วิชา หลักการไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์ เบื้องต้น

4. ผลของวงจรเรโซแนนซ์แบบอันดบั ท่ีมีต่อสัญญาณกระแสสลับ เม่ือสญั ญาณอินพุตมีความถ่ีต่ากวา่ ความถ่ีเรโซแนนซ์ของวงจร (f1) XL จะมีค่าต่า แต่ XC มีค่า สูง กระแสจะไหลผา่ นวงจรไดน้ อ้ ย และแรงดนั ตกคร่อมวงจรสูง วงจรแสดงค่า XC ทาใหก้ ระแสที่ไหล ในวงจรมีเฟสเร็วกวา่ แรงดนั ที่ตกคร่อมวงจร เม่ือสญั ญาณอินพตุ มีความถ่ีสูงกวา่ ความถ่ีเรโซแนนซ์ของวงจร (f2) XC จะมีค่าต่า และ XL มีค่า สูง กระแสจึงไหลผา่ นวงจรไดน้ อ้ ยทาใหแ้ รงดนั ตกคร่อมวงจรสูง วงจรจะแสดงค่า XL ทาให้ กระแสท่ี ไหลไดม้ ากที่สุดและมีแรงดนั ตกคร่อมวงจรต่าสุด รูปท่ี 7 ผลของวงจรเรโซแนนซแ์ บบอนั ดบั ทีม่ ีตอ่ สญั ญาณกระแสสลบั 5. ผลเม่ือนาวงจรเรโซแนนซ์สองแบบต่อกับทางเดินสัญญาณในลกั ษณะต่าง ๆ เม่ือนาวงจรเรโซแนนซ์แบบอนั ดบั มาต่ออนั ดบั กบั ทางเดินของสญั ญาณดงั รูปที่ 8 (ก)หรือนา วงจรเรโซแนนซ์แบบขนานมาต่อขนานกับทางเดินของสัญญาณดังรูปท่ี 11 (ก) จะได้คุณสมบัติ เหมือนกนั คอื เม่ือความถ่ีท่ปี ้อนเขา้ มาทางอินพตุ ของวงจรท้งั สองมีค่าตรงกบั ค่าความถี่เรโซแนนซ์ของ วงจร (f = f0) จะไดส้ ญั ญาณเอาตพ์ ตุ ออกมาสูงสุด (100%) แตถ่ า้ ความถ่ีสูงหรือต่ากวา่ น้ีเขา้ มา (f1 = f2) ความแรขอสญั ญาณทเอาตพ์ ุตจะต่าลง ยง่ิ ความถ่ีผิดไปจาก f0 มาก สัญญาณเอาตพ์ ุตยง่ิ ต่ามาก จาก คุณสมบตั ิขอ้ น้ีจงึ นาวงจรซ่ึงต่อในลกั ษณะดงั กล่าวไปใชส้ าหรับเลือกรับรบั สญั ญาณที่ตอ้ งการซ่ึงเรียกวา่ วงจรจูน (tune circuit) โดยการคานวณค่าของ C และ L ที่ประกบอยใู่ นวงจรเพ่ือใหม้ ีค่าความถี่เร โซแนนซ์ (f0) ตรงกบั ความถ่ีของสญั ญาณทตี่ อ้ งการรบั ในทางปฏบิ ตั ิจะถือวา่ ความถี่ใดกต็ ามถึงแมว้ ่าจะ สูงหรือต่ากว่า f0 แต่ถา้ สามารถผ่านวงจรจูนไปได้แรงเกินกวา่ 70.7 % ของค่าความแรงสูงสุดก็ถือว่า ความถี่น้นั สามารถผา่ นวงจรจูนน้นั ได้ ดงั รูปท่ี 8 (ข) ความถ่ี f1 ซ่ึงมีความถ่ีต่ากวา่ ความถี่ f0และ f2 ซ่ึงมี ความถี่สูงกวา่ f0 แต่ความถ่ีท้งั สองน้นั ผา่ นวงจรจูนได้ 70.7 % ของค่าสูงสุด ดงั น้ันยา่ นความถี่ที่สามารถ ผา่ นวงจรจนู ได้ (แบนดว์ ดิ ธ์ bandwidth) จะมีค่าระหวา่ ง f1 ถึง f2 คอื B = f2 - f1 เม่ือนาวงจรเรโซแนนซ์แบบอนั ดบั มาต่อขนานกบั ทางเดินของสญั ญาณดงั รูปท่ี 9 (ก) หรือนา วงจรเรโซแนนซ์แบบขนานมาตอ่ อนั ดบั กบั ทางเดินของสญั ญาณดงั รูปท่ี 10 (ก) เมื่อสัญญาณที่เขา้ มาทาง 97

อินพตุ ของวงจรท้งั สอง (f) มีความถ่ีตรงกบั ค่าความถี่เรโซแนนซ์ของวงจร (f0) สญั ญาณจะผ่านออกไป ทางเอาต์พุตได้น้อยท่ีสุด แต่ถ้าความถ่ีสูงหรือต่ากว่า f0จะผ่านจะผ่านออกไปทางเอาต์พุตได้ดี จาก คุณสมบตั ขิ อ้ น้ีจงึ นาวงจรน้ีไปทาหนา้ ท่ีก้นั หรือกาจดั สญั ญาณท่ีไม่ตอ้ งการซ่ึงเรียกว่า วงจรแทรป (trap circuit) โดยถา้ ตอ้ งการกาจดั ความถ่ีอะไรก็คานวณเลือกค่า C และ L ให้มีค่าความถ่ีเรโซแนนซ์เท่ากบั ความถี่ท่ตี อ้ งการจะกาจดั น้นั รูปท่ี 8 เมื่อนาวงจรเรโซแนนซแ์ บบอนั ดบั มาตอ่ อนั ดบั กบั ทางเดินของสญั ญาณ (วงจรจนู ) รูปท่ี 9 เม่ือนาวงจรเรโซแนนซ์แบบอนั ดบั มาตอ่ ขนานกบั ทางเดินของสญั ญาณ (วงจรแทรป) รูปที่ 10 เม่ือนาวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานมาตอ่ อนั ดบั กบั ทางเดินของสญั ญาณ (วงจรแทรป) รูปท่ี 11 เมื่อนาวงจรเรโซแนนซ์แบบขนานมาตอ่ ขนานกบั ทางเดินของสญั ญาณ (วงจรจูน) 98

รูปท่ี 12 ลกั ษณะของวงจรจูนแบบตา่ ง ๆ ------------------------------------------------------------------------- 99

บทท่ี 13 การใช้เคร่ืองมือตรวจวดั ไฟฟ้า ในการวเิ คราะห์หาจุดเสียในวงจรอิเล็กทรอนิกส์น้ันสามารถทาไดโ้ ดยการทดสอบแรงดนั ท่ีตก คร่อมภายในวงจร กระแสท่ไี หลผา่ นวงจร และค่าความตา้ นทานของวงจร เพ่อื หาชิ้นส่วนที่เป็ นสาเหตุ ทาใหเ้ กิดอาการขดั ขอ้ งน้นั ๆ เคร่ืองมือสาหรบั ตรวจวดั ทางไฟฟ้าน้นั มีอยหู่ ลายชนิด เช่น เคร่ืองวดั แรงดนั ที่ตกคร่อมตามจุด ตา่ ง ๆ ภายในวงจรไฟฟ้าเรียกวา่ โวลตม์ ิเตอร์ (volt meter) เครื่องวดั กระแสไฟฟ้าที่เรียกวา่ แอมป์ มิเตอร์ (amp meter) ใชว้ ดั ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลภายในวงจร เครื่องวดั ค่าความตา้ นทานเรียกว่าโอห์ม มิเตอร์ (ohm meter) ใชว้ ดั ค่าของความตา้ นทานไฟฟ้าหรือวดั ความตา้ นทานของตวั อุปกรณ์ปี่ ประกอบ อยใู่ นวงจรไฟฟ้า บางคร้ังการตรวจวดั ค่าต่าง ๆ ในวงจรไฟฟ้าน้ัน อาจตอ้ งการใชเ้ คร่ืองมือดงั กล่าวท้งั 3 ชนิด พร้อม ๆ กนั โดยเฉพาะในการตรวจซ่อมเคร่ืองมือ เคร่ืองใชท้ างไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ จึงไดม้ ีการรวม เครื่องวดั แรงดนั กระแสและความตา้ นทานอยใู่ นชุดเดียวกนั เพ่อื สะดวกในการใชง้ านโดยเรียกยอ่ ๆ วา่ วี โอเอ็ม (VOM ; volt ohm amp meter) เป็ นเครื่องมือประเภทมลั ติเทสเตอร์ (multitester) หรือมลั ติ มิเตอร์ (multimeter) หมายถึงเครื่องมือตรวจสอบที่ใชง้ านไดห้ ลายอยา่ ง ต่อไปน้ีจะแยกถึงรายละเอียดในการใชม้ ลั ติมิเตอร์เพ่อื จุดประสงคใ์ นการตรวจสอบวงจรหรือ เครื่องใชไ้ ฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ เขม็ ช้ีอ่านค่า ช่องแบง่ อ่านค่า ป่ มุ ปรับ 0 โอห์ม ป่ ุมปรับต้งั การอ่าน ป่ มุ ปรับเลือกภาวะการวดั สายวดั สีดาข้วั ลบ สายวดั สีแดงข้วั บวก รูปที่ 1 มลั ตมิ ิเตอร์ 100

1. การวัดแรงดนั ไฟฟ้า แรงดนั ไฟฟ้าน้นั มีท้งั แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรง (DC voltage) และ แรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั (AC voltage) ดงั น้นั ในการใชม้ ลั ติมิเตอร์ตรวจวดั ค่าแรงดนั ในวงจรจึงตอ้ งรู้ว่าเป็ นแรงดนั กระแสตรง (DC) หรือ แรงดนั กระแสสลบั (AC) เสียก่อน จากน้นั จึงบิดป่ ุมภาวะเลือกการทางานของมิเตอร์ไปยงั ตาแหน่งทตี่ อ้ งการใชน้ ้นั เช่น ตอ้ งการวดั แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงก็บิดป่ ุมเลือกการทางานไปท่ีตาแหน่ง DCV ถา้ ตอ้ งการวดั แรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั ก็เล่ือนไปที่ตาแหน่ง ACV การวดั แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ตาแหน่งน้ีแบ่งเป็ นส่วนยอ่ ยอีกหลายส่วน เพอ่ื ความเหมาะสม ในการวดั แรงดนั กระแสตรงค่าสูงหรือค่าต่า ๆ เพราะสเกล (scale) DCV ที่อยบู่ นหนา้ ปัดมีแถบเดียว จึง ไม่สามารถแบ่งเป็ นขีดแสดงค่าละเอียดท้งั หมดต้งั แต่ค่าสูงลงมาหาค่าต่าไดถ้ า้ จะทาเช่นน้ีตอ้ งใช้แถบ สเกลยาวมาก ไม่สามารถบรรจุลงพอดีหนา้ ปัดได้ เพอ่ื ความสะดวกในการอ่านค่าแรงดนั กระแสตรง โดยใชแ้ ถบสเกลแถบเดียวไม่วา่ เป็ นค่าอะไรก็ ตาม เอาไวท้ ่ชี ่องสเกลเดียวกนั โดยถา้ ต้งั ป่ ุมปรบั DCV คา่ ใดไว้ ก็หมายความวา่ สุดสเกลทางขวามือจะ มีค่าเท่าตาแหน่งท่ีต้งั ไวน้ ้นั เช่น ถา้ ต้งั ป่ ุมปรับไวท้ ่ี 10 DCV ก็คือสุดสเกลมีค่า = 10 DCV ถา้ ใช้ ตาแหน่ง 250 DCV สุดสเกลทางขวามือกม็ ีค่า 250 DCV เช่นน้ีเป็ นตน้ บนหน้าปัดสเกล DCV มีตวั เลขแสดงไว้ 3 แถว คือ 10 V , 50 V , 250 V ถา้ ต้งั ป่ ุมปรับไวท้ ี่ ตาแหน่งใดก็ใหด้ ูเลขแถวน้นั (เช่น ต้งั ที่ตาแหน่ง 10 DCV ก็ดูช่องสเกลที่แถวเลข 10 DCV A บน หนา้ ปัด) มีตาแหน่งป่ ุมปรบั DCV อยู่ 4 ตาแหน่งที่ไม่มีตวั เลขบอกไวบ้ นหน้าปัด คือ 0.1 V , 0.5 V, 2.5 V และ 1000 V ดงั น้นั เมื่อใชต้ าแหน่งดงั กล่าวจึงตอ้ งแบ่งอ่านค่าเอาจากแถวตวั เลขเท่าท่ีมีบนหน้าปัด (โดยกาหนดใหส้ ุดสเกลมีค่าเท่ากบั ตาแหน่งท่ีต้งั เช่น ต้งั 2.5 ก็หมายความวา่ สุดสเกลมีค่า2.5 V) การใชต้ าแหน่ง 0.5 DCV เม่ือบิดป่ ุมเลือกอยตู่ าแหน่งน้ีหมายความว่าตอ้ งการให้สุดสเกลทาง ขวามือมีค่า 0.5 VDC สเกล DCV บนหนา้ ปัดแบ่งออกไดเ้ ป็น 50 ช่องเลก็ ๆ ซ่ึง = 0.5 V ถา้ 1 ช่องมีค่า 0.5 / 50 = 0.01 V ดงั น้นั เมื่อใชต้ าแหน่ง 0.5 DCV แต่ละช่องท่มี ีเขม็ ช้ีจะมีคา่ = 0.01 V เม่ือเข็มช้ีข้ึนมา 10 ช่องก็เอาจานวนช่องคูณกบั ค่าของแต่ละช่องคือ 0.01 x 10 = 0.1 V (ถา้ ตอ้ งการอ่านคา่ ละเอียดก็ใหแ้ บง่ 1 ช่อง เป็ น 2 ส่วน แต่ละส่วนมีคา่ = 0.01 / 2 = 0.005 V ) การใชต้ าแหน่ง 0.01 DCV หมายความวา่ สุดสเกลมีค่า = 0.01 V หรือ 50 ช่อง 0.01 V 1 ช่อง 0.01 = 0.0002 V 50 101

ถา้ เข็มกี่ช่องก็เอาค่า 1 ช่องคือ 0.0002 คูณเขา้ ไปกบั จานวนช่องก็จะไดผ้ ลลพั ธ์ คือแรงดนั VDC ท่ตี อ้ งการรู้คา่ ออกมา การใชต้ าแหน่ง 2.5 DCV 50 ช่อง = 2.5 V 1 ช่อง = 2.5 = 0.05 V 50 การใช้ตาแหน่ง 10 DCV เมื่อบิดป่ ุมเลือกมายงั ตาแหน่งน้ีก็ใหด้ ูเลขแถวบนสเกลท่ีบอกไว้ 10 DCV , A ซ่ึงสามารถอ่านไดต้ ามตวั เลขที่บอกไวโ้ ดยตรง (1 ช่อง = 10 / 50 0.2 V) การใช้ตาแหน่ง 50 DCV ให้ดูแถวเลขท่ีแสดงค่า 50 DCV, A และอ่านออกมาไดต้ ามตวั เลข เช่นกนั (1 ช่อง = 50 / 50 = 1 V ) การใช้ตาแหน่ง 250 DCV ให้ดูแถวเลข 250 DCV, A อ่านค่าออกมาไดต้ ามตวั เลขท่ีเขม็ ช้ี (1 ช่อง = 250 / 50 = 5V) การใช้ตาแหน่ง 1000 DCV ไม่มีแถวตวั เลขคา่ น้ี จึงตอ้ งกาหนดใหส้ ุดสเกลมีค่า 1000 V 50 ช่อง = 1000 V 1 ช่อง = 1000 = 20 V 50 ขณะต้งั ตาแหน่งป่ ุมปรบั ที่ 1000 VDC ถา้ ดูสเกล 10 อ่านไดเ้ ท่าไร เอา 100 คูณ ถา้ ดูสเกล 50 อ่านไดเ้ ทา่ ไร เอา 20 คูณ ถา้ ดูสเกล 250 อ่านไดเ้ ทา่ ไร เอา 4 คูณ หมายเหตุ - การอ่านค่าละเอียดน้นั ไม่วา่ ใชย้ า่ นสเกลใด ใหแ้ บง่ 1 ช่องเป็ นสองส่วน ซ่ึงแต่ละส่วนมี คา่ เทา่ กบั คร่ึงหน่ึงของค่า 1 ช่องน้นั ๆ - การวดั แรงดนั DCV น้นั ตอ้ งดูสายมิเตอร์ใหถ้ ูกตอ้ งกบั ข้วั ไฟฟ้าในวงจรท่ีจะวดั - สายสีดาเสียบที่ตาแหน่ง - COM (N) ใชแ้ ตะข้วั ลบของวงจร - สายสีแดงใชเ้ สียบตาแหน่ง + (P) ใชแ้ ตะข้วั บวกของวงจร การวัดแรงดันไฟกระแสสลับ เมื่อบิดป่ ุมเลือกไปทางตาแหน่ง ACV หมายถึงตอ้ งการวดั ค่า แรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั ซ่ึงตาแหน่งน้ีก็มีหลายค่าเหมือนกบั ตาแหน่ง DCV คือมี 10 ACV, 250 ACV, 1000 ACV การใชต้ าแหน่งน้ีมีหลกั การเหมือนเมื่อใชต้ าแหน่ง DCV คือถา้ รู้ค่าโดยประมาณของ 102

แรงดนั ที่ตอ้ งการวดั ก็ให้ต้งั ตาแหน่ง ACV ที่สูงกวาค่าเอาไว้ เช่นถา้ รู้วา่ แรงดนั ท่ีตอ้ งการวดั ประมาณ 100 V กต็ ้งั ป่ ุมปรับไวท้ ีต่ าแหน่ง 250 ACV เป็นตน้ การแบ่งและการอ่านสเกลเหมือนตาแหน่ง DCV ทุกอยา่ ง เพยี งแต่เวลาอ่านค่าให้ดูแถบสี แดงบนหนา้ ปัด ซ่ึงจะเขยี นวา่ ACV แลว้ อ่านคา่ ออกมาเหมือนคา่ DCV 2. การวัดความต้านทาน ค่าความต้านทานท่ีแสดงบนหน้าปัดมีหน่วยเป็ นโอห์ม (Ω) จะเขียนเป็ นตัวเลขบอกไวบ้ น หนา้ ปัดดา้ นขวามือสุดเป็นตาแหน่งศูนย์ ทางซา้ ยจะเป็ นค่าความตา้ นทานท่ีมีค่าเพิ่มข้ึนเรื่อย ๆ สัมพนั ธ์ กบั ระยะท่ีเขม็ เคล่ือนทไี่ ป (ตรงกนั ขา้ มกบั การวดั DCV – ACV ซ่ึงทางขวามือเป็ นคา่ สูงสุด) การวดั ค่าความตา้ นทานน้ีก่อนจะวดั ใหใ้ ชป้ ลายสายมิเตอร์แตะกนั เพื่อต้งั ตาแหน่งให้เขม็ ช้ีตรง เลข 0 (0 Ω ADJ.) เพอื่ ใหเ้ ขม็ อยตู่ รงตาแหน่งศนู ยพ์ อดี เมื่อเวลาอ่านค่าจะไดไ้ ม่คลาดเคล่ือน การอ่านค่าความต้านทานน้ันข้ึนอยู่กับการต้ังป่ ุมเลือก เช่นเดียวกับการวดั แรงดันไฟฟ้า เหมือนกนั โดยตาแหน่งของป่ ุมปรับจะมี 4 ตาแหน่ง ไดแ้ ก่ ตาแหน่ง x 1 , x10 , x 1 K (1000) และ ตาแหน่ง x 10 K (1000) ถา้ ต้งั ตาแหน่งใดไว้ อ่านคา่ ได่เท่าไรจากแถบตวั เลขแสดงคา่ โอห์มก็เอาคา่ ของตาแหน่งต้งั คูณเขา้ ไปจึงจะไดผ้ ลลพั ธอ์ อกมา เช่น อ่านบนหนา้ ปัดได้ 100 Ω โดยต้งั ป่ ุมปรับไวท้ ี่ตาแหน่ง x 1 K ก็เอา 100 x 1000 = 100,000 Ω หรือ 100 K ดงั น้ีเป็ นตน้ เหตุท่ีตอ้ งแบ่งตาแหน่งการวดั ความตา้ นทานก็เพราะระยะของหน้าปัดมีขีดจากัด ไม่สามารถ แบง่ เป็ นส่วนยอ่ ยใหอ้ ่านค่ามาก ๆ ได้ จึงตอ้ งใชก้ ารคูณค่าเอาจากจานวนที่อ่านไดเ้ พอ่ื ลดความยาวของ สเกลบนหนา้ ปัด การเลือกบิดป่ ุมเลือกไปตาแหน่งใด ๆ น้ัน ข้ึนอยกู่ บั การรู้ค่าโดยประมาณของความตา้ นทานท่ี ตอ้ งการจะวดั เช่น ถา้ รู้ค่าความตา้ นทานท่ีตอ้ งการวดั มีค่าประมาณ 1000 (1 K ) ก็อาจใชต้ าแหน่ง x 100 หรือต่ากวา่ น้ี เพราะถา้ ใชต้ าแหน่งสูง เขม็ จะข้นึ สุดสเกล ทาใหอ้ ่านค่าไม่ชดั เจน 3. การวดั ค่ากระแสไฟฟ้า การวดั กระแสน้นั ตอ้ งต่อมลั ตมิ ิเตอร์อยา่ งอนั ดบั กบั วงจรท่ีจะวดั เช่น ตอ้ งการวดั คา่ กระแสท่ีไหล ในวทิ ยทุ รานซิสเตอร์เครื่องหน่ึงก็จะตอ้ งตดั สายจากแหล่งจา่ ยกาลงั ออก จะเป็นการตดั สายบวก (+) หรือ สายลบก็ได้ แลว้ ใชม้ ลั ติมิเตอร์ซ่ึงบิดป่ มุ เลือกตาแหน่งไวต้ าแหน่งวดั กระแส แลว้ ต่ออยา่ งอนั ดบั กบั สาย ทีต่ ดั ออกน้นั (ดูรูปที่ 2) สาหรบั การใชส้ ายวดั ของมลั ติมิเตอร์ต่อกบั ข้วั ไฟฟ้าของวงจรที่จะวดั อยา่ งไรน้ัน ใหน้ ึกถึงการ ไหลของกระแสไฟฟ้า (ซ่ึงไหลจากบวกไปลบ) และถือว่าจุดท่ีกระแสไหลเขา้ มีศกั ด์ิเป็ นบวก จุดท่ี กระแสไหลออกมีศกั ด์ิเป็ นลบ ดงั น้ันจากตวั อยา่ งในรูปท่ี 2 จะเห็นว่ากระแสไหลจากข้วั บวกของ แบตเตอร่ีผา่ นวงจรในเคร่ืองแลว้ ออกผา่ นจุด A เขา้ มลั ติมิเตอร์ซ่ึงต่ออนั ดบั กบั สายลบอยู่ จุดน้ีเป็ นจุดท่ี 103

