ปัจจุบันนี้มองไปทางไหน เราก็จะเห็น LED ทั้งสิ้น ไฟเขียว ไฟแดง บริเวณสี่แยก ไฟท้ายรถยนต์ ไฟหรี่รถยนต์ จอแสดงภาพยนตร์โฆษณาตามสี่แยก ไฟแสดงสถานะการเปิดปิดของโทรทัศน์ วิทยุ เครื่องเสียง ดีวีดี คอมพิวเตอร์ ฯลฯ
แอลอีดี เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ โดยส่วนใหญ่จะใช้ธาตุแกลเลียม(Ga : Gallium) สารหนูหรืออาเซนิก (As : Arsenic) หรือไม่ก็ฟอสฟอรัส (P : Phosphurus) ผสมกัน
ตามประวัติศาสตร์บุคคลที่นับได้ว่าเป็นคนแรกที่สังเกตปรากฏการณ์ในลักษณะของการเปล่งแสงแบบที่เรียกว่า electroluminescene จากไดโอด คือ Captain Henry Joseph Round ส่วน Vladimirovich Losev ก็สังเกตเห็นการเปล่งแสงออกจากรอยต่อของคาร์โบรันดัม (Carborundum) และบุคคลที่ได้พัฒนาแอลอีดีในย่านแสงที่เรามองเห็นได้ขึ้นมาเป็นคนแรกคือ Nick Holonyak, Jr. หลังจากนั้นเป็นต้นมาก็ได้มีการคิดค้นและประดิษฐ์ LED จากสีแดง สีเหลือง สีเขียว และอื่นๆ ออกมาอย่างมากมายอย่างที่เห็นก้นในปัจจุบัน
การทำงาน
ไดโอดเปล่งแสงหรือ แอลอีดีนี้เป็นสารกึ่งนำที่เกิดจากการนำสารกึ่งตัวชนิด P ก้บชนิด N มาเชื่อมต่อกัน และเมื่อได้รับการต่อขั้วไฟฟ้าแบบฟอร์เวิร์ดไบอัส(ขั้วบวกต่อเข้าอาโนด ขั้วลบต่อเข้าคาโทด) เป็นผลทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านรอยต่อดังกล่าว และมีการเปล่งแสงออกมาได้ (แทนที่จะเป็นความร้อนเหมือนในไดโอดธรรมดา)ลองดูแอนิเมชั่น ที่ครูลิงค์มาจากยูทูป ซึ่งจะทำให้เราเข้าใจหลักการทำงานได้ง่ายขึ้น
สัญลักษณ์ที่ใช้ในวงจร
สัญลักษณ์ที่ใช้ในวงจรของไดโอดจะเหมือนหัวลูกศร(ดังภาพ) เหมือนกับจะบอกว่ายอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ทางเดียวเท่านั้น นั่นคือไปตามทิศทางของลูกศร โดยด้านที่กระแสไฟฟ้าเข้าเรียกว่า Anode หรือ อาโนด (อ่านว่า อา-โหนด) และด้านที่กระแสไฟฟ้าออกเรียกว่า Cathode หรือ คาโทด (อ่านว่า คา-โถด)
การนำไปใช้งานในวงจร
หลอด LED มีหลากหลายสี หลากหลายรูปร่าง แต่ที่ครูจะนำมาแนะนำ และสาธิตการทำงานให้เห็นในบทความตอนนี้ก็คือ LED สีแดง รุ่นธรรมดา 5 mm ดังที่เห็นในภาพ
ครูจำไม่ได้ว่ามันมีราคากี่บาท แต่ไปหาซื้อตามร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปได้ ขนาดประมาณ 5 มิลลิเมตร ความต่างศักย์คร่อมตัวมันรับได้ในระหว่าง 2 โวลท์ (บวกลบได้นิดหน่อย) กระแสไฟฟ้าไม่เกิน 20 มิลลิแอมป์ (น้อยกว่าได้แต่ไม่ควรเกิน) ความเข้มการส่องสว่าง 150-200 มิลลิแคนเดลลา (ดูจาก datasheet ของอุปกรณ์ที่เราซื้อมา)
นี่คือวงจรการใช้งาน LED
สัญลักษณ์เหล่านี้เชื่อว่า ผู้ที่เรียนวิทยาศาสตร์ ระดับมัธยมศึกษาตอนต้นขึ้นมา น่าจะรู้จักกันเป็นอย่างดี แต่ครูก็ขออธิบายให้ฟังนะครับ เริ่มจากเซลล์ไฟฟ้า 3 โวลท์(ถ่านไฟฟ้า AA 2 ก้อน) ต่อกันแบบอนุกรม ขั้วบวกต่อเข้ากับอาโนดของ LED อีกด้านหนึ่งต่อเข้ากับตัวต้านทาน 58 โอห์ม อีกด้านหนึ่งของตัวต้านทานต่อเข้ากับขั้วลบของเซลล์ไฟฟ้า ดังภาพ
สิ่งที่ต้องมี
อย่าลืมนะครับ ขายาวคือ อาโนด ต่อขั้วบวก ขาสั้น คาโทด ขั้วลบ
เมื่อเรามีแหล่งจ่ายกำลัง ซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่างๆ และเราต้องการใช้แหล่งจ่ายกำลังนี้ต่อเข้ากับ LED เราต้องคำนวณค่าความต้านทานที่เหมาะสมด้วย ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้ครับ
กำหนดให้
E คือ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เราจ่ายให้วงจรทั้งหมด
VLED คือ ความต่างศักย์คร่อม LED (ดูได้จากสเปคของ LED เอง)
ILED คือ กระแสไฟฟ้าที่เราต้องการป้อนให้แก่ LED (ดูได้จากสเปคของ LED เอง)
R คือ ค่าความต้านทานของตัวทานที่เราจะนำมาต่ออนุกรมกับวงจร
สูตรคำนวณ คือ R = (E-VLED) / ILED
เช่น จากการทดลองเล่นในตอนต้น ครูใช้แหล่งจ่ายกำลังที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า E=3 โวลท์ ใช้หลอด LED ที่มีความต่างศักย์คร่อมตัวมัน VLED= 2 โวลท์ กระแสไฟฟ้าที่ต้องการให้ผ่านตัวหลอด ILED=18 มิลลิแอมป์ ดังนั้น ค่าความต้านทานที่ต้องใช้ คือ R = (3-2)/18x10-3 =55.6 ประมาณ 56 โอห์ม แต่ความต้านทานค่ามาตรฐานคือ 58 โอห์ม จึงใช้ค่าตามตัวอย่าง แต่อย่างไรก็ตาม เราอาจหาค่าที่ใกล้เคียงมาใช้ก็พอได้เหมือนกันครับ
ดูอีกสักตัวอย่าง เช่น การใช้แหล่งจ่ายกำลัง 12 โวลต์ จ่ายให้ LED 2 ตัวที่ต่อการแบบอนุกรม
E=12 volts, VLED2ตัว= 4 volts (เพราะเอา 2 volts มาต่ออนุกรมกัน), ILED=18 mA
ดังนั้น R = (12-4)/18x10-3 =444.4 โอห์ม ค่าความต้านทานมาตรฐานคือ 470 โอห์ม ก็นำตัวนี้มาใช้
มีคำถามอะไร ถามได้ในคอมเมนต์นะครับ
ขอบคุณที่ติดตาม
นี่คือวงจรการใช้งาน LED
ทดลอง เล่น
รู้จัก LED กันไปบ้างแล้ว ต่อไปนี้ก็จะเป็นการทดลองเล่น เล่นแบบง่ายๆ สำหรับเด็กนักเรียน และมีความปลอดภัยพอสมควร แต่อย่างไรก็ตามควรศึกษาให้เข้าใจก่อนนะครับ แล้วก็ต้องใช้ความรอบคอบในการทดลองสักนิด จะได้ไม่เกิดความเสียหายสิ่งที่ต้องมี
- แผ่นเบรดบอร์ดหรือบอร์ดเสียบอุปกรณ์สำหรับการทดลอง หาตัวเล็กๆ ก็ได้
- ลวดสายไฟ
- หลอด LED
- ตัวต้านทาน 50-100 โอห์ม
- รังถ่าน AA 2 ก้อน
อย่าลืมนะครับ ขายาวคือ อาโนด ต่อขั้วบวก ขาสั้น คาโทด ขั้วลบ
การคำนวณหาค่าความต้านทาน
หากเรามีแหล่งกำเนิดไฟฟ้าจากแหล่งอื่นๆ เช่น อะแดปเตอร์แปลงไฟฟ้าจาก 220 โวลท์เป็น 12 โวลต์ เราก็สามารถนำมาทำการทดลองได้เช่นเดียวกัน แต่ต้องระมัดระวังให้มากๆ นะครับ ไฟฟ้า 220 โวลท์นั้น เป็นอันตรายมากหากเกิดการรั่วไหล จึงต้องมั่นใจว่าเรามีความเข้าใจในการใช้อุปกรณ์ต่างๆ อย่างแท้จริงเมื่อเรามีแหล่งจ่ายกำลัง ซึ่งมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่างๆ และเราต้องการใช้แหล่งจ่ายกำลังนี้ต่อเข้ากับ LED เราต้องคำนวณค่าความต้านทานที่เหมาะสมด้วย ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้ครับ
กำหนดให้
E คือ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เราจ่ายให้วงจรทั้งหมด
VLED คือ ความต่างศักย์คร่อม LED (ดูได้จากสเปคของ LED เอง)
ILED คือ กระแสไฟฟ้าที่เราต้องการป้อนให้แก่ LED (ดูได้จากสเปคของ LED เอง)
R คือ ค่าความต้านทานของตัวทานที่เราจะนำมาต่ออนุกรมกับวงจร
สูตรคำนวณ คือ R = (E-VLED) / ILED
เช่น จากการทดลองเล่นในตอนต้น ครูใช้แหล่งจ่ายกำลังที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า E=3 โวลท์ ใช้หลอด LED ที่มีความต่างศักย์คร่อมตัวมัน VLED= 2 โวลท์ กระแสไฟฟ้าที่ต้องการให้ผ่านตัวหลอด ILED=18 มิลลิแอมป์ ดังนั้น ค่าความต้านทานที่ต้องใช้ คือ R = (3-2)/18x10-3 =55.6 ประมาณ 56 โอห์ม แต่ความต้านทานค่ามาตรฐานคือ 58 โอห์ม จึงใช้ค่าตามตัวอย่าง แต่อย่างไรก็ตาม เราอาจหาค่าที่ใกล้เคียงมาใช้ก็พอได้เหมือนกันครับ
ดูอีกสักตัวอย่าง เช่น การใช้แหล่งจ่ายกำลัง 12 โวลต์ จ่ายให้ LED 2 ตัวที่ต่อการแบบอนุกรม
E=12 volts, VLED2ตัว= 4 volts (เพราะเอา 2 volts มาต่ออนุกรมกัน), ILED=18 mA
ดังนั้น R = (12-4)/18x10-3 =444.4 โอห์ม ค่าความต้านทานมาตรฐานคือ 470 โอห์ม ก็นำตัวนี้มาใช้
มีคำถามอะไร ถามได้ในคอมเมนต์นะครับ
ขอบคุณที่ติดตาม
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น