การทดลองที่ 2.2 การสร้างลอจิกเกตพื้นฐานโดยใช้ไอซี 74HCT00

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอซีลอจิก 74HCT00 บนเบรดบอร์ด
• สร้างลอจิกเกตพื้นฐาน เช่น เกต OR AND และ NOR หรือตามฟังก์ชันบูลีนที่กำหนดให้ โดยใช้ลอจิกเกต NAND ที่มีอยู่ในไอซี 74HCT00
• ต่อวงจรปุ่มกดเพื่อใช้เป็นอินพุต และต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงพร้อมตัวต้านทานเพื่อใช้เป็นเอาต์พุตสำหรับลอจิกเกต

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)          1 อัน
• ไอซี 74HCT00                         1 ตัว
• ปุ่มกดแบบสี่ขา                          2 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสงขนาด 5 มม.    1 ตัว
• ตัวต้านทาน 10kΩ                      2 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω   1 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร               1 ชุด
• แหล่งจ่ายควบคุมแรงดัน            1 ชุด

ขั้นตอนการทดลอง

1. ออกแบบและวาดผังวงจร สำหรับสร้างลอจิกเกตที่มีอินพุตสองขาและเอาต์พุตหนึ่งขา โดยใช้ไอซี 74HCT00 เพียงตัวเดียวเท่านั้น โดยแบ่งเป็นสามกรณี ได้แก่ AND OR และ NOR พร้อมวงจรปุ่มกดที่มีตัวต้านทาน 10kΩ แบบ Pull-Up จำนวน 2 ชุด (SW1 และ SW2) สำหรับขาอินพุตทั้งสองของลอจิกเกต และวงจรไดโอดเปล่งแสง (LED1) พร้อมตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω เพื่อใช้แสดงสถานะสำหรับเอาต์พุต
2. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามที่ได้ออกแบบไว้ เพื่อสร้างลอจิกเกต AND และมีวงจรปุ่มกด SW1 และSW2 เพื่อใช้เป็นอินพุต และวงจรไดโอดเปล่งแสง LED1 เพื่อใช้แสดงสถานะสำหรับเอาต์พุต
3. สร้างอินพุตทั้งสองขาของลอจิกเกต ให้ครบ 4 กรณี แล้วสังเกตผลที่ได้ บันทึกผลลงในตารางที่ 2.1.1
4. ยกเลิกการต่อวงจรบนเบรดบอร์ด
5. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามที่ได้ออกแบบไว้ เพื่อสร้างลอจิกเกต OR และมีวงจรปุ่มกด SW1 และSW2 เพื่อใช้เป็นอินพุต และวงจรไดโอดเปล่งแสง LED1 เพื่อใช้แสดงสถานะสำหรับเอาต์พุต
6. สร้างอินพุตทั้งสองขาของลอจิกเกต ให้ครบ 4 กรณี แล้วสังเกตผลที่ได้ บันทึกผลลงในตารางที่ 2.1.2
7. ยกเลิกการต่อวงจรบนเบรดบอร์ด
8. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามที่ได้ออกแบบไว้ เพื่อสร้างลอจิกเกต NOR และมีวงจรปุ่มกด SW1 และSW2 เพื่อใช้เป็นอินพุต และวงจรไดโอดเปล่งแสง LED1 เพื่อใช้แสดงสถานะสำหรับเอาต์พุต
9. สร้างอินพุตทั้งสองขาของลอจิกเกต ให้ครบ 4 กรณี แล้วสังเกตผลที่ได้ บันทึกผลลงในตารางที่ 2.1.3

ตัวอย่างการสร้างลอจิกเกต AND จากลอจิกเกต NAND

ปุ่มกด SW1	ปุ่มกด SW2	สถานะของไดโอดเปล่งแสง (ติด/ดับ)
ไม่กด	ไม่กด	ติด
กด	ไม่กด	ดับ
ไม่กด	กด	ดับ
กด	กด	ดับ

ตารางที่ 2.2.1 : ผลการทดลองสำหรับลอจิกเกต AND

ตัวอย่างการสร้างลอจิกเกต OR จากลอจิกเกต NAND

ปุ่มกด SW1	ปุ่มกด SW2	สถานะของไดโอดเปล่งแสง (ติด/ดับ)
ไม่กด	ไม่กด	ติด
กด	ไม่กด	ติด
ไม่กด	กด	ติด
กด	กด	ดับ

ตารางที่ 2.2.2 : ผลการทดลองสำหรับลอจิกเกต OR

ตัวอย่างการสร้างลอจิกเกต NOR จากลอจิกเกต NAND

ปุ่มกด SW1	ปุ่มกด SW2	สถานะของไดโอดเปล่งแสง (ติด/ดับ)
ไม่กด	ไม่กด	ดับ
กด	ไม่กด	ดับ
ไม่กด	กด	ดับ
กด	กด	ติด

