การสื่อสารแบบ analog

การสื่อสารแบบ analog

ใน ปัจจุบันนี้มีการกล่าวถึงการสื่อสารแบบต่าง ๆ มากมาย ไม่ว่าจะเป็นการสื่อสารผ่านดาวเทียม การสื่อสารผ่านเส้นใยนำแสง การสื่อสารแบบซูเปอร์ไฮเวย์ การสื่อสารผ่านสายเคเบิลใต้น้ำ การสื่อสารด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ฯลฯ ผู้ฟังที่เป็นประชาชนทั่วไปจะเข้าใจว่าการสื่อสารแบบต่าง ๆ เหล่านี้ก็คือการส่งข้อมูลหรือข้อความผ่านทางเส้นทางต่าง ๆ ที่กล่าวมาแล้วซึ่งเป็นความเข้าใจที่ถูกต้องในระดับหนึ่ง แต่ในรายละเอียดนั้นมีความหมายมากกว่านี้

บาง คนอาจสงสัยว่าข้อมูลหรือข้อความนั้นสามารถส่งได้อย่างไร โดยเฉพาะการส่งในระยะทางที่ไกลมาก เช่น ข้ามจังหวัด ข้ามประเทศ หรือแม้แต่การส่งข้ามทวีป ก่อนอื่นจะขอยกตัวอย่างการส่งข้อมูลที่เป็นเสียงนั่นคือโทรศัพท์ ขณะที่เราพูดโทรศัพท์นั้น คลื่นเสียงหรือสัญญาณเสียงที่ออกจากปาก จะไปทำให้แผ่นไดอะแฟรมของไมโครโฟน ที่อยู่ในตัวกระบอกโทรศัพท์สั่น (ดูรูปที่ 1 ประกอบ) เมื่อแผ่นได อะแฟรมสั่นจะมีผลทำให้มีสัญญาณไฟฟ้าออกมาจากไมโครโฟน ถ้าเราเอาเครื่องมือชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope) ดูรูป ของสัญญาณ ทั้งสองชนิดจะพบว่ามีลักษณะเหมือนกัน เราเรียกสัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจากไมโครโฟนนี้ว่า เป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาลอก (analog) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงความ ต่างศักย์ไฟฟ้าหรือการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณไฟฟ้าเมื่อเทียบกับเวลาจะมีค่า ต่อเนื่องกัน และมีรูปร่างเหมือนสัญญาณต้นฉบับ

รูป ที่ 1

ร่างกาย มนุษย์สามารถส่งสัญญาณแบบต่อเนื่องหรือแบบอะนา ลอก ได้หลายวิธี เช่นการพูด เสียงที่พูดออกมานั้นทั้งความถี่และความดังของเสียงจะเปลี่ยนแปลงแบบต่อ เนื่อง การเคลื่อนไหวส่วนต่าง ๆ ของร่างกายก็เป็นแบบต่อเนื่อง การรับรู้ก็เช่นกัน เราได้ยินเสียงที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่อง มองเห็นภาพที่มีความเข้มของแสงเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่อง มองเห็นภาพที่มีความเข้มของแสงเปลี่ยนแปลงแบบต่อเนื่องการสัมผัสที่รับรู้ ได้จากแรงกดที่ผิวหนังก็เป็นแบบต่อเนื่อง แต่ที่กล่าวมานี้เป็นการรับรู้ในการดำรงชีวิตแบบปกติเท่านั้น ถ้ามีเหตุการณ์บางอย่างที่ผิดปกติเกิดขึ้น การรับรู้จะไม่เป็นแบบต่อเนื่องนั่นคือมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วมาก เช่น เสียงปืน เสียงประทัด เสียงระเบิด ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันของอากาศอย่างรวดเร็ว การรับรู้ของหูจะเป็นแบบฉับพลันอาจทำให้แก้วหูฉีกขาดได้ การมองเห็นฟ้าผ่าหรือแสงแฟลชถ่ายรูปก็ทำให้ตารับรู้ความเข้มแสงอย่างฉับพลัน ทำให้ตาพร่า ที่ยกตัวอย่างเหล่านี้ก็เพื่อให้ผู้อ่านได้นึกภาพของการเปลี่ยนแปลงแบบต่อ เนื่องหรือแบบอะนาลอก ในขอบเขตปกติ กับการเปลี่ยนแปลงแบบฉับพลันว่าเป็นอย่างไร

ขณะที่ เราพูดโทรศัพท์จะมีสัญญาณไฟฟ้าที่เป็นแบบอะนา ลอก ออกมาจากไมโครโฟนที่กระบอกพูด สัญญาณไฟฟ้านี้จะถูกส่งไปตามสายไฟฟ้าจนมาถึงผู้ฟัง สัญญาณไฟฟ้าจะถูกลำโพงเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณเสียงให้ผู้ฟังได้ยิน และในทำนองเดียวกันเราก็ได้ยินคู่สนทนาพูดด้วย ในแบบเรียนต่าง ๆ กล่าวถึงการสื่อสารในลักษณะเช่นนี้เพื่อให้นักเรียนเข้าใจได้ง่ายไม่ได้ กล่าวถึงรายละเอียดว่ามีตัวแปรอื่นใดเข้ามารบกวนการส่งข้อมูลหรือข้อความใน ระหว่างการสื่อสาร

ใน สภาพความเป็นจริงสายไฟฟ้าที่เป็นสายทองแดงหรือโลหะผสมอื่นใด จะมีความต้านทานไฟฟ้าอยู่ ยิ่งสายยาวมากเท่าไรความต้านทานไฟฟ้าก็จะยิ่งเพิ่มขึ้นเท่านั้น เมื่อเราพูดโทรศัพท์สัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจะถูกความต้านทานของสายไฟฟ้าที่ยาว มากทำให้ขนาดของสัญญาณไฟฟ้าลดลง กว่าจะถึงผู้ฟังปลายสายก็ไม่อาจทำให้ลำโพงทำงานได้ ถ้าเป็นการสื่อสารข้ามจังหวัดขนาดของสัญญาณไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลงอีกและถ้า เป็นการสื่อสารข้ามทวีปจะเป็นเช่นไร

