 คร่อมตัวมันอยู่ เพื่อลดแรงดันย้อนกลับที่เกิดขึ้น

รูปที่ 8.6 วงจรที่ดัดแปลงมาจากรูปที่ 8.5 ให้สามารถคงสภาพการทำงานอยู่ได้ โดยใช้กระแสที่ไหลผ่านความต้านทาน R3

          วงจรนี้สามารถดัดแปลงให้มีความสามารถในการคงสภาพการทำงานได้เหมือนเดิม โดยต่อความต้านทาน 470 โอห์ม ขนานกับโหลดดังในวงจรรูปที่ 8.6 ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะ กระแสแอโนดไม่ได้หยุดไหล ในขณะที่มีการตัดการทำงานภายในของโหลดประเภทนี้ แต่จะมีปริมาณกระแสขนาดหนึ่ง ที่ไหลต่อเนื่องอยู่ตลอดเวลาโดยผ่านความต้านทาน R3 ที่ใส่เพิ่มลงไป ดังนั้น เมื่อกดสวิตช์ S1 แล้ว วงจรจะคงสภาพการทำงานอยู่เช่นนี้ต่อไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะกดสวิตช์ S2 ซึ่งเป็ฯการเปิดวงจรของส่วนกระแสที่ไหลผ่าน R3 การทำงานจึงหยุดลงได้

รูปที่ 8.7 วงจรที่แสดงให้เห็นถึงผลของ rate - effect ที่ทำให้เอสซีอาร์ เกิดการทำงานขึ้นได้เอง โดยไม่มีสัญญาณทริกที่ขาเกต

          วงจรสุดท้ายของการยกตัวอย่างใช้เอสซีอาร์ ในการควบคุมระบบไฟตรงได้แสดงไว้ในรูปที่ 8.7 เป็นวงจรที่แสดงถึงผลของ rate - effect ที่ทำให้เอสซีอาร์เกิดการทำงานขึ้นได้เอง ในขณะที่ไม่มีการป้อนสัญญาณทริกเกอร์ให้แก่เกต

          ในวงจรนี้กำหนดให้เอสซีอาร์ทำหน้าที่เป็นตัวจ่ายให้แก่โหลดที่เป็นหลอดไฟขนาด 3 โวลต์ที่ต่ออยู่ที่ขาแอโนด โดยมีแหล่งจ่ายแรงดันขนาด 4.5 โวลต์ ผ่านสวิตช์ S1

         ขอให้สังเกตว่าแหล่งจ่ายนี้ได้ถูกกำหนดให้จ่ายกระแสให้แก่กระดิ่งไฟฟ้าขนาด 4.5 โวลต์ด้วย โดยผ่านสวิตช์ S3 กระดิ่งไฟฟ้านี้เป็นตัวสร้างหรือทำให้เกิดทรานเซี้ยนต์ ขึ้นในสายของแหล่งจ่ายซึ่งก็จะส่งผลไปยังแอโนดของเอสซีอาร์ด้วย ผลของทรานเซี้ยนต์ที่เกิดขึ้นนี้จะมีผลทำให้เอสซีอาร์เกิดการนำกระแสขึ้นได้แม้ในขณะที่ไม่มีสัญญาณทริกให้แก่เกต

         ทรานเชี้ยนต์ที่ทำให้เกิด rate - effect นี้จะต้องมีค่าอัตราการเพิ่มของแรงดัน (rate - of - rise value) ประมาณอย่างน้อย 20 โวลต์ / ไมโครวินาทีการแก้ความผิดพลาด ที่เกิดขึ้นนี้ สามารถใช้ R2 และ C1 ซึ่งต่ออยู่ในวงจรดังรูป โดยมีสวิตช์ S2 ควบคุม

          การแสดงให้เห็นถึงผลของ rate - effect นี้สามารถทำได้โดยเปิดวงจรสวิตช์ S2 ปิดวงจรสวิตช์ S1 จะเห็นว่าเอสซีอาร์จะยังไม่ทำงาน แต่เมื่อกดสวิตช์ S3 เพื่อจ่ายกระแสให้แก่กระดิ่ง เมื่อกระดิ่งไฟฟ้าทำงานผลก็คือ เอสซีอาร์จะเริ่มทำงานด้วย และหลอดไฟจะติดสว่าง ซึ่งเป็นผลเนื่องจากทรานเซี้นนต์ที่สามารถทริกให้เอสซีอาร์ เกิดการทำงานและจะคงสภาพการทำงานอยู่เช่นนี้ แม้จะปล่อยสวิตช์ S3 แล้วก็ตาม

          ต่อไปขอให้ลองดูอีกครั้งหนึ่งโดยปิดสวิตช์ S2 และ S1 แล้วกดสวิตช์ S3 เพื่อให้กระดิ่งไฟฟ้าทำงานขึ้นนั้น จะเห็นได้ว่า เอสซีอาร์ไม่เกิดการทำงานขึ้นอย่างใน การทดสอบครั้งแรก เนื่องจากผลของความต้านทานของโหลด คือหลอดไฟรวมกับ R2 และ C1 จะทำหน้าที่เป็นวงจรลดอัตราการเพิ่มของแรงดันที่แอโนด เนื่องจากทรานเซี้ยนต์ที่เกิดขึ้น จึงเป็นการป้องกันไม่ให้เอสซีอาร์เกิดการทำงานผิดพลาด