๊Unit 8 Opto Electronic

ก คำนำ เอกสารประกอบการสอน หน่วยที่ 8 เรื่องอุปกรณ์ออปโต้อิเล็กทรอนิกส์ วิชางานพื้นฐาน วงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ รหสั วชิ า 30105-0003 โดยเนื้อหาสอดคล้องและครบถว้ นสมบูรณ์ตามคำอธิบาย รายวิชาในหลกั สูตรประกาศนยี บัตรวชิ าชพี ช้ันสงู (ปวส.) พุทธศกั ราช 2563 ประเภทวชิ าอตุ สาหกรรม สาขาวิชาอิเลก็ ทรอนิกส์ ภายในเนอื้ หาบทเรียน ประกอบด้วย ลกั ษณะโครงสร้างของอุปกรณ์ออปโต้ อิเล็กทรอนิกส์ สัญลักษณ์ของอุปกรณ์ออปโตอ้ ิเล็กทรอนกิ ส์ การวัดและทดสอบของอุปกรณ์ออปโต้ อเิ ล็กทรอนกิ ส์ และ วงจรใชง้ านของอปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนกิ ส์ สันตภิ าพ มะสะ ผจู้ ัดทำ

สารบัญ ข หน่วยที่ 8 อุปกรณอ์ อปโต้อิเลก็ ทรอนิกส์ หน้า จุดประสงค์เชงิ พฤติกรรมและสาระการเรยี นรู้ โฟโต้ไดโอด 339 โฟโต้ทรานซสิ เตอร์ 340 โฟโต้ดารร์ ิงตันทรานซสิ เตอร์ 342 แอลดีอาร์ 343 ออปโตค้ ัปเปลอร์ 344 การวดั และทดสอบอปุ กรณ์ออปโต้อเิ ล็กทรอนิกส์ 347 วงจรใช้งานของอปุ กรณอ์ อปโตอ้ ิเลก็ ทรอนิกส์ 350 บทสรุป 351 แบบฝกึ หัด 354 เอกสารอ้างองิ 355 358

339 ใบความรทู้ ี่ 8 หนว่ ยที่ 8 รหัสวชิ า 30105-0003 ชอื่ วิชา งานพืน้ ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครง้ั ที่ 16-17 ชอ่ื หน่วย อปุ กรณอ์ อปโต้อิเลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 10 ชว่ั โมง ช่อื เรือ่ ง : อปุ กรณอ์ อปโต้อเิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ชัว่ โมง จดุ ประสงค์เชิงพฤตกิ รรม 1. บอกลกั ษณะโครงสร้างของอปุ กรณอ์ อปโต้อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ได้ 2. บอกสัญลกั ษณข์ องอุปกรณอ์ อปโต้อิเล็กทรอนิกส์ได้ 3. บอกวิธกี ารวัดและทดสอบอปุ กรณอ์ อปโตอ้ เิ ล็กทรอนิกส์ได้ 4. บอกการใชง้ านของอุปกรณ์ออปโต้อเิ ล็กทรอนิกส์ สาระการเรยี นรู้ 1. โฟโต้ไดโอด 2. โฟโตท้ รานซิสเตอร์ 3. โฟโต้ดาร์ริงตนั ทรานซสิ เตอร์ 4. แอลดอี าร์ 5. ออปโต้คัปเปลอร์ 6. การวดั และทดสอบอปุ กรณ์อปุ กรณอ์ อปโตอ้ ิเลก็ ทรอนกิ ส์ 7. วงจรใช้งานของอุปกรณ์อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนกิ ส์

340 ใบความรู้ท่ี 8 หน่วยที่ 8 รหสั วชิ า 30105-0003 ช่ือวิชา งานพน้ื ฐานวงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ สอนครัง้ ที่ 16-17 ชอื่ หน่วย อปุ กรณอ์ อปโตอ้ เิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 10 ช่ัวโมง ช่อื เรอ่ื ง : อุปกรณอ์ อปโตอ้ เิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 4 ชว่ั โมง อุปกรณ์ออปโต้อิเล็กทรอนิกส์ เป็นการศึกษาและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สร้าง ตรวจจับ และควบคุมแสง โดยปกติแล้ว จะถือเป็นสาขาย่อยของโฟตอนิกส์ แสง มักจะรวมถึงรังสีที่มองไม่เห็น อย่างรงั สแี กมมารังสเี อก็ ซ์, รังสีเหนือม่วง และรังสีใต้แดงดว้ ย อุปกรณ์โฟโต้ (Photo Device) เป็นอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์ ประเภทสารก่ึงตัวนำท่ีเก่ียวข้องกับแสง และมีความไวตอ่ แสงชนิดหนงึ่ อปุ กรณ์กลุ่มนี้ จะมหี ลากหลายชนิด เชน่ โฟโต้ไดโอด, โฟโตท้ รานซสิ เตอร์, โฟโต้ ดาร์ริงตันทรานซิสเตอร์ 8.1 โฟโต้ไดโอด โฟโตไ้ ดโอด (Photo Diode) เป็นอปุ กรณ์ไวแสงชนิดหน่ึง ทีป่ ระกอบดว้ ย รอยต่อสารกงึ่ ตัวนำพี (P) และสารกงึ่ ตัวนำชนิดเอ็น (N) รอยต่อจะถูกหอ่ หุ้มด้วยวัสดทุ แ่ี สงสามารถผ่านได้ เช่น กระจกใส โฟโตไ้ ดโอด จะเปน็ ตวั รบั แสง เมอื่ มีแสงตกกระทบมาก กระแสจะไหลมาก โดยโฟโตไ้ ดโอด จะตอ้ ง ได้รับไบอัสตรงด้วย แต่กระแสทไี่ หลมปี ริมาณน้อย เมือ่ เทยี บกบั แสง จงึ จะต้องมกี ารขยายด้วยทรานซสิ เตอร์ก่อน ก็จะกลายเปน็ โฟโต้ทรานซสิ เตอร์ หรอื โฟโต้ดาร์ริงตันทรานซิสเตอร์ ซง่ึ มกี ระแสไหลมากกว่า ภาพที่ 8-1 รูปร่างของโฟโตไ้ ดโอด

341 ใบความร้ทู ่ี 8 หน่วยที่ 8 รหัสวิชา 30105-0003 ชื่อวิชา งานพืน้ ฐานวงจรอิเล็กทรอนกิ ส์ สอนครั้งท่ี 16-17 ชอ่ื หน่วย อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 10 ชัว่ โมง ชื่อเรื่อง : อุปกรณอ์ อปโต้อิเล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ช่ัวโมง โฟโตไ้ ดโอด จะมอี ยู่ 2 แบบ คอื แบบท่ตี อบสนองต่อแสงทเี่ รามองเหน็ และแบบทต่ี อบสนองต่อแสง ในยา่ นอินฟาเรด ในการใชง้ านจะต้องตอ่ โฟโตไ้ ดโอดในลักษณะไบอสั กลบั โฟโตไ้ ดโอด จะยอมใหก้ ระแสไหลผ่านได้มากหรือน้อย ขนึ้ อยูก่ ับปริมาณความเขม้ ของแสง เมือ่ โฟโต้ ไดโอดได้รับไบอัสกลับ (Reverse Bias) และ มีแสง ตกกระทบที่บรเิ วณรอยต่อ ถ้าแสงท่ีมาตกกระทบมคี วามยาว คล่นื แลมดา้ () ท่ีเหมาะสมจะมีกระแสไหลในวงจร โดยกระแสท่ีไหลในวงจร จะแปรผกผนั ความเข้มของแสงที่ มาตกกระทบ ลักษณะทัว่ ไปขณะไบอัสตรง (Forward Bias) จะยังคงเหมือนกับไดโอดธรรมดาคือยอมให้กระแส ไหลผา่ นได้ K K N  R  ชว่ งดพี ลชี ัน่ K A P N A A ภาพที่ 8-2 สญั ลักษณ์ โครงสร้าง และ การไบอสั โฟโต้ไดโอด โฟโตไ้ ดโอด เม่ีอเทยี บกับแอลดีอาร์ (LDR) หรอื ตวั ต้านทานที่แปรคา่ ตามแสง แลว้ โฟโตไ้ ดโอด มีการ เปลี่ยนแปลงค่าความตา้ นทานตอ่ แสงเร็วกว่าแอลดอี าร์ (LDR) มาก จึงนิยมนำไปประยกุ ต์งานในวงจรท่ีต้องการ ความเร็วสูง เช่น เครื่องนบั ส่ิงของ, ตวั รบั รีโมทคอนโทรล, วงจรกนั ขโมยอนิ ฟราเรด เนื่องจาก โฟโต้ไดโอด ให้ค่าการเปลยี่ นแปลงของกระแสต่อแสงต่ำ คอื อยใู่ นช่วง 1-10 A เท่าน้ัน ดงั นน้ั การใช้งานของโฟโตไ้ ดโอด จึงตอ้ งมตี ัวขยายกระแสเพ่ิมเติม ผู้ผลติ จงึ หันมาใชท้ รานซสิ เตอร์เปน็ ตวั ขยาย เพิม่ เติมอยใู่ นตวั ถงั เดยี วกัน ซ่งึ เราเรียกว่า “โฟโต้ทรานซสิ เตอร์” (Photo Transistor)

342 ใบความรทู้ ่ี 8 หน่วยท่ี 8 รหสั วิชา 30105-0003 ช่อื วิชา งานพื้นฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนิกส์ สอนครั้งที่ 16-17 ช่อื หนว่ ย อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ลก็ ทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ช่ัวโมง ชือ่ เรือ่ ง : อปุ กรณ์ออปโต้อเิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 4 ชว่ั โมง 8.2 โฟโตท้ รานซสิ เตอร์ โฟโต้ทรานซิสเตอร์ (Photo Transistor) จะประกอบด้วย โฟโต้ไดโอด ซงึ่ จะตอ่ อย่รู ะหว่างขาเบสกับ ขาคอลเลคเตอรข์ องทรานซิสเตอร์ กระแสทเี่ กิดการเปลี่ยนแปลงของแสงจะถกู ขยายดว้ ยทรานซิสเตอร์ในการใช้งานโฟโตท้ รานซสิ เตอร์ รอยตอ่ ระหวา่ งเบส-อิมิเตอร์ จะต่อไบอัสตรง (Forward Bias) ส่วนรอยต่อระหวา่ งเบส-คอลเลคเตอร์ จะต่อไบอัส กลับ ทร่ี อยตอ่ นี้เองเปน็ ส่วนทีท่ ำให้เกดิ การเปลย่ี นค่ากระแสทข่ี ้นึ อยู่กับความเขม็ ของแสง C C C N IP ชว่ งดีพลชี ัน่ B B PB N IB IE E E E ภาพท่ี 8-3 สัญลกั ษณ์ โครงสร้างและวงจรสมมูลของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ เมื่อไบอสั กลับ (Reverse Bias) ทร่ี อยตอ่ ระหวา่ งเบส-คอลเลคเตอร์ และมแี สงมาตกกระทบที่บรเิ วณ รอยต่อ กระแสอนั เน่อื งจากแสง (Ip) จะถกู ขยายดว้ ยอตั ราการขยายของทรานซิสเตอร์ (IE) และถา้ ไบอสั ตรงท่ีขา เบสด้วยกระแสเบส (IB) จากภายนอกก็จะถูกขยายรวมกับกระแสเน่ืองจากแสง (IP) ด้วย ถา้ ให้ Ip = กระแสทเี่ กิดขึน้ เนอื่ งจากแสง IB = กระแสเบสที่มาจากภายนอก IE = กระแสอิมิตเตอร์ hfe = อัตราขยายของทรานซสิ เตอร์

343 ใบความร้ทู ่ี 8 หนว่ ยที่ 8 รหัสวิชา 30105-0003 ชอื่ วิชา งานพนื้ ฐานวงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ สอนครั้งท่ี 16-17 ชอื่ หนว่ ย อุปกรณ์ออปโต้อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชัว่ โมง ชอ่ื เร่ือง : อุปกรณ์ออปโต้อิเล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ชว่ั โมง จากสมการของทรานซิสเตอร์ คือ IC = hfe IB และ IE = IC + (IB  IP) จะได้ IE = (IP  IB ) (hfe + 1) จะเห็นได้ว่า กระแส IE เปลีย่ นแปลงตามกระแส IP ดว้ ยอัตราขยาย ถงึ hfe + 1 เท่า ซึ่งถ้า IP มีค่า เปล่ียนจาก 1 - 10 A และให้ hfe มีคา่ ประมาณ 100 จะได้คา่ IE เปล่ยี นแปลงจาก 100A ถึง 1 mA อัตราขยายกระแสย่งิ สงู จะทำใหผ้ ลตอบสนองทางแสงไวข้นึ คา่ hfe (อตั ราขยายของทรานซสิ เตอร์) สูงๆ จะต้องทำให้รอยต่อระหว่างเบสกับคอลเลคเตอร์ มีพื้นที่มาก แต่ก็ทำให้กระแสรั่วไหลสูงขึ้นด้วย เพราะ รอยตอ่ จะถกู ไบอสั กลับ (Reverse Bias) 8.3 โฟโต้ดาร์รงิ ตันทรานซิสเตอร์ โฟโตด้ าร์รงิ ตัน (Photo Darington Transistor) คือ โฟโต้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ตอ่ รวมกันในลกั ษณะ วงจรดารร์ ิงตัน คือ ต่อในลักษณะขาอมิ ติ เตอร์ของตวั หนึง่ จะตอ่ เขา้ ขาเบสของตวั ถัดไป ลักษณะการตอ่ เชน่ นี้ จะ ทำใหท้ รานซิสเตอร์ มอี ตั ราการขยายสูงข้ึนอีกมาก C C   B N BP N NP N E E ภาพที่ 8-4 สัญลักษณ์ โครงสร้างของโฟโต้ดาร์ริงตนั ทรานซสิ เตอร์

344 ใบความรู้ที่ 8 หน่วยท่ี 8 รหสั วิชา 30105-0003 ช่อื วชิ า งานพ้ืนฐานวงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ สอนคร้ังท่ี 16-17 ชื่อหน่วย อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 10 ชว่ั โมง ชอ่ื เร่อื ง : อปุ กรณอ์ อปโต้อิเล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ชั่วโมง 8.4 แอลดอี าร์ แอลดีอาร์ (LDR) ย่อมาจาก ไลท์ ดีเพนเดนท์ รีซิสเตอร์ (Light Dependent Resistor) บางที เรียกวา่ ตวั ตา้ นทานแปรค่าตามแสงหรอื ตัวต้านทานไวแสง คอื อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์ที่สามารถเปล่ียนแปลงค่า ความตา้ นทานดว้ ยความเข้มของแสง กลา่ วคือ เม่อื มแี สงมาตกกระทบกับหน้าสัมผัสของแอลดีอาร์ พลังงานแสง จะถูกถ่ายทอดให้กับสารที่ฉาบอยู่บนหน้าสัมผัสทำให้เกิดโฮล (Hold) กับอิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) เพิ่มขึ้น ซึ่งจะมีผลทำให้ค่าความต้านทานของแอลดีอาร์นั้น เกิดการเปลี่ยนแปลง โดยค่าความต้านทานของ แอลดอี าร์ จะแปรผกผนั กบั ความเขม้ ของแสงทม่ี าตกกระทบหน้าสัมผสั กลา่ วคอื ภาพท่ี 8-5 ส่วนรับแสงหรือหน้าสัมผัสของแอลดอี าร์ ถา้ ปรมิ าณความเข้มของแสงมคี ่ามาก คา่ ความตา้ นทานของแอลดอี าร์ จะลดตำ่ ลง โดยทั่วไป จะมีค่า ประมาณ 10-20 k ลงไป แต่ถ้ามีปริมาณความเข้มของแสงน้อยหรือไม่มีแสงเลยนั้น ค่าความต้านทานของ แอลดีอาร์ จะอยู่ในช่วงประมาณ 500 k ขึ้นไป จนเกือบจะมากกว่า 2 M ในขณะที่มืดสนิท แอลดีอาร์ ส่วนใหญ่ ทำมาจากสารกึ่งตัวนำจำพวกแคดเมี่ยมซัลไฟด์ หรือสารกึ่งตัวนำแคดเมี่ยมซิลิไนต์ ซึ่งสารทั้ง 2 ชนิด เป็นสารประเภทกึ่งตัวนำ โครงสรา้ งเป็นสที อง สำหรบั แอลดอี าร์ จะมขี อบเขตในการเปลย่ี นแปลงหรือตอบสนอง ค่อนข้างช้า ซ่ึงสารกงึ่ ตัวนำจะถกู ฉาบลงบนแผน่ ซรามิคที่ใชเ้ ปน็ ฐานรองต่อขาเพ่ือนำไปใช้งาน ซ่ึงใหผ้ ลตอบสนอง ตอ่ แสงไดด้ ีทีค่ วามยาวคลนื่ ประมาณ 4000 องศา A – 10000 A (องั สตรอม) ซ่งึ เป็นแถบแสง ทม่ี องเห็นได้พอดี

345 ใบความรทู้ ่ี 8 หนว่ ยท่ี 8 รหสั วิชา 30105-0003 ชอ่ื วชิ า งานพ้นื ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครง้ั ท่ี 16-17 ชือ่ หน่วย อุปกรณอ์ อปโต้อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชว่ั โมง ช่อื เรื่อง : อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 4 ชวั่ โมง สารตวั ต้านทานไวแสง กระป๋องโลหะ กระปอ๋ งหรอื พลาสติก สารตัวต้านทานไวแสง ขาต่อสำหรบั ใชง้ าน ภาพท่ี 8-6 โครงสรา้ ง รูปร่างและสัญลกั ษณข์ องแอลดีอาร์

346 ใบความรูท้ ่ี 8 หนว่ ยที่ 8 รหสั วิชา 30105-0003 ชอ่ื วชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สอนคร้งั ท่ี 16-17 ชื่อหน่วย อุปกรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชัว่ โมง ชื่อเร่อื ง : อปุ กรณ์ออปโต้อเิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 4 ช่ัวโมง ลักษณะการทำงานของแอลดีอาร์ (LDR) จะเห็นได้ว่า เมื่อแสงมีความเข็มมาก ๆ มาตกกระทบ จะ ทำให้ตัวมันนำกระแสไฟฟา้ ได้ดขี ึ้นเป็นผลใหค้ า่ ความต้านทานในตวั มนั ลดลง ข้อดีในการใช้งานของแอลดีอาร์ คือ มีความไวต่อแสงสูงราคาถกู และมีขนาดเล็กมีการเปลีย่ นแปลง ค่าได้กวา้ งแต่กย็ ังมขี อ้ เสยี เมอ่ื เทยี บกบั อปุ กรณร์ ับแสงอื่น ๆ คือ มีผลตอบสนองต่อความถ่ขี องแสงได้แคบ ผลการตอบสนองของแอลดีอาร์ ค่าความต้านทานของแอลดอี าร์ เสน้ อา้ งองิ (A) ความเขม้ แสงเพ่มิ ขนึ้ t (เวลา) (B) ความเขม้ แสงลดลง ภาพที่ 8-7 ผลการเปลย่ี นแปลงของแอลดีอาร์ เมอ่ื ได้รบั แสง เมื่อแอลดีอาร์ ได้รับแสงเพิ่มขึ้น (A) ความต้านทาน จะลดต่ำลงมาจากระดับของเส้นอ้างอิงแล้ว ค่อยๆ เพม่ิ ข้ึนไปใหม่ (B) เม่ือความเขม้ ของแสงลดลง ความตา้ นทานจะข้นึ เหนือเสน้ อา้ งอิง แล้วคอ่ ยๆ ลดลงมา จนเสน้ อ้างอิง ขอ้ ควรระวัง 1. ในการใช้มัลติมิเตอร์แบบอนาล็อกวัดแอลดีอาร์ ต้องอ่านค่าจากมัลติมิเตอร์ในขณะที่เข็มมัลติ มิเตอร์หยุดน่งิ จริง ๆ จงึ จะไดค้ ่าท่ถี ูกต้อง 2. ในการใช้อนาล็อกมัลติมิเตอร์วัดค่าความต้านทานของแอลดีอาร์ เมื่อเปลี่ยนสเกล จะต้องปรับ ตำแหนง่ ศนู ย์ (Zero Adjust) ก่อนทำการวัดทุกครั้ง

347 ใบความรู้ท่ี 8 หน่วยท่ี 8 รหสั วชิ า 30105-0003 ชือ่ วชิ า งานพื้นฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนคร้ังท่ี 16-17 ช่อื หนว่ ย อุปกรณ์ออปโต้อิเลก็ ทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชว่ั โมง ชอ่ื เร่ือง : อุปกรณอ์ อปโตอ้ เิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 4 ช่วั โมง 8.5 ออปโตค้ ัปเปลอร์ ออปโต้คัปเปลอร์ (OPTO COUPLER) หรือ อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง (OPTO-ISOLATOR) เป็น อุปกรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์ทีใ่ ช้การเช่อื มตอ่ กันทางแสง โดยใชห้ ลกั การเปลีย่ นสัญญาณไฟฟา้ เป็นแสง และเปล่ียนจาก สัญญาณแสงเปน็ สัญญาณไฟฟา้ ตามเดิม ใช้สำหรับการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่าง 2 วงจร ที่ต้องการแยกกันทาง ไฟฟา้ อยา่ งเด็ดขาด เพ่ือปอ้ งกนั การรบกวนกนั ทางไฟฟ้า แบง่ ออกเป็นหลายชนดิ แต่ละชนดิ จะประกอบด้วย LED ทำหน้าท่ีส่งแสง ซึ่งปกติ จะเป็นชนิดอินฟราเรด และตัวรับแสง จะเป็นอุปกรณ์จำพวกโฟโต้ต่าง ๆ เช่น โฟโต้ ทรานซสิ เตอร์หรอื โฟโตไ้ ดโอด โดยจะถูกผลติ ใหอ้ ยรู่ วมในถงั เดยี วกนั ภาพท่ี 8-8 รปู รา่ งของออปโตค้ ัปเปลอร์

348 ใบความรทู้ ี่ 8 หนว่ ยที่ 8 รหสั วิชา 30105-0003 ช่ือวิชา งานพน้ื ฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สอนครัง้ ที่ 16-17 ชื่อหนว่ ย อปุ กรณ์ออปโต้อิเลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 10 ช่วั โมง ชื่อเรื่อง : อปุ กรณอ์ อปโต้อิเล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ชว่ั โมง โครงสรา้ งของออปโตค้ ปั เปลอร์ โครงสรา้ งของอุปกรณ์เชอ่ื มตอ่ ทางแสง จะเหมือนกันกบั อปุ กรณป์ ระเภทโฟโต้ แต่จะเพม่ิ อปุ กรณ์ ส่งแสงอินฟราเรด คอื ไดโอดเปลง่ แสงอินฟราเรดเข้าไปทางดา้ นอินพตุ ภาพที่ 8-9 โครงสร้างของออปโตค้ ัปเปลอร์

349 ใบความรูท้ ี่ 8 หนว่ ยท่ี 8 รหสั วิชา 30105-0003 ชือ่ วชิ า งานพ้นื ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนคร้งั ที่ 16-17 ช่อื หนว่ ย อุปกรณ์ออปโต้อเิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชัว่ โมง ชือ่ เร่ือง : อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ช่ัวโมง อปุ กรณ์เชอื่ มตอ่ ทางแสง ถกู สร้างขึน้ ในรูปของไอซี 6 ขา ปิดทบึ ภายใน ด้านอินพุต จะเป็นแอลอีดี อินฟราเรด (LED Infrared) ส่วนทางด้านเอาท์พตุ นัน้ จะเป็นอปุ กรณป์ ระเภทโฟโต้ชนดิ ต่าง ๆ เช่น โฟโต้ไดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ โฟโต้ไตรแอค สัญลักษณ์ของออปโต้คัปเปลอร์ ออปโตท้ รานซิสเตอร์ ออปโต้ไดโอด ออปโตไ้ ตรแอค ออปโต้ไดแอค ภาพที่ 8-10 สญั ลักษณ์ของออปโต้คัปเปลอรช์ นิดตา่ ง ๆ หัวใจสำคัญของอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง คือ “Current Transfer Ratio : CTR’’ หมายถึง อัตรา ส่วนระหวา่ งกระแสอินพุต (Iin) ต่อกระแสเอาท์พุต (Iout) ดงั นัน้ สามารถเขยี นเป็นสมการไดด้ ังน้ี CTR = Iin / Iout จากทฤษฎีตามหลักการที่กล่าวมา การแยกอุปกรณ์เชือ่ มตอ่ ทางแสงไปใช้งาน ส่วนใหญ่จะเป็นการ แยกวงจรทางไฟฟ้าประเภทใช้แรงไฟต่ำ (Low Voltage Circuit) กับใช้แรงไฟสูง (High Voltage Circuit Control) ขอ้ ควรระวัง การต่อไอซีออปโต้ไปใชง้ าน จะตอ้ งตอ่ ตวั ตา้ นทานอนุกรมกับแอลอีดี (LED) ทุกคร้ัง เพอื่ เปน็ การปอ้ งกนั แอลอดี ี (LED) ขาด

350 ใบความรูท้ ่ี 8 หนว่ ยที่ 8 รหสั วชิ า 30105-0003 ช่ือวิชา งานพื้นฐานวงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ สอนคร้ังท่ี 16-17 ชอ่ื หนว่ ย อปุ กรณ์ออปโต้อิเลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 10 ช่วั โมง ชอื่ เร่ือง : อุปกรณอ์ อปโตอ้ ิเลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 4 ช่วั โมง 8.6 การวัดและทดสอบอุปกรณ์ออปโต้อเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ การทดสอบทางด้านอินพุต การวัดและทดสอบวงจรทางด้านอินพุต เป็นการวัดค่าความต้านทานของไดโอดเปล่งแสง หรือ แอลอีดี (LED) สามารถทำได้ โดยใช้โอหม์ มเิ ตอร์ ต้ังยา่ นการวัด Rx10K ทำการวัดค่าความต้านทาน 2 ครงั้ ซึ่งผล การวัด จะอ่านคา่ ความต้านทานต่ำได้ (เข็มขนึ้ ) 1 ครงั้ และจะอ่านค่าความต้านทานสงู ได้ (เข็มไมก่ ระดิก) 1 คร้ัง ถ้าอ่านค่าความตา้ นทานตำ่ ได้ 2 ครัง้ แสดงวา่ ไอซีออปโตเ้ สยี ทางดา้ นอินพุต การทดสอบทางด้านเอาทพ์ ุต การวัดและทดสอบทางดา้ นเอาท์พตุ ทีเ่ ป็นออปโตท้ รานซิสเตอร์ จะตอ้ งใหไ้ บอสั ทางด้านอนิ พตุ 1. ใช้โอห์มมิเตอร์ตั้งย่านวัด Rx10K โดยสายวัดที่เป็นไฟบวก (สีแดง) จับที่ขาคอลเลคเตอร์ สายวดั ท่เี ป็นไฟลบ (สีดำ) จบั ทข่ี าอมิ ิตเตอร์ 2. กดสวิตช์ S1 เขม็ มิเตอร์ จะช้ีทค่ี า่ ความตา้ นทานต่ำ แต่ถา้ ช้ีความตา้ นทานสูง แสดงวา่ เสยี 3. ปลอ่ ยสวิตช์ S1 เข็มมเิ ตอร์จะชีท้ ีค่ ่าความต้านทานสูง () R1 S1 + 6V + ภาพที่ 8-11 การวัดและทดสอบออปโต้ทรานซสิ เตอร์

351 ใบความรูท้ ่ี 8 หนว่ ยที่ 8 รหัสวชิ า 30105-0003 ชือ่ วชิ า งานพื้นฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ สอนคร้ังท่ี 16-17 ช่อื หนว่ ย อุปกรณอ์ อปโตอ้ เิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ช่วั โมง ชื่อเรอ่ื ง : อปุ กรณอ์ อปโตอ้ ิเล็กทรอนิกส์ จำนวน 4 ชว่ั โมง 8.7 วงจรใชง้ านของอุปกรณอ์ อปโต้อเิ ล็กทรอนกิ ส์ วงจรใช้งานเบื้องต้นของอุปกรณ์ออปโต้อิเล็กทรอนิกส์ ประกอบด้วย ไดโอดเปล่งแสง เป็นอินพุต และ โฟโตท้ รานซิสเตอรเ์ ปน็ เอาท์พตุ ของวงจร เมอื่ มกี ระแสไหลผ่านแอลอีดี (LED) โดยมีตวั ต้านทาน R1 เปน็ ตัวจำกัดกระแส แอลอีดี (LED) จะ ส่องแสงไปที่โฟโตท้ รานซิสเตอร์ ทำให้โฟโต้ทรานซิสเตอร์นำกระแส มีแรงดันเอาท์พุตตกคร่อมท่ีตวั ต้านทาน R2 ซ่ึงเอาทพ์ ุตของวงจรจะถูกควบคมุ โดยอินพุต โดยท้งั อินพุตและเอาท์พุตแยกกนั ทางไฟฟ้าโดยสิ้นเชงิ วงจรน้ี นิยมนำไปใช้ในวงจรควบคุมแรงดัน แหล่งจา่ ยไฟ สวทิ ช่ิงในเครือ่ งรบั โทรทัศน์ วงจรควบคมุ ไฟวง่ิ วัตตส์ ูง R1 + R2 5V + 5V ภาพท่ี 8-12 วงจรใช้งานอปุ กรณอ์ อปโต้อเิ ล็กทรอนกิ ส์

352 ใบความรูท้ ่ี 8 หน่วยที่ 8 รหัสวิชา 30105-0003 ชอ่ื วชิ า งานพื้นฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ สอนคร้งั ที่ 16-17 ชอื่ หน่วย อุปกรณ์ออปโต้อเิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 10 ชว่ั โมง ช่ือเรือ่ ง : อปุ กรณอ์ อปโตอ้ เิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 4 ชั่วโมง การประยกุ ตใ์ ชง้ านของออปโต้คัปเปลอร์ ภาพที่ 8-13 การประยกุ ต์ใชง้ านของอปุ กรณอ์ อปโต้อิเล็กทรอนกิ ส์

353 ใบความรทู้ ี่ 8 หน่วยที่ 8 รหัสวิชา 30105-0003 ช่ือวชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนิกส์ สอนคร้งั ที่ 16-17 ชอ่ื หนว่ ย อุปกรณอ์ อปโตอ้ ิเล็กทรอนิกส์ จำนวน 10 ช่วั โมง ช่ือเรือ่ ง : อุปกรณ์ออปโต้อิเล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 4 ชว่ั โมง การประยุกต์ใช้งานแอลดอี าร์เปน็ สวิตช์ ตวั อยา่ ง การใชง้ านของแอลดีอาร์ (LDR) ทเี่ หน็ ไดง้ า่ ย ๆ คือ ใชเ้ ปน็ ตวั วดั ความเขม้ ของแสง โดย ตอ่ เป็นวงจรเบ้อื งตน้ ง่าย ๆ การใชแ้ อลดอี าร์ ทำงานเป็นสวิตช์ คอื แอลดอี ารไ์ ดร้ ับแสงและไม่ไดร้ บั แสง POWER LDR POWER VR SUPPLY VR SUPPLY LDR Output Output ก. ข. ภาพท่ี 8-14 การประยุกตใ์ ช้งานแอลดอี าร์ การทำงานของวงจรใช้งานแอลดีอาร์ ภาพที่ 8.14 ก. ถา้ มีแสงมาตกกระทบท่แี อลดอี าร์ (LDR) จะทำให้มีค่าความตา้ นทานตำ่ แรงดัน ท่ีได้ดา้ น Output คือ คร่อมตัวตวั ต้านทาน VR จะมากเกอื บเท่ากับแรงดนั POWER SUPPLY ถ้าไม่มีแสงมาตกกระทบที่ตัวแอลดีอาร์ (LDR) จะทำให้ Output มีค่าเล็กน้อย โดยแรงดัน เกอื บทั้งหมดจะตกครอ่ มที่แอลดีอาร์ (LDR) ภาพท่ี 8.14 ข. คา่ แรงดัน Output จะตรงกันขา้ มกับวงจรภาพที่ 8.14 ก. ดงั นัน้ การประยุกต์ ใช้งานจงึ ขน้ึ อยกู่ บั วัตถปุ ระสงคท์ ต่ี ้องการ จึงนยิ มนำแอลดีอาร์ มาใช้กบั วงจรเปดิ -ปิดทำงานด้วยแสง เชน่ การเปิดปิดไฟตามบ้าน หรือไฟ ให้บรกิ ารตามท้องถนน

354 ใบความรทู้ ี่ 8 หน่วยท่ี 8 รหัสวชิ า 30105-0003 ชื่อวิชา งานพื้นฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สอนคร้ังที่ 16-17 ชือ่ หน่วย อปุ กรณ์ออปโตอ้ ิเลก็ ทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชัว่ โมง ชอ่ื เรอ่ื ง : อุปกรณอ์ อปโต้อเิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 4 ชัว่ โมง บทสรุป โฟโต้ไดโอด เป็นอุปกรณ์ไวแสงชนิดหนึ่ง ที่ประกอบดว้ ยรอยตอ่ สารกึ่งตัวนำพี (P) และสารกึ่งตวั นำ ชนิดเอ็น (N) รอยต่อจะถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุที่แสงสามารถผ่าน เช่น กระจกใส โฟโต้ไดโอด จะมีอยู่ 2 แบบ คือ แบบที่ตอบสนองต่อแสงที่เรามองเห็น และแบบที่ตอบสนองต่อแสงในย่านอินฟราเรด ในการใช้งานจะต้องต่อ โฟโต้ไดโอดในลกั ษณะไบอัสกลับ โฟโต้ทรานซิสเตอร์ จะประกอบดว้ ย โฟโต้ไดโอด ซึ่งจะตอ่ อยู่ระหว่างขาเบสกับขาคอลเลคเตอร์ของ ทรานซสิ เตอร์ กระแสไฟฟา้ ทีเ่ กิดจากการเปลี่ยนแปลงของแสง จะถูกขยายดว้ ยทรานซิสเตอร์ในการใช้งานโฟโต้ ทรานซิสเตอร์ รอยต่อระหว่างขาเบส-อิมิเตอร์ จะต่อเป็นไบอัสตรง (Forward Bias) ส่วนรอยต่อระหว่างเบส- คอลเลคเตอร์ จะต่อเป็นไบอัสกลับ ท่รี อยต่อนี้เองเปน็ ส่วนท่ีทำให้เกิดการเปลี่ยนค่ากระแสท่ีขึ้นอยู่กับความเข็ม ของแสง โฟโต้ดารร์ งิ ตัน คือ โฟโต้ทรานซิสเตอร์ 2 ตวั ต่อรวมกนั ในลักษณะวงจรดาร์ริงตนั คอื ต่อในลักษณะ ขาอิมิตเตอรข์ องตัวหนึง่ จะต่อเขา้ ขาเบสของตัวถัดไป ลักษณะการต่อเช่นน้ี จะทำให้ทรานซิสเตอร์ มีอัตราการ ขยายสงู ขน้ึ อีกมาก แอลดีอาร์ ย่อมาจาก ไลท์ ดีเพนเดนท์ รีซิสเตอร์ หรือ ตัวต้านทานแปรค่าตามแสงหรือตัวต้านทาน ไวแสง คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ ส์ท่ีสามารถเปลีย่ นแปลงค่าความตา้ นทานด้วยความเขม้ ของแสง กล่าวคือ เม่ือมี แสงมาตกกระทบกบั หนา้ สัมผัสของแอลดีอาร์ พลังงานแสง จะถกู ถา่ ยทอดให้กบั สารทฉ่ี าบอย่บู นหนา้ สัมผัสทำให้ เกิดโฮล (Hold) กับอิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) เพิ่มขึ้น ซึ่งจะมีผลทำให้ค่าความต้านทานของแอลดอี าร์ นน้ั เกิดการเปล่ยี นแปลง โดยคา่ ความต้านทานของแอลดีอาร์ จะแปรผกผันกับความเข้มของแสงท่ีมาตกกระทบ หนา้ สมั ผสั ออปโตค้ ัปเปลอร์ หรอื อปุ กรณเ์ ชือ่ มต่อทางแสง เปน็ อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้การเชื่อมต่อกันทาง แสง โดยใช้หลักการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นแสง และเปลี่ยนจากสัญญาณแสงเปน็ สัญญาณไฟฟ้าตามเดิม ใช้ สำหรับการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่าง 2 วงจร ที่ต้องการแยกกันทางไฟฟ้าอย่างเด็ดขาด เพื่อป้องกันการรบกวน กันทางไฟฟ้า สามารถแบ่งออกเป็นหลายชนิด แต่ละชนิดจะประกอบ ด้วยแอลอีดี (LED) ส่งแสงซึ่งปกตจิ ะเปน็ ชนิดอินฟราเรดและตัวรบั แสง ทเี่ ป็นโฟโตท้ รานซิสเตอร์หรอื โฟโต้ไดโอด โดยจะถกู ผลิตให้อยูร่ วมในถังเดียวกัน ถูกสร้างขึ้นในรูปของไอซี 6 ขา ปิดทึบภายใน ด้านอินพุต จะเป็นแอลอีดีอินฟราเรด (LED Infrared) ส่วนด้าน เอาท์พตุ น้นั จะเป็นอุปกรณ์ประเภทโฟโต้ชนิดต่าง ๆ เช่น โฟโตไ้ ดโอด โฟโต้ทรานซิสเตอร์ โฟโต้ไตรแอคหรืออน่ื ๆ วงจรใช้งานเบ้ืองต้น ประกอบด้วยไดโอดเปลง่ แสงเป็นอนิ พตุ และโฟโต้ทรานซิสเตอร์เป็นเอาท์พุตของ วงจร เมือ่ มีกระแสไหลผ่านแอลอีดี (LED) โดยมีตัวต้านทาน R1 เปน็ ตวั จำกดั กระแส แอลอดี ี (LED) จะส่องแสง ไปที่โฟโต้ทรานซิสเตอร์ ทำให้โฟโต้ทรานซิสเตอร์ นำกระแส มีแรงดันเอาทพ์ ุตตกครอ่ มที่ตัวต้านทาน R2 ซึ่งจะ ทำให้เอาท์พุตของวงจรจะถูกควบคุมโดยอินพุต โดยทั้งอินพตุ และเอาท์พตุ แยกกันทางไฟฟา้ โดยสิ้นเชิง วงจรนี้ นิยมนำไปใชใ้ นวงจรควบคมุ แรงดันแหล่งจ่ายไฟ สวทิ ช่ิงในเคร่อื งรับโทรทัศน์ วงจรควบคุมไฟวงิ่ วัตตส์ งู

355 แบบฝกึ หดั ที่ 8 หน่วยท่ี 8 รหัสวชิ า 30105-0003 ช่อื วชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครง้ั ท่ี 16-17 ชือ่ หน่วย อุปกรณ์ออปโต้อเิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 10 ชั่วโมง ช่ือเรอ่ื ง : อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนกิ ส์ จำนวน 30 นาที ตอนที่ 1 จงทำเครอื่ งหมายกากบาท () ลงบนตัวเลอื กทถี่ ูกต้อง 1. โฟโตท้ รานซิสเตอร์ มีช่ือเรยี กอีกอยา่ งหนง่ึ ว่าอะไร ก. โฟโต้แสง ข. โฟโต้เซลล์ ค. โฟโต้รซี ิสเตอร์ ง. ออปโตค้ ปั เปลอร์ จ. ทรานซสิ เตอรพ์ ลังแสง 2. พ้นื ที่ไวแสงของโฟโต้ทรานซสิ เตอร์ คอื ขาคู่ใด ก. เบสกับกราวด์ ข. เบสกบั อมิ ติ เตอร์ ค. อิมิตเตอร์กบั กราวด์ ง. เบสกับคอลเลคเตอร์ จ. คอลเลคเตอรก์ บั อิมิตเตอร์ 3. Ip มีความหมายว่าอยา่ งไร ก. กระแสอมิ ติ เตอร์ ข. กระแสคอลเลคเตอร์ ค. กระแสท่มี าจากภายใน ง. กระแสทีม่ าจากภายนอก จ. กระแสท่ีเกิดขน้ึ เน่อื งจากแสง 4. การใชง้ านของโฟโต้ไดโอด จะให้กระแสไหลผ่านตวั มัน ขึ้นอยู่กบั อะไร ก. แสง ข. แรงดัน ค. กระแส ง. กำลงั ไฟฟ้า จ. ความต้านทาน 5. แอลดีอาร์ คอื อะไร ก. อุปกรณ์ที่เปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานตามแรงดนั ข. อปุ กรณ์ท่ีเปล่ยี นแปลงคา่ ความต้านทานตามกระแส ค. อปุ กรณ์ทเี่ ปล่ยี นแปลงค่าความต้านทานตามอุณหภมู ิ ง. อปุ กรณ์ที่เปลีย่ นแปลงค่าอณุ หภูมิตามความตา้ นทาน จ. อปุ กรณ์ทีเ่ ปลีย่ นแปลงค่าความต้านทานตามความเขม้ ของแสง

356 แบบฝกึ หดั ที่ 8 หนว่ ยที่ 8 รหสั วิชา 30105-0003 ชือ่ วชิ า งานพื้นฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สอนครงั้ ท่ี 16-17 ชื่อหน่วย อปุ กรณ์ออปโตอ้ เิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 10 ชัว่ โมง ช่อื เร่ือง : อปุ กรณอ์ อปโต้อเิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 30 นาที 6. ถ้าความเข้มของแสงมาก แอลดอี าร์ จะเปน็ อย่างไร ก. กระแสลดลง ข. แอลดอี าร์ร้อน ค. ไมม่ ผี ลต่อแอลดอี าร์ ง. ค่าความตา้ นทานลดลง จ. คา่ ความตา้ นทานเพิ่มขนึ้ 7. แอลดอี าร์ สว่ นใหญท่ ำมาจากสารอะไร ก. กาไฟด์ ข. ซลิ ิกอน ค. แคดเมียน ง. แมงกานสี จ. แคดเมียนซลั ไฟด์ 8. อินพุตของอุปกรณเ์ ชอ่ื มต่อทางแสง คอื ข้อใด ก. แอลอดี ี ข. แอลดอี าร์ ค. โฟโต้ไดโอด ง. แอลอีดอี นิ ฟราเรด จ. โฟโตท้ รานซิสเตอร์ 9. อปุ กรณเ์ ชอ่ื มตอ่ ทางแสง มรี ูปรา่ งคล้ายกบั อุปกรณ์ใด ก. ไอซี ข. ไดโอด ค. เอส.ซ.ี อาร.์ ง. ตวั ตา้ นทาน จ. ทรานซสิ เตอร์ 10. ขอ้ ใดไม่ใช่อุปกรณ์เอาท์พุตของอปุ กรณเ์ ชื่อมต่อทางแสง ก. โฟโต้ไดโอด ข. โฟโต้ไตรแอค ค. โฟโต้ดารร์ ิงตัน ง. แอลอีดีอนิ ฟราเรด จ. โฟโตท้ รานซิสเตอร์

357 แบบฝกึ หดั ที่ 8 หน่วยท่ี 8 รหสั วิชา 30105-0003 ชื่อวชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนคร้งั ที่ 16-17 ชอ่ื หนว่ ย อุปกรณ์ออปโตอ้ เิ ลก็ ทรอนิกส์ จำนวน 10 ชว่ั โมง ชือ่ เรื่อง : อุปกรณ์ออปโต้อเิ ล็กทรอนิกส์ จำนวน 30 นาที ตอนท่ี 2 จงเตมิ คำลงในชอ่ งว่างให้สมบรู ณ์ 1. โฟโตไ้ ดโอด มี …………..แบบ คอื …………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………….. 2. ขอ้ ดีของโฟโต้ทรานซสิ เตอรเ์ หนอื กวา่ โฟโตไ้ ดโอด คือ ........................................................................................ ขอ้ ดขี องโฟโต้ไดโอด เหนอื กว่าโฟโต้ทรานซสิ เตอร์ คอื ...................................................................................... 3. โครงสรา้ งของโฟโต้ดาร์รงิ ตัน คือ .................................................................................………………………………… 4. หลกั การของออปโต้คปั เปลอร์ คอื ……………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. วงจรใชง้ านของออปโตค้ ัปเปลอร์ คอื …………………………..……………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

358 เอกสารอา้ งองิ พันธศ์ กั ดิ์ พุฒมิ านิตพงศ์. ม.ป.ป.. อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร. กรงุ เทพฯ : สำนกั พิมพ์ศนู ย์ส่งเสริมวิชาการ. อดุลย์ กัลยาแกว้ . 2556. อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร. กรงุ เทพฯ : สำนักพมิ พศ์ นู ยส์ ง่ เสรมิ อาชวี ะ.