รูปที่ 2

เมื่อ เป็นเช่นนี้วงจรขยายสัญญาณไฟฟ้าจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญในการสื่อสาร ก่อนที่ขนาดของสัญญาณไฟฟ้าจากผู้พูดจะลดลงต่ำเกินไป ก็จะต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นจึงส่งต่อไปอีก ถ้าผู้ฟังหรือผู้รับอยู่ห่างจากผู้พูดมากเท่าไร จำนวนครั้งของการขยายสัญญาณไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือในระบบการสื่อสารต้องมีสถานีขยายสัญญาณไฟฟ้าอยู่เป็นระยะ (ดูรูปที่ 3 ประกอบ) ในสมัยที่ใช้สายไฟฟ้าอย่างเดียวนั้นสถานีขยายสัญญาณไฟฟ้าหรือที่ เรียกว่า repeater นั้นจะอยู่ค่อนข้างใกล้กัน เพราะความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟมีค่ามากต้องมีการขยายบ่อยครั้ง ต่อเมื่อมีการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ การส่งสัญญาณหรือการสื่อสารด้วยวิธีนี้ก็ไม่ต้องใช้สายไฟฟ้าแล้ว แต่ก็ต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้าอยู่เช่นเดียวกัน เพราะการสูญเสียพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นวิทยุในอากาศยังมี อยู่ ดังที่เราเห็นมีการติดตั้งสถานีไมโครเวฟของแต่ละจังหวัดเพื่อส่งสัญญาณต่อ ๆ กันไป

รูปที่ 3

การนำดาว เทียมมาใช้ในการสื่อสารช่วยให้การรับการส่งสัญญาณไฟฟ้าเป็นไปได้สะดวกขึ้น เพราะรัศมีการทำงานของดาวเทียมนั้นครอบคลุมพื้นที่ได้มากกว่าการส่งด้วยวิธี อื่น แต่ก็มิได้หมายความว่าไม่ต้องใช้การขยายสัญญาณไฟฟ้า เราลองพิจารณาการส่งสัญญาณไฟฟ้าจาก สถานีส่งที่ภาคพื้นดินขึ้นไปยังดาวเทียม ขณะที่ส่งนั้นต้องผ่านชั้นบรรยากาศซึ่งทำให้พลังงานของคลื่นลดลงเป็นผลให้ ขนาดของสัญญาณไฟฟ้าลดลงไปด้วย ดังนั้นเราจึงต้องมีเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าที่ดาวเทียม เพื่อให้สัญญาณไฟฟ้ามีกำลังสูงพอที่จะส่งกลับลงมายังสถานีรับภาคพื้นดินหรือ ที่จานรับสัญญาณ เมื่อพิจารณาที่สถานีรับภาคพื้นดิน หรือที่จานรับสัญญาณก็ต้องมีเครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าก่อนจะเข้ากระบวนการทาง อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้ผู้ฟังได้เห็นหรือได้ยินข้อความหรือข้อมูลจากสถานีส่ง

ที่กล่าว มาทั้งหมดก็เพื่อให้ผู้อ่านได้เข้าใจถึงความหมายของสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาลอก และความจำเป็นที่ต้องมีการขยายสัญญาณไฟฟ้าตามสถานีต่าง ๆ และที่เครื่องรับของผู้ฟังก่อนที่จะเข้าสู่การสื่อสารแบบดิจิตอล (digital) เพราะเราจำเป็นต้องเข้าใจ การสื่อสารแบบอะนาลอกเสียก่อน เนื่องจากสัญญาณแบบอะนาลอก เป็นสัญญาณที่เราคุ้นเคยหรือประสบอยู่ตลอดเวลา

ปัญหาของการสื่อสารแบบanalog

การส่ง สัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาลอกนั้นมีปัญหามากมาย ดังที่จะกล่าวต่อไปนี้

ผู้ อ่านบางท่านอาจจะเคยอัดเสียงจากเทปต้นฉบับลงเทปเปล่า เพื่อเก็บไว้ (คิดว่าไม่ได้อัดเพื่อขายต่อ เพราะกฏหมายสิขสิทธิ์ได้ออกมาใช้แล้ว) จะขอเรียกเทปต้นฉบับว่า F1 เพื่อให้คล้ายกันกับเรื่องกฏของ เมนเดล ในวิชาชีววิทยา ส่วนเทปที่นำมาอัดต่อนั้นเรียกว่า F2 ถ้าเราพิจารณาคุณภาพของเสียงของเทป F2 นั้นจะพบว่ามีคุณภาพสู้ของ F1 ไม่ได้ และถ้านำเอา F2 เป็น ต้นฉบับสำหรับอัดต่อไปก็จะได้เทป F3 ซึ่งคุณภาพของเทป F3 นี้จะลดลงมาก อาจจะฟังแทบไม่รู้เรื่องเลยเพราะมีสัญญาณรบกวนแทรกเข้ามามาก และถ้าเรายังอัดเช่นนี้ต่อไปอีกสองสามรุ่น เทปรุ่นสุดท้ายจะฟังไม่รู้เรื่อง คือไม่ทราบว่าอัดมาจากไหน ยิ่งเป็น การอัดสัญญาณวีดิทัศน์จะเห็นความแตก ต่างของคุณภาพได้ชัด ภายในการอัดเพียงสองรุ่นเท่านั้น

รูปที่ 4

ทำไมจึง เป็นเช่นนี้ เพราะการอัดหรือ copy สัญญาณไฟฟ้านั้นมีสัญญาณรบกวน เข้ามามาก สัญญาณรบกวนนี้เป็นสัญญาณไฟฟ้าเหมือนกัน ทำให้สัญญาณไฟฟ้าในรุ่น F1 หรือ F3 มีคุณภาพลดลง ในทางสื่อสารหรือทางอิเล็กทรอนิกส์หมายความว่าอัตราส่วนของสัญญาณไฟฟ้าต่อ สัญญาณรบกวนลดลง (S/N S=signal N=noise) เครื่องขยายสัญญาณไฟฟ้าที่มีคุณภาพ สูงต้อง มีสัญญาณรบกวนน้อยที่สุด แต่ในระบบอะนาลอก ไม่สามารถขจัดสัญญาณรบกวนออกได้ถ้าระบบการสื่อสารใช้แบบอะนา ลอก สัญญาณไฟฟ้าที่ส่งออกจะมีสัญญาณรบกวนแทรกเข้ามาทุกครั้งที่ผ่านสถานี repeater ดังนั้นเมื่อถึงปลายทางสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จะไม่ ชัดเจนเหมือนต้นฉบับ (ดูรูปที่ 4 ประกอบ)

