วันพฤหัสบดีที่ 2 ตุลาคม พ.ศ. 2557

การทดลองที่ 5.1

การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด


และโฟโต้ทรานซิสเตอร์


วัตถุประสงค์ในการทดลอง

1.    ฝึกการต่อวงจรไอดเปล่งแสงอินฟาเรด และโฟโต้ทรานซิสเตอร์ บนเบรดบอร์ดอย่างถูกต้อง
2.   รู้จักการทำงานของไอโอดเปล่งแสงอินฟาเรด และโฟโต้ทรานซิสเตอร์
       ที่ใช้เป็นตัวส่ง และรับแสงในวงจร
3.   สามารถหาความสัมพัธ์ระหว่างปริมาณแสงที่สะท้อนกลับ และระดับแรงดันเอาต์พุตในวงจรได้

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง  

          1.  แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                                   1 อัน
          2. ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด                                 1 ตัว
          3. โฟโต้ทรานซิสเตอร์                                             1 ตัว
          4. ตัวต้านทาน 220Ω                                               1 ตัว
          5. ตัวต้านทาน 10kΩ                                                1 ตัว
          6. ตัวเก็บประจุแบบ Electrolytic 1uF (มีขั้ว)          1 ตัว
          7. สายไฟสําหรับต่อวงจร                                         1 ชุด
          8. มัลติมิเตอร์                                                           1 เครื่อง
          9. แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม                                     1 เครื่อง
        10. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                                1 เครื่อง

ขั้นตอนและผลการทดลอง

       1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่5.1.1 (ให้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้
ทรานซิสเตอร์อยู่ห่างกันประมาณ 1 cm) แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd 
จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด



 ภาพการต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.1.1

ภาพการต่อวงจรจริงบนเบรดบอร์ด เข้ากับเครื่องกำเนิดสัญญาณกระแสตรง 5 โวล์ต

ภาพการตรวจเช็ค IR LED ว่าใช้งานได้หรือไม่ (สามารถตรวจสอบได้โดยมองผ่านกล้องดิจิทัล)

        2. วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด และวัดปริมาณกระแสที่ไหล (mA) แล้วจดบันทึกค่าที่ได้

ภาพการวัดแรงดันตกคร่อม IR LED
ค่าที่ได้คือ 1.182 v.

ภาพการวัดกระแสที่ผ่าน IR LED
ค่าที่ได้คือ 16.59 mA.

      3. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ
      4. ทดลองต่อและไม่ต่อตัวเก็บประจุสังเกตความแตกต่างของรูปคลื่นสัญญาณ Vout ในแต่ละกรณี

ภาพการวัดคลื่นสัญญาณโดยไม่ต่อตัวเก็บประจุ Vout ด้วยออสซิโลสโคป 

      5. นําแผ่นกระดาษสีขาว มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ทระยะ                   ห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลตมิิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรบระยะห่าง
            ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
  • ระยะห่าง 0.5 cm.
ค่าที่ได้คือ 3.238 v.

  • ระยะห่าง 1 cm.
ค่าที่ได้คือ 3.267 v.


  • ระยะห่าง 5 cm.
ค่าที่ได้คือ 3.878 v.

  • ระยะห่าง 10 cm.
ค่าที่ได้คือ 4.288 v.


      6. นําแผ่นกระดาษสีดํา มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ระยะห่าง 
          0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลตมิิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรบระยะห่าง
         ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
  • ระยะห่าง 0.5 cm.
 ค่าที่ได้คือ 4.870 v.

  • ระยะห่าง 1 cm.
 ค่าที่ได้คือ 4.873 v.

  • ระยะห่าง 5 cm.

 ค่าที่ได้คือ 4.848 v.

  • ระยะห่าง 10 cm.
 ค่าที่ได้คือ 4.769 v.


7. ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่5.1.2 แล้วเปรียบเทียบความแตกต่างกับวงจรในรูปที่ 5.1.1 
(เช่น ดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน Vout) 



 ภาพการต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.1.2

ภาพการต่อวงจรจริงบนเบรดบอร์ด เข้ากับเครื่องกำเนิดสัญญาณกระแสตรง 5 โวล์ต

7.1  นําแผ่นกระดาษสีขาว มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ทระยะ                   ห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลตมิิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรบระยะห่าง
        ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
  • ระยะห่าง 0.5 cm. 
ค่าที่ได้คือ 1.248 v.

  • ระยะห่าง 1 cm.
ค่าที่ได้คือ 1.543 v.

  • ระยะห่าง 5 cm.
ค่าที่ได้คือ 1.004 v.

  • ระยะห่าง 10 cm.
ค่าที่ได้คือ 0.901 v.


 7.2 นําแผ่นกระดาษสีดํา มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ระยะห่าง 
        0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลตมิิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรบระยะห่าง
        ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
  • ระยะห่าง 0.5 cm.

 ค่าที่ได้คือ 0.119 v.
  • ระยะห่าง 1 cm.
 ค่าที่ได้คือ 0.134 v.
  • ระยะห่าง 5 cm.
 ค่าที่ได้คือ 0.196 v.

  • ระยะห่าง 10 cm.
 ค่าที่ได้คือ 0.254 v.

บันทึกผลการทดลอง

จากการทดลองข้อที่ 2 :
จากการทดลองข้อที่ 3 :

คลื่นสัญญาณปกติที่ Vout.

จากการทดลองข้อที่ 4 :

คลื่นสัญญาณ Vout. จากวงจรที่ไม่ต่อตัวเก็บประจุ

คลื่นสัญญาณ Vout. จากวงจรที่ต่อตัวเก็บประจุ

จากการทดลองข้อที่ 5 :

กระดาษสีขาว
จากตารางสามารถสรุปได้ว่า
เมื่อระยะห่างของกระดาษ กับโฟโต้ทรายซิสเตอร์มากขึ้น ค่าแรงดันที่ได้จะมีค่ามากขึ้นตามไปด้วย เพราะฉะนั้น อาจสรุปได้ว่า "ในวงจรนี้ ระยะห่างของกระดาษสีขาวแปรผันตรงกับปริมาณของแรงดัน"


จากการทดลองข้อที่ 6 :

กระดาษสีดำ
จากตารางสามารถสรุปได้ว่า
เมื่อระยะห่างของกระดาษ กับโฟโต้ทรายซิสเตอร์มากขึ้น ค่าแรงดันแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง
เพราะฉะนั้น อาจสรุปได้ว่า "ในวงจรนี้ ระยะห่างของกระดาษสีดำไม่ทำให้ค่าแรงดันเกิดการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากกระดาษสีดำ สะท้อนแสงได้ไม่ดี"

จากการทดลองข้อที่ 7.1 :

กระดาษสีขาว


จากตารางสามารถสรุปได้ว่า
เมื่อระยะห่างของกระดาษ กับโฟโต้ทรายซิสเตอร์มากขึ้น ค่าแรงดันที่ได้จะมีค่าน้อยลงตามไปด้วย เพราะฉะนั้น อาจสรุปได้ว่า "ในวงจรนี้ ระยะห่างของกระดาษสีขาวแปรผกผันกับปริมาณของแรงดัน"


จากการทดลองข้อที่ 7.2 :

กระดาษสีดำ


จากตารางสามารถสรุปได้ว่า
เมื่อระยะห่างของกระดาษ กับโฟโต้ทรายซิสเตอร์มากขึ้น ค่าแรงดันแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง
เพราะฉะนั้น อาจสรุปได้ว่า "ในวงจรนี้ ระยะห่างของกระดาษสีดำไม่ทำให้ค่าแรงดันเกิดการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากกระดาษสีดำ สะท้อนแสงได้ไม่ดี"



คำถามท้ายการทดลอง

1. จากกการทดลองพบว่า จะมีกระแสไหลผ่านไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด 16.59 mA. และวัดแรงดันตกคร่อมได้เท่ากับ  1.182 v. โวลต์

2. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีขาว สําหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 3.238 - 4.288 และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 0.901- 1.248 v. สําหรับวงจรแบบที่ 2 

3. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีดํา สําหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 4.769-4.873  และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 0.119 - 0.254 v. สําหรับวงจรแบบที่ 2 

4. ที่ระยะห่างเท่ากัน การทดลองด้วยวัตถุสีขาวและวัตถุสีดํา จะให้ผลแตกต่างกันหรือไม่ เมื่อวัดแรงดันVout ของวงจร จงอธิบาย ผลที่ได้จะออกมาแตกต่างกันเนื่องจาก กระดาษสีขาวมีคุณสมบัติในการสะท้อนแสงมากกว่า ทำให้โฟโต้ทรานซิสเตอร์รับปริมาณแสงน้อยกว่าจากกระดาษสีดำ (เมื่อมีแสงในปริมาณมากพอทรานซิสเตอร์จะทำงานโดยยอมให้กระแสไหลผ่านจากขาหนึ่งไปยังอีกขาหนึ่ง)

5. การต่อตัวเก็บประจุคร่อมที่ Vout กับ Gnd มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตหรือไม่จงอธิบาย ทำให้คลื่นสัญญาณที่ได้มีค่าผกผันกับปริมาณแสงที่ได้รับ และมีค่าน้อยลง

6. ในการทดลอง แสงสว่างจากหลอดไฟในอาคาร มีผลต่อสัญญาณ  Vout  หรือไม่จงอธิบาย ไม่มีผลเนื่องจาก ในวงจรมีระยะตรวจจับการสะท้อนแสง(IR LED)



ที่

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น