2: เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น

หน่วยการเรียนรู้ที่ 2: เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น

1. บทนำ

• ความสำคัญของเครื่องมือวัด:
  • ช่วยให้เข้าใจพฤติกรรมของวงจรไฟฟ้า
  • ใช้ในการตรวจสอบและวิเคราะห์ปัญหา
  • ใช้ในการออกแบบและพัฒนาวงจร
  • ใช้ในการซ่อมบำรุงอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์
• หลักการเลือกใช้เครื่องมือวัด:
  • เลือกชนิดและย่านวัดให้เหมาะสมกับสิ่งที่จะวัด
  • คำนึงถึงความแม่นยำ (Accuracy) และความละเอียด (Resolution)
  • พิจารณาความปลอดภัยในการใช้งาน
  • เลือกเครื่องมือที่มีคุณภาพและได้มาตรฐาน

2. มัลติมิเตอร์ (Multimeter)

• มัลติมิเตอร์คืออะไร: เครื่องมือวัดที่รวมความสามารถในการวัดค่าทางไฟฟ้าหลายชนิดไว้ในเครื่องเดียว
• ชนิดของมัลติมิเตอร์:
  • มัลติมิเตอร์แบบเข็ม (Analog Multimeter): แสดงผลด้วยเข็มชี้บนสเกล
  • มัลติมิเตอร์แบบดิจิทัล (Digital Multimeter, DMM): แสดงผลเป็นตัวเลขดิจิทัล
• ฟังก์ชันหลักของมัลติมิเตอร์:
  • การวัดแรงดันไฟฟ้า (Voltage Measurement):
    • แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC Voltage): ใช้สัญลักษณ์ VDC หรือ V⎓
    • แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Voltage): ใช้สัญลักษณ์ VAC หรือ V~
    • วิธีการวัด: ต่อขั้ววัดคร่อมจุดที่ต้องการวัด (ต่อขนาน)
  • การวัดกระแสไฟฟ้า (Current Measurement):
    • กระแสไฟฟ้ากระแสตรง (DC Current): ใช้สัญลักษณ์ DCA หรือ A⎓
    • กระแสไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Current): ใช้สัญลักษณ์ ACA หรือ A~
    • วิธีการวัด: ต่อขั้ววัดแทรกเข้าไปในวงจร (ต่ออนุกรม) ต้องระมัดระวังในการวัดกระแส
  • การวัดความต้านทาน (Resistance Measurement):
    • หน่วยวัด: โอห์ม (Ω)
    • วิธีการวัด: ต่อขั้ววัดคร่อมตัวต้านทาน ต้องไม่มีแหล่งจ่ายไฟในวงจรขณะวัดความต้านทาน
  • การวัดอื่นๆ ที่อาจมี
    • การวัดความต่อเนื่อง (Continuity): ตรวจสอบว่าวงจรเชื่อมต่อกันหรือไม่
    • การวัดไดโอด (Diode Test)
    • การวัดค่าตัวเก็บประจุ(Capacitance) (ใน DMM บางรุ่น)
    • การวัดความถี่ (Frequency) (ใน DMM บางรุ่น)
    • การวัดอุณหภูมิ (ใน DMM บางรุ่น)
• ข้อควรระวังในการใช้มัลติมิเตอร์:
  • เลือกย่านวัดให้ถูกต้องก่อนทำการวัดเสมอ
  • อย่าสัมผัสส่วนที่เป็นโลหะของสายวัดขณะทำการวัด
  • อย่าใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าที่เกินกว่าขีดจำกัดของเครื่อง

3. แหล่งจ่ายไฟ (Power Supply)

• แหล่งจ่ายไฟคืออะไร: อุปกรณ์ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับวงจร
• ชนิดของแหล่งจ่ายไฟ:
  • แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง (DC Power Supply):
    • แบบปรับค่าไม่ได้ (Fixed DC Power Supply): จ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ค่าเดียว
    • แบบปรับค่าได้ (Variable DC Power Supply): สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าและ/หรือกระแสไฟฟ้าได้
  • แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ (AC Power Supply):
    • ส่วนใหญ่จะเป็นแบบปรับค่าไม่ได้ (เช่น ไฟบ้าน) แต่ก็มีแบบปรับค่าได้ (เช่น Variac)
• การใช้งานแหล่งจ่ายไฟ DC แบบปรับค่าได้:
  • ปุ่มปรับแรงดัน (Voltage Adjustment): ปรับค่าแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ
  • ปุ่มปรับกระแส (Current Adjustment): ปรับค่าจำกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุด (Current Limit)
  • ขั้วต่อสายไฟ:
    • ขั้วบวก (+): มักเป็นสีแดง
    • ขั้วลบ (-): มักเป็นสีดำ
    • ขั้วกราวด์ (Ground): มักเป็นสีเขียว/เหลือง
• ข้อควรระวัง:
  • อย่าต่อขั้วไฟสลับกัน
  • อย่าปรับแรงดันหรือกระแสเกินกว่าที่อุปกรณ์ในวงจรจะรับได้

4. เครื่องมือวัดอื่นๆ (แนะนำเพิ่มเติม)

• ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope):
  • ใช้วัดและแสดงรูปคลื่นสัญญาณไฟฟ้า (Voltage vs. Time)
  • สามารถวัดค่าต่างๆ ของสัญญาณได้ เช่น ความถี่, คาบเวลา, แอมพลิจูด, เฟส
• เครื่องกำเนิดสัญญาณ (Function Generator):
  • ใช้สร้างสัญญาณไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆ เช่น Sine, Square, Triangle, Ramp
  • สามารถปรับความถี่, แอมพลิจูด, และรูปคลื่นได้
• เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม (Spectrum Analyzer):
  • ใช้วิเคราะห์สัญญาณไฟฟ้าในโดเมนความถี่ (Frequency Domain)
  • แสดงองค์ประกอบของสัญญาณในรูปของความถี่ต่างๆ

กิจกรรมการเรียนรู้:

1. บรรยาย: อธิบายเนื้อหาตามหัวข้อข้างต้น พร้อมรูปภาพประกอบ
2. สาธิต: แสดงการใช้งานมัลติมิเตอร์และแหล่งจ่ายไฟ
3. ฝึกปฏิบัติ:
   • ให้นักเรียนฝึกใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าต่างๆ ในวงจรอย่างง่าย (เช่น วัดแรงดัน, กระแส, ความต้านทาน)
   • ให้นักเรียนฝึกใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ปรับค่าแรงดันและกระแส
4. อภิปราย: ร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับข้อควรระวังในการใช้เครื่องมือวัด
5. ทำใบงาน: ตอบคำถาม, เลือกย่านวัดที่ถูกต้อง, วาดรูปการต่อวงจรเพื่อวัดค่าต่างๆ
6. กรณีศึกษา (ถ้ามี): วิเคราะห์ปัญหาที่เกิดขึ้นจากการใช้เครื่องมือวัดไม่ถูกต้อง

การประเมิน:

• สังเกตพฤติกรรมการมีส่วนร่วมในการอภิปรายและการฝึกปฏิบัติ
• ตรวจใบงาน
• ทดสอบการปฏิบัติ (Practical Test): ให้นักเรียนวัดค่าต่างๆ ในวงจรจริง
• ทดสอบย่อย