การสื่อสารแบบdigital

เมื่อการ สื่อสารแบบอะนาลอก มีปัญหาเกิดขึ้นเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงคิดค้นการส่งสัญญาณไฟฟ้าแบบดิจิตอลขึ้นมาเพื่อแก้ปัญหาที่ เกิดจากสัญญาณรบกวน ก่อนที่จะเข้าสู่รายละเอียดของการสื่อสารแบบดิจิตอลนั้น ขอยกตัวอย่างการใช้งานสัญญาณไฟฟ้าแบบดิจิตอล ที่ทุกคนคุ้นเคย เพียงแต่ยังนึกไม่ถึงเท่านั้น นั่นก็คือการ copy โปรแกรมคอมพิวเตอร์ ไม่ว่าแผ่นโปรแกรมที่เป็นต้นฉบับนั้นจะเป็นรุ่น F1 F2 F10 หรือ F50 ผลที่ได้นั้น โปรแกรมยังมีลักษณะเหมือนต้นฉบับทุกประการเพราะถ้าไม่เหมือนแม้แต่เพียง ข้อมูลเดียว โปรแกรมก็ไม่สามารถทำงานได้ เราอาจกล่าวได้ว่าการ copy โปรแกรมคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณไฟฟ้าแบบดิจิตอลนั้น แผ่นโปรแกรมเป็นรุ่น F1000 จะเหมือนกับรุ่น F1 เสมอ (การถ่ายทอดกรรมพันธุ์ทาง DNA หรือ ทาง chromosome ของ สิ่งมีชีวิตนั้น จะคล้ายกับการถ่ายทอดแบบดิจิตอล โอกาสที่จะผิดพลาดมีน้อยมาก แต่ถ้าผิดขึ้นมาจะกลายเป็นเรื่องใหญ่ นั่นคือเกิดการกลายพันธุ์ (mutation) แล้วผู้เขียน อาจเขียนเรื่องฟิสิกส์กับชีววิทยา หรือคอมพิวเตอร์กับสิ่งมีชีวิต ในอนาคตอันใกล้)

ถึงตอน นี้ท่านผู้อ่านคงเข้าใจแล้วว่าการส่งสัญญาณไฟฟ้าแบบดิจิตอลนั้น ดีกว่าการส่งสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนาลอก อย่างไร และเข้าใจเหตุผลว่าทำไมการสื่อสารจึงเลือกใช้แบบดิจิตอล ต่อไปนี้ทุกท่านคงพร้อมแล้วที่จะเข้าสู่รายละเอียดของการสื่อสารแบบดิจิตอล ในเชิงวิชาการ

บางคนอาจ จะสงสัยว่าทำไมต้องมีสัญญาณรบกวนด้วย เราจะแยกหรือขจัดออกได้อย่างไร สัญญาณรบกวนนี้เกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติ เช่น ผลของอุณหภูมิ (thermal noise) วัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์ องศาเคลวินสามารถส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ทั้งสิ้น ผลภายในอุปกรณ์เองเช่น ในตัวทรานซิสเตอร์ ไดโอด ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุไอซี (integrated circuit) แม้แต่สายไฟหรือลายทองแดงของแผ่นวงจรไฟฟ้า สามารถผลิตความถี่หรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากที่อื่น รวมทั้งคุณภาพของการออกแบบวงจรไฟฟ้าก็มีส่วนทำให้ปริมาณสัญญาณรบกวนมากน้อย ต่างกัน โดยสรุปสัญญาณรบกวนมีอยู่ตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับว่าเราสามารถกรองออกจากสัญญาณไฟฟ้าเดิมได้แค่ไหน ตัวอย่างที่สังเกตได้ชัดเจนคือการรับสัญญาณโทรทัศน์ ถ้าเสาอากาศคุณภาพดีและการติดตั้งหันไปทิศทางที่ถูกต้องภาพที่ได้จะชัดเจน มิฉะนั้นจะได้ภาพที่มีเม็ดสีปะปน เม็ดสีปนอยู่คือสัญญาณรบกวนนั่นเอง ยิ่งผู้รับอยู่ไกลจากสถานีส่งมากเท่าไร ขนาดของสัญญาณที่ต้องการจะลดลงส่วนสัญญาณรบกวนจะเพิ่มขึ้น ในบางท้องที่ไม่อาจรับสัญญาณโทรทัศน์ได้เลย เพราะมีแต่สัญญาณรบกวน

เมื่อ เราใช้ออสซิลโลสโคป ดูรูปคลื่นของสัญญาณไฟฟ้าแบบอะนา ลอก จะเป็นดังรูปที่ 4 และรูปที่ 5 ก., ข.

รูปที่ 5

เมื่อมีการขยายสัญญาณครั้งที่ 1 สัญญาณที่ได้จะเป็นดังรูปที่ 5 ก.
เมื่อมีการขยายสัญญาณครั้งที่ 2 สัญญาณ ที่ได้จะเป็นดังรูปที่ 5 ข.

เราจะ เห็นได้ชัดเจนว่าการสื่อสารแบบอะนาลอกนั้นมีสัญญาณรบกวนแทรกอยู่มาก ต่อไปจะพิจารณาการสื่อสารแบบดิจิตอล สัญญาณแบบดิจิตอลนั้น จะมีค่าของความต่างศักย์ไฟฟ้าเพียง 2 ค่าเท่านั้น คือ HIGH (อาจ ใช้เลข 1 หมายถึง 5 โวลต์) และ LOW (อาจใช้เลข 0 หมายถึง 0 โวลต์) แต่ในทางปฏิบัติให้ 0-1.5 โวลต์ เป็น LOW และ 3.5-5 โวลต์ เป็น HIGH เพื่อประโยชน์ในการแยก noise ออก จาก signal เพราะถ้าขนาดสัญญาณของ noise นั้น ไม่เกิน 1 โวลต์ เราก็ยังสามารถแยกออกจากสัญญาณเดิม

เมื่อ เราใช้ออสซิลโลสโคป ดูรูปคลื่นของสัญญาณไฟฟ้าแบบดิจิตอล จะเป็นดังรูปที่ 6

รูปที่ 6
มีสัญญาณรบกวนแทรก
แต่สามารถแยก 1 และ 0 ได้

รูปที่ 7
เมื่อมีการขยายสัญญาณครั้งที่ 1 และ ปรับแต่งสัญญาณที่ได้จะเป็นดังรูปที่ 7 ก.
เมื่อมีการขยายสัญญาณครั้งที่ 2 และ ปรับแต่งสัญญาณที่ได้จะเป็นดังรูปที่ 7 ข.

