หน่วยที่ 1 สารกึ่งตัวนำและไดโอด

เนื้อหาวิชาทส่ี อน1.1 โครงสร้างอะตอม สะสารตา่ งๆทเ่ี ราพบเห็นอยทู่ ่ัวไปน้นั ถา้ พจิ ารณาลงไปถึงสว่ นประกอบขนาดเล็กทีป่ ระกอบกันเป็นสะสารนนั้ แล้ว จะพบว่าประกอบดว้ ยโมเลกลุ ซ่งึ โมเลกลุ เป็นส่วนประกอบท่ีเล็กท่ีสุดของสะสารและยังแสดงสมบัติของธาตุนั้นอยู่ได้ ในแต่ละโมเลกุลจะประกอบด้วยส่วนท่ีเล็กลงไปอีกเรียกว่าอะตอม จากการทดลองของนกั วทิ ยาศาสตร์ทาให้ทราบว่าอะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลียสทีอ่ ยเู่ ป็นแกนกลางของอะตอมและมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสนั้น ภายในนวิ เคลียสยังประกอบไปด้วยอนภุ าคโปรตรอนและนิวตรอนอยูร่ วมกนั อิเลก็ ตรอนทโ่ี คจรอยูร่ อบนวิ เคลยี สน้นั มีประจุเป็นลบส่วนโปรตรอนมีประจุเป็นบวก นิวตรอนที่อยู่ในนวิ เคลียสมีประจุเป็นกลางทางไฟฟา้ โดยปกติแล้วอะตอมของธาตตุ ่างๆ จะเปน็ กลางทางไฟฟ้า ในธาตุเดียวกันอะตอมของธาตุนั้นจะมีจานวนโปรตรอนและอเิ ลก็ ตรอนเทา่ กนั รูปท่ี 1.1.1แสดงแบบจาลองโครงสร้างอะตอม1.2 วงโคจรของอเิ ลก็ ตรอน จานวนอเิ ลก็ ตรอนทว่ี ง่ิ รอบนิวเคลียสจะว่ิงเป็นวงๆ โดยแต่ละวงโคจรจะมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ไม่เท่ากันเรียงลาดับจากน้อยไปหามาก แต่ละวงจรจะสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้จานวนเท่าไรน้ัน คานวณได้จากสูตร2N โดย N คอื ลาดับวงโคจรที่ห่างจากนิวเคลียส วงโคจรอิเล็กตรอนท่ีอยู่ห่างจากนิวเคลียสจะบอกกากับไว้เป็นตัวอักษร ซ่ึงวงในสุดที่ติดกับนิวเคลียสจะนับเป็นวงแรกคือวง K และวงท่ีอยู่ห่างออกไปเรื่อยๆ ก็จะเป็นL,M,N,O,P,Q ตามลาดับ แต่ละวงจะมีอิเล็กตรอนได้สูงสุดตามสูตร 2N ดังน้ันวง K ซึ่งเป็นวงท่ี 1 จะมี

อิเล็กตรอนสูงสุดเท่ากับ 2N = 2(1) = 2 ตัว , วงท่ี 2 L=8 ตัว , วงท่ี 3 M=18 ตัว , วงท่ี 4 N=32 ตัว , วงท่ี 5O=50 ตัว โดยตงั้ วง O เปน็ ตน้ ไปจานวนอเิ ลก็ ตรอนทบ่ี รรจุลงไปจะเต็มจานวนตามสตู รที่คานวณได้ รปู ท่ี 1.2.1 แสดงวงโคจรของอเิ ล็กตรอนรอบนวิ เคลียส อะตอมของธาตุแตล่ ะชนดิ มีจานวนอเิ ลก็ ตรอนมากน้อยแตกต่างกัน ซึง่ จะทาให้การบรรจุอิเล็กตรอนลงในแต่ละวงโคจรไมเ่ ตม็ จานวน และมีข้อจากดั ในการบรรจุอิเล็กตรอนลงวงโคจรอย่างหน่งึ คือ อิเล็กตรอนท่ีโคจรอยู่วงนอกสุดจะมีอเิ ล็กตรอนไดม้ ากสดุ ไม่เกนิ 8 ตวั อเิ ลก็ ตรอนวงนอกสุดจะอยู่ที่วงใดก็ได้ไม่จาเป็นจะอยู่วง Q เท่านั้นวงท่ีถูกบรรจุอิเล็กตรอนเป็นวงสุดท้ายของธาตุเรียกอิเล็กตรอนวงนอกสุดน้ีว่า วาเลนซ์อิเล็กตรอน (Valence Electron ) วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนในธาตแุ ต่ละชนิดจะมีจานวนไม่เทา่ กัน รูปท่ี 1.2.2 แสดงการจัดอิเล็กตรอนของอะตอมโซเดียมและคลอรีน