กระแสไหลเขา้ จึงตอ้ งใชส้ ายบวกจบั จุด A และสายลบจบั จุด B ซ่ึงเป็ นจุดที่กระแสไหลออกถา้ ตอ้ งการ วดั กระแสทางสายบวกก็ตดั ออกแลว้ ใชม้ ลั ตมิ ิเตอร์ตอ่ อนั ดบั โดยถือหลกั การต่อสายจากทิศทางการไหล ของกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกนั ดงั รูปที่ 2 จุด A เป็ นจุดที่กระแสไหลเขา้ ดงั น้ันใชส้ ายบวกจบั จุด A ใชส้ ายลบจบั จดุ B รูปที่ 2 การวดั กระแสไฟฟ้า การวดั ค่ากระแสในวงจร TR ก็ตอ้ งใชม้ ลั ติมิเตอร์ต่อเป็ นอนั ดบั กบั ทางกระแสที่ตอ้ งการวดั เช่นตอ้ งการวดั กระแสคอลเลคเตอร์ ก็ใหต้ ดั สายออกดงั รูปท่ี 2 แลว้ ใชม้ ลั ติมิเตอร์ต่ออนั ดบั เขา้ ไป โดย ท่ีกระแสไหลเขา้ ท่ีจุด A มีศกั ด์ิเป็ นบวก จุดท่ีกระแสไหลออกจุด B มีศกั ด์ิเป็ นลบ (กรณีน้ีถือว่าการ ไหลของกระแสในวงจร TR เป็ นการไหลของกระแสไฟฟ้า คือมีทิศทางจากบวกไปลบตามหัวลูกศร) ถา้ เป็น TR ชนิด NPN การวดั TR จะต่อกลบั กนั ถา้ เป็นการวดั กระแสของหลอดวทิ ยุ ก็ถือหลกั การไหลของกระแสไฟฟ้าเช่นกนั เช่น ตอ้ งการ วดั กระแสเพลตก็ตดั สายเพลตออกแลว้ ใชม้ ลั ติมิเตอร์ (ซ่ึงมีสเกลวดั ค่ากระแสสูง ๆ ได)้ ต่ออนั ดบั เขา้ ไปก็ จะอ่านค่าออกมาได้ (A สายบวก B สายลบ) หมายเหตุ - การวดั กระแสในกรณีใดกต็ ามตอ้ งคานึงถึงการตอ่ สายวดั ใหถ้ ูกตอ้ ง โดยตอ้ งตดั แหล่ง จา่ ยไฟทีไ่ ปเล้ียงวงจรเสียก่อน - จุดท่ีตอ่ สายตอ้ งใหแ้ น่น ไม่หลุดหลวม - ตอ้ งเลือกตาแหน่งคา่ กระแสของป่ มุ เลือกไวก้ ่อน ถา้ ไม่รูค้ า่ โดยประมาณของกระแสทีจ่ ะ 104

วดั ก็ต้งั ป่ ุมเลือกค่าสูง ๆ เอาไว้ ถา้ เขม็ ข้นึ นอ้ ยอ่านค่าลาบากจึงค่อยบิดป่ ุม เลือกไปทางค่าต่า ๆ โดยตอ้ ง ตดั ไฟท่ีจา่ ยเขา้ วงจรก่อนจงึ บดิ ป่ ุมเลือก หา้ มปิ ดเปลี่ยนตาแหน่งในขณะท่ีมีกระแสไหลผา่ น รายละเอียดการต้งั ป่ ุมเลือกในการวัดค่ากระแส ตาแหน่ง 50 uA เมื่อบิดป่ ุมเลือกมายงั ตาแหน่งน้ี ใหด้ ูสเกล 50 DCV ,A. บนหนา้ ปัด เพราะใช้ แถบหนา้ ปัดเดียวกนั เพยี งแตเ่ ปล่ียนจาก V เป็น uA ดงั น้นั ตวั เลข 50 สุดสเกลทางขวามือก็เท่ากบั 50 uA กค็ ือ 1 ช่อง มีค่า 1 uA นน่ั เอง ตาแหน่ง 50 mA ก็คือการกาหนดใหส้ ุดสเกล DCV,A มีค่าเท่ากบั 2.5 mA ดงั น้ัน 1 ช่อง = 2.5 / 50 = 0.05 (หรือดูสเกล 250 DCV,A แลว้ ใส่จุดเป็ น 2.50 กไ็ ด)้ ตาแหน่ง 50 mA 50 ช่อง = 25 mA 1 ช่อง = 2550 = 0.5 mA (หรือดูสเกล 250 ใส่จดุ เป็น 25.0 กไ็ ด)้ ตาแหน่ง 0.25 A (250 mA) ถา้ ตอ้ งการอ่านเป็ น mA ก็ให้ดูสเกล 250 DCV,A แลว้ อ่าน ออกมาเป็น mA 1 ช่อง = 5 mA 4. ข้อควรระวงั ในการใช้ 1. การวดั กระแสวดั แรงดนั DC หรือ AC ก็ตาม ตอ้ งคานึงถึงค่าโดยประมาณ ถา้ ไม่รูค้ ่า ใหต้ ้งั สงั เกตสูงๆ ไวก้ ่อน แลว้ ค่อยลดสเกลต่าลงมาจนอ่านคา่ ได้ โดยถา้ เป็ นการวดั กระแสตอ้ งปิ ดวงจร ทกี่ าลงั ตรวจวดั เสียก่อนจึงบิดป่ ุมเลือกยา่ น ห้ามบิดป่ ุมเลือกท้งั ที่วงจรยงั ทางานอยโู่ ดยเด็ดขาด และถา้ ตอ่ สายตอ้ งใหแ้ น่นถา้ มีการสปาร์ก (ไฟกระโดดข้นึ ) ขดลวดในมลั ติมิเตอร์จะไหม้ 2. สาหรับการวดั แรงดนั ตอ้ งยกปลายสายวดั สายหน่ึงสายใดออกจากจุดท่วี ดั เสียก่อนจงึ คอยบดิ ป่ มุ เลือกคา่ 3. การวดั แรงดนั ใด ๆ ก็ตาม ถา้ เขม็ มิเตอร์ตสี ุดสเกลใหร้ ีบยกปลายสายวดั ออกจากจดุ ท่ีวดั ทนั ทีมิฉะน้นั จะเกิดการเสียหายข้นึ กบั มิเตอร์ได้ 4. ในการวดั ความตา้ นทานก็ตอ้ งระวงั อยา่ ใหเ้ ขม็ ของมลั ติมิเตอร์ช้ีจนสุดสเกลเช่นกนั โดย ปรับป่ ุมเลือกใหเ้ ขม็ อ่านค่าไดอ้ ยภู่ ายในสเกลบนหนา้ ปัด 5. การอ่านค่าบนหนา้ ปัดไม่วา่ การใชม้ ลั ติมิเตอร์ในกรณีใด ตอ้ งดูเขม็ มิเตอร์ใหต้ รงกบั เงา บนกระจก จงึ อ่านค่าออกมา มิฉะน้นั การอ่านจะคลาดเคลื่อน หมายเหตุ บางคร้งั ตอ้ งการทา mA ใหเ้ ป็ น A ใหเ้ อา 1000 หาร ผลขอกมาจะเป็ น A การทา A ให้ มิเตอร์ ท่จี บั วดั 105 R 1K แดง มิเตอร์ ถ่านไฟฉาย ดา 1.5 V (ก) การวดั แรงดนั

เป็น mA ใหเ้ อา 1000 คูณ ผลออกมาเป็น mA ทา mA เป็น u A ใหเ้ อา 1000 คูณ ผลออกมาเป็น u A 1.5 V มเิ ตอร์ AC 220 V มิเตอร์ I (A) ปล้กั ไฟ (ข) การวดั แรงดนั กระแสตรงในวงจรทรานซิสเตอร์ (ค) การวดั แรงดนั กระแสสลบั มเิ ตอร์ (ง) การวดั กระแสไฟฟ้าตรง มิเตอร์ ตวั ตา้ นทาน เอาปลายแตะกนั ต้งั 0 โอห์ม มเิ ตอร์ ทจี่ บั วดั (จ) การปรับตาแหน่ง 0 โอห์มและวดั ค่าความ ตา้ นทาน ข้ึนมาก ข้นึ น้อย PNP PNP (ฉ) การวดั ไดโอดและทรานซิสเตอร์ 106

5. สรุป เทา่ ทก่ี ล่าวมาท้งั หมดเป็ นหลกั การใชม้ ลั ตมิ ิเตอร์เพอ่ื จุดประสงคใ์ นการตรวจเช็ควงจรไฟฟ้าหรือ อิเล็กทรอนิกส์อาจมีการใชม้ ลั ติมิเตอร์เพื่อจุดประสงค์อ่ืน ๆ อีกบา้ ง แต่จะไม่กล่าวถึงเพราะไม่มีความ จาเป็ นในการใชเั ก่ียวกบั การตรวจเช็คดงั กล่าว อีกท้งั ยงั เป็ นเรื่องยงุ่ ยากท่ีจะตอ้ งกล่าวถึงพ้ืนฐานหลาย ประการเพอื่ ประกอบการใช้มลั ติมิเตอร์ในจุดประสงค์นอกเหนือจากท่ีกล่าวมา ดงั น้ันในเบ้ืองตน้ จึง ขอใหท้ าความเขา้ ใจไวเ้ พยี งเท่าน้ี ---------------------------------------------------------- 107

บทที่ 14 อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์ ประเภทสารกง่ึ ตัวนา 1 ทฤษฎีของสารก่งึ ตัวนา การทกี่ ระแสไฟฟ้าสามารถเคลื่อนทผี่ า่ นวตั ถุต่างๆไดย้ ากหรืองา่ ยน้นั จะตอ้ งข้นึ อยกู่ บั โครงสร้าง ทางไฟฟ้าในอะตอมของวตั ถุน้นั ๆ เช่น ถา้ ในอะตอมของวตั ถุน้ันมีแรงยดึ เหน่ียวระหว่างอิเล็กตรอน วงนอกกบั แกนใจกลางของอะตอมนอ้ ย อิเลก็ ทรอนิกส์วงนอกจะสามารถหลุดเคล่ือนท่ีออกจากอะตอม ไดง้ า่ ยเม่ือมีสนามไฟฟ้าแมเ้ พยี งเลก็ นอ้ ยมากระทา การทอ่ี ิเลก็ ตรอนวงนอกหลุดเคลื่อนทอี่ อกจากอะตอม ที่โคจรอยนู่ ้นั ก็คือการไหลของกระแสไฟฟ้านั่นเอง เราเรียกวตั ถุท่ีมีอะตอมซ่ึงอิเล็กตรอนสามารถหลุด ออกจากอะตอมไดง้ ่ายน้ีวา่ ตวั นาไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะสามารถไหลผา่ นตวั นาตา่ ง ๆ ไดด้ ีมาก คุณสมบตั ิ การนาไฟฟ้าของตวั นาแต่ละชนิดจะแตกต่างกนั ออกไป เช่น เงิน ทอง ทองแดง อะลูมิเนียม โดยข้ึนอยู่ กบั จานวนอะตอมท่ีบรรจุอยใู่ น 1 โมเลกุล เช่น เงิน จะนาไฟฟ้าไดด้ ีกวา่ ทอง เพราะภายในโมเลกุลของ เงนิ มีจานวนอะตอมมากกวา่ อิเล็กตรอนอิสระจงึ มีจานวนมากกวา่ ทาใหเ้ กิดการนาไฟฟ้าไดด้ ีกวา่ รูปท่ี 1 อะตอมของตวั นาและฉนวน มีวตั ถุอีกอยา่ งหน่ึงซ่ึงคุณสมบตั ติ า่ งจากชนิดแรก คือภายในอะตอมของวตั ถุน้นั ๆ มีคุณสมบตั ิ สามารถยดึ เหนี่ยวกนั ระหวา่ งอิเลก็ ตรอนวงนอกกบั แกนใจกลางของอะตอมสูงมาก ซ่ึงเม่ือตอ้ งการท่ีจะ ทาใหอ้ ิเลก็ ตรอนวงนอกหลุดจากวงโคจรของอะตอมน้นั ๆ จาเป็ นตอ้ งใชส้ นามไฟฟ้าซ่ึงมีกาลงั สูงมากมา กระทาเราเรียกวตั ถุน้ีวา่ ฉนวนไฟฟ้า ซ่ึงกระแสไฟฟ้าผา่ นไปไดอ้ ยา่ งยากลาบากมาก ฉนวนแต่ละชนิดมีคุณสมบัติตา้ นทานการไหลของกระแสได้มากหรือน้อยน้ันข้ึนอยู่กับ คุณสมบตั ิของฉนวนแตล่ ะชนิด เช่น โพลีเอสเตอร์ ไมกา แกว้ เราควรเขา้ ใจไวอ้ ยา่ งหน่ึงว่าไม่มีสารใด ทจ่ี ะคงสภาพการเป็ นฉนวนหรือตวั นาไดอ้ ยา่ งสมบรู ณ์ รูปท่ี 2 ค่าความตา้ นทานของสารตา่ ง ๆ 108

จากรูปที่ 2 เปรียบเทียบคุณสมบตั ิความแตกต่างกนั ระหวา่ งตวั นาและฉนวน จะเห็นว่าสาร ก่ึงตวั นา อยกู่ ่ึงกลางระหวา่ งยา่ นตวั นาซ่ึงมีความตา้ นทานต่าสุดประมาณ 1 / 10 โอห์มต่อหน่ึงลูกบาศก์ เซนตเิ มตร กบั ฉนวนซ่ึงมีความตา้ นทานประมาณสูงกวา่ 100 เมกะโอห์มต่อหน่ึงลูกบาศก์เซนติเมตรข้ึน ไป จากรูปท่ี 2 ทาให้เห็นว่าเจอร์มาเนียมน้ันจดั อยู่ในสารก่ึงตวั นา ซิลิคอนบริสุทธ์ิจะมีคุณสมบัติ ตา้ นทานไฟฟ้าเวลาอุณหภูมิปกติถึง 50 กิโลโอห์มต่อหน่ึงลูกบาศกเ์ ซนติเมตร สาเหตุซ่ึงคุณสมบตั ิของ ซิลิคอนและเจอร์มาเนียมมีความตา้ นทานแตกต่างกนั น้ัน สามารถแสดงให้เห็นในรูปโครงสร้างของ อะตอมของธาตุท้งั สองชนิด รูปท่ี 3 โครงสรา้ งอะตอมของซิลิคอลและเจอรม์ าเนียม จากรูปที่ 3 จะเห็นว่าอะตอมของซิลิคอนน้นั อิเล็กตรอนวงนอกจะอยใู่ กลใ้ จกลางของอะตอม มากกวา่ อะตอมของเจอร์มาเนียม ดงั น้นั แรงยดึ เหนี่ยวระหวา่ งอิเล็กตรอนวงนอกกบั ใจกลางอะตอมของ ซิลิคอนจงึ สูงกวา่ มาก น่ีคือคาตอบท่วี า่ ทาไมซิลิคอนจึงมีความตา้ นทานสูงกวา่ เจอร์มาเนียม สารก่ึงตัวนาท่ีบริสุทธ์ิ คือธาตุซิลิคอนหรือเจอร์มาเนียมบริสุทธ์ิที่ไม่มีสารอ่ืนใดเจือปน ซ่ึงมี ความบริสุทธ์ิประมาณ 99.99 % การเกาะตวั กนั ระหว่างแต่ละอะตอมเกาะยดึ กนั แบบโควาแลนด์ ทาให้ เกิดเป็ นรูปผลึกแลไทซ์ (latice structure) จากการรวมตวั แบบโควาแลนด์น้ี อิเล็กตรอนวงนอกของ อะตอมแต่ละอะตอมจะใช้อิเล็กตรอนร่วนกันทาให้มีอิเล็กตรอนวงนอกครบ 8 ตวั ในแต่ละอะตอม ดงั น้นั สารก่ึงตวั นาท่ีบริสุทธ์ิจะมีแรงยดึ เหนี่ยวกนั ระหวา่ งอะตอมสูง และไม่แสดงอานาจของประจุไฟฟ้า ออกมา คือเป็ นกลางทางไฟฟ้า ความตา้ นทานของสารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิอยรู่ ะหวา่ ง 150 Ω ถึง 50,000 Ω รูปท่ี 4 การยดึ เหนี่ยวกนั ระหวา่ งอะตอมของสารก่ึงตวั นาท่ีบริสุทธ์ิ 109

สารก่ึงตัวนาที่ไม่บริสุทธ์ิ คือสารก่ึงตวั นาท่ีบริสุทธ์ิที่ถูกเจือปนสารอิมเพยี วริตีบางอยา่ งลงไป สารทีเ่ จือปนลงไปน้ีเป็ นธาตุซ่ึงจดั อยใู่ นกรุ๊ปท่ี 3 เช่น อะลูมินัม ( Al ) อินเดียม ( In ) แกเลียม ( Ga ) และ กรุ๊ปที่ 5 เช่น อาร์เซนิก ( As ) และฟอสฟอรัส ( P ) การเจือปนสารอิมเพยี วริตีลงในสารก่ึงตวั นาเรียกวา่ โดป๊ (dope) โดยเจอื ปนสารอื่นลงไปในอตั ราส่วน 1 : 107 สารก่ึงตวั นาท่ไี ม่บริสุทธ์ิมีอยู่ 2 ชนิดดว้ ยกนั คือ สารก่ึงตวั นาชนิดลบ ( N- type semiconductor ) และสารก่ึงตวั นาชนิดบวก ( P-type semiconductor ) สารก่งึ ตัวนาชนิดลบ มีช่ือเรียกอีกอยา่ งหน่ึงวา่ โดเนอร์ ( donor ) เกิดจากการเอาสารอิมเพียวริตี ของธาตุกรุ๊ปที่ 5 เช่น ฟอสฟอรัส ( P ) หรือ อาร์เซนิก ( As ) เติมลงไปในสารก่ึงตวั นาท่ีบริสุทธ์ิดว้ ย อตั ราส่วน 1 : 107 สารท้งั สองซ่ึงจะยงั คงจบั ตวั กนั อยแู่ บบโควาแลนตไ์ ดเ้ ป็ นสารก่ึงตวั นาชนิดลบ โดย ความตา้ นทานของสารท่ีไดจ้ ะลดน้อยลงกวา่ เดิม สาเหตุท่ีทาใหค้ ่าความตา้ นทานลดลงเน่ืองจากภายใน สารก่ึงตวั นาชนิดลบมีอิเล็กตรอนอิสระที่เกิดจากการรวมตวั เกิดข้ึน ปกติการรวมตวั แบบโควาแลนต์ อิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมของสารท้งั สองชนิดที่จบั ตวั กนั อยจู่ ะตอ้ งแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนกนั เป็ น จานวนครบ 8 ตวั พอดี แตเ่ นื่องจากอิเล็กตรอนวงนอกของอาร์เซนิกมี 5 ตวั ดงั น้ันเม่ือเกิดการรวมตวั กนั แลว้ จะมีอิเล็กตรอนเหลือจากการรวมตวั อยู่อีกตัวหน่ึงและไม่ได้ถูกยึดเหน่ียวให้อยใู่ นวงโคจรของ อะตอมจึงเคล่ือนท่ีได้อย่างเป็ นอิสระเรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระทาให้สารก่ึงตวั นาเกิดอานาจของประจุ ไฟฟ้าลบข้นึ จงึ เรียนวา่ สารก่ึงตวั นาชนิดลบ หรือ สารก่ึงตวั นาชนิด N (ก) สารก่ึงตวั นาชนิดบวก (ข) สารก่ึงตวั นาชนิดบวก รูปที่ 5 การสร้างสารก่ึงตวั นาชนิดบวกและลบ 110

สารก่ึงตัวนาชนิดบวก จากรูปท่ี 5 แสดงให้เห็นการรวมตวั ระหว่างอะตอมของอะลูมินัม (สารอิมเพยี วริตี) กบั อะตอมของเจอร์มาเนียม (สารก่ึงตวั นาที่บริสุทธ์ิ) อิเล็กตรอนวงนอกของ อะตอมของอะลูมินมั น้นั สามารถรวมตวั กบั อะตอมของเจอร์มาเนียมไดอ้ ยา่ งสมบูรณ์ในแบบโควาแลนต์ โดยปกตกิ ารรวมตวั แบบโควาแลนตข์ องอะตอมแต่ละอะตอมน้นั เมื่อรวมตวั กนั แลว้ จะตอ้ งทาให้อะตอม แต่ละอะตอมสามารถใชอ้ ิเล็กตรอนวงนอกร่วมกันได้มีจานวนครบ 8 ตวั พอดี แต่การรวมตวั ของ อะลูมินมั และเจอร์มาเนียมน้นั จะมีอิเลก็ ตรอนวงนอกเพยี ง 7 ตวั เทา่ น้นั แต่สามารถจบั ตวั กนั เป็ นแบบโค วาแลนตไ์ ด้ ดงั น้นั ตรงจดุ ที่อิเล็กตรอนขาดไปตวั หน่ึงน้นั จะเกิดช่องว่างข้ึนเรียกว่า โฮล ( hole ) ซ่ึงจะทา หนา้ ทีย่ ดึ เหนี่ยวอะตอมของอะลูมินมั กบั อะตอมของเจอร์มาเนียมเอาไวเ้ หมือนกบั อิเล็กตรอนท่ีขาดไป แต่แสดงอานาจของประจไุ ฟฟ้า คือวง่ิ เขา้ หาข้วั ลบของแบตเตอร่ีและดึงดูดอิเล็กตรอน สารก่ึงตวั นาชนิดบวกน้ีจะแสดงอานาจประจุไฟฟ้าบวกออกมาเนื่องจากมีจานวนอิเล็กตรอน นอ้ ยกวา่ ปกติและจะเป็นตวั รับอิเล็กตรอนจากท่ีอื่น จึงเรียกชื่อไดอ้ ีกอยา่ งหน่ึงวา่ แอคเซพเตอร์(acceptor) หรือผรู้ ับ แตโ่ ดยทว่ั ไปแลว้ จะเรียกวา่ สารก่ึงตวั นาชนิดบวก หรือ สารก่ึงตวั นาชนิด P 2 ไดโอด ไดโอด ( diode ) คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกสท์ ่ีสร้างข้ึนจากการเชื่อมต่อสารก่ึงตวั นาสองชนิดเขา้ ดว้ ยกนั ไดแ้ ก่ สารก่ึงตวั นาชนิด N กบั สารก่ึงตวั นาชนิด P มีคุณสมบตั ิยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผา่ นได้ ทางเดียวคอื ขณะไดร้ บั แรงดนั ไบแอสตรง และไม่ยอมให้กระแสไหลผ่านเมื่อไดร้ ับแรงดนั ไบแอสกลบั ดว้ ยคุณสมบตั ิเช่นน้ีจึงสามารถนาไดโอดมาทาเป็ นตัวเรียงกระแส ( rectifer ) เพื่อเปลี่ยนไฟฟ้า กระแสสลบั ใหเ้ ป็นไฟฟ้ากระแสตรงใชเ้ ป็นตวั แยกสญั ญาณที่ผสมมาในแบบเอเอ็ม ( AM detector ) หรือ ทาเป็นอิเลก็ ทรอนิกส์สวติ ช์ ฯลฯ ไดโอดมีอยู่ 2 ชนิดแบ่งตามกรรมวธิ ีการผลิต ชนิดแรกเรียกวา่ ไดโอดแบบจุดสัมผสั ( point contact didode ) และชนิดที่สองเรียกวา่ ไดโอดแบบรอยตอ่ ( junction didoe ) (ก) ไดโอดแบบจุดสมั ผสั โพแทนเชียลบาร์เรียร์ (ข) ไดโอดแบบจุดรอยต่อ รูปที่ 6 ชนิดของไดโอด 111

