วิวัฒนาการของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

PCB (Printed Circuit Board) หรือแผ่นวงจรพิมพ์เกิดจากการนำแผ่นทองแดงที่ถูกเคลือบอยู่บนวัสดุฉนวนไฟฟ้ามากำจัดทองแดงบางส่วนออกให้เหลือเพียงส่วนที่ต้องการจะเชื่อมต่อขั้วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แต่ละตัวเข้าด้วยกันตามวงจรไฟฟ้าหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ได้ออกแบบไว้ ซึ่งในบางครั้งนิยมเรียกว่า PWB (Printed Wiring Board) อีกด้วย จากนั้นเมื่ออุปกรณ์ต่างๆถูกติดตั้งลงไปบนแผ่นวงจรพิมพ์กระทั้งเสร็จสิ้นเป็นวงจรที่สมบูรณ์แล้วนั้น จะถูกเรียกว่า PCA (Printed Circuit Assembly) หรือ PCBA (Printed Circuit Board Assembly) ปัจจุบันแผ่นวงจรพิมพ์ถูกนำมาใช้ในงานด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคอุตสาหกรรมในส่วนของการวิจัย พัฒนา และผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้า และสินค้าอื่นๆที่มีวงจรไฟฟ้าหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนประกอบ (รูปที่ 1 จาก www.custompcb.com)

ประวัติความเป็นมาของแผ่นวงจรพิมพ์นั้นเริ่มต้นตั้งแต่ ค.ศ. 1936 ยุคสมัยก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ได้เริ่มมีการใช้งานเครื่องวิทยุค่อนข้างแพร่หลาย ขณะนั้นในส่วนของภาควงจรวิทยุยังใช้วิธีการนำสายไฟมาบัดกรีเชื่อมต่อกับขั้วของอุปกรณ์แต่ละตัวเข้าด้วยกัน ในช่วงเวลาเดียวนายพอล อิสเลอร์ (Paul Eisler) นักประดิษฐ์ชาวออสเตรเลียซึ่งทำงานเกี่ยวกับการออกแบบวงจรวิทยุในประเทศอังกฤษได้มีแนวคิดที่จะพยายามลดขนาดของวิทยุ และเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต จึงได้ริเริ่มคิดทำแผ่นวงจรพิมพ์ขึ้นมาใช้สำหรับวงจรวิทยุ (รูปที่ 2 และ รูปที่ 3 จาก www.ami.ac.uk/courses/ami4809_pcd/unit_01)

จากนั้นในช่วงประมาณ ค.ศ. 1950 หลังสงครามโลกครั้งที่สอง แผ่นวงจรพิมพ์ก็ได้ถูกนำมาถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ซึ่งขณะนั้นยังเป็นแผ่นวงจรพิมพ์แบบด้านเดียว (Single-Sided Board) โดยลายวงจรแต่ละด้านถูกออกแบบด้วยวิธีการแกะสติกเกอร์ด้วยมือและใช้กรดกำจัดแผ่นทองแดงส่วนที่ไม่ต้องการออกไปให้เหลือเพียงส่วนของลายวงจรเท่านั้น ในช่วงระหว่าง ค.ศ. 1960 - 1970 เทคโนโลยีในการเคลือบทองแดงลงบนผนังภายในรูเจาะของแผ่นวงจรพิมพ์ได้ถูกพัฒนาจนกระทั้งสามารถสร้างแผ่นวงจรพิมพ์แบบสองด้าน (Double-Sided Board) ต่อจากนั้นในช่วงประมาณ ค.ศ. 1970 - 1980 การออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้เริ่มมีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น จึงได้มีการริเริ่มพัฒนาเทคโนโลยีด้านการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ (CAD) และการสร้างแผ่นวงจรพิมพ์แบบมัลติเลเยอร์ขึ้นมาใช้งาน ซึ่งในปัจจุบันนั้นสามมารถทำได้มากกว่า 32 เลเยอร์