ตารางที่ 2.2.3 : ผลการทดลองสำหรับลอจิกเกต NOR

คำถามท้ายการทดลอง

• จาการทดลองต่อวงจรสำหรับสร้างลอจิกเกต AND OR และ NOR ตามลำกับ เป็นไปตามตารางค่าความจริงสำหรับลอจิกเกตดังกล่าวหรือไม่ จงอธิบาย
• เป็นไปตามตารางค่าความจริงสำหรับลอจิกเกต ตามการทดลอง ถ้าหากไม่กดปุ่มจะเป็นการส่งค่าอินพุตเป็น HIGH และถ้ากดปุ่มจะเป็นการส่งค่าอินพุตเป็น LOW ซึ่งเป็นไปตามค่าความจริงลอจิกเกต
• เมื่อต่อวงจรปุ่มกดที่มีตัวต้านทาน 10kΩ แบบ Pull-Down (แทน Pull-Up) เพื่อสร้างสัญญาณอินพุตให้ลอจิกเกต จะให้ผลแตกต่างจากที่ได้ทดลองไปหรือไม่ จงอธิบาย
• แตกต่างจากที่ได้ทดลอง เพราะการต่อวงจรปุ่มกดแบบ Pull-Down ถ้าไม่กดปุ่มค่าอินพุตที่ขาอินพุตของตัวไอซี 74HCT00 จะมีค่าเป็น LOW แต่ถ้ากดปุ่มค่าอินพุตขาอินพุตของตัวไอซี 74HCT00 จะมีค่าเป็น HIGH แทน
• ถ้าสร้างวงจรตรรกะตามฟังก์ชันบูลีน O  =  A ∙ C' + B ∙ C โดยใช้ไอซี 74HCT00 เท่านั้น จะต้องออกแบบอย่างไร (ให้วาดรูปวงจร)

การทดลองที่ 1.2 การต่อวงจรโดยใช้ไอซีควบคุมแรงดันคงที่

วัตถุประสงค์ของการทดลอง

• เพื่อศึกษาและทำความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของ ไอซีควบคุมแรงดันคงที่ เบอร์ 7805
• ฝึกการวัดปริมาณทางไฟฟ้าด้วย มัลติมิเตอร์
• ฝึกการต่อวงจรอิเล็คทรอนิกส์บน เบรดบอร์ด

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)           1 อัน
• ไอซีควบคุมแรงดัน 7805            1 ตัว
• ตัวเก็บประจุแบบมีขั้ว 100uF       1 ตัว
• ตัวเก็บประจุแบบมีขั้ว 10uF         1 ตัว
• ตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้ว 100nF   1 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω     1 ตัว
• ไดโอดเปล่งแสง ขนาด 5 มม.    1 ตัว
• ไดโอด 1N4001                          1 ตัว
• สายไฟสำหรับต่อวงจร                1 ชุด
• มัลติมิเตอร์                                  1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

• ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 1.2.3
• ใช้แหล่งจ่ายป้อนแรงดันคงที่ 6V ถึง 12V (เพิ่มขึ้นทีละ 1V) ที่ตำแหน่ง JP1 เป็นแรงดันสำหรับ Vin
• วัดแรงดันที่ขาอินพุต (IN) และขาเอาต์พุต (OUT) ของไอซี 7805 เทียบกับขา GND รวมทั้งจุด Vin และ Vout ของวงจร โดยใช้มัลติมิเตอร์ (โวลต์มิเตอร์) แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ลงในตารางที่ 1.2.1
• วัดกระแสทีไหลผ่าน LED1 แล้วจดบันทึก
• ทดลองป้อนแรงดันไฟเลี้ยง (9V) กลับขั้ว (กลับทิศทางขั้วบวกขั้วลบ) ให้วงจร แล้วสังเกตผล

วงจรบน เบรดบอร์ด โดยใช้โปรแกรม Fritzing

วงจรแบบ Schematic โดยใช้โปรแกรม Fritzing

รูปวงจรในการทดลองจริง

ผลการทดลอง

แรงดันจากแหล่งจ่าย	แรงดันที่จุด Vin	แรงดันที่ขา INของไอซี 7805	แรงดันที่ขา OUT ของ ไอซี 7805	แรงดันที่จุด Vout
6 V	6	5.407	4.15	3.925
7 V	7	6.245	4.978	4.989
8 V	8	7.33	4.993	4.993
9 V	9	8.33	4.993	4.993
10 V	10	9.36	4.993	4.993
11 V	11	10.35	4.993	4.993
12 V	12	11.37	4.993	4.993

เมื่อทำการสลับขั้วไฟเลี้ยง 9V จะทำให้หลอด LED ไม่ติด

คำถามท้ายการทดลอง

• จากการทดลอง ถ้าป้อมแรงดันอินพุตในช่วง 6 V ถึง 12V ที่ Vin แรงดันที่จุด Vout ของวงจรจะคงที่เท่ากับ 5 V หรือไม่ จงอธิบายโดยวิเคราะห์ตามผลการทดลองทีได้
• แรงดันที่จุด Vout จะคงที่เท่ากับ 5V ก็ต่อเมื่อ ป้อนแรงดัน Input 8V - 12V ที่จุด Vin 

• ถ้าป้อนแรงดันอินพุตในช่วง 6V ถึง 12V  ที่จุด Vin จะได้ผลต่างระหว่างแรงดันที่จุด Vout ของวงจรและแรงดันที่ขา IN ของไอซี 7805 อยู่ในช่วงใด มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเรื่อยๆหรือไม่ และแรงดันตกค่อมที่ตัวไดโอด 1N4001 จะได้ประมาณกี่โวลต์
• ผลต่างจะอยู่ในช่วง 1.4V - 6V และมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น แรงดันตกคร่อมที่ตัวไดโอด   1N4001 = 0.696V
• สำหรับวงจรในการทดลอง ถ้าจะให้ได้แรงคงที่ 5 V สำหรับ Vout จะต้องป้อนแรงดันินพุตที่ Vin อย่างน้อยกี่โวลต์
• 8V
• ถ้าป้อนแรงดันอินพุต 9V  กลับขั้ว (กลับทิศทางขั้วบวกลบ)  ให้ Vin และ GND จะทำให้ไดโอดเปล่งแสง " สว่าง " หรือไม่
• ไม่
• จากการทดลอง ถ้า LED1 ในวงจรให้แสงสว่าง จะมีกระแสไหลผ่าน LED1 ประมาณกี่มิลลิแอมป์
• 15mA