เริ่มแรกเรามารู้จักกับนิยามมันก่อนดีกว่า เข้าใจหรือไม่เข้าใจก็ให้รู้จักกันไว้ก่อน
สัญญาณทางไฟฟ้า ในวิชาอิเล็กทรอนิกส์เขาแบ่งไว้เป็น 2 ประเภทคือ
- สัญญาณดิจิทัล (Digital Signal)
ใน wikipedia.org ได้ให้ความหมายของสัญญาณดิจิทัลไว้ว่า เป็นสัญญาณทางกายภาพที่เป็นตัวแทนของลำดับของค่าที่แยกจากกัน(สัญญาณที่มีปริมาณไม่ต่อเนื่องในแกนเวลา) - สัญญาณแอนะล็อก (Analog Signal)
ใน wikipedia.org ได้ให้ความหมายของสัญญาณแอนะล็อกไว้ว่า เป็นสัญญาณแบบต่อเนื่อง มีลักษณะเป็นคลื่นไซน์ (sine wave) โดยที่แต่ละคลื่นจะมีความถี่และความเข้มของสัญญาณที่ต่างกัน
อ่านแล้วแม้คนที่มีพื้นฐานทางไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์มาบ้างแล้วก็อาจจะยังงง ยิ่งไปอ่าน wikipedia ฉบับภาษาอังกฤษ ยิ่งมีการอธิบายไว้แบบพิสดาร
เอางี้ ครูจะลองอธิบายแบบของครู สำหรับเด็กๆ นักเรียนที่เพิ่งเริ่มเล่นอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งครูจะยกตัวอย่างเป็นวงจรที่สามารถทดลองจริงได้ แต่ไม่ต้องทดลองก็ได้ แต่ต้องนึกภาพไล่เรียงเหตุผลตามกันเองนะครับ
จากวงจร เมื่อเรากดปุ่มสวิทช์แบบกดติด-ปล่อยดับ(puth button) กระแสไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ผ่านตัวต้านทาน ทำให้เกิดความต่างศักย์คร่อมที่ตัวต้านทาน 5 โวลท์ (อ่านค่าได้จากโวลท์มิเตอร์) เมื่อเราปล่อยสวิทช์ กระแสไฟฟ้าถูกกั้นไว้ที่สวิทช์ไม่ให้ไหลผ่านตัวต้านทานได้ ทำให้ความต่างศักย์ที่คร่อมตัวต้านทานลดค่าลงเหลือ 0 โวลท์ จะเห็นว่า สถานะ 5 โวลท์ ถูกเปลี่ยนเป็น 0 โวลท์ และเมื่อกดสวิทช์อีกครั้ง สถานะความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทานก็จะกลายเป็น 5 โวลท์ ค่าความต่างศักย์ 1 โวลท์ 2 โวลท์ หรือค่ากี่โวลท์ก็ตามระหว่าง 0 ถึง 5 โวลท์ จะไม่มีโอกาสเกิดขึ้นเลยที่ตัวต้านทาน R ซึ่งการเปลี่ยนแปลงในลักษณะนี้ เรียกกันว่า การเปลี่ยนแปลงแบบไม่ต่อเนื่อง
ทีนี้ลองเขียนแผนภาพเวลา (time diagram) โดยแกนตั้งให้เป็นค่าความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน ส่วน แกนนอนเป็นแกนของเวลา สมมติว่ามีการกด-ปล่อย กด-ปล่อย สวิทช์ด้วยช่วงเวลา 1 วินาทีเท่าๆ กัน
นี่ล่ะที่เขาเรียกกันว่า สัญญาณดิจิทัล ถ้าเราให้สถานะที่มีความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน 0 โวลท์ หมายถึง สถานะ LOW หรือ 0 และสถานะที่มีความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน 5 โวลท์ หมายถึง สถานะ HIGH หรือ 1 จากตัวอย่างที่ให้มาดังภาพ ด้านบนนี้ ก็จะแปลความหมายได้เป็นตัวเลขได้ คือ 00101010
