การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์

การทดลองที่ 5.1 

การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์

วัตถุประสงค์

1. ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ เพื่อใช้เป็นตัวส่งแสงและตัวรับแสงตามลําดับ

2.หาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแสงสะท้อนกลับ และระดับของแรงดันเอาต์พุตจากวงจร 

รายการอุปกรณ์

• ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด                                          1 ตัว 
• โฟโต้ทรานซิสเตอร์                                                      1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 220Ω                                                         1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 10kΩ                                                         1 ตัว 
• ตัวเก็บประจุแบบ Electrolytic 1uF (มีขั้ว)                      1 ตัว
• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                             1 อัน
• สายไฟสําหรับต่อวงจร                                                  1 ชุด
• มัลติมิเตอร์                                                                    1 เครื่อง
• แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม                                               1 เครื่อง
• ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                                          1 เครื่อง

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.1 (ให้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ อยู่ห่างกันประมาณ 1 cm) แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC = 5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด

ผังวงจรที่ 5.1.1

2. วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด และวัดปริมาณกระแสที่ไหล (mA) แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ 

3. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ 

4. ทดลองต่อและไม่ต่อตัวเก็บประจุ สังเกตความแตกต่างของรูปคลื่นสัญญาณ Vout ในแต่ละกรณี

5. นําแผ่นกระดาษ สีขาว มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรับระยะห่าง ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี

6. นําแผ่นกระดาษ สีดำ มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรับระยะห่าง ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี

7. ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.2 แล้วเปรียบเทียบความแตกต่างกับวงจรในรูปที่ 5.1.1  (เช่น ดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน Vout) 

ผังวงจรที่ 5.1.2

ผลการทดลอง

การออกแบบวงจรโดยโปรงแกรม Fritzing

วงจรที่ 5.1.1

วงจรที่ 5.1.2

ผังวงจรที่ 5.1.1

ผังวงจรที่ 5.1.1

วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดได้ 1.182 V และวัดปริมาณกระแสที่ไหล 16.46 mA

การทดลองข้อที่ 5 และ 6 โดยต่อวงจรแบบที่ 1

ระยะห่างระหว่างแผ่นกระดาษ กับ ไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และ โฟโต้ทรานซิสเตอร์	Vout เมื่อนำแผ่นกระดาษสีขาว วางเหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และ โฟโต้ทรานซิสเตอร์	Vout เมื่อนำแผ่นกระดาษสีดำ วางเหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และ โฟโต้ทรานซิสเตอร์
0.5 cm	130 mV	2.22 V
1 cm	135 mV	1.52 V
5 cm	220 mV	3.21 V
10 cm	2.52 V	3.79 V

ผังวงจรที่ 5.1.2

ผังวงจรที่ 5.1.2

การทดลองข้อที่ 5 และ 6 โดยต่อวงจรแบบที่ 2 

ระยะห่างระหว่างแผ่นกระดาษ กับ ไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และ โฟโต้ทรานซิสเตอร์	Vout เมื่อนำแผ่นกระดาษสีขาว วางเหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และ โฟโต้ทรานซิสเตอร์	Vout เมื่อนำแผ่นกระดาษสีดำ วางเหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และ โฟโต้ทรานซิสเตอร์
0.5 cm	4.86 V	1.06 V
1 cm	4.84 V	1.32 V
5 cm	4.12 V	825 mV
10 cm	1.88 V	574 mV

คำถามท้ายการทดลอง

1. จากการทดลองพบว่า จะมีกระแสไหลผ่านไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด 16.46 mA และ วัดแรงดันตกคร่อมได้เท่ากับ 1.182 โวลต์

2. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีขาว สําหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 130 mV - 2.52 V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 1.88 V - 4.86 V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) สําหรับ วงจรแบบที่ 2
3. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีดํา สําหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 1.52 V - 3.79 V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 574 mV - 1.32 V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) สําหรับ วงจรแบบที่ 2

4. ที่ระยะห่างเท่ากัน การทดลองด้วยวัตถุสีขาวและวัตถุสีดํา จะให้ผลแตกต่างกันหรือไม่ เมื่อวัดแรงดัน Vout ของวงจร จงอธิบาย
ตอบ แตกต่างกัน กระดาษสีขาวจะสะท้อนแสง ทำให้เมื่อวัดแรงดันจะมีการเปลี่ยนแปลงค่ามาก แต่ กระดาษสีดำจะดูดกลืนแสง ทำให้เมื่อวัดแรงดันจะมีการเปลี่ยนแปลงค่าน้อย

5. การต่อตัวเก็บประจุคร่อมที่ Vout กับ Gnd มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตหรือไม่ จงอธิบาย

 ตอบ มีผล ค่าของ Vmax ถ้ามีตัวเก็บประจุต่ออยู่ Vmax วัดค่าได้ 4.6 V แต่ ถ้าไม่มีตัวเก็บประจุต่ออยู่ Vmax วัดค่าได้ 3.84 V

6. ในการทดลอง แสงสว่างจากหลอดไฟในอาคาร มีผลต่อสัญญาณ Vout หรือไม่ จงอธิบาย
ตอบ ไม่มีผลต่อสัญญาณ Vout เนื่องจาก อุปกรณ์โฟโต้ทรานซิสเตอร์ จะรับแสงจากแสงอินฟาเรด

อ้างอิง: เอกสารประกอบการสอน โดย ดร.เรวัต ศิริโภคาภิรมย์