จากรปู ที่ 1.2.2 เปน็ การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของโซเดยี ม (Na) ซง่ึ มีอิเลก็ ตรอนทั้งหมด 11 ตัว อเิ ล็กตรอนจะถูกบรรจอุ ยู่ชนั้ ท่ี 1 จานวน 2 ตวั ชน้ั ที่ 2 จานวน 8 ตัว ช้ันท่ี 3 จานวน 1 ตัว สว่ นคลอรนี มอี ิเล็กตรอนท้งั หมด17 ตวั การเรยี งตวั ของอเิ ลก็ ตรอนเปน็ 2, 8, 7 ตามลาดบั วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนหรืออิเลก็ ตรอนวงนอกสุดจะเปน็ ตวับ่งบอกถงึ คณุ สมบตั ิทางไฟฟา้ ของสสารหรือธาตตุ ่างๆ ซ่ึงสามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คอื ตัวนาไฟฟา้ , สารกึ่งตัวนา และฉนวนไฟฟา้ โดยจะกาหนดจากสสารหรอื ธาตุท่มี ีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนดงั น้ี ตวั นาไฟฟา้ จะมีวาเลนซอ์ เิ ล็กตรอนจานวน 1 - 3 ตัว สารกง่ึ ตวั นา จะมีวาเลนซอ์ ิเลก็ ตรอนจานวน 4 ตัว ฉนวนไฟฟา้ จะมวี าเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอนจานวน 5 - 8 ตวั 2.1 ตัวนาไฟฟา้ ( Conductor ) ตัวนาไฟฟ้าคือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 1 - 3 ตัว ซ่ึงอิเล็กตรอนสามารถหลุดออกจากอะตอมได้โดยง่ายเม่อื มพี ลงั งานหรือแรงมากระทาเพยี งเล็กนอ้ ย นากระแสไฟฟ้าไดด้ ี ธาตุเหล่าน้เี ชน่ ทองคา, เงนิ , ทองแดง,อลมู เิ นยี ม, เหล็ก, สังกะสี เป็นต้น 2.2 สารก่ึงตัวนาไฟฟา้ ( Semi – Conductor ) ธาตทุ ่ีจัดเป็นจาพวกสารกึ่งตัวนาไฟฟ้า คอื ธาตุทมี่ วี าเลนซอ์ ิเล็กตรอน 4 ตวั ซง่ึ มคี ณุ สมบตั อิ ยู่กึ่งกลางระหว่างตัวนาไฟฟา้ และฉนวนไฟฟ้า ธาตกุ ึง่ ตัวนาไฟฟา้ นี้จะนยิ มนาไปใช้ผลติ เปน็ อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์ตา่ งๆ ธาตุที่จดั ว่าเปน็ สารกึง่ ตวั นาได้แก่ คาร์บอน ซลิ คิ อน เยอรมนั เนยี ม ดีบุก ตะก่วั แต่ท่ีนยิ มนาไปผลติ เปน็อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกสม์ ี 2 ชนิด คือ ซลิ ิคอน( Si) และเยอรมนั เนยี ม (Ge) 2.3 ฉนวนไฟฟา้ ( Insulator ) ธาตทุ ี่จัดเปน็ จาพวกฉนวนไฟฟา้ คอื ธาตุท่มี วี าเลนซอ์ เิ ล็กตรอน 5 - 8 ตัว ซึง่ อเิ ล็กตรอนไม่สามารถหลดุ ออกจากอะตอมไดโ้ ดยงา่ ย จะต้องใชพ้ ลังงานสงู มากๆ มากระทาอิเลก็ ตรอนจึงหลุดออกได้ กระแสไฟฟา้ ไหลผ่านไดย้ าก มีค่าความตา้ นทานไฟฟา้ สงู มาก ฉนวนเหลา่ นน้ั เชน่ ไมกา้ , แกว้ ,พลาสตกิ ,ไม้แหง้ เปน็ ต้น1.3 สารกง่ึ ตัวนาบรสิ ทุ ธ์ิ สารก่ึงตวั นาบรสิ ทุ ธค์ิ ือธาตกุ งึ่ ตวั นาทย่ี ังไม่ไดเ้ ตมิ สารเจือปน(Doping)ใดๆลงไปธาตกุ ่ึงตัวนาทน่ี ิยมนาไปทาเป็นสารกงึ่ ตวั นาในอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ สก์ ็คอื ธาตกุ ึ่งตวั นาซลิ คิ อน (Si) และธาตกุ งึ่ ตวั นาเยอรมันเนยี ม (Ge)

