ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງທັດສະນະສາດໃນວິສະວະກຳໄຟຟ້າ
ທັດສະນະສາດ ແມ່ນສາຂາໜຶ່ງຂອງຟີຊິກສາດທີ່ສຶກສາແສງສະຫວ່າງ, ວິທີການທີ່ມັນແຜ່ລາມ, ປະຕິກິລິຍາກັບສານ, ແລະວິທີທີ່ມັນສາມາດຈັດການເພື່ອຈຸດປະສົງຕ່າງໆ. ໃນສະພາບການຂອງ "ເອເລັກໂຕຣນິກ" (ວິສະວະກຳໄຟຟ້າ ແລະ ເອເລັກໂຕຣນິກ), ທັດສະນະສາດຖືກເຂົ້າໃຈວ່າບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນແນວຄວາມຄິດທາງກາຍະພາບທີ່ບໍລິສຸດເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງເປັນພື້ນຖານທີ່ສຳຄັນສຳລັບເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝຫຼາຍຢ່າງ: ຕັ້ງແຕ່ເຊັນເຊີ, ລະບົບການສື່ສານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ, ອຸປະກອນການຖ່າຍພາບ, ຈົນເຖິງອົງປະກອບເຄິ່ງຕົວນຳເຊັ່ນ: ໄຟ LED ແລະ ໂຟໂຕໄດໂອດ. ບົດຄວາມນີ້ສົນທະນາກ່ຽວກັບຫຼັກການພື້ນຖານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງທີ່ສຸດຂອງທັດສະນະສາດໃນຂົງເຂດວິສະວະກຳໄຟຟ້າ, ໃນຂະນະທີ່ເຊື່ອມໂຍງພວກມັນກັບການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ.
1. ແສງສະຫວ່າງເປັນຄື້ນ ແລະ ອະນຸພາກ
ໜຶ່ງໃນຫຼັກການພື້ນຖານທີ່ສຸດໃນທັດສະນະສາດແມ່ນຄວາມເປັນຄູ່ຂອງແສງ: ແສງສາມາດເຂົ້າໃຈໄດ້ວ່າເປັນທັງຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ ແລະ ອະນຸພາກ (ໂຟຕອນ). ໃນວິທີການຄື້ນ, ແສງມີຄວາມຍາວຄື້ນ, ຄວາມຖີ່ ແລະ ໄລຍະ. ຄວາມສຳພັນພື້ນຖານແມ່ນ:
- ຄວາມໄວຂອງແສງ: c = λf
ບ່ອນທີ່ c ແມ່ນຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນຍາກາດ (≈ 3×10⁸ m/s), λ ແມ່ນຄວາມຍາວຄື້ນ, ແລະ f ແມ່ນຄວາມຖີ່.
ໃນວິທີການອະນຸພາກ, ພະລັງງານຂອງແສງສະຫວ່າງແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງໂດຍກົງກັບຄວາມຖີ່ຂອງມັນ:
- ພະລັງງານໂຟຕອນ: E = hf
ດ້ວຍຄ່າຄົງທີ່ຂອງ Planck h.
ຄວາມເຂົ້າໃຈນີ້ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍສຳລັບໂລກຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ ເພາະວ່າອຸປະກອນຕ່າງໆເຊັ່ນ: ໂຟໂຕໄດໂອດ, ແຜງແສງອາທິດ ແລະ ເຊັນເຊີ CMOS ເຮັດວຽກກ່ຽວກັບປະຕິສຳພັນຂອງໂຟຕອນກັບວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ. ປະກົດການຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຜົນກະທົບຂອງໂຟໂຕໄຟຟ້າ ແມ່ນຕົວຢ່າງທີ່ແນ່ນອນຂອງແນວຄວາມຄິດຄ້າຍຄືອະນຸພາກຂອງແສງທີ່ໃຊ້ໃນເຕັກໂນໂລຊີ.
