วันศุกร์ที่ 20 มีนาคม พ.ศ. 2563

กฏของโอห์ม (กับคลื่นบนสายนำสัญญาณ)


โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU)

กว่าจะเป็นนักวิทยุสมัครเล่นได้ อย่างน้อยๆ ทุกท่านคงต้องเคยได้ยินและเข้าใจ "กฏของโอห์ม" กันมาแล้วล่ะ แต่คราวนี้จะขอเล่าเรื่อง "กฏของโอห์ม" ที่นายโอห์มก็คงไม่ได้เล่าเอาไว้ในเวลานั้น เพิ่มเติมสักหน่อย ก็คิดว่าคุณ Georg Simon Ohm คงไม่ว่าอะไรผมหรอกครับ

กฏของโอห์ม

ทุกคนคงทราบดี กฏนี้บอกว่า

V = I R

อธิบายเป็นพรรณาโวหารได้ว่า...
เมื่อกระแสไฟฟ้า I (หน่วยเป็นแอมแปร์ ) ไหลผ่านความต้านทานไฟฟ้า R (มีหน่วยเป็นโอห์ม) จะเกิดความต่างศักย์ V (หน่วยเป็น โอห์มแอมป์ หรือโวลท์) ที่มีค่าเท่ากับผลคูณของกระแสและความต้านทาน ตกคร่อมความต้านทานนั้น

ข้อควรรู้เกี่ยวกับกฏของโอห์ม

เชื่อว่าหลายคนยังไม่ทราบที่มาและข้อจำกัดเกี่ยวกับกฏนี้ และข้อควรระวังในการใช้งาน คือ
(1) กฏนี้ ได้มาจากการสังเกต ทดลอง ไม่ได้คำนวณ (derive) มา
(2) กฏนี้ใช้ได้เฉพาะ "ส่วนเล็กๆ" ของวงจรไฟฟ้า ที่ซึ่ง วงจรนั้นมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของไฟฟ้าในวงจรนั้นมากๆ เท่านั้น

ตัวอย่าง
ก) ถ้าเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ความถี่ = 0 Hz
λ = ∞
ไม่ว่าเราจะต่อวงจรอย่างไร วงจรของเราจะใหญ่โตแค่ไหน วงจรนั้นก็เป็นส่วนเล็กๆๆๆๆๆๆๆ ของ λ เสมอ กฏของโอห์มจึงใช้ได้

ข) ถ้าเป็นวงจรไฟฟ้าตามบ้านเรือน ความถี่ 50 Hz ความเร็วของไฟฟ้าคือประมาณ 300,000,000 เมตร/วินาที
นั่นคือ เราคำนวณความยาวคลื่น
λ = v / f
= 300,000,000 (m/s) / 50 (/s)
= 6,000,000 เมตร หรือ 6,000 กม.

หมายเหตุ
  1. หน่วยของความถี่คือ Hz คือ "per second" (ต่อวินาที) หรือ s-1 หรือ /s มีความหมายเดียวกัน
  2. เวลาเราคูณ-หารอะไร ต้องเอาหน่วยไปคูณหรือหารด้วย 
  3. ของที่มีหน่วยเดียวกันเท่านั้นจึง บวก-ลบกันได้ (แต่การ คูณ-หาร อาจจะไม่จำเป็นต้องเป็นหน่วยเดียวกัน)
ถ้าเราต่อวงจรไฟฟ้าในบ้านเรือนของเรา ระยะทาง 10-20 เมตร มันจึงเป็นเศษเสี้ยวของ λ  จึงใชักฏของโอห์มได้อยู่ 

ค) ถ้าเราเอาสายนำสัญญาณ มา 1 เส้น สมมติยาว 1 เมตร มาทำงานที่ความถี่ 150MHz แล้วต่อเครื่องส่งด้านหนึ่งสายอากาศเข้าอีกด้านหนึ่ง กฏของโอห์มยังจะใช้กับสายนำสัญญาณทั้งเส้นนี้ได้ไหม?