ในทางปฏิบัติไม่มีใครเขามานั่งกดสวิทช์แบบนี้ แต่จะใช้สวิทช์อิเล็กทรอนิกส์แทน เช่น พวกอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์อะไรนั่นล่ะ ซึ่งอัตราการสวิทช์กลับไปมาจะสูงกว่านี้มากมายเป็นแสน เป็นล้านเท่า ซึ่งครูจะไม่กล่าวถึงในบทความที่เป็นเนื้อหาเริ่มต้นนี้นะครับ
คล้ายๆ กับวงจรที่แสดงในหัวข้อสัญญาณดิจิทัล เพียงแต่เปลี่ยนจาก สวิทช์กดติด-ปล่อยดับ มาเป็น ตัวต้านทานปรับค่าได้ โดยสมมติต่อไปอีกว่า ขณะเริ่มต้นให้ VR(ตัวต้านทานที่ปรับค่าได้) มีค่าความต้านทานมากที่สุด หลังจากนั้นมีการหมุน VR จากค่ามากที่สุดมายังค่าน้อยที่สุดในเวลา 1 วินาที และหมุนกลับมาในทันทีจากความต้านทานน้อยที่สุดมาหาความต้านทานมากที่สุดในเวลา 1 วินาทีเช่นกัน ทำเช่นนี้อย่างต่อเนื่อง
มาพิจารณาว่าเกิดอะไรขึ้น
จะเห็นว่าตัวต้านทานที่ต่อกันแบบอนุกรม มันก็คือวงจรแบ่งแรงดันนั่นเอง ในสภาวะเริ่มต้นที่กำหนดให้ VR มีค่าความต้านทานมากที่สุด แรงเคลื่อนไฟฟ้าส่วนใหญ่ก็จะไปตกคร่อมที่ VR ประมาณ 4.5 โวลท์ ส่วนที่เหลือ 0.5 โวลท์จะตกคร่อมที่ R ซึ่งเราสามารถอ่านได้จากโวลท์มิเตอร์ ครั้นเมื่อเราหมุน VR ให้มีค่าน้อยลง ความต่างศักย์คร่อม R ก็จะเพิ่มขึ้น (เพราะความต่างศักย์ของ VR จะลดลง) จนกระทั่งเมื่อค่าความต้านทานVR มีค่าน้อยที่สุด(ใกล้เคียง 0) ความต่างศักย์ส่วนใหญ่ก็จะไปตกคร่อมที่ R คือประมาณ 5 โวลท์ (การคำนวณค่าความต่างศักย์ ศึกษาได้จากหัวข้อ Voltage Divider ที่่ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/voldiv.html ) และเมื่อหมุนค่าความต้านทานของ VR กลับจากน้อยไปหามาก ความต่างศักย์ที่คร่อม R ก็จะค่อยๆ น้อยลง จนเหลือประมาณ 0.5 โวลท์เหมือนสภาวะเริ่มต้น แล้วก็กลับไปกลับมาเช่นนี้ ตามจังหวะการหมุน VR
ลองเอาเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นมาสร้างเป็นกราฟเวลา เหมือนในหัวข้อสัญญาณดิจิทัล
สัญญาณดิจิทัล
พิจารณาวงจรดังต่อไปนี้
