400-ใบเนื้อหาที่ 4

45

ใบเนื้อหาที่ 4 หน่วยที่ 2

ช่ือวชิ า ดิจิตอลเบ้ืองตน้ สอนคร้ังท่ี 4
ชื่อหน่วย ลอจิกเกต
ชื่อเรื่อง คุณลกั ษณะของลอจิกเกต จานวนเวลาเรียนรวม 8 ชวั่ โมง

หวั ข้อเรื่อง จานวนเวลาเรียน 1 ชวั่ โมง

4.1 ลกั ษณะของไอซีลอจิกเกต
4.2 คูม่ ือของลอจิกเกต
4.3 ตระกลู ของไอซีลอจิกเกต

4.3.1 ไอซีลอจิกเกตตระกูล TTL
4.3.2 ไอซีลอจิกเกตตระกูล CMOS
4.4 คุณลกั ษณะของลอจิกเกต
4.4.1 ระดบั แรงดนั ลอจิก
4.4.2 กระแสซิงกแ์ ละกระแสซอร์ส
4.4.3 ความสามารถในการขบั
4.4.4 การสูญเสียกาลงั งาน
4.4.5 ช่วงการประวงิ เวลา
4.5 ตวั ตา้ นทานท่ีใชป้ ระกอบวงจรลอจิก

จุดประสงค์การเรียนรู้

จุดประสงค์ทวั่ ไป
เพอ่ื ใหผ้ เู้ รียนมีความรู้ ความเขา้ ใจ การนาไปใชเ้ ก่ียวกบั คุณลกั ษณะของลอจิกเกต และมีเจตคติ
ท่ีดีตอ่ การเรียนรู้ เรื่อง ลอจิกเกต

จุดประสงค์เชิงพฤตกิ รรม
เพือ่ ใหผ้ เู้ รียนสามารถ
1. บอกลกั ษณะของไอซีลอจิกเกตได้
2. บอกวธิ ีการคน้ หาคู่มือของลอจิกเกตจากอินเตอร์เน็ตได้
3. บอกช่ือตระกลู ของไอซีลอจิกเกตได้
4. หาคุณลกั ษณะของลอจิกเกตจากคูม่ ือของผผู้ ลิตได้
5. คานวณหาขนาดตวั ตา้ นทานที่ใชป้ ระกอบวงจรลอจิกได้

46

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีเรียกว่าลอจิกเกตน้ันสามารถสร้างได้จากอุปกรณ์ที่มีลกั ษณะการ
ทางานเป็ นสวิตช์ ท้งั ท่ีเป็ นสวิตช์ทางกลและสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์จาพวกสารก่ึงตวั นา เช่น ไดโอด
ทรานซิสเตอร์ และมอสเฟต เป็นตน้ ซ่ึงลอจิกเกตที่สร้างมาจากอุปกรณ์ที่เป็ นสารก่ึงตวั นาจะบรรจุอยู่
ในไอซีที่เป็นคายอ่ ของวงจรรวม (Integrated Circuits: IC) และในปัจจุบนั นิยมใชก้ นั อยู่ 2 ตระกูล คือ
ตระกูลท่ีสร้างมาจากตวั ทรานซิสเตอร์ท่ีเป็ นตระกูล TTL และตระกูลท่ีสร้างจากมอสเฟตที่เรียกวา่
ซีมอส (CMOS) ซ่ึงมีท้งั มอสเฟตชนิดพีแชนแนล (P-Channel) และชนิดเอ็นแชนแนล (N-Channel)
ต่อรวมกนั ไอซีลอจิกเกตแต่ละตระกูลยงั มีการแบ่งชนิดยอ่ ย ๆ ออกไปอีก ซ่ึงคุณลกั ษณะสมบตั ิของ
ไอซีแต่ละชนิดจะแตกต่างกนั ออกไป ดงั น้นั การนาไอซีลอจิกเกตไปใชง้ านจึงตอ้ งศึกษาคุณลกั ษณะ
ของไอซีแต่ละตวั ดว้ ยการเปิ ดคู่มือของลอจิกเกตตวั น้ันจากบริษทั ผูผ้ ลิต เพื่อให้เกิดการทางานท่ีมี
ประสิทธิภาพ ถูกตอ้ ง และเหมาะสม

4.1 ลกั ษณะของไอซีลอจกิ เกต

ไอซีลอจิกเกตถูกสร้างข้ึนเป็นแผน่ ซิลิคอนชิป (Silicon Chip) และสร้างองคป์ ระกอบของวงจร
ต่าง ๆ ฝังอยู่บนแผ่นผลึกน้ี การสร้างองค์ประกอบของวงจรบนผิวผลึกจะใช้กรรมวิธีทางด้านการ
ถ่ายภาพอยา่ งละเอียด ผสมกบั ขบวนการทางเคมีทาใหล้ ายวงจรมีความละเอียดสูง