ไดโอดชนิดจุดสัมผสั สรา้ งข้ึนโดยการใชล้ วดแพลตตินมั แตะกบั แท่งสารก่ึงตวั นาซ่ึงใชเ้ จอร์มา เนียมชนิด N แลว้ จา่ ยกระแสแรงสูงใหผ้ า่ นตรงจุดสมั ผสั ทาให้แท่งสารเจอร์มาเนียมตรงบริเวณที่แตะอยู่ กบั เสน้ ลวดกลายเป็นสารก่ึงตวั นาชนิด P มีคุณสมบตั ิทางานทีย่ า่ นความถ่ีสูงไดด้ ี แต่อตั ราการทนกระแส ต่าซ่ึงใช้ในวงจรท่ีทางานด้านความถี่สูง เช่น วงจรดีเทคเตอร์ แต่ในปัจจุบันไม่นิยมใช้ เนื่องจาก ความคลาดเคล่ือนมีมาก ไดโอดชนิดรอยต่อ เป็ นไดโอดท่ีสร้างข้นึ โดยใชก้ ารเช่ือมต่อแบบโกรน ( grown junction ) หรือ การเช่ือตอ่ โดยวธิ ีเล้ียง ( grown ) โดยเอาสารก่ึงตวั นาท่บี ริสุทธ์ิ คอื เจอร์มาเนียมหรือซิลิคอนใส่เตาหลอม จากน้นั เติมสารเจือปนท่ีเรียกวา่ สารอิมเพียวริตีลงไป เพือ่ ทาใหส้ ารก่ึงตวั นาน้นั กลายเป็ นสารก่ึงตวั นา ชนิด P ( สารก่ึงตวั นาชนิดบวก ) โดยการเติมสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอก 3 ตวั เช่น อะลูมินัม ( Al ) หรือ ( Ga ) ลงไปจากน้นั จะดึงสารก่ึงตวั นาที่กาลังหลอมเหลวอยนู่ ้ันข้ึนมาโดยตวั ท่ีดึงจะถูกทาให้ หมุนรอบตวั ตลอดเวลาไดเ้ ป็นแทง่ สารก่ึงตวั นาชนิด P (ดูรูปท่ี 7) จากน้ันก็เติมสารเจือปนท่ีมีอิเล็กตรอน วงนอก 5 ตวั เช่น อาร์เซนิก ( As ) หรือฟอสฟอรสั ( P ) ลงไปเพอื่ ทาใหส้ ารก่ึงตวั นาท่ีกาลงั หลอมละลาย อยนู่ ้นั กลายเป็นสารก่ึงตวั นาชนิด N ( สารก่ึงตวั นาชนิดลบ ) จากการกระทาดงั กล่าวทาใหไ้ ดส้ ารก่ึงตวั นา ชนิด P และ N ที่เช่ือต่อกนั แบบโกรน โดยรอยต่อระหว่างสารก่ึงตวั นาท้งั สองขณะที่กาลงั โกรนอยนู่ ้นั อิเล็กตรอนอิสระที่อยใู่ นสารก่ึงตวั นาชนิด N จะเคล่ือนที่ไปรวมตวั กบั โฮลตรงรอยต่อทาให้เกิดสภาพ เป็ นสนามไฟฟ้าข้ึนตรงรอยต่อเรียกวา่ ดีพลีชนั รีจนั ( depletion region ) หรือโพเทนเชียลบาร์เรียร์ ( potential barier ) โดยรอบตอ่ ทางดา้ นสารก่ึงตวั นาชนิด P มีศกั ยเ์ ป็ นลบและทางดา้ นสารก่ึงตวั นาชนิด N มีศกั ยเ์ ป็ นบวก คา่ แรงดนั ของสนามไฟฟ้าตรงรอยตอ่ ของไดโอดน้นั ข้ึนอยกู่ บั ชนิดของสารก่ึงตวั นาที่ใช้ ทาเป็นตวั ไดโอด ซ่ึงมีอยู่ 2 ชนิดคอื ซิลิคอนและเจอร์มาเนียม โดยถา้ เป็นซิลิคอนไดโอดสนามไฟฟ้าตรง รอยต่อจะมีคา่ เป็น 0.6 V. และถา้ เป็นเจอร์มาเนียมไดโอดจะมีคา่ 0.2 V. ตวั ไดโอดดา้ นทเ่ี ป็นสารก่ึงตวั นาชนิด P เรียกวา่ แอโนด ( anode ) ใชต้ วั ยอ่ A และดา้ นที่เป็ นสาร ก่ึงตวั นาชนิด N เรียกวา่ ( cathode ) ใชต้ วั ยอ่ K ท้งั สองดา้ นจะเชื่อมต่ออยกู่ บั ขาตวั นาท่ียน่ื ออกมาเพ่ือต่อ รับแรงดนั ไบแอส ( ดูรูปที่ 6 ) ไดโอดชนิดน้ีมีคุณสมบตั ิทนกระแสไดส้ ูงกวา่ ไดโอดแบบจุดสัมผสั จึงใช้ งานไดอ้ ยา่ งกวา้ งขวางซ่ึงในหนงั สือน้ีจะขออธิบายแตเ่ ฉพาะไดโอดแบบน้ีเทา่ น้นั สารเจอื ปนชนิด P หมนุ ดงึ ข้นึ สารชนิด P เตมิ สารเจอื ปนชนิด P สารท่ีดึงข้ึน สารเจอร์มาเนียมชนิด P สารเจอร์มาเนียมชนิด N (ก) (ข) รูปที่ 7 การสรา้ งไดโอดแบบเล้ียงรอยตอ่ 112

3. การจ่ายแรงดันไบแอสให้กับไดโอด การจา่ ยไบแอสใหก้ บั ไดโอดกค็ ือการจ่ายแรงดนั จากแบตเตอร่ีให้ไดโอดซ่ึงทาได้ 2 ลกั ษณะคือ ต่อดา้ นข้วั ลบของแบตเตอรี่เขา้ ท่ีแคโธดโดยเอาข้วั บวกต่อท่ีแอโนดเรียกวา่ การไบแอสตรง และการต่อ โดยเอาข้วั ลบของแบตเตอร่ีต่อเขา้ ทแี่ อโนด โดยเอาข้วั บวกตอ่ ทีแ่ คโธดเรียกวา่ การไบแอสกลบั การจ่ายไบแอสตรง เมื่อนาเอาไดโอดมาต่อกบั แบตเตอร่ีโดยเอาข้วั บวกของแบตเตอรี่ต่อเขา้ กบั ดา้ น P ( ดา้ นบวก ) หรือแอโนดของไดโอด และเอาข้วั ลบของแบตเตอรี่ตอ่ เขา้ กบั ดา้ น N ( ดา้ นลบ ) หรือ แคโธดของไดโอด การต่อจา่ ยไบแอสใหก้ บั ไดโอดแบบน้ีเรียกวา่ การจ่ายไบแอสตรง ( forward bias ) จะ เกิดผลทาให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอดได้โดยค่าของกระแสที่ไหลผ่านไดโอดจะข้ึนตรงกับค่า แรงดนั ไบแอสตรงน้นั ถา้ แรงดนั มีค่ามากกระแสจะไหลผา่ นไดโอดมาก และถา้ ค่าแรงดนั น้อยกระแสจะ ไหลผา่ นไดโอดไดน้ ้อย ค่าแรงดันไบแอสตรงที่ลดต่าจะตอ้ งมีค่าไม่ต่ากว่าค่าแรงดันตรงรอยต่อของ ไดโอด เพราะถา้ แรงดนั ไบแอสตรงทจี่ ่ายใหไ้ ดโอดมีค่าต่ากวา่ ค่าแรงดนั ตรงรอยต่อจะไม่เกินกระแสไหล ผา่ น ไดโอดได้ รูปท่ี 8 การจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหไ้ ดโอด ลกั ษณะการนากระแสของไดโอดเม่ือได้รับไบแอสตรง เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหก้ บั ไดโอด ถา้ แรงดนั น้นั สูงเกินกว่าค่าแรงดนั ตรงรอยต่อของไดโอดจะเกิดกระแสไหลผ่านไดโอดไดโ้ ดยลกั ษณะ การไหลของกระแสสามารถแยกออกได้ 2 อยา่ งคอื การไหลของกระแสอิเล็กตรอน ศกั ยล์ บจากแบตเตอรี่จะไปผลกั ดันอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่ ทางดา้ นแคโธด ซ่ึงทามาจากสารก่ึงตวั นาชนิด N ให้ขา้ มรอยต่อเขา้ ไปยงั แอโนด ซ่ึงทาจากสารก่ึง ตวั นาชนิด P จากน้นั จะถูกศกั ยบ์ วกจากข้วั บวกของแบตเตอร่ีดึงดูดให้วงิ่ ออกจากแอโนดไปเขา้ ยงั ข้วั บวกของแบตเตอร่ีเกิดการไหลของกระแสอิเล็กตรอนข้ึนโดยไหลออกจากข้วั ลบของแบตเตอรี่ ผ่าน ไดโอดเขา้ ทางดา้ นแคโธดผา่ นรอยต่อเขา้ ไปทางแอโนด ออกจากแอโนดไปเขา้ ข้วั บวกของแบตเตอร่ี การไหลของกระแสอิเล็กตรอนจะเกิดข้ึนพร้อมกบั การไหลของกระแสไฟฟ้า แต่จะมีทิศทาง ตรงกนั ขา้ มการไหลของกระไฟฟ้า การไหลของกระแสไฟฟ้าหรือกระแสนิยมท่ีผ่านไดโอดน้นั เกิดจาก การเคลื่อนท่ีของโฮล โดยขณะท่ีต่อแรงดันไบแอสตรงให้กบั ไดโอด ศกั ยบ์ วกจากแบตเตอรี่จะไป ผลกั ดนั โฮลที่อย่ใู นแอโนดให้เคล่ือนที่ผา่ นรอยต่อเขา้ ไปยงั แคโธด จากน้ันจะถูกศกั ยล์ บท่ีข้วั ลบของ แบตเตอรี่ ดึงดูดให้ว่ิงออกจากแคโธดไปยงั ข้วั ลบ การเคล่ือนท่ีของโฮลก็คือการไหลของกระแสนิยม 113

ซ่ึงจะไหลออกจากดา้ นข้วั บวกของแบตเตอรี่ ผา่ นไดโอดโดยเขา้ ทางแอโนดออกทางแคโธดไปยงั ข้วั ลบ ของแบตเตอร่ี การจ่ายไบแอสกลับ ถา้ จ่ายแรงดนั ให้กบั ไดโอดในลกั ษณะตรงกนั ขา้ มกบั ไบแอสตรงกนั ขา้ ม กบั แบบไบแอสตรงทไี่ ดอ้ ธิบายไปแลว้ คือต่อข้วั ลบของแบตเตอร่ีเขา้ ที่แอโนดและต่อข้วั บวกเขา้ ท่ีแคโธ ดซ่ึงเรียกว่าการจ่ายไบแอสกลบั (reverse bias) จะเกิดค่าความตา้ นทานตรงรอนต่อสูงมาก เน่ืองจาก บริเวณดีพลีชนั รีจนั ขยายกวา้ งออกไป ทาให้ไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดได้ ในทางปฎิบตั ิแลว้ จะมี กระแสรั่วไหลไดเ้ ล็กนอ้ ย แต่มีค่านอ้ ยมากจนถือไดว้ า่ ไม่มีกระแสไหล แอโนด แคโธด แอโนด แคโธด R ค่าสูงมาก รูปท่ี 9 การจา่ ยแรงดนั ไบแอสกลบั ใหก้ บั ไดโอด ผลท่ีเกิดกับไดโอดเม่ือได้รับไบแอสกลับ เมื่อจ่ายแรงดนั ไบแดสกลบั ให้กบั ไดโอด ศกั ยบ์ วก จากแบตเตอร่ีจะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระท่อี ยใู่ นสารก่ึงตวั นาชนิด N ใหอ้ อกมาออกนั อยอู่ ีกดา้ นหน่ึงของ รอยต่อและศกั ยล์ บจากแบตเตอร่ีจะดึงดูดโฮลในสารก่ึงตวั นาชนิด P ใหม้ าออกนั อยอู่ ีกดา้ นหน่ึงของ รอยตอ่ การต่อไบแอสกลบั จะทาให้เกิดสนามไฟฟ้าตรงรอยต่อสูงมากและเกิดแถบท่ีปราศจากโฮลและ อิเล็กตรอนอิสระที่เรียกว่าดีพลีชนั รีจนั ขยายออกกวา้ งมาก บริเวณน้ีจะไม่มีตวั นากระแสคือโฮลและ อิเล็กตรอนอิสระดงั น้นั จึงเกิดความตา้ นทานสูงมากจนทาให้กระแสไหลผ่านไดโอดในช่วงน้ีน้อยมาก โดยถา้ เป็ นซิลิคอนไดโอดจะมีค่าประมาณ 1 uA และถา้ เป็ นเจอร์มาเนียมไดโอดจะมีค่าประมาณ 1 mA กระแสน้ีเรียกวา่ กระแสอ่ิมตวั ไหลกลบั (revere saturation ) จากคุณสมบตั ขิ องไดโอดดงั ที่ไดอ้ ธิบายไปแลว้ พอสรุปไดด้ งั น้ี 1. เม่ือจ่ายไบแอสตรงใหไ้ ดโอดมีคา่ สูงเกินกวา่ ค่าแรงดนั ตรงรอยต่อข้ึนไป (เจอร์เนียมไดโอด 0.2 V ซิลิคอนไดโอด 0.6 V ) ไดโอดจะนากระแสโดยยอมใหก้ ระแสไฟฟ้านิยม) ไหลผ่านจากข้วั บวก ของแบตเตอร่ีผา่ นเขา้ ทางดา้ นแอโนดออกทางแคโธดไปเขา้ ยงั ข้วั ลบ โดยค่าของกระแสท่ีไหลผา่ นไดโอด จะข้นึ อยกู่ บั ค่าแรงดนั ไบแอสตรงทจ่ี ่ายใหก้ บั ไดโอด แตก่ ระแสทไี่ หลผา่ นไดโอดน้ีจะตอ้ งมีค่าไม่สูงเกิน กวา่ อตั ราทนกระแสของไดโอด ( ID max ) ( ดูรูปที่ 10 ) 114

กระแสทศิ ทางตรง (mA) แรงดนั ไบแอสตรง (V) แรงดนั ไบแอสตรง (V) คา่ แรงดนั พงั กระแสทศิ ทางกลบั รูปที่ 10 กราฟแสดงคุณลกั ษณะของไดโอด 2. เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ให้กบั ไดโอด จะมีกระแสร่ัวเพยี งเล็กน้อยไหลผ่านไดโอดใน ทศิ ทางกลบั ( จากแคโธคไปออกทางแอโนด ) เรียกว่ากระแสอิ่มตวั ยอ้ นกลบั ซ่ึงจะมีค่าคงท่ีถึงแมว้ า่ จะ เพม่ิ ค่าแรงดนั สูงข้ึนเร่ือย ๆ แต่เม่ือเพม่ิ ค่าแรงดนั ไบแอสกลบั สูงข้ึนถึงจุดหน่ึงจะกระทาใหไ้ ดโอดเกิดการ นากระแสอยา่ งรุนแรง ถึงแมว้ า่ จะเพมิ่ คา่ แรงดนั สูงข้ึนแต่แรงดนั ท่ีตกคร่อมไดโอดจะคงเดิมแต่กระแสที่ ไหลผา่ นไดโอดจะสูง ซ่ึงกระแสน้ีจะไหลผา่ นบริเวณรอยต่อของไดโอดไดไ้ ม่เทา่ กนั จงึ เกิดความร้อนตรง รอยต่อสูงจนทาให้ไดโอดเกิดเสียหายได้ เรียกแรงดนั ท่ีจุดน้ีวา่ แรงดนั พงั ( breakdown voltage ) หรือ แรงดนั ซีเนอร์ ( zener voltage ) จากคุณสมบตั ิการนากระแสไดใ้ นทิศทางเดียวของไดโอด จึงสามารถนาไดโอดไปใชง้ านไดใ้ น วงจรต่าง ๆ เช่น วงจรเรียงกระแสหรือเร็กติไฟเออร์ ( rectier ) วงจรคลิปเปอร์ ( clipper ) วงจรสวิตชิง (switching) วงจรเอเอม็ ดีเทคเตอร์ ( AM detector ) 4. วงจรเรียงกระแส วงจรเรียงกระแสคอื วงจรทท่ี าหนา้ ท่ีเปลี่ยนแรงดนั กระแสสลบั ให้เป็ นแรงดนั กระแสตรง ซ่ึงมี ลกั ษณะการตอ่ วงจรเป็นแบบต่าง ๆ ดงั น้ี วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่น คือวงจรท่ีทาหน้าท่ีตัดเอาแต่เฉพาะคร่ึงไซเกิลบวก หรือลบ ของสญั ญาณกระแสสลบั เพอ่ื ทาใหเ้ กิดการไหลของกระแสเป็ นทศิ ทางเดียง ( DC ) รูปท่ี 11 วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน 115

จากการจดั วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนตามรูปที่ 11 จะเห็นว่าไดโอดจะนากระแสเพยี งคร่ึง ไซเกิลของแรงดนั กระแสสลบั ที่ป้อนเขา้ มาทางดา้ นอินพตุ ของวงจร จึงเกิดแรงดนั ตกคร่อมตวั ตานทาน โหลด ERL ทางดา้ นเอาตพ์ ุตเฉพาะคร่ึงไซเกิลบวกหรือลบเท่าน้นั ส่วนอีกคร้ังหน่ึงจะผา่ นไดโอดไม่ได้ เพราะทาใหไ้ ดโอดไดร้ ับแรงดนั ไบแอสกลบั จึงไม่เกิดกระแสไหลผ่านไดโอดและ R L จึงไม่มีแรงดนั ตกคร่อม R L แรงดนั ทีต่ กคร่อม R L จงึ เกิดข้นึ เป็ นระยะ ๆ ไม่ตอ่ เน่ืองกนั แต่อยา่ งไรก็ตามแรงดนั ที่ตก คร่อม R L น้ีจะมีศกั ยเ์ หมือนกนั จึงทาใหเ้ กิดกระแสไหลผ่านในทิศทางเดียวกนั เป็ นระยะ ๆ ค่าแรงดนั เฉลี่ยทไ่ ดส้ ามารถไดจ้ ากสูตร V DC = 0.318 VP แรงดนั ที่ตกคร่อม R L จะมีศกั ยบ์ วกหรือลบ ข้นึ อยกู่ บั การจดั ข้วั ของไดโอดโดยถา้ เอาดา้ นแอโนดต่อรับแรงดนั กระแสสลบั และดา้ นแคโธดต่อกบั RL แรงดันกระแสตรงที่ตกคร่อม RL จะมีศกั ยเ์ ม่ือเทียบกับกราวด์ แต่ถ้าเอาด้านแคโธดต่อรับแรงดัน กระแสสลบั โดยเอาดา้ นแอโนดตอ่ กบั R L แรงดนั ที่ตกคร่อม RL จะมีศกั ยเ์ ป็ นลบเมื่อเทียบกบั กราวด์ (ดู รูปท่ี 11 (ข)) จะเห็นวา่ แรงดนั ทตี่ กคร่อมโหลดจะไม่เกิดข้ึนอยา่ งต่อเนื่องสม่าเสมอ เน่ืองจากค่าแรงดนั กระแสตรงท่ีไดจ้ ะปรากฎข้ึนเป็ นระยะ ๆ เรียกว่า พลั ส์ ( pulses ) เม่ือจะนาไปใชง้ านจะตอ้ งต่อวงจร ฟิ ลเตอร์เขา้ ทางเอาต์พุตเพือ่ ทาการกรองให้แรงดนั ที่ได้มีค่าราบเรียบจนใชง้ านได้ ลักษณะของวงจร ฟิ ลเตอร์จะประกอบดว้ ยคาพาซิเตอร์มาก 2 ตวั ต่อกบั ตวั ตา้ นทานหรือขดลวดที่พนั อยบู่ นแกนเหล็กท่ี เรียกวา่ ใชค้ อยล์ (choke coil ) โดยคาพาซิเตอร์แต่ละตวั อยกู่ บั ปลายของตวั ตา้ นทานหรือโชคคอยล์ ดงั แสดง ในรูปที่ 12 (ข) คาพาซิเตอร์ตวั ที่ต่ออยดู่ า้ นอินพตุ ใชต้ วั ยอ่ วา่ CIN และตวั ท่ีต่ออยกู่ บั ดา้ นเอาตพ์ ตุ เรียกวา่ C OUT รูปท่ี 12 วงจรฟิลเตอร์ คาพาซิเตอร์ที่ใชต้ ่อในวงจรฟิ ลเตอร์ท่ีใชก้ บั วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนน้ันตอ้ งใชค้ ่ามาก เพ่ือทาให้ค่าแรงดนั กระแสตรงเกิดข้ึนต่อเน่ืองกันตลอดระหว่างแต่ละพลั ส์ของไฟกระแสสลบั จน สามารถนาไปใชง้ านได้ การใชค้ าพาซิเตอร์ค่ามากจะมีผลเสียคือ เกิดการดึงกระแสไหลผา่ นไดโอดตวั เรียงกระแสสูง จงึ ตอ้ งใชไ้ ดโอดท่ีทนกระแสสูงเพยี งพอ 116

วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่น จากคุณสมบตั ิของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนที่ให้แรงดนั กระแสตรงท่ีไม่ต่อเนื่องกนั จึงไดม้ ีการออกแบบวงจรเรียงกระแสท่ีมีประสิทธิภาพดีกว่าข้ึน เรียกว่า วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืน วงจรน้ีจะทาหน้าที่กลับสัญญาณกระแสสลับส่วนท่ีมีเฟสต่างกนั ให้ กลบั มาอยใู่ นทิศทางเดียวกนั ทุกคร่ึงไซเคิล เพื่อทาใหเ้ กิดแรงดนั กระแสตรง ที่ทาใหเ้ กิดกระแสไหลใน ทิศทางเดียวกนั อยา่ งต่อเน่ืองดงั แสดงในรูปที่ 13 จากลกั ษณะการทางานที่เห็น วงจรเรียงกระแสแบบน้ี จะใหค้ ่าแรงดนั กระแสตรงท่รี าบเรียบกวา่ แบบแรก ดงั น้นั วงจรฟิ ลเตอร์ที่ต่อร่วมกบั วงจรน้ีจึงไม่ตอ้ งใช้ คาพาซิเตอร์ที่มีค่ามาก ทาใหเ้ กิดการดึงกระแสผา่ นไดโอดเรียงกระแสน้อยจึงสามารถใชไ้ ดโอดท่ีมีอตั รา ทนกระแสต่ากวา่ แบบคร่ึงคลื่นคา่ แรงดนั กระแสตรงเอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ากการเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นหน่ึง เทา่ คอื VDC= 0.636 VP รูปที่ 13 วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนและแบบบริดจ์ 5 วงจรเรียงกระแสและทวีแรงดนั ถา้ นาเอาไดโอดในวงจรเรียงกระแสมาตอ่ อนั ดบั กบั ฟิ ลเตอร์ จะไดว้ งจรเรียงกระแสท่ีมีแรงดนั เอาตพ์ ตุ ทวสี ูงกวา่ เดิมโดยอาจจะเป็น 2 เทา่ 3 เทา่ หรือ 4 เท่า เพอื่ ใชก้ บั วงจรท่ีตอ้ งการกระแสต่าและไม่ ตอ้ งการแรงดนั กระแสตรงทรี่ าบเรียบนกั เพราะถึงแมว้ า่ วงจรทวแี รงดนั จะใหค้ ่าแรงเคล่ือนไฟฟ้าออกมา สูง แต่จะมีคลื่น ( ripple ) สูงจึงตอ้ งการฟิ ลเตอร์คาพาซิเตอร์ที่มีค่ามากเพ่ือลดขนาดใหต้ ่าลง ปกติวงจร ทวแี รงดนั แบบ 2 เท่า ( voltage doubler ) มกั นิยมใชใ้ นภาคจ่ายไฟ โดยเฉพาะกบั ภาคจ่ายไฟท่ีใชว้ งจร เรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน ส่วนวงจรทวแี รงดนั แบบ 3 เท่า ( voltage tripler ) และวงจรทวีแรงดนั แบบ 4 เท่า ( voltage quadrupler ) จะนามาใชใ้ นวงจรสร้างไฟแรงสูงใหก้ บั หลอดภาพของเคร่ืองรับ โทรทศั นส์ ีซ่ึงตอ้ งการค่าแรงเคล่ือนไฟฟ้ากระแสตรงทม่ี ีคา่ สูงเกินกวา่ 20,000 โวทตข์ ้นึ ไป วงจรทวีแรงดัน 2 เท่า วงจรทวีแรงดนั 2 เท่าแบบคร่ึงคลื่น มีชื่อเรียกอีกอยา่ งหน่ึงว่า วงจรคาสเดดดับเบลอร์ ( cascade doubler ) เนื่องจากแรงดนั ท่ีเรียงกระแสโดยไดโอด D 1 จะส่งใหเ้ ป็ นอินพตุ ของไดโอด D 2 โดยไดโอดท้งั สองนากระแสตวั ละคร่ึงไซเกิลซ่ึงต่างกนั 180 องศา เช่น เม่ือคร่ึงไซเกิลลบของไฟฟ้า 117

กระแสสลบั จากสายเมนเขา้ มายงั วงจรจะทาใหแ้ คโธดของ D 1 มีศกั ยเ์ ป็นลบ จงึ นากระแสโดยกระแสน้ี จะไหลเขา้ ไปอดั ประจุ C1 เกิดความต่างศกั ดาไฟฟ้าตกคร่อม C1 ในช่วงคร่ึงไซเกิล ต่อมาเมื่อจุด A มีศกั ย์ เป็ นบวกแรงดนั ที่ตกคร่อม C1 ซ่ึงต่ออนั ดับอยจู่ ะรวมกบั ค่าแรงดนั เอซีอินพตุ ท่ีเขา้ มาในขณะน้ัน ดงั น้นั แรงดนั อินพตุ ทปี่ ้อนให้ D2 จึงมีคา่ เพม่ิ ข้นึ เป็ น 2 เทา่ และศกั ยท์ ่ีแอโนด D 2 จะเป็ นบวกซ่ึงทาให้ D 2 นากระแสเกิดกระแสไหลไปอดั ประจุ C2 ไดแ้ รงดนั ตกคร่อม C2 เป็ น 2 เท่า จ่ายออกไปเป็ นแรงดนั เอาตพ์ ตุ ของวงจรน้ี เน่ืองจากวงจรน้ีเป็ นวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน ดงั น้นั กระแสเอาตพ์ ตุ ที่ไหลไปอดั ประจุ C2 จะมีปรากฎเฉพาะช่วงท่ี D2 นากระแสคอื จงั หวะคร่ึงไซเกิลบวกของไฟเอซีที่เขา้ มาทางอินพตุ เท่าน้ันทา ใหเ้ กิดคล่ืนความถี่ 50 Hz ปรากฎออกไปแรงดนั ดีซีเอาตพ์ ตุ ดว้ ย ลกั ษณะท่ีสาคญั ของวงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบคร่ึงคลื่นนอั ยทู่ ่ีปลายดา้ นหน่ึงของสายเอซี อินพุตและดีซีเอาตพ์ ตุ จะต่อร่วมกนั และลงกราวด์ จึงต่อกบั สายเมนไดโ้ ดยตรงไม่ตอ้ งผ่านแหล่งจ่าย กาลงั ไฟฟ้าดงั แสดงในรูปท่ี 14 ดา้ นกราวดข์ องสายเอซีอินพุตจะต่อร่วมอยกู่ บั ดา้ นกราวด์ของสายดีซี เอาตพ์ ตุ ซ่ึงการต่อร่วมกบั แบบน้ีจะมีผลดีทางดา้ นลดอาการฮมั รบกวนทผี่ า่ นทางค่าความจุแฝง รูปท่ี 14 วงจรทวแี รงดนั 2 เทา่ แบบคร่ึงคลื่น เพ่อื ความเขา้ ใจการทางานให้ดีข้ึนในรูปที่ 15 จะแสดงให้เห็นการทางานของวงจรโดยแบ่ง ออกเป็น 2 ช่วง ๆ ละคร่ึงไซเกิล โดยช่วงแรกเม่ือไฟเอซีคร่ึงไซเกิลลบเขา้ มาทางอินพุต ( ดูรูปที่ 15 (ก)) สมมตวิ า่ มีค่าเทา่ กบั E ไดโอด D 1 จะนากระแสเพราะไดร้ บั ไบแอสตรงมีกระแสไหลไปอดั ประจุ C1 เกิด แรงดนั ตกคร่อม C1 โดยปลายทางดา้ นท่ีต่อกบั แคโธดของ D 1 จะมีศกั ยเ์ ป็ นบวก ค่าแรงดนั ท่ีตกคร่อม C1 จะมีค่าเทา่ กบั E โวลตด์ ว้ ย ต่อไปเม่ือคร่ึงไซเกิลบวกเขา้ มา (ดูรูปที่ 15 (ข) ) ค่าแรงดนั ใหม่ซ่ึงมีค่า E โวลตเ์ ช่นเดียวกนั จะรวมตวั กบั แรงดนั ท่ีตกคร่อม C1 ซ่ึงอดั ประจุเอาไวเ้ มื่อช่วงคร่ึงไซเกิลก่อนหน้าซ่ึงมี คา่ E โวลตเ์ ช่นกนั เปรียบเหมือนกบั แบตเตอรี่ 2 ชุดต่ออนั ดบั กนั อยจู่ ึงมีค่าแรงเคล่ือนรวม E + E = 2E โวลต์ ป้อนเป็ นแรงดนั ไบแอสตรงใหก้ บั D2 จึงนากระแสทาให้ C2 อดั ประจุมีค่า 2 E โวลตด์ ว้ ย แรงดนั ตกคร่อม C2 ซ่ึงเป็ นแรงดนั กระแสตรงเอาตพ์ ตุ จึงมีคา่ 2 E โวลตเ์ ช่นกนั 118

รูปท่ี 15 การทางานของวงจรทวแี รงดนั 2 เท่าแบบคร่ึงคล่ืน วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบเต็มคลื่น มีหลกั การทางานดงั น้ีคือ เมื่อคร่ึงไซเกิลแรกซ่ึงเป็ นคร่ึง ไซเกิลบวกของไฟฟ้ากระแสสลบั เขา้ มาทจ่ี ุด A ไดโอด D 1 จะนากระแสทาให้ C1 อดั ประจุ และเมื่อ คร่ึงไซเกิลหลงั ซ่ึงเป็ นช่วงลบเขา้ มาท่ีจุดเดียวกัน ไดโอด D2 จะนากระแสทาให้ C2 อดั ประจุแรงดนั กระแสตรงท่ไี ดอ้ อกมาทางเอาตพ์ ตุ จะไดจ้ ากแรงดนั ที่ตกคร่อม C1 กบั C2 ซ่ึงต่ออนั ดบั กนั อยจู่ ึงมีค่าเพิ่ม เป็น 2 เท่าของคา่ แรงดนั อินพตุ ( 2 E ) รูปที่ 16 วงจรทวแี รงดนั 2 เท่าแบบเตม็ คล่ืน วงจรทวีแรงดัน 3 เท่า ในรูป 17 ซ่ึงเป็ นวงจรแบบคร่ึงคล่ืนน้นั ไดโอด D1 และ D2 จะต่ออบั ดบั กนั อยเู่ พอื่ สร้างแรงดนั ให้ทวีข้ึนเป็ น 2 เท่า ตามหลกั การทางานเช่นเดียวกนั กบั วงจรทวแี รงดนั 2 เท่า แบบคร่ึงคลื่น แตว่ งจรน้ีจะเพมิ่ ไดโอด D 3 และคาพาซิเตอร์ C3 ต่ออนั ดบั กบั C2 ซ่ึงเม่ือไฟกระแสสลบั คร่ึงไซเกิลบวกเขา้ มาท่ีจุด B แรงดนั กระแสสลบั ทีต่ กคร่อมข้วั 2E จะต่ออนั ดบั อยกู่ บั แรงดนั กระแสตรง 2E ดว้ ยเหตุน้ีเม่ือ D 3 นากระแสทาให้ C3 อดั ประจุ แรงดนั ท่ตี กคร่อม C3 จึงสูงเป็ น 3 เทา่ ( 3E ) รูปที่ 17 วงจรทวแี รงดนั 3 เท่า 119

วงจรทวีแรงดัน 4 เท่า ใชห้ ลกั การเหมือนกบั วงจรทวแี รงดนั แบบ 3 เท่า โดยเป็ นวงจรแบบ คร่ึงคลื่นเช่นกนั ซ่ึงเพมิ่ ไดโอด D4 และคาพาซิเตอร์ C4 ต่ออนั ดบั ลงไปอีก 1 ชุด ซ่ึงช่วงไซเกิลแรกที่ ทาใหจ้ ดุ B มีศกั ยเ์ ป็นบวกไดโอด D1 จะนากระแสและ C1 อดั ประจุไดแ้ รงดนั ตกคร่อม E ช่วงคร่ึงไซเกิล ท่ี 2 ไดโอด D2 นากระแส C1 จะคายประจุทาให้แรงดนั ที่ตกคร่อม C2 ขณะที่ D2 นากระแสจะมีค่าเท่ากบั ผลรวมระหวา่ งแรงดนั ท่ีตกคร่อม C1 กบั แรงดนั ที่จุด AB เป็ น 2E และช่วงคร่ึงไซเกิลท่ี 3 ไดโอด D 3 นากระแส C3 จะมีค่าเท่ากบั ผลรวมระหวา่ งแรงดนั ตกคร่อม C2 ( 2E ) รวมกบั แรงดนั ที่ AB ( E ) จึงมีค่า เป็ น 3E และช่วงคร่ึงไซเกิลที่ 4 ไดโอด D4 จะนากระแสทาให้ C4 อดั ประจุโดยแรงดนั ท่ีตกคร่อม C4 จะ ไดจ้ ากผลรวมของค่าแรงดนั ท่ี AB ( E ) แรงดนั ที่ตกคร่อม C3 ( 3E ) จึงไดเ้ ป็ น 4 เท่าของแรงดนั อินพุต ( 4E ) แรงดนั ทวี ไฟกระแสสลบั รูปท่ี 18 วงจรทวแี รงดนั 4 เทา่ 6. ไดโอดพิเศษที่ออกแบบเพ่ือการใช้งานเฉพาะอย่าง ไดโอดซ่ึงเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทสารก่ึงตวั นา 2 ชิ้นน้ัน จากคุณสมบตั ิการ ยอมใหก้ ระแสไหลผ่านไดท้ ิศทางไบแอสตรง และไม่ยอมใหก้ ระแสไหลผ่านในทิศทางไบแอสกลบั จึง สามารถนามาใชเ้ ป็นอุปกรณ์เรียงกระแส สวิตชิง และดีมอดูเลต สญั ญาณเอเอ็ม เป้นตน้ จากกราฟแสดง คุณลักษณะของไดโอดซ่ึงอธิบายไปแล้วน้ัน เมื่อนามาพิจารณาให้ดีจะเห็นว่าถ้ามีการปรับปรุง คุณลักษณะและโครงสร้างของไดโอดดว้ ยการใชเ้ ทคโนโลยีการผลิตที่แตกต่างออกไปบา้ ง เช่น เพ่ิม ปริมาณการโด๊ปของสาร ปรับปรุงคุณลกั ษณะตรงรอยต่อ และอื่น ๆ เพอ่ื ทาใหส้ ามารถนาไดโอดไปใช้ กบั งานพเิ ศษไดอ้ ีกหลายอยา่ งนอกเหนือไปจากหนา้ ทห่ี ลกั ดงั ทอ่ี ธิบายไปแลว้ เช่น นาไปใชเ้ ป็ นอุปกรณ์ท่ี เปลี่ยนแปลงคา่ ความจไุ ดต้ ามการเปลี่ยนแปลงคา่ แรงดนั ไบแอสกลบั เรียกวา่ วาริแคปไดโอด วาแรคเตอร์ หรือคาพาซิตีฟไดโอด นาไปใชเ้ ป็ นตวั สร้างแรงดันอา้ งอิง เพ่ือให้ศกั ยต์ กคร่อมไดโอดคงที่ทางด้าน ไบแอสกลบั ทีค่ า่ ใดค่าหน่ึงเรียกวา่ ซีเนอร์ไดโอด หรือทาใหเ้ กิดการสร้างแสงเปล่งออกมาทางเลนส์ขยาย แสงเรียกวา่ ไดโอดเปล่งแสงหรือ LED ; light emitting diode เป็นตน้ เร็กไฟเออร์ไดโอด วาแรคเตอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอด ทนั เนลไดโอด โฟโตไดโอด ไดโอดเปล่งแสง 120

รูปท่ี 19 สญั ลกั ษณ์ของไดโอดแบบต่าง ๆ วาริแคปไดโอด จากความกา้ วหน้าทางดา้ นอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์ดา้ นอิเล็กทรอนิกส์ หลงั จากท่มี นุษยไ์ ดค้ ดิ คน้ สร้างอุปกรณ์ประเภทสารก่ึงตวั นาต่าง ๆ ข้ึนมาเช่น ทรานซิสเตอร์ ไดโอด เฟต ไอซี ฯลฯ ไดค้ น้ พบว่าบริเวณรอยต่อท่ีสารก่ึงตวั นา 2 ชนิดเช่ือมต่อกันอยู่ ( ไดโอด หรือ ทรานซิสเตอร์ ) จะมีค่าความจุทางไฟฟ้าซ่ึงเปรียบเหมือนมีคาพาซิเตอร์ต่อขนานอยู่ โดยค่าความจุจะ สูงสุดเมื่อไม่มีแรงดนั จา่ ยใหส้ ารก่ึงตวั นาท้งั สองถา้ จ่ายแรงดนั ใหใ้ นแบบไบแอสตรง จะเกิดกระแสไหล ผา่ นรอยต่อและค่าความจุตรงรอยต่อหรือสภาพความเป็ นคาพาซิเตอร์น้ันจะหมดไปแต่ถา้ จ่ายแรงดัน ไบแอส กลบั คา่ ความจุตรงรอยตอ่ จะลดลงตามค่าของแรงดนั ไบแอสกลบั ดงั น้ันจะเห็นวา่ ถา้ เอาไดโอด มาจา่ ย ไบแอสกลบั จะไม่มีกระแสไหลผา่ นไดโอด (มีกระแสร่ัวซึมเล็กนอ้ ย) และไดโอดจะเปล่ียนสภาพ เป็น คาพาซิเตอร์ซ่ึงเปลี่ยนแปลงค่าความจไุ ดต้ ามการเปล่ียนแปลงค่าแรงดนั ไบแอสกลบั คือ ค่าความ จจุ ะลดนอ้ ยลงเม่ือแรงดนั ไบแอสกลบั มีค่าสูงและเพม่ิ ข้ึนเมื่อแรงดนั ไบแอสกลบั มีค่าต่า (ดูรูปที่ 20) ค่า ความจุตรงรอยต่อของไดโอดทว่ั ไปจะมีค่าระหวา่ งประมาณ 2 ถึง 14 pF โดยค่าความจุสูงสุด ( 14 pF ) เมื่อไม่จ่ายแรงดนั ใหไ้ ดโอด และค่าความจุต่าสุด ( 2 pF ) เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั สูงสุดแต่ไม่เกินค่า ทนแรงดนั ไบแอสกลบั สูงสุด (peak reverse voltage ) ของไดโอด ไดโอดท่ีใชง้ านในภาวะไบแอสกลบั เพอื่ ใหท้ า หน้าที่เปล่ียนแปลงค่าความจุไดต้ ามการเปลี่ยนแปลงแรงดนั น้ีเรียกว่าวาริแคปไดโอด (varicap diode), วาแรคเตอร์ (varactor) หรือคาพาซิตฟี ไดโอด (capacitive diode) ค่าแรงดนั ไบแอสกลบั (Volts) 121 กราฟแสดงคุณลกั ษณะของวาริแคปไดโอด รูปที่ 20 ดีพลีตชนั รีจนั

(ก) ไมม่ แี รงดนั ไบแอส ค่าความจุตรงรอยต่อสูงสุด (ข) ไดร้ ับศกั ยไ์ บแอสตรง นากระแสค่าความจุตรงรอยต่อ รูปที่ 21 ลกั ษณะการเปลี่ยนแปลงสภาพความจหุตมรดงไรปอยตอ่ PN ของไดโอด จากคุณสมบตั ิดงั กล่าวทาให้สามารถนาวาริแคปไดโอดมาต่อร่วมกบั ขดลวดเพ่อื ประกอบเป็ น วงจรเรโซแนนซ์ท่ีสามารถเปล่ียนค่าความถี่เรโซแนนซ์ได้ โดยการเปลี่ยนแปลงค่าของแรงดนั ไบแอส กลบั ที่ป้อนใหก้ บั วาริแคปไดโอดเมื่อนาวงจรเรโซแนนซ์แบบนี่มาใชใ้ นจูนเนอร์ของเครื่องรับวิทยแุ ละ โทรทศั น์จะทาใหส้ ามารถเปลี่ยนแปลงการเลือกรับสถานีได้ โดยการปรับแรงดนั ท่ีป้อนให้กบั วาริแค ปแทนการหมุนเพอ่ื เปล่ียนคา่ ของคาพาซิเตอร์หรือขดลวด รูปที่ 22 ลกั ษณะการเปลี่ยนแปลงคา่ ความถ่ีของวงจรเรโซแนนซ์ทใ่ี ชว้ าริแคปไดโอด ซีเนอร์ไดโอด เป็ นอุปกรณ์สารก่ึงตวั นา 2 ช้ินทที่ างานในช่วงไบแอสกลบั เช่นเดียวกบั วาริแคป ไดโอด ดว้ ยการปรบั ปรุงคุณสมบตั ติ รงรอยต่อใหโ้ ฮลและอิเล็กตรอนอิสระสามารถเคล่ือนท่ีผา่ นเขา้ ไป รวมตัวกันได้อย่างทั่วถึงตลอดพ้ืนท่ีรอยต่อขณะแรงดันไบแอสกลับที่จ่ายให้เบรกดาวน์ ทาให้ กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผา่ นซีเนอร์ไดโอดทางดา้ นกลบั โดยไม่เกิดความเสียหายข้ึนตรงรอยต่อเหมือน ไดโอดธรรมดาทว่ั ไป เม่ือซิลิคอนไดโอดแบบธรรมดาไดร้ ับแรงดนั ไบแอสกลบั โดยปกติแลว้ จะมีกระแสอิ่มตวั ยอ้ นกลบั จานวนเพยี งเล็กนอ้ ยเท่าน้นั ทสี่ ามารถไหลผา่ นไดโอด ถา้ เพม่ิ แรงดนั ไบแอสกลบั ใหส้ ูงข้ึนถึงจุด พงั ทลายตรงรอยต่อมากจะไหลผา่ นไดโอดไดใ้ นทิศทางกลบั ซ่ึงมีจานวนมากพอที่จะทาลายรอยต่อ ถา้ กระแสทิศทางกลบั ถูกจากดั โดยตวั ตา้ นทานที่จดั ค่าไวอ้ ยา่ งเหมาะสมซ่ึงต่ออนั ดบั อยู่ การสูญเสียกาลงั ท่ี รอยต่อจะไม่สูงเกินไป ไดโอดอาจจะทางานไดอ้ ยา่ งต่อเน่ืองที่สภาวะพงั ทลายหรือภาวะเบรกดาวน์ 122

