การทดลองที่ 2.3 การตรวจวัดคลื่นสัญญาณที่ขาอินพุต-เอาต์พุตของลอจิกเกต

การทดลองที่ 2.3 การตรวจวัดคลื่นสัญญาณที่ขาอินพุต-เอาต์พุตของลอจิกเกต 

วัตถุประสงค์

1. รู้ลักษณะของลอจิเกตของไอซี 74HCT00 และ 74HC14

2. ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซีลอจิก 74HCT00 และ 74HCT14 

3. รู้จักการใช้เครื่องออสซิลโลสโคปตรวจวัดคลื่นสัญญาณที่าอินพุตและขาเอาต์พุตของลอจิกเกตเพื่อวิเคราะห์การทำงานของวงจร

4.รู้จักการใช้งานเครื่อง Function Generator เพื่อสร้างคลื่นสัญญาณรูปแบบต่างๆ

รายการอุปกรณ์

- แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)    1 อัน

- ไอซี 74HCT00    1  ตัว

- ไอซี 74HCT14    1  ตัว

- สายไฟสำหรับต่อวงจร     1 ชุด

- ออสซิลโลสโคป (สายวัด 2 ช่อง)    1  เครื่อง

- เครื่องกำเนิดสัญญาณ                     1  เครื่อง

- แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน     1 ชุด

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี 74HCT00 เพื่อสร้างลอจิกเกต NOT จำนวน 1 ตัว จากลอจิกเกต

NAND2 ตัวใดก็ได้ ที่มีอยู่ภายในไอซีดังกล่าว

2. สร้างคลื่นสัญญาณสี่เหลี่ยมที่มีแอมพลิจูดอยู่ในช่วง 0V ถึง 5V (Vpp=5V, Voffset=2.5V) ความถี่

f=10kHz และมีค่า Duty Cycle = 50% โดยใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณ แล้วป้อนที่ขาอินพุตของลอจิก

เกต NOT และต่อ Gnd จากเครื่องกำเนิดสัญญาณไปยัง Gnd ของวงจร (กราวนด์ร่วม)

3. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขา

เอาต์พุตของลอจิกเกต NOT และให้ต่อ Gnd ของออสซิลโลสโคป ไปยัง Gnd ของวงจร

4. สังเกตความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต (ปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 10us และ

50ns ตามลำดับเพื่อดูรูปคลื่นสัญญาณในแต่ละกรณี) และวัดระดับแรงดันสูงสุดของสัญญาณเอาต์พุต

ที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฏบนจอแสดงผลของออสซิลโลสโคปด้วย)

5. ต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω ที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT

6. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขา

เอาต์พุตของลอจิกเกต NOT

7. สังเกตความแตกต่างเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีที่ไม่ได้ต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทานที่ขา

เอาต์พุต และวัดระดับแรงดันสูงสุดของสัญญาณเอาต์พุตที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฏบนจอแสดงผล

ของออสซิลโลสโคปด้วย)

8. ยกเลิกการต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทานที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT

9. เปลี่ยนรูปคลื่นสัญญาณอินพุต โดยสร้างคลื่นสัญญาณรูปสามเหลี่ยม Vpp=5V, Voffset=2.5V, f=1kHz

จากเครื่องกำเนิดสัญญาณ เพื่อป้อนให้ขาอินพุตของลอจิกเกต NOT

10. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขา

เอาต์พุตของลอจิกเกต NOT แล้วสังเกตผลที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฏบนจอแสดงผลของ

ออสซิลโลสโคปด้วย)

11. วัดระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B

12. ยกเลิกการต่อวงจรโดยใช้ไอซี 74HCT00 และให้ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซีเบอร์ 74HCT14

เพื่อสร้างลอจิกเกต NOT จำนวน 1 ตัว (เลือกลอจิกเกต NOT ตัวใดก็ได้ที่มีอยู่ภายในไอซีดังกล่าว)

13. สร้างคลื่นสัญญาณรูปสามเหลี่ยม Vpp=5V, Voffset=2.5V, f=1kHz จากเครื่องกำเนิดสัญญาณ

เพื่อป้อนให้ขาอินพุตของลอจิกเกต NOT

14. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขา

เอาต์พุตของลอจิกเกต NOT แล้วสังเกตผลที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฏบนจอแสดงผลของ

ออสซิลโลสโคปด้วย)

15. วัดระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B

ผลการทดลอง

1. ไอซี 74HCT00 ลอจิเกต NOT 1 ตัวคลื่นสัญญาณสี่เหลี่ยม Vpp = 5 V,Voffset = 2.5V , f =  10kHz ,Duty Cycle = 50% 

 Vmax = 5.4 V 

  Vmax = 5.2 V 

2. ไอซี 74HCT00 ลอจิเกต NOT 1 ตัวคลื่นสัญญาณสี่เหลี่ยม Vpp = 5 V,Voffset = 2.5V , f =  10kHz ,Duty Cycle = 50% ต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน 330kΩ 

Vmax = 4.96 V

3. ไอซี 74HCT00 ลอจิเกต NOT 1 ตัวคลื่นสัญญาณสามเหลี่ยม Vpp = 5 V,Voffset = 2.5V , f =  1kHz  

แรงดันอินพุตที่ขาลง  =   1.6  V    ที่ขาขึ้น  =  1.8  V

4. ไอซี 74HCT14 ลอจิเกต NOT 1 ตัวคลื่นสัญญาณสามเหลี่ยม Vpp = 5 V,Voffset = 2.5V , f =  1kHz 

แรงดันอินพุตที่ขาลง  =  1   V    ที่ขาขึ้น  =  1.6  V

คำถามท้ายการทดลอง

1. ในกรณีที่สร้างลอจิกเกต NOT จากเกต NAND ของไอซี 74HCT00 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็น

รูปคลื่นสี่เหลี่ยมตามที่ได้ทดลองไป จงระบุระยะเวลาในการเปลี่ยนแปลงของคลื่นสัญญาณที่ขา

เอาต์พุตของลอจิกเกต NOT จาก HIGH เป็น LOW (ขอบขาลง) และจาก LOW เป็น HIGH (ขอบขา

ขึ้น) ตามลำดับ เมื่อวัดด้วยออสซิลโลสโคป
- จากผลการทดลอง HIGH เป็น LOW = 55  ns

2. ในกรณีที่สร้างลอจิกเกต NOT จากเกต NAND ของไอซี 74HCT00 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็น

รูปคลื่นสามเหลี่ยมตามที่ได้ทดลองไป จงอธิบายว่า จะได้คลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต

NOT เป็นรูปคลื่นแบบใด และให้ระบุระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง

A และ B (มีอยู่สองจุดตัด ในช่วงขาขึ้นและขาลงของสัญญาณอินพุต)

- รูปคลื่นสี่เหลี่ยม  แรงดันอินพุตที่ขาลง  =  1.6   V    ที่ขาขึ้น  =  1.8  V

3. ในกรณีที่ใช้ลอจิกเกต NOT ภายในไอซี 74HCT14 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยม

จงอธิบายว่า จะได้คลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT เป็นรูปคลื่นแบบใด และให้ระบุ

ระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B (มีอยู่สองจุดตัด ในช่วงขา

ขึ้นและขาลงของสัญญาณอินพุต)

-  รูปคลื่นสี่เหลี่ยม  แรงดันอินพุตที่ขาลง  =  1   V    ที่ขาขึ้น  =  1.6  V

4. อธิบายความหมายของคำว่า V+ และ V- ของ Schmitt-Trigger Inverter และถ้าอ้างอิงตามดาต้าชีท

ของไอซี 74HCT14 (ดาวน์โหลดได้จากอินเทอร์เน็ต) จงระบุค่า V+ และ V- ตามลำดับสำหรับ

VCC=+4.5V

-  V+ =  แรงดันขาขึ้น (positive-going threshold voltage)   V+ = 1.2-1.9 V   , V-  = แรงดันขาลง (negative-going threshold voltage )   V- = 0.5-1.2 V

  ที่มา : http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT14.pdf

5. จงระบุค่าโดยประมาณสำหรับ V+ และ V- สำหรับไอซี 74HCT14 ที่สามารถดูได้จากผลการทดลอง

(ใช้สำหรับ VCC=+5V)

- V+  มีค่าประมาณ  1.6 V , V-  มีค่าประมาณ  1 V

การทดลองที่ 1.2 การต่อวงจรโดยใช้ไอซีควบคุมแรงดันคงที่

การทดลองที่ 1.2  การต่อวงจรโดยใช้ไอซีควบคุมแรงดันคงที่ 

วัตถุประสงค์

1. รู้จักและใช้ไอซีควบคุมแรงดัน 7805 ได้
2. ฝึกการต่อวงจรอเล็กทรอนิกส์บนเบรดบอร์ด
3. ฝึกการวัดค่าต่างๆด้วยมัลติมิเตอร์