การ ขยายสัญญาณแบบดิจิตอลนั้นต้องรีบทำก่อนที่ขนาดของสัญญาณจะลดลงมากเกินไปจน แยก 1 และ 0 ไม่ได้ หมายความว่าสถานีขยายสัญญาณ repeater มีหน้าที่ขยายและปรับแต่งสัญญาณทำให้ได้รูปของสัญญาณที่ เหมือนต้นฉบับทุกประการ ดังนั้นไม่ว่าการสื่อสารข้อมูลจะไกลเพียงใด สัญญาณที่ได้รับจะเหมือนต้นฉบับเสมอ ทำให้การสื่อสารในโลกปัจจุบันจึงเป็นการสื่อสารแบบดิจิตอลแทบทั้งสิ้น แม้แต่การทำงานของคอมพิวเตอร์ก็เป็นแบบดิจิตอลทำให้เราสามารถส่งข้อมูลจาก คอมพิวเตอร์ไปได้ทั่วโลก (โดยใช้บริการของ internet)

รูปที่ 8

ผู้อ่าน บางท่านอาจสงสัยว่า การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณเสียงที่กล่าวมาในตอนต้นเป็นแบบอะนา ลอก แล้วเราจะส่งสัญญาณเสียงแบบดิจิตอลได้อย่างไร เรื่องนี้อธิบายไม่ยากก็ใช้วงจรไฟฟ้าที่เรียกว่า ADC (Analog Digital Converter) เปลี่ยนสัญญาณแบบอะนาลอกให้กลายเป็นสัญญาณแบบดิจิตอล ตัวอย่างเช่น การอัดเสียงลง Compact Disc (CD) นั้น ใช้ระบบดังที่กล่าวมานี้ การอัดภาพลง Laser disc ก็เช่นเดียวกัน เมื่อข้อมูลทั้งเสียงและภาพกลายเป็นสัญญาณแบบดิจิตอลแล้ว จะส่งไปไหนหรือทำอะไรต่อก็ง่ายแล้ว เวลาจะเล่นกลับ (playback) ก็ใช้วงจรไฟฟ้าที่เรียกว่า DAC (Digital Analog Converter) จัดการกับข้อมูลที่เป็นดิจิตอล ก็จะได้สัญญาณแบบอะนาลอก ที่ร่างกายมนุษย์คุ้นเคย

ราย ละเอียดของวงจรไฟฟ้า ADC (Analog Digital Converter) ที่เปลี่ยนสัญญาณแบบอะนาลอกให้กลายเป็นสัญญาณแบบดิจิตอล และ DAC (Digital Analog Converter) นั้นค่อนข้างยุ่งยากและเป็นวิชาการมาก แต่ผู้เขียนได้เขียนไว้แล้วสำหรับอาจารย์ฟิสิกส์ แต่ถ้ามีผู้สนใจมากพอก็อาจนำลงในโอกาสต่อไป

การทดลอง digital electronic

Sensor

ประกอบ ด้วย

Switch มีทั้งชนิดกดติดปล่อยดับ และชนิดสลับปิดเปิด เมื่อ Switch ทำงานแบบ ON จะให้ตรรกะ 1 เมื่อทำงานแบบ OFF จะให้ตรรกะ 0

Magnetic sensor ทำจาก Reed switch เมื่อนำแท่งแม่เหล็กถาวรมาใกล้ Switch จะทำงานแบบ ON จะให้ตรรกะ 1 เมื่อแท่งแม่เหล็กห่างออกไปจะทำงานแบบ OFF จะให้ตรรกะ 0

Light sensor ทำจาก LDR ที่มีสมบัติเปลี่ยนค่าความต้านทานเมื่อความเข้มของแสงที่ตก กระทบผิวหน้าเปลี่ยนไป โดยแสงที่มีความเข้มมากจะทำให้ LDR มีความต้านทาน น้อย และแสงที่มีความเข้มน้อยจะทำให้ LDR มีความต้านทานมาก จากหลักการดังกล่าวจึงนำ LDR มาสร้างเป็นสวิตช์แสง โดยที่แสงมีความเข้มมากจะให้ตรรกะ 1 และเมื่อแสงมีความเข้มน้อยจะให้ตรรกะ 0

Thermal sensor ทำจาก IC-LM335 ซึ่งเป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์สำหรับวัดอุณหภูมิ โดยตั้งเกณฑ์การเปลี่ยนตรรกะจาก 1 เป็น 0 ที่อุณหภูมิประมาณ 40 องศาเซลเซียส (ต้องใช้ ถ่านไฟฉายใหม่ 4 ก้อนเป็นแหล่งจ่ายไฟ มิฉะนั้นจะทำงานผิดพลาด) การทำให้อุณหภูมิเพิ่มทำ ได้โดยการใช้หัวแร้งบัดกรีที่ร้อนแตะที่ตัว IC เมื่อตรรกะเป็น 1 ให้ยกหัวแร้งออกห่างทันที อย่าทิ้งแช่ไว้จะทำให้ IC เสีย เพราะว่าทนความร้อนเกิน 100 องศาเซลเซียสไม่ได้

รายละเอียดเพิ่มเติมของหัววัด

Reed switch เป็นโลหะ 2 ชิ้น ที่วางอยู่ใกล้กัน เมื่อนำแท่งแม่เหล็กถาวรมาใกล้ โลหะทั้งสองชิ้นจะถูกดูดให้แตะกัน Switch จะทำงาน แบบ ON เมื่อนำแท่งแม่เหล็กห่างออกไปโลหะ 2 ชิ้นจะแยกจากกัน Switch จะทำงานแบบ OFF

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  ใช้ เป็นเครื่องตรวจสอบการเปิดประตู

      -  ใช้ เป็นสวิตช์นับจำนวน

      -  ใช้ เป็นสวิตช์กันขโมย

LDR    มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1 cm ค่า ความต้านทานของ LDR ขณะที่มืดจะมีความต้านทานประมาณ 200 กิโลโอห์ม ขณะสว่าง LDR จะมีความต้าน ทานประมาณ 10 กิโลโอห์ม

