การทดลองที่ 2.3

การทดลองที่ 2.3

การตรวจวัดคลื่นสัญญาณที่ขาอินพุต-เอาต์พุตของลอจิกเกต

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซีลอจิก 74HCT00 และ 74HCT14 บนเบรดบอร์ด
• ใช้เครื่องกําเนิดสัญญาณสร้างสัญญาณตามรูปแบบที่กําหนด เพื่อป้อนให้ขาอินพุตของลอจิกเกต
• ใช้ออสซิลโลสโคปตรวจวัดคลื่นสัญญาณที่ขาอินพุตและขาเอาต์พุตของลอจิกเกต เพื่อวิเคราะห์การทํางานของวงจร

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร(เบรดบอร์ด) 1 อัน
• ไอซี74HCT00 1 ตัว
• ไอซี74HCT14 1 ตัว
• สายไฟสําหรับต่อวงจร1 ชุด
• ออสซิลโลสโคป(สายวัด2 ช่อง) 1 เครื่อง
• เครื่องกําเนิดสัญญาณ1 เครื่อง
• แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน1 ชุด

ขั้นตอนการทดลอง

1.  ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี 74HCT00 เพื่อสร้างลอจิกเกต NOT จํานวน1 ตัว จากลอจิกเกต

NAND2 ตัวใดก็ได้ ที่มีอยู่ภายในไอซีดังกล่าว

2.  สร้างคลื่นสัญญาณสี่เหลี่ยมที่มีแอมพลิจูดอยู่ในช่วง 0V ถึง 5V (Vpp = 5V, Voffset = 2.5V) ความถี่ f = 10kHz และมีค่าDuty Cycle = 50% โดยใช้เครื่องกําเนิดสัญญาณ แล้วป้อนที่ขาอินพุตของลอจิกเกต 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 330 Ω หรือ 470 Ω ที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT 

6.  ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่องA วัดสัญญาณที่ขาอินพุต ใช้ช่องB 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 วัดสัญญาณที่ ขาอินพุต ใช้ช่อง B วัดสัญญาณที่ขา

เอาต์พุตของลอจิกเกต NOT แล้วสังเกตผลที่ได้ (ให้บันทึกภาพที่ปรากฏบนจอแสดงผลของ

ออสซิลโลสโคปด้วย) 

11. วัดระดับแรงดันอินพุตที่ทําให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่องA และB 

12. ยกเลิกการต่อวงจรโดยใช้ไอซี 74HCT00 และให้ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซีเบอร์74HCT14 

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

การสร้างลอจิกเกต NOT จากไอซี 74HCT00

การใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณช่อง A ที่ขาอินพุต

และใช้ช่อง B วัดที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT

เมื่อปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 10 usec กรณีไม่ต่อดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน
ใช้ไอซีเบอร์ 74HCT00

Time/Div เท่ากับ 10usec กรณีต่อไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน (ไอซีเบอร์ 74HCT00)

เมื่อปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 50 nsec กรณีไม่ต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน

เมื่อปรับ Time/Div ไปที่ระดับ 50 nsec กรณีต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทาน

การสร้างคลื่นสัญญาณรูปสามเหลี่ยมโดยใช้ไอซี 74HCT00

การสร้างคลื่นสัญญาณรูปสามเหลี่ยมโดยใช้ไอซี 74HCT14

คำถามท้ายการทดลอง

1.  ในกรณีที่สร้างลอจิกเกต NOT จากเกต NAND ของไอซี 74HCT00 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็น

รูปคลื่นสี่เหลี่ยมตามที่ได้ทดลองไป  จงระบุระยะเวลาในการเปลี่ยนแปลงของคลื่นสัญญาณที่ขา

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

ขึ้น) ตามลําดับเมื่อวัดด้วยออสซิลโลสโคป

Ans  เวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงของคลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT จาก HIGH เป็น LOW ของไอซี 74HCT00 คือ 80 nsec ดังภาพข้างล่าง

และเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงของคลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT จาก LOW เป็น HIGH ของไอซี 74HCT00 คือ 132 nsec ดังภาพข้างล่าง (ขออภัยภาพไม่ค่อยชัดครับ)

2.  ในกรณีที่สร้างลอจิกเกต NOT จากเกต NAND ของไอซี 74HCT00 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็น

รูปคลื่นสามเหลี่ยมตามที่ได้ทดลองไป  จงอธิบายว่าจะได้คลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต

NOT เป็นรูปคลื่นแบบใด และให้ระบุระดับแรงดันอินพุตที่ทําให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง

A และ B (มีอยู่สองจุดตัดในช่วงขาขึ้นและขาลงของสัญญาณอินพุต)

Ans  
สัญญาณเอาต์พุตเป็นสัญญาณ pulse ที่ไม่ได้มีลักษณะเป็นเส้นตรงแต่จะเบี่ยงขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากสัญญาณไม่ได้เกิดขึ้นทันทีทันใด กล่าวคือ เมื่อสัญญาณอินพุตได้ลงมาถึงจุดๆนึง สัญญาณเอาต์พุตจะค่อยๆเปลี่ยนแปลงขึ้น ในทางกลับกันเมื่อสัญญาณอินพุตขึ้นถึงจุดๆนึง สัญญาณเอาต์พุตจะค่อยๆเปลี่ยนแปลงลง สำหรับระดับอินพุตที่ทำให้เกิดจุดตัดของคลื่นทั้งสองประมาณ 2.1 V ดังภาพข้างล่าง

3.  ในกรณีที่ใช้ลอจิกเกต NOT ภายในไอซี 74HCT14 และป้อนสัญญาณอินพุตเป็นรูปคลื่นสามเหลี่ยม

จงอธิบายว่า  จะได้คลื่นสัญญาณที่ขาเอาต์พุตของลอจิกเกต NOT เป็นรูปคลื่นแบบใด และให้ระบุ

ระดับแรงดันอินพุตที่ทําให้เกิดจุดตัดของคลื่นสัญญาณจากช่อง A และ B (มีอยู่สองจุดตัดในช่วงขา

ขึ้นและขาลงของสัญญาณอินพุต)  

Ans
สัญญาณเอาต์พุตเป็นสัญญาณ pulse ที่มีช่วงของสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงจาก LOW เป็น HIGH แคบกว่าช่วงสัญญาณที่เปลี่ยนจาก HIGH เป็น LOW เพราะว่าค่า V- จะอยู่ที่ประมาณ 980 mV ซึ่งมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับ 5 V เป็นไปตามภาพข้างล่าง

4.  อธิบายความหมายของคําว่า V+ และ V- ของ Schmitt-Trigger Inverter และถ้าอ้างอิงตามดาต้าชีทของไอซี  74HCT14 (ดาวน์โหลดได้จากอินเทอร์เน็ต) จงระบุค่า V+ และ V- ตามลําดับสําหรับ

VCC = +4.5V

Ans V+ คือค่าสูงสุดของ V_H ส่วนค่า v- เป็นค่าต่ำสุดของช่วง V_H พูดง่ายคือ V_H เป็นค่าความต่างศักย์ที่มีค่าอยู่ในช่วง V+ กับ V- สำหรับค่า V+ กับ V- เมื่อใช้ VCC = +4.5V จะเป็นดังรูปข้างล่าง

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

(ใช้สําหรับ VCC = +5V)

Ans    ค่าของ V+ จะประมาณ 1.68V ค่าของ V- จะประมาณ 980 mV