ค่าที่วัดจากระดับแรงดันศูนย์โวลต์ไปถึงค่าสูงสุดของสัญญาณพัลส์ หมายถึง ข้อใด

Pulse (อ่านว่า : พัลส์) คือสัญญาณทางไฟฟ้าที่มีรูปร่างหรือลักษณะเป็นคลื่นรูปสี่เหลี่ยม (Square wave) ที่มีอยู่สองสภาวะคือ high และ low ซ้ำกันไปเรื่อยๆ สัญญาณ pulse เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าที่อยู่รอบๆตัวเรามาอย่างยาวนานเพราะ pulse เป็นสัญญาณที่อยู่ในอุปกรณ์ดิจิตอลทุกชนิดและยังถูกประยุกต์ใช้ในอีกหลายรูปแบบไม่ว่าจะเป็น การใช้เป็นสัญญาณนาฬิกาในระบบคอมพิวเตอร์ ใช้ควบคุมความเร็วในการหมุนของมอเตอร์หรือเป็นสัญญาณที่ใช้ในับปริมาณบางอย่างจากการนับจำนวนของคลื่นสี่เหลี่ยม

จากที่กล่าวมาข้างต้นสัญญาณ pulse ถูกประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในทุกๆเรื่อง แต่ในด้านเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม pulse ถูกใช้เป็นสัญญาณออก (Output)  สำหรับการนับจำนวนหรือนับปริมาณ โดยสัญญาณ pulse จะถูกส่งไปที่จอแสดงผล (Indicator) หรือ Data logger เพื่อบันทึกข้อมูล ยกตัวอย่างเช่น การนับปริมาณของน้ำที่ไหลผ่านเครื่องวัดอัตราการไหลของน้ำ โดยเมื่อน้ำไหลผ่านเครื่องวัดไป 0.1 L เครื่องวัดจะส่งสัญญาณ pulse ออกมา 1 ลูก เพื่อบอกว่ามีน้ำไหลผ่านตัวมันไป 0.1 L ยิ่งมีน้ำไหลผ่านมากเท่าไรเครื่องวัดก็จะยิ่งส่งสัญญาณ pulse ถี่มากขึ้นเท่านั้น

ข้อดีของสัญญาณ pulse

สัญญาณ pulse สามารถให้ความละเอียดได้สูงในการส่งสัญญาณสำหรับการนับปริมาณ เนื่องจากสัญญาณถูกส่งในลักษณะของความถี่และตอบสนองได้รวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลง เนื่องจาก pulse เป็นสัญญาณแรกๆที่ถูกส่งออกมาจากเซ็นเซอร์โดยผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์เพียงเล็กน้อย ซึ่งหากเราใช้รูปแบบการส่งข้อมูลในลักษณะอื่นๆ เช่น
4-20mA, RS232, RS485 ฯลฯ จะทำให้การตอบสนองนั้นล่าช้าเพราะเครื่องมือวัดต้องใช้เวลาในการแปลงสัญญาณ pulse เป็นสัญญาณอื่นๆ

ข้อเสียของสัญญาณ pulse

ข้อเสียนั้นมีเพียงอย่างเดียวคือ สัญญาณ pulse ไม่สามารถส่งสัญญาณในระยะไกลๆได้ เนื่องจาก pulse เป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าซึ่งสามารถถูกรบกวนได้ง่ายจาก Noise (สัญญาณรบกวน) และโดยพื้นฐานแล้วการส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้านั้นเมื่อใช้สายเคเบิลยาวๆแรงดันไฟฟ้าก็จะดรอปลงเรื่อยๆตามความยาวของสายที่มากขึ้น ซึ่งอาจมีผลต่อการรับสัญญาณของตัวรับและทำให้ข้อมูลที่ได้รับนั้นเกิดความผิดพลาดได้

ลักษณะสมบัติของรูปคลื่นพัลส์

สัญญาณพัลส์
    สัญญาณพัลส์ (pulse) ใช้ในการอธิบายปรากฏการณ์ที่ระดับของสัญญาณไฟฟ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงจากระดับหนึ่งไปสู่อีกระดับหนึ่งที่มีความแตกต่างกันมากๆ อย่างรวดเร็ว อาจมีความต่อเนื่องหรือไม่ก็ได้ ส่วนประกอบของสัญญาณพัลส์ที่สำคัญได้แก่ ระดับสัญญาณหรือแอมปลิจูด (amplitude) , ขอบขาของสัญญาณ ซึ่งมีด้วยกัน 2 ลักษณะคือ ขอบขาขึ้น (rising edge) และขอบขาลง (falling edge), ความกว้างของสัญญาณ (pulse width) และเส้นฐาน (basedline) ดังแสดงรายละเอียดของส่วน ประกอบที่สำคัญของพัลส์ในรูปที่ 1.11