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  ใช้ เป็นเครื่องวัดแสงในกล้องถ่ายรูป

      -  ใช้ เป็นสวิตช์แสงของลิฟต์

      -  ใช้ เป็นสวิตช์นับจำนวน

      -  ใช้ เป็นสวิตช์ตรวจสอบควันดำของท่อไอเสียรถ

      -  ใช้ เป็นสวิตช์ตรวจสอบไฟไหม้

IC-LM335    เป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบไว้สำหรับวัดอุณหภูมิ ตั้งแต่ 0 ถึง 100 องศาเซลเซียส โดยที่ให้ผลของการวัดออกมาเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้า ในชุดทดลองจะมีวงจรเปรียบเทียบความต่างศักย์ Voltage comparator เมื่ออุณหภูมิเกิน 40 องศาเซลเซียสจะ เปลี่ยนตรรกะจาก 0 เป็น 1 ทันที และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะเปลี่ยนกลับจาก 1 เป็น 0

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  ใช้ เป็นเครื่องวัดอุณหภูมิ

      -  ใช้ เป็นสวิตช์ในเครื่องปรับอากาศ

      -  ใช้ เป็นสวิตช์ในตู้ฟักไข่

      -  ใช้ เป็นสวิตช์ตรวจสอบไฟไหม้

Logic gate

ประกอบ ด้วย

    -   NOT

    -   AND

    -   OR

NOT ทำจาก IC 7404 โดยจะเปลี่ยนตรรกะของ Output ให้ตรงข้ามกับ Input จึงมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่ง Inverter สัญลักษณ์เขียนได้ดังนี้

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  ใช้ เป็นเครื่องเตือนเมื่ออุณหภูมิของอุปกรณ์ต่ำกว่าที่ตั้งไว้ เช่น ในตู้อบทารกแรกเกิดที่ต้องตั้งอุณหภูมิไว้ค่าหนึ่ง ถ้าเกิดเหตุขัดข้องทำให้เครื่องทำความร้อนไม่ทำงาน อุณหภูมิจะลดลงเป็นผลให้เกิดอันตรายแก่ทารกที่อยู่ในตู้อบนั้น การใช้ NOT gate จะช่วยให้แพทย์หรือพยาบาลทราบว่า เครื่องขัดข้องต้องรีบมาแก้ไขก่อนจะเกิดอันตราย

      -  ใช้เป็นสวิตช์ในโรงงานอุตสาหกรรมอาหาร สิ่งมีชีวิตทั้งหลายต่างต้องการอุณหภูมิที่เหมาะสมในการดำรงชีวิต ยีสต์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารก็เช่นกัน ถ้าอุณหภูมิของเครื่องหมัดลดลงกว่ากำหนดยีสต์ไม่อาจจะทำงานหรือเติบโตได้ การใช้ NOT gate จะช่วยให้วิศวกรหรือช่างเครื่องทราบว่าเครื่องขัดข้อง ต้องรีบมาแก้ไขก่อนจะเกิดความเสียหาย

AND ทำจาก IC 7408 โดยจะตรวจสอบตรรกะของ Input ทั้งสองว่าตรงตามที่กำหนดไว้หรือไม่ แล้วแสดงผลทาง Ouput สัญลักษณ์เขียนได้ดังนี้ (AND สามารถมี Input ได้มากกว่า สอง)

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  สามารถ นำไปใช้ในการออกแบบการควบคุมการทำงานของเครื่องรดน้ำต้นไม้แบบอัตโนมัติโดย กำหนดให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิสูง และมีแสงสว่าง (หมายความว่าทำงานเมื่ออากาศร้อนและ เป็นเวลากลางวัน)

      -  ใช้เป็นสวิตช์ในโรงงานอุตสาหกรรม เช่นในการควบคุมอุณหภูมิและ pH ของสารเคมีตัวหนึ่ง ที่ต้องการอุณหภูมิที่พอเหมาะคือ 42 องศาเซลเซียสและ pH เท่ากับ 4.3 เมื่อใช้ AND gate จะทำให้ควบคุมได้แน่ นอนขึ้น เพราะว่าตรรกะของ Output จะเป็น 1 ได้นั้นมี เพียงเงื่อนไขเดียวคือเมื่อ ตรรกะของ input ต้องเป็น 1 ทั้งคู่

OR ทำจาก IC 7432 โดยจะตรวจสอบตรรกะของ input ทั้งสองว่าตรงตามที่กำหนดไว้หรือไม่ แล้วแสดงผลทาง Output สัญลักษณ์เขียนได้ดังนี้ (OR สามารถมี input ได้มากกว่าสอง)

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  สามารถ ใช้ในการออกแบบการควบคุมการทำงานของเครื่องฉีดน้ำดับเพลิงแบบอัตโนมัติ โดยกำหนดให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิสูง หรือมีควัน

      -  ใช้ เป็นสวิตช์ตรวจสอบการทำงานของเครื่องมือว่าทำงานได้ตามต้องการ เช่น เครื่องควบคุมอุณหภูมิจะมีสวิตช์ที่เรียกว่าสวิตช์ทดสอบ โดยการใข้ OR เพื่อให้แน่ใจว่าเมื่อนำไปใช้งานจริงเครื่องมือ จะทำงานได้ถูกต้อง

      -  ใช้ เป็นสวิตช์กันขโมย สามารถนำสวิตช์ปิดเปิดที่ประตูทุกบาน หน้าต่างทุกบานมาต่อเข้าด้วยกัน เมื่อบานใดบานหนึ่งถูกเปิด เครื่องเตือนภัยจะทำงานทันที

      -  ใช้เป็นสวิตช์ตรวจสอบไฟไหม้

Display

ประกอบ ด้วย

    -   LED

    -   ออด ( Buzzer )

    -   รีเลย์ ( Relay )

LED เป็นส่วนแสดงผลด้วยแสงสว่าง ทำให้ทราบว่าขณะนั้นมีตรรกะ 1

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  เป็น ส่วนแสดงผลของเครื่องมือหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ ทางอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องมือวัด เครื่องคิดเลข ในปัจจุบันมีการแสดงผลโดยใช้ LCD Liquid Crystal Display จะให้ตัวเลขหรือตัวอักษรสีดำ ต้องมีแสงจากภายนอกจึงจะอ่านจอ LCD ได้ ผิดกับจอ LED นั้น มีแสงสว่างของตัวเองสามารถอ่านในที่มืดได้ เพียงแต่ต้องการพลังงานไฟฟ้ามากกว่าแบบ LCD