จากวงจร เมื่อเรากดปุ่มสวิทช์แบบกดติด-ปล่อยดับ(puth button) กระแสไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ผ่านตัวต้านทาน ทำให้เกิดความต่างศักย์คร่อมที่ตัวต้านทาน 5 โวลท์ (อ่านค่าได้จากโวลท์มิเตอร์) เมื่อเราปล่อยสวิทช์ กระแสไฟฟ้าถูกกั้นไว้ที่สวิทช์ไม่ให้ไหลผ่านตัวต้านทานได้ ทำให้ความต่างศักย์ที่คร่อมตัวต้านทานลดค่าลงเหลือ 0 โวลท์ จะเห็นว่า สถานะ 5 โวลท์ ถูกเปลี่ยนเป็น 0 โวลท์ และเมื่อกดสวิทช์อีกครั้ง สถานะความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทานก็จะกลายเป็น 5 โวลท์ ค่าความต่างศักย์ 1 โวลท์ 2 โวลท์ หรือค่ากี่โวลท์ก็ตามระหว่าง 0 ถึง 5 โวลท์ จะไม่มีโอกาสเกิดขึ้นเลยที่ตัวต้านทาน R ซึ่งการเปลี่ยนแปลงในลักษณะนี้ เรียกกันว่า การเปลี่ยนแปลงแบบไม่ต่อเนื่อง
ทีนี้ลองเขียนแผนภาพเวลา (time diagram) โดยแกนตั้งให้เป็นค่าความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน ส่วน แกนนอนเป็นแกนของเวลา สมมติว่ามีการกด-ปล่อย กด-ปล่อย สวิทช์ด้วยช่วงเวลา 1 วินาทีเท่าๆ กัน
นี่ล่ะที่เขาเรียกกันว่า สัญญาณดิจิทัล ถ้าเราให้สถานะที่มีความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน 0 โวลท์ หมายถึง สถานะ LOW หรือ 0 และสถานะที่มีความต่างศักย์คร่อมตัวต้านทาน 5 โวลท์ หมายถึง สถานะ HIGH หรือ 1 จากตัวอย่างที่ให้มาดังภาพ ด้านบนนี้ ก็จะแปลความหมายได้เป็นตัวเลขได้ คือ 00101010
ในทางปฏิบัติไม่มีใครเขามานั่งกดสวิทช์แบบนี้ แต่จะใช้สวิทช์อิเล็กทรอนิกส์แทน เช่น พวกอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์อะไรนั่นล่ะ ซึ่งอัตราการสวิทช์กลับไปมาจะสูงกว่านี้มากมายเป็นแสน เป็นล้านเท่า ซึ่งครูจะไม่กล่าวถึงในบทความที่เป็นเนื้อหาเริ่มต้นนี้นะครับ
สัญญาณแอนะล็อก
พิจารณาวงจรดังต่อไปนี้
คล้ายๆ กับวงจรที่แสดงในหัวข้อสัญญาณดิจิทัล เพียงแต่เปลี่ยนจาก สวิทช์กดติด-ปล่อยดับ มาเป็น ตัวต้านทานปรับค่าได้ โดยสมมติต่อไปอีกว่า ขณะเริ่มต้นให้ VR(ตัวต้านทานที่ปรับค่าได้) มีค่าความต้านทานมากที่สุด หลังจากนั้นมีการหมุน VR จากค่ามากที่สุดมายังค่าน้อยที่สุดในเวลา 1 วินาที และหมุนกลับมาในทันทีจากความต้านทานน้อยที่สุดมาหาความต้านทานมากที่สุดในเวลา 1 วินาทีเช่นกัน ทำเช่นนี้อย่างต่อเนื่อง
มาพิจารณาว่าเกิดอะไรขึ้น
จะเห็นว่าตัวต้านทานที่ต่อกันแบบอนุกรม มันก็คือวงจรแบ่งแรงดันนั่นเอง ในสภาวะเริ่มต้นที่กำหนดให้ VR มีค่าความต้านทานมากที่สุด แรงเคลื่อนไฟฟ้าส่วนใหญ่ก็จะไปตกคร่อมที่ VR ประมาณ 4.5 โวลท์ ส่วนที่เหลือ 0.5 โวลท์จะตกคร่อมที่ R ซึ่งเราสามารถอ่านได้จากโวลท์มิเตอร์ ครั้นเมื่อเราหมุน VR ให้มีค่าน้อยลง ความต่างศักย์คร่อม R ก็จะเพิ่มขึ้น (เพราะความต่างศักย์ของ VR จะลดลง) จนกระทั่งเมื่อค่าความต้านทานVR มีค่าน้อยที่สุด(ใกล้เคียง 0) ความต่างศักย์ส่วนใหญ่ก็จะไปตกคร่อมที่ R คือประมาณ 5 โวลท์ (การคำนวณค่าความต่างศักย์ ศึกษาได้จากหัวข้อ Voltage Divider ที่่ http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/voldiv.html ) และเมื่อหมุนค่าความต้านทานของ VR กลับจากน้อยไปหามาก ความต่างศักย์ที่คร่อม R ก็จะค่อยๆ น้อยลง จนเหลือประมาณ 0.5 โวลท์เหมือนสภาวะเริ่มต้น แล้วก็กลับไปกลับมาเช่นนี้ ตามจังหวะการหมุน VR
ลองเอาเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นมาสร้างเป็นกราฟเวลา เหมือนในหัวข้อสัญญาณดิจิทัล
จะแผนภาพเวลา จะเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงสภาวะจาก 0.5 โวลท์(โดยประมาณ) ที่คร่อม R ก่อนไปเป็นสภาวะที่มีความต่างศักย์ 5 โวลท์นั้น ความต่างศักย์ที่คร่อม R จะไม่กระโดดทีเดียวจากค่าน้อยๆ ไปหาค่ามากเลยทีเดียว แต่จะค่อยๆ เปลี่ยนจาก 0.5 เป็น 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0 ... ไปเรื่อยๆ จนถึง 5 โวลท์ ในทำนองเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์จาก 5 โวลท์มาเป็น 0.5 โวลท์ ก็จะในทำนองเดียวกัน คือ เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ไม่มีการกระโดดข้ามช่วง และนี่คือต้วอย่างหนึ่งของสัญญาณที่เราเรียกกันว่า สัญญาณแอนะล็อก
ตัวเลขที่บอกสภาวะของสัญญาณแอนะล็อกจึงเป็นปริมาณที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าโดยตรงเช่น ความต่างศักย์ไฟฟ้า หรือกระแสไฟฟ้า เป็นต้น
สัญญาณแอนะล็อกมีได้หลากหลายรูปแบบ สัญญาณไฟฟ้าจากไมโครโฟน สัญญาณไฟฟ้าจากเซ็นเซอร์ต่างๆ รวมไปถึงสัญญาณไฟฟ้าจากไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นต้น ถ้าเราอยากเห็นสัญญาณเหล่านี้จากวงจรไฟฟ้า ก็จะมีเครื่องมือที่เรียกกันว่า ออสซิลโลสโคป เอาไว้ตรวจวัดดูรูปคลื่น ซึ่งใครที่เรียนช่างอิเล็กทรอนิกส์นี่ต้องได้ใช้แน่นอน แต่ถ้าแผนวิทยาศาสตร์ สายสามัญนี่ต้องลุ้นกันหน่อย ถ้าโรงเรียนใหญ่ๆ ก็ต้องมีแน่นอน (แต่ครูจะเอามาสอนหรือเปล่านี่ไม่แน่ใจนะครับ) ใครไม่เคยเห็นครูฟิสิกส์ ถ่ายรูปมาให้ดูด้วย
มาถึงตรงนี้ก็คาดหวังว่า ผู้ที่ยังไม่รู้จัก สัญญาณดิจิทัล สัญญาณแอนะล็อก ก็คงจะรู้จักกันบ้างแล้ว ส่วนจะมองภาพออกต่อไปจนว่ามันมีบทบาทอย่างไรต่อเทคโนโลยีในทุกวันนี้ ก็ต้องศึกษากันต่อไปครับ
ตอนนี้คงจบไว้แค่นี้ ขอบคุณที่ติดตามนะครับ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น