LOGIC DESIGN OF DIGITAL SYSTEM: การทดลองที่ 4.1 การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน

การทดลองที่ 4.1
การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน

วัตถุประสงค์

- ฝึกต่อวงจรเพื่อสร้างแรงดันอ้างอิง โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ (Trimpot / Potentiometer)
แบบ 3 ขา
- ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซีที่มีตัวเปรียบเทียบแรงดัน (Voltage Comparator) อยู่ภายใน เช่น เบอร์
LM393N (ตัวถังแบบ PDIP-8)

รายการอุปกรณ์

แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N 1 ตัว
ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ 1 ตัว
ตัวต้านทาน 4.7kΩ หรือ 10kΩ (สำหรับ Pull-Up) 1 ตัว
ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω 1 ตัว
ไดโอดเปล่งแสง (LED) ขนาด 5 มม. 1 ตัว
สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด
มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง
แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม 1 เครื่อง
เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบดิจิทัล 1 เครื่อง
ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.1 แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5Vและ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด
2. ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันระหว่างจุด Vx กับ Gnd และทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทาน สังเกตและ จดบันทึกค่าแรงดันต่ำสุดและแรงดันสูงสุดที่วัดได้
3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี LM393N ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.2 (เลือกใช้ตัวเปรียบเทียบ
แรงดันที่อยู่ภายในตัวใดตัวหนึ่งจากที่มีอยู่สองตัว)
4. สร้างสัญญาณแบบสามเหลี่ยม (Triangular Wave) ให้อยู่ในช่วงแรงดัน 0V ถึง 5V โดยใช้เครื่อง
กำเนิดสัญญาณ (Function Generator) โดยกำหนดให้ Vpp = 5V (Peak-to-Peak Voltage) และ
แรงดัน Offset = 2.5V และความถี่ f = 1kHz เพื่อใช้เป็นสัญญาณอินพุต Vin แล้วนำไปป้อนให้ขา
V- ของตัวเปรียบเทียบแรงดันที่ได้เลือกใช้
5. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A สำหรับวัดสัญญาณที่มาจากเครื่องกำเนิดสัญญาณ (Vin)และช่อง B สำหรับวัดสัญญาณเอาต์พุต (Vout) ที่ขาของตัวเปรียบเทียบแรงดันที่ได้เลือกใช้
(บันทึกภาพที่ได้จากออสซิลโลสโคป เพื่อใช้ประกอบการเขียนรายงานการทดลอง)
6. ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ วัดแรงดัน Vref และสังเกตการเปลี่ยนแปลงค่า Duty
Cycle ของรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุต
7. สลับขาสัญญาณอินพุตที่ขา V+ และ V- (ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.3) แล้วทำขั้นตอนที่ 6 ถึง 7 ซ้ำ
8. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วย คำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด รูปคลื่นสัญญาณที่วัดได้จากออสซิลโลสโคปตามโจทย์การทดลอง และตอบคำถาม
ท้ายการทดลอง

รูปที่ 4.1.1: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรที่ใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้

รูปที่ 4.1.2: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Vin ต่อที่ขา V-)

รูปที่ 4.1.3: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรเปรียบเทียบแรงดัน (Vin ต่อที่ขา V+)

คำถามท้ายการทดลอง

1. ระดับของแรงดันอ้างอิง (Vref) ที่ได้จากตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบแรงดัน
มีความสัมพันธ์อย่างไรกับระดับของแรงดันเอาต์พุต (Vout) ที่ได้จากตัวเปรียบเทียบแรงดัน และ
ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตที่วัดได้ จงอธิบาย
Ans. ในกรณี ข้อ4.1.2 เมื่อ Vref เพิ่มขึ้น ค่า Duty cycle ของ Vout ก็จะเพิ่มขึ้นตาม เพราะ สมบัติของไอซีเปรียบเทียบแรงดัน คือ เมื่อขา + มีแรงดันมากกว่า output ที่เราจะได้ คือ High แต่เมื่อขา - มีแรงดันมากกว่า output ที่เราได้ก็ คือ Low เช่น

2. ถ้าจะให้สัญญาณเอาต์พุต Vout มีค่า Duty Cycle ประมาณ 50% จะต้องหมุนปรับค่าที่ตัว
ต้านทานปรับค่าได้ ให้มีแรงดัน Vref ประมาณเท่าใด
Ans. 2.578 V

3. เมื่อหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ จากซ้ายสุดไปขวาสุด จะได้ค่า Vref อยู่ในช่วง ..….0…….. ถึง.……5.…….. โวลต์ และได้ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในช่วง ……..0…….. ถึง ……100….เปอร์เซ็นต์