ลองคำนวณความยาวคลื่น
λ = v / f = 2 เมตร
นั่นคือสายนำสัญญาณ 1 เมตร มันยาวตั้ง 1/2 λ ไม่ได้สั้นกว่า λ มากๆๆๆ อีกต่อไป
หรือ ถ้าฉนวนระหว่างตัวนำ 2 ชิ้นของสายนำสัญญาณนั้นเป็นสิ่งที่ไม่ใช่อากาศ ยิ่งทำให้ความเร็วคลื่นในสายนำสัญญาณไม่ใช่ 300,000,000 เมตร/วินาที แต่ช้าลง เช่น0.66 เท่า ยิ่งทำให้สายนำสัญญาณ 1 เมตรของเรา "ยาว" กว่า 1/2 λ อีก ซึ่งคราวนี้ล่ะที่ "กฏของโอห์ม" จะ "ใชัไม่ได้กับวงจรสายนำสัญญาณทั้งเส้น"

คือ เราจะบอกว่า เราคำนวณ โวลเตจและกระแส ในสายนำสัญญาณ แบบภาพที่ 1 ด้านล่างนี้ "ไม่ได้" (เพราะคำนวณมาแล้วมันได้ผลไม่ตรงกับความเป็นจริง)
ภาพที่ 1 เมื่อวงจรไม่ได้มีขนาดใหญ่กว่า
ความยาวคลื่นมากๆ กฏของโอห์มจะไม่
เป็นจริงอีกต่อไปในวงจรนั้น (ทั้งวงจร)
 

โดยเราต้องมี "ทฤษฎีสายนำสัญญาณ" ขึ้นมาอธิบาย มีสมการมากมายมาคำนวณมัน(SWR ก็เป็นผลพวงตามมาจากทฤษฎีสายนำสัญญาณ ด้วย)   จากนั้นก็มี สมิทชาร์ท (ซึ่งเป็นแผนภาพจากทฤษฏีสายนำสัญญาณ) มาช่วยเราคำนวณเกี่ยวกับสายนำสัญญาณให้ง่ายขึ้นนั่นเอง
ทฤษฎีสายนำสัญญาณก็มีกฏของโอห์มร่วมอยู่

ภาพที่ 2 สมิทชาร์ท ซึ่งมีที่มาจากการ
วิเคราะห์คุณสมบัติทางไฟฟ้าของสาย
นำสัญญาณ


อย่างไรก็ตามในการ derive (ค่อยๆ เขียนสมการที่มาที่ไป) คุณสมบัติของสายนำสัญญาณ ที่ทำให้ได้ทฤษฎีสายนำสัญญาณขึ้นมานั้นเราจะมองสายนำสัญญาณเป็นส่วนที่เล็กจิ๋ว สั้นมากๆ มากถึงมากที่สุด ในทางคณิตศาสตร์เรียก Δx (ส่วนสั้นๆ ของสายนำสัญญาณ)  ดังนั้นในความยาว Δx ที่สั้นมาก สั้นจุ๊ดจู๋นั้น (ฮ่าๆๆ) กฏของโอห์มจึงยังใช้ได้ ในส่วนเล็กๆ ในสายนำสัญญาณนั้น
ภาพที่ 3 ถ้าเราพิจารณาส่วนเล็กๆ สั้นๆ
ของสายนำสัญญาณ (เช่นที่วงกลมสีแดง
มีความยาว Δx)  กฏของโอห์มจะยัง
คงเป็นจริง (คำนวณแล้วได้ผลถูกต้อง)
ในบริเวณเล็กๆ นั้น


 
ถ้าเราดู ส่วนเล็กๆ จิ๋วๆ สั้นๆ ของสายนำสัญญาณ (วงกลมส้ม) ในสายนำสัญญาณ แล้วสนใจ I กับ V ในส่วนสั้นๆ นั้น เราจะคำนวณสัดส่วนของ V ต่อ I ได้อยู่ โดยเท่ากับ Z0 (แซด สับสคริปท์ ศูนย์) ซึ่งคือความต้านทานจำเพาะของสายนำสัญญาณนั้น
 
หมายเหตุ
สังเกตดีๆ นะครับ ว่าความสัมพันธ์ของ V และ I ที่จุดใดๆ บนสายนำสัญญาณ จะมีสัดส่วนเป็น Z0 แทน ไม่ใช่ประมาณ 0 โอห์มที่เป็นความต้านทานของโลหะที่ใช้ทำสายนำสัญญาณนั้น