ธาตทุ ง้ั สองชนิดนีจ้ ะมวี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 4 ตัว แตอ่ ิเล็กตรอนทั้งหมดจะไม่เทา่ กันโดนซลิ ิคอนจะมีอเิ ล็กตรอนทง้ั หมด 14 ตัว สว่ นเยอรมันเนยี มจะมอี เิ ล็กตรอนทง้ั หมด 32 ตวั ตอ่ หน่งึ อะตอม รปู ที่ 1.3.1 แสดงการใช้อิเล็กตรอนวงนอสุดรว่ มกนั ครบ 8 ตวั ของอะตอมซิลคิ อนและเยอรมนั เนียม โครงสร้างอะตอมของธาตุซิลิคอนและโครงสร้างอะตอมของธาตุเยอรมันเนียมเม่ืออยู่รวมกันหลายๆอะตอมจะจับกนั เปน็ ผลึกในรูปของพันธะโควาเลนซ์ (Covalence Bond) ดังน้ันหน่ึงอะตอมจะต้องใช้อิเล็กตรอนร่วมกันกับอะตอมข้างเคยี ง 4 อะตอมจึงจะมีอเิ ล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตัวเพื่อใหอ้ ะตอมอยใู่ นสภาพเสถียร รูปท่ี 1.3.2 แสดงการใช้อิเลก็ ตรอนวงนอกสดุ ร่วมกันครบ 8 ตวั ของอะตอมซิลกิ อนและเยอรมันเนยี ม1.4 สารกึ่งตัวนาไม่บรสิ ทุ ธ์ิ

สารกง่ึ ตัวนาไมบ่ ริสุทธิค์ อื การนาเอาธาตซุ ิลคิ อนหรือธาตุเยอรมันเนียมบรสิ ทุ ธิม์ าเตมิ ธาตุเจือปนลงไป โดยใช้ธาตุเจือปนท่ีมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว หรือธาตุเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว ลงไปในอัตราส่วน10:1 คือธาตกุ ่งึ ตัวนาบริสุทธ์ิ 10 ส่วนต่อสาวเจือปน 1 ส่วน ซึ่งจะทาให้ได้สารก่ึงตัวนาชนิดใหม่ขึ้นมา คือถ้าเติมธาตเุ จอื ปนทวี่ าเลนซ์อิเลก็ ตรอน 5 ตวั ลงไป จะทาให้ได้สารก่ึงตัวนาชนิด (N-Type) แต่เติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 3 ตัวลงไปจะได้สารก่ึงตัวนาชนิดพี (P-Type) ธาตุท่ีมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัวที่นามาใช้เป็นธาตุเจือปนเช่นโบรอน (Br) อินเดียม (In) แกลเลียม (Ga) และอลูมิเนียม (Al) ส่วนธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวที่นามาใช้ธาตุเจอื ปนเชน่ ฟอสฟอรัส (P) อาเซนคิ (As)1.5 สารก่ึงตัวนาชนดิ N สารกึ่งตัวนาชนิดเอ็นเป็นสารก่ึงนาท่ีได้จากการเติมสารเจือปนท่ีมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่นฟอสฟอรสั ,อาเซนิค, อย่างใดอยา่ งหน่ึงลงไปในธาตุซิลิคคอนหรือเยอรมันเนียมบริสุทธ์ิจะทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสดุ ของแตล่ ะอะตอมแลกเปลยี่