(ก) ลกั ษณะภายในของไอซีท่ีบรรจุซิลิคอนชิป (ข) ซิลิคอนชิปและไอซีตวั ถงั แบบต่าง ๆ
รูปที่ 4.1 ลกั ษณะของไอซีลอจิกเกต

การผลิตไอซีจะสร้างองคป์ ระกอบของวงจรท้งั หมดลงบนแผน่ ผลึกเวเฟอร์ (Wafer) แผน่ เดียว
ซ่ึงสามารถทาไดพ้ ร้อมกนั หลายร้อยหลายพนั ตวั บนแผ่น ดว้ ยการสร้างวงจรรวมท่ีเหมือน ๆ กนั ลง
บนแผ่นเวเฟอร์เดียวกนั ทีเดียวแลว้ จึงตดั แบ่งเป็ นส่วน ๆ ในภายหลงั ทาใหส้ ามารถผลิตไอซีไดเ้ ป็ น
จานวนมากในเวลาเดียวกนั และทาใหไ้ อซีมีราคาถูกลง

47

(ก) ตวั ถงั แบบ DIP (Dual In-line Package) (ข) ตวั ถงั แบบ SOIC (Small Out-line Package)
รูปที่ 4.2 ลกั ษณะตวั ถงั ของไอซีดิจิตอล

เมื่อพิจารณาลกั ษณะภายนอกของไอซีลอจิกตระกูล TTL ดา้ นบนของไอซีจะมีตวั อกั ษรและ
สัญลกั ษณ์บริษทั ผผู้ ลิตอยา่ งชดั แจน ตวั อกั ษรเหล่าน้ีจะบอกถึงช่ือบริษทั ผูผ้ ลิต อนุกรมไอซี ชนิดของ
ไอซี เบอร์ของไอซีท่ีระบุถึงชนิดของลอจิกเกต และลกั ษณะของตวั ถงั ที่บรรจุ

รูปที่ 4.3 ลกั ษณะตวั ถงั ของไอซีลอจิกเกตของบริษทั ฮิตาซิ
ทม่ี า : http://www.datasheetcafe.com/hd74ls08p-datasheet-and-gate/
จากรูปท่ี 4.3 รหสั ของบริษทั ผผู้ ลิตคืออกั ษร 2 ตวั แรก คือ HD คือของบริษทั ฮิตาซิ (Hitachi)
หากเป็ น DM คือของบริษทั เนชนั แนลเซมิคอนดกั เตอร์ (National Semiconductor Corporation) หรือ
บางคร้ังอาจใชอ้ กั ษรตวั ยอ่ วา่ Ns และถา้ เป็ น SN เป็ นของโมโตโรลา (Motorola) เป็ นตน้ ตวั เลข 74
จะเป็ นอนุกรมไอซีของตระกูล TTL ซ่ึงในประเทศส่วนใหญ่เป็ นตวั น้ี สาหรับตวั อกั ษร LS เป็ นชนิด
ของวงจรรวมภายในหรืออนุกรมย่อยของไอซีดิจิตอล ซ่ึงในรูปน้นั เป็ นแบบซอตต์กีกาลงั ไฟฟ้าต่า
ส่วนตวั เลข 08 ในท่ีน้ีหมายถึงชนิดหรือฟังก์ชนั ของแอนดเ์ กต 2 อินพุต โดยจะเร่ิมต้งั แต่ 00 ซ่ึงคือ
แนนด์เกต 2 อินพุต และตวั อกั ษรตวั สุดทา้ ยคือ N เป็ นรหสั ของบริษทั ผผู้ ลิตที่กาหนดว่าเป็ นตวั ถงั
แบบใด สาหรับโมโตโรลาน้นั N คือตวั ถงั พลาสติกแบบ DIP หากเป็นอกั ษร J คือ แบบเซรามิก

48

รูปท่ี 4.4 ลกั ษณะภายนอกของไอซีตระกูล CMOS
ทม่ี า : http://www.ti.com/product/cd4081b

สาหรับไอซีลอจิกเกตตระกูล CMOS บริษทั ผูผ้ ลิตไดน้ าออกมาสู่ตลาดในหมายเลขอนุกรม
4000 ต่อมาไดผ้ ลิตออกมาอีกหลายรุ่นในหมายเลขอนุกรม 74C00 และหมายเลข 74HC00 โดยลอจิก
เกตตระกูล CMOS ที่นิยมใชค้ ืออนุกรมไอซี 4000 ตวั อยา่ งเช่นเบอร์ CD4081BE ซ่ึงหมายถึงแอนด์
เกตขนาด 2 อินพตุ สาหรับตวั อกั ษร E คือรหสั ของบริษทั ที่ระบุชนิดตวั ถงั แบบ DIP ท่ีเป็นพลาสติก

