KHON KAEN UNIVERSITY DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

KHON KAEN UNIVERSITY
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
การทดลอง LAB06 : คุณสมบัติและวงจรเบื ้องตนไอซี Logic Gates
วัตถุประสงค :
1. ตองการใหนักศึกษาไดเขาใจถึงคุณสมบัติของไอซี ชนิด TTL
2. ตองการใหนักศึกษาจําลองการทํางานและวัดคุณสมบัติของไอซี ชนิด TTL
อุปกรณ : 1. Computer set + TINA program 1 เครื่อง
2. Function Generator 1 เครื่อง
3. Oscilloscope 1 เครื่อง
4. Dual Power supply 1 เครื่อง
5. IC 74LS00 (NAND - TTL) 1 ตัว
IC 74LS86 (Exclusive OR - TTL) 1 ตัว
งานที่ตองทํากอนเขาปฏิบัติการ :
1. ใหนักศึกษาหาคุณสมบัติ (Specification) และทํารายงานของไอซีเบอรตางๆ ขางตน กอนเขา
ปฏิบัติการ
2. ใหนักศึกษาสรางวงจรดังรูปที่ 6.1 โดยใชโปรแกรม TINA แลวเก็บไวในรูปของไฟลสกุล tsc
คําแนะนํา :
รูปที่ 6.1 โครงสรางภายใน TTL NAND gate
การทํางานภายในของวงจร TTL (Transistor-Transistor Logic) ดังแสดงในรูปที่ 6.1 สามารถอธิบาย
ตามขั้นตอนตอไปนี้

1. เมื ่อมีสัญญาณเขา Vin ที่สภาวะโลจิก “1” เขาที่ขาอีมิตเตอร (E) ของ Q1 จะทําใหมีกระแสไหลจากขา
เบส (B) ไปยังขาคอลเล็กเตอร (C) ของ Q1 กระแสนี้จะไหลเขาที่ขาเบส (B) ของ Q2 ทําใหทรานซิสเตอร Q2
ทํางาน (On) เกิดกระแสไหลผาน R2 เขาที่ขาคอลเล็กเตอร (C) ของ Q2 ผานออกทางขาอีมิตเตอร (E) ของ Q2
ผาน R3 ทําใหเกิดแรงดันตกครอม R3 สูงขึ้น จนกระทั่งเพียงพอทําใหทรานซิสเตอร Q4 ทํางาน (On) สงผล
ทําใหแรงดันที่ขาคอลเล็กเตอร (C) ของ Q4 ลดต่ําลง หรือแรงดันที่ขาออก Vout มีสภาวะโลจิก “0” ใน
ขณะเดียวกันแรงดันที่ขาเบส (B) ของ Q3 จะลดต่ําลง เนื่องจากแรงดันตกครอม R2 สูงขึ้น หรือทรานซิสเตอร
Q2 อยูในสภาวะอิ่มตัว (Saturation) ดังนั้นจึงไมมีกระแสไหลเขาที่ขาเบส (B) ของ Q3 ทําใหทรานซิสเตอร Q3
ไมทํางาน (Off)
2. เมื ่อมีสัญญาณเขา Vin ที่สภาวะโลจิก “0” เขาที่ขาอีมิตเตอร (E) ของ Q1 จะทําใหทรานซิสเตอร Q1
ทํางาน (On) กระแสไหลเบส (B) จึงเปลี่ยนทิศทางไหลจากขาเบส (B) ไปยังขาอีมิตเตอร (E) ของ Q1 นั้นคือ
จะไมมีกระแสไหลเขาที่ขาเบส (B) ของ Q2 ทําใหทรานซิสเตอร Q2 ไมทํางาน (Off) ดังนั้นจึงไมมีกระแสอีมิต
เตอรไหลผาน R3 นั้นคือจะไมมีกระแสไหลเขาที่ขาเบส (B) ของ Q4 ทรานซิสเตอร Q4 จึงไมทํางาน (Off) ใน
ขณะเดียวกันเมื่อไมมีกระแสอีมิตเตอร ก็จะไมมีกระแสคอลเล็กเตอรดวย แตจะมีกระแสไหลผาน R2 เขาที่ขาเบส
(B) ของ Q3 ทําใหทรานซิสเตอร Q3 ทํางาน (On) นั้นคือจะทําใหเกิดกระแสไหลผาน R4 เขาที่ขาคอลเล็กเตอร
(C) และไหลออกที่ขาอีมิตเตอร (E) ของ Q3 ผานไดโอด D1 ไปยังโหลด ดังนั้นแรงดันที่ขาออก Vout จึงยก
สูงขึ้น เกิดเปนสภาวะโลจิก “1”
การทดลอง :