(รูปที่ 4 จาก http://www.diptrace.com/screenshots.php)

References
[1] เว็บไชต์ http://en.wikipedia.org/wiki/Printed_circuit_board
[2] เว็บไชต์ http://www.ami.ac.uk/courses/ami4809_pcd/unit_01/

Keywords Tags: PCB, PWB, PCA, PCBA, Paul Eisler

การวิเคราะผลตอบสนองทางความถี่โดยโปรแกรม LTspice

กล่าวถึงการจำลองการทำงานของวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ บ่อยครั้งจำเป็นต้องทราบถึงผลตอบสนองของวงจรที่มีต่อความถี่อาทิเช่น วงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Low-pass filter) เป็นต้น ซึ่งในบทความนี้จะกล่าวถึงตัวอย่างการวิเคราะห์ผลตอบสนองทางความถี่ของวงจร RC Low-pass filter โดยจะทำ Bode Plot เพื่อหาความถี่คัตออฟของวงจรกรองความถี่ ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้

1. คลิกขวาที่แหล่งจ่ายแรงดัน
2. คลิก Advanced
   
3. ในช่อง AC Amplitude ใส่ค่าเป็น 1 และช่อง AC Phase ใส่ค่าเป็น 0 จากนั้นคลิก OK
4. ไปที่ Simulate -> Edit Simulation Cmd
   
5. เลือกที่แถบ AC Analysis
   ในช่อง Type of Sweep เลือก Decade
   ในช่อง Number of point per decade ให้ใส่ค่าความละเอียดของจำนวนจุดต่อช่อง log scale
   ในช่อง Start Frequency ให้ใส่ค่าความถี่เริ่มต้น
   ในช่อง Stop Frequency ให้ใส่ค่าความถี่สิ้นสุดของ Bode Diagram
     
6. คลิก Run Simulation จากนั้นคลิกจุดที่ต้องการจะวิเคราะห์ในวงจร ซึ่งจะได้ Bode Diagram ดังรูป โดยมีเส้นทึบคือ Gain Plot และเส้นประคือ Phase Plot เพียงเท่านี้ก็จะสามารถหาความถี่คัตออฟของวงจรแล้วครับ :)
    

การหาผลตอบสนองทางความถี่นั้นสามารถทำได้หลากหลายเช่น Bode Plot Nyquist และอื่นๆ ซึ่งอาจสามารถศึกษาเพิ่มเติมได้จาก Reference ครับ
References

[1] http://www.experimentalistsanonymous.com/ve3wwg/doku.php?id=ltspice_ac_analysis

[2] http://csserver.evansville.edu/~richardson/courses/Tutorials/LTspiceIV/07_FrequencyResponse/
07_FrequencyResponse.pdf

Keywords Tags: LTspice, Frequency Response

การเพิ่ม Spice Model ให้กับโปรแกรม LTspice

การใช้โปรแกรม LTspice สำหรับจำลองการทำงานของวงจรนั้น อุปกรณ์ที่มีอยู่ใน Library อาจมีไม่เพียงพอต่อความต้องการ ในการจำลองการทำงานบางครั้งจึงอาจจำเป็นต้องทำการเพิ่มอุปกรณ์บางตัวซึ่งไม่มีอยู่ใน Library เข้ามาเพื่อใช้งาน ซึ่งวิธีการเพิ่มอุปกรณ์ที่จะนำเสนอในบทความนี้เรียกว่า Adding Spice Model โดยจะนำเสนอตัวอย่างการเพิ่มอุปกรณ์ Op Amp TL082 ในบทความนี้ครับ

1. คลิก Place Component หรือกดปุ่ม Shortcut Key “F2” เพื่อเลือกอุปกรณ์ Op Amp
2. เลือกอุปกรณ์ opamp2 ดังรูป
   