2. ການສະທ້ອນ ແລະ ກົດເກນຂອງ Snell
ການສະທ້ອນແສງແມ່ນເຫດການທີ່ແສງຕົກໃສ່ໜ້າດິນ ແລະ ກັບຄືນສູ່ຕົວກາງເດີມ. ໃນການສະທ້ອນແສງ, ມີກົດເກນພື້ນຖານຄື:
- ມຸມຕົກຕະກອນ = ມຸມສະທ້ອນ
ຫຼັກການນີ້ເບິ່ງຄືວ່າງ່າຍດາຍ, ແຕ່ມັນເປັນກຸນແຈສຳຄັນຕໍ່ການອອກແບບອຸປະກອນທາງດ້ານແສງເຊັ່ນ: ກະຈົກໃນລະບົບຕິດຕາມກວດກາ, ເລເຊີເລເຊີ, ແລະອົງປະກອບສະທ້ອນແສງໃນເຊັນເຊີບາງຊະນິດ. ໃນອຸດສາຫະກຳໄຟຟ້າ, ການສະທ້ອນແສງຕ້ອງໄດ້ຮັບການຄວບຄຸມເຊັ່ນກັນ ເພາະວ່າພວກມັນສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍສັນຍານ ແລະ ການແຊກແຊງຢູ່ເທິງໜ້າຜິວເລນ, ແກ້ວປ້ອງກັນເຊັນເຊີ, ຫຼື ປາຍຂອງເສັ້ນໄຍແສງ.
3. ການຫັກເຫໃນລະບົບແສງ ແລະ ເສັ້ນໄຍແສງ
ການຫັກເຫຂອງແສງເກີດຂຶ້ນເມື່ອແສງເຄື່ອນທີ່ຈາກຕົວກາງໜຶ່ງໄປຫາຕົວກາງອີກຕົວໜຶ່ງທີ່ມີດັດຊະນີການຫັກເຫທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ທິດທາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງມັນປ່ຽນໄປ. ກົດເກນພື້ນຖານຂອງການຫັກເຫແມ່ນລະບຸໄວ້ໃນກົດເກນຂອງ Snell:
– n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
ດັດຊະນີການຫັກເຫ (n) ອະທິບາຍວ່າແສງເດີນທາງຊ້າເທົ່າໃດໃນຕົວກາງເມື່ອທຽບກັບສູນຍາກາດ. ແນວຄວາມຄິດນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນວິສະວະກຳໄຟຟ້າ ເພາະມັນເປັນພື້ນຖານຂອງເສັ້ນໄຍແສງ. ເສັ້ນໄຍແສງໃຊ້ການຫັກເຫ ແລະ ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດເພື່ອໃຫ້ແສງເດີນທາງໄດ້ໄລຍະທາງໄກໂດຍມີການສູນເສຍໜ້ອຍທີ່ສຸດ.
ຕົວຢ່າງ, ເສັ້ນໄຍແສງມີແກນທີ່ມີດັດຊະນີການຫັກເຫສູງກວ່າຊັ້ນຫຸ້ມ. ເມື່ອແສງເຂົ້າມາໃນມຸມໃດໜຶ່ງ, ມັນຈະຖືກ "ລັອກ" ພາຍໃນແກນເນື່ອງຈາກການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດ, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ການສົ່ງຂໍ້ມູນໄລຍະໄກໄດ້.
4. ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດ ແລະ ມຸມວິກິດ
ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດເກີດຂຶ້ນເມື່ອແສງຈາກຕົວກາງທີ່ມີດັດຊະນີການຫັກເຫສູງເຂົ້າສູ່ຕົວກາງທີ່ມີດັດຊະນີຕ່ຳກວ່າທີ່ມຸມຕົກกระทบເກີນມຸມວິກິດ. ມຸມວິກິດ (θc) ສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍ:
– sin θc = n₂ / n₁ (ດ້ວຍ n₁ > n₂)
ປະກົດການນີ້ແມ່ນຈຸດໃຈກາງຂອງເຕັກໂນໂລຊີການສື່ສານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ. ໃນລະບົບໂທລະຄົມມະນາຄົມທີ່ທັນສະໄໝ, ຂໍ້ມູນຖືກສົ່ງເປັນກຳມະຈອນແສງທີ່ຖືກປັບລະດັບ. ຄຸນນະພາບການສົ່ງສັນຍານໄດ້ຮັບອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຈາກການເລືອກຄວາມຍາວຄື້ນ, ປະເພດເສັ້ນໄຍ, ແລະ ການຄວບຄຸມການສູນເສຍເນື່ອງຈາກການຫຼຸດຄວາມອ່ອນໄຫວ, ການກະຈາຍ, ແລະ ການສະທ້ອນ.
