การทดลองที่ 2.3

การตรวจวัดคลื่นสัญญาณที่ขาอินพุต-เอาต์พุตของลอจิกเกต

วัตถุประสงค์ในการทดลอง

1. รู้วิธีต่อวงจรลอจิก 74HCT00 และ 74HTC14 บนเบรดบอร์ดและนำไปปฏิบัติอย่างถูกต้อง

2. สามารถวิเคราะห์การทำงานของลอจิกเกตโดยใช้ออสซิโลสโคปวัดคลื่นสัญญาณอินพุต เอาต์พุตได้

3. ฝึกใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณสร้างสัญญาณในรูปแบบต่างๆ

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง

1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)  1 อัน
2. ไอซี 74HCT00  1 ตัว
3. ไอซี 74HCT14  1 ตัว
4. สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด
5. ออสซิโลสโคป (สายวัด 2 ช่อง)  1 เครื่อง
6. เครื่องกำเนิดสัญญาณ  1 เครื่อง
7. แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน 1 ชุด

ขั้นตอนและผลการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี 74HCT00 เพื่อสร้างลอจิเกต NOT จำนวน 1 ตัว จากลอจิกเกต NAND 2 ตัวใดก้อได้ ที่มีอยู่ภายในไอซีดังกล่าว

ภาพการต่อวงจร NOT GATE

2. สร้างคลื่นสัญญาณสี่เหลี่ยมที่มีแอมพลิจูดอยู่ในช่วง 0v. ถึง 5v. (Vpp = 5v. , Voffset = 2.5v.) ความถี่ f = 10kHz. และมีค่า Duty Cycle = 50% โดยใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณ แล้วป้อนที่ขาอินพุตของลิจิกเกต NOT และต่อ Gnd จากเครื่องกำเนิดสัญญาณไปยัง Gnd ของวงจร (กราว์นร่วม)

ภาพการปรับเครื่อวกำเนิดสัญญาณไปที่ f= 10kHz.

ภาพการปรับเครื่องจ่ายและควบคุมแรงดันกระแสตรง ไปที่ 5 v. เพื่อป้อมไฟเลี้ยงให้วงจร

3. ใช้ออสซิโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A วัดสัญญาณอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT และให้ต่อ Gnd ของออสซิโลสโคป ไปยัง Gnd ของวงจร

ภาพการป้อนเครื่องกำเนิดสัญญาณ, แหล่งจ่ายกระแสตรง และเครื่องออสซิโลสโคป

ภาพที่ได้จากการวัดแรงดันในออสซิโลสโคป

4. สังเกตความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นสัญญาณอินพุต และเอาต์พุต (ปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 10us. และ 50ns. ตามลำดับเพื่อดูรูปคลื่นสัญญาณในแต่ละกรณี)  และวัดระดับแรงดันสูงสุดของสัญญาณเอาต์พุตที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฎบนจอแสดงผลของออสซิโลสโคปด้วย)

ภาพที่ได้จากการวัดรงดันสูงสุดโดยปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 10us. 

ภาพที่ได้จากการวัดรงดันสูงสุดโดยปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 50ns. 

และระดับแรงดันสูงสุดมีค่าเท่ากับ 5 v.

5. ต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน 330 โอห์ม หรือ 470 โอห์ม ที่ขาเอาต์พุตขอลอจิกเกต NOT

ภาพการต่อวงจร NOT GATE โดยมีตัวต้านทาน 330 โอห์มต่อที่ขาเอาต์พุต

6. ใช้ออสซิโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช่ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT

ออสซิโลสโคปวัดสัญญาณเอาต์พุต

7. สังเกตความแตกต่างเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีที่ไม่ได้ต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทานที่ขาเอาต์พุต และวัดระดับแรงดันสูงสุดของสัญญาณเอาต์พุตที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฏบนจอแสดงผลของออสซิโลสโคปด้วย)

ภาพที่ได้จากการวัดรงดันสูงสุดของสัญญาณเอาต์พุต

8. ยกเลิกการต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทานที่ขาเอาต์พุตของลิจิกเกต NOT

9. เปลี่ยนรูปคลื่นสัญญาณอินพุต โดยสร้างคลื่นสัญญาณรูปสามเหลี่ยม V-pp = 5v. , V-offset = 2.5v. , f = 1kHz. จากเครื่องกำเนิดสัญญาณ เพื่อป้อนให้ขาอินพุตของลอจิกเกต NOT 

