นางสาวพรรณพิลาศ ศรีสมศักดิ์ 6031280015 1สทค1
นางสาวรัตนาพร กลิ่นผล 6031280040 1สทค2
LDR : (Light Dependent Resistor)
แอลดีอาร์ (LDR : Light Dependent
Resistor) คือ
ความต้านทานชนิดที่ไวต่อแสง กล่าวคือ
ตัวความต้านทานนี้สามารถเปลี่ยนสภาพทางความนำไฟฟ้า ได้เมื่อมีแสงมาตกกระทบ
บางครั้งเรียกว่าโฟโตรีซีสเตอร์ ( Photo Resistor)
หรือ โฟโตคอนดัคเตอร์ (Photo Conductor)
เป็นตัวต้านทานที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ
(Semiconductor) ประเภทแคดเมี่ยมซัลไฟด์
( Cds : Cadmium Sulfide) หรือแคดเมี่ยมซิลินายส์
( CdSe : Cadmium Selenide) ซึ่งทั้งสองตัวนี้ก็เป็นสารประเภทกึ่งตัวนำ
เอามาฉาบลงบนแผ่นเซรามิกที่ใช้เป็นฐานรองแล้วต่อขาจากสารที่ฉาบ ไว้ออกมา
รูปร่างของ LDR
ในรูปที่ 1 ส่วนที่ขดเป็นแนวเล็กๆสี
ดำทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานไวแสง และ แนวสีดำ นั้นจะแบ่งพื้นที่ของตัวมันออกเป็น 2
ข้าง สีทองนั้น เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ทำหน้าที่สัมผัส
กับตัวต้านทานไวแสง เป็นที่สำหรับต่อขาออกมาภายนอก หรือ เรียกว่าอิเล็กโทรด
ที่เหลือก็จะเป็นฐานเซรามิก และ อุปกรณ์ สำหรับห่อหุ้มมัน ซึ่งมีได้หลายแบบ
สมบัติทางแสง
การทำงานของ LDR เพราะว่าเป็นสารกึ่งตัวนำ
เวลามีแสงตกกระทบลงไปก็จะถ่ายทอดพลังงาน ให้กับสาร ที่ฉาบอยู่
ทำให้เกิดโฮลกับอิเล็กตรอนวิ่งกันพล่าน. การที่มีโฮล
กับอิเล็กตรอนอิสระนี้มากก็เท่ากับ ความต้านทานลดลงนั่นเอง ยิ่ง
ความเข้มของแสงที่ตกกระทบมากเท่าไร ความต้านทานก็ยิ่งลดลงมากเท่านั้น
รูปที่ 2 ตัวอย่างกราฟแสดงความไวต่อแสงความถี่ต่าง ๆ ของ LDR ทั้ง
2 แบบ เมื่อเทียบกับความไวของตาคน
ในส่วนที่ว่าแสงตกกระทบนั้น
มิใช่ว่าจะเป็นแสงอะไรก็ได้ เฉพาะแสงในช่วงความยาวคลื่นประมาณ 4,000 อังสตรอม ( 1 อังสตรอม เท่ากับ 10 - 10 เมตร
) ถึงแระมาณ 10,000 อังสตรอมเท่านั้นที่จะใช้ได้ (
สายตาคนจะเห็นได้ ในช่วงประมาณ 4,000 อังสตรอม ถึง 7,000
อังสตรอม ) ซึ่งคิดแล้วก็เป็นช่วงคลื่นเพียงแคบ ๆ
เมื่อเทียบกับการทำงาน
ของอุปกรณ์ไวแสง ประเภทอื่น ๆ แต่ถึงอย่างไรแสงในช่วงคลื่นนี้
ก็มีอยู่ในแสงอาทิตย์ แสงจากหลอดไฟแบบไส้ และ แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ ด้วย หรือ
ถ้าจะคิดถึงความยาวคลื่น ที่ LDR
จะตอบสนองไวที่สุดแล้ว ก็มีอยู่หลาย ความยาวคลื่น โดยทั่วไป LDR
ที่ทำจากแคดเมียมซัลไฟด์ จะไวต่อแสงที่มีความยาวคลื่นในช่วง 5,000
กว่า อังสตรอม. ซึ่งเราจะเห็นเป็นสีเขียว ไปจนถึงสีเหลือง สำหรับ
บางตัวแล้ว ความ ยาวคลื่นที่ไวที่สุดของมันใกล้เคียงกับความยาวคลื่นที่ไวที่สุดของตาคนมาก
( ตาคนไวต่อความ ยาวคลื่น ประมาณ 5,550 อังสตรอม )
จึงมักจะใช้ทำเป็นเครื่องวัดแสง ในกล้องถ่ายรูป ถ้า LDR ทำจาก
แคดเมียมซีลิไนด์ก็จะไวต่อ ความ ยาวคลื่นในช่วง 7,000 กว่า
อังสตรอม ซึ่งไปอยู่ใน ช่วงอินฟราเรดแล้ว
ผลตอบสนองทางไฟฟ้า
อัตราส่วนระหว่างความต้านทานของ LDR ในขณะที่ไม่มีแสง
กับขณะที่มีแสง อาจจะเป็นได้ตั้งแต่ 100 เท่า 1,000 เท่า หรือ 10,000 เท่า แล้วแต่รุ่น
แต่โดยทั่วไปแล้วค่าความต้านทานในขณะที่ไม่มีแสงจะอยู่ในช่วง ประมาณ 0.5 MW ขึ้นไป ในที่มืดสนิทอาจขึ้นไปได้มากกว่า 2
MW และ ในขณะที่มีแสงจะเป็นประมาณ 10 - 20kW
ลง ไป อาจจะเหลือเพียงไม่กี่โอห์ม หรือ ไม่ถึงโอห์มก็ได้.
ทนแรงดันสูงสุดได้ไม่ต่ำกว่า 100 V และ กำลังสูญเสีย
อย่างต่ำประมาณ 50 mW
รูปที่ 3 ผลของการเปลี่ยนความเข้มแสงในทันทีทันใดกับ LDR
นอกเหนือจากลักษณะสมบัติต่างๆ
เหล่านี้แล้วยังมีอีกอย่างหนึ่งที่สำคัญ คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจากความ
เข้มแสดง เปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน ซึ่งจะดูตัวอย่างได้ในรูปที่ 3 ถ้า LDR ได้รับแสงที่มีความเข้มสูงดังเส้น ( ก ) ความต้านทานจะมีค่า ต่ำ และ
ในทันทีที่ความเข้มของแสงถูกลดลงหลือเพียงระดับอ้างอิง ความต้านทานก็จะค่อยๆ
เพิ่มขึ้นไปจนถึงค่าความต้านทาน ที่มันควรจะเป็นในระดับอ้างอิง.
แต่แทนที่มันจะไปหยุดอยู่ระดับอ้างอิง มันกลับ
เพิ่มเลยขึ้นไปอีกแล้วจึงจะลดลงมาอยู่ในระดับ อ้างอิง เหมือนกับว่า
เบรกมันไม่ค่อยดี และ ในทำนองเดียวกันถ้า เก็บมันไว้ในที่ความเข้มแสงน้อยๆ
แล้วเปลี่ยนความเข้มเป็นระดับ อ้างอิงทันที ดังในรูป (ข ) ความต้านทานก็จะลด
เลยต่ำลงมาจากระดับอ้างอิงแล้วจึงขึ้นไปใหม่ ยิ่งความเข้มของแสงเท่ากัน LDR
แบบแคดเมียมซีนิไนด์ จะใช้เวลา
ในการเข้าสู่สภาวะที่มันควรจะเป็นน้อยกว่า แบบ แคดเมียมซัลไฟต์
แต่ก็จะวิ่งเลยไปไกลกว่าด้วย และ อีกอย่างหนึ่ง
ความเร็วในการเปลี่ยนระดับความต้านทานจากค่าหนึ่งไปอีกค่า
หนึ่งช้ามาก.
ซึ่งจะอยู่ในช่วงของมิลลิวินาทีหรือ บาง ทีก็เป็นวินาที เลย จึงทำให้ LDR ใช้ได้ กับงานความถี่ต่ำๆ
เท่านั้น
ทำเป็นเครื่องวัดแสง
ในรูปที่ 4 เป็นวงจรเครื่องวัดแสงแบบง่ายจริงๆ
LDR ที่ใช้ก็ควรจะมีอัตราส่วนของค่าความต้านทาน
ระหว่างไม่มีแสง กับมีแสงมากๆ หน่อย เวลาใช้ต้องระวังอย่าให้เข็มมิเตอร์ตีเกินสเกล
ของแพงมาเสียง่ายๆ อย่าง นี้มันน่าเจ็บใจตัวเอง
รูปที่ 4 เครื่องวัดแสงแบบง่ายที่สุด
อีกวงจรหนึ่งในรูปที่ 5 เป็นวงจรที่ดัดแปลงให้ดีขึ้นแล้วโดยเอาออปแอมป์เบอร์
741 เข้ามาช่วยทำให้ไวขึ้น มาก จะเอา
ดิจิตอลมัลติมิเตอร์มาต่อแทนแบบเข็มก็ได้ แต่ต้องระวังแสงจาก LED จะไปกวนการทำงานของ LDR
รูปที่ 5 วงจรเครื่องวัดแสงที่ปรับปรุงขึ้นแล้ว
สวิตซ์ทำงานด้วยแสง
การใช้ LDR ทำงานในวงจรปิดเปิดสวิตซ์ เราก็ จะใช้เพียง 2
อย่างเท่านั้น คือ มีแสง หรือ ไม่มีแสง. โดย ทั่วไปเราจะ
ใช้วิธีเอามาอนุกรมกับตัวต้านทานตัวหนึ่ง แล้วต่อเป็นวงจรแบ่งแรงดันออกมาตามรูปที่
6 อย่างในรูป ( ก ) จะทำงานดังนี้ คือ ถ้ามีแสงสว่าง LDR
จะมีความต้านทานต่ำ ทำให้แรงดันส่วนใหญ่มาตกคร่อม R 1
เสียหมด แรงดันเอาต์พุต
จึงสูงเกือบเท่า แรงดันไฟเลี้ยง และ ถ้าไม่มี แสง LDR จะมีความต้านทานสูง แรงดันส่วนใหญ่จะ
ไปตกที่ LDR แรงดันเอาต์พุต จึงเกือบเป็น 0 โวลต์
รูปที่ 6 หลักการใช้ LDR ในวงจรปิดเปิดสวิตซ์
ในรูปที่ 6 ( ข ) วงจรจะทำงาน ในทางตรงข้าม
เพียงแต่สลับที่ระหว่าง LDR กับ R 1 เวลามีแสงสว่าง
เอาต์พุตก็จะเกือบ เป็น 0 โวลต์
เวลาไม่มีแสงสว่างเอาต์พุตก็เกือบเท่าแรงดันไฟเลี้ยงจะเห็นได้ว่ากลับกับกรณีแรก
รูปที่ 7 ตัวอย่างวงจรควบคุมสวิตซ์โดยรีเลย์จะทำงานเมื่อไม่มีแสงสว่าง
ทั้ง 2 กรณี
จะมีวงจรที่ต่อออกไปสำหรับจับสัญญาณว่ามีแสงสว่างหรือไม่. แล้วนำไปควบคุมสวิตช์
อีกทีให้ ทำงานใน กรณีที่ต้องการ. ในรูปที่ 7 เป็นตัวอย่างวงจรซึ่งรีเลย์จะทำงานเมื่อไม่มีแสงสว่าง
ซึ่งถ้าเราไม่ต้องการแบบนี้ และ อยากให้รีเลย์ ทำงาน
เมื่อมีแสงสว่างก็เพียงแต่สลับที่ระหว่าง LDR กับความต้านทานปรับค่าได้
100 kW เท่านั้น
รูปที่ 8 วงจรเตือนภัยเป็นเสียงเมื่อมีแสงสว่างกระทบ LDR
ในรูปที่ 8 ก็เป็น
ตัวอย่างวงจรอีกอันหนึ่งทำงานเมื่อมีแสงสว่าง ตัวอย่างอื่นๆ ก็ได้แก่
วงจรจับควันไฟ , วงจรกะพริบ
เพื่อความปลอดภัยเมื่อมีรถยนต์แล่นผ่านมา. ซึ่งโดยหลักการแล้วไม่ยาก
คงจะนำไปดัดแปลงใช้กันได้
ใช้ LDR ตลอดช่วง
รูปที่ 9 ตัวอย่างวงจรเปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นสัญญาณเสียง
นอกจากวงจรเครื่องวัดแสง
ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในการประยุกต์ LDR ให้ใช้งานแบบทุกช่วงการเปลี่ยนแปลงแล้ว ยังมีคน
ดัดแปลงไปใช้ในวงจรอื่นๆ อีก เช่น วงจรแปลงสัญญาณอะนาลอก เป็นสัญญาณดิจิตอล
เพื่อเชื่อมต่อส่วนที่เป็น วงจรอะนาล็อก
ให้ส่งสัญญาณผ่านเข้าไปทำงานในวงจรดิจิตอลได้ ดังเช่น รูปที่ 9 เป็นวงจรแปลงระดับความเข้มแสง ซึ่งเป็นสัญญาณ
อะนาล็อกให้ออกมาเป็นจำนวนลูกคลื่นสี่เหลี่ยม ยิ่งความเข้มแสงมากเท่าไหร่
จำนวนลูกคลื่น สี่เหลี่ยมก็จะยิ่งออกมามากเท่านั้น วงจรนี้ ใช้ไอซี 555 ความถี่ของคลื่นที่ออกมาจะได้ประมาณ 22kHz ถ้าเอาไป
รับแสงใกล้ๆ หลอดไฟขนาด 60 วัตต์ แต่จะ เหลือเพียงประมาณ 1Hz
ในที่มืด ถ้าเอาลำโพงอนุกรมกับตัวต้านทาน 220W ไปต่อเข้ากับขา 3 และ ไฟบวกก็จะได้ยินเสียง สูงๆ
ต่ำๆ ตามความเข้มของแสง
ลองดูก็ได้คงจะสนุกไม่เลว และ ตัวอย่างอีกอันหนึ่งจะเห็นได้ในรูปที่ 10 เป็นวงจรเปิด - หรี่ -
ปิดไฟ ซึ่งจะควบคุมให้หลอดไฟสว่างขึ้นในขณะ
ที่แสงสว่างของสภาพแวดล้อมลดลงเป็นตัวอย่างที่ดีเหมือนกัน
รูปที่ 10 วงจรเปิด-หรี่-ปิดไฟ
Cr. http://www.mwit.ac.th/~ponchai/CAI_electronics/image/LDR.HTM
การแสดงค่าความเข้มของแสงด้วย LED
อุปกรณ์ที่ใช้
1. โฟโต้บอร์ด 1 บอร์ด
2. LDR 1 ตัว
3. บอร์ด Arduino 1 บอร์ด
4. ตัวต้านทาน 10 k
5. ตัวต้านทาน 220𝛀 4 ตัว
6. สายไฟ ผู้ - ผู้ 8 เส้น
8. ไฟ LED 4 ดวง
รูปวงจร
Code
int LED1 = 2;
int LED2 = 3;
int LED3 = 4;
int LED4 = 5;
void setup() {
// initialize serial communication:
Serial.begin(9600);
pinMode (LED1,OUTPUT);
pinMode (LED2,OUTPUT);
pinMode (LED3,OUTPUT);
pinMode (LED4,OUTPUT);
}
void loop() {
// read the sensor:
int sensorReading = analogRead(A0);
// map the sensor range to a range of four options:
int range = map(sensorReading, sensorMin, sensorMax, 0, 3);
// do something different depending on the range value:
switch (range) {
case 0: // your hand is on the sensor
Serial.println("dark");
digitalWrite (LED1,HIGH);
digitalWrite (LED2,LOW);
digitalWrite (LED3,LOW);
digitalWrite (LED4,LOW);
break;
case 1: // your hand is close to the sensor
Serial.println("medium");
digitalWrite (LED2,HIGH);
digitalWrite (LED3,LOW);
digitalWrite (LED1,LOW);
digitalWrite (LED4,LOW);
break;
case 2: // your hand is a few inches from the sensor
Serial.println("dim");
digitalWrite (LED3,HIGH);
digitalWrite (LED1,LOW);
digitalWrite (LED2,LOW);
digitalWrite (LED4,LOW);
break;
case 3: // your hand is nowhere near the sensor
Serial.println("bright");
digitalWrite (LED4,HIGH);
digitalWrite (LED2,LOW);
digitalWrite (LED3,LOW);
digitalWrite (LED1,LOW);
break;
}
delay(1); // delay in between reads for stability
}
วงจรนี้เป็นวงจรการแสดงค่าความเข้มของแสงด้วย LED โดยที่ถ้าแสงเป็น dark ไฟดวงที่1ติด ถ้าเป็น medium ไฟดวงที่ 2 จะติดดวงที่1 ดับ ถ้าเป็น dim ไฟดวงที่ 3 ติด ดวงที่ 1และ2 ดับ ถ้าเป็น bright ไฟดวงที่ 4จะติด ดวงที่ 1, 2, 3 ดับ
วิดีโอประกอบ
การแสดงค่าความเข้มของแสงด้วย 7_Segment
อุปกรณ์ที่ใช้
1. โฟโต้บอร์ด 1 บอร์ด
2. LDR 1 ตัว
3. บอร์ด Arduino 1 บอร์ด
4. ตัวต้านทาน 10 k
5. ตัวต้านทาน 220𝛀 1 ตัว
6. สายไฟ ผู้ - ผู้ 11 เส้น
รูปวงจร
Code
const int sensorMin = 0;
const int sensorMax = 600;
int LED2=2;
int LED3=3;
int LED4=4;
int LED5=5;
int LED6=6;
int LED7=7;
int LED8=8;
int LED9=9;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(LED2,OUTPUT);
pinMode(LED3,OUTPUT);
pinMode(LED4,OUTPUT);
pinMode(LED5,OUTPUT);
pinMode(LED6,OUTPUT);
pinMode(LED7,OUTPUT);
pinMode(LED8,OUTPUT);
pinMode(LED9,OUTPUT);
}
void loop() {
int sensorReading = analogRead(A0);
int range = map(sensorReading, sensorMin, sensorMax, 0, 3);
switch (range) {
case 0:
Serial.println("dark");
digitalWrite(LED2, LOW);
digitalWrite(LED3, LOW);
digitalWrite(LED4, LOW);
digitalWrite(LED5, LOW);
digitalWrite(LED6, LOW);
digitalWrite(LED7, LOW);
digitalWrite(LED8, LOW);
digitalWrite(LED9, HIGH);
break;
case 1: // your hand is close to the sensor
Serial.println("dim");
digitalWrite(LED2, HIGH);
digitalWrite(LED3, HIGH);
digitalWrite(LED4, LOW);
digitalWrite(LED5, LOW);
digitalWrite(LED6, LOW);
digitalWrite(LED7, HIGH);
digitalWrite(LED8, HIGH);
digitalWrite(LED9, HIGH);
break;
case 2: // your hand is a few inches from the sensor
Serial.println("medium");
digitalWrite(LED2, LOW);
digitalWrite(LED3, LOW);
digitalWrite(LED4, HIGH);
digitalWrite(LED5, LOW);
digitalWrite(LED6, LOW);
digitalWrite(LED7, LOW);
digitalWrite(LED8, HIGH);
digitalWrite(LED9, LOW);
break;
case 3: // your hand is nowhere near the sensor
Serial.println("bright");
digitalWrite(LED2, HIGH);
digitalWrite(LED3, LOW);
digitalWrite(LED4, LOW);
digitalWrite(LED5, LOW);
digitalWrite(LED6, LOW);
digitalWrite(LED7, LOW);
digitalWrite(LED8, HIGH);
digitalWrite(LED9, LOW);
break;
}
delay(1); // delay in between reads for stability
}
คำอธิบายวงจร
วงจรนี้เป็นวงจรการแสดงค่าความเข้มของแสงด้วย 7 segment เป็นตัวเลข 0-3 โดยที่ถ้าแสงเป็น dark จะเป็นเลข 0 ถ้าเป็น medium จะเป็นเลข 1 ถ้าเป็น dim จะเป็นเลข 2 ถ้าเป็น bright จะเป็นเลข 3
