การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน

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

• ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM939N                                       1 ตัว
• ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบ 3 ขา ขนาด 10 kΩ หรือ 20 kΩ           1 ตัว
• ตัวต้านทาน 4.7 kΩ หรือ 10 kΩ (สำหรับ Pull-Up)                       1 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470 Ω                                                      1 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสง (LED) ขนาด 5 มม.                                            1 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร                                                                  1 ชุด
• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                                             1 อัน
• มัลติมิเตอร์                                                                                    1 เครื่อง
• แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน                                                               1 เครื่อง
• เครื่องกำเนิดสัญญาณแบบดิจิทัล                                                  1 เครื่อง
• ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                                                          1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

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

ผังวงจรที่ 4.1.1

2. ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันระหว่างจุด Vx กับ Gnd และทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทาน สังเกตและจดบันทึกค่าแรงดันต่ําสุดและแรงดันสูงสุดที่วัดได้

3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี LM393N ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.2(เลือกใช้ตัวเปรียบเทียบแรงดันที่อยู่ภายในตัวใดตัวหนึ่งจากที่มีอยู่สองตัว)

ผังวงจรที่ 4.1.2

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

ผังวงจรที่ 4.1.3

ผลการทดลอง

   ค่าแรงดันต่ำสุดคือ 0.001 V และ ค่าแรงดันสูงสุดคือ 5.018 V

การต่อวงจรจริง

การทดลองต่อผังวงจรที่ 4.1.2

เมื่อปรับค่าคาวมต้านทานของตัวต้านทานประค่าได้

เมื่อปรับค่าความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่าได้จนความต้านทานเป็น 10kΩ 

เมื่อปรับค่าความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่าได้จนความต้านทานเป็น 0 Ω

การทดลองต่อผังวงจรที่ 4.1.3

เมื่อปรับค่าความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่าได้จนความต้านทานเป็น 10kΩ 

เมื่อปรับค่าความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่าได้จนความต้านทานเป็น 0 Ω 

คําถามท้ายการทดลอง


1. ระดับของแรงดันอ้างอิง(Vref) ที่ได้จากตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อใช้ในการเปรียบเทียบแรงดัน มีความสัมพันธ์ อย่างไรกับระดับของแรงดันเอาต์พุต(Vout) ที่ได้จากตัวเปรียบเทียบแรงดัน และค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตที่วัดได้ จงอธิบาย
ตอบ แรงดันอ้างอิง (Vref) ที่ได้ มาจากการเปรียบเทียบค่าระหว่าง Vin และ Vout เมื่อมีการปรับค่าความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่าได้ ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันที่วัดได้ และค่า Duty Cycle จะเปลี่ยนแปลงตาม โดย เมื่อ Vout = 5 V ค่า Duty Cycle จะประมาณ 79.2 %


2. ถ้าจะให้สัญญาณเอาต์พุต Voutมีค่า Duty Cycle ประมาณ 50% จะต้องหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ ให้มีแรงดัน Vref ประมาณเท่าใด
ตอบ   Vin = 5.018 V  ให้ค่า Duty Cycle ประมาณ 50% จะต้องหมุนปรับค่าตัวต้านทาน ให้มีแรงดัน ประมาณ 2.5 V


3. เมื่อหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ จากซ้ายสุดไปขวาสุด จะได้ค่า Vref อยู่ในช่วง….……….. ถึง.……….…….. โวลต์ และได้ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในช่วง……..…….. ถึง….…………. เปอร์เซ็นต์
ตอบ ค่า Vref อยู่ในช่วง 0.001 V ถึง 5.018 V และได้ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในช่วง
0 % ถึง 79.2 %


อ้างอิง: เอกสารประกอบการสอน โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์