รูปที่ 1.11 แสดงส่วนประกอบของสัญญาณพัลส์

    ลักษณะของสัญญาณพัลส์จะมีทั้งพัลส์บวก (รูปที่ 1.1) และพัลส์ลบ (รูปที่ 1.2) ขอบขาขึ้นของสัญญาณ หมายถึง ขอบขาของสัญญาณที่เปลี่ยนระดับจากต่ำไปยังระดับสูง ส่วน ขอบขาลงของสัญญาณ หมายถึงขอบขาของสัญญาณที่เปลี่ยนระดับจากสูงลงมายังระดับต่ำ ส่วนแอมปลิจูดจะคำนวณหรือวัดจากระดับสัญญาณต่ำมายังระดับสัญญาณสูง หรือจากยอดของสัญญาณมายังเส้นฐานของสัญญาณพัลส์

พารามิเตอร์ที่สำคัญของสัญญาณพัลส์
    สัญญาณพัลส์ในอุดมคติเป็นรูปสี่เหลี่ยมที่คมชัด แต่ในความเป็นจริง สัญญาณพัลส์ที่เกิดขึ้น อาจไม่เหมือนกับสัญญาณพัลส์ในอุดมคติ ทั้งนี้เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในบางประเภทมีความเร็วในการทำงานหรือตอบสนองต่อสัญญาณพัลส์ได้ไม่เร็วเพียงพอ ทำให้เกิดช่วงเวลาก่อนที่ระดับสัญญาณจะเปลี่ยนแปลงสู่ระดับที่มีเสถียรภาพ ในรูปที่ 1.12 แสดงสัญญาณพัลส์ที่เกิดขึ้นจริงในทางปฏิบัติ และพารามิเตอร์ที่สำคัญของสัญญาณพัลส์

รูปที่ 1.12 แสดงพารามิเตอร์ที่สำคัญของสัญญาณพัลส์

    พารามิเตอร์ที่สำคัญของสัญญาณพัลส์ ซึ่งเป็นตัวบ่งบอกถึงคุณภาพของสัญญาณ ประกอบด้วย

    1. ช่วงเวลาไต่ขึ้น (rise time : tr) เป็นค่าของเวลาที่สัญญาณเกิดการเปลี่ยนแปลงจากระดับ 10% ของสัญญาณสูงสุดไปยังระดับ 90% ของสัญญาณสูงสุด หรืออาจกล่าวได้ว่า เป็นช่วงเวลาของการเกิดขอบขาขึ้นของสัญญาณ ดังแสดงในรูปที่ 2.1

    2. ช่วงวลาไต่ลง (fall time : tf) เป็นค่าของเวลาที่สัญญาณเกิดการเปลี่ยนแปลงจากระดับ 90% ของสัญญาณสูงสุดลงมายังระดับ 10% ของสัญญาณสูงสุด หรืออาจกล่าวได้ว่า เป็นช่วงเวลาของการเกิดขอบขาลงของสัญญาณ ดังในรูปที่ 2.1

    3. ความกว้างของพัลส์ (pulse width : tw) เป็นค่าของเวลาระหว่างจุดระดับ 50% ที่ขอบขาขึ้นของสัญญาณกับจุดระดับ 50% ที่ขอบขาลงของสัญญาณ ดังในรูปที่ 2.2

สัญญาณพัลส์ต่อเนื่อง (Repetitive pulse)
    สัญญาณพัลส์ปกติอาจมีเพียงลูกเดียวเรียกว่า พัลส์เดี่ยว (single pulse) แต่ถ้าหากพัลส์ที่เกิดขึ้นมีความต่อเนื่องและเกิดคาบเวลาคงที่ (periodic) จะเรียกพัลส์ที่เกิดขึ้นว่า พัลส์ต่อเนื่อง ซึ่งจะมีลักษณะเหมือนกับสัญญาณรูปสี่เหลี่ยม (rectanular waveform) แต่จะแตกต่างกันตรงที่สัญญาณสี่เหลี่ยมจะมีดิวตี้ไซเกิล 50% นั่นคือสัญญาณในซีกบวกจะมีความกว้างเท่ากับสัญญาณในซีกลบ แต่ถ้าเป็นสัญญาณพัลส์ต่อเนื่องจะมีดิวตี้ไซเกิลที่อิสระ ดังแสดงในรูปที่ 1.13