พูดง่ายๆ ว่าในเรื่องของสายนำสัญญาณ เราต้องการทฤษฎีใหม่เลย มาอธิบายมัน ดังนั้นต้องอาศัยความรู้จริงๆ ในการเข้าใจมัน แต่ทั้งหมดนี้ก็ไม่ได้ยากเกินความเข้าใจหรอกครับ เพื่อนๆ ก็คอยติดตามความรู้จากผู้เขียน และจากชมรมเอาไว้ ก็จะมีความคุ้นเคยมากขึ้นไปตามลำดับครับ

วันจันทร์ที่ 2 มีนาคม พ.ศ. 2563

ชมรม The DXER พบเพื่อนๆ ชมรมวีอาร์แจ้งข่าวบ้านไผ่ ที่ จ.เพชรบุรี


เมื่อวันที่ 29 กุมภาพันธ์ 2563 เพื่อนๆ ในชมรมวิทยุสมัครเล่น The DXER Thailand (สัญญาณเรียกขานของชมรม E20AE) ได้เดินทางไปยังบ้านพักการไฟฟ้าฝ่ายผลิต จังหวัดเพชรบุรี เพื่อทำกิจกรรมการบรรยายเกี่ยวกับโหมดการสื่อสารต่างๆ ในกิจการวิทยุสมัครเล่น เช่น Continuous Wave, Single Sideband, Digital รวมไปถึง DSTAR และ DMR ด้วย นอกจากนี้ เพื่อนๆ ในชมรมยังร่วมกิจกรรมดูนก ที่บริเวณ อช.แก่งกระจาน ก็ได้ชมนกสวยๆ เป็นประสบการณ์อีกด้วย

กิจกรรม ของชมรม The DXER 29 ก.พ. - 1 มี.ค. 2563
- ออกเดินทางจาก กทม. ในเช้าวันที่ 29 ก.พ. 2563 แวะสถานที่ท่องเที่ยวใน จ.เพชรบุรี
ขับรถมากันไกล พักเที่ยวกันก่อน


- เวลา 13:00 - 17:00 น. แสดงอุปกรณ์และเทคโนโลยี กับ ชมรมวีอาร์แจ้งข่าวบ้านไผ่ ที่ บ้านพักการไฟฟ้า แก่งกระจาน

เพื่อนๆ ในชมรม The DXER กำลัง
ตั้งโต๊ะ จัดของไว้รอเพื่อนๆ มาคุยกัน
 
จัดเสร็จ เพื่อนๆ ชมรมวีอาร์แจ้งข่าวบ้านไผ่
ก็มานั่งรอพวกเราชวนคุยกัน น่ารักมากๆ

คุณนพดล (HS1ZHY) ประธานชมรม
The DXER Thailand กำลังกล่าว
ขอบคุณและให้เพื่อนๆ ในชมรมแนะนำตัว

คุณจีรพันธ์ ชัยกุล (HS1ZBT) กำลัง
อธิบายการทำงานของวิทยุระบบดิจิตอล

คุณสิปปภาส นิพนธ์กิจ (E24MTA) เล่าเรื่อง
เกี่ยวกับการส่งและรับภาพในระบบ SSTV
และระบบ APRS ในวิทยุสมัครเล่น

คุณจิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU) ทดลอง
ติดต่อกับเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นในสหรัฐอเมริกา
ผ่านวิทยุระบบ DSTAR

คุณเจตพล ดิษทับ (E22MAL) เล่าให้เพื่อนๆ
ฟังเกี่ยวกับวิทยุกำลังส่งต่ำ (QRP) ในโหมด CW

คุณนรภัทร พัชรพรพรรณ (E24YVI) คุยให้
เพื่อนๆ ฟังถึงวิธีต่างๆ ในการเข้าใช้งานระบบ
ดิจิตอล และการจัดทำรีเฟล็กเตอร์ 911 ของชมรม


- รับประทานอาหารร่วมกัน และเข้าที่พักในค่ำวันที่ 29
- ประชุมชมรมวาระพิเศษ วางแผนงานกิจกรรมครั้งต่อไป

