มาทำวงจรเปิดปิด LED ด้วย Sensor LDR กันเถอะ ตอนที่ 1

วันนี้จะขอพูดถึงบทความ Electronic พื้นฐาน ๆ กันหน่อยครับ เพราะว่าบทความนี้เจ้าของบล็อกต้องเขียนให้สำหรับคนที่ยังไม่ค่อยรู้เรื่อง elec มากนัก ดังนั้นในบทความนี้เจ้าของบล็อกจะไม่พูดถึงเนื้อหาที่ดูลึกเกินไป จะพูดแค่ concept และวิธีเลือกคำนวณอุปกรณ์ electronic เพื่อทำวงจรนี้กันนะครับ :)  //การต่อวงจรจริง ๆ จะไปอยู่ตอน 2 นะ

อันดับแรกเจ้าของบล็อกขอพูดถึงตัว comparator กันก่อนเลยนะครับว่ามันคืออะไร เจ้าตัว comparator เนี่ย ตามชื่อเลยนะครับก็คือตัวเปรียบเทียบ เปรียบเทียบอะไร? ตัว comparator ตัวนี้จะทำการเปรียบเทียบแรงดันของ 2 แรงดันที่ป้อนเข้ามาให้กับตัว comparator ที่ output ของ comparator จะมีอยู่ 2 สถานะด้วยกันก็คือมีไฟกับไม่มีไฟหรือ 0 กับ 1 นั่นแหละ สิ่งที่จะทำให้มันออกมา 0 หรือ 1 ได้ มันก็ขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบ input ของทั้ง 2 ค่า

โดยหลักการแล้ว Input ทั้ง 2 ค่านั้นเจ้าของบล็อกจะให้แรงดันมาจาก Sensor กับแรงดัน Reference หรือก็คือแรงดันอ้างอิงที่จะเอามาเปรียบเทียบกับแรงดัน sensor ตรงนี้อาจจะยังไม่เข้าใจ ให้ผู้อ่านดูภาพประกอบ

จะเห็นได้ว่าตอนนี้แรงดัน sensor เจ้าของบล็อกให้อยู่ต่ำกว่าแรงดัน reference เพราะว่าอะไร? เงื่อนไขที่ output ของ comparator จะเป็น 1 ได้คือแรงดัน input จาก sensor ต้องมากกว่าแรงดัน reference แล้วจะทำยังไงให้แรงดันจาก sensor มากกว่าแรงดัน reference ตามหัวข้อของบทความนี้เราจะใช้ Sensor LDR ซึ่งถ้ายิ่งมืดแรงดันก็จะยิ่งเพิ่ม ถ้ายิ่งสว่างแรงดันก็จะน้อย เพราะงั้น จะทำให้ output ของ comparator เป็น 1 ได้เราต้องทำให้แสงรอบ ๆ LDR มันน้อย ๆ หรือไม่ก็เอานิ้วไปกดตัว LDR เลย 

เมื่อเอานิ้วเข้าไปกดตัว LDR ก็จะเห็นว่าแรงดันตรง LDR ได้เพิ่มขึ้นจนค่ามากกว่าแรงดัน reference แล้ว และ output ของ comparator ก็จะจ่ายแรงดันออกมา

เวลาเราต่อแรงดันของ Input ทั้ง 2 ตัวเจ้าของบล็อกจะกำหนดให้ขาลบ (-) ของ comparator เป็นแรงดันที่ได้จาก reference และขาบวก (+) ของ comparator ก็เป็นแรงดันที่ได้จาก sensor จากรูปตอนนี้ สมมติว่าเจ้าของบล็อกกด sensor LDR อยู่ ก็จะทำให้แรงดันที่ได้จาก sensor สูงขึ้นจนทำให้มีค่ามากกว่าแรงดัน reference เลยทำให้ output จ่ายแรงดันไฟ 5v ออกมา และในทางกลับกันถ้าแรงดันที่ sensor น้อยกว่า reference ที่ output ก็จะจ่ายแรงดัน 0v ออกมา หรือไม่จ่ายไฟนั่นเอง

อ้าาาห์ ถึงตรงนี้น่าจะพอเดาออกกันแล้วมั้ง ว่าเราจะเปิดปิด LED ยังไง เมื่อมีแสงมากแสงน้อย ผ่านย่อหน้านี้ไปเจ้าของบล็อกจะอธิบายเกี่ยวกับการคำนวณว่าจะใช้อุปกรณ์ electronic ยังไงบ้าง

 เอาละเรามาเริ่มกันเถอะ สิ่งที่เจ้าของบล็อกอยากจะบอกผู้อ่านก็เลยนะครับ มีใครจำได้มั่งว่าการต่อตัวต้านทานอนุกรมกันจะมีไรเกิดขึ้น.. ติ๊กตอก ติ๊กตอก..  เวลาเราต่อตัวต้านทานแบบอนุกรมสิ่งที่มันเกิดขึ้นคือกระแสจะไหลผ่านตัวต้านทานแต่ละตัวเท่ากันหมด แต่นั่นไม่ใช่ประเด็นที่เราต้องการเอามาใช้ สิ่งที่เป็นประเด็นคือ เวลาต่ออนุกรมกัน แรงดันที่ตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวจะไม่เท่ากัน ถ้าค่าความต้านทานสูงแรงดันที่ตกคร่อมก็จะยิ่งเยอะ กลับกันถ้าค่าความต้านทานน้อยแรงดันตกคร่อมที่ตัวต้านทานตัวนั้นก็จะน้อยลงตามด้วย

ถ้าเจ้าของบล็อกจับ LDR มาต่ออนุกรมกับ R ละ สิ่งที่มันจะเกิดขึ้นคือ แรงดันที่ตกคร่อม LDR มันจะเปลี่ยนแปลงตลอดถูกต้องมั้ย.. เพราะว่าค่าความต้านทานของ LDR มันขึ้นอยู่กับค่าแสง เพราะฉนั้นถ้ายิ่งมืด ค่าความต้านทานก็จะสูง และแรงดันที่ตกคร่อม LDR ก็จะเยอะด้วย

 

เหมือนกับกราฟนี้ที่เจ้าของบล็อกเอามือไปปิด LDR แสงมันเลยน้อย แล้วทำให้ค่าความต้านทานภายใน LDR มันเยอะขึ้น และเมื่อความต้านทานเยอะขึ้นทำให้แรงดันที่ตกคร่อมตัวมันเยอะขึ้นด้วย แรงดันที่ออกมาก็เลยสูง

จากที่เจ้าของบล็อกได้พูด ๆ มา มันสรุปเป็นสูตรสั้น ๆ ในการหาแรงดันที่ตกคร่อม R2 ตรงจุด Vout ที่ไม่ต้องหาค่ากระแสมาคำนวณด้วยเลย และสูตรนั้นก็ตามรูปเลย เวลาเราคำนวณออกมาแรงดันจะไม่เกิน Vsupply อย่างแน่นอน

อันนี้เป็นตัวอย่างที่เจ้าของบล็อกคำนวณมาให้ดูกันนะครับ ถ้าเราเอาค่าความต้านทานตามในรูป Vout ที่เราหาได้ก็จะเป็น 3.47v ถ้าเกิดมีอุปกรณ์อยู่สามารถเอามัลติมิเตอร์วัดแรงดันคร่อมที่ตัวต้านทาน R2 ก็จะได้แรงดันออกมาอยู่ที่ประมาณ 3.47v

ถึงตรงนี้สำหรับผู้อ่านที่ยังไม่มีพื้นฐาน อาจจะยังงง ๆ ปวดหัวกันบ้าง ที่เจ้าของบล็อกต้องพูดเรื่องนี้ก่อนเพราะว่า จะได้คำนวณหาค่าแรงดันที่เหมาะสมก่อนที่จะต่อวงจรจริง

แล้วเราจะใช้ค่าความต้านทานกับวงจรนี้เท่าไหร่ดี ?
ถึงตรงนี้เราต้องมีการแก้สมาการกันนิดหน่อย สำหรับวงจรนี้เจ้าของบล็อกใช้ไฟเลี้ยงวงจร 3.3v แล้วก็มี LDR ตัวนึงซึ่งเจ้าของบล็อกวัดค่าความต้านทานมัน ได้ค่าความต้านทาน 2500 ohm ในสภาพแสงปกติ เจ้าของบล็อกอยากให้มันมีแรงดันตกคร่อมที่ตัวมันประมาณ 1.5v ที่สภาพแสงปกตินี้ ต่อมาเราก็แทนค่าตัวแปรตามรูปข้างล่างนี้

เมื่อแทนค่าในสูตรแล้วปรากฎว่าตอนนี้คือเรายังไม่รู้ว่า R1 จะมีค่าเป็นเท่าไหร่ จึงต้องแก้สมาการหาค่า R1 จนได้มาเป็นค่าในรูปด้านล่างนี้

 

เอาละตอนนี้เราก็ได้ค่าแรงดันจาก sensor เรียบร้อยแล้ว (ได้ 1 input แล้วว้อยยย ฮ่า ๆ)

ยังเหลือแรงดันจาก reference อีก แต่วิธีการหาค่าก็จะใช้วิธีแบบเดียวกัน เพราะงั้นถ้าเข้าใจตรงนี้ได้ หาค่าแรงดัน reference ก็จะไม่ยากเลย ถึงตรงนี้ก็พักสมองสำหรับผู้อ่านที่ยังไม่มีพื้นฐานนะครับ ถ้ายังไม่เข้าใจยังไงก็ลองอ่านทบทวนใหม่ดู หรือไม่เข้าใจยังไงคอมเม้นในบทความนี้ได้เลยนะครับ ในบทความหน้าเจ้าของบล็อกจะให้ผู้อ่านลองหาแรงดัน reference แล้วก็การต่อวงจรกัน