เรียนฟิสิกส์กับครูชิตชัย

ตัวต้านทานไวแสง (Light Independent Resistor) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า LDR ทำมาจากสารแคดเมียมซัลไฟล์ (Cds) หรือแคดเมียมซีลิไนด์ (Cdse) ซึ่งเป็นสารประกอบชนิดกึ่งตัวนำมาฉาบบนแผ่นเซรามิคที่ใช้เป็นฐานรอง แล้วต่อขาจากสารที่ฉาบเอาไว้ออกมาดังโครงสร้างในรูป 1
ตัวต้านทานไวแสง (Light Independent Resistor) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า LDR ทำมาจากสารแคดเมียมซัลไฟล์ (Cds) หรือแคดเมียมซีลิไนด์ (Cdse) ซึ่งเป็นสารประกอบชนิดกึ่งตัวนำมาฉาบบนแผ่นเซรามิคที่ใช้เป็นฐานรอง แล้วต่อขาจากสารที่ฉาบเอาไว้ออกมาดังโครงสร้างในรูป 1

รูป 1 โครงสร้างของ LDR

ตุณสมบัติทางแสง
LDR ไวต่อแสงนช่วงคลื่น 400-1000 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 10-9 เมตร) ซึ่งครอบคลุมช่วงคลื่นที่ไวต่อตาคน (400-700 นาโนเมตร) นั่นคือ LDR ไวต่อแสงอาทิตย์ และแสงจากหลอดใส้ หรือ หลอดเรืองแสง และยังไวต่อแสงอินฟาเรดที่ตามองไม่เห็นอีกด้วย (ช่วงคลื่นตั้งแต่ 700 นาโนเมตรขึ้นไป)

รูป 2 กราฟแสดงความไวของ LDR ที่ความยาวคลื่นต่าง ๆ กัน เทียบกับตาคน

คุณสมบัติทางไฟฟ้า
อัตราส่วนของความต้านทาน LDR ขณะที่ไม่มีแสงกับในขณะที่มีแสง อาจมีค่าต่างกัน 100, 1,000, 10,000 เท่า แล้วแต่แบบหรือรุ่น
ความต้านทานในขณะไม่มีแสงจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0.5 MW ขึ้นไป และความต้านทานขณะที่มีแสงจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10 KW ลงมาทนแรงดันสูงสุดได้มากกว่า 100 โวลท์ และทนกำลังไฟได้ประมาณ 50 mW

การวัดความต้านทานของ LDR
เนื่องจาก LDR ทนกำลังไฟฟ้าได้เพียงประมาณ 50 mW ดังนั้นถ้าเราใช้โอห์มมิเตอร์สเกล Rด1 วัดความต้านทานของ LDR อาจทำความเสียหายให้กับ LDR ได้ เราอาจวัดความต้านทานของ LDR ได้โดยอ้อมดังนี้
โดยอาศัยวงจรแบ่งแรงดัน เราได้ความสัมพันธ์ระหว่าง V และ V ดังนี้

รูป 3

เราสามารถใช้หลักการนี้วัดความต้านทานของ LDR ได้ โดยการต่อ LDR อนุกรมกับโวลท์มิเตอร์แล้วต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ดังรูป 4

รูป 4

ดังนั้นถ้าตั้งสเกลของโวลท์มิเตอร์ไว้ที่ 10 V ความต้านทานของโวลท์มิเตอร์จะเป็น (10)(20K) = 200 KW หรือตั้งสเกล 5 V จะได้ Rv เป็น (5)(20K) = 100KW เป็นต้น
เมื่อไปซื้อ LDR มาใช้งาน อาจไม่รู้ค่าความต้านทานของ LDR ไปประกอบกับวงจรชมิดท์ทริกเกอร์ ไปควบคุมการปิดเปิดไฟถนน ซี่งอาจศึกษาได้จากตัวอย่างการใช้งาน

 

การนำ LDR ไปใช้งาน

จากหลักการดังกล่าวแล้วจะเห็นว่าเมื่อมีแสงสว่างมาตกที่ตัว LDR กระแสที่ไหลผ่านตัว LDR จะสูง เนื่องจากมีความต้านทานต่ำ และเมื่อไม่มีแสงความต้านทานของ LDR มีค่าสูง ทำให้กระแสไหลไดน้อย เราจึงอาจนำ LDR ไปเป็นส่วนประกอบของมิเตอร์วัดวามเข้มแสงได้ดังนี้

รูป 5การใช้ LDR เป็นส่วนประกอบของวงจรมิเตอร์วัดแสงอย่างง่าย

นอกจากนี้เราอาจใช้ LDR ในวงจรควบคุมด้วยแสงได้ดังนี้

รูป 6

ในรูป 6 LDR และความต้านทานปรับค่าได้ 1 MW เป็นวงจรแบ่งแรงดันรูป 6 ก. แรงดัน Vout จะมีค่าเกือบเท่ากับ Vcc เมื่อมีแสงมาตกและจะมีค่าน้อยเมื่อไม่มีแสงมาตาก
ส่วนรูป 6 ข. เป็นแบบตรงกันข้าม คือ เมื่อมีแสงมาตก แรงดันเอาท์พุทจะมีค่าต่ำ และจะมีค่าสูงเมื่อไม่มีแสงมาตก
ลองประกอบวงจรสวิทช์ควบคุมด้วยแสงต่อไปนี้

รูป 7 วงจรสวิทช์ซึ่งจะทำงานเมื่อไม่มีแสงสว่าง

การทดลองวัดความต้านทานของ LDR
เนื่องจาก LDR ทนกำลังไฟฟ้าได้เพียงประมาณ 50 mW ดังนั้นถ้าเราใช้โอห์มมิเตอร์สเกล Rด1 วัดความต้านทานของ LDR อาจทำความเสียหายให้กับ LDR ได้ เราอาจวัดความต้านทานของ LDR ได้โดยอ้อมดังนี้
โดยอาศัยวงจรแบ่งแรงดัน เราได้ความสัมพันธ์ระหว่าง V และ V ดังนี้

รูป 8

เราสามารถใช้หลักการนี้วัดความต้านทานของ LDR ได้ โดยการต่อ LDR อนุกรมกับโวลท์มิเตอร์แล้วต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ดังรูป 9

รูป 9