วัตถุประสงค์
1. รู้และเข้าใจคุณสมบัติและการทำงานของตัวต้านทานไวแสง LDR
2. ฝึกการต่อวงจรโดยใช้ตัวต้านทานไวแสง LDR ร่วมกับไอซี LM393N เพื่อเปรียบเทียบแรงดันขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงของปริมาณแสง
อุปกรณ์
1. แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
2. ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N 1 ตัว
3. ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ 1 ตัว
4. ตัวต้านทานไวแสง 1 ตัว
5. ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω 1 ตัว
6. ตัวต้านทาน 4.7kΩ 1 ตัว
7. ตัวต้านทาน 10kΩ 1 ตัว
8. ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A 1 ตัว
9. สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด
10. มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง
ขั้นตอนการทดลอง
1. ใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานไวแสง (LDR) ในสภาวะแสงที่แตกต่างกันในสามระดับ (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง และมาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของค่าความต้านทานเมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน
2. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.1 แล้ววัดแรงดัน Vx ในสภาวะแสงที่แตกต่างกัน (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง มาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดันเมื่อปริมาณ
แสงเปลี่ยน
3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.2 (แบบที่ 1) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้สังเกตสถานะติด/ดับของ LED
4. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.3 (แบบที่ 2) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้สังเกตสถานะติด/ดับของ LED
5. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.4 (แบบที่ 3) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V +9V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อให้ LED “สว่าง”เมื่อปริมาณแสงน้อย และให้ LED “ไม่ติด” เมื่อปริมาณแสงมาก
6. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคำอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้องครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบนเบรดบอร์ด และตอบคำถามท้ายการทดลอง
ผลการทดลอง
ใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานไวแสง (LDR) ในสภาวะแสงที่แตกต่างกันในสามระดับ
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
ค่าความต้านทานของ LDR(โอห์ม)
|
แสงน้อย
|
18.58k
|
แสงปานกลาง
|
2.848k
|
แสงมาก
|
171.12
|
ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.1 แล้ววัดแรงดัน Vx ในสภาวะแสงที่แตกต่างกัน
แสงมาก
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
แรงดัน Vx (V)
|
แสงน้อย
|
1.953
|
แสงปานกลาง
|
4.08
|
แสงมาก
|
4.86
|
.........................................................................................................................................................
ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.2 (แบบที่ 1)
Vref
การหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้วัดแรงดัน Vref ขณะที่สถานะติด/ดับของ LED
Vx
แสงมาก
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
แรงดัน Vx
(V)
|
แสงน้อย
|
1.586
|
แสงปานกลาง
|
3.98
|
แสงมาก
|
4.99
|
.........................................................................................................................................................
ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.3 (แบบที่ 2)
Vref
การหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้วัดแรงดัน Vref ขณะที่สถานะติด/ดับของ LED
Vx
แสงน้อย แสงปานกลาง
แสงมาก
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
แรงดัน Vx
(V)
|
แสงน้อย
|
3.5
|
แสงปานกลาง
|
1.142
|
แสงมาก
|
114.2m
|
.........................................................................................................................................................
ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.4 (แบบที่ 3)
แรงดัน Vref และแรงดัน Vx โดย Vref >
Vx จะทำให้ LED ติด
คำถามท้ายการทดลอง
1. ค่าความต้านทานของ LDR จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน และค่าความต้านทานของ LDR ที่ได้จากการทดลอง จะอยู่ในช่วงใด
= LDR เป็นสารกึ่งตัวนำ เวลามีแสงตกกระทบลงไปก็จะถ่ายทอดพลังงาน ทำให้เกิดโฮลกับอิเล็กตรอนวิ่งกันพล่าน. การที่มีโฮล กับอิเล็กตรอนอิสระนี้มากก็เท่ากับ ความต้านทานลดลงนั่นเอง ยิ่ง ความเข้มของแสงที่ตกกระทบมากเท่าไร ความต้านทานก็ยิ่งลดลงมากเท่านั้น และจากการทดลองความต้านทานของ LDR จะอยู่ในช่วง 171.12-18.58k โอห์ม
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
ค่าความต้านทานของ LDR(โอห์ม)
|
แสงน้อย
|
18.58k
|
แสงปานกลาง
|
2.848k
|
แสงมาก
|
171.12
|
2. สำหรับวงจรแบบที่ 1 และ 2 แรงดัน Vx จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน(เปลี่ยนจากปริมาณแสงน้อยเป็นปริมาณแสงมาก)
= วงจรแบบที่ 1 แรงดัน Vx จะเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาณแสงมากขึ้น ส่วนวงจรแบบที่ 2 แรงดัน
Vx จะลดลงเมื่อปริมาณแสงมากขึ้น
Vx ของวงจรแบบที่ 1
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
แรงดัน Vx
(V)
|
แสงน้อย
|
1.586
|
แสงปานกลาง
|
3.98
|
แสงมาก
|
4.99
|
Vx ของวงจรแบบที่ 2
ปริมาณแสงที่เปลี่ยน
|
แรงดัน Vx
(V)
|
แสงน้อย
|
3.5
|
แสงปานกลาง
|
1.142
|
แสงมาก
|
114.2m
|
3. สำหรับวงจรแบบที่ 3 การปรับค่าแรงดัน Vref โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจร มีผลอย่างไร
ต่อการติดหรือดับของ LED
= จากการทดลองปรับตัวต้านทานปรับค่าได้เพื่อปรับค่าแรงดัน Vref หากแรงดัน Vref ซึ่งเป็นแรงดันที่ขาบวกของไอซีมีค่ามากกว่าแรงดัน Vx ที่ขาลบของไอซีจะส่งผลให้ LED ติด แต่ถ้า Vref น้อยกกว่า Vx ก็จะทำให้ LED ดับ