1. การจําลองการทํางานภายในโดยโปรแกรม TINA
1.1 โหลดไฟลสกุล tsc ลงบนโปรแกรม TINA และกําหนดสัญญาณเขา Vin โดยการเชื่อม A และ B
เขาดวยกัน และกําหนดตําแหนงจุดวัด In, Out ในรูปที่ 6.1
1.2 กําหนดคุณสมบัติของ Vin เปน Input และตําแหนงจุดวัด In, Out เปน Output
1.3 ทําการวิเคราะหแบบ DC Analysis ชนิด DC Transfer Characteristic โดยวิเคราะหจาก 0V
ถึง 5V กําหนดการวิเคราะห 1000 จุด
1.4 เก็บผลลัพทการจําลองระหวางแรงดันเขา Vin และ Vout เพื่อเปรียบเทียบกับผลการทดลอง
2. การทดลองการทํางานภายในโดยใชการตอทดลองจริง
2.1 นําไอซี TTL เบอร 74LS00 ตอลงบน Bread Board ตอแรงดัน +5V เขาที่ขา Vcc และตอ 0V
เขาที่ขา Gnd สัญญาณเขา A,B ตอรวมกัน แลวจึงตอเขาที่ขาสัญญาณ Oscilloscope ชองทาง A สวนสัญญาณ
ออก Y ตอเขาที่สัญญาณ Oscilloscope ชองทาง B
2.2 เปดเครื่อง Oscilloscope ปรับตั้งจนกระทั่งไดสัญญาณทร็ก (Tracker) แลวจึงกําหนดคาเริ่มตน
1V/Div ทั้งสองชองทาง ตั้งระดับอางอิง (Reference) ไวที่ต่ําแหนงต่ําสุดของจอ
2.3 ปรับแรงดันแหลงจายไฟอีกชุดหนึ่งระดับ 0V ตอสัญญาณนี้เขาที่สัญญาณเขา A,B แลวจึงปรับ
แรงดันแหลงจายไฟจากระดับ 0V ถึง 5V สเตปละ 0.1V แลววัดระดับสัญญาณเขา A,B และสัญญาณออก Y นํา
ขอมูลที่ไดนํามาวาดรูปกราฟระหวางแรงดันเขา Vin กับแรงดันออก Vout
หมายเหตุ: ในกรณีผลของสัญญาณออก Y นอยมาก อาจจะเพิ่มระดับสเตปเปน 0.5V ได
LAB06-2

สิ่งที ่ตองการ: 1. นําผลการทดลองในขอที่ 1. เปรียบเทียบกับผลการทดลองในขอที่ 2 โดยการนําผลการทดลอง
มาวาดรูปกราฟในรูปเดียวกัน
2. จากผลการทดลองในขอที่ 1 และขอที่ 2 จงหาคาคุณสมบัติ VIH, VIL, VOH, VOL
3. การจําลองหาคุณสมบัติดานโลจิกโดยโปรแกรม TINA
3.1 สรางวงจรดังรูปที่ 6.2 โดยใชโปรแกรม TINA
รูปที่ 6.2 วงจรทดลองหาคุณสมบัติดานโลจิก
3.2 เลือกโหมด Interactive mode ชนิด Digital mode โดยการกดปุมไปที่ Interactive สังเกต
สภาวะที่เปลี่ยนแปลง แลวนํามาเขียนเปนตาราง Truth table หากมีการเปลี่ยนแปลงเร็วมาก ใหไปกําหนด
Option ในโหมด Interactive mode โดยเลือก Simulation time Unit = 1m และ Animation time Unit = 10
3.3 เลือกการวิเคราะหชนิด Digital Timing Analysis โดยการกดปุม Analysis และกําหนดคาสุดทาย
5mS แลวเก็บผลลัพทการจําลองในรูปสัญญาณ Waveform เพื่อนํามาเปรียบเทียบกับผลการทดลองจริง
4. การทดลองหาคุณสมบัติดานโลจิกโดยการตอทดลองจริง
4.1 นําไอซี TTL เบอร 74LS86 ตอลงบน Bread Board ตอแรงดัน +5V เขาที่ขา Vcc และตอ 0V
เขาที่ขา Gnd สัญญาณเขา A เขาที่ขาสัญญาณ Oscilloscope ชองทาง A สวนสัญญาณออก Y ตอเขาที่
สัญญาณ Oscilloscope ชองทาง B สําหรับสัญญาณเขา B ใหตอกับสวิตทโลจิก
4.2 เปดเครื่อง Function Generator แลวจึงกําหนดคาตามขั้นตอนดังนี้
