การทดลองที่ 5.1 การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์เพื่อใช้เป็นตัวส่งแสงและตัวรับแสงตามลําดับ
• หาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณแสงสะท้อนกลับ และระดับของแรงดันเอาต์พุตจากวงจร

รายการอุปกรณ์

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

ขั้นตอนการทดลอง

1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.1 (ให้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์อยู่ห่างกันประมาณ 1 cm) แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุมไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด
   
   

   

   รูปการต่อวงจร

2. วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและวัดปริมาณกระแสที่ไหล (mA) แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ (สําหรับรายงานการทดลอง)
   

   

   ค่าที่ได้จากการวัดแรงดันตกคร่อม = 3.902V

   

   ค่าที่ได้จากการวัดปริมาณกระแสที่ไหล = 17mA

   
   
3. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ
   
   
4. ทดลองต่อและไม่ต่อตัวเก็บประจุสังเกตความแตกต่างของรูปคลื่นสัญญาณ Vout ในแต่ละกรณี
   

   

   ต่อตัวเก็บประจุ

   

   ไม่ต่อตัวเก็บประจุ

5. นําแผ่นกระดาษสีขาวมาอยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรับระยะห่างดังกล่าวแล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
   

   

   0.5 cm

   

   1 cm

   

   5 cm

   

   10 cm

6. นําแผ่นกระดาษสีดํามาอยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรับระยะห่างดังกล่าวแล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
   

   

   0.5 cm

   

   1 cm

   

   5 cm

   

   10 cm

7. ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.2 แล้วเปรียบเทียบความแตกต่างกับวงจรในรูปที่ 5.1.1 (เช่น ดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน Vout)
   
   

   

   รูปการต่อวงจร

   7.4 ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ
   

   

   ต่อตัวเก็บประจุ

   

   ไม่ต่อตัวเก็บประจุ

   7.5 นําแผ่นกระดาษสีขาวมาอยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรับระยะห่างดังกล่าวแล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
   

   

   0.5 cm

   

   1 cm

   

   5 cm

   

   10 cm

   7.6 นําแผ่นกระดาษสีดํามาอยู่เหนือไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ที่ระยะห่าง 0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลําดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สําหรับระยะห่างดังกล่าวแล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี
   

   

   0.5 cm

   

   1 cm

   

   5 cm

   

   10 cm

ผลการทดลอง

คําถามท้ายการทดลอง

1. จากการทดลองพบว่าจะมีกระแสไหลผ่านไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด 17 mA และวัดแรงดันตกคร่อมได้เท่ากับ 3.9 โวลต์
2. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีขาวสําหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 5.060V - 5.075V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด ) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 1.454V - 4.885V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) สําหรับวงจรแบบที่ 2
3. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีดําสําหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 5.078V - 5.080V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 0.356V - 0.453V (ค่าต่ําสุด-สูงสุด) สําหรับวงจรแบบที่ 2
4. ที่ระยะห่างเท่ากัน การทดลองด้วยวัตถุสีขาวและวัตถุสีดําจะให้ผลแตกต่างกันหรือไม่ เมื่อวัดแรงดัน Vout ของวงจร จงอธิบาย
• แตกต่างกัน เพราะกระดาษสีขาวมีคุณสมบัติสะท้อนแสงได้ดีกว่ากระดาษสีดำ ดังนั้นโฟโต้ทรานซิสเตอร์จะรับแสงจากกระดาษสีขาวได้ดีกว่า และเนื่องจากโฟโต้ทรานซิสเตอร์จะยอมให้กระแสไหลผ่านขาหนึ่งไปยังอีกขาหนึ่งได้ก็ต่อเมื่อมีปริมาณแสงที่มากเพียงพอ
5. การต่อตัวเก็บประจุคร่อมที่ Vout กับ Gnd มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตหรือไม่ จงอธิบาย
• ไม่มีผล เนื่องจากจะต่อตัวเก็บประจุ หรือไม่ต่อตัวเก็บประจุ รูปกราฟก็ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นการต่อตัวเก็บประจุคร่อมที่ Vout กับ Gnd จึงไม่มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุต
6. ในการทดลองแสงสว่างจากหลอดไฟในอาคารมีผลต่อสัญญาณ Vout หรือไม่ จงอธิบาย
• ไม่มีผล เพราะโฟโต้ทรานซิสเตอร์จะทำงานด้วยแสงในช่วงอินฟราเรดเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากแสงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (Visible Light)