รูปที่ 1.13 แสดงลักษณะของพัลส์ต่อเนื่อง

    ดิวตี้ไซเกิลของสัญญาณพัลส์ต่อเนื่องสามารถคำนวณได้จาก

    โดยที่ tw คือ ความกว้างของพัลส์ และ T คือ คาบเวลาของสัญญาณพัลส์ 1 ลูกนั่นหมายความว่า ความถี่จะไม่มีผลต่อการปรับหรือเปลี่ยนแปลงดิวตี้ไซเกิลแต่อย่างใด ในรูปที่ 1.14 แสดงสัญญาณพัลส์ที่มีดิวตี้ไซเกิลแตกต่างกัน ในขณะที่ความถี่ของสัญญาณไม่เปลี่ยนแปลง

รูปที่ 1.14 แสดงลักษณะของสัญญาณพัลส์ที่มีค่าดิวตี้ไซเกิลแตกต่างกันแต่มีความถี่เท่ากัน

    ค่าแรงดันเฉลี่ยของสัญญาณพัลส์
ค่าแรงดันเฉลี่ย (Vavg) ของสัญญาณพัลส์มีค่าเท่ากับผลรวมของระดับสัญญาณที่เส้นฐานกับผลคูณระหว่างค่าดิวตี้ไซเกิลกับแอมปลิจูด

ในสัญญาณพัลส์รูปที่ 5.3 เป็นสัญญาณพัลส์ไฟสลับ ดังนั้นแรงดันเฉลี่ยของสัญญาณเต็มรูปคลื่นจึงเป็นศูนย์

รูปที่ 1.15 ตัวอย่างของสัญญาณพัลส์รูปแบบต่างๆ ที่นำมาคำนวณหาค่าแรงดันเฉลี่ย

สัญญาณสามเหลี่ยม (Triangular waveform)
    เป็นสัญญาณไฟฟ้าอีกแบบหนึ่งที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของระดับสัญญาณในลักษณะลาดเอียงหรือเรียกว่า แรมป์ (ramp) หากสัญญาณลาดเอียงขึ้นจากระดับต่ำไปสูงเรียกว่า แรมป์บวก (positive ramp) ถ้าหากสัญญาณลาดเอียงจากระดับสูงลงมาต่ำ เรียกว่า แรมป์ลบ (negative ramp) อัตราการเปลี่ยนแปลงในลักษณะลาดเอียงสามารถ คำนวณได้จาก ระดับสัญญาณหารด้วยเวลารวมของการเปลี่ยนแปลงระดับสัญญาณ จึงมีหน่วยเป็น โวลต์หรือแอมแปร์ต่อวินาที (V/s:A/s) แล้วแต่ว่าสัญญาณที่นำมาพิจารณาเป็นสัญญาณของแรงดันหรือกระแสไฟฟ้า ดังแสดงในรูปที่ 1.16

รูปที่ 1.16 แสดงลักษณะของสัญญาณแรมป์ที่มีความลาดเอียง

    สัญญาณสามเหลี่ยมเกิดจากแรมป์บวกและแรมป์ลบที่มีอัตราการลาดเอียงเท่ากัน คาบเวลาของสัญญาณสามารถวัดได้จากยอดของสัญญาณในซีกบวกหรือลบไซเกิลหนึ่งไปยังยอดของสัญญาณในไซเกิลถัดไปดังแสดงในรูปที่ 1.17

รูปที่ 1.17 ลักษณะของสัญญาณสามเหลี่ยม

สัญญาณรูปฟันเลื่อย (Sawtooth waveform)
    เป็นสัญญาณสามเหลี่ยมรูปแบบพิเศษที่ประกอบด้วยแรมป์ 2 ส่วน โดยแรมป์หนึ่งจะมีอัตราการลาดเอียงมากกว่าอีกแรมป์หนึ่ง ดังแสดงในรูปที่ 1.18

รูปที่ 1.18 ลักษณะของสัญญาณรูปฟันเลื่อย

    ส่วนการวัดหรือคำนวณคาบเวลาของสัญญาณเหมือนกับสัญญาณสามเหลี่ยมทุกประการ

//living-electronics.blogspot.com/2010/04/blog-post_22.html