ยกเลิกการต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน

10. ใช้ออสซิโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช่ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT แล้วสังเกตผลที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฎบนจอแสดงผลของออสซิโลสโคปด้วย)

ภาพที่ได้จากหน้าจอออสซิโลสโคป

11. วัดระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B 

ภาพจุดตัดที่ได้จากหน้าจอออสซิโลสโคป

12. ยกเลิกการต่อวงจรโดยใช้ไอซี 74HCT00 และให้ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดโดยใช้ไอซีเบอร์ 74HCT14 เพื่อสร้างลอจิกเกต NOT จำนวน 1 ตัว (เลือกลอจิกเกต NOT ตัวใดก้อได้ที่อยู่ในไอซีดังกล่าว)


13. สร้างคลื่นสัญญาณรูปสามเหลี่ยม V-pp = 5v. , V-offset = 2.5v. , f = 1kHz. จากเครื่องกำเนิดสัญญาณ เพื่อป้อนให้ขาอินพุตของลอจิกเกต NOT


14. ใช้ออสซิโลสโคปวัดสํญญาณ โดยใช้ช่อง A วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช่ช่อง B วัดสัญญาณที่ขาเาอต์พุตของลอจิกเกต NOT แล้วสังเกตผลที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฎบนจอแสดงผลของออสซิโลสโคปด้วย)

ภาพสัญญาณที่ได้จากออสซิโลสโคป

15. วัดระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B

ภาพจุดตัดที่ได้จากออสซิโลสโคป

คำถามท้ายการทดลอง

1. ในกรณีที่สร้างลอจิกเกต NOT จากเกต NAND ของไอซี 74HCT00 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็นรูปคลื่นสี่เหลี่ยมตามที่ได้ทดลองไป จงระบุระยะเวลาในการเปลี่ยนแปลงของคลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT จาก HIGH เป็น LOW (ขอบขาลง) และจาก LOW เป็น HIGH (ขอบขาขึ้น) ตามลำดับ เมื่อวัดด้วยออสซิโลสโคป
ตอบ  จาก HIGH เป็น LOW  ใช้ระยะเวลา 50us. และจาก LOW เป็น HIGH ใช้ระยะเวลา 50us.


2. ในกรณีที่สร้างลอจิกเกต NOT จากเกต NAND ของไอซี 74HCT00 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยมตามที่ได้ทดลองไป จงอธิบายว่า จะได้คลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT เป็นรูปคลื่นใด และให้ระบุระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B (มีอยู่ 2 จุดตัดในช่วงขาขึ้นและขาลงของสัญญาณอินพุต)
ตอบ  คลื่นสัญญาณเอาต์พุตของลอจิกเกตที่ได้เป็นคลื่นสี่เหลี่ยม และแรงดันเอาต์พุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B คือ 2.4 v.



3. ในกรณีที่ใช้ลอจิกเกต NOT ภายในไอซี 74HCT14 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยมจงอธิบายว่า จะได้คลื่นสัญญาณเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT เป็นรูปคลื่นใด และให้ระบุระดับแรงดันอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B (มีอยู่ 2 จุดตัด ในช่วงขาขึ้นและขาลงของสัญญาณอินพุต)
ตอบ คลื่นสัญญาณเอาต์พุตของลอจิกเกตเป็นรูปคลื่นสี่เหลี่ยมแรงดันขาขึ้น0.4vและแรงดันขาลง 1.2v.



4. อธิบายความหมายของคำว่า V+ และ V- ของ Schmitt-Trigger Inverter และถ้าอ้างอิงตามดาต้าชีทของไอซี 74HCT14 (ดาว์นโหลดได้จากอินเตอร์เน็ต) จงระบุค่า V+ และ V- ตามลำดับสำหรับ Vcc = +4.5v.
ตอบ   V+คือช่วงขาขึ้น มีค่าอยู่ระหว่าง 0.8 - 2.4 v. และ V- คือช่วงขาลง มีค่าอยู่ประมานณ 0.4 - 2.0v. 
สามารถหาคำตอบเพิ่มเติมได้จาก http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=74hct14



5. จงระบุค่าประมาณสำหรับ V+ และ V- สำหรับไอซี 74HCT14 ที่สามารถดูได้จากผลการทดลอง (ใช้สำหรับ Vcc = +5v.)
ตอบ  V+ มีค่าประมาณ 0.4v.  และ V- มีค่าประมาณ 1.2v.