(breakdown condition) เม่ือลดแรงดนั ไบแอสกลบั ให้ต่ากวา่ จุดเบรกดาวน์กระแสจะลดลงสู่ช่วงปกติ ขณะไดร้ ับแรงดนั ไบแอสกลบั คือมีกระแสอิ่มตวั ยอ้ นกลบั ไหลเพยี งเล็กนอ้ ยเหมือนเดิมไดพ้ บวา่ ถา้ มีการ ออกแบบไดโอดอยา่ งเหมาะสมแรงดนั เบรกดาวนจ์ ะมีคา่ คงทม่ี าก และครอบคลุมยา่ นกระแสยอ้ นกลบั ได้ อยา่ งกวา้ งขวาง คุณสมบตั ิขอ้ น้ี ทาให้สามารถสร้างซีเนอร์ไดโอดซ่ึงเป็ นตวั อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีทา หนา้ ทเ่ี ป็นแหล่งสรา้ งแรงดนั อา้ งอิง มีตวั ประกอบ 2 อยา่ ง ที่ทาให้เกิดการเบรกดาวน์เมื่อไดโอดไดร้ ับแรงดันไบแอสกลับตรง รอยตอ่ ไดแ้ ก่ ซีเนอร์เบรกดาวน์ (zener breakdown) และอะวาลานซ์เบรกดาวน์ (avalanche breakdown) ท้งั สองอยา่ งน้ีสามารถเกิดข้ึนไดโ้ ดยข้ึนต่อกนั หรืออาจจะเกิดข้นึ พรอ้ มกนั ท้งั สองอยา่ ง โดยทว่ั ไปซีเนอร์ เบรก-ดาวน์จะเกิดข้ึนกบั ซิลิคอนไดโอดที่ไดร้ ับแรงดนั ไบแอสกลบั ที่รอยต่อต่ากวา่ 5 V. ภายใตอ้ ิทธิพล ของสนามไฟฟ้าทม่ี ีความเขม้ สูง อิเล็กตรอนจานวนมากท่ีอยใู่ นดีพลีตชนั รีจนั จะหลุดออกจากอะตอมที่ เกาะอยแู่ บบโควาเลนตบ์ อนต์ ซ่ึงเป็ นการไอออนไนเซชนั โดยสนามไฟฟ้าและอิเลก็ ตรอนอิสระทเ่ี กิดข้ึน จะเปล่ียนดีพลีตชนั รีจนั จากสารซ่ึงเกือบจะเป็นฉนวนใหเ้ ปล่ียนสภาพกลายเป็ นตวั นาไฟฟ้า ดงั น้นั กระแส (ยอ้ นกลบั ) จานวนมากจงึ สามารถผา่ นขา้ มรอยตอ่ ได้ ความแรงของสนามไฟฟ้า = แรงดนั ไบแอสกลบั ความกวา้ งของดีพลีตชนั รีจนั แรงดนั กลบั คา่ นอ้ ยสามารถสร้างสนามไฟฟ้าทม่ี ีความเขม็ สูงภายในดีพลีตชนั รีจนั ที่แคบ ดงั น้นั ดีพลีตชนั รีจนั จะมีค่าแรงดนั ซีเนอร์เบรกดาวน์ต่า ความแรงของความเขม้ สนามไฟฟ้าที่แทจ้ ริงซ่ึงสร้าง ซีเนอร์เบรกดาวนป์ ระมาณไดจ้ าก 3 X 105 V/cm ถา้ สารก่ึงตวั นาไดร้ ับการโด๊ปเพยี งเล็กนอ้ ย ดีพลีตชนั รีจนั ของบางตวั อาจจะกวา้ งเกินไป สาหรับ ซีเนอร์เบรกดาวน์ที่จะเกิดข้ึนกบั แรงดนั ไบแอสกลบั 5 V เม่ือเพม่ิ แรงดนั ไบแอสกลบั ข้ึนให้เพยี งพอซี เนอร์-เบรกดาวน์จะเกิดข้ึนถึงแมว้ ่าจะมีดีพลีตชนั รีจนั ท่ีกวา้ ง อยา่ งไรก็ตามเม่ือแรงดนั ไบแอสกลบั สูง เกินกวา่ ประมาณ 5 V การเบรกดาวน์ทางดา้ นกลบั อีกลกั ษณะหน่ึงจะเกิดข้ึนก่อน ความเข็มสนามไฟฟ้า จะมีคา่ มากพอทีจ่ ะทาใหอ้ ิเลก็ ตรอนหลุดออกจากวงโคจรในอะตอมท่ียดื อยู่ ลองพจิ ารณาอีกคร้ังว่ากระแสอ่ิมตวั ยอ้ นกลบั ท่ีไหลผ่านรอยต่อ PN ที่ไดร้ ับไบแอสกลบั อยเู่ กิด จากการเคล่ือนตวั ของชาร์จแคร์ริเออร์ส่วนนอ้ ย (minority charge carrier) ความเร็วของชาร์จแคร์ริเออร์ ส่วนน้อยจะข้ึนอยอู่ ยา่ งเป็ นสัดส่วนกับแรงดันไบแอสที่ป้อนให้ ดงั น้ันเมื่อแรงดันไบแอสกลบั มีค่า สูงข้นึ และในทางกลบั กบั ปริมาณของกาลงั งานประจุไฟฟ้า (charge) จะเพมิ่ ข้ึนดว้ ย เม่ือชาร์จแคร์ริเออร์ท่ี 123

มีกาลงั งานสูงชนอะตอมท่ีอยใู่ นดีพลีตชนั รีจนั จะทาใหช้ าร์จแคร์ริเออร์แตกออกจากอะตอมและร่วม ไหลไปกบั กระแสท่ีขา้ มผา่ นรอยต่อ ผลน้ีเรียกวา่ การไอออไนซ์โดยการชนกนั (ionization by collision) ชาร์จแคร์ริ-เออร์ ที่เพิม่ ข้ึนซ่ึงถูกสร้างข้ึนโดยวธิ ีน้ีจะถูกเร่งความเร็วไปสู่สถานะกาลงั งานสูงดว้ ย และ สามารถทาใหเ้ กิดการไอออไนซด์ ว้ ยวธิ ีชนกนั เพม่ิ มากข้ึน จานวนของชาร์จแคร์ริเออร์ทีพ่ งั ทลายและเกิด เป็ นอะวาลานชเ์ บรกดาวน์ (avalanche breakdown) ถา้ เป็ นกรณีของซีเนอร์เบรกดาวน์ บริเวณที่เป็ นดี พลีตชันรีจันจะถูกเปล่ียนจากสถานะเกือบจะเป็ นฉนวนให้กลายเป็ นตวั นาไฟฟ้า ที่จุดน้ีกระแส (ยอ้ นกลบั ) จานวนมากจะถูกสร้างข้ึนและไหลผ่านขา้ มรอยต่อ ถึงแม้วา่ ลกั ษณะการเบรกดาวน์ของ รอยตอ่ ไดโอดจะมีอยู่ 2 ลกั ษณะคือ อะวาลานชเ์ บรกดาวน์ ไดโอดท่ีทางานไดใ้ นช่วงแรงดนั พงั น้ีจะใช้ ชื่อเดียวกันคือ ซีเนอร์ไดโอด ตัวอย่างคุณลักษณะพ้ืนฐานของซีเนอร์ไดโอดแสดงไวใ้ นรูปท่ี 23 คุณลกั ษณะทางดา้ นตรงเหมือนกบั จงั ชนั ไดโอดธรมดาทวั่ ไป ส่วนจุดสาคญั ของคุณลักษณะทางดา้ น ยอ้ นกลบั ไดแ้ ก่ แรงดนั ซีเนอร์ รูปท่ี 23 กราฟแสดงคุณลกั ษณะของซีนเนอร์ไดโอด VZ คือแรงดนั ซีเนอร์เบรกดาวน์ IZT คือกระแสทดสอบซ่ึงใชว้ ดั ค่าแรงดนั ซีเนอร์ IZK คอื กระแสซีเนอร์ใกลส้ ่วนโคง้ ซีเนอร์ของรูปกราฟเป็ นกระแสซีเนอร์ต่าสุดที่ไหลขณะ คงสภาพเบรกดาวน์ไว้ IZM คือกระแสซีเนอร์สูงสุด กาหนดโดยอตั ราสูญเสียกาลงั สูงสุด ค่าพารามิเตอร์ท่ีสาคญั มากได้แก่ ซีเนอร์ไดนามิกอิมพีแดนซ์ ( ZZ ) ซ่ึงกาหนดให้การ เปล่ียนแปลงแรงดนั VZ ตามการเปล่ียนกระแส I Z เป็ นเท่าไร ZZ ถูกกาหนดจากสดั ส่วนระหวา่ งอตั รา การเปล่ียนแปลงของแรงดนั ซีเนอร์ (I Z ) ไดแ้ ก่ Z Z = VZ IZ การใชง้ านซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดท่ีใชก้ บั งานควบคุมแรงดนั และสร้างแรงดนั อา้ งอิง ให้กบั งานอิเล็กทรอนิกส์ทวั่ ไป ปกติจะมีค่าแรงดนั เบรกดาวน์หรือแรงดนั ซีเนอร์ (แรงดนั ท่ีทาใหเ้ กิด กระแสไหลในช่วงไบแอสกลบั ) ระหวา่ งประมาณ 2.4 ถึง 200 V มีค่าความคลาดเคลื่อน + 5% หรือ + 10% และมีอตั รากาลงั ไฟฟ้าระหว่างประมาณ 0.25 ถึง 50 W การใชง้ านสามารถทาไดท้ ้งั การควบคุม แรงเคลื่อนใหก้ บั โหลดโดยตรงเม่ือโหลดตอ้ งการกระแสไม่มากนัก หรือใชเ้ ป็ นตวั สร้างแรงดนั อา้ งอิง ใหก้ บั วงจรควบคุมแรงดนั ในกรณีทโ่ี หลดตอ้ งการกระแสสูง ขอ้ ควรจาสาหรบั การออกแบบใชง้ านซีเนอร์ไดโอด 1. ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์ท่ที าหนา้ ท่รี กั ษาแรงดนั ทีส่ ูงเกินแรงดนั ซีเนอร์ ใหค้ งทเ่ี ท่ากบั 124

แรงดนั ซีเนอร์ทรี่ ะบุคา่ เอาไวเ้ ท่าน้นั ไม่ใช่อุปกรณ์ควบคุมแรงดนั ที่สามารถยกระดบั ค่าแรงดนั ที่ต่ากว่า ใหส้ ูงเทา่ กบั ค่าแรงดนั ซีเนอร์ท่ีช่วงน้ีแรงดนั จะไม่คงที่ 2. แรงเคลื่อนท่ีสูงเกินคา่ แรงดนั ซีเนอร์จะถูกเปล่ียนเป็ นกระแสไหลผา่ นซีเนอร์ไดโอด เพอ่ื ควบคุมกระแสไม่ใหไ้ หลผา่ นสูงเกินอตั ราทนกาลงั ไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด จะตอ้ งตอ่ ตวั ตา้ นทานอนั ดบั กบั ซีเนอร์ไดโอด โดยคานวณคา่ ตวั ตา้ นทานจากสูตร R= VS - VZ IZ R คอื ตวั ตา้ นทานทน่ี ามาต่ออนั ดบั กบั ซีเนอร์ไดโอด มีค่าเป็ น Ω VS คือค่าแรงดนั ของแหล่งจ่าย หน่วยเป็ น V VZ คอื คา่ แรงดนั ซีเนอร์ไดโอด หน่วยเป็ น V IZ คืออตั ราคา่ กระแสสูงสุดท่ผี า่ นไดโอด หน่วยเป็ น A หาไดจาก IZ = PZ / VZ 3. ค่ากระแสต่าสุดที่ยงั คลสถานะใหซ้ ีเนอร์ไดโอดรักษาแรงดนั ที่ตกคร่อมใหค้ งที่ (สถานะ เบรกดาวน์) มกั จะกาหนดไวบ้ ริเวณเกือบจะถึงส่วนโคง้ ของรูปกราฟ (รูปท่ี 23) แต่ถา้ ตอ้ งการใหม้ ีค่า แรงดนั อา้ งอิงคงทม่ี าก ๆ จะกาหนดไวท้ ่ีจุดกระแสทดสอบ IZT สาหรับซีเนอร์ไดโอดท่ีมีอตั รากระแสต่า (วตั ตต์ ่า) ปกติ IZT จะมีค่าประมาณ 20 mA 4. เมื่อแรงดนั ที่ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดถูกนาไปใชง้ านโดยตอ่ กบั โหลด ( RL )กระแสเอาตพ์ ตุ ( IL ) และค่า R ท่ใี ชใ้ นวงจรจะหาไดจ้ ากสูตร R = VS - VZ I L + IZ ในการหาค่า R1 ตอ้ งมนั่ ใจวา่ กระแสต่าสุดของซีเนอร์ไดโอด ตอ้ งยงั คงสถานะใหซ้ ี เนอร์ไดโอดเบรกดาวน์อยโู่ ดยกระแสซีเนอร์ต่าสุดของซีเนอร์ไดโอดที่มีกระแสทดสอบ 20 mA จะมี ค่าประมาณ 5 mA และถา้ กระแสโหลดเปลี่ยนแปลงไดแ้ ละสามารถลดลงเป็ นศูนย์ ในการออกแบบ วงจรตอ้ งใชซ้ ีเนอร์ไดโอดท่มี ีอตั ราทนกระแสสูงสุดกวา่ คา่ IZ ต่าสุด + IL สูงสุด ตวั อย่างที่ 1 วงจรสร้างแรงดนั อา้ งอิงท่ีประกอบดว้ ยซีเนอร์ไดโอดและตวั ตา้ นทานต่ออนั ดบั กนั อยู่ ถา้ แรงดนั จากแหล่งจา่ ย ( VS) มีค่า 24 V. จงเลือกซีเนอร์ไดโอดและคานวณหาคา่ ความตา้ นทานทเี่ หมาะสม 125

รูปที่ 24 การออกแบบวงจรแบบไม่ตอ้ งคานึงถึงกระแสโหลด วธิ ีทา ซีเนอร์ไดโอดท่เี หมาะสมสาหรับวงจรน้ีจะเป็ นเบอบร์ IN 757 ซ่ึงมีค่าแรงดนั ซีเนอร์ (VZ) 91 V. ท่ีกระแสทดสอบ ( IZT ) 20 mA การคานวณหาค่า R1 ถา้ กระแสโหลดมีค่านอ้ ยจะคิดเพียงจาก ค่ากระแสซีเนอร์ไดโอดเทา่ น้นั จากสูตร R1 = VS - VZ IZ = 24 - 9.1 20 = 745 Ω ( ใชค้ า่ มาตรฐานคือ 820 Ω ) ตัวอย่างที่ 2 ถา้ ตอ้ งการรกั ษาค่าแรงดนั ใหค้ งท่ี ท่ี 6 V. จากแหล่งจ่าย 15 V. โดยใชซ้ ีเนอร์ไดโอด จงคานวณหาค่ากระแสสูงสุดของโหลดท่ียงั คงรักษาคา่ แรงดนั ทีต่ กคร่อมซีเนอร์ไดโอดใหค้ งทไ่ี ด้ และ ค่าความตา้ นทานของ R ทม่ี าต่ออนั ดบั กบั วงจร รูปท่ี 25 การออกแบบวงจรซีเนอร์ไดโอดแบบตอ้ งคานึงถึงกระแสโหลด วธิ ีทา เราเลือกใชซ้ ีเนอร์ไดโอดเบอร์ IN 753 ซ่ึงมีค่าแรงดนั ซีเนอร์ ( VZ) 6.2 V.และมีอตั รากาลงั ไฟฟ้า ( P ) 400 mW จากสูตร กระแสสูงสุดทีผ่ า่ นซีเนอร์ไดโอด ( IZM ) = P VZ ดงั น้นั IZM = IZ สูงสุด + IZ ตา่ สุด = 400 การหาค่า จากสูตร R1 = 66.42.5 mA = 64.5 mA = IVZ สSูงส-ุด +VIZZ ต่าสุด = 15 – 6.2 = 59 mA 126

IL สูงสุด = I IZ สูงสุด - Z ต่าสุด นน่ั คือกระแสโหลดสูงสุดจะมีคา่ = 59 mA - 5 mA = 54 mA = 54 mA ------------------------------------------- ไดโอดเปล่งแสง หรือท่ีเรียกกนั วา่ LED เป็ นไดโอดชนิดหวั ต่อ PN ท่ีสร้างข้ึนจากสารท่ี สามารถเกิดการเปล่งแสงเมื่อไดโอดไดร้ รับไบแอสตรง สารที่ใชไ้ ดแ้ ก่ แกลเลียมอาร์เซไนด์ ( GaAs ) แกลเลียมฟอสไฟด์ ( GaP ) หรือใชผ้ สมสารท้งั สองชนิดดว้ ยกนั ซ่ึงเรียกวา่ แกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอส ไฟด์ ( GaAsP ) รูปท่ี 26 สญั ลกั ษณ์และรูปร่างไดโอดเปล่งแสง เมื่อ LED ไดร้ บั ไบแอสตรงอิเลก็ ตรอนในอะตอมของสารจะไดร้ ับกาลงั งานและถูกยกข้ึนจาก สภาพกาลงั สมดุลตามปกติของตนสู่ระดับกาลังงานที่สูงข้ึน คือจากแถบวาเลนซ์ไปสู่แถบคอนดกั ชนั เนื่องจากศกั ดาไฟฟ้าท่ี LED อิเล็กตรอนจากดา้ น N จะเคลื่อนไปทางข้วั บวก ถา้ เขา้ ไปถึงดา้ น P อิเล็กตรอนเกือบจะท้งั หมดจะเกิดการรวมตวั กบั อะตอมของสาร P ซ่ึงจะขาดอิเลก็ ตรอน ในทางกลบั กนั อิเล็กตรอนจานวนมากทผี่ ละออกจากดา้ น N จะละท้ิงอะตอมในสาร N ทาให้เกิดศกั ดาเป็ นประจุบวก ( อะตอมซ่ึงขาดอิเล็กตรอนจะสร้างประจุไฟฟ้าบวกท่ีเรียกว่า โปรตรอน ) ซ่ึงจะรวมกับ อิเล็กตรอนอิสระการรวมตวั กนั จะเป็นเหตุใหเ้ กิดการปล่อยกาลงั งานออกมาในรูปของความร้อนและแสง ไบแอสตรง รอยต่อ เกิดการรวมตวั กนั โลหะหนา้ สมั ผสั อิเลก็ ตรอนวง่ิ สู่รอยต่อ สวา่ ง รูปที่ 27 โครงสร้างดา้ นหนา้ ตดั ขวางของไดโอดเปล่งแสง 127

กาลงั งานของโฟตอนของแสงซ่ึงปล่อยออกมา การรวมตวั จะเท่ากบั ความแตกต่างของกาลงั งาน ระหวา่ งสถานะสมดุลและสถานะตื่นตวั ของอิเล็กตรอนอนั เป็ นคุณลกั ษณะของสาร เม่ือความยาวคล่ืน ของโฟตอนเป็ นตวั ประกอบของการปล่อยกาลงั งาน ความยาวคล่ืนของแสงที่เปล่งออกมาจึงข้ึนอยกู่ บั คุณลกั ษณะของสารที่นามาใชท้ าไดโอดดว้ ย ( ดูตารางท่ี 1 ) ตารางที่ 1 สาร ความยาวคล่ืน สี GaAs : Zn 9000 อินฟาเรด GaAsP: 4 6600 แดง GaAsP : 5 6100 อาพนั ( เหลืองอมสม้ ) GaAsP : 85 : N 5900 เหลือง GaP : N 5600 เขียว LED จะสามารถสร้างใหม้ ีสีต้งั แต่อินฟาเรดไปจนถึงสีเขียว สีแดงจะใชก้ นั มากที่สุดเพราะทา ใหผ้ ลรวมของสมั ประสิทธ์ิแสงดีทีส่ ุดตอ่ การมองเห็นของตามนุษย์ LED ถูกนามาใชง้ านอยา่ งกวา้ งขวางเป็ นอินดิเคเตอร์ แสดงสถานะ หรือแสงเตือนเป็ นตน้ เน่ืองจาก LED มีอายใุ ชง้ านนาน ขนาดเลก็ สิ้นเปลืองกาลงั งานนอ้ ย ราคาถูกและมีความเชื่อถือไดส้ ูงจึง จดั เป็นแหล่งกาเนิดแสงท่ีดีที่สุด ยกเวน้ เม่ือตอ้ งการพ้นื ที่แสงเป็ นบริเวณกวา้ ง หลอดไฟแบบมีไส้จะมี อตั ราความสวา่ งท่ีข้นึ อยกู่ บั แรงดนั ซ่ึงทางานท่ีสถานะแรงดนั คงท่ี จึงตอ้ งไดร้ ับการป้องกนั ดว้ ยการเพิ่ม ตวั ตา้ นทานสาหรบั จากดั การไหลของกระแสทผ่ี า่ น LED เขา้ ไปในวงจร LED ทกุ ตวั ตวั แสดง LED 7 ส่วน ในเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ที่ตอ้ งการแสดงตวั เลขเช่น นาฬิกา อิเลก็ ทรอนิกส์ เครื่องคานวณอิเล็กทรอนิกส์ หรือเคร่ืองวดั อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ โดยทว่ั ไปนิยมใชก้ าร แสดงตวั เลขออกมาให้เห็นโดยใชต้ วั แสดง LED 7 ส่วน ซ่ึงมีลกั ษณะโครงสร้างการวางส่วนเปล่งแสง และวงจรใชง้ าน ดงั แสดงในรูปที่ 28 ( ก ) ตวั แสดง LED 7 ส่วน แบบตา่ ง ๆ 128