3. การ Add Spice Model นั้นจะต้องมี Text File หรือ Spice Model ของอุปกรณ์นั้นๆ ซึ่งอาจจะสามารถค้นหาได้จาก Google โดยใช้ Keywords: spice model TL082 แต่สำหรับตัวอย่างนี้จะโหลด Spice Model มาจาก http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tl082.html
   
4. เมื่อโหลดมาเสร็จแล้วให้ทำการ Extract File จากนั้นทำการเปลี่ยนนามสกุลของไฟล์เป็น .MOD ดังรูป
   
5. ทำการเปิดไฟล์ TL082.MOD ด้วยโปรแกรม WordPad จะสังเกตเห็นข้อความข้างหลังข้อความ .SUBCKT ดังรูป ซึ่งจะเป็นชื่อของอุปกรณ์มีทำหน้าที่ไว้สำหรับอ้างอิงระหว่างโปรแกรม LTspice กับ Text File
   
6. กดปุ่ม Ctrl + คลิกขวา ที่ตัวอุปกรณ์ Op Amp จากนั้นในช่อง Prefix ให้ใส่ค่าเป็น X
7. พิมพ์ข้อความที่ได้จากขั้นตอนที่ 5 ลงไปในช่อง Value จากนั้นกดปุ่ม OK
   
8. กดปุ่ม Shortcut Keys “S” จากนั้นให้พิมพ์ .include “ที่อยู่ของไฟล์ Spice Model” ดังตัวอย่าง เสร็จแล้วคลิก OK
   
9. เพียงเท่านี้ก็จะได้อุปกรณ์ Op Amp TL082 ไว้ใช้งานแล้วครับ :)
   

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมนั้นสามารถศึกษาได้จาก References ซึ่งการ Add Spice Model นั้นอาจจะสามารถทำได้หลากหลายวิธี หรือแม้กระทั้งสามารถสร้าง Symbol และสร้าง Text File ขึ้นมาเองก็ทำได้ครับ

References
[1] เอกสาร http://my.ece.ucsb.edu/bobsclass/194/References/SPICE_3rd_party_models.pdf
[2] เอกสาร http://www.denverpels.org/Downloads/Denver_PELS_20090519_Knudtsen_LTSpice_Intro.pdf
[3] เว็บไชต์ http://ltspicelabs.blogspot.com/2006/10/adding-downloaded-models.html
[4] เว็บไชต์ http://www.simonbramble.co.uk/lt_spice/ltspice_lt_spice_tutorial_4.htm

Keywords Tags: LTspice, Spice Model, จำลองการทำงาน, Add Spice Model

การใช้งานโปรแกรม LTspice เบื้องต้น

โปรแกรม “LTspice” เป็นโปรแกรมประเภท SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) ซึ่งจะนำมาใช้สำหรับจำลองการทำงานของวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โดยจะสามารถเริ่มต้นใช้งานไดดังนี้

1. คลิกที่ New Schematic เพื่อสร้างพื้นสำหรับวาดวงจรใหม่
   โดยที่ตัวโปรแกรมจะมีแถบเครื่องเมือพื้นฐานสำหรับวาดวงจรดังนี้
   
   
2. ทำการวาดวงจรที่ต้องการจำลองการทำงาน
3. คลิกขวาที่ตัวอุปกรณ์เพื่อกำหนดค่าของอุปกรณ์ R และ C โดยที่ค่าของตัวเก็บประจุจะกำหนดเป็นเลขยกกำลัง (1e-6 มีค่าเท่ากับ 1x10^-6 หรือมีค่าเท่ากับ 1 ไมโคร)
   
4. คลิกขวาที่แหล่งจ่ายแรงดัน จากนั้นเลือก Advanced
   
5. เลือก SINE เพื่อกำหนดให้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ จากนั้นกำหนดค่าต่างๆของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ
   
6. คลิกที่ Run Simulation เพื่อเริ่มการจำลองการทำงาน และกำหนดช่วงเวลาในการจำลองการทำงานในช่อง Stop Time
   
