วิเคราะห์วงจร เซนเซอร์แสงLDR

 จากเนื้อหาบทความ : วงจรสวิตซ์เซนเซอร์แสง LDR - วงจรที่2 เด็กอิเล็กทรอนิกส์

ในคราวนี้ผมจะมาวิเคราะห์ วงจรข้างต้นให้เพื่อนๆได้รู้ว่า ทำไปถึงต้องออกแบบวงจรแบบนั้น มีวิธีคำนวณยังไงตามวิธีคิดของผมนะครับ (หากผิดพลาดประการใดก็ขออภัยด้วยครับ ยินดีรับคำแนะนำ)

แผนภาพวงจร - Schematic

Spec อุปกรณ์

1. LDR ตัวต้านทานเปลี่ยนแปลงค่าตามแสง คุณสมบัติต่อแสงคือ ถ้าไม่มีแสงความต้านทานมาก มีแสงความต้านทานน้อย
   
2. VR100KΩ ตัวต้านทานปรับค่าได้ 3ขา ความต้านทานมากกระแสน้อย ความต้านทานน้อยกระแสไหลผ่านได้มาก
3. BC557 ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP >> Data sheet
4. LED และ ตัวต้านทานค่า 390Ω เพื่อจำกัดกระแสที่จ่ายให้ LED

วิเคราะห์วงจร

วงจรมีการต่อแบบ วงจรแบ่งแรงดัน[Voltage Divider] โดย R1, R2 ส่งผลโดยตรงกับแรงดันขาออก Vout 

ชนิดของทรานซิสเตอร์ที่นำมาใช้งาน

เป็นชนิด : PNP

การไบอัส : ไฟลบในการไบอัส เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน ดังนั้นถ้ามีการต่อ LDR ดังภาพด้านบนการทำให้ทรานซิสเตอร์ ทำงานได้นั้นจะต้องมืดหรือแสงน้อยเพื่อให้ความต้านทานที่ตัว LDR มีค่ามากเพื่อลดไฟบวกที่ป้อนเข้ามาให้น้อยลง ดังข้างล่างนี้

จากด้านบน อาจทำให้เพียงเข้าใจหลักการเฉยๆ ครับ ทีนี้เราจะมาคำนวณกันว่าเจ้าทรานซิสเตอร์เนี่ยจะเริ่มนำกระแสตอนไหนกัน

ทรานซิสเตอร์เบอร์ : BC557

ชนิด : PNP

ข้อมูลจำเพาะของ BC557

Ic = 100mA

Ib = ?

Vbe = Typical 0.7 V

hfe = Typical 150

สิ่งที่เราต้องการหา คือ Rb จากสูตร Rb = (Vb - Vbe) / Ib

ดังนั้นต้องหา Ib จากสูตร Ib = Ic / hfe

Ib = 100mA / 150 = 0.00066A. , 0.66mA.

หา Rb = (9V - 0.7) / 0.66mA = 12,575Ω, 12.575kΩ

       จากการคำนวณด้านบน ผมได้กำหนดให้กระแสสูงสุดที่ขา C ของทรานซิสเตอร์ คือ 100mA. ซึ่งหลอดไฟ LED ของเราต้องการกระแสเพียงแค่ประมาณ 20mA. เท่านั้นดังนั้นกระแสเหลือใช้ตั้งประมาณ 80mA. เลยทำให้ทรานซิสเตอร์อาจจะทำงานมากเกินไปเราสารมารถ ลดภาระของทรานซิสเตอร์ได้โดย กำหนดกระแส Ic ให้น้อยลงได้โดยคราวนี้ผมจะทดลองลดลงให้ เหลือซัก 40mA.

Ic = 40mA

Ib = ?

Vbe = Typical 0.7 V

hfe = Typical 150

สิ่งที่เราต้องการหา คือ Rb จากสูตร Rb = (Vb - Vbe) / Ib

ดังนั้นต้องหา Ib จากสูตร Ib = Ic / hfe

Ib = 40mA / 150 = 0.00026A. , 0.26mA.

หา Rb = (9V - 0.7) / 0.26mA = 31,923Ω, 31.923kΩ

รูปแบบการต่อวงจร เป็นแบบ Voltage Divider Bias

เนื่องจากมี LDR ตัวต้านทานเปลี่ยนต่าตามแสง ทำให้นำมาแสดงเป็นตัวอย่างได้ยาก ดังนั้นในตัวอย่างนี้จะใช้เป็นตัวต้านทานค่าคงที่แทนนะครับ ก่อนอื่นเลยรูปแบบการต่อวงจรนี้เรียกว่า Voltage Divider Bias ซึ่งวิธีนี้เกิดจากการจ่ายไบอัสตรงแบบ ปกติให้กับทรานซิสเตอร์ แต่จัดวงจรใหม่เป็นแบบวงจรแบ่งแรงดันโดยเข้าสมการช่วยให้สามารถทำได้ง่ายและรวดเร็ว ดังภาพข้างล่างที่ผม แสดงวิธีคำนวณค่า

จากการคำนวณด้านบน ให้ลองสังเกต Vbb ที่ถูกสมมุติขึ้นมาคือ 1.5โวลต์ ก่อนการแปลงเป็น Voltage Divider Bias และหลังจากการคำนวณและต่อวงจรใหม่ Vbb ก็สามารถให้แรงดัน bias คือ 1.5โวลต์ เท่าเดิมได้ แม้ว่าจะเปลี่ยนรูปแบบอุปกรณ์ และ การต่อไปก็ตามนั่นเองครับ