รูปที่ 28 แอโนดร่วม แอโนดร่วม กราวด์ กราวด์ ( ข ) โครงสรา้ งและวงจรใชง้ านตวั แสดง LED 7 ส่วน รูปที่ 28 (ต่อ) ส่วนเปล่งแสงที่อยใู่ นตวั แสดง LED 7 ส่วน มีอยู่ 7 ชิ้นดว้ ยกนั แต่ละชิ้นจะเป็ น LED 1 ตวั แต่ละตวั จะมีอกั ษรกาหนดไวต้ ามตาแหน่งต่าง ๆ คือ a , b , c , d , e , f และ g การกาหนดใหเ้ กิดการ แสดงตวั เลขจะใชว้ ธิ ีจ่ายกระแสให้ LED แต่ละส่วนติดสว่างข้ึน เพอ่ื แสดงเป็ นตวั เลขท่ีตอ้ งการออกมา เช่นถา้ ตอ้ งการใหแ้ สดงเป็ นเลข 0 ก็จะจ่ายกระแสให้ LED ตาแหน่ง a,b,c,d,e,f ติดต่อสว่างพร้อมกนั แสดงเลข 1 กจ็ ่ายกระแสให้ LED ตาแหน่ง b กบั c แสดงเป็ นเลข 2 ก็จ่ายกระแสให้ LEDตาแหน่ง a,b,g,e,c, และ d ติดสวา่ งพร้อมกนั เป็นตน้ จากวงจรทแ่ี สดงใหเ้ ห็นในรูปท่ี 28 (ข) จะเห็นวา่ การจ่ายกระแสใหต้ งั แสดง LED 7 ส่วนน้นั จะจา่ ยใหเ้ พยี งจุดตอ่ LED 1 ส่วน แสงดโดยขาของ LED อีกดา้ นหน่ึงน้ันจะต่อร่วมกนั อยทู่ ุกตวั เพื่อรับ แรงดนั จากจดุ เดียวกนั ซ่ึงเรียกวา่ จดุ ร่วม (common) เชอ่นิเลถ็กตา้ ขรอานวLิง่ EสDู่รอยดตา้ ่อนท่ีต่อร่วมกนั อยนู่ ้นั เป็ นดา้ น แอโนดร่วม (common anode) ที่จุดน้ีจงึ ตอ้ งต่อเขา้ รับศกั ยบ์ วกจากแหล่งจา่ ยและการจะทาใหเ้ กิดกระแส ไหลผ่าน LED แต่ละส่วนจะตอ้ งต่อขาอีกด้านหน่ึงของส่วนน้ันลงกราวด์หรือรับศกั ยล์ บแหล่งจ่าย จงสงั เกตวา่ ที่ส่วนขา LED แต่ละส่วนมีตวั ตา้ นทานค่า 150 Ω ต่ออนั ดบั อยเู่ พือ่ กาหนดค่ากระแสให้มี ค่าประมาณ 20 mA เม่ือแหล่งจ่ายมีคา่ 5 V ยงั มีตวั แสดง LED 7 ส่วน อีกแบบหน่ึงซ่ึงใชข้ าดา้ นแคโธดของ LED ทุกตวั ต่อร่วมกนั เรียกวา่ แคโธดร่วม (common xathode) ซ่ึงเป็ นแบบน้ีจุดร่วมจะตอ้ งต่อรบั ศกั ยล์ บจากแหล่งจ่ายและการ จ่ายแรงดนั ใหข้ าอีกดา้ นหน่ึง เพอื่ กาหนดให้ LED ส่วนน้นั ติดสวา่ งน้นั จะตอ้ งจา่ ยศกั ยบ์ วก 129

(ก) แบบแอโนดร่วม (ข) แบบแคโธดร่วม รูปท่ี 29 วงจรตวั แสดง LED 7 ส่วนแบบแอโนดร่วมและแคโธดร่วม โฟโตไดโอด เป็ นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทสารก่ึงตวั นา 2 ชิ้นท่ีปัจจุบนั ถูกนามาใชง้ าน อย่างแพร่หลายพอสมควร โดยเฉพาะใช้เป็ นตัวรับคล่ืนแสงอินฟราเรดจากรีโมตคอนโทรลของ เครื่องใชไ้ ฟฟ้าประจาบา้ น หลกั การทางานของโฟโตไดโอดจะคลา้ ยกบั LED แต่มีจุดมุ่งหมายตรงกนั ขา้ มกนั คือ LED เม่ือไดร้ ับแรงดนั ไบแอสตรงจะเกิดการขบั เคลื่อนโฮลและอิเล็กตรอนท่ีอยใู่ นสาร P กบั N ใหเ้ คล่ือนเขา้ มารวมตวั กนั ตรงบริเวณใกลร้ อยต่อ PN แลว้ คายพลงั งานโฟตอนออกมาเป็ นแสง สวา่ ง ส่วนโฟโตไดโอดน้นั เอาแสงสวา่ งไปทาใหเ้ กิดคู่ของโฮลอิเล็กตรอนและถูกแยกออกจากกนั เป็ น แคร์ริเออร์ โดยสนามไฟฟ้าตรงรอยต่อเกิดเป็ นกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดใ้ นชว้ งท่ีไดร้ ับแรงดนั ไบแอส กลบั ชิป แผน่ รองเซรามกิ (ก) สัญลกั ษณ์ (ข) โครงสร้าง รูปที่ 30 สญั ลกั ษณ์และโครงสร้างของโฟโตไดโอด เมื่อมีแสงมากกระทบรอยต่อ PN ของสารก่ึงตวั นาท่ีไดร้ ับการโด๊ปอยา่ งพอเหมาะ จะเกิดการ สร้างคู่ของโฮลกบั อิเล็กตรอน และสรา้ งแคร์ริเออร์ข้ึนเกิดกระแสไฟฟ้าไหลผา่ นทางวงจรภายนอกที่ต่อ อยกู่ บั รอยตอ่ PN กระแสน้ีเรียกวา่ (photo current) ความสามารถในการสร้างคู่โฮล – อิเล็กตรอนเพือ่ จ่ายใหเ้ ป็ นกระแสแสง ข้ึนอยกู่ บั ความเร็วท่ี โฮลกบั อิเลก็ ตรอนถูกแยกออกจากกนั ก่อนจะชนกนั หมดไป เมื่อรอยตอ่ PN เป็นคาพาซิเตอร์โดยดีพลีต ชนั รีจนั เป็ นไดอิเลก็ ทริกีะหว่างเพตลท่ีไดร้ ับการประจุเตม็ แลว้ ดงั แสดงในรูปที่ 31 จะทาใหเ้ ห็นไดง้ ่าย ข้ึนวา่ โฮลและอิเล็กตรอนที่ไดใ้ นดีพลีตชนั รีจนั จะตอ้ งถูกดึงแยกออกจากกนั โดยเพลตท่ีมีประจุตรงกนั ขา้ ม ไดโอดแบบรอยตอ่ PN เมื่อตอ้ งการใหเ้ กิดผลเป็ นโฟโตดีเทคเตอร์จะปรับปรุงโครงสร้างทาดีพลีต ชนั รีจนั ใหก้ วา้ งข้ึนเพอ่ื ใหค้ ู่โฮล – อิเลก็ ตรอนเกิดในบริเวณน้นั ไดม้ ากข้นึ คู่โฮล - อิเล็กตรอน สารก่ึงตวั นา P สารก่ึงตวั นา N 130

รูปท่ี 31 โครงสร้างโฟโตไดโอดเมื่อเปรียบเทียบเป็นคาพาซิเตอร์ มีอยู่ 2 วิธีที่จะเพิ่มความกวา้ งดีพลีตชันรีจนั วิธีแรกคือ เพม่ิ ช้นั ของสารก่ึงตวั นาท่ีบริสุทธ์ิ (เรียกวา่ สารอินทริซิค : intrinsic) เขา้ ไปท่ีระหวา่ งสาร P กบั N ไดเ้ ป็ นไดโอดที่เรียกว่า ไดโอดแบบ PIN ดงั แสดงไวใ้ นรูปท่ี 32 (ก) ช่ือ PIN น้ัน ตวั I ก็คือ อินทรีซิคท่ีแทรกคน่ั เขา้ ไประหวา่ งสารก่ึง ตวั นา PN กลายเป็น PIN นน่ั เอง มีสญั ลกั ษณ์ดงั แสดงในรูปที่ 32 (ข) ทาหนา้ ทีเ่ ป็นโฟโตไดโอด ไดอิเลก็ ทริก (ดีพลตี ชนั รีจนั ) แสง เคลือบดว้ ยทอง ซิลิคอนไดออกไซด์ PIN DOIDE หรืออะลูมนิ มั (ข) สญั ลกั ษณ์ สารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิ (ก) โครงสรา้ ง รูปที่ 32 โครงสรา้ งและสญั ลกั ษณ์ของโฟโตไดโอดแบบ PIN วิธีท่ีสองคือ เพ่ิมแรงดันไบแอสกลับให้มากข้ึนซ่ึงจะทาให้เกิดพลีตชันรีจันกวา้ งข้ึน เพ่ือเปล่ียน คุณลักษณะของไดโอดเป็ นโฟโตดีเทคเตอร์ เน่ืองจากกระแสร่ัวไหลจะเพ่ิมข้ึนตามการเพิ่มแรงดัน ไบแอสกลบั ดงั น้ันจึงตอ้ งใชค้ ่าแรงดนั ไบแอสตาาสุดเท่าที่เป็ นไปได้ เพ่ือให้เกิดผลคือกระแสร่ัวไหล นอ้ ยท่ีสุดและมีผลตอ่ แสงดีท่ีสุด 7 อุปกรณ์ประเภทสารก่งึ ตัวนา 3 ชิ้น เม่ือนาเอาวตั ถุก่ึงตวั นาชนิด P, N และ N หรือชนิด N, P และ N มาเชื่อมต่อกนั โดยใชก้ าร เชื่อมต่อแบบโกรน เช่นเดียวกบั ไดโอดแบบรอยต่อจะทาใหไ้ ดอ้ ุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประเภทสารก่ึง ตวั นา 3 ช้ินทเี่ รียกวา่ ทรานซิสเตอร์ (transistor) ซ่ึงมีคุณสมบตั คิ วบคุมปริมาณกระแสทไี่ หลผ่านตวั ได้ โดยใชก้ ระแสควบคุมเพียงเล็กน้อย จากกคุณสมบตั ิขอ้ น้ีทาใหส้ ามารถนาทรานซิสเตอร์มาใชเ้ ป็ นตวั ขยายท้งั กระแสและแรงดันหรือใชท้ าเป็ นสวิตชือิเล็กทรอนิกศท์ ี่ควบคุมโดยกระแสน้อย ๆ ได้ ชนิด ของทรานซิลเตอร์สามารถแบ่งแยกออกไดต้ ามชนิดของสารก่ึงตวั นา คือทาจากสารก่ึงตวั นาเจอร์มาเนียม เรียกวา่ ทรานซิสเตอร์แบบเจอร์มาเนียม และชนิดท่ีทาจากสารก่ึงตวั นาซิลิคอนเรียกวา่ ทรานซิสเตอร์ ชนิดซิลิตอน นอกจากน้ันทรานซิสเตอร์ท้งั สองชนิดน้ียงั สามารถแบ่งแยกออกไดเ้ ป็ นอีก 2 แบบ ตามปกติของสารก่ึงตวั นาชนิด N และ P ท่ีใชส้ ร้างเป็ นตวั ทรานซิสเตอร์ คือสร้างโดยใชส้ ารก่ึงตวั นา ชนิด N สองช้ินกบั ชนิด P หน่ึงช้ินเรียกวา่ ทรานซิสเตอร์แบบเอ็นพเี อ็น (NPN transistor) และถา้ สร้าง จากสารก่ึงตวั นาชนิด P สองช้ินกบั ชนิด N หน่ึงชิ้นเรียกวา่ ทรานซิสเตอร์แบเอ็นพี (PNP transistor) 131

ชนิดซิลิคอน แบบ NPN ทรานซิลเตอร์ แบบ PNP แบบ NPN ชนิดเจอร์มาเนียม แบบ PNP รูปท่ี 33 ชนิดและแบบของทรานซิสเตอร์ 8 ทรานซิสเตอร์แบบ PNP ทรานซิสเตอร์ชนิดน้ีสร้างจากสารชนิด P 2 ชิ้น ท่ีเชื่อมต่ออยกู่ บั สารก่ึงตวั นาชิด N ทอ่ี ยตู่ รง กลาง โดยใชว้ ธิ ีสรา้ งรอยต่อแบบโกรนเช่นเดียวกนั กบั ไดโอด จงึ เกิดสนามไฟฟ้าตรงรอยตอ่ ข้ึน 2 จุด สารก่ึงตวั นาแต่ละชิ้นจะมีสายเชื่อมตอ่ อยกู่ บั ขาทยี่ นื่ ออกมาภายนอกวสั ดุห่อหุม้ ท่ีอาจจะเป็นโลหะหรือ พลาสตกิ ขาดา้ นท่ีเชื่อมอยกู่ บั สารก่ึงตวั นาชนิด N เรียกวา่ ขาเบส (B) ส่วนขาท่ีเช่ือมต่ออยกู่ บั สารก่ึง ตวั นาอีก 2 ชิ้นน้นั คือขาอมิ ิเตอร์ (E) และขาคอลเลก็ เตอร์ (C) รูปที่ 34 โครงสรา้ งและสญั ลกั ษณ์ของทรานซิสเตอร์ การจ่ายแรงดนั ไบแอสให้กบั ทรานซิสเตอร์แยย PNP การจา่ ยแรงดนั ไบแอสใหก้ ทั รานซิสเตอร์ น้นั จะใชว้ ธิ ีป้อนแรงดนั จากแหล่งจา่ ย 2 ชุดใหก้ บั ขาท้งั สามของทรานซิสเตอร์ โดยมีหลกั การดงั น้ีคอื 1. จ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั คา่ สูงใหข้ าเบสกบั คอลเลก็ เตอร์ 2. จ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหก้ ยั ขาเบสกบั อิมิตเตอร์ ข้วั ของแบตเตอรี่ B1 และ B2 ที่จ่ายใหก้ บั ขาทรานซิสเตอร์น้นั จะใชข้ ้วั บวกหรือข้วั ลบข้ึนอยกู่ บั ชนิดทรานซิสเตอร์ สาหรบั ทรานซิสเตอร์แบบ PNP จะตอ้ งตอ่ แรงดนั ไบแอสกลบั คา่ สูงซ่ึงเรียกวา่ แรงดนั VCBใหก้ บั ขาเบส (B) และขาคอลเลก็ เตอร์ (C) โดยตาอดา้ นข้วั ลบของแบตเตอรี่เขา้ ขา คอลเลก็ เตอร์ และตอ่ ข้วั บวกเขา้ ท่ีเบส ส่วนแรงดนั ชุดทสี่ องซ่ึงเป็ นแรงดนั ไบแอสตรงค่าต่ามีชื่อเรียกวา่ VBE น้นั ตอ้ งตอ่ ดา้ นข้วั บวกเขา้ ทข่ี าอิมิตเตอร์ (E) และข้วั ลบเขา้ ท่ขี าเบส (B) (ดูรูปท่ี 35) 132

รูปที่ 35 การจา่ ยไบแอสใหท้ รานซิสเตอร์ PNP ลกั ษณะการจ่ายแรงดนั ไบแอสใหท้ รานซิสเตอร์แบบ PNP ทแี่ สดงไวใ้ นรูปที่ 35 น้นั เมื่อปรบั ค่าแรงดนั VBE ให้ต่ากวา่ 0.2 V (ทรานซิสเตอร์ชนิดเจอร์มาเนียม) จะไม่มีกระแสไหลผ่านรอยต่อ ระหวา่ ง B กบั E ถึงแมว้ า่ รอยต่อน้ีจะไดร้ ับแรงดนั ไบแอสตรงก็ตาม (แรงดนั ต่ากวา่ ค่าสนามไฟฟ้าตรง รอยตอ่ กระแสจะไหลผา่ นรอยตอ่ ไม่ได)้ ส่วนรอยต่อระหวา่ ง B กบั C ซ่ึงไดร้ ับไบแอสกลบั น้ันจะไม่ มีกระแสไหลผา่ นเหมือนกบั ไดโอดทไ่ี ดร้ ับไบแอสกลบั เมื่อปรับคา่ แรงดนั VBE ใหส้ ูงข้ึนกวา่ 0.2 V จะเกิดกระแสไหลผา่ นรอยต่อระหวา่ ง B กบั E เรียกวา่ กระแสเบส ไหลออกจากข้วั บวกของแบตเตอร่ี (กระแสนิยม) ผา่ นรอยต่อระหวา่ ง B กบั E ออกทางขา B ไปเขา้ ยงั ข้วั ลบของแบตเตอรี่ รูปท่ี 36 การนากระแสเกิดเมื่อ VBE สูงกวา่ แรงดนั ตรงรอยตอ่ เม่ือกระแสเบสไหลจะทาให้ค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อระหว่าง B กบั E ลดลง ดงั น้ัน แรงดนั ไบแอสกลบั ค่าสูงท่ีต่อคร่อมอยรู่ ะหว่าง E กบั C (VBE + VCB) จึงมีแรงเพยี งพอที่จะผลกั โฮล และอิเลก็ ตรอนท่อี อกนั อยบู่ ริเวณรอยตอ่ ทางดา้ น B กบั C ใหผ้ า่ นขา้ มรอยต่อไปได้ จึงเกิดกระแสอีก ชุดหน่ึงไหลผา่ นตามคา่ แรงดนั ท่ีจ่ายใหร้ ะหวา่ ง B กบั C (VCB) กระแสน้ีเรียกว่า กระแสคอลเล็กเตอร์ ไหลออกจากข้วั บวกของ VCB ผา่ นค่าความตา้ นทานภายใน VBE ออกทางดา้ นข้วั เขา้ ขา E ผ่านรอยต่อ ระหวา่ ง E กบั B และรอยตอ่ ระหวา่ ง B กบั C ไปออกทางขา C เขา้ ยงั ข้วั ลบของแบตเตอรี่ เนื่องจาก แรงดนั VCB มีค่าสูงกว่ามาก กระแสคอลเล็กเตอร์จึงไหลผ่านทรานซิสเตอร์ได้มากกว่ากระแสเบส จานวนกระแสคอลเลก็ เตอร์ท่ีไหลผ่านทรานซิสเตอร์น้นั จะมีค่าข้ึนอยกู่ บั ค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อ ที่เปลี่ยนแปลงไดต้ ามกระแสเบส ถา้ VBE มีค่าสูง กระแสเบสไหลไดม้ าก ค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อ จะลดน้อยลงทาให้กระแสคอลเล็กเตอร์ไหลไดม้ าก ค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อจะลดนอ้ ยลงทาให้ กระแสคอลเล็กเตอร์ไหลไดม้ าก และถา้ VBE มีค่าต่า กระแสเบสไหลไดน้ อ้ ยลงค่าความตา้ นทานตรง รอยต่อจะเพ่ิมสูงข้ึนทาให้กระแสคอลเล็กเตอร์ไหลได้น้อย และถ้าค่าแรงดัน VBE ต่ากว่าค่าของ 133

100% 98% สนามไฟฟ้าตรงรอยต่อ จะไม่เกิดกระแสเบสไหลผา่ นรอยต่อระหว่าง B กบั E ค่าความตา้ นทานตรง รอยตอ่ ภายในตวั ทรานซิสเตอร์จึงเพม่ิ สูงข้ึน ทาใหไ้ ม่เกิดกระแสคอลเล็กเตอร์ไหลผา่ นตวั ทรานซิสเตอร์ จึงเห็นได้ว่าทรานซิสเตอร์คือตัวอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าค่าสูง (กระแสคอลเล็กเตอร์) โดยใชก้ ระแสควบคุม (กระแสเบส) ค่าต่า อตั ราส่วนของการเปลี่ยนแปลง ระหว่างกระแสเบสกบั การเปล่ียนแปลงของกระแสคอลเล็กเตอร์ก็คือค่าอตั ราการขยายกระแสของ ทรานซิสเตอร์ซ่ึงหาไดจ้ ากสูตร r (แกมมา) = IC IB r คือ อตั ราการขยายกระแสของทรานซิสเตอร์ IC คือ กระแสเบส IB คอื กระแสคอลเลก็ เตอร์ รูปท่ี 37 ปริมาณของกระแสต่าง ๆ ท่ีไหลทรานซิสเตอร์แบบ PNP กระแสไหลผา่ นตวั ทรานซิสเตอร์ในรูปท่ี 37 น้นั มีทศิ ทางการไหลเขา้ ทางขาอิมิตเตอร์ และแยก ออกไปทางเบสจะเกิดจากค่าแรงดนั VBE เรียกวา่ กระแสเบส (IB) มีค่าต่าท่ีสุด คือประมาณ 2 ถึง 5% ของคา่ กระแสท่ไี หลผา่ นตวั ทรานซิสเตอร์ท้งั หมดกระแสท่ีไหลออกจากขาคอลเล็กเตอร์ ซ่ึงเกิดจากค่า แรงดนั VCB เรียกวา่ กระแสคอลเล็กเตอร์ จะมีค่าประมาณ 95 ถึง 98% ของค่ากระแสท้งั หมดทไี่ หลผา่ น ตวั ทรานซิสเตอร์ ขอใหส้ งั เกตที่ทางดา้ นขาอิมิตเตอร์น้นั เกิดจากผลรวมระหวา่ งกระแสเบสกะบกระแส อิมิตเตอร์กค็ อื กระแสท้งั หมดท่ีไหลผา่ นตวั ทรานซิสเตอร์นนั่ เอง จากทีไดอ้ ธิบายขา้ งตน้ สามารถแสดง ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งกระแสตา่ ง ๆ ที่ไหลผา่ นตวั ทรานซิสเตอร์ไดด้ งั น้ี IE = 100 % IB = 2 – 5 % IC = 95 – 98 % IE = IB + IC IC = IE - IB IB = IE - IC การทางานของทรานซิสเตอร์แบบ PNP เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ใหเ้ บสและคอลเล็กเตอร์ VCB ศกั ยบ์ วกจากแบตเตอรี่จะไปดึงดูดอิเลก็ ตรอนอิสระท่อี ยใู่ นสารก่ึงตวั นาชนิด N ที่ใชท้ าเบสใหม้ าออ กนั อยตู่ รงขาเบส และศกั ด์ิลบจากแบตเตอรี่จะไปดึงดูดโฮลที่อยูใ่ นสารก่ึงตวั นาชนิด P ท่ีใช้ทา คอลเล็กเตอร์ใหเ้ คล่ือนท่จี ากรอยต่อมาอยตู่ รงบริเวณริมดา้ นขาคอลเล็กเตอร์ ค่าสนามไฟฟ้าตรงรอยต่อ 134