7. นำเมาส์ไปคลิกในจุดที่ต้องการจะวัดสัญญาณแรงดันดังรูป จากนั้นโปรแกรมจะปรากฏรูปคลื่นของแรงดันที่จุดนั้น
   
8. นำเมาส์ไปคลิกอุปกรณ์ที่ต้องการจะวัดสัญญาณกระแสที่ไหลผ่านดังรูป จากนั้นโปรแกรมจะปรากฏรูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์นั้น
   

References
[1] เอกสาร http://ltspice.linear.com/software/LTspiceGettingStartedGuide.pdf
[2] เว็บไชต์ http://denethor.wlu.ca/ltspice/
[3] เว็บไชต์ http://en.wikipedia.org/wiki/LTspice

Keywords Tags: LTspice, จำลองการทำงาน, วงจรไฟฟ้า, อิเล็กทรอนิกส์

Introduction to the SmallLab.

ในปัจจุบันนั้นเรื่องราวอันเกี่ยวกับไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ถูกสอดแทรกอยู่ในชีวิตประจำวัน และมีแนวโน้มที่จะถูกต่อเติมเข้ามาอยู่ในเรื่องราวของการใช้ชีวิตมากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะที่เป็นรูปธรรมจับต้องได้ อันได้แก่เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เช่น ทีวี โทรศัพท์มือถือ เครื่องเสียง เป็นต้น ดังนั้นความรู้อันเกี่ยวกับไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์จึงเป็นเรื่องที่ไม่ไกลตัว ซึ่งควรแก่การเรียนรู้ มีจุดมุ่งหมายเพื่อกำเนิด “แล็บออนไลน์” แห่งนี้ขึ้นมา โดยมุ่งหวังเพื่อให้เกิดการแบ่งปันความรู้ด้านการทดลองวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ และเกิดทักษะพื้นฐาน ซึ่งอาจจะเป็นก้าวเล็กๆที่นำไปสู่อาชีพของนักวิจัยก็เป็นได้    

“SmallLab” แห่งนี้จะเน้นไปในเรื่องของการทดลองและแบ่งปันความรู้อันเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โดยจะอาศัยซอฟท์แวร์ที่เป็นฟรีโปรแกรมเป็นเครื่องมือในการทดลอง ได้แก่

• โปรแกรม “LTspice” ซึ่งเป็นโปรแกรมประเภท SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) โดยจะถูกนำมาใช้เป็นโปรแกรมสำหรับจำลองการทำงานและวิเคราะห์การทำงานในส่วนของวงจรที่เป็นอนาล็อก (Analog Circuit)

URL: http://www.linear.com/designtools/software/

Community: http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/

• โปรแกรม “Diptrace” เป็นโปรแกรมสำหรับใช้ออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ (Printed Circuit Board: PCB or Printed Wiring Board: PWB) โดยจะถูกนำมาใช้ในการออกแบบแผ่นลายวงจรพิมพ์เพื่อใช้ในการทดลองจริง
  

URL: http://www.diptrace.com/ 

Community: http://www.diptrace.com/forum/

SmallLab จะยึดเพียงสองโปรแกรมนี้เป็นโปรแกรมหลักสำหรับการทดลองวงจรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งอาจจะมีฟรีโปรแกรมอื่นๆถูกนำมาใช้บ้างตามความเหมาะสม

หากมีความผิดพลาดประการณ์ในเวบล็อก SmallLab ผู้เขียนขออภัยมา ณ ที่นี้ และขอน้อมรับคำชี้แนะ เพื่อจะนำไปปรับปรุงแก่ไขให้ถูกต้องและเกิดประโยชน์ยิ่งขึ้น สุดท้ายนี้ขอขอบคุณทุกๆคำชม คำชี้แนะ และทุกๆท่านที่ให้ความสนใจ

Keywords Tags: LTspice, วงจรไฟฟ้า, อิเล็กทรอนิกส์, Diptrace, PCB, PWB, SmallLab