วัตถุประสงค์
1. ฝึกต่อวงจรเพื่อสร้างแรงดันอ้างอิง โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ (Trimpot / Potentiometer) แบบ 3 ขา
2. ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซีที่มีตัวเปรียบเทียบแรงดัน (Voltage Comparator) อยู่ภายใน เช่น เบอร์ LM393N (ตัวถังแบบ PDIP-8)
รายการอุปกรณ์
1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
2. ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N 1 ตัว (สามารถศึกษา Data Sheet ได้ที่นี่)
3. ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ 1 ตัว (สามารถศึกษา Data Sheet ได้ที่นี่)
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
ภาพอ้างอิงจากการทดลองที่ 4.1 การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.
3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด โดยใช้ไอซี LM393N ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.2 (เลือกใช้ตัวเปรียบเทียบ แรงดันที่อยู่ภายในตัวใดตัวหนึ่งจากที่มีอยู่สองตัว)
ภาพอ้างอิงจากการทดลองที่ 4.1 การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.
5. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณ โดยใช้ช่อง A สําหรับวัดสัญญาณที่มาจากเครื่องกําเนิดสัญญาณ (Vin) และช่อง B สําหรับวัดสัญญาณเอาต์พุต (Vout) ที่ขาของตัวเปรียบเทียบแรงดันที่ได้เลือกใช้ (บันทึกภาพที่ได้จากออสซิลโลสโคป เพื่อใช้ประกอบการเขียนรายงานการทดลอง)
6. ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับคา่ได้ วัดแรงดัน Vref และสังเกตการเปลี่ยนแปลงค่า Duty Cycle ของรูปคลื่นสญัญาณเอาต์พุต
7. สลับขาสญัญาณอินพุตที่ขา V+ และ V- (ตามผังวงจรในรูปที่ 4.1.3) แลว้ทําขั้นตอนที่ 6 ถึง 7 ซ้ํา
ภาพอ้างอิงจากการทดลองที่ 4.1 การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.
ผลการทดลอง
ผลจากการวัดแรงดัน Vx เทียบ GND
เมื่อหมุน Trimpot จากสุดด้านหนึ่งไปจนสุดอีกด้านหนึ่ง ทำให้ทราบว่า Vx มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตั้งแต่ 0 V จนถึง 5.1 V
วงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน : ต่อสัญญาณสามเหลี่ยมที่ขา V- แรงดัน Vref ที่ขา V+
รูปออกแบบวงจรโดยโปรแกรม Frizing ตามผังวงจรในรูป 4.1.2
วงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน Schematic View
วงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน Breadboard View
ภาพวงจรที่ต่อตามวงจรที่ออกแบบ
ผลที่ได้จากวงจรที่ 4.1.2
Vref | Duty Cycle ของสัญญาณ Output |
| 0.4 mV | 0% |
| 1.396 V | 23% |
| 1.879 V | 33% |
| 2.659 V | 49% |
| 3.684 V | 71% |
| 5.1 V | 80% |
จากวงจรที่ 4.1.2 มีการต่อสัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยมเข้าที่ขา V- และแรงดัน Vref จาก Trimpot เข้าที่ขา V+ ของไอซีเปรียบเทียบแรงดัน จะสังเกตได้ว่าเมื่อแรงดัน Vref เพิ่มขึ้น Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตก็จะเพิ่มขึ้นด้วย
(Click ที่ภาพเพื่อดูภาพขนาดใหญ่)
Vref = 0.4 mV , Duty Cycle = 0 %
Vref = 1.396 V , Duty Cycle = 23 %
Vref = 1.879 V , Duty Cycle = 33 %
Vref = 2.659 V , Duty Cycle = 49 %
Vref = 3.684 V , Duty Cycle = 71 %
Vref = 5.1 V , Duty Cycle = 80 %
วงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน : ต่อสัญญาณสามเหลี่ยมที่ขา V+ แรงดัน Vref ที่ขา V-