จึงสูงข้ึน ทาให้เกิดความตา้ นทานตรงรอยต่อสูงมากจนไม่มีกระแสไหลผ่านตรงรอยต่อระหวา่ ง B กบั C(มีกระแสรวั่ ซึมไหลไดเ้ ล็กนอ้ ย) เม่ือตอ่ แรงดนั ไบแอสตรง VBE เขา้ ท่ขี า B กบั E เม่ือคา่ แรงดนั VBE ต่ากวา่ ค่าแรงดนั ตรงรอยต่อ จะไม่มีกระแสเบสไหล และเม่ือค่าแรงดนั VBE สูงกวา่ ค่าแรงดนั ตรงรอยต่อ จะทาใหเ้ กิดกระแสไหลขา้ ม รอยต่อไดต้ ามการเคลื่อนตวั ของโฮลและอิเล็กตรอนอิสระ ซ่ึงสามารถพจิ ารณาไดส้ องลกั ษณะคือ การ ไหลของกระแสไฟฟ้าท่ีเกิดจากการเคล่ือนตวั ของโฮล (กระแสนิยม) และการไหลของกระแสไฟฟ้าท่ี เกิดจากการเคล่ือนท่ขี องอิเล็กตรอนอิสระ (กระแสอิเล็กตรอน) PNP PNP EC EC โฮล B VBE B อิเลก็ ตรอน (ก) (ข) VCB VCB รูปที่ 38 การทางานของทรานซิสเตอร์แบบ PNP การไหลของกระแสอิเล็กตรอน เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงให้ B กบั E ศกั ยล์ บของ จะ ผลกั ดนั อิเลก็ ตรอนอิสระท่ีอยใู่ นเบส (สารก่ึงตวั นาชนิด N) ให้เคลื่อนที่ขา้ มรอยต่อเขา้ ไปในอิมิตเตรอ์ (สารก่ึงตวั นาขนิด P) จากน้นั จะถูกศกั ยบ์ วกของ VCB ดูดให้อิเล็กตรอนอิสระเคล่ือนที่เขา้ ไปหาข้วั บวก ของแบตเตอร่ี ไดเ้ ป็นกระแสเบส (กระแสอิเล็กตรอน) ไหล เมื่อกระแสเบสไหล ค่าความตา้ นทานตรงรอยอ่ ระหว่าง B กบั E จึงลดต่าลงมาก ทาใหศ้ กั ย์ ลบแบตเตอรี่ VCB ซ่ึงมีค่าสูงทต่ี ่ออยทู่ างคอลเล็กเตอร์สามารถผลกั อิเลก็ ตรอนอิสระท่ีอยใู่ นเบสให้เคลื่อน ตวั ผา่ นรอยตอ่ ระหวา่ ง B กบั E เขา้ ไปยงั อิมิตเตอร์ได้ เนื่องจากค่าแรงดนั VCB สูงมากและวสั ดุท่ีใชท้ า เบสน้นั มีความบางมาก และไดร้ บั การโดป๊ โวยปริมาณที่นอ้ ยอิเลก็ ตรอนอิสระทผี่ า่ นเขา้ ไปในอิมิตเตอร์จึง ถูกศกั ยบ์ วกของแบตเตอร่ีที่ต่ออยู่กบั ขาอิมิตเตอร์ดึงดูดให้วิ่งออกจากขาอิมิเตอร์ไปเขา้ ยงั ข้วั บวกของ แบตเตอร่ี VCB เมื่ออิเล็กตรอนที่เบสเคลื่อนที่ออกจากเบสไปยงั อิมิตเตอร์ ท่ีเบสจึงขาดอิเล็กตรอน ท่ีเบสจึง ขาดอิเล็กตรอน เกิดอานาจประจไุ ฟฟ้าบวกดึงดูดอิเล็กตรอนจากข้วั ลบของแบตเตอร่ีท่ีต่ออยทู่ างดา้ นขา คอลเล็กเตอร์ ให้สามารถเคล่ือนท่ีผ่านรอยต่อระหว่าง B กับ C เขา้ มาแทนที่ตรงตาแหน่งของ อิเลก็ ตรอนอิสระเดิม และอิเล็กตรอนน้ีก็จะถูกผลกั ใหเ้ คล่ือนทต่ี อ่ ไปยงั อิมิตเตอร์อีกเช่นน้ีตลอด จึงเกิด เป็ นกระแสคอลเล็กเตอร์ (กระแสอิเล็กตรอน) ไหลออกจากข้วั ลบของแบตเตอรี่ VCB ผ่านรอยต่อ C, B เขา้ ไปยงั เบส ผา่ นรอยต่อ B, E เขา้ ไปยงั อิมิตเตอร์ ออกมาทางขาอิมิตเตอร์ผา่ น VBE มาเขา้ ยงั ข้วั บวก ของ VCB ครบวงจร 135

การไหลของกระแสไฟฟ้า (กระแสนิยม) การไหลของกระแสไฟฟ้าท่ีผา่ นทรานซิสเตอร์น้นั เกิด จากการเคลื่อนตวั ของโฮลซ่ึงมีทิศทางตรงกนั ขา้ มกบั กระแสอิเล็กตรอน โดยไหลออกจากข้วั บวกของ แบตเตแรี่ไปเขา้ ยงั ข้วั ลบ สามารถอธิบายการทางานไดด้ งั น้ี เม่ือต่อแรงดนั ไบแอสตรงให้ขา B กบั E ศกั ยบ์ วกจาก VBE จะผลกั โฮลท่ีอยใู่ นอิมิตเตอร์ให้ เคล่ือนท่ผี า่ นเขา้ ไปในเบส จากน้นั จะถูกศกั ยล์ บของ VBE ดึงดูดใหว้ งิ่ ออกจากเบสมาเขา้ ยงั ข้วั ลบของ VBE เกิดเป็ นกระแสเบสไหลข้ึน เมื่อกระแสเบสไหล ค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อระหวา่ ง B กบั E จึงลดน้อยลง ทาให้ศกั ย์ บวกของแบตเตอร่ี VCB ซ่ึงมีคา่ สูงมาก สามารถผลกั โฮลท่อี ิมิตเตอร์ซ่ึงผา่ นเขา้ ไปยงั เบส ใหท้ ะลุผ่านเบส ซ่ึงบางมาก ขา้ มรอยต่อระหว่าง B กบั E เขา้ ไปในคอลเล็กเตอร์ จากน้ันจะถูกศกั ยล์ บจากข้วั ลบของ VCB ที่ต่ออยกู่ บั ขาคอลเลก็ เตอร์ ดึงดูดใหเ้ คลื่อนทอี่ อกจากคอลเล็กเตอร์ไปเขา้ ยงั ข้วั ลบของแบตเตอร่ีจาก การทางารดงั กล่าวจึงเกิดกระแสคอลเล็กเตอร์ (กระแสไฟฟ้า) ไดโอดจะเคลื่อนท่ีจากข้วั บวกของ แบตเตอรี่ VCB เขา้ ไปทางขาอิมิตเตอร์ ผา่ นรอยต่อระหวา่ ง E กบั B และรอยต่อ B กบั C ออกจากขา C ไปเขา้ ข้วั ลบของ VCB ครบวงจร 9 ทรานซิสเตอร์แบบ NPN ทรานซิสเตอร์แบบน้ีแตกตา่ งกบั ทรานซิสเตอร์แบบ PNP อยตู่ รงที่ใชต้ วั นาชนิดสองชิ้นมาเช่ือม ตอ่ กบั สารก่ึงตวั นาชนิด P ซ่ึงอยกู่ ่ึงกลาง จากลกั ษณะการต่อเช่นน้ีทาใหข้ ้วั ของแรงดนั และทิศทางการ ไหลของกระแสท่ีไหลผ่านทรานซิสเตอร์ท้งั สองชนิดน้ีตรงกนั ขา้ มกนั ทรานซิสเตอร์แบบ NPN น้ี ปัจจุบนั นิยมใชก้ นั มากในวงจรทวั่ ไป รูปท่ี 39 โครงสรา้ งและสญั ลกั ษณ์ของทรานซิสเตอร์แบบ NPN การจ่ายแรงดนั ไบแอสให้ทรานซิสเตอร์แบบ NPN การจ่ายแรงดนั ไบแอสให้กบั ขาต่าง ๆ ของ ทรานซิสเตอร์แบบ NPN น้นั ยงั ใชห้ ลกั การเดียวกนั กบั ทรานซิสเตอร์แบบ PNP คือ จ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ใหก้ บั ขาเบส (B) และจ่ายคอลเล็กเตอร์ (C) และจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหก้ บั ขาเบสและ อิมิตเตอร์ (E) แต่เน่ืองจากโครงสร้างของทรานซิสเตอร์แบบ NPN น้ันแตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์ แบบ PNP ดงั น้นั ข้วั ของแรงดนั ท้งั ไบแอสกลบั และไบแอสตรงจึงตรงกนั ขา้ มดงั แสดงการเปล่ียบเทียบ ใหเ้ ห็นในรูปท่ี 40 รูปที่ 40 ลกั ษณะความแตกต่างของการจ่ายแรงดนั ไบแอสระหวา่ งทรานซิสเตอร์แบบ PNP และ NPN (ก) (ข) 136

ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งกระแสต่าง ๆ ท่ีไหลผา่ นทรานซิสเตอร์แบบ NPN ก็เหมือนกนั กบั ของ ทรานซิสเตอร์แบบ PNP แตกต่างกนั กแ็ ต่เพยี งทิศทางการไหลของกระแสดงั แสดงในรูปท่ี 41 100% 98% รูปที่ 41 ทิศทางและความสมั พนั ธ์ระหวา่ งกระแสต่าง ๆ ของทรานซิสเตอร์ NPN การทางานของทรานซิสเตอร์แบ NPN เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงและไบแอสกลบั ใหก้ ับ ทรานซิสเตอร์แบบ NPN ถา้ แรงดนั ไบแอสตรงมีค่าสูงเกินจุดตดั (cut in point) ของทรานซิสเตอร์ (ค่าแรงดนั ตรงรอยต่อ) จะเกิดกระแสไหลและทาให้ค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อท้งั สองของทรานซสิ เตอร์ลดลงอยา่ งมาก จนทาให้ทรานซิสเตอร์เกิดการนากระแส คือมีกระแสคอลเล็กเตอร์ไหลการไหล ของกระแสจะเกิดจากการเคล่ือนที่ของโฮล (กระแสนิยม) และอิเล็กตรอน (กระแสอิเล็กตรอน) ซ่ึง เคลื่อนทีส่ วนทางกนั สามารถแยกอธิบายลกั ษณะการไหลของกระแลแตล่ ะชนิดไดด้ งั น้ี การไหลของกระแสอิเล็กตรอน เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหก้ บั เบสและอิมิตเตอร์มีค่าสูงเกิน จุดตดั ศกั นล์ บจากแบตเตอรี่ VBE ทต่ี อ่ อยกู่ บั ขาอิมิตเตอร์จะมีกาลงั พอท่ีจะผลกั อิเล็กตรอนอิสระที่อยตู่ รง รอยต่อระหวา่ งเบสกบั อิมิตเตอร์ใหเ้ คล่ือนทีผ่ า่ นรอยต่อเขา้ ไปในเบส จากน้นั ศกั ยบ์ วกของแบตเตอร่ี VBE จะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระให้เคลื่อนท่ีออกมาทางขาเบสไปเขา้ ยงั ข้วั บวกของแบตเตอร่ี VBE ขณะท่ี อิเล็กตรอนเคล่ือนท่จี ากอิมิตเตอร์เขา้ ไปยงั เบสจะทาให้อิมิตเตอร์ขาดอิเล็กตรอน จึงแสดงอานาจไฟฟ้า บวกและดึงดูดอิเล็กตรอนจากข้วั ลบของแบตเตอร่ี VBE ใหว้ ิง่ เขา้ มาแทนท่ียงั ตาแหน่งท่ีอิเล็กตรอนอิสระ ขาดหายไป แต่เมื่อเคล่ือนทีม่ าสู่ตาแหน่งน้ีแลว้ กจ็ ะถูกผลกั ต่อใหเ้ ลยเขา้ ไปในเบส และเคลื่อนที่ออกจาก เบสตามแรงดึงดูดของศกั ยบ์ วก เกิดเป็นการไหลหมุนเวยี นของกระแสเบสข้ึนเช่นน้ีตลอดไป เม่ือกระแสเบสไหลค่าความตา้ นทานตรงรอยต่อระหวา่ งเบสกบั อิมิตเตอร์ลดลง ทาให้ศกั ยล์ บ จากแบตเตอร่ีชุด VCB สามารถส่งแรงผลกั ผ่านความตา้ นทานใน VBE ไปเขา้ ทางขาอิมิตเตอร์ ทาให้ อิเล็กตรอนอิสระเคล่ือนท่ีผ่านรอยต่อระหว่างอิมิตเตอร์กบั เบส และผ่านเบสซ่ึงบางมาก ขา้ มรอยต่อ ระหวา่ งเบสกบั คอลเลก็ เตอร์ จากน้ันจะถูกศกั ยบ์ วกของแบตเตอรี่ VCB ท่ีต่ออยทู่ ่ีขาคอลเล็กเตอร์ดึงดูด ให้ว่ิงออกจากคอลเล็กเตอร์เกิดเป็ นกระแสคอลเล็กเตอร์ไหลไปเข้ายงั ข้ัวบวกของ VCB เม่ือ อิเล็กตรอนอิสระท่ีอิมิตเตอร์ถูกผลกั ผา่ นเบสไปเขา้ ยงั คอลเล็กเตอร์ จะทาใหอ้ ิมิตเตอร์ขาดอิเล็กตรอนจึง เกิดศกั ยบ์ วกดึงดูดอิเล็กตรอนจากข้วั ลบของ VCB เขา้ ไปแทนที่อิเล็กตรอนอิสระที่ขาดไปน้ัน แต่ อิเลก็ ตรอนที่เคล่ือนท่เี ขา้ มาใหม่น้ีกจ็ ะถูกผลกั ใหผ้ า่ นเบสไปเขา้ ยงั คอลเล็กเตอร์และข้วั บวกของ VCB อีก เช่นน้ีตลอด จึงทาใหเ้ กิดกระแสคอลเล็กเตอร์ (กระแสอิเล็กตรอน) ไหลจากข้วั ลบของ VCB ผา่ นความ ตา้ นทานภายในของแบตเตอร่ีชุด VBE ไปเขา้ ขาอิมิตเตอร์ผ่านรอยต่อ E กบั B ผา่ นเบสและรอยต่อ ระหวา่ ง B กบั C ผา่ นออกไปทางขาคอลเล็กเตอร์ไปเขา้ ยงั ข้วั บวกของ VCB ครบวงจร 137

การไหลของกระแสไฟฟ้า เม่ือศกั ยบ์ วกจากแบตเตอร่ี VBE มีคา่ สูงเกินจุดตดั จะมีกาลงั ทีจ่ ะผลกั โฮลที่อยใู่ นเบสให้ผา่ นรอยต่อระหวา่ ง B กบั E ไปเขา้ ยงั อิมิตเตอร์ จากน้นั ก็ถูกศกั ยล์ บจากข้วั ลบของ VBE ดึงดูดให้วงิ่ ไปเขา้ ยงั VBE จากลกั ษณะเช่นนี่จงึ เกิดกระแสเบสทีเ่ กิดจากการเคล่ือนท่ขี องโฮล (กระแสไฟฟ้า) ไหลออกจากข้วั บวกของ VBE ผา่ นเขา้ ไปยงั เบสผา่ นรอยตอ่ ระหวา่ ง B กบั E ออกทางขา อิมิตเตอร์ไปเขา้ ข้วั ลบของ VBE เมื่อกระแสเบสไหลจะทาใหค้ ่าความตา้ นทานตรงรอยตอ่ B กบั E ลดลงศกั ยบ์ วกคา่ สูงของ VCB จงึ มีกาลงั พอท่ีจะส่งเขา้ ไปผลกั โฮลในเบสใหผ้ า่ นรอยตอ่ เขา้ ไปในอิมิตเตอร์และถูกศกั ยล์ บจากแบตเตอร่ี VCB ดึงดูดใหว้ ง่ิ ออกจากขาอิมิตเตอร์ผา่ น VBE มาเขา้ ยงั ข้วั ลบของ VCB เม่ือโฮลในเบสถูกผลกั ออกไปเขา้ อิมิตเตอร์จะทาใหเ้ บสขาดโฮล จงึ แสดงอานาจของประจุไฟฟ้าลบดึงดูดประจบุ วกจากแบตเตอรี่ VCB ให้ เคลื่อนทอ่ี อกจากข้วั บวกผา่ นเขา้ มาทางขาคอลเลก็ เตอร์ ผา่ นรอยต่อระหวา่ ง เพอื่ มาแทนที่โฮลในเบสที่ ขาดไป แต่กจ็ ะถูกผลกั ตอ่ ใหเ้ ลยเบสไปเขา้ อิมิตเตอร์และถูกศกั ยล์ บจาก VCB ดึงดูดใหเ้ ขา้ มายงั ข้วั ลบ เกิด เป็ นกระแสคอลเล็กเตอร์ไหลออกจากข้วั บวกของ VCB ไปเขา้ ขาคอลเลก็ เตอร์ผา่ นรอยต่อระหวา่ ง C กบั B ไปเขา้ เบสและผา่ นเบสไปเขา้ อมิ ิตเตอร์ ออกจากขาอิมิตเตอร์ผา่ นความตา้ นทานภายในของแบตเตอรี่ VBE ไปเขา้ ยงั ข้วั ลบของ VCB ครบวงจร (ก) เม่อื ไมจ่ ่าย VBE IB ไม่ไหล (ข) เม่ือจ่าย VBE IB ไมไ่ หล ทาให้กระแสคอลเลก็ เตอร์ไมไ่ หล ทาใหก้ ระแสคอลเล็กเตอร์ไหล รูปท่ี 42 การทางานของทรานซิสเตอร์แบบ NPN ------------------------------------------------------------------- 138

บทที่ 15 วงจรขยายพืน้ ฐานทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์สามารถนามาใชง้ านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไดอ้ ยา่ งกวา้ งขวาง โดยใหท้ าหน้าที่ได้ หลายรูปแบบด้วยกัน แต่หน้าที่หลักที่สาคญั ของทรานซิสเตอร์ได้แก่ การขยายสัญญาณเรียกว่า วงจรขยาย (amplifier) ซ่ึงมีหน้าที่ขยายขนาดของสัญญาณให้ใหญ่ข้ึน ลกั ษณะการจดั วงจรเพื่อให้ ทรานซิสเตอร์สามารถทาการขยายสัญญาณได้น้ัน ข้ันตอนแรกจะต้องกาหนดจุดทางานของ ทรานซิสเตอร์ และออกแบบวงจรไบแอสแบบตา่ ง ๆ ใหเ้ ป็นการกาหนดค่าแรงดนั และปริมาณกระแสที่ ไหลในวงจร เพอื่ ใหท้ รานซิสเตอร์พร้อมจะขยายสญั ญาณท่ีรับเขา้ มาใหม้ ีขนาดใหญเ่ พยี งพอตามตอ้ งการ จากน้ันก็จะจดั รูปแบบของวงจรขยายให้เหมาะสมตามจุดประสงค์เพื่อให้เกิดการรับสัญญาณจาก แหล่งกาเนิดสัญญาณหรือภาคขยายก่อนหนา้ และสญั ญาณที่ขยายแลว้ ใหก้ บั โหลดหรือวงจรขยายภาค ถดั ไปไดอ้ ยา่ งมีประสิทธิภาพ การจดั รูปแบบวงจรขยายจะข้ึนอยู่กับลักษณะของวงจรทางด้านหน้ากับวงจรด้านหลังท่ี วงจรขยายต่อร่วมอยู่ เพราะจะตอ้ งจดั ค่าอิมพีแดนซ์ของวงจรทางดา้ นจุดรับสัญญาณ (input) ของ วงจรขยายใหม้ ีคา่ เหมาะสม (match) กบั จดุ ส่งสญั ญาณออก (output) ของวงจรท่ีส่งสญั ญาณมาให้และ ทางดา้ นส่งสญั ญาณออกของวงจรขยายก็จะตอ้ งมีอิมพแี ดนซ์เหมาะสมกบั จุดรับสัญญาณของวงจรที่ส่ง สญั ญาณไปใหเ้ พอ่ื จะไดท้ าการถ่ายทอดสญั ญาณใหก้ นั ไดแ้ รงท่ีสุด จุดรับเขา้ หรือออกสัญญาณจะตอ้ งมี ดา้ นละ 2 จุด ดงั น้นั วงจรขยายจงึ ตอ้ งมี 4 ข้วั ตอ่ เพอ่ื ใหร้ บั สญั ญาณเขา้ 2 ข้วั และส่งสญั ญาณออกอีก 2 ข้วั แตเ่ นื่องจากทรานซิสเตอร์มีเพียง 3 ขา ดงั น้นั ในการต่อวงจรขยายทรานซิสเตอร์จึงตอ้ งมีการใช้ ขาหน่ึงสาหรบั ทาหนา้ ทร่ี ่วมในการรับสญั ญาณเขา้ อีกขาหน่ึงและน่วมส่งสญั ญาณออกกบั อีกขาหน่ึง ใน การปฏบิ ตั แิ ลว้ สามารถใชท้ กุ ขาร่วมไดเ้ ช่น ถา้ ใชข้ าเบสร่วมในการรับและส่งสัญญาณจะเรียกวงจรขยาย แบบน้ีวา่ วงจรขยายแบบเบสร่วม (commmon base) ใชข้ าอิมิตเตอร์เป็นขาร่วมเรียกว่า วงจรขยายแบบ อิมิตเตอร์ร่วม (common emitter) และถา้ ใชข้ าคอลเลก็ เตอร์เป็นขาร่วมรับสัญญาณจะเรียกวา่ วงจรขยาย แบบคอลเล็กเตอร์ร่วม (common collector) วงจรท้งั 3 รูปแบบน้ีจุดเป็ นรูปแบบวงจรขยายพ้ืนฐาน ทรานซิสเตอร์ วงจรขยายพน้ื ฐานท้งั 3 แบบน้ีจะมีคุณสมบตั แิ ตกตา่ งกนั ไปตามลกั ษณะการต่อ เช่น ค่าอินพตุ อิมพแี ดนซ์ เอาตพ์ ุตอิมพีแดยซ์ อตั ราการขยายแรงดนั อตั ารการขยายกระแส และลกั ษณะเฟสของ สญั ญาณ เป็ นตน้ การออกแบบใชง้ านจึงตอ้ งเลือกให้เหมาะสมตามคุณสมบตั ิของวงจรและวงจรที่ต่อ ร่วมโดยทว่ั ไป วงจรแบบอิมิตเตอร์ร่วมจะถูกนาไปใชง้ านมากท่ีสุดเพราะใหอ้ ตั ราการขยายท้งั กระแส และแรงดนั สูงถึงแม้วา่ สญั ญาณท่ีถูกขยายจะมีเฟสกลบั กบั สัญญาณอินพตุ แต่อยา่ งไรก็ตามวงจรขยาย แบบเบสร่วมและคอลเลก็ เตอร์ร่วมกจ็ ะมีขอ้ ดีเฉพาะตวั บางอยา่ ง จึงยงั คงมีใชอ้ ยใู่ นวงจรบางประเภท 139