รายการอุปกรณ์

-  แผงต่อวงจร                                        1   อัน 

-  ไอซีควบคุมแรงดัน 7805                     1   ตัว 

-  ตัวเก็บประจุแบบมีขั้ว 100uF                1   ตัว 

-  ตัวเก็บประจุแบบมีขั้ว 10uF                  1   ตัว 

-  ตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้ว 100nF            1   ตัว 

-  ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω              1   ตัว 

-  ไดโอดเปล่งแสง ขนาด 5 มม.               1   ตัว 

-  ไดโอด 1N4001                                  1   ตัว 

-  สายไฟสําหรับต่อวงจร                          1   ชุด 

-  มัลติมิเตอร์                                          1   เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 1.2.3

credit : เอกสารประกอบการเรียน Logic Design of Digital System ,ดร. เรวัต  ศิริโภคาภิรมย์

2. ใช้แหล่งจ่ายป้อนแรงดันคงที่ 6V ถึง 12V (เพิ่มขึ้นทีละ 1V) ที่ตำแหน่ง JP1 เป็นแรงดันสำหรับ Vin
3. วัดแรงดันที่ขาอินพุต (IN) และขาเอาต์พุต (OUT) ของไอซี 7805 เทียบกับขา GND รวมทั้งจุด Vin
    และ Vout ของวงจร โดยใช้มัลติมิเตอร์ แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ลงในตารางที่ 1.2.1
4. วัดกระแสทีไหลผ่าน LED1 แล้วจดบันทึก
5. ทดลองป้อนแรงดันไฟเลี้ยง (9V) กลับขั้ว (กลับทิศทางขั้วบวกขั้วลบ) ให้วงจร แล้วสังเกต

ผลการทดลอง

ภาพวงจรเมื่อต่อเสร็จเรียบร้อย

ภาพขณะจ่ายแรงดันเข้าไปในวงจร

credit : เอกสารประกอบการเรียน Logic Design of Digital System ,ดร. เรวัต  ศิริโภคาภิรมย์

ตัวอย่างการจำลองการต่อวงจรด้วยโปรแกรม Fritzing

Breadboard  View

Schematic View

คำถามท้ายการทดลอง

1. จากการทดลอง ถ้าป้อนแรงดันอินพุตในช่วง 6V ถึง 12V ที่จุด Vin แรงดันที่จุด Vout ของวงจรจะคงที่เท่ากับ 5V หรือไม่ จงอธิบายโดยวิเคราะห์ตามผลการทดลองที่ได้
 - จากผลการทดลอง เมื่อป้อนแรงดัน input 6 V ที่จุด Vin แรงดันที่จุด Vout = 4.06 V แต่เมื่อวัดแรงดัน Vin ที่ช่วง 7 - 12 V จะมีค่า Vout อยู่ในช่วง 4.97 - 4.99 V เป็นไปตามการทำงานของ IC ควบคุมแรงดันที่จะปล่อยแรงดันคงที่เมื่อมีแรงดัน input อยู่ในช่วงที่ 7 - 12 V ออกมาเป็นแรงดัน 5 V

2. ถ้าป้อนแรงดนอินพุตในช่วง 6V ถึง 12V  ที่จุด Vin จะได้ผลต่างระหว่างแรงดันที่จุด Vout ของวงจรและแรงดันขา IN ของไอซี 7805 อยู่ในช่สงใด มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นหรือไม่ และแรงดันตกคร่อมที่ตัวไดโอด 1N4001 จะได้ประมาณกี่โวลต์
 - ผลต่างอยู่ในช่วง 1.34 - 6.26 V มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และมีแรงดันตกคร่อม ไดโอด 0.7 V

3. สำหรับวงจรในการทดลอง ถ้าจะให้ได้แรงดันคงที่ 5V สำหรับ Vout จะต้องป้อนแรงดันอินพุตที่ Vinอย่างน้อยกี่โวลต์
 - 7 V

4. ถ้าป้อนแรงดันอินพุต 9V กลับขั้ว (กลับทิศทางขั้วบวกขั้วลบ) ให้ Vin และ Gnd จะทำให้ไดโอดเปล่งแสง "สว่าง" หรือไม่
 - ไม่สว่าง


5. จากการทดลองถ้า LED1 ในวงจรให้แสงสว่าง จะมีกระแสไหลผ่าน LED1 ประมาณกี่มิลลิแอมป์
 - 10 mA