รูปออกแบบวงจรโดยโปรแกรม Frizing ตามผังวงจรในรูป 4.1.3
วงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน Schematic View
วงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน Breadboard View
ภาพวงจรที่ต่อตามวงจรที่ออกแบบ
ผลที่ได้จากวงจรที่ 4.1.3
Vref | Duty Cycle ของสัญญาณ Output |
| 5.1 V | 0% |
| 3.89 V | 25% |
| 2.75 V | 49% |
| 1.583 V | 73% |
| 260 mV | 100% |
จากวงจรที่ 4.1.3 มีการต่อแรงดัน Vref จาก Trimpot เข้าที่ขา V- และสัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยมเข้าที่ขา V+ ของไอซีเปรียบเทียบแรงดัน จะสังเกตได้ว่าเมื่อแรงดัน Vref เพิ่มขึ้น Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตกลับลดลง
(Click ที่ภาพเพื่อดูภาพขนาดใหญ่)
Vref = 5.1 V , Duty Cycle = 0 %
Vref = 3.89 V , Duty Cycle = 25 %
Vref = 2.75 V , Duty Cycle = 49 %
Vref = 1.583 V , Duty Cycle = 73 %
Vref = 260 mV , Duty Cycle = 100 %
คำถามท้ายการทดลอง
ในการทำงานของไอซีเปรียบเทียบแรงดันนั้น จะนำสัญญาณอินพุตที่ขาV-และV+ ณ เวลาเดียวกันมาเปรียบเทียบกัน โดยมีหลักการเปรียบเทียบคือ
หาก V+ > V- สัญญาณเอาต์พุตจะมีค่า HIGH ซึ่งเท่ากับไฟเลี้ยง Vcc ของไอซี
หาก V+ < V- สัญญาณเอาต์พุตจะมีค่า LOW ซึ่งเท่ากับ 0V
ในวงจร 4.1.2 ป้อนสัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยมเข้าที่ขา V- และแรงดัน Vref จาก Trimpot เข้าที่ขา V+
เมื่อ Vref มีค่าประมาณ 0 ซึ่งน้อยกว่าสัญญาณสามเหลี่ยมในทุกช่วงเวลา สัญญาณเอาต์พุตจึงไม่มีส่วนที่มีค่า HIGH Duty Cycle จึงเท่ากับ 0%
เมื่อ Vref มีค่าเพิ่มขึ้น จะทำให้มีทั้งช่วงที่มีค่ามากและน้อยกว่าสัญญาณสามเหลี่ยม สัญญาณเอาต์พุตจึงมีค่า HIGH และ LOW Duty Cycle จึงมีค่าเพิ่มขึ้นเรื่อยๆตาม Vref ที่เพิ่มขึ้น
Vref เพิ่มขึ้น Duty Cycle ของเอาต์พุตเพิ่มขึ้น
สีแดง Vref เข้าที่ V+ (โดยประมาณ)
สีเหลือง สัญญาณสามเหลี่ยม เข้าที่ V-
สีฟ้า เอาต์พุต
ในวงจร 4.1.3 แรงดัน Vref จาก Trimpot เข้าที่ขา V- และสัญญาณรูปคลื่นสามเหลี่ยมเข้าที่ขา V+
เมื่อ Vref มีค่าประมาณ 0 ซึ่งน้อยกว่าสัญญาณสามเหลี่ยมในทุกช่วงเวลา ดังนั้นสัญญาณสามเหลี่ยมจึงมากกว่า Vref ในทุกช่วงเวลา สัญญาณเอาต์พุตจึงไม่มีส่วนที่มีค่า LOW Duty Cycle จึงเท่ากับ 100%
เมื่อ Vref มีค่าเพิ่มขึ้น จะทำให้มีทั้งช่วงที่มีค่ามากและน้อยกว่าสัญญาณสามเหลี่ยม สัญญาณเอาต์พุตจึงมีค่า HIGH และ LOW ซึ่งเมื่อ Vref มากขึ้น ก็จะยิ่งทำให้มีช่วงที่สัญญาณสามเหลี่ยมน้อยกว่า Vref เพิ่มขึ้น Duty Cycle จึงมีค่าลดลงเรื่อยๆตาม Vref ที่เพิ่มขึ้น
Vref เพิ่มขึ้น Duty Cycle ของเอาต์พุตลดลง
สีแดง Vref เข้าที่ V- (โดยประมาณ)
สีเหลือง สัญญาณสามเหลี่ยม เข้าที่ V+
สีฟ้า เอาต์พุต
2.7 V
3. เมื่อหมุนปรับคา่ที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ จากซ้ายสุดไปขวาสุด จะได้ค่า Vref อยู่ในช่วง 0 ถึง 5 โวลต์ และได้ค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตอยู่ในช่วง 0 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์
อ้างอิง: เอกสารการทดลองที่ 4.1 การต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน
โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์ ห้องปฏิบัติการระบบสมองกลฝังตัว(ESL.) มจพ.
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น