การทดลองที่ 4.1

การทดลองที่ 4.1

การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน

วัตถุประสงค์

1. ฝึกต่อวงจรเพื่อสร้างแรงดันอ้างอิง โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้(Trimpot/Potentiometer)แบบ 3 ขา

2. ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซีที่มีตัวเปรียบเทียบแรงดัน (Voltage Comparator) อยู่ภายใน เช่น เบอร์ LM393N (ตัวถังแบบ PDIP-8)

รายการอุปกรณ์

1. ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM939N                                       
2. ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบ 3 ขา ขนาด 10 kΩ หรือ 20 kΩ           
3. ตัวต้านทาน 4.7 kΩ หรือ 10 kΩ (สำหรับ Pull-Up)                       
4. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470 Ω                                                     
5. ไดโอดเปล่งแสง (LED) ขนาด 5 มม.                                           
6. สายไฟสำหรับต่อวงจร                                                                  
7. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                             
8. มัลติมิเตอร์                                                                                   
9. แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน                                                              
10. เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบดิจิทัล                                                  
11. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                                                         

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด

2. ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันระหว่างจุด Vx กับ Gnd และทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทาน สังเกตและจดบันทึกค่าแรงดันต่ําสุดและแรงดันสูงสุดที่วัดได้

3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี LM393N (เลือกใช้ตัวเปรียบเทียบแรงดันที่อยู่ภายในตัวใดตัวหนึ่งจากที่มีอยู่สองตัว)

4. สร้างสัญญาณแบบสามเหลี่ยม(Triangular Wave) ให้อยู่ในช่วงแรงดัน0 V ถึง 5 V โดยใช้เครื่องกําเนิดสัญญาณ (Function Generator) โดยกําหนดให้Vpp = 5 V(Peak-to-Peak Voltage) และ แรงดัน Offset = 2.5 V และความถี่ f  = 1 kHz เพื่อใช้เป็นสัญญาณอินพุต Vin แล้วนําไปป้อนให้ขา V- ของตัวเปรียบเทียบแรงดันที่ได้เลือกใช้

5. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A สําหรับวัดสัญญาณที่มาจากเครื่องกําเนิดสัญญาณ (Vin) และช่อง B สําหรับวัดสัญญาณเอาต์พุต (Vout) ที่ขาของตัวเปรียบเทียบแรงดันที่ได้เลือกใช้

6. ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ วัดแรงดัน Vref และสังเกตการเปลี่ยนแปลงค่า Duty Cycle ของรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุต

7. สลับขาสัญญาณอินพุตที่ขา V+ และ V- (ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.3) แล้ วทําขั้นตอนที่6 ถึง7 ซ้ำ

ผลการทดลอง

เมื่อยังไม่ได้ปรับค่าความต้านทาน

เมื่อทดลองหมุนปรับค่าความทาน สัญญาณแรงดันเอาต์พุต(Vout) มีการเปลี่ยนแปลง

สลับขาสัญญาณอินพุตที่ขา V+ และ V- 

คําถามท้ายการทดลอง 

1. ระดับของแรงดันอ้างอิง(Vref) ที่ได้จากตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบแรงดัน มีความสัมพันธ์ อย่างไรกับระดับของแรงดันเอาต์พุต(Vout) ที่ได้จากตัวเปรียบเทียบแรงดัน และค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตที่วัดได้ จงอธิบาย 
- สัญญาณแรงดันเอาต์พุตจะมีค่าสถานะทางโลจิกเป็น 1 เมื่อป้อนแรงดันอินพุต V+ มากกว่า V- เมื่อปรับค่าความต้านทานมากขึ้นจะทำให้ Vref มากขึ้น แต่ Vin คงที่ มีทำผลทำให้ช่วงที่สัญญาณเอาต์พุตออกมาได้ลอจิก 1 ย่อลงและค่า Duty Cycle ก็มากขึ้น และถ้าปรับค่าความต้านทานน้อยลงจะทำให้ Vref น้อยตาม จะทำให้ช่วงที่สัญญาณเอาต์พุตออกมาได้ลอจิก 1 ขยายออก ค่า Duty Cycle ก็น้อยลง 
2. ถ้าจะให้สัญญาณเอาต์พุต Voutมีค่า Duty Cycle ประมาณ 50% จะต้องหมุนปรับค่าที่ตัว ต้านทานปรับค่าได้ ให้มีแรงดัน Vrefประมาณเท่าใด 
- 2.28 V
3. เมื่อหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ จากซ้ายสุดไปขวาสุด จะได้ค่า Vref อยู่ในช่วง 0 ถึง 5 โวลต์ และได้ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในช่วง 0 ถึง 78 เปอร์เซ็นต์