การทดลองที่ 4.3

การต่อวงจรตัวต้านทานไวแสงและตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของปริมาณแสง

วัตถุประสงค์

• เพื่อให้สามารถนำ LDR ไปใช้งานเป็นและสามารถประยุกต์ใช้เป็นอุปกรณ์ตรวจจับแสงได้ 

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)     1 อัน 
• ไอซีเปรียบเทียบแรงดัน เบอร์ LM393N   1 ตัว 
• ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา ขนาด 10kΩ หรือ 20kΩ 1 ตัว 
• ตัวต้านทานไวแสง      1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω    1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 4.7kΩ      1 ตัว 
• ตัวต้านทาน 10kΩ      1 ตัว 
• ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A   1 ตัว 
• สายไฟสําหรับต่อวงจร     1 ชุด 
• มัลติมิเตอร์      1

ขั้นตอนการทดลอง

1. ใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานไวแสง (LDR) ในสภาวะแสงที่แตกต่างกันในสาม ระดับ (ปริมาณแสงน้อย ปานกลาง และมาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของค่า ความต้านทานเมื่อปริมาณแสงเปล่ียน
2. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.1 แล้ววัดแรงดัน Vx ในสภาวะแสงที่แตกต่างกัน (ปริมาณแสง น้อย ปานกลาง มาก) แล้วจดบันทึกค่าที่วัดได้ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดันเมื่อปริมาณ แสงเปลี่ยน
3. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.2 (แบบที่ 1) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้ สังเกตสถานะติด/ดับของ LED
4. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.3 (แบบที่ 2) โดยใช้แรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ทดลองหมุนปรับค่าที่ตัวต้านทานปรับค่าได้ และวัดแรงดัน Vref ที่ได้ สังเกตสถานะติด/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 ผังวงจรที่ถูกต้อง ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการตอ่วงจรบน เบรดบอร์ด และตอบคําถามท้ายการทดลอง

รูปที่ 4.3.1: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรตัวต้านทานปรับค่าได้

รูปที่ 4.3.2: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน (แบบที่ 1)

รูปที่ 4.3.3: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน (แบบที่ 2)

รูปที่ 4.3.4: ผังวงจรสำหรับต่อวงจรไอซีเปรียบเทียบแรงดัน (แบบที่ 3)

ผลการทดลอง 

รูปวงจรที่ต่อตามรูปที่ 4.3.1

ตารางผลการทดลองเมื่อต่อวงจรตามรูปที่ 4.3.1

	แสงน้อย	แสงปานกลาง			แสงมาก
R	40KΩ	3.5KΩ			310Ω
Vref	0.852 V		3.8  V	4.6  V

พบว่าเมื่อแสงน้อยลง ความต้านทานของตัวต้านทานไวแสงจะมากขึ้น

รูปวงจรที่ต่อตามรูปที่ 4.3.2

   เมื่อต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.2 (แบบที่ 1)  พบว่าเมื่อแสงน้อยลงแรงดัน  Vx จะเพิ่มขึ้น
เมื่อ Vx เพิ่มขึ้นจนกระทั่งมีระดับแรงดันสูงกว่า Vref  หลอด LED จึงสว่าง

รูปวงจรที่ต่อตามรูปที่ 4.3.3

   เมื่อต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.3 (แบบที่ 2)  พบว่าเมื่อแสงน้อยลงแรงดัน  Vx จะลดลง
เมื่อ Vx เพิ่มลดลงกระทั่งมีระดับแรงดันต่ำกว่า Vref  หลอด LED จึงสว่าง

รูปวงจรที่ต่อตามรูปที่ 4.3.4

   เมื่อต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามรูปที่ 4.3.4 (แบบที่ 3)  พบว่าเมื่อแสงน้อยลงแรงดัน Vx จะเพิ่มขึ้น
เมื่อแรงดัน Vx เพิ่มขึ้นจนกระทั่งมีระดับแรงดันสูงกว่า Vref หลอด LED จึงสว่าง

รูปประกอบการทดลอง

วงจรที่ต่อตามแบบที่ 1 บนเบรดบอร์ด

วงจรที่ต่อตามแบบที่ 3 บนเบรดบอร์ด

รูปขณะวัดแรงดันเมื่อแสงน้อย (เอามือบังแสงไว้ไกลๆ)(แบบที่ 1)

รูปขณะวัดแรงดันเมื่อแสงปกติ (แบบที่ 1)

คำถามท้ายการทดลอง

1. ค่าความต้านทานของ LDR จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน และค่าความ
ต้านทานของ LDR ที่ได้จากการทดลอง จะอยู่ในช่วงใด

• ความต้านทานของ LDR จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีปริมาณแสงน้อย
  จากการทดลองวัดได้ 310Ω - 40kΩ

2. สำหรับวงจรแบบที่ 1 และ 2 แรงดัน Vx จะเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อปริมาณแสงเปลี่ยน
(เปลี่ยนจากปริมาณแสงน้อยเป็นปริมาณแสงมาก)

• วงจรแบบที่ 1 แรงดัน Vx จะเพิ่มขึ่้นเมื่อมีปริมาณแสงน้อย
  วงจรแบบที่ 2 แรงดัน Vx จะลดลงเมื่อมีปริมาณแสงน้อย

3. สำหรับวงจรแบบที่ 3 การปรับค่าแรงดัน Vref โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจร มีผลอย่างไร
ต่อการติดหรือดับของ LED

• มีผลทำให้ LED ติดเมื่อปรับแรงดัน Vref น้อยกว่า Vx