จุดประสงค์การทดลอง 1. ใช้ดีซีโวลต์มิเตอร์วดัสญัญาณไฟฟ้าได้ 2. ประกอบวงจรชมิตทริกเกอร์ได้ 3. อา่นคา่ทางไฟฟ้าจากดีซีโวลต์มิเตอร์ 4. เขียนรูปร่างสญัญาณท่ีผ่านวงจรชมิตทริกเกอร์ได้

เคร่ืองมือและอุปกรณ์ 1. ฟังก์ชนัเยเนเรเตอร์ จ านวน 1 เคร่ือง 2. ออสซิลโลสโคป จ านวน 1 เคร่ือง 3. ดีซีโวลต์มิเตอร์ จ านวน 2 ตวั 4. ตวัต้านทาน 150 Ω, 330 Ω, 680 Ω, 1 kΩ x2, 2.2 kΩ x2, จ านวน 11 ตวั 5.1 kΩ, 5.6 kΩ, 10 kΩ, 39 kΩ 0.5 W 5. ทรานซิสเตอร์เบอร์ C458 จ านวน 2 ตวั 6. ไอซีออปแอมป์เบอร์ LF353 จ านวน 1 ตวั 7. แหลง่จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงปรับคา่ได้ 0 – 15 V จ านวน 1 เคร่ือง 8. แผ่นเบรนบอร์ด ภาคจ่ายไฟ ±12 V และสายตอ่วงจร จ านวน 1 ชดุ

ล าดับขัน้การทดลอง 1. ประกอบวงจรตามรูปด้านลา่ง

รูปที่ 1 วงจรส าหรับการทดลองข้อ 1

2. ต่อสายดีซีโวลต์มิเตอร์ไว้ท่ีต าแหน่งอินพุต (Ei) ปรับแรงดนัจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงท่ีปรับค่าได้ 0–5 V ให้มีคา่ตามตารางท่ี 1 และให้ใช้ดีซีโวลต์มิเตอร์อีกตวัวดัคา่แรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงท่ีเอาต์พุต (Eo) บนัทึกลงในตารางท่ี 1

ตารางที่ 1 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 2

Ei (V) 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2

Eo (V) 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 12 12 12 12 12

3. ปรับแรงดนัจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงท่ีปรับค่าได้ให้มีค่าตามตารางท่ี 2 และใช้ดีซีโวลต์มิเตอร์ อีกตวัวดัคา่แรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงท่ีเอาต์พตุ (Eo) บนัทกึลงในตารางท่ี 2 ตารางที่ 2 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 3

Ei (V) 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5

Eo (V) 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3

4. น าคา่แรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงจากตารางท่ี 1 และค่าแรงดนัไฟฟ้ากระแสตรงจากตารางท่ี 2 เขียนกราฟความสมัพนัธ์ระหวา่งคา่อินพตุ (Ei) กบัคา่เอาต์พตุ (Eo) เขียนในรูปท่ี 2

0

1.9 2.0

1

2

3

7

6

4

5

9

8

10

11

12 (V)

Vo

(V)Vi

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 4.1 4.2

รูปที่ 2 ส าหรับบนัทกึกราฟของข้อ 4

5. จากผลการทดลองในกราฟรูปท่ี 2 มีผลแตกตา่งกนัอย่างไรระหวา่งการปรับแรงดนัอินพตุจาก มากไปหาน้อยกบั การปรับแรงดนัอินพตุจากน้อยไปหามาก ตอบ จากการทดลองท่ีเปลี่ยนแรงดนัอินพตุจากคา่น้อยไปค่ามากพบว่าเอาต์พุตจะเปลี่ยนจากค่า 3.3V เป็น 12V เมื่ออินพุตมีขนาดแรงดนั 3.8 V เป็นต้นไป และการทดลองท่ีเปลี่ยนแรงดนัอินพุตจากค่ามากไปค่าน้อยพบวา่เอาต์พตุจะเปลี่ยนจากคา่ 12V เป็น 3.3V เม่ืออินพตุมีขนาดแรงดนั 1.9 V เป็นต้นไป 6. เปลี่ยนอินพุตให้เป็นสัญญาณจากฟังก์ชันเจเนเรเตอร์ โดยปรับเป็นสัญญาณรูปไซน์ความถ่ี 1 kHz ความแรง 14 Vp–p ซึง่ตอ่ตามรูปท่ี 3

รูปที่ 3 วงจรส าหรับการทดลองข้อ 6

7. ใช้สายวดัสญัญาณของออสซิสโลสโคปแบบ 2 เส้นภาพ โดย CH1 ต่อท่ีอินพุต (Ei) CH2 ต่อท่ีเอาต์พุต (Eo) แล้วปรับออสซิลโลสโคปให้อา่นสญัญาณให้ชดัเจนท่ีสดุ บนัทึกรูปคลื่นสญัญาณ พร้อมบนัทึกค่าต่าง ๆ ลงในรูปท่ี 4

Eo

E i

รูปที่ 4 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 7

ขนาดสญัญาณอินพตุ = 10 Vp-p, ขนาดสญัญาณเอาต์พตุ = 8.7 Vp-p

8. ประกอบวงจรตามรูปด้านลา่ง

รูปที่ 5 วงจรส าหรับการทดลองข้อ 8

9. ปรับเลือกรูปแบบของสญัญาณท่ีเคร่ืองก าเนิดสญัญาณให้เป็นคลื่นไซน์ ขนาดสญัญาณ 14 Vp–p ความถ่ี 1 kHz ใช้ออสซิสโลสโคปแบบ 2 เส้นภาพ โดยสายวดั CH1 ต่อท่ีอินพุต (Ei) CH2 ต่อท่ีเอาต์พุต (Eo) แล้วปรับออสซิลโลสโคปให้อา่นสญัญาณให้ชดัเจนท่ีสดุ บนัทกึรูปคลื่นสญัญาณ พร้อมบนัทกึคา่ตา่ง ๆ ลงในรูปท่ี 6

Eo

E i

รูปที่ 6 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 9

ขนาดสญัญาณอินพตุ = 8 Vp-p, ขนาดสญัญาณเอาต์พตุ = 22 Vp-p 10. เปลี่ยนรูปแบบของสญัญาณท่ีเคร่ืองก าเนิดสญัญาณให้เป็นคลื่นสามเหลี่ยม แล้วท าตามข้อ 9 บนัทึกคา่ตา่ง ๆ ลงในรูปท่ี 7

Eo

E i

รูปที่ 7 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 10

ขนาดสญัญาณอินพตุ = 8 Vp-p, ขนาดสญัญาณเอาต์พตุ = 22 Vp-p

11. ประกอบวงจรตามรูปท่ี 8

รูปที่ 8 วงจรส าหรับการทดลองข้อ 11

12. ปรับเลือกรูปแบบของสัญญาณท่ีเคร่ืองก าเนิดสัญญาณให้เป็นคลื่นไซน์ ขนาดสัญญาณ 14 Vp–p ความถ่ี 1 kHz ใช้ออสซิสโลสโคปแบบ 2 เส้นภาพ โดยสายวดั CH1 ต่อท่ีอินพุต (Ei) CH2 ต่อท่ีเอาต์พุต (Eo) แล้วปรับออสซิลโลสโคปให้อา่นสญัญาณให้ชดัเจนท่ีสดุ บนัทกึรูปคลื่นสญัญาณ พร้อมบนัทกึคา่ตา่ง ๆ ลงในรูปท่ี 9

Eo

E i

รูปที่ 9 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 12

ขนาดสญัญาณอินพตุ = 8 Vp-p, ขนาดสญัญาณเอาต์พตุ = 22 Vp-p

13. เปลี่ยนรูปแบบของสญัญาณท่ีเคร่ืองก าเนิดสญัญาณให้เป็นคลื่นสามเหลี่ยม แล้วท าตามข้อ 12 บนัทกึคา่ตา่ง ๆ ลงในรูปท่ี 10

Eo

E i

รูปที่ 10 ส าหรับบนัทกึผลการทดลองข้อ 13

ขนาดสญัญาณอินพตุ = 8 Vp-p, ขนาดสญัญาณเอาต์พตุ = 22 Vp-p

14. จากผลการทดลองในรูปท่ี 6 กบัผลการทดลองในรูปท่ี 9 มีข้อแตกตา่งกนัอย่างไร เพราะเหตใุด ตอบ แตกต่างกัน กล่าวคือรูปท่ี 6 เป็นวงจรชมิตทริกเกอร์แบบไม่กลับเฟส ส่วนรูปท่ี 9 เป็นวงจร ชมิตทริกเกอร์แบบกลบัเฟส ดงันัน้จดุท างานจงึตา่งกนั

สรุปผลการทดลอง

ตอนที่ 1 จงท าเคร่ืองหมาย ลงในข้อท่ีถกูต้องท่ีสดุ

1. ประโยชน์ของวงจรชมิตทริกเกอร์คือข้อใด ก. ผลิตสญัญาณพลัส์ ข. เปลี่ยนจากสญัญาณไฟฟ้ารูปคลื่นอื่น ๆ ให้เป็นพลัส์ ค. เปลี่ยนจากสญัญาณไฟฟ้ารูปคลื่นอื่น ๆ ให้เป็นคลืน่สี่เหลี่ยมจตัรัุส ง. ผลิตสญัญาณสี่เหลีย่มจตัรัุสโดยมีสญัญาณรูปคลื่นไซน์เป็นตวัควบคมุ 2. อุปกรณ์อเิล็กทรอนิกส์ชนิดใดไม่สามารถสร้างเป็นวงจรชมิตทริกเกอร์ได้ ก. Diode ข. Transistor ค. MOSFET ง. Op–amp 3. ข้อใดกล่าวผิด ก. วงจรชมิตทริกเกอร์อาศยัวงจรขยายท่ีมีการป้อนกลบัแบบบวก ข. วงจรชมิตทริกเกอร์จะให้สภาวะเอาต์พตุเปลี่ยนจาก Low เป็น High ค. วงจรชมิตทริกเกอร์จะให้สภาวะเอาต์พตุเปลี่ยนจาก High เป็น Low ง. วงจรชมิตทริกเกอร์จะท างานตรงกนัข้ามเมื่อแรงดนัอินพตุเปลี่ยนแปลง

วงจรส าหรับข้อ 4–5

� R2

R1

Ei

R5

R3

+Vcc

R6R4

EoQ1

Q2

4. จากวงจรที่ก าหนด ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. แรงดนัเอาต์พตุ (EO) จะเป็น “0” เม่ือแรงดนัอินพตุสงูกวา่ UTP ข. แรงดนัเอาต์พตุ (EO) จะเป็น “1” เม่ือแรงดนัอินพตุต ่ากว่า LTP ค. แรงดนัเอาต์พตุ (EO) จะเป็น “1” เม่ือแรงดนัอินพตุสงูกวา่ UTP ง. ถกูทัง้ข้อ ก และข้อ ข

5. จากวงจรในรูปที่ก าหนด อุปกรณ์ตัวใดที่มีผลต่อการป้อนกลับแบบ Positive feedback ก. R2 ข. R3 ค. R4 ง. R6 6. จากด้านล่าง ข้อใดเป็นการแปลความหมายจากรูปภาพ hysteresis ของวงจรชมิตทริกเกอร์ได้ถูกต้อง

VTL VTH

VOL

VIN

VOUT

VOH

ก. เม่ือแรงดนัอินพตุต ่ากวา่ VTH จะท าให้เอาต์พตุมีคา่ระดบัลอจิก 1 ข. เม่ือแรงดนัอินพตุสงูกวา่ VTH จะท าให้เอาต์พตุมีคา่ระดบัลอจิก 0 ค. เม่ือแรงดนัอินพตุต ่ากวา่ VTL จะท าให้เอาต์พตุมีคา่ระดบัลอจิก 0 ง. เม่ือแรงดนัอินพตุสงูกวา่ VTL จะท าให้เอาต์พตุมีคา่ระดบัลอจิก 0

7. จากสมการ VTH = 1

OL2

RVR ข้อใดกล่าวผิด

ก. วงจรชมิตทริกเกอร์ใช้ทรานซิสเตอร์ ข. วงจรชมิตทริกเกอร์ชนิดกลบัเฟส ค. อินพตุป้อนเข้าท่ีขา inverting input ง. R1 เป็นอปุกรณ์ส าหรับการป้อนกลบัแบบ Positive feedback

วงจรส าหรับข้อ 8–9

� R1

R2

VINVOUT

R3

R4

+ 12 V

+ 12 V

- 12 V

LF353

8. จากวงจรที่ก าหนด อุปกรณ์ที่ควบคุมอัตราการขยายทางแรงดันไฟฟ้าคืออุปกรณ์ใด ก. R1 และ R2 ข. R1 และ R3 ค. R3 และ R4 ง. R2 และ R4 9. จากวงจรที่ก าหนด ข้อใดกล่าวผิด ก. วงจรชมิตทริกเกอร์ท่ีใช้ออปแอมป์แบบกลบัเฟส ข. แรงดนัท่ีเอาต์พตุไมเ่กิน 12 V ค. R3 และ R4 เป็นวงจรแบ่งแรงดนั ง. ถ้าหาก VIN > VTH เอาต์พตุจะเป็นลอจิก 1 10. สัญลักษณ์ในข้อใดที่บ่งบอกว่าอุปกรณ์นัน้ ๆ ที่อนิพุตมีวงจรชมิตทริกเกอร์อยู่ด้วย ก. ข. ค. ง.

ตอนที่ 2 จงอธิบาย/บรรยายหรือออกแบบ

1. จงบอกประโยชน์ของวงจรชมิตทริกเกอร์ ตอบ ประโยชน์ของวงจรชมิตทริกเกอร์คือ 1. แปลงรูปร่างสญัญาณไฟฟ้าจากรูปร่างอ่ืน ๆ ให้เป็นสญัญาณพลัส์ เพ่ือใช้งานบัวงจรพลัส์และดิจิตอล 2. ลดขนาดสญัญาณให้มีคา่ตามท่ีก าหนด

2. อปุกรณ์ประเภท Active ท่ีสามารถสร้างเป็นวงจรชมิตทริกเกอร์ ได้แก่ประเภทใดบ้าง ตอบ อปุกรณ์ประเภท Active ท่ีสามารถสร้างเป็นวงจรชมิตทริกเกอร์ เช่น 1. ไบโพลา่ร์ทรานซิสเตอร์ (BJT) 2. ทรานซิสเตอร์สนามแมเ่หลก็ไฟฟ้า (FET) 3. ออปแอมป์ (OP-Amp)

3. จากรูปด้านลา่ง จงอธิบายการท างานของวงจรชมิตทริกเกอร์

ตอบ การท างานของวงจรชมิตทริกเกอร์นัน้ จะท าหน้าท่ีเปลี่ยนสญัญาณรูปคลื่นใด ๆ ให้เป็นสัญญาณรูปพลัส์ โดยมีต าแหน่งแรงดนัอินพุตด้านท่ีเพ่ิมจากน้อยไปหามากท่ีท าให้เอาต์พุตเปลี่ยนเรียกว่า UTP แรงดนัอินพุตด้านท่ีลดจากมากไปหาน้อยท่ีท าให้เอาต์พตุเปลี่ยนเรียกวา่ LTP แสดงดงัรูปด้านลา่ง

4. วงจรในรูปด้านลา่ง จงอธิบายการท างานของวงจรชมิตทริกเกอร์

ตอบ เม่ือไมป้่อนสญัญาณอินพตุให้กบัทรานซิสเตอร์ตวัท่ี 1 จะท าให้ Q1 ไมน่ ากระแส (Cut off) กระแสจึงไหลจาก + Vcc ผ่าน R2 ผ่าน R3 แล้วแยกเป็น 2 ทาง คือไหลเข้าท่ีขา B ของ Q2 และสว่นหนึง่ไหลผ่าน R4 ดงัแสดงในรูปท่ี 6.2 เมื่อมีกระแสไหลเข้าท่ี IB ของ Q2ท าให้ Q2 น ากระแสเต็มท่ี (Saturation) กระแสไหลจาก +VCC ผ่าน R5 ผ่านขา C ของ Q2 ออกท่ีขา E ผ่าน R6 ลงกราวด์ กระแสท่ีไหลผ่าน R6 นีจ้ะท าให้เกิดแรงดนัไฟฟ้าท่ีขอ E ของ Q1 และ ขา E ของ Q2 จึงท าให้แรงดนัไฟฟ้าท่ีขา E ของ Q2 มากกว่าแรงดนัไฟฟ้าท่ีขา B ของ Q1 เป็นผลให้ Q1 ไม่น ากระแส หากป้อนสญัญาณอินพุตเป็นสญัญาณไฟฟ้าบวกเข้าท่ีขา B ของ Q1 ดงัแสดงในรูปท่ี 7.4 ซึง่มีค่ามาก

พอท่ีจะท าให้ Q1 น ากระแส กระแสไหลจาก + VCC ผ่าน R2 ผ่านขา C ของ Q1 ออกท่ีขา E ของ Q1 ผ่าน R6 ลงกราวด์ จงึท าให้ไมม่ีกระแสไปท่ีขา B ของ Q2 เป็นเหตใุห้ Q2 ไม่น ากระแส นอกจากนี ้กระแส IE ของ Q1 ท่ีไหลผ่าน R6 จะท าให้แรงดนัไฟฟ้าท่ีขา E ของ Q2 มากกว่าแรงดนัไฟฟ้าท่ีขา B ของ Q2 จึงท าให้ Q2 ไม่น ากระแส (Cut off) แรงดนัไฟฟ้าอินพตุ Ei ท่ีป้อนให้ Q1 ท าให้ Q1 เร่ิมน ากระแสเรียกวา่ UTP (Upper trigger point)

5. จากวงจรในรูปด้านลา่ง จงออกแบบวงจรชมิตทริกเกอร์แบบไม่กลบัเฟสโดยใช้ออปแอมป์เบอร์ LF353 ให้วงจร ท างานท่ีจดุ VTH= 4.5 V, VTL= 4 V และ VOH = 14.8 V และเขียนคา่ลงใน Hysteresis ด้านลา่ง

วิธีออกแบบ จากโจทย์ก าหนดต้องการ VOH = 14.8 V ดงันัน้ต้องใช้แหลง่จา่ยไฟฟ้ากระแสตรง ±15 V (VOH = Vcc - 0.2 ส าหรับออปแอมป์)

จากสตูร VINPUT = OH TH TL

OH TH TL

V (V + V )2 V (V - V )

= 14.8 (4.5+ (-4))2 14.8 (4.5-(-4))

= 14.8 (4.5-4))2 14.8 (4.5+4))

= 14.8 (0.5)29.6 (8.5)

= 7.4251.6 = 0.029 V

จากรูป เลือก R2 = 10 K

จากสตูร R1 = 2 TH TLOH

R (V - V )2 V

=

310 10 (4.5 - (-4))2 14.8

= 310 10 (4.5 +4)

2 14.8

= 310 10 8.5

29.6

= 2871.62 จากรูปด้านบน เลือก R3 = 10 K จากสตูรวงจรแบ่งแรงดนั

R4 = 3 INPUTCC INPUT

R V V - V

= 310 10 0.029

15 - 0.029

= 19.37

วงจรท่ีออกแบบได้ดงัรูปด้านลา่ง

6. จากวงจรในรูปด้านล่าง จงออกแบบวงจรชมิตทริกเกอร์แบบกลบัเฟสโดยใช้ออปแอมป์เบอร์ LF353 ให้วงจร ท างานท่ีจดุ VTH = 2.4 V, VTL = 1.5 V และ VOH = 11.8 V และเขียนคา่ลงใน Hysteresis ด้านลา่ง

VTL VTHVIN

VOUTVOH

VOL

� R1

R2

VINVOUT

VINPUT

R3

R4

LF353

+Vcc

+Vcc

-Vcc

วิธีออกแบบ จากโจทย์ก าหนดต้องการ VOH = 11.8 V ดงันัน้ต้องใช้แหลง่จ่ายไฟฟ้ากระแสตรง ±12 V (VOH= VCC - 0.2 V ส าหรับออปแอมป์)

� R1

R2

VINVOUT

VINPUT

R3

R4

+ 12 V

+ 12 V

- 12 V

LF353

ก าหนดคา่ R feedback (R2) = 10 K ค านวณหา VINPUT

จากสตูร VINPUT = OH TH TLOH TH TL

V (V +V )(2 V ) - V +V

= 12 (2.4+(-1.5))(2 11.8) - 2.4+(-1.5)

= 12 0.923.6 - 2.4-1.5

= 10.819.7 = 0.548 V

ค านวณหา R1

จากสตูร R1 = 2 TH TLOH TH TL

R (V - V )(2 V ) - V +V

= 10 K (2.4 - (-1.5))(2 11.8) - 2.4+(-3)

R1 = 3

10 10 (2.4 +1.5)(23.6) - 2.4 - 1.5

= 3

10 10 3.923.6 - 3.9

= 1979.69 เลือกใช้ 2 K ค านวณหา R3

จากสตูร R3 = 1 CCINPUT

R V V

= 2 K 12 V 0.548 V

= 43795.62 เลือกใช้ 39 K + 3.9 K ค านวณหา R4

จากสตูร R4 = 1 CCCC INPUT

R V V - V

= 2 K 12 V12V - 0.548 V

= 2095.70 เลือกใช้ 2 K เขียนวงจรตามท่ีออกแบบวงจรได้ดงัรูปด้านลา่ง

� R1

R2

VINVOUT

VINPUT

R3a

R4

+ 12 V

+ 12 V

- 12 V

LF353

10 K

39 K

2 K

3.9 K

2 K

R3b