อินพตุ อินพุต เอาตพ์ ตุ เอาตพ์ ตุ (ข) วงจรเบสร่วม (ก) วงจรขยายพ้ืนฐาน อินพุต เอาตพ์ ตุ อินพตุ เอาตพ์ ตุ (ค) วงจรอิมติ เตอร์ (ง) วงจรคอลเลก็ เตอร์ร่วม รูปที่ 1 วงจรขยายพน้ื ฐานแบบตา่ ง ๆ 1. วงจรขยายแบบเบสร่วม วงจรขยายแบบเบสร่วมเป็นวงจรขยายทใ่ี ชข้ าเบสเป็นขาร่วมในการรับและส่งสญั ญาณ โดย สัญญาณที่ป้อนให้วงจรเบสร่วมจะส่งเขา้ ขาอิมิตเตอร์เพือ่ ให้เกิดสญั ญาณตกคร่อมข้ึนที่รอยต่อระหวา่ ง อิมิตเตอร์กบั เบสแลว้ นาไปขยายแลว้ ซ่ึงตกคร่อมตรงรอยต่อระหว่างขาคอลเล็กเตอร์กับเบสจะส่งเป็ น สญั ญาณเอาตพ์ ตุ ออกจากวงจร การต่อเบสเป็ นจุดร่วมหรือจุดร่วมหรือลงกราวดน์ ้นั ในทางปฏิบตั ิแลว้ ไม่ สามรถจะต่อเบสลงกราวด์ไดโ้ ดยตรง เพราะเบสตอ้ งการแรงดนั ไบแอสกระแสตรงจานวนหน่ึงเพอื่ ทา ให้ทรานซิสเตอร์สามารถถทางานได้ จึงตอ้ งใชค้ าพาซิเตอร์ CB มาทาหน้าท่ีผา่ นสญั ญาณ (bypass) จากขาเบสลงกราวด์ เพื่อทาให้เบสเปรียบเสมือนถูกลัดวงจรกราวด์ขณะทาการขยายสัญญาณ กระแสสลบั เรียกคาพาซิเตอร์น้ีวา่ บายพาสคาพาซิเตอร์ (bypass capactior) ดูวงจรใชง้ านในรูปที่ 2 อินพุต เอาตพ์ ตุ (ก) วงจรพ้นื ฐาน อินพตุ เอาตพ์ ตุ (ข) วงจรใชง้ าน (ข) 140

รูปที่ 2 วงจรขยายแบบเบสร่วม คณุ ลักษณะของวงจรขยายแบบเบสร่วม 1. ป้อนสญั ญาณอินพตุ เขา้ อิมิตเตอร์เทยี บกบั เบสซ่ึงเป็ นจดุ ร่วม 2. ส่งสญั ญาณออกจากขาคอลเลก็ เตอร์เทียบกบั เบส 3. คา่ อิมพแี ดนซ์ทางดา้ นอินพตุ ซ่ึงเป็นคา่ อิมพแี ดนซ์ระหวา่ งขาอิมิตเตอร์กบั เบสจะมีคา่ ต่า มากประมาณ 20 โอหม์ (เน่ืองจากขาอิมิตเตอร์ไดร้ บั ไบแอสตรง เมื่อเทยี บกบั เบส) 4. คา่ อิมพแี ดนซ์ทางเอาตพ์ ตุ สูงประมาณ 1 MΩ (เนื่องจากขาคอลเลก็ เตอร์ไดร้ ับไบแอ สกลบั เมื่อเทยี บกบั เบส) 5. เฟส (phase) ของสญั ญาณอินพตุ เหมือนกบั เฟสของสญั ญาณเอาตพ์ ตุ 6. อตั ราการขยายกระแส (current gain) ใชส้ ญั ลกั ษณ์ α ปัจจุบนั นิยมใชค้ า่ พารามิเตอร์ จะใชต้ วั ยอ่ hfb แทนอตั ราการขยายกระแสของวงจรขยายแบบเบสร่วม hfb = กระแสเอาตพ์ ตุ = I0 = IC กระแสอินพตุ Ii IE จะมีคา่ นอ้ ยกวา่ 1 เพราะกระแสคอลเล็กเตอร์ (IC) มีคา่ นอ้ ยกวา่ กระแสอิมิตเตอร์ (IE) 7. อตั ราการขยายแรงดนั (voltage gain) ใชต้ วั ยอ่ Av, VG Av = แรงดนั ทางเอาตพ์ ตุ = E0 = VCB แรงดนั ทางอินพตุ Ei VBE สูงมากเนื่องจากเอาตพ์ ตุ อิมพแี ดน้ ซ์มีคา่ สูงและอินพตุ อิมพแี ดนซม์ ีคา่ ต่า 2. วงจรขยายแบบคอลเล็กเตอร์ร่วม วงจรขยายแบบคอลเล็กเตอร์ร่วม มีชื่อเรยกอีกอย่างหน่ึงว่า วงจรอิมิตเตอร์ตาม (emitter follower) จุดรูปแบบวงจรโดยใชข้ าคอลเล็กเตอร์เป็ นขาร่วม สญั ญาณอินพุตที่รับเขา้ มาทางขาเบสจะ ตกตร่อมตรงรอยต่อระหว่างเบสกบั คอลเล็กเตอร์ ส่วนสัญญาณเอาตพ์ ุตที่ไดจ้ ากการตกคร่อมรอยต่อ ระหว่างอิมิตเตอร์กบั คอลเล็กเตอร์น้นั จะส่งออกทางขาอิมิตเตอร์ โดยมีคอลเล็กเตอร์ต่อลงกราวดท์ าง บายพาสคาพาซิเตอร์ รูปท่ี 3 วงจรขยายแบบคอลเล็กเตอร์ร่วม 141

คณุ ลักษณะของวงจรขยายแบบคอลเล็กเตอร์ร่วม 1. ป้อนสญั ญาณอินพตุ เขา้ ทข่ี าเบสเทยี บกบั คอลเลก็ เตอร์ซ่ึงเป็นจุดร่วม 2. ส่งสญั ญาณออกจากขาอิมิตเตอร์โดยเทยี บกบั ขาคอลเลก็ เตอร์ 3. ค่าอิมพแี ดนซ์ทางอินพตุ มีค่าสูงประมาณ 150 MΩ เนื่องจากเบสไดร้ ับไบแอสกลบั เม่ือเทยี บกบั คอลเล็กเตอร์ 4. ค่าอิมพแี ดนซ์ทางเอาตพ์ ตุ มีค่าต่าประมาณ 80 Ω เนื่องจากเบสกบั อิมิตเตอร์ไดร้ ับไบ แอสตรง 5. สญั ญาณทางเอาตพ์ ตุ มีเฟสเหมือนกบั อินพตุ 6. อตั ราการขยายกระแส (hfb ) ซ่ึงหาไดจ้ าก IE / IB มีคา่ สูงมาก เนื่องจาก IE มีคา่ สูงสุด และมีคา่ ต่าสุด 7. อตั ราการขยายแรงดนั ( AV ) หาไดจ้ าก VCE / VCB มีคา่ ต่ามากนอ้ ยกวา่ 1 เน่ืองจาก อิมพแี ดนซท์ ี่อินพตุ สูง 8. อตั ราการขยายกาลงั ( PG ) หาไดจ้ าก hfb x AV การนาไปใช้งาน ใชเ้ ป็นวงจรบฟั เฟอร์ (buffer) (วงจรบฟั เฟอร์ คอื วงจรที่ใชก้ ้นั กลางระหวา่ ง ภาคหน่ึงของวงจรกับอีกภาคหน่ึง หรือเป็ นวงจรป้องกนั การเกิดกระทบกระเทือนกนั ระหวา่ งวงจร 2 วงจร) เช่น ใชเ้ ป็นตวั ก้นั ระหว่างวงจรกาเนิดความถี่ท่ีตอ้ งการความถี่ท่ีแน่นอนกบั วงจรขยาย และอาจ ใชเ้ ป็นวงจรแมตชิง คอื เชื่อมโยงระหวา่ งวงจรท่ีมีคา่ เอาตพ์ ตุ อิมพแี ดนซ์สูงกบั วงจรที่มีอินพุตอิมพแี ดนซ์ ต่า เพอื่ ใหม้ ีการถ่ายทอดกาลงั ใหก้ นั ไดเ้ ตม็ ท่ี 3. วงจรขยายแบบอมิ ิตเตอร์ร่วม เป็นวงจรทใี่ ชข้ าอิมิตเตอร์เป็นขาร่วมรับสญั ญาณออก โดยสญั ญาณอินพตุ จะป้อนเขา้ ที่ขาเบส เทียบกบั อิมิตเตอร์ และสัญญาณเอาตพ์ ุตซ่ึงไดจ้ ากแรงดนั ที่ตกคร่อมระหว่างรอยต่อคอลเล็กเตอร์กบั อิมิตเตอร์จะส่งออกจากวงจรทางขาคอลเล็กเตอร์โดยเทียบกับอิมิตเตอร์ ถา้ การไบแอสวงจรน้ีทีตวั ตา้ นทานที่ดา้ นขาอิมิตเตอร์ซ่ึงเป็ นการจดั ไบแอสแบบเคอร์เรนตฟ์ ี ดแบคจะตอ้ งมีบายพาสคาพาซิเตอร์ (CB) ต่อทขี่ าอิมิตเตอร์ลงกราวดเ์ พอื่ ไม่ใหเ้ กิดการลดทอนอตั ราการขยายของวงจร เอาตพ์ ุต รูปที่ 4 วงจรขยายแบบอิมิตเตอร์ร่วม 142

คณุ สมบตั ิของวงจรขยายแบบอมิ ิตเตอร์ร่วม 1. อิมพแี ดนซ์ท่อี ินพตุ มีคา่ ประมาณ 1.5 kΩ (เน่ืองจากเบสไดร้ ับไบแอสตรง) 2. อิมพแี ดนซ์ท่เี อาตพ์ ตุ มีค่าประมาณ 1 MΩ (เนื่องจากคอลเลก็ เตอร์ไดร้ ับไบแอสกลบั ) 3. เฟสของสญั ญาณอินพตุ จะต่างเฟสกบั สญั ญาณเอาตพ์ ตุ 180º 4. อตั ราการขยายกระแส ใชส้ ญั ลกั ษณ์ β หรือ hfe มีคา่ สูง (เนื่องจาก ICไหลมากกวา่ IB) β = IO = IC Ii IB 5. อตั ราการขยายแรงดนั ใชต้ วั ยอ่ , AG มีค่าสูง (เนื่องจากอิมพีแดนซ์ที่เอาตพ์ ตุ มีค่าปานกลาง และอิมพแี ดนซท์ อี่ ินพตุ มีค่าต่า) AV = IO = VCE Ei VBE 6. อตั ราการขยายกาลงั ใชต้ วั ยอ่ PG PG = β x AV การนาไปใช้งาน ใชว้ งจรอิมิตเตอร์ร่วมถูกนาไปใชง้ านอยา่ งกวา้ งขวางมากกว่าวงจรท้งั 2 แบบ ทีก่ ล่าวไปแลว้ เช่น ใชง้ านเป็นวงจรขยายสญั ญาณในเครื่องรับวทิ ยโุ ทรทศั น์ถึงประมาณ 80% ของวงจร ท้งั หมด ใชเ้ ป็นวงจรขยายกาลงั ในเคร่ืองขยายเสียง ใชเ้ ป็ นวงจรสร้างคลื่นรูปไซน์ ใชใ้ นการดีมอดูเลต คลื่นเอเอ็ม ฯลฯ 4. การไบแอสทรานซิสเตอร์ การกาหนดให้ทรานซิสเตอร์ทางานตามจุดประสงคแ์ ต่ละอยา่ งน้ัน จาเป็ นตอ้ งจดั ป้อนแรงดัน ใหก้ บั ขาท้งั สามของทรานซิสเตอร์เรียกวา่ การไบแอส (biasing) โดยศกั ยข์ องแรงดนั ที่ป้อนใหจ้ ะข้ึนอยู่ กบั ขาและชนิดของทรานซิสเตอร์ ส่วนขนาดแรงดนั ท่ปี ้อนก็ข้นึ อยกู่ บั ขนาดสญั ญาณท่ตี อ้ งการ อตั ราทน กระแส อตั ราทนแรงดนั อตั ราทนกาลงั ของทรานซิสเตอร์ และจุดทางานท่ีตอ้ งการ เพราะการทางาน ของทรานซิสเตอร์จะเกิดข้นึ ขนาดทากระแสและช่วงการนากระแสกจ็ ะอยรู่ ะหว่างจุดตดั กบั จุดอ่ิมตงั ของ ทรานซิสเตอร์ การจดั ให้ทรานซิสเตอร์เกิดการนากระแสในช่วงท่ีตอ้ งการ จะตอ้ งป้อนแรงดนั ไบแอส ใหก้ บั ขาต่าง ๆ ของทรานซิสเตอร์ตามหลกั พ้นื ฐานของทรานซิสเตอร์ คือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ให้ตรง รอยตอ่ ระหวา่ งขา B กบั C และจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหข้ า B กบั C เนื่องจากทรานซิสเตอร์เป็ นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกดการทางาน (นากระแส) ไดต้ ามการ ควบคุมของกระแสเบส และกระแสเบสจะไหลได้ก็จะตอ้ งไดร้ ับแรงดนั ไบแอสตรงจ่ายให้รอยต่อ ระหวา่ งขาเบสกบั อิมิตเตอร์ ซ่ึงเรียกว่า แรงดนั VBE วธิ ีจดั วงจรไบแอสเพื่อจ่ายแรงดนั ไบแอสตรง ให้กบั ทรานซิสเตอร์มีอยู่หลายรูปแบบดว้ ยกัน โดยแต่ละแบบก็มีคุณสมบัติเฉพาะตวั ที่แตกต่างกัน ออกไป การออกแบบใชง้ านจงึ ตอ้ งพจิ ารณาเลือกวงจรไบแอสทเ่ี หมาะสมกบั ความตอ้ งการของวงจรเป็ น อยา่ ง ๆ ไป 143

ลักษณะกาต่อวงจรแบ่งแรงดันเพื่อจดั ค่าไบแอสตรงให้กับทรานซิสเตอร์น้ัน มีหลายแบบ ดว้ ยกนั คือ 1. ฟิกซ์ไบแอส (fixed bias) 2. เซลฟ์ ไบแอส (self bias) 3. เคอร์เรนฟีดแบคไบแอส (current feedback bias) 4. มิกซไ์ บแอส (mixed bias) ฟิ กซ์ไบแอส หรือไบแอสคงทค่ี อื การจดั ค่าแรงดนั แบบใชต้ วั ตา้ นทาน (RB) ตวั เดียวตอ่ กบั แหล่งจ่าย (VCC) ทางดา้ นเดียวกบั ที่ป้อนเขา้ ขาคอลเล็กเตอร์ เพ่ือแบ่งแรงดนั มาป้อนเขา้ ยงั เบสของ ทรานซิสเตอร์ โดยถา้ เป็นทรานซิสเตอร์แบบ PNP ตวั ตา้ นทาน RB จะตอ้ งต่อรับศกั ยล์ บจากแหล่งจ่าย มาป้อนเขา้ เบสโดยอิมิตเตอร์น้นั ตอ่ เขา้ กบั ข้วั บวกของแบตเตอรี่โดยตรง และถา้ เป็ นทรานซิสเตอร์แบบ NPN ตวั ตา้ นทาน RB จะตอ้ งต่อรบั ไฟบวกมาป้อนเขา้ เบสและขาอิมิตเตอร์ต่อเขา้ กบั ข้วั ลบของแบตเตอร่ี โดยตรง (ดูรูปที่ 5) (ก) วงจรทรานซิลเตอร์แบบ NPN รูปที่ 5 (ข) วงจรทรานซิลเตอร์แบบ PNP การตอ่ แบบฟิ กซไ์ บแอส การคานวณหาค่าของ RB น้นั สามารถหาไดจ้ ากสูตร RB = VRB = VCC - VB IB IB โดย VB คอื แรงดนั เบส VRB คือ แรงดนั ที่ตกคร่อมไบแอสรีซิสเตอร์ RB แรงดนั ไดจ้ ากค่าผลต่างระหวา่ ง VCC และ VB ดงั น้นั VRB = VCC - VB เพราะว่า RB และ VRB (ความตา้ นทานตรงรอยต่อระหว่างเบสกบั อิมิตเตอร์) ต่อกบั แบบอนั ดบั กบั แหล่งจา่ ย VCC ดงั น้นั ค่าแรงดนั ท่ีตกคร่อม RB (VRB ) และค่าแรงดนั ที่ตกคร่อม BRB (VB) รวมกนั จะตอ้ งเท่ากบั คา่ แรงดนั ของแหล่งจ่าย VCC คือ VCC = VB + VRB ตวั อยา่ ง จงหาคา่ ของ RB เม่ือ VB = 0.6 V , = 0.2 Ma โดยแหล่งจ่ายมีคา่ แรงดนั 9 V สูตร RB = VCC - VB IB แทนค่า RB = 9 – 0.6 0.2/1000 = 8.4 x 1000 = 42,000 Ω 144

0.2 ดงั น้นั เราจะตอ้ งใช้ RB ท่ีมีคา่ 42 kΩ สาหรับวงจรน้ี ขอ้ เสียของวงจรฟิ กซ์ไบแอสคือ ผลต่ออุณหภูมิภายนอกอัตราการขยายไม่คงที่เม่ืออุณหภูมิ ภายนอกสูงข้นึ เน่ืองจากคุณสมบตั ขิ องสารก่ึงตวั นาจะทาใหแ้ รงดนั ไบแอสตรงที่ทรานซิสเตอร์ตอ้ งการ น้นั ลดลงสมมติวา่ เม่ืออุณหภมู ิปกตทิ รานซิสเตอร์ตอ้ งการแรงดนั ไบแอสตรงเท่ากบั 0.2 โวลต์ เราก็ต่อ ตวั ตา้ นทานไปแบ่งแรงดนั จาก VCCให้เหลือ 0.2 โวลต์ เพอ่ื จ่ายให้เบสของทรานซิสเตอร์ตามตอ้ งการ แต่เม่ืออุณหภูมิภายนอกสูงข้ึนทรานซิสเตอร์จะลดจุดคตั อิน (cut – in) ลงจาก 0.2 โวลตเ์ หลือเพียง 0.15 โวลต์ โดยวงจรฟิ กส์ไบแอสจะยงั คงจ่ายไบแอส 0.2 โวลต์อยู่ตามเดิม ดังน้ันกระแส ทรานซิสเตอร์จะไหลไดม้ ากข้ึนทาใหก้ ระแสคอลเล็กเตอร์ไหลมากข้นึ ดว้ ย เม่ือกระแสคอลเล็กเตอร์ไหล เพมิ่ มากข้ึนเร่ือย ๆ ความร้อนก็เกิดเพม่ิ มากข้ึนเร่ือย ๆ ทรานซิสเตอร์ก็จะลดจุดคตั อินลงเร่ือย ๆ ดงั น้ัน กระแสคอลเลก็ เตอร์ของทรานซิสเตอร์จะไหลเพม่ิ ข้นึ จนทรานซิสเตอร์ทนไม่ไดแ้ ละชารุดไปในท่ีสุด เซลฟ์ ไบแอส ใชว้ ธิ ีต่อตวั ตา้ นทาน RB แบ่งแรงดนั จากคอลเล็กเตอร์ป้อนกลบั มาเขา้ ยงั เบสเพ่ือ จา่ ยแรงดนั ไบแอสตรง จากลกั ษณะการต่อตวั ตา้ นทานแบบน้ีจึงเรียกชื่อไดอ้ ีกอยา่ งหน่ึงวา่ วงจรไบแอส แบบป้อนกลบั ทางแรงดนั รูปที่ 6 วงจรเซลฟ์ ไบแอส จากการต่อวงจรตามรูปท่ี 6 จะเห็นว่า แรงดันท่ีป้อนให้เบสน้ันข้ึนอยู่กับค่าแรงดันท่ี คอลเล็กเตอร์ดว้ ย ค่าของ RB และแรงดนั ทตี่ กคร่อม RB (VRB) จะหาไดจ้ ากตวั อยา่ งต่อไปน้ี ข้นั ตอนแรกจะตอ้ งคานวณหาคา่ กระแสเลก็ เตอร์ (IC) จากค่าโหลดรีซิสเตอร์ (RL) แรงดนั ที่ตก คร่อม RL (VRL) โดยใชส้ ูตร IC = VRL RL เมื่อ VCC = 9 V RL = 4 k VRL = 4 V แทนค่าได้ IC = 4 4000 = 0.001 A = 1 mA VC = VCC - VRL = 9-4 145

= 5V ถา้ ทรานซิสเตอร์มีค่า VBE = 0.6 V เราจะตอ้ งคานวณหาคา่ ตวั ตา้ นทาน RB เพอื่ นามาลดค่าแรงดนั คอลเลก็ เตอร์ใหเ้ หลือเท่ากบั VBE ของทรานซิสเตอร์โดยใชส้ ูตร RB = VRB (VRB = VC- VBE) IB ตวั อยา่ ง ถา้ ตอ้ งการจา่ ยไบแอส 0.6 โวลตใ์ หก้ นั ทรานซิสเตอร์ในแบบเซลฟ์ ไบแอส จงคานวณหาค่า RB เม่ือ VCC = 9 V RL = 4 kΩ มีกระแสคอลเล็กเตอร์ (IC) ไหล = 1 mA และให้ IB ไหล 0.2 Ma ก่อนจะหาคา่ RB น้นั จะตอ้ งหาคา่ แรงดนั คอลเล็กเตอร์ โดยหาไดจ้ ากสูตร VC = VCC - VRL เน่ืองจาก VRL = IC x RL ดงั น้นั VC = VCC - (IC x RL) แทนคา่ VC = 9 - ( 1 x 4000) 1000 =9-4 = 5V VRB = VC - VBE = 5 - 0.6 = 4.4 V RB = VRB IB = 4.4 0.2/1000 = 4.4 x 1000 0.2 = 22,000 Ω ขอ้ ดีของวงจรเซลฟ์ ไบแอส คือมีความคงที่ต่ออุณหภูมิดีและมีความผิด (distortion) น้อย เนื่องจากมีการป้องกนั กลบั ทางลบซ่ึงเป็ นการลดการผดิ เพ้ยี นใหล้ ดนอ้ ยลง ขอ้ เสียเนื่องจากวงจรน้ีมีการป้อนกลบั ทางลบ(negative feedback)สัญญาณเอาตพ์ ุตจึงเกิดการ หักลา้ งกบั อินพุตทาให้อตั ราการขยายของวงจรทรานซิสเตอร์ตกลง ความแรงของสญั ญาณเอาตพ์ ตุ จึง ลดลง เคอร์เรนฟี ดแบคไบแอส วงจรน้ีออกแบบมาเพอ่ื ทาใหม้ ีความแน่นอนในการทางาน โดยการต่อ รีซิสเตอร์เสถียรภาพ (stabilizing resistor) คน่ั อยู่ระหว่างขาอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ของ 146