วันอังคารที่ 28 ตุลาคม พ.ศ. 2557

การทดลองที่ 5.4 การเชื่อมต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ด้วยแสง

การทดลองที่ 5.4

การเชื่อมต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ด้วยแสง

วัตถุประสงค์ของการทดลอง


  • ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง เช่น เบอร์ PC817
  • ประยุกต์ใช้งานอุปกรณ์ชนิดนี้ร่วมกับบอร์ด Arduino และใช้ควบคุมการจ่ายกระแสให้โหลด

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง


  1. แผงต่อวงจร(เบรดบอร์ด)                                                      1 อัน
  2. อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง PC817                                          1 ตัว
  3. ไดโอดเปล่งแสงสีแดงหรือสีเขียว                                        1 ตัว
  4. ตัวต้านทาน 220Ω หรือ 330Ω                                               1 ตัว
  5. ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A                                     1 ตัว
  6. ตัวต้านทาน 1 kΩ                                                                  1 ตัว
  7. ตัวต้านทาน 4.7 kΩ                                                               1 ตัว
  8. ตัวต้านทาน 10 kΩ                                                                1 ตัว
  9. ตัวต้านทานปรับค่าได้ 10 kΩ หรือ 20 kΩ                             1 ตัว
  10. ไดโอด 1N400x                                                                    1 ตัว
  11. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก                                       1 ตัว
  12. สายไฟสําหรับต่อวงจร                                                          1 ชุด
  13. มัลติมิเตอร์                                                                            1 เครื่อง
  14. แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม                                                       1 เครื่อง
  15. ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล                                                  1 เครื่อง



1.  ต่อวงจรบนเบรดบอร์ดตามรูปที่ 5.4.1 ให้สังเกตว่า ในผังวงจรมี GND1 และ GND2 แยกกันซึ่งจะต้องไม่นํามาต่อเข้าด้วยกันโดยเด็ดขาด










2. ให้ใช้แรงดันไฟเลี้ยง +5V และ GND1 ให้ใช้จากบอร์ด Arduino แต่สาหรับ +9V และ GND2
ให้ใช้จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม


3. เขียนโค้ด Arduino โดยสร้างสัญญาณแบบ PWM โดยใช้คาสั่ง analogWrite() เพื่อสร้างสัญญาณ
เอาต์พุตที่ขา D5 โดยปรับค่า Duty Cycle ของสัญญาณเอาต์พุตตามค่าที่อ่านได้จากตัวต้านทาน

ปรับค่าได้ ซึ่งต่อเป็นอินพุตที่ขา A1












4. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดสัญญาณที่ขา E ของ PC817 เทียบกับ GND2 แล้วทดลองหมุนปรับที่
ตัวต้านทานปรับค่าได้ เพื่อปรับค่า Duty Cycle เป็น 0% 25% 50% และ 100% ตามลาดับ

บันทึกรูปคลื่นสัญญาณที่ได้ในแต่ละกรณี







Duty Cycle เป็น 0%


Duty Cycle เป็น 25%




Duty Cycle เป็น 50%




Duty Cycle เป็น 100%




5. ทดลองเปลี่ยนจาก LED และตัวต้านทาน เป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงขนาดเล็ก (ปรับแรงดันไฟเลี้ยง
จาก +9V ให้เป็นแรงดันไฟเลี้ยงที่เหมาะสมกับมอเตอร์ไฟฟ้า +VM) โดยต่อวงจรตามรูปที่ 5.4.2 และ
ทดลองปรับค่า Duty Cycle











6. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วยคาอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด



การทดลองที่ 5.1 การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์

การทดลองที่ 5.1
การต่อวงจรไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์



วัตถุประสงค์



 ฝึกต่อวงจรโดยใช้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ เพื่อใช้เป็นตัวส่งแสงและตัวรับแสงตามลาดับ
 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
 สายไฟสาหรับต่อวงจร 1 ชุด
 มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง
 แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม 1 เครื่อง
 ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล 1 เครื่อง
ขั้นตอนการทดลอง
1. ต่อวงจรบนเบรดบอร์ด ตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.1 (ให้ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้
ทรานซิสเตอร์ อยู่ห่างกันประมาณ 1 cm) แล้วป้อนแรงดันไฟเลี้ยง VCC=+5V และ Gnd
จากแหล่งจ่ายแรงดันควบคุม ไปยังวงจรบนเบรดบอร์ด
รูป





2. วัดแรงดันตกคร่อมที่ขาทั้งสองของไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด และวัดปริมาณกระแสที่ไหล (mA)
แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ (สา หรับรายงานการทดลอง)
-16.37 mA
3. ใช้ออสซิลโลสโคปวัดแรงดัน Vout แล้วบันทึกภาพของรูปคลื่นสัญญาณที่ปรากฏ





4. ทดลองต่อและไม่ต่อตัวเก็บประจุ สังเกตความแตกต่างของรูปคลื่นสัญญาณ Vout ในแต่ละกรณี





-ความแตกต่างคือ เอาพุตที่ได้จากกรณีต่อตัวเก็บประจุจะมีความเสถียรมากกว่ากรณีที่ไม่ต่อตัวเก็บประจุ






5. นำแผ่นกระดาษสีขาว มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง
0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลาดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สาหรับระยะห่าง
ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี









6. นาแผ่นกระดาษสีดา มาอยู่เหนือ ไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์ ที่ระยะห่าง
0.5 cm, 1 cm, 5 cm, และ 10 cm ตามลาดับ ใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดัน Vout สาหรับระยะห่าง
ดังกล่าว แล้วจดบันทึกค่าที่ได้ในแต่ละกรณี









7. ต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 5.1.2 แล้วเปรียบเทียบความแตกต่างกับวงจรในรูปที่ 5.1.1
(เช่น ดูการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน Vout)











-ความแตกต่างระหว่าง 2 วงจรนี้คือ ค่าของแรงดันจะแปรผกผันกันนั่นเอง เช่นถ้า 5.11 เข้าใกล้แรงดันจะน้อยพอเป็น 5.12 เมื่อเข้าใกล้แรงดันก็จะมาก



8. เขียนรายงานการทดลอง ซึ่งประกอบด้วย คาอธิบายการทดลองตามขั้นตอน ผังวงจรที่ถูกต้อง
ครบถ้วนตามหลักไฟฟ้า (ให้วาดด้วยโปรแกรม Cadsoft Eagle) รูปถ่ายของการต่อวงจรบน
เบรดบอร์ด รูปคลื่นสัญญาณที่วัดได้จากออสซิลโลสโคปตามโจทย์การทดลอง และตอบคาถาม
ท้ายการทดลอง








คำถามท้ายการทดลอง


1. จากการทดลองพบว่า จะมีกระแสไหลผ่านไดโอดเปล่งแสงอินฟราเรด 16.37 mA และวัดแรงดันตกคร่อมได้เท่ากับ 1.23 โวลต์
2. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีขาว สาหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 0.14V – 2.157 V (ค่าต่าสุด-สูงสุด)และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 3.119 – 4.922V (ค่าต่าสุด-สูงสุด)
 สำหรับวงจรแบบที่ 2
3. เมื่อทดลองโดยใช้กระดาษสีดา สาหรับวงจรแบบที่ 1 จะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 2.164V-3.626V (ค่าต่าสุด-สูงสุด) และจะได้แรงดัน Vout อยู่ในช่วง 0.579V-1.699V (ค่าต่าสุด-สูงสุด) สาหรับวงจรแบบที่2
4. ที่ระยะห่างเท่ากัน การทดลองด้วยวัตถุสีขาวและวัตถุสีดา จะให้ผลแตกต่างกันหรือไม่ เมื่อวัดแรงดัน Vout ของวงจร จงอธิบาย

-ให้ผลแตกต่างกัน เพราะว่ากระดาษสีขาวนั้นจะสะท้อนแสง ทาให้เมื่อวัดแรงดันจะมีการเปลี่ยนแปลงมาก
กระดาษสีดาจะดูดกลืนแสง ทาให้เมื่อวัดแรงดันจะมีการเปลี่ยนแปลงน้อย


5. การต่อตัวเก็บประจุคร่อมที่ Vout กับ Gnd มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุตหรือไม่ จงอธิบาย

ตอบ มีผลต่อรูปคลื่นสัญญาณเอาต์พุต เพราะเป็นตัวทาให้สัญญาณมีความเสถียรมากขึ้น


6. ในการทดลอง แสงสว่างจากหลอดไฟในอาคารมีผลต่อสัญญาณ Vout หรือไม่ จงอธิบาย

ตอบ ไม่มีผลต่อสัญญาณ Vout เนื่องจาก โฟโต้ทรานซิสเตอร์ รับแสงจากอินฟาเรด เท่านั้นจึงทาให้ไม่มีผลกระทบต่อวงจร









การทดลองที่ 4.7 การสร้างวงจรสร้างและควบคุมแรงไฟฟ้ากระแสตรงแบบปรับค่าได้

การทดลองที่ 4.7
การสร้างวงจรสร้างและควบคุมแรงไฟฟ้ากระแสตรงแบบปรับค่าได้
วัตถุประสงค์
·       ฝึกออกแบบและต่อวงจรสร้างและควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงแบบปรับค่าได้ โดยใช้ไอซี
LM317T เพื่อใช้เป็นแหล่งจ่ายให้วงจรอิเล็กทรอนิกส์รายการอุปกรณ์
·       แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด) 1 อัน
·       ไอซี LM317T 1 ตัว
·       ตัวเก็บประจุ 0.1uF และ 10uF อย่างละ 1 ตัว
·       ตัวต้านทานค่าคงที่ เลือกค่าในช่วง 220Ω ถึง 1kΩ 1 ตัว
·       ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบสามขา 4.7kΩ หรือ 10kΩ 1 ตัว
·       ไดโอด 1N4001 อย่างน้อย 1 ตัว
·       สายไฟสำหรับต่อวงจร 1 ชุด
·       แหล่งจ่ายแรงดันควบคุม 1 เครื่อง
·       มัลติมิเตอร์ 1 เครื่อง
ขั้นตอนการทดลอง
1. ออกแบบวงจร วาดผังวงจร และต่อวงจรบนเบรดบอร์ด เพื่อสร้างวงจรควบคุมแรงดันแบบปรับค่าได้
โดยใช้ไอซี LM317T และอุปกรณ์ตามรายการที่ได้ระบุไว้ (ศึกษาตัวอย่างวงจรได้จากดาต้าชีท
LM317T และจากอินเทอร์เน็ต)







2. ใช้แรงดันจากแหล่งจ่ายภายนอก โดยป้อนแรงดัน +9V เป็นแรงดันอินพุต และปรับค่าตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจร ให้ได้แรงดันเอาต์พุต +5V และ +3.3V ตามลำดับ ตรวจสอบและวัดระดับแรงดันเอาต์พุตด้วย
มัลติมิเตอร์