- เช้าวันที่ 1 มีนาคม 2563 กิจกรรมดูนก อช. แก่งกระจาน พบนกมากกว่า 15 ชนิด เช่น นกหัวขวาน นกเงือก กางเขนดง จับแมลงอกสีฟ้า ไหหนานสีฟ้า  แต้วแล้วสีน้ำเงิน กะรางสร้อยคอใหญ่ และอีกมากมาย



 

 

 



 

 


 

 
*ภาพมีลิขสิทธิ โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU)
ชมรม The DXER (สัญญาณเรียกขาน E20AE) ขอบคุณเพื่อนๆ ในและนอกชมรม  เพื่อนๆ ชมรม VR แจ้งเหตุบ้านไผ่ และทุกท่านที่ให้การต้อนรับอย่างอบอุ่นครับ

วันจันทร์ที่ 17 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2563

กิจกรรมและประชุมประจำเดือน กุมภาพันธ์ 2563


พบกันอีกเช่นเดิม ในกิจกรรมและประชุมประจำเดือนของชมรม The DXER Thailand เมื่อวันเสาร์ที่ 15 กุมภาพันธ์ 2563 วันนั้นมีเพื่อนๆ ในและนอกชมรม The DXER Thailand ได้เข้าร่วมกิจกรรม มีกิจกรรมมากมายที่เราทำร่วมกัน เช่น

- ซ่อม สร้าง ปรับแต่งสายอากาศ HF, VHF โดยอาตุ้ม พลายณรงค์ แก้วสถิตย์ (HS1DNG)
- ทดสอบ ทดลอง ซ่อม สร้าง ปรับปรุง Digital Modes ต่างๆ นำทีมโดยคุณจีรพันธ์ ชัยกุล (HS1ZBT)
- บรรยายโครงข่ายการต่อเชื่อมดิจิตอลโหมด DSTAR DMR FUSION โดยคุณนพดล เต็มกมลรัตน์ (HS1ZHY)
- สร้างสายอากาศสำหรับรับสัญญาณจากดวงดาวต่างๆ สำหรับงาน ดาราศาสตร์วิทยุ (Radio Astronomy)

ประชุมชมรม ในเวลา 18:00 น.
และทดสอบสัญญาณ
- ระบบอนาลอก FM ความถี่ 144.9375MHz เวลา 19:00-20:00น.
- Digital DSTAR โดยการเชื่อมโยง Reflector หลายตัวเข้าหากันคือ REF911, 822, 823C, 567 เวลา 19:30-20:30น. ต้องขอบคุณแอดมินฯ ของทุก reflector ด้วยครับ

-- ประมวลภาพกิจกรรม --

 

เพื่อนๆ เข้ามาที่ชมรม เพื่อร่วมกิจกรรมแต่เช้า
 


 
 
 
กิจกรรมสร้าง ปรับแต่งสายอากาศ
เพื่อนๆ แลกเปลี่ยนความคิดเห็นกัน
อย่างสนุกสนาน
 



 
เพื่อนๆ ปรับแต่งอุปกรณ์วิทยุ
ดิจิตอล ให้ใช้งานได้หลากหลาย
ตามต้องการ
 




พี่ตู่ คุณนพดล (HS1ZHY) บรรยาย
เกี่ยวกับการต่อเชื่อมระบบดิจิตอล
ต่างๆ ในไทยเราให้เพื่อนๆ ฟัง
 
เพื่อนๆ ช่วยกันเจาะรูที่บูมของสายอากาศ
 






เราดลองออกแบบสายอากาศที่
ทำงานได้ในย่านความถี่กว้าง
เพื่อทดลองรับสัญญาณจากดาวต่างๆ
 

ทำสายอากาศเสร็จแล้วก็ลองต่อเช้า
เครื่องรับสัญญาณ e-Callisto และต่อ
เชื่อมเข้ากับคอมพิวเตอร์ ก่อนที่จะ
ทำให้สามารถ upload สัญญาณไปที่
เซิรฟเวอร์ในต่างประเทศต่อไป

 

พบกันใหม่ในกิจกรรมและการประชุมชมรม ครั้งต่อไปนะครับ
73 ครับ