5. ການກະຈາຍແສງ ແລະ ຜົນກະທົບຂອງມັນຕໍ່ລະບົບໄຟຟ້າ
ການກະຈາຍຕົວແມ່ນປະກົດການທີ່ແສງທີ່ມີຄວາມຍາວຄື້ນແຕກຕ່າງກັນເດີນທາງດ້ວຍຄວາມໄວທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນຕົວກາງ, ເຮັດໃຫ້ສັນຍານກວ້າງຂຶ້ນ (ການຂະຫຍາຍກຳມະຈອນ). ໃນສະພາບການຂອງການສື່ສານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ, ການກະຈາຍຕົວສາມາດເຮັດໃຫ້ກຳມະຈອນຂໍ້ມູນຊ້ອນກັນ, ໃນທີ່ສຸດກໍ່ເພີ່ມຄວາມຜິດພາດໃນການອ່ານຂໍ້ມູນ.
ມີຫຼາຍປະເພດຂອງການກະຈາຍຕົວ, ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ:
- ການກະຈາຍຂອງວັດສະດຸ: ເນື່ອງຈາກດັດຊະນີການຫັກເຫຂອງວັດສະດຸແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມຍາວຄື້ນ.
- ການກະຈາຍຕົວແບບໂມດໍ: ໂດຍສະເພາະໃນເສັ້ນໄຍມັນຕິໂໝດ, ເພາະວ່າແສງແຜ່ລາມຜ່ານຫຼາຍເສັ້ນທາງ (ຮູບແບບ) ທີ່ມີຄວາມຍາວຂອງເສັ້ນທາງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
ວິສະວະກຳໄຟຟ້າແກ້ໄຂບັນຫານີ້ໂດຍການເລືອກປະເພດເສັ້ນໄຍໂໝດດຽວ, ການໃຊ້ການຊົດເຊີຍການກະຈາຍ, ແລະການອອກແບບລະບົບການມອດູເລດ ແລະ ການກວດຈັບທີ່ດີກວ່າ.
6. ໂພລາໄລເຊຊັນໃນລະບົບເອເລັກໂຕຣນິກ-ແສງ
ໂພລາໄຣເຊຊັນ ແມ່ນທິດທາງການສັ່ນສະເທືອນຂອງສະໜາມໄຟຟ້າຂອງຄື້ນແສງ. ໃນການນຳໃຊ້ໄຟຟ້າ, ໂພລາໄຣເຊຊັນມັກຈະເປັນປັດໄຈສຳຄັນໃນລະບົບການສື່ສານທາງແສງ, ເຊັນເຊີ ແລະ ເຄື່ອງມືຕ່າງໆ. ຕົວຢ່າງ:
- ໃນເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ, ການປ່ຽນແປງຂອງໂພລາໄຣເຊຊັນສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດການກະຈາຍຮູບແບບໂພລາໄຣເຊຊັນ (PMD) ເຊິ່ງລົບກວນຄຸນນະພາບຂອງສັນຍານ.
- ໃນໜ້າຈໍ LCD, ໂພລາໄລເຊຊັນຖືກໃຊ້ເພື່ອຄວບຄຸມຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງທີ່ອອກມາຈາກແຜງ.
ການເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບໂພລາໄຣເຊຊັນຍັງກ່ຽວຂ້ອງກັບອຸປະກອນຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຕົວກອງໂພລາໄຣເຊຊັນ ແລະ ຕົວດັດແປງແສງທີ່ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງລະບົບ.
7. ການແຊກແຊງ ແລະ ການຫັກເຫ: ພື້ນຖານຂອງເຊັນເຊີຄວາມແມ່ນຍໍາສູງ
ການແຊກແຊງເກີດຂຶ້ນເມື່ອຄື້ນແສງສອງຄື້ນພົບກັນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດການຂະຫຍາຍ (ແບບສ້າງສັນ) ຫຼື ການຫຼຸດຜົນກະທົບ (ແບບທຳລາຍ) ຂຶ້ນກັບຄວາມແຕກຕ່າງຂອງເຟສ. ການແຊກແຊງຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນເຊັນເຊີທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍຳສູງ, ເຊັ່ນ: ອິນເຕີເຟໂຣມິເຕີ ສຳລັບວັດແທກໄລຍະທາງຈຸນລະພາກ, ຄວາມໜາ, ຫຼື ການສັ່ນສະເທືອນ.
ການຫັກເຫແມ່ນການໂຄ້ງງໍຂອງແສງເມື່ອມັນຜ່ານຊ່ອງເປີດແຄບ ຫຼື ຂອບຂອງວັດຖຸ. ໃນໂລກຂອງເອເລັກໂຕຣນິກ, ການຫັກເຫມີບົດບາດໃນ:
- ການອອກແບບຕາຂ່າຍການຫັກເຫຂອງແສງໃນເຄື່ອງວັດແທກແສງ (ສຳລັບການວິເຄາະສະເປກຕຣຳແສງ).
- ຂໍ້ຈຳກັດຄວາມລະອຽດຂອງກ້ອງດິຈິຕອລ ແລະ ລະບົບການຖ່າຍພາບກ້ອງຈຸລະທັດ.
ເຊັນເຊີກ້ອງຖ່າຍຮູບໃນອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ ເຊັ່ນ: ໂທລະສັບສະຫຼາດ ຫຼື ລະບົບວິໄສທັດອຸດສາຫະກໍາ ຕ້ອງໄດ້ຮັບການອອກແບບໂດຍຄໍານຶງເຖິງຂີດຈໍາກັດການຫັກເຫຂອງແສງເພື່ອຮັກສາຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບໃຫ້ດີ.
8. ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ: ໄຟ LED ແລະ ເລເຊີໃນວິສະວະກຳໄຟຟ້າ
ແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງສອງຊະນິດທີ່ພົບເລື້ອຍທີ່ສຸດໃນລະບົບໄຟຟ້າແມ່ນ LED ແລະ ເລເຊີ. LED ຜະລິດແສງສະຫວ່າງທີ່ມີຄື້ນຄວາມຖີ່ກ້ວາງ ແລະ ກະຈາຍ, ແລະ ມັກຖືກໃຊ້ເປັນຕົວຊີ້ບອກ, ໄຟສ່ອງສະຫວ່າງ, ແລະ ເຄື່ອງສົ່ງສັນຍານໃນການສື່ສານໄລຍະສັ້ນ. ເລເຊີຜະລິດແສງສະຫວ່າງທີ່ສອດຄ່ອງກັນ, ມີທິດທາງທີ່ມີຄື້ນຄວາມຖີ່ແຄບ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນເໝາະສົມສຳລັບການສື່ສານດ້ວຍເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງ, ເຄື່ອງສະແກນ, ແລະ ການນຳໃຊ້ການວັດແທກຄວາມແມ່ນຍຳ.
ການເລືອກແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງແມ່ນການອອກແບບທີ່ສຳຄັນເພາະມັນມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະສິດທິພາບ, ຂອບເຂດ, ການໃຊ້ພະລັງງານ, ແລະ ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ກັບເຄື່ອງກວດຈັບ.
9. ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ: ໂຟໂຕໄດໂອດ, LDR, ແລະ ເຊັນເຊີຮູບພາບ
ໃນລະບົບໄຟຟ້າ, ແສງສະຫວ່າງມັກຈະຕ້ອງໄດ້ປ່ຽນເປັນສັນຍານໄຟຟ້າ. ການປ່ຽນນີ້ແມ່ນປະຕິບັດໂດຍເຄື່ອງກວດຈັບເຊັ່ນ:
- ໂຟໂຕໄດໂອດ: ຕອບສະໜອງໄວ, ພົບເຫັນທົ່ວໄປໃນການສື່ສານທາງແສງ.
– LDR (ຕົວຕ້ານທານທີ່ຂຶ້ນກັບແສງ): ລາຄາຖືກ, ແຕ່ຊ້າກວ່າ, ໃຊ້ໃນການນຳໃຊ້ທີ່ງ່າຍດາຍ.
- ເຊັນເຊີ CMOS/CCD: ໃຊ້ໃນກ້ອງຖ່າຍຮູບດິຈິຕອລ ແລະ ລະບົບວິໄສທັດຄອມພິວເຕີ.
ຫຼັກການການເຮັດວຽກໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນອີງໃສ່ການສ້າງຄູ່ຮູອີເລັກຕຣອນ ເນື່ອງຈາກການດູດຊຶມໂຟຕອນໃນວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ. ດ້ວຍການຂະຫຍາຍສັນຍານ ແລະ ການປະມວນຜົນທີ່ເໝາະສົມ, ລະບົບສາມາດກວດຈັບຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງ, ສີ, ແລະ ແມ່ນແຕ່ຂໍ້ມູນທາງພື້ນທີ່ (ຮູບພາບ).
ສະຫຼຸບ
ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງທັດສະນະສາດມີບົດບາດສຳຄັນໃນໂລກເອເລັກໂຕຣນິກ. ແນວຄວາມຄິດຂອງການສະທ້ອນ, ການຫັກເຫ, ການສະທ້ອນພາຍໃນທັງໝົດ, ການກະຈາຍ, ໂພລາໄຣເຊຊັນ, ການແຊກແຊງ, ແລະ ການຫັກເຫບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນຟີຊິກທິດສະດີເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງເປັນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຢີທີ່ພວກເຮົາໃຊ້ທຸກໆມື້. ຕັ້ງແຕ່ການສື່ສານເສັ້ນໄຍແກ້ວນຳແສງຄວາມໄວສູງຈົນເຖິງເຊັນເຊີກ້ອງຖ່າຍຮູບ ແລະ ອຸປະກອນເລເຊີ, ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບທັດສະນະສາດຊ່ວຍໃຫ້ວິສະວະກອນໄຟຟ້າອອກແບບລະບົບທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ຖືກຕ້ອງ, ແລະ ໜ້າເຊື່ອຖືຫຼາຍຂຶ້ນ. ດ້ວຍຄວາມກ້າວໜ້າຂອງໂຟໂຕນິກ ແລະ ອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ, ການເຊື່ອມໂຍງທັດສະນະສາດ ແລະ ວິສະວະກຳໄຟຟ້າຈະມີຄວາມສຳຄັນເພີ່ມຂຶ້ນໃນນະວັດຕະກຳໃນອະນາຄົດ.
ຖ້າທ່ານຕ້ອງການ, ຂ້ອຍຍັງສາມາດພັດທະນາບົດຄວາມນີ້ໃຫ້ເປັນສະບັບດ້ານວິຊາການຫຼາຍຂຶ້ນ (ດ້ວຍສູດທີ່ສົມບູນກວ່າ, ຕົວຢ່າງການຄິດໄລ່, ແລະແຜນວາດແນວຄວາມຄິດ), ຫຼືດັດແປງມັນສຳລັບວຽກມອບໝາຍໃນວິທະຍາໄລດ້ວຍຮູບແບບການແນະນຳ-ການທົບທວນທິດສະດີ-ການສົນທະນາ-ສະຫຼຸບ.