      -  สามารถ ดัดแปลง LED ให้เป็นตัวส่งสัญญาณด้วยแสงได้ เช่น การส่งสัญญาณด้วยสาย Optical fiber

      -  ถ้า เป็น IRED Infra Red Emitting Diode ก็จะเป็นการส่ง สัญญาณแบบ IR

      -  หลัก การสร้าง LASER diode จะคล้ายกับ LED เพียงแต่มีขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนกว่า

      -  ทำเป็นเครื่องทดสอบความต่อเนื่องของวงจรไฟฟ้า

Buzzer เป็นส่วนแสดงผลด้วยเสียง เลือกรุ่นใช้กับความต่างศักย์ไฟฟ้า 6 โวลต์

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  เป็น ออดไฟฟ้า

      -  เป็น ส่วนเตือนของเครื่องมือหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ ทางอิเล็กทรอนิกส์

      -  ทำเป็นเครื่องทดสอบความต่อเนื่องของวงจรไฟฟ้า

Relay เป็นส่วนแสดงผลด้วยการควบคุม เช่น ควบคุมการปิดเปิดมอเตอร์ไฟฟ้า การเปิดปิดของหลอดไฟฟ้าที่ใช้โวลต์สูง การปิดเปิดเครื่องจักร เครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดต่าง ๆ

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  เป็น เครื่องควบคุมที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม

      -  เป็น เครื่องควบคุมที่ใช้ในโรงงานไฟฟ้า

      -  เป็น เครื่องควบคุมวงจรไฟฟ้าในรถยนต์

      -  เป็น เครื่องควบคุมวงจรไฟฟ้าในสวิตช์อัตโนมัติ

      -  สร้างเป็นเครื่องเตือนภัย เช่น กันขโมย ไฟไหม้

ความรู้เพิ่มเติม

Trasistor เป็นวัสดุอิเล็คทรอนิกส์ ที่สามารถใช้กระแสไฟฟ้าค่าน้อยที่ขา B base ไปควบคุมการทำงานของกระแสไฟฟ้าที่ไหลระหว่างขา C Collector และ E Emitter ได้ จากหลักการนี้สามารถนำ Transistor ไปควบคุมวงจร ไฟฟ้าอื่นได้ ข้อแตกต่างของการควบคุมด้วย Transistor กับ Relay คือ การทำงานของ Transistor จะทำได้รวดเร็วมาก แต่กระแสไฟฟ้าและความต่างศักย์ที่ถูกควบคุมนั้นมีค่าน้อย

การนำไป ใช้หรือการประยุกต์ใช้งาน

      -  เป็น ชุดควบคุมที่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกประเภท

      -  ถ้า ต่อร่วมกับ LDR จะเป็นชุดควบคุมที่ขึ้นกับความเข้ม แสง

      -  ถ้า ต่อร่วมกับ Relay จะเป็นชุดควบคุมที่มีความไวสูง ขึ้น

      -  ทำ เป็นเครื่องทดสอบความต่อเนื่องของวงจรไฟฟ้า ที่มีความไวสูงมาก

      -  เพิ่ม LED ในวงจร จะกลายเป็นเครื่องส่งสัญญาณด้วยแสง

      -  หรือ เพิ่ม IRED ในวงจร จะกลายเป็นเครื่องส่งสัญญาณแบบ IR

      -  สามารถ ส่งสัญญาณผ่าน optical fiber

การทดลองเรื่องการส่งสัญญาณทางสาย fiber oftic

คำนำ

ปัจจุบัน มีการนำสายไฟเบอร์ออพติกเส้นใย แก้วนำแสง เข้ามาใช้ในการส่งสัญญาณไฟฟ้าต่าง ๆ เช่น จากสถานีโทรทัศน์ โทรศัพท์ สัญญาณจากคอมพิวเตอร์ โดยที่สัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณแสง สัญญาณแสงดังกล่าวจะถูกส่งผ่านไฟเบอร์ออพติกเส้นใยแก้วนำแสง จากสถานีส่งไปถึงสถานีปลายทาง เมื่อถึงสถานีปลายทาง สัญญาณแสงจะถูกเปลี่ยนกลับมาให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าตามเดิมเพื่อให้เข้าสู่ เครื่องรับโทรศัพท์ และคอมพิวเตอร์

สำหรับ ชุดทดลองที่ทางสาขาฟิสิกส์ สสวท. จัดทำขึ้นมานี้ เพื่อให้นักเรียนได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการใช้งานบางประการของสายไฟเบอร์ออ พติก(เส้นใยแก้วนำแสง) เพื่อให้เกิดความเข้าใจกระบวนการส่งสัญญาณด้วยสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำ แสง) และเข้าใจหลักการเบื้องต้นของการส่งแสงผ่านสาย ไฟเบอร์ออพติก(เส้นใย แก้วนำแสง) ว่าสามารถอธิบายได้ด้วยการสะท้อนกลับหมด ของแสงในตัวกลาง และการดูดกลืนพลังงานแสง
หลัก การของสายไฟเบอร์ออพติก

อธิบาย โดยใช้หลักการของแสง (geomerrical optic) ได้ ดังนี้

ให้จุด กำเนิดแสงอยู่ที่ S จะมีแสงออกจากจุด S นี้ไป ยังจุดต่าง ๆ ของผิวแก้ว ดังรูป ที่จุด A แสงจะพุ่งออกจากแก้วไป ยังอากาศโดยไม่มีการหักเห ที่จุด B จะมีการหักเหเล็กน้อย และมีบางส่วนสะท้อนกลับมาในแก้ว ที่จุด C จะมีการหักเหมากขึ้นเล็กน้อย และมีบางส่วนสะท้อนกลับมาในแก้ว ที่จุด D จะไม่มีการหักเห แสงจากจุด S ทั้งหมดจะสะท้อนกลับมาในแก้ว ณ. จุดนี้จะเรียกมุม ว่า มุมวิกฤต (Critical angle) ทำให้ เกิดปรากฏการณ์ การสะท้อนกลับหมด (Total reflection) หาค่ามุม ได้จากสมการ

