กิจกรรมที่ 3.1 การต่อวงจรขับ LED

กิจกรรมที่ 3.1 การต่อวงจรขับ LED

          

วัสดุอุปกรณ์มีดังนี้
                1. แบตเตอรี่ 1.5 V. ขนาด AA 2 ก้อน
                2. กระบะถ่าน 2ก้อน  1 ตัว
                3. ตัวต้านทาน
                4. ตัวต้านทานปรับค่าได้
                5. สวิตช์เลื่อน 2 ทาง 3 ขา
                6. LED สีตามใจชอบ
                7. สายต่อวงจร
                8. สายไฟปากคีบ
                9. แผงต่อสวจรหรือเบรดบอร์ด
               10. 7 sagement

ลายวงจร LED แบบต่อตรง

ลายวงจร LED โดยใช้สวิตช์เลื่อน 2 ทาง 3 ขา

ลายวงจร LED โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้

ลายวงจร 7 sagement

LED

หลักการทำงานของ LED

                LED ย่อมาจากคำว่า Light Emitting Diode โดยการทํางานนั้นจะคล่ายๆกับการทํางานของ ไดโอด บางคนอ่าจจะเรียก LED ว่า ไดโอดเปล่งแสง ซึ่งประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N ประกบกันมีผิวข้างหนึ่งเรียบเป็นมันคล้ายกระจก เมื่อ LED ถูกไบแอสตรง จะทำให้อิเลคตรอนที่สารกึ่งตัวนำชนิด N มีพลังงานสูงขึ้นจนสามารถวิ่งข้ามรอยต่อไปรวมกับโฮลใน P การที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อ PN ทำให้เกิดกระแสไหล เป็นผลให้ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปและคายพลังงานออกมาในรูปคลื่นแสง สีของแสงที่เกิดจากรอยต่อจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่นำมาใช้ในการสร้าง LED ทั้งชนิดที่เป็นของเหลวและก๊าซ เช่น ใช้แกลเลียมฟอสไฟด์ (GALLIUM PHOSPHIDE,GaP) ทำให้เกิดแสงสีแดง ใช้แกลเลียมอาซีไนด์ ฟอสไฟด์ (GALLIUM ARSENIDE PHOSPHIDE,GaAsP) เกิดแสงสีเหลืองและเขียวการควบคุมปริมาณแสงสว่างจะควบคุมกระแสที่ไหลผ่านหลอด LED หากกระแสที่ไหลสูงมากไปจะทำให้หลอดมีความสว่างมาก แต่หากป้อนกระแสสูงมาไปจะทำให้บริเวณรอยต่อของสารกึ่งตัวนำเกิดความร้อนปริมาณมากจนทำให้โครงสร้างหลอดเสียหายไม่สามารถใช้งานได้

สัญลักษณ์ของ LED คือ

LED จะมีรูปร่างที่แตกต่างกันออกไปตามการนําไปใช้งาน [gallery link="none" columns="2" ids="6748,6749,6750,6751"]

Hi Power LED

LED แบบทั่วๆไปจะเปล่งแสงโดยไม่มีความร้อนเกิดขึ้น หรือเกิดขึ้นน้อยมากจนเราสามรถใช้มือเปล่าสัมผัสได้ แต่ถ้าเป็น LED แบบ Hi Power LED หรือ LED กำลังสูง ซึ่ง LED ชนิดนี้จะให้แสงสว่างสูงมากๆ จะมีความร้อนเกิดขึ้นมากจึงต้องมีอุปกรณ์ที่ใช้ระบายความร้อน อย่าง ฮีทซิงค์ (Heat Sink) ส่วนใหญ่ทำมาจาก อลูมิเนียมซึ่งมีคุณสมบัติคือ หลอมขึ้นรูปได้ง่าย น้ำหนักเบา และพาความร้อนได้ดี [gallery columns="2" link="none" ids="6753,6754,6752,6757,6755,6756"]

ข้อดีของ LED

• แสงจาก หลอดled มีอัตราการกระพริบที่สูงมาก (แทบจะไม่มีการกระพริบ) จึงออกมาเป็นธรรมชาติ สบายตา ถนอมสายตา เหมาะสำหรับงานแสงสว่างทั่วไป
• มีอายุการใช้งานนานกว่า ข้อมูลจากการทดสอบของผู้ผลิตหลอดยืนยัน ว่าการใช้งานอย่างถูกวิธีและเหมาะสม สามารถที่จะทำให้ หลอดLED มีอายุใช้งานได้ถึง 60,000 ชั่วโมง โดยความสว่างไม่ลดลง เมื่อเทียบกับหลอดไส้ ที่มีอายุการใช้งานเพียงแค่ 1,000 ชั่วโมง หรือหลอดฟลูออเรสเซนต์ มีอายุการใช้งานประมาณ 10,000 ชั่วโมง เท่านั้น ถือว่า หลอดled มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่ามาก
• หลอดLED ให้แสงในทิศทางตรง
• หลอดLED ทนต่อแรงกระแทก สั่นสะเทือน และทนการกัดกร่อนได้ดี
• ประหยัดพลังงาน
• หลอดLED ติดตั้งได้ในพื้นที่แคบและจำกัด และใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ติดไฟได้
• หลอดLED ไม่เป็นอันตราย ไม่มีสารปรอท หรือสารพิษ ในการบรรจุ ดังนั้นจึงไม่เป็นอันตรายทั้งต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม
• หลอดLED มีการบำรุงรักษาต่ำ
• หลอดLED ใช้งานในที่เย็นจัดได้ หลอดไฟled สามารถใช้งานในที่เย็นจัดได้ถึง -40 C โดยไม่ต้องมีการอุ่นไส้ และยังสามารถที่จะเปิดติดได้ทันที
• หลอดLEDไม่มีรังสี UV

ข้อเสียของ LED

• ราคาหลอดไฟ led ค่อนข้างสูง
• ความไวต่ออุณหภูมิ ประสิทธิภาพ LED ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแวดล้อมของสภาพแวดล้อมการทำงาน การที่เร่งอุณภูมิของแอลอีดี จะทำให้ลดอายุการใช้งาน และอาจจะทำให้เกิดความเสียหายได้ จึงจำเป็นต้องติดตั้ง Heat Sink ที่เหมาะกับการใช้งาน
  

ตัวต้านทานกับวงจรไฟฟ้า

ตัวต้านทานหรือ Resistor มีหน้าที่ในการจำกัดและควบคุมปริมาณแรงดันและกระแสไฟฟ้าในวงจร ให้ไม่มากไม่น้อยจนเกินไป แต่ทั้งนี้ตัวต้านทานก็มีค่าความต้านอยู่หลายค่า จึงต่อมีการคำนวณค่าหาค่าความที่เหมาะสม ที่จะมาใช้ในวงจรของเรา

Resistor & LED

            หลอด LED หรือไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode) คืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่จะเปล่งแสงออกมาเมื่อมีกระแสไหลผ่านตัวมัน แต่กระแสที่ไหลผ่านนั้นก็จะต้องมีค่าไม่มากจนเกินไป ไม่เช่นนั้นหลอด LED จะสามารถขาดและเสียหายได้อย่างง่ายดาย ตัวต้านทานจึงเข้ามามีบทบาทในวงจรที่มี LED รวมทั้งวงจรอื่นทั่วๆไป ตัวต้านทานมีผลในการจำกัดปริมาณกระแสไฟฟ้าและแรงดันตกคร่อมอุปกรณ์อื่นๆ ที่ต่อเข้ากับตัวมันในวงจร การคำนวณค่าความต้านทานจึงเป็นสิ่งที่จำเป็น

หลักการ

เมื่อเราต่อหลอด LED เข้ากับแหล่งจ่าย Vcc โดยตรง หลอด LED อาจได้รับแรงดันตกคร่อมและกระแสมากเกินไป จึงต้องนำตัวต้านทานมาช่วย โดยตัวต้านทานจะมีหน้าที่รับแรงดันส่วนที่มากเกิน ไปตกคร่อมตัวมันแทน ทำให้ LED ได้รับแรงดันและกระแสที่เหมาะสม

ขั้นตอนการคำนวณ 

ขั้นตอนการคำนวณค่าความตานมีเพียง 2 ขั้นตอนหลักๆคือ

• หาค่า Forward Current และ Forward Voltage ของ LED

• คำนวณค่าความต้านทานโดยเทียบกับ Forward Voltage ของ LED และแหล่งจ่าย  หาค่า IF และ VF ของ LED อันดับแรกต้องรู้ก่อนว่าหลอด LED ของเรา ต้องการใช้กระแสตกคร่อม(Forwad Current) และ โวลต์ตกคร่อม(Forwad Voltage)เท่าไหร่ ซึ่งบางครั้งอาจเรียกว่า Working Current หรือ Working  Voltage ก็ได้ ซึ่งเราสามารถหาดูค่าเหล่านี้ได้จากDATASHEET หรือตามอินเตอร์เน็ตทั่วไป ยกตัวอย่าง หลอด LED ขนาด 3 mm สีแดง มีข้อมูลทางเทคนิคดังนี้ จากตารางจะเห็นได้ว่าทั้งค่า IF และ VF จะบอกมาเป็นช่วงๆ (Min,Max) ถ้าเลือกใช้ค่าต่ำกว่าค่า Min ,หลอดไฟจะไม่ติด แต่ถ้าใช้ค่าสูงกว่าค่า Max หลอดไฟอาจขาดเสียหายได้ ดังนั้น ค่าที่เราจะเลือกใช้ควรเป็นค่าที่อยู่ในช่วงนี้ บาง DATASHEET อาจมีค่าแนะนำมาให้อยู่แล้วหรือที่เรียกว่าค่า Typical หรือ Suggestion  • คำนวณค่า R   เมื่อได้ค่า IF และ VF แล้ว เราก็จะสามารถหาค่า R ได้ แต่เราก็จะต้องกำหนดด้วยว่าต้องการใช้แหล่งจ่ายหลัก Vcc กี่โวลต์ โดยเราจะใช้สูตรในการคำนวณคือ R = (Vcc - VF) / IF 3 Pin Slide Switch การใช้งานสวิซท์เลื่อน • สวิซท์เลื่อน หรือ Slide Switch ถือเป็นสวิซท์อิเล็กทรอนิกส์อีกประเภทหนึ่ง ที่นี่ยมใช้ เพราะสามารถค้างสถานะ on หรือ off ได้ ขึ้นอยู่กับลักษณะงานที่ใช้ บางงานอาจเหมะกับปุ่มกดติดปล่อยดับ บางงานอาจเหมาะกับ Slide Switch การทนแรงดันและกระแสไฟฟ้า สวิซท์นี้ สามารถทนแรงดันได้สูงสุด 500 Vac แต่ไม่แนะนำ! การนำมาใช้อย่างปลอดภัยและถูกวิธีคือใช้กับไฟเลี้ยงไม่เกิน 50 V และใช้กับวงจรที่กินกระแสไม่เกิน 500 mA • ถ้าวงจรใช้กระแสไม่เกิน 500 mA และมีไฟเลี้ยงคร่อมสวิซท์ไม่เกิน 50 V ก็สามารถต่อปุ่มเข้ากับวงจรได้โดยตรง • ถ้าวงจรต้องการใช้กระแสมาก หรือใช้แรงดันมากกว่าที่แนะนำไว้ ไม่ควรนำไปต่อกับวงจรนั้นโดยตรง แต่สามารถนำไปต่อกับอุปกรณ์จำพวกทรานซิสเตอร์ เพื่อช่วยขยายกระแสได้ หรืออาจใช้พวกไมโครคอนโทรลเลอร์เช่น Arduino Board มาช่วยรับค่าการกดปุ่มหรือสวิซท์ แล้วจึงนำไปควบคุมวงจรต่างๆอีกที