4.2 คู่มือของลอจกิ เกต

คู่มือของลอจิกเกต คือ เอกสารแสดงขอ้ มูลรายละเอียดที่เก่ียวขอ้ งตวั ลอจิกเกต เช่น ขนาดพิกดั
ของแหล่งจ่ายไฟเล้ียง อุณหภูมิการใชง้ าน กระแสที่ใชข้ ณะทางาน ระดบั แรงดนั ลอจิกท้งั ดา้ นอินพุต
และดา้ นเอาตพ์ ุต ความเร็วในการทางาน พลงั งานท่ีใชข้ ณะทางาน และสัญญาณรบกวนท่ีเกิดข้ึนขณะ
ทางาน ซ่ึงบริษทั ผูผ้ ลิตไอซีจะตอ้ งเผยแพร่ให้กบั ผูใ้ ช้งานทราบเช่นเดียวกบั อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ชนิดอื่น ปัจจุบนั บริษทั ผผู้ ลิตไอซีจะมีการจดั ทาเวบ็ ไซตข์ องตนเองในการเผยแพร่คู่มือของอุปกรณ์ที่
ผลิตจาหน่าย นอกจากน้นั ยงั มีเว็บไซต์ท่ีให้บริการดาวน์โหลดคู่มืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิด
โดยเรียกเอกสารที่เป็นคูม่ ือวา่ ดาตาชีท (Datasheet) ดว้ ยการคน้ หาจากคาเฉพาะ (Keyword) ท่ีอาจเป็ น
ชนิดและขนาดของลอจิกเกต และเบอร์ของไอซีลอจิกเกต เป็นตน้

รูปที่ 4.5 ตวั อยา่ งเวบ็ ไซตท์ ี่ใหบ้ ริการดาวน์โหลดคู่มืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

49
จากรูปที่ 4.5 เป็ นเพียงบางส่วนของคู่มือไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN74LS00N ท่ีเป็ นแนนด์เกต
ขนาด 2 อินพุตของบริษทั โมโตโรลาท่ีคน้ หามาจากเวบ็ ไซต์ผูใ้ ห้บริการคือ www.datasheet4U.net
ดงั รูปท่ี 4.6 หรืออาจคน้ หามาจาก www.datasheetcatalog.com และคน้ หาจาก www.google.com ดว้ ย
การพิมพค์ าเฉพาะท่ีเป็ นเบอร์ของไอซีลอจิกเกตที่ตอ้ งการก็ได้ คู่มือของลอจิกเกตของแต่ละบริษทั
อาจมีการจดั ทาขอ้ มูลที่มีรูปแบบต่างกนั แต่ขอ้ มูลรายละเอียดของไอซีลอจิกเกตชนิดเดียวกนั จะมีค่า
เท่ากนั หรือใกลเ้ คียงกนั ดงั น้นั อาจเลือกใชข้ องบริษทั ใดก็ได้

รูปที่ 4.7 แสดงรายละเอียดบางส่วนของคูม่ ือไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN74LS00N
ทม่ี า : http://www.datasheetcatalog.com/

50

รูปท่ี 4.7 (ต่อ) แสดงรายละเอียดบางส่วนของคู่มือไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN74LS00N

4.3 ตระกูลของไอซีลอจิกเกต

ไอซีลอจิกเกตท่ีสร้างข้ึนมาจากสวิตช์ท่ีเป็ นสารก่ึงตวั นาที่ไดร้ ับความนิยมใชง้ านในปัจจุบนั มี
อยดู่ ว้ ยกนั 2 ตระกลู คือ ไอซีลอจิกเกตตระกลู TTL และตระกูล CMOS

รูปท่ี 4.8 โครงสร้างของไอซีลอจิกเกตตระกลู TTL เบอร์ SN7400N
ทมี่ า : Texas Instruments, 2003, หนา้ 3

51

4.3.1 ไอซีลอจิกเกตตระกูล TTL
ไอซีลอจิกเกตตระกูล TTL (Transistor – Transistor Logic) เป็ นไอซีท่ีมีโครงสร้าง

ประกอบไปดว้ ยทรานซิสเตอร์และตวั ตา้ นทาน ซ่ึงแยกออกเป็ น 2 อนุกรมไอซี คือ อนุกรม 54 และ
อนุกรม 74 ซ่ึงมีขอ้ แตกต่างตรงท่ีขอบเขตของอุณหภูมิการใช้งาน โดยอนุกรม 54 มีย่านอุณหภูมิ
การใชง้ านระหวา่ ง -55 ถึง 125 องศาเซลเซียส และมียา่ นแหล่งจ่ายไฟเล้ียง 4.5 ถึง 5.5 โวลต์ ส่วน
อนุกรม 74 มียา่ นอุณหภูมิการใชง้ านระหวา่ ง 0 ถึง 70 องศาเซลเซียส มียา่ นแหล่งจ่ายไฟเล้ียง 4.75 ถึง
5.35 โวลต์ ซ่ึงท้งั อนุกรมไอซีท้งั 2 สามารถใชแ้ ทนกนั ได้ ไอซีลอจิกเกตตระกูล TTL ยงั แบ่งออกเป็ น
ชนิดต่าง ๆ ตามคุณลกั ษณะทางดา้ นความเร็วในการทางานและกาลงั ไฟฟ้าขณะใชง้ าน

ตารางที่ 4.1 ชนิดของไอซีลอจิกเกตตระกูล TTL อนุกรม 74

ชนิด อกั ษรย่อ ค่าประวงิ เวลา (ns) กาลงั ไฟฟ้าต่อเกต (mW)
Standard TTL 74 10 10
Low Power TTL 74L 33 3
High Speed TTL 74H 6 22
Schottky TTL 74S 3 19
Low Power Schottky TTL 74LS 9.5 2

4.3.2 ไอซีลอจิกเกตตระกูล CMOS
ไอซีลอจิกเกตตระกูล CMOS (Complementary Metal Oxide Semi-conductor) น้นั มี

โครงสร้างภายในที่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทาหนา้ สวิตช์เป็ นมอสเฟตที่ใช้ท้งั ชนิดพีแชนแนล
และเอ็นแชนแนลที่นามาต่อเป็ นแบบคอมพลีเมนตารี และเป็ นที่ทราบกนั ดีอยู่แลว้ วา่ มอสเฟตเป็ น
สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีใชก้ ระแสในการทางานนอ้ ยและทนแรงดนั ในการทางานสูง ทาใหเ้ ป็ นผลทา
ใหม้ ีสัญญาณรบกวนนอ้ ย และโครงสร้างไม่มีตวั ตา้ นทานและไดโอดทาใหง้ ่ายต่อการผลิตที่มีตน้ ทุน
ต่าทาให้มีราคาถูก และจากที่มีกระแสในวงจรน้อยหรือไม่มีกระแสท่ีไหลระหว่างเกตกบั โหลด
เนื่องจากอินพุตอิมพีแดนซ์สูง แต่เอาต์พุตอิมพีแดนซ์ต่าทาให้มีค่าแฟนเอาต์สูง จึงนิยมนาไปสร้าง
เป็นวงจรรวมขนาดใหญ่ และวงจรรวมขนาดใหญม่ าก

52

รูปท่ี 4.9 โครงสร้างของไอซีลอจิกเกตตระกลู CMOS เบอร์ CD4081BE
ทม่ี า : Texas Instruments, 1999, หนา้ 3

4.4 คุณลกั ษณะของลอจกิ เกต

คุณลกั ษณะที่สาคญั ของลอจิกเกตสามารถเปิ ดหาไดจ้ ากคู่มือของลอจิกเกตที่บริษทั ผูผ้ ลิตไดท้ า
การทดสอบและเผยแพร่ใหแ้ ก่ผูใ้ ชน้ าไปเป็ นขอ้ มูลสาหรับการนาลอจิกเกตไปใชง้ านไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ ง
และมีความเหมาะสม ซ่ึงประกอบไปดว้ ยคุณลกั ษณะดงั ต่อไปน้ี

4.4.1 ระดบั แรงดนั ลอจิก
ไอซีลอจิกเกตตระกลู TTL ปกติจะใชแ้ รงดนั ของแหล่งจ่ายไฟเล้ียงเท่ากบั +5 โวลต์ และ

มีการกระเพ่ือมของแรงดนั ไม่เกินร้อยละ 15 หรือต้งั แต่ 4.75 ถึง 5.25 โวลต์ เพ่ือใหม้ ีการทางานท่ี
ถูกตอ้ งในสภาวะท่ีไม่ปกติของแหล่งจ่ายไฟเล้ียง จึงกาหนดย่านของแรงดนั ทางด้านอินพุตและ
เอาตพ์ ุตไวใ้ นคู่มือของลอจิกเกต ดงั ตวั อยา่ งในรูปที่ 4.10 เป็ นขอ้ มูลรายละเอียดของไอซีลอจิกเกต
เบอร์ SN7400N หรือแนนดเ์ กตขนาด 2 อินพตุ ที่สามารถกาหนดเป็นคา่ ระดบั ลอจิกดงั รูปที่ 4.11

53

รูปท่ี 4.10 แสดงรายละเอียดบางส่วนของคูม่ ือไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN7400N
ทม่ี า : Texas Instruments, 2003, หนา้ 4

54

อินพุต เอาตพ์ ุต
+5
+4 Typical 3.4 High
+3 High 2.4

+2 Undefined 2.0 Undefined
+1 Low 0.8 Typical 0.2 Low 0.4

GND

รูปที่ 4.11 ระดบั ลอจิกของลอจิกเกตเบอร์ SN74LS00N

4.4.2 กระแสซิงก์และกระแสซอร์ส

การเช่ือมต่อกนั ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของลอจิกเกตตระกูล TTL เม่ือเอาต์พุตมี
สภาวะลอจิกเป็น “0” จะมีกระแสไฟฟ้าไหลจากขาอิมิตเตอร์ของ Q1 เขา้ ไปยงั ขาคอลเลกเตอร์ของ Q4
ซ่ึงจะเรียกกระแสแบบน้ีว่ากระแสซิงก์ (Sink Current) หรือกระแสเอาต์พุตระดบั ลอจิกต่า (Low
Level Output Current) หรือค่า IOL ที่อยใู่ นคูม่ ือของลอจิกเกตและที่มีลกั ษณะดงั รูปท่ี 4.12

+5V 4 k +5V
130  Q1 1.6 k
Q2
Q3

Y = “0” A
Q4 IOL

รูปที่ 4.12 แสดงลกั ษณะการไหลของกระแสซิงก์

จากคู่มือของไอซีลอจิกเกตชนิดมาตรฐานเบอร์ SN7400N ในรูปที่ 4.10 แสดงใหท้ ราบ
วา่ กระแสซิงกส์ ามารถไหลเขา้ ไปยงั ขาคอลเลกเตอร์ของ Q4 ไดส้ ูงสุดเท่ากบั 16 มิลลิแอมป์ ในขณะท่ี
ขาเอาตพ์ ตุ มีสภาวะลอจิกเป็น “0” แต่วา่ กระแสที่ไหลอยขู่ ณะน้ีคือกระแสอินพุตระดบั ลอจิกต่า (Low
Level Input Current) หรือ IIL ที่ไหลออกมาจาก Q1 ที่มีค่าสูงสุดเท่ากบั – 1.6 มิลลิแอมป์ เท่าน้นั ซ่ึง
ถือไดว้ า่ เป็นการเช่ือมตอ่ กนั อยา่ งเหมาะสมและมีความปลอดภยั ในการทางาน

55

กรณีท่ีเอาต์พุตมีสภาวะลอจิกเป็ น “1” จะทาให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผา่ น Q3 ออกไป
ภายนอก ซ่ึงจะเรียกกระแสแบบน้ีวา่ กระแสซอร์ส (Source Current) หรือกระแสเอาตพ์ ุตระดบั ลอจิก

สูง (High Level Output Current) หรือค่า IOH ที่มีค่าสูงสุดเท่ากบั – 400 ไมโครแอมป์ ตามคู่มือของ
ลอจิกเกตในรูปที่ 4.10 และที่มีลกั ษณะการไหลในรูปท่ี 4.13

+5V A 4 k +5V
130  Q1 1.6 k
Q3 Q2

IOH

Q4 Y = “1”

รูปที่ 4.13 แสดงลกั ษณะการไหลของกระแสซอร์ส

4.4.3 ความสามารถในการขับ
ความสามารถในการขบั (Drive Capabilities) ของไอซีลอจิกเกตแต่ละตวั จะแสดงระดบั

ความสามารถของการเช่ือมต่อกนั ระหวา่ งลอจิกเกตท้งั ในกรณีท่ีเอาตพ์ ุตมีสภาวะลอจิกเป็ น “1” และ
“0” ซ่ึงจะเรียกค่าน้ีวา่ แฟนเอาต์ (Fan Out) สาหรับความสามารถในการขบั กระแสที่จ่ายออกมาหรือ
สภาวะท่ีเอาตพ์ ุตมีลอจิกเป็ น “1” สามารถคานวณไดจ้ ากสมการท่ี (4.1) ส่วนความสามารถในการรับ
กระแสที่ไหลเขา้ มาหรือสภาวะท่ีเอาตพ์ ุตมีลอจิกเป็น “0” สามารถคานวณไดจ้ ากสมการที่ (4.2)

+5V

130  4 k 4 k 4 k
Q3 Q1 IOL Q1 IOL Q1

IOL

Q4 Y = “0”

รูปที่ 4.14 การรับกระแสที่ไหลเขา้ ในสภาวะที่เอาตพ์ ุตมีลอจิกเป็น “0”

56

Fan Out (H)  IOH (4.1)
I IH (4.2)

หรือ Fan Out (L)  IOL

I IL

เมื่อ IOH คือ กระแสเอาตพ์ ตุ ระดบั ลอจิกสูง มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
IIH คือ กระแสอินพตุ ระดบั ลอจิกสูง มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

ค่าแฟนเอาตข์ องไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN7400N ท่ีแสดงไวใ้ นคู่มือตามรูปที่ 4.10 ท่ีมีค่า

IOH เท่ากบั 400 ไมโครแอมป์ และค่า IIH มีค่าเท่ากบั 40 ไมโครแอมป์ ดงั น้นั ค่าแฟนเอาตข์ องลอจิก
เกตตวั น้ีจะมีค่าเท่ากบั 10 ซ่ึงแสดงให้เห็นว่าไอซีลอจิกเกตตวั น้ีมีความสามารถในการขบั หรือ

สามารถนาลอจิกเกตมาเชื่อมต่อกนั ไดถ้ ึง 10 ตวั เท่าน้นั

4.4.4 การสูญเสียกาลงั งาน

การสูญเสียกาลงั งาน (Power Dissipation) ของไอซีลอจิกเกตจะเป็ นค่าความร้อนที่เกิด

ข้ึนกบั ตวั อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท้งั หมดในวงจร เนื่องจากตอ้ งจ่ายแรงดนั และกระแสให้แก่วงจรของ
ลอจิกเกตเป็นไปตามสมการกาลงั ไฟฟ้า I2R ซ่ึงไอซีลอจิกเกตแตล่ ะชนิดน้นั มีคา่ การสูญเสียกาลงั งาน
ไม่เท่ากนั ข้ึนอยู่กบั อุปกรณ์ภายในที่ใช้สร้าง ซ่ึงกาลังไฟฟ้าท่ีเกิดข้ึนท้งั หมด หาได้จากปริมาณ
กระแสไฟฟ้าที่เกิดข้ึนท้งั หมด (ICC) กบั แหล่งจ่ายไฟเล้ียงของวงจร (VCC) ท่ีจ่าย แต่กระแสไฟฟ้า ICC
จะประกอบไปดว้ ยกระแสไฟฟ้าดา้ นเอาตพ์ ุตเมื่อมีสถานะลอจิกเป็ น “1” และ “0” หรือ ICCH และ ICCL
ตามลาดบั ดงั น้นั กาลงั ไฟฟ้าจะมีค่าเฉลี่ยเท่ากบั

P =D VCC   ICCH  ICCL  (W) (4.3)
 2 

เมื่อ PD คือ กาลงั ไฟฟ้า มีหน่วยเป็นวตั ต์ (W)
VCC คือ แหล่งจา่ ยไฟเล้ียงของวงจร มีหน่วยเป็นโวลต์ (V)
ICCH คือ กระแสไฟฟ้าที่เกิดข้ึนดา้ นเอาตพ์ ุตลอจิกสูง มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)
ICCL คือ กระแสไฟฟ้าที่เกิดข้ึนดา้ นเอาตพ์ ตุ ลอจิกต่า มีหน่วยเป็นแอมแปร์ (A)

ตวั อย่างท่ี 2.1 จากขอ้ มูลรายละเอียดตามคู่มือของไอซีเบอร์ SN7400 ในรูปท่ี 4.10 ค่ากระแสไฟฟ้าที่

เกิดข้ึนดา้ นเอาตพ์ ตุ ICCH เท่ากบั 8 มิลลิแอมป์ และ ICCL เทา่ กบั 22 มิลลิแอมป์ จงหาค่าของกาลงั ไฟฟ้า
วธิ ีทา จากสมการท่ี (4.3) หาคา่ ของกาลงั ไฟฟ้าเฉล่ียเทา่ กบั

P =D VCC   ICCH  ICCL 
 2 

= 5   8  22  ตอบ

2

= 75 mW

57

4.4.5 ช่วงการประวงิ เวลา
ช่วงการประวงิ เวลา (Propagation Delay Time) เป็ นช่วงเวลาที่เกิดการหน่วงหลงั จาก

ป้อนสัญญาณอินพุตให้แลว้ แต่เอาตพ์ ุตยงั ไม่เปล่ียนสภาวะ การพิจารณาช่วงการประวงิ เวลาจะคิดท่ี
ร้อยละ 50 ของขนาดสัญญาณอินพุตและเอาตพ์ ุต ซ่ึงพารามิเตอร์ที่สาคญั มีอยู่ 2 ค่า คือ tPHL และ tPLH
ค่าเวลา tPHL คือ ค่าประวงิ เวลาการเปล่ียนแปลงระดบั ลอจิกทางเอาตพ์ ุตจาก “1” เป็ น “0” เมื่อเทียบกบั
การเปล่ียนแปลงของทางอินพุต ส่วนเวลา tPLH เป็นคา่ ประวงิ เวลาในการเปล่ียนแปลงระดบั ลอจิกทาง
เอาตพ์ ุตจาก “0” เป็น “1” เมื่อเทียบกบั การเปล่ียนแปลงของทางอินพตุ และสาเหตุของการหน่วงเวลา
เกิดข้ึนจากค่าการประจุท่ีขาต่าง ๆ ของทรานซิสเตอร์และคา่ ความตา้ นทานภายในตวั ไอซี

รูปที่ 4.15 สญั ญาณการประวงิ เวลาของอินพุตและเอาตพ์ ุต
ทม่ี า : Texas Instruments, 2003, หนา้ 7

4.5 ตัวต้านทานทใ่ี ช้ประกอบวงจรลอจิก

ตวั ตา้ นทานที่ใชใ้ นวงจรของลอจิกเกตมีวตั ถุประสงคเ์ พ่ือใชจ้ ากดั กระแสไฟฟ้าที่ไหลผา่ นและ
ทาให้เกิดแรงดนั ตกคร่อมอยา่ งเหมาะสมกบั การใชง้ านลอจิกเกต โดยตวั ตา้ นทานที่ใชใ้ นวงจรลอจิก
เกตจะมีการต่อใช้งาน 2 ลกั ษณะ คือ การต่อระหว่างแหล่งจ่ายไฟเล้ียงกบั ขาอินพุตของลอจิกเกต
เรียกวา่ ตวั ตา้ นทานพูลอพั (Pull-up Resistor) และการต่อระหวา่ งขาอินพุตของลอจิกเกตกบั กราวด์
ของวงจรท่ีเรียกวา่ ตวั ตา้ นทานพลู ดาวด์ (Pull-down Resistor)

+VCC VIL IIL
RPD
RPU IIH
VIH

(ก) การตอ่ ตวั ตา้ นทานพลู อพั (ข) การตอ่ ตวั ตา้ นทานพูลดาวด์
รูปที่ 4.16 ลกั ษณะของตวั ตา้ นทานท่ีใชป้ ระกอบวงจร

58

จุดประสงคข์ องการใช้ตวั ตา้ นทานพูลอพั เพ่ือตอ้ งการรักษาระดบั แรงดนั สูงให้แก่ขาอินพุต
ของลอจิกเกต โดยขนาดของตวั ตา้ นทานตอ้ งพิจารณาจากค่ากระแส IIH ของลอจิกเกต ตวั อยา่ งเช่น
ไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN7400 บอกค่า IIH สูงสุดเท่ากบั 40 ไมโครแอมป์ แสดงวา่ หากตอ้ งการให้ขา
อินพุตมีลอจิกเป็น “1” จะตอ้ งใหข้ าน้ีมีแรงดนั ตกคร่อมต้งั แต่ 2 โวลตข์ ้ึนไปแต่ตอ้ งใหม้ ีกระแสไฟฟ้า
ไหลเขา้ ไปไม่เกิน 40 ไมโครแอมป์ ส่วนตวั ตา้ นทานพูลดาวด์น้นั ใช้ในการรักษาระดบั แรงดนั ต่า
ใหแ้ ก่ขาอินพตุ ของลอจิกเกต ขนาดของตวั ตา้ นทานจะพิจารณาจากคา่ กระแส IIL ที่ไหลออกมาจะตอ้ ง
ไมเ่ กินพกิ ดั ท่ีคูม่ ือกาหนดไวแ้ ละระดบั แรงดนั ไฟฟ้าท่ีตกคร่อมตวั ตา้ นทานน้ีจะตอ้ งไมเ่ กินคา่ VIL

ตัวอย่างที่ 2.2 จากคู่มือของลอจิกเกตเบอร์ SN74LS00N ในรูปที่ 4.7 จงหาขนาดตวั ตา้ นทานพูลอพั
และตวั ตา้ นทานพลู ดาวดใ์ หม้ ีขนาดที่เหมาะสม เพอ่ื ใหข้ าเอาตพ์ ตุ ของวงจรมีลอจิกเป็น “1”
วธิ ีทา +5V

RPU

“1”
RPD RL

รูปท่ี 4.17 วงจรลอจิกที่มีตวั ตา้ นทานประกอบ

จากคู่มือของลอจิกเกต กาหนดให้ IIH = 20 ไมโครแอมป์ และตอ้ งมี VIH มากกวา่ 2 โวลต์
ถา้ กาหนดให้ VIH เท่ากบั 4.8 โวลต์ จะหาขนาดตวั ตา้ นทาน RPU จากสมการ

RPU = VCC  VIH  5  4.8 = 10,000 

IIH 20  106

จากคู่มือของลอจิกเกต กาหนดให้ IIL = – 0.4 มิลลิแอมป์ และตอ้ งมี VIL ไมเ่ กิน 0.8 โวลต์
หาขนาดตวั ตา้ นทาน RPD จากสมการ

RPD = VIL  0.4 = 1,000 
I IL 0.4 103

ดงั น้นั ขนาดตวั ตา้ นทาน RPDจะตอ้ งไม่เกิน 1,000  ตอบ

59

สรุปสาระสาคัญ
ไอซีลอจิกเกต เป็ นแผน่ ซิลิคอนชิป องคป์ ระกอบของวงจร ฝังอยูบ่ นแผน่ ผลึก โดยใชก้ รรมวิธี

การถ่ายภาพอยา่ งละเอียด ผสมกบั ขบวนการทางเคมีทาให้ลายวงจรมีความละเอียดสูง ไอซีลอจิกเกต
ท่ีใชง้ านในปัจจุบนั มี 2 ตระกูล คือ ไอซีลอจิกเกตตระกูล TTL และตระกูล CMOS ซ่ึงภายนอกของ
ไอซีลอจิก ดา้ นบนจะมีตวั อกั ษรและสญั ลกั ษณ์บริษทั ผผู้ ลิต อนุกรมไอซี ชนิดของไอซี เบอร์ของไอซี
ท่ีระบุถึงชนิดของลอจิกเกต และลกั ษณะของตวั ถงั ที่บรรจุ โดยการใชง้ านลอจิกเกตตอ้ งศึกษาคู่มือ
จากเว็บไซต์ผู้ให้บริ การเช่น www.datasheet4U.net หรื อ www.datasheetcatalog.com หรื อ
www.google.com ซ่ึงจะแสดงขอ้ มูลรายละเอียดที่เก่ียวขอ้ งตวั ลอจิกเกตไว้ เช่น

ขนาดพิกดั ของแหล่งจ่ายไฟเล้ียง แรงดนั +5 โวลต์ หรือต้งั แต่ 4.75 ถึง 5.25 โวลต์ อุณหภูมิ
การใช้งาน กระแสท่ีใช้ขณะทางาน กระแสซิงก์ หรือกระแสเอาตพ์ ุตระดบั ลอจิกต่า (IOL) กระแส
ซอร์ส หรือกระแสเอาตพ์ ุตระดบั ลอจิกสูง (IOH) ความสามารถในการขบั (Fan Out) การสูญเสียกาลงั
งานของไอซีลอจิกเกตท่ีเกิดจากความร้อนของตวั อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท้งั หมดในวงจร ความเร็วใน
การทางาน และสัญญาณรบกวนท่ีเกิดข้ึนขณะทางาน

ในการใชง้ านไอซีลอจิกเกต จะตอ้ งมีตวั ตา้ นทานสาหรับใชจ้ ากดั กระแสไฟฟ้าที่ไหลผา่ นและ
ทาใหเ้ กิดแรงดนั ตกคร่อมอยา่ งเหมาะสม โดยมีการตอ่ ใชง้ าน 2 ลกั ษณะ คือ การต่อระหวา่ งแหล่งจ่าย
ไฟเล้ียงกบั ขาอินพุตของลอจิกเกตเรียกวา่ ตวั ตา้ นทานพูลอพั และการต่อระหวา่ งขาอินพุตของลอจิก
เกตกบั กราวดข์ องวงจรที่เรียกวา่ ตวั ตา้ นทานพูลดาวด์

เอกสารอ้างองิ

พนั ธ์ศกั ด์ิ พุฒิมานิตพงศ.์ (2556). ดิจิตอลเบ้ืองตน้ . กรุงเทพฯ: ศูนยส์ ่งเสริมอาชีวะ
สุชิน ชินสีห์. (2559). ดิจิตอลเบ้ืองตน้ . นนทบุรี: ศูนยห์ นงั สือเมืองไทย จากดั .
Bditic. (1993). CD4081B. [Online]. Available from: http://www.ti.com/product/cd4081b

[accessed 1 August 2016].
Datasheet Cafe. (2016). Semiconductor pinout Information. [Online]. Available from:

http://www.datasheetcafe.com/hd74ls08p-datasheet-and-gate/ [accessed 1 July 2016].
Datasheetcatalog.com. (2016). SN74LS00N. [Online]. Available from:

http://www.datasheetcatalog.com/ [accessed 1 August 2016].
Texas Instruments. (1999). CD4081BE. [Online]. Available from:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4081b.pdf [accessed 10 August 2015].
Texas Instruments. (2003). SN7400N. [Online]. Available from:

https://www.jameco.com/jameco/products/prodds/910901.pdf [accessed 3 August
2015].

60

แบบฝึ กหัดท่ี 4 หน่วยท่ี 2

ชื่อวชิ า ดิจิตอลเบ้ืองตน้ สอนคร้ังที่ 4
ช่ือหน่วย ลอจิกเกต
ช่ือเร่ือง คุณลกั ษณะของลอจิกเกต จานวนเวลาเรียนรวม 8 ชว่ั โมง

จานวนเวลาเรียน 10 นาที

ตอนท่ี 1 จงเติมคาหรือตวั เลขลงในช่องวา่ งตอ่ ไปน้ีใหส้ มบูรณ์

1. ไอซีลอจิกเกตมีลกั ษณะเป็นอยา่ งไรและถูกสร้างข้ึนจากอะไร

ตอบ..................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

2. คูม่ ือของลอจิกเกตสามารถหาไดจ้ ากที่ไหนและเป็นอยา่ งไร จงยกตวั อยา่ งแหล่งคน้ หามา 2 แห่ง

ตอบ..................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

3. ไอซีลอจิกเกตแบง่ ออกเป็นก่ีตระกลู อะไรบา้ ง

ตอบ..................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

4. คุณลกั ษณะของไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN74S00 ท่ีประกอบไปดว้ ย ระดบั แรงดนั ลอจิกเอาตพ์ ุตใน

ขณะที่เป็ น “1” กระแสซิงก์ กระแสซอร์ส และแฟนเอาต์ มีค่าเท่ากบั เท่าใด จากการคน้ หาคู่มือของ

บริษทั Texas Instrument

ตอบ..................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

................................................................................................................................................................

5. จากคูม่ ือของไอซีลอจิกเกตเบอร์ SN74S00 ในขอ้ 4 จงคานวณหาขนาดตวั ตา้ นทานพูลอพั (RPU) ที่
ใชป้ ระกอบวงจรลอจิก ถา้ กาหนดให้ VIH เท่ากบั 4.8 โวลต์

+VCC วธิ ีทา ...............................................................................................
.........................................................................................................
RPU IIH .........................................................................................................
VIH .........................................................................................................

................................................................................... ตอบ