- Waveform : Square wave
- Frequency : 2kHz
- Amplitude : 2.5V
- Offset : 2.5V
แลวจึงตอสัญญาณที่ไดเขากับสัญญาณเขา A ของไอซี 74LS86
4.3 ตอขาสัญญาณเขา B ของไอซีเบอร 74LS86 เขากับ Gnd หรือโลจิก “0” ใหตรวจจับและเก็บ
ผลลัพทของสัญญาณเขา A และสัญญาณออก Y โดยใช Oscilloscope
4.4 ตอขาสัญญาณเขา B ของไอซีเบอร 74LS86 เขากับ Vcc หรือโลจิก “1” ใหตรวจจับและเก็บ
LAB06-3

ผลลัพทของสัญญาณเขา A และสัญญาณออก Y โดยใช Oscilloscope
4.5 นําผลการทดลองในขอ 4.3 รวมกับผลการทดลองในขอ 4.4 โดยกําหนดใหสัญญาณเขา A เปน
สัญญาณอางอิง นํามาเขียนกราฟสัญญาณในรูปเดียวกัน
สิ่งที ่ตองการ: 1. นําผลการทดลองในขอที่ 3 เปรียบเทียบกับผลการทดลองในขอที่ 4 โดยการนําผลการทดลอง
มาวาดกราฟในรูปเดียวกัน
เงื่อนไขการทดลองปฏิบัติการ :
สําหรับการทดลอง LAB06: คุณสมบัติและวงจรเบื ้องตนไอซี Logic Gate เมื ่อทําการทดลองเสร็จ
จะตองนําผลการทดลอง เสนออาจารยผูควบคุมแลป และจะตองตอบคําถามของอาจารยผูควบคุมแลป เมื ่อ
ครบถวนแลว อาจารยผูควบคุมแลปจะเซนตชื ่อกํากับผลการทดลองนั้นๆ หากในรายงานไมมีลายเซนตจะไมได
รับการตรวจ
ตัวอยางคําถาม :
1. การทํางานภายในของวงจร TTL จะเปนอยางไร เมื ่อสัญญาณเขา Input มีโลจิกตางกัน เชน A มี
โลจิกเปน “0” และ B มีโลจิกเปน “1”
2. ทรานซิสเตอร Q1 จะเริ่มทํางาน เมื ่อแรงดันที่ขาสัญญาณเขา Input มีแรงดันไมมากกวาเทาไร
เปนอยางไร
3. ลักษณะ Totem pole มีการทํางานเปนอยางไร
4. ขณะสัญญาณออก Output มีสภาวะโลจิก “0” จะทําใหแรงดันขาออก Vout เทาไร
5. ขณะสัญญาณออก Output มีสภาวะโลจิก “1” จะทําใหแรงดันขาออก Vout เทาไร
6. ในขณะที่ทรานซิสเตอรอยูในสภาวะทํางาน (On) จะมีคุณสมบัติอยางไร
7. ในขณะที่ทรานซิสเตอรอยูในสภาวะไมทํางาน (Off) จะมีคุณสมบัติอยางไร
8. ในการจําลองการทํางานจะรูไดอยางไรวาทรานซิสเตอรอยูในสภาวะทํางาน (On)
9. ในการจําลองการทํางานจะรูไดอยางไรวาทรานซิสเตอรอยูในสภาวะไมทํางาน (Off)
10. ผลการทดลองในหัวขอ 1.4 เปนอยางไร อธิบายเหตุผลพอสังเขป
11. ผลการทดลองในหัวขอ 1.4 จะลบสัญญาณที่ไมจําเปนออก จะทําอยางไร
12. รูปความสัมพันธระหวางแรงดันเขา Vin กับแรงดันออก Vout ของการวัดโดยใช Oscilloscope
13. ความแตกตางระหวางผลของการจําลองกับผลของการทดลองเปนอยางไร
14. ความถี่ของสัญญาณ A และ B มีคาเทาไร จึงจะเหมาะสมทําใหสามารถเห็นการเปลี่ยนแปลงได
15. ตาราง Truth table ของการจําลองในหัวขอ 3.2 เปนอยางไร อธิบายวาหามาไดอยางไร
16. ตาราง Truth table ของการจําลองในหัวขอ 3.3 เปนอยางไร อธิบายวาหามาไดอยางไร
17. การรวมสัญญาณจากการวัดโดย Oscilloscope ในหัวขอ 4.5 ทําอยางไร
18. ตาราง Truth table ของการทดลองในหัวขอ 4.5 เปนอยางไร อธิบายวาหามาไดอยางไร
รศ.มงคล ลี้ประกอบบุญ
LAB06-4