วัตถุประสงค์
- ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไอโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ เพื่อใช้เป็นตัวส่งและตัวรับแสงตามลำดับ
- หาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแสงสะท้อนกลับ และระดับแรงดันเอาต์พุตจากวงจร
อุปกรณ์การทดลอง
- แผงต่อวงจร 1 อัน
- ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด 1 ตัว
- โฟโต้ทรานซิสเตอร์ 1 ตัว
- ตัวต้านทาน 330Ω 2 ตัว
- ตัวต้านทาน 10kΩ 1 ตัว
- ตัวเก็บประจุแบบ Electrolytic 1uF 1 ตัว
- สายไฟต่อวงจร 1 ชุด
- แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม 1 เครื่อง
- ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล 1 เครื่อง
ขั้นตอนการทดลอง
- ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.1 (ให้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์อยู่ห่างกัน 1 cm.)และะป้อนแรงดันไฟเลี้ยง Vcc=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด
- วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไอโอดเปล่งแสงอินฟราเรด และวัดปริมาณกระแสที่ไหล(mA) แล้วจดบันทึกค่าที่ได้
- ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ
- ทดลองต่อและไม่ต่อตัวเก็บประจุ สังเกตความแตกต่างของรูปคลื่สัญญาณ Vout ในแต่ละกรณี
- นำแผ่นกระดาษสีขาว มาอยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลำดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สำหรับระยะห่างดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
- ทำการทดลองข้อ 5 ซ้ำ แต่เปลี่ยนเป็นแผ่นกระดาษสีดำ
- ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.2 แล้วเปรียบเทียบความแตกต่างกับวงจรในรูปที่ 5.1.1 (เช่น ดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน Vout)
- เขียนรายงานการทดลอง
รูปที่ 5.1.1 วงจรแบบที่ 1 วาดด้วยโปรแกรม Frizing Breadboard และ ต่อวงจรทดลองจริง
รูปที่ 5.1.2 จงจรแบบที่ 2 วาดด้วยโปรแกรม Frizing Breadboard และ ต่อวงจรทดลองจริง
ผลการทดลอง
ตารางที่ 1.1 บันทึกการปรับระยะห่างของแผ่นกระดาษสีขาวและสีดำ ที่อยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ (ตามวงจรรูปที่ 5.1.1) กับแรงดัน Vout ที่วัดได้| ระยะห่างของแผ่นกระดาษสีขาว ภาพวัดแรงดันที่ Vout โดยใช้มัลติมิเตอร์ |
ระยะห่างของแผ่นกระดาษสีดำ ภาพวัดแรงดันที่ Vout โดยใช้มัลติมิเตอร์ |
 0.5 cm แรงดัน 0.137 V | 
0.5 cmแรงดัน 0.159 V |
 1 cm แรงดัน 0.141 V |  1 cm แรงดัน 0.156 V |
 5 cm แรงดัน 0.218 V |  5 cm แรงดัน 0.242 V |
 10 cm แรงดัน 3.591 V |  10 cm แรงดัน 3.588 V |
ตารางที่ 1.2 เปรียบเทียบการปรับระยะห่างของแผ่นกระดาษสีดำและสีขาว ที่อยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ (ตามวงจรรูปที่ 5.1.1) กับแรงดัน Vout โดยใช้ออสซิลสโคปในการวัด
| ภาพที่ได้จากออสซิลโลสโคป (กระดาษสีขาว) | ภาพที่ได้จากออสซิลโลสโคป (กระดาษสีดำ) |
 0.5 cm Vol = 1.2*100mV = 0.12V |  Vol = 1.1*100mV = 0.11V |
 1 cm Vol = 1.4*100mV = 0.14V |  Vol = 1.2*100mV = 1.2V |
 5 cm Vol = 2.5*100mV = 0.25V |  Vol = 2.5*100mV = 2.5V |
 10 cm Vol = 1.8*2V = 3.6V |  Vol = 1.7*2mV = 3.4V |
-------------------------------------------*O*-------------------------------------------
ตารางที่ 2 บันทึกการปรับระยะห่างของแผ่นกระดาษสีขาวและสีดำ ที่อยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ (ตามวงจรรูปที่ 5.1.2) กับแรงดัน Vout ที่วัดได้
| ระยะห่างของแผ่นกระดาษสีขาว ภาพวัดแรงดันที่ Vout โดยใช้มัลติมิเตอร์ |
ระยะห่างของแผ่นกระดาษสีดำ ภาพวัดแรงดันที่ Vout โดยใช้มัลติมิเตอร์ |
 0.5 cm แรงดัน 4.881 V |  0.5 cm แรงดัน 4.871 V |
 1 cm แรงดัน 4.875 V |  1 cm แรงดัน 4.858 V |
 5cm แรงดัน 3.958 V |  5 cm แรงดัน 2.789 V |
 10 cm แรงดัน 1.569 V |  10 cm แรงดัน 1.470 V |
-------------------------------------------*O*-------------------------------------------
คำถามท้ายการทดลอง
1. จากการทดลองพบว่า จะมีกระแสไหลผ่านไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด...16.27...mA และวัดแรงดันตกคร่อมได้เท่ากับ ...1.193...โวลต์
2. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีขาว สำหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง ...0.137-3.591...(ค่าต่ำสุด-ค่าสูงสุด) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง ...1.569-4.881...(ค่าต่ำสุด-ค่าสูงสุด) สำหรับวงจรแบบที่ 2
3. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีดำ สำหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง ...0.151-3.588...(ค่าต่ำสุด-ค่าสูงสุด) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง ...1.470-4.878...(ค่าต่ำสุด-ค่าสูงสุด) สำหรับวงจรแบบที่ 2
4. ที่ระยะห่างเท่ากัน การทดลองด้วยวัตถุสีขาวและวัตถุสีดำ จะให้ผลแตกต่างกันหรือไม่ เมื่อวัดแรงดัน Vout ของวงจร จงอธิบาย
ตอบ ให้ผลแตกต่างกัน จะเห็นว่าแรงดัน Vout ที่วัดได้จากกระดาษสีขาวมีค่าสูงกว่ากระดาษสีดำ
5. การต่อตัวเก็บประจุคร่อมที่ Vout กับ Gnd มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตหรือไม่ จงอธิบาย
ตอบ ไม่มีผล เพราะเมื่อตัวเก็บประจุต่อขนาดกับโฟโต้ทรานซิสเตอร์แรงดันที่ Vout ไม่เปลี่ยนรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตจึงเหมือนเดิม
6. ในการทดลอง แสงสว่างจากหลอดไฟในอาคารมีผลต่อสัญญาณ Vout หรือไม่ จงอธิบาย
ตอบ ไม่มีผล เพราะโฟโต้ทรานซิสเตอร์จะรับแสงจากไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด ที่มีความยาวคลื่นในช่วง 750-1050 nm ซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า หลอดไฟในอาคารที่มีความยาวคลื่นในช่วงมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจึงไม่มีผลต่อสัญญาณ Vout
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น