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