เส้น ทางของแสงในสายไฟเบอร์ออพติก

เมื่อแสง ผ่านเข้ามาในสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง)ที่ทำจากแก้ว จะเกิดการสะท้อนกลับหมดที่ผิวแก้ว (บริเวณที่เป็น รอยต่อของแก้วกับอากาศ) แสงที่สะท้อนนี้จะกลับเข้ามาในสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง) และเกิดการสะท้อนที่ผิวแก้วอีกด้านหนึ่ง การสะท้อนนี้จะเกิดภายในแก้ว โดยไม่มีการทะลุผ่านผิวแก้วออกไปยังอากาศ ทำให้สายไฟเบอร์ออพติก(เส้น ใยแก้วนำแสง) สามารถนำแสงจากจุด A ไปยังจุด B ได้ โดยเส้นทางของ AB เป็นเส้นโค้ง จากสมบัติข้อนี้จึงได้มีการสร้างเครื่องมือตรวจดูอวัยวะภายในร่างกายมนุษย์ โดยการนำแสงจากภายนอกผ่านสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใย แก้วนำแสง) ไปยังกระเพาะอาหาร และนำภาพกระเพาะอาหารกลับมายังภายนอกให้ผู้ทำการตรวจได้มองเห็น

การใช้ งานสายไฟเบอร์ออพติก(เส้น ใยแก้วนำแสง) จะมี 2 ลักษณะ คือ

1    นำภาพของวัตถุผ่านสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง) เช่น กล้องตรวจอวัยวะภายในของมนุษย์

2    นำสัญญาณแสงผ่านสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง)

สำหรับ ชุดทดลองนี้ จะศึกษาเฉพาะลักษณะบางประการของการส่งสัญญาณแสงผ่านสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง)
เมื่อ จบการทดลองนี้แล้ว จะเข้าใจเรื่อง

1    Multiplex

2    การ ตอบสนองต่อแสงสี

3    การ เปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง

4    การ เปลี่ยนสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า

5    การลดทอนของสัญญาณ

การเตรียม ก่อนการทดลอง

1    ต่อ แผ่นทดลองกับกระบะถ่านไฟฉาย 6 โวลต์ ต้องต่อให้ถูกขั้ว เมื่อต่อถูกต้องจะเห็นหลอดไฟของ Logic Probe สว่าง

2    ทดสอบการทำงาน โดยต่อสายไฟจาก Input ของชุดส่งสัญญาณ มาแตะที่ +6 โวลต์หลอด LED ของชุดส่งจะสว่างจ้า

เริ่มการทดลองเรื่อง Multiplex

Multiplex เป็นการส่งสัญญาณจากสถานีส่งหลายชุดไปยังสถานีรับหลาย สถานี โดยใช้สายส่งเพียงชุดเดียว วิธีหนึ่งคือใช้สวิตช์ S และ S ที่ทำงานพร้อมกัน (synchronise) ทำ ให้สัญญาณไฟฟ้าจาก A ไปยัง P

B    ไป ยัง    O

C    ไป ยัง    R

D    ไป ยัง    S

ถ้าความ เร็วของการเลื่อนสวิตช์ S ₁ และ S ₂ มากพอ สัญญาณทั้ง 4 ชุดที่รับได้จะเกือบเหมือนสัญญาณต้น แบบ

Multiplex

ครั้งแรก ให้ทดลองการส่งสัญญาณไฟฟ้าด้วยสายทองแดง โดยเริ่มต่อ input ของ multiplex กับแหล่งจ่ายไฟคงที่ 0 กับ 5 โวลต์ (Logic 0 และ 1) ดูผลที่เกิดขึ้นที่ output ของ demultiplex เมื่อ ใช้ clock ที่มีความถี่ต่ำจากนั้นจึงใช้ clock ที่มีความถี่สูงขึ้น

ต่อไปให้ ทดลองเช่นเดียวกัน แต่เปลี่ยนมาใช้ สาย fiber optic แทนสายทองแดง โดยเริ่มต่อ input ของ multiplex กับ แหล่งจ่ายไฟฟ้าคงที่ 0 กับ 5 โวลต์ จากนั้นนำสัญญาณไฟฟ้า ไปเข้าวงจรแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง แล้วจึงใช้สาย fiber optic นำสัญญาณดังกล่าว ส่งไปที่ตัวรับสัญญาณแสง เมื่อรับสัญญาณแสงได้แล้ว นำ output ที่ได้ไปเข้า ที่ input ของ demultiplex ดูผลที่เกิดขึ้น จากวงจร demultiplex เมื่อใช้ clock ที่มีความถี่ต่ำจาก นั้นจึงใช้ clock ที่มีความถี่สูงขึ้น

เมื่อ เข้าใจการส่งสัญญาณที่มีความต่างศักย์ไฟฟ้าคงที่ ต่อไปให้ทดลองส่งสัญญาณที่มีการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ไฟฟ้า แบบ digital ซึ่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบ clock ทดลองทั้งการส่งด้วยสายทองแดง และสาย fiber optic

การตอบสนองต่อแสงสี

เนื่อง จากสายไฟเบอร์ออพติก(เส้น ใยแก้วนำแสง) สร้างจากแก้วหรือวัสดุใสชนิดอื่น ดังนั้นการตอบสนองต่อแสงสีที่มีความยาวคลื่นต่างกัน จึงไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับผู้สร้างสายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้ว นำแสง) นั้น ๆ ว่าต้องการให้สายไฟเบอร์ออ พติก(เส้นใยแก้วนำแสง)ทำงานที่แสงสีความยาวคลื่นเท่าไร

การทดลอง

เลือกส่ง สัญญาณด้วยแสงสีส้ม (ความยาวคลื่นประมาณ 620 นา โนเมตร) และด้วยแสงสีเขียว(ความยาวคลื่นประมาณ 550 นาโนเมตร) เปรียบเทียบ ผลที่ได้รับ

light frequency response (Red, Green)

สายไฟ เบอร์ออพติก(เส้นใย แก้วนำแสง) ที่ใช้ในการทดลองนี้ทำงานได้ดีที่ความ ถี่ประมาณ 680 นาโนเมตร ดังนั้นในการทดลองที่ใช้ LED ที่ให้แสง ความถี่ประมาณ 620 และ 550 นาโนเมตร จึงมีผลต่อการรับสัญญาณดังนั้นผลการทดลองจึงออกมาว่าการส่งสัญญาณแสงด้วย ความถี่ที่ใกล้กับ 680 นาโนเมตรจะให้ผลดีกว่า ซึ่งจุดนี้ ก็เป็นจุดสำคัญของการส่งสัญญาณด้วยไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง) ต้องเลือกความถี่ของ carrier signal ให้เหมาะกับไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำแสง)นั้น เพื่อให้การส่งสัญญาณเป็นไปอย่างสมบูรณ์ที่สุด

ส่วน สายไฟเบอร์ออพติก(เส้น ใยแก้วนำแสง) ที่ออกแบบให้ใช้งานส่งสัญญาณจริง (Commercial) เป็นสายที่ออกแบบให้ทำงานที่แสง infrared และการตอบสนองต่อความถี่ของสัญญาณนั้นมีค่าสูงมาก จุดนี้เป็นจุดสำคัญที่ครูและนักเรียนควรเข้าใจ

การเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้า เป็นสัญญาณแสง

เพื่อให้ การเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสงเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ จึงใช้ทรานซิสเตอร์มาประกอบในวงจร ดังรูป

สัญญาณ ไฟฟ้าที่เข้ามาทาง INPUT จะทำให้ Transistor นำ กระแสไฟฟ้าได้แตกต่างกันตามศักย์ไฟฟ้าของสัญญาณที่เข้ามา เป็นผลให้ LED หรืออาจจะเป็น LASER Diode ส่งแสงที่มีความเข้มที่ไม่คงที่ออกมา

การทดลอง

ต่อ สายไฟจาก +6V 0 V clock2 เข้ากับ INPUT ของชุดส่งสัญญาณแสง สังเกตดูความสว่างของหลอด LED

การเปลี่ยนสัญญาณแสง เป็นสัญญาณไฟฟ้า

เพื่อให้ การเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสงเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ จึงใช้ Photodiode มาเป็นตัวรับแสง ดังรูป

แสงที่ตก กระทบลงบนตัว Photodiode จะทำให้ศักย์ไฟฟ้าที่คร่อมตัว Photodiode เปลี่ยนแปลง แต่การเปลี่ยนแปลงนี้มีค่าน้อยมาก ระดับมิลลิโวลต์ จึงต้องใช้ Opamp เข้ามาทำหน้าที่ขยายสัญญาณให้มี ค่ามากขึ้น แล้วส่งออกมาที่ OUTPUT

การทดลอง

ต่อ สายไฟจาก +6 V 0 V clock2 เข้ากับ INPUT ของชุดส่งสัญญาณแสง สังเกตดูความสว่างของหลอด LED จากนั้นใช้สายไฟเบอร์ออพติก(เส้นใยแก้วนำ แสง) นำสัญญาณแสงไปที่ Photodiode ของชุดรับสัญญาณ ต่อสายไฟจาก OUTPUT ของชุดรับสัญญาณ ไปที่ INPUT ของ Logic Probe สังเกตความสว่างของหลอด LED

การลดทอนของสัญญาณ attenuation (Long, Short)

การทดลอง เกี่ยวกับความยาวของสายนั้นเป็นส่วนสำคัญของการส่งสัญญาณด้วยสายไฟเบอร์ออ พติก(เส้นใยแก้วนำแสง) ที่ ดีจะมีการดูดกลืนดังกล่าวน้อยมาก โดยทั่วไปสายที่ยาว 10 กิโลเมตรจะลด (attenuation) สัญญาณแสงลงครึ่งหนึ่ง แต่สาย fiber optic ที่ใช้ในการทดลองนี้ไม่ได้มีคุณภาพดีถึงเพียงนั้น

การทดลอง

ใช้สายไฟ เบอร์ออพติก(เส้นใย แก้วนำแสง) ที่มีความยาว 25 เซนติเมตร และ 5 เมตร ทำการทดลองส่งและรับสัญญาณแสง สังเกตผลที่เกิดขึ้น

ส่วน เสริมที่จะทำต่อไปคือ การส่งสัญญาณเสียงด้วยแสง แทนที่จะเป็นการส่งสัญญาณ digital ด้วยสาย fiber optic ก็จะกลายเป็นการส่งสัญญาณเสียง (คำพูด เสียงร้องเพลง) ทางสาย fiber optic เมื่อตัวรับสัญญาณทำงานจะส่งสัญญาณนี้ไปแปลงกลับมา เป็นเสียงเช่นเดิม นิยมเรียกการส่งในลักษณะนี้ว่า การส่งแบบ analog

Infrared Transmission

สาย fiber optic ที่ซื้อมาจากร้าน RS นั้น สามารถส่งสัญญาณแสงในช่วงของ Infrared ได้ น่าจะทำการทดลองเพิ่ม ทั้งการส่งและการรับในช่วงนี้

maximum of multiplex frequency

ในการ ทดลองนี้ สำหรับสายทองแดงนั้น ไม่ปัญหาเรื่องความถี่สูงสุดของการส่งสัญญาณไฟฟ้าแบบ multiplex ส่วนการส่งสัญญาณด้วยแสงทาง fiber optic นั้นมีข้อจำกัด เพราะเมื่อความถี่สูงมาก ๆ ปริมาณแสงที่เป็นสัญญาณ high จะมีช่วงสั้นมาก photodiode และ วงจรเปรียบเทียบไม่อาจทำงานได้ถูกต้องนัก (การแก้ไขสามารถตั้ง Theshold ใหม่) นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับการออกแบบสาย fiber optic ด้วย เพราะว่าสาย fiber optic ที่ใช้ในการทดลองนั้น เป็นสายที่ถูกออกแบบมาให้ทำงานกับแสงที่มีความถี่ประมาณ 680 นาโนเมตร และเป็นการใช้งานที่ความถี่ปานกลางเท่านั้น

ส่วนสาย fiber optic ที่ออกแบบให้ใช้งานส่งสัญญาณจริง (Commercial utilization) เป็นสายที่ออกแบบให้ทำงานที่แสง infrared และการตอบสนองต่อความถี่ของสัญญาณนั้นมีค่าสูงมาก จุดนี้เป็นจุดสำคัญที่ครูและนักเรียนควรเข้าใจ