การทดลองที่ 4.1

การทดลองที่ 4.1 ( การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน )

วัตถุประสงค์ 

     1. ได้เรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการใช้งานตัวต้านทานปรับค่าได้ (Trimpot แบบ 3 ขา)

     2. ฝึกการสร้างแรงดันอ้างอิงจากวลจรโดยใช้ Trimpot

     3. ได้เรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการใช้งานไอซี LM393N

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

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง 

     1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
     2. ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N 1 ตัว
     3. ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ 1 ตัว
     4. ตัวต้านทาน 4.7kΩ หรือ 10kΩ (สำหรับ Pull-Up) 1 ตัว

     5. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω 1 ตัว
     6. ไดโอดเปล่งแสง (LED) ขนาด 5 มม. 1 ตัว
     7. สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด

     8. มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง
     9. แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม 1 เครื่อง
     10. เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบดิจิทัล 1 เครื่อง
     11. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล 1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

      1. ต่อวงจรโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.1 แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด

      2. ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันระหว่างจุด Vx กับ Gnd และทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทาน สังเกตและจดบันทึกค่าแรงดันต่ำสุดและแรงดันสูงสุดที่วัดได้
      ผลการทดลอง : แรงดันต่ำสุด 0 V และ แรงดันสูงสุด 5.146 V

 
      3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี LM393N ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.2 (เลือกใช้ตัวเปรียบเทียบแรงดันที่อยู่ภายในตัวใดตัวหนึ่งจากที่มีอยู่สองตัว)

      4. สร้างสัญญาณแบบสามเหลี่ยม (Triangular Wave) ให้อยู่ในช่วงแรงดัน 0V ถึง 5V โดยใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณ (Function Generator) โดยกำหนดให้ Vpp = 5V (Peak-to-Peak Voltage) และแรงดัน 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 DutyCycle 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

คำถามท้ายการทดลอง
      1. ระดับของแรงดันอ้างอิง (Vref) ที่ได้จากตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบแรงดัน
มีความสัมพันธ์อย่างไรกับระดับของแรงดันเอาต์พุต (Vout) ที่ได้จากตัวเปรียบเทียบแรงดัน และ
ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตที่วัดได้ จงอธิบาย
ตอบ : แรงดันอ้างอิง Vref เป็นการเปรียบเทียบแรงดันระหว่าง Vin และ Vout ที่ได้จากการปรับค่าความต้านทานจาก Trimpot ที่รับแรงดันมาจาก Vin ซึ่ง Vout จะเปลี่ยนแปลงระดับสัญญานแรงดันตามค่าของคสามต้านทานที่ได้จ่กการปรับ Trimpot โดยเมื่อ Vout มีค่า 5 V จะมี Duty Cycle ประมาน 85% และจะลดลงเมื่อปรับ Trimpot จน Vout เข้าใกล้ 0

      2. ถ้าจะให้สัญญาณเอาต์พุต Vout มีค่า Duty Cycle ประมาณ 50% จะต้องหมุนปรับค่าที่ตัว
ต้านทานปรับค่าได้ ให้มีแรงดัน Vref ประมาณเท่าใด
ตอบ : ประมาน 3 V.

      3. เมื่อหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ จากซ้ายสุดไปขวาสุด จะได้ค่า Vref อยู่ในช่วง ….……….. ถึง.……….…….. โวลต์ และได้ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในช่วง ……..…….. ถึง ….………….เปอร์เซ็นต์ 
ตอบ : การทดลองขั้นตอนที่ 6 Vref อยู่ในช่วง 5 - 0 V. Duty Cycle : 85 - 0 %
         การทดลองขั้นตอนที่ 7 Vref อยู่ในช่วง 0 - 5 V. Duty Cycle : 0 - 85 %