โดยทั่วไปสัญญาณไฟฟ้าที่ผ่านออกมาจากวงจรตรรกะนั้นจะมีกำลัง (power) ต่ำ ไม่สามารถทำให้หลอดไฟฟ้าที่มีวัตต์สูงสว่างได้ หรือไม่อาจควบคุมการทำงานของมอเตอร์ในกิจกรรมนั้น เพียงแต่ทำให้ LED สว่างเท่านั้น ยังไม่อาจนำไปใช้งานจริง
นอกจากนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจากตัวรับรู้ต่างๆ มักจะมีกำลังต่ำเช่นกัน ไม่เพียงพอที่จะป้อนเข้า input ของวงจรตรรกะ ดังนั้น การจัดกระทำกับสัญญาณไฟฟ้า จึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้สัญญาณไฟฟ้ามีค่ากำลังสูงพอจะทำงานได้ตามที่เราต้องการ เพื่อเกิดความเข้าใจจึงเริ่มศึกษาจากลักษณะต่างๆ ของสัญญาณไฟฟ้า
21.4.1 สัญญาณไฟฟ้า
ขณะเรากำลังพูดโทรศัพท์ คลื่นเสียงซึ่งเป็นคลื่นกลจากปากจะไปทำให้แผ่นไดอะแฟรมของไมโครโฟนที่อยู่ในตัวกระบอกโทรศัพท์สั่น การสั่นของแผ่นไดอะแฟรมจะมีผลทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าจากไมโครโฟน ถ้าเราเอาอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ออสซิลโลสโคป (oscilloscope) มาดูรูปสัญญาณจะเห็นดังนี้
รูป 1 แสดงสัญญาณไฟฟ้า
ถ้านำสัญญาณไฟฟ้าไปขยายโดยผ่านเครื่องขยายเสียงไปยังลำโพง เสียงที่ได้ยินจากลำโพงจะตรงกับเสียงพูดเข้าไปไมโครโฟน แสดงว่าสัญญาทั้งสองคือสัญญาณไฟฟ้าและคลื่นเสียงมีลักษณะตรงกัน เราเรียกสัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจากไมโครโฟนนี้ว่าเป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบอนาลอก (analog) โดยลักษณะสำคัญของสัญญาณไฟฟ้าประเภทนี้คือการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าเมื่อเทียบกับเวลาจะมีค่าต่อเนื่องและมีรูปร่างเหมือนสัญญาณต้นฉบับ เมื่อได้สัญญาณไฟฟ้าที่ต้องการแล้ว เราก็สามารถจัดกระทำกับสัญญาณไฟฟ้าดังกล่าวได้ เช่น นำไปขยาย กรอง นับ วิเคราะห์ ฯลฯ
21.4.2 การขยายสัญญาณไฟฟ้า
ดังที่กล่าวมาแล้วว่าสัญญาณไฟฟ้าต่างๆ นั้น มักจะมีกำลังต่ำ ไม่เพียงพอที่จะนำไปทำงานตามที่เราต้องการได้ เพื่อให้สัญญาณไฟฟ้ามีกำลังสูงขึ้น จึงต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้า ให้มีขนาดโตขึ้นพอจะนำไปจัดการหรือวิเคราะห์ต่อไปได้
งานสำคัญชิ้นหนึ่งของอิเล็กทรอนิกส์คือการขยายสัญญาณ บทบาทในยุคแรกของอิเล็กทรอนิกส์คือการขยายเสียง โดยไมโครโฟนจะเปลี่ยนสัญญาณเสียงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า แต่เนื่องจากขนาดของสัญญาณไฟฟ้ามีค่าน้อย ที่ระดับมิลลิโวลต์ จึงต้องมีวงจรขยายสัญญาณขึ้นเป็นร้อยเท่าพันเท่า ประเด็นสำคัญคือสัญญาณไฟฟ้า (signal) ต้องไม่มีสัญญาณรบกวน (noise) มิฉะนั้นสัญญาณรบกวนก็จะถูกขยายไปด้วย
ตัวอย่างสัญญาณไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กที่ระดับมิลลิโวลต์ หรือไมโครโวลต์ เช่น สัญญาณไฟฟ้าจากไมโครโฟนจะอยู่ที่ระดับมิลลิโวลต์ ส่วนสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากการเต้นของหัวใจจะอยู่ที่ระดับไมโครโวลต์
รูป 2 แสดงการขยายสัญญาณไฟฟ้าจากหัวใจ
สัญญาณไฟฟ้าดังกล่าวจะถูกขยายถึง 1,000,000 เท่า จนมีขนาด 1 โวลต์ ซึ่งพอที่จะนำไปวิเคราะห์ในวงจรไฟฟ้าภาคต่อไปได้ นอกจากนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากตัวรับรู้กัมมันตรังสี ซึ่งมีขนาดเล
็กจำเป็นต้องมีการขยายให้มีขนาดใหญ่ขึ้นพอที่จะจัดการต่อไปได้ โดยสรุปการขยายสัญญาณไฟฟ้าจึงเป็นเรื่องจำเป็นมากสำหรับอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์
วงจรขยายสัญญาณที่ดีต้องสามารถตัดสัญญาณรบกวนออกไปจนหมดหรือเกือบหมดดังเช่นการชมภาพจากโทรทัศน์ ถ้ามีสัญญาณรบกวนมากเราจะดูไม่รู้เรื่อง นอกจากนั้นปริมาณทางกายภาพบางปริมาณที่วัดออกมาในรูปสัญญาณไฟฟ้า เช่น คลื่นไฟฟ้าของหัวใจมีขนาดของสัญญาณไฟฟ้าระดับไมโครโวลต์ ต้องใช้วงจรขยายสัญญาณไฟฟ้าที่มีคุณภาพสูงมากมิฉะนั้นสัญญาณรบกวนจะเข้ามาทำให้การวัดผิดพลาดได้
สำหรับกรณีสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากสัญญาณเสียงตามปกติ มันจะถูกขยายประมาณ 1,000 เท่า จะมีขนาดระดับ 1 โวลต์ การขยายส่วนนี้เรียกว่าพรีแอมพลิไฟเออร์ (preamplifier) จากนั้นสัญญาณก็จะผ่านเข้าภาคขยายกำลัง (power – amplifier) จนกระทั่งสัญญาณไฟฟ้ามีขนาดและกำลังสูงพอที่จะทำให้ลำโพงทำงานได้
ดังนั้น ความรู้เรื่องการขยายสัญญาณไฟฟ้า จึงเป็นศาสตร์ที่มีความสำคัญต่อวงการวิทยาศาสตร์ แพทย์และความมั่นคงของประเทศ
21.4.3 การควบคุม
วงจรการควบคุมเป็นส่วนสำคัญอีกส่วนหนึ่งของวิชาอิเล็กทรอนิกส์ ที่มักมีอยู่ในวิชาไฟฟ้ากำลัง การควบคุมเชิงอิเล็กทรอนิกส์นั้นสามารถกระทำได้หลายแบบ เช่น
- การควบคุมบังคับให้สวิตซ์รีเลย์ทำงาน ซึ่งสวิตซ์รีเลย์ขนาดใหญ่สามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าที่สูงหลายร้อยแอมแปร์ได้ โดยใช้สัญญาณไฟฟ้าควบคุมที่มีกระแสไม่ถึง 1 แอมแปร์
- การใช้ทรานซิสเตอร์กำลัง
- การใช้ไทรริสเตอร์ ไทรแอค ไดแอค ไดโอดกำลัง
สรุป
สรุปขั้นตอนงานทางอิเล็กทรอนิกส์จะมีลักษณะเป็น 3 รูปแบบคือ
รูป 3 แสดงขั้นตอนต่างๆ ของงานทางอิเล็กทรอนิกส์
ส่วนที่เป็น INPUT ซึ่งได้แก่สัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากตัวรับรู้ เช่น ตัวรับรู้ความสว่างของแสง ความเข้มเสียง อุณหภูมิ ความดัน ลักษณะการเต้นของหัวใจ ฯลฯ ส่วนที่เป็น PROCESS คือการจัดกระทำกับสัญญาณไฟฟ้าที่เข้ามา ซึ่งอาจมีการขยายสัญญาณไฟฟ้าการวิเคราะห์และการตัดสินใจ เช่น เปิดไฟแสงสว่างของถนน เมื่อความเข้มแสงจากดวงอาทิตย์ลดลง ส่วนสุดท้ายคือ OUTPUT ซึ่งอาจมีหลายแบบ เช่น การควบคุมและการแสดง (display)
ตัวอย่างของการควบคุมคือ ควบคุมสวิตซ์รีเลย์ ควบคุมมอเตอร์ ตัวอย่างของการแสดงผล คือทำให้หน้าปัดแสดงตัวเลข ทำให้เข็มมาตรไฟฟ้าเบนไปหรือมีเสียงเตือน ฯลฯ เป็นต้น
รูป 4 เครื่องมือวัดทางไฟฟ้า
จะเห็นว่างานอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากได้เข้ามาเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของเราไม่ว่าจะเป็นเครื่องปรับอากาศ โทรทัศน์ วิทยุ โทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์ เครื่องซักผ้า เตาไมโครเวฟ ระบบการควบคุมการทำงานของเครื่องยนต์ เครื่องตรวจบัตรประจำตัวเจ้าหน้าที่ ตรวจบัตรธนาคาร และงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การแพทย์ โทรคมนาคม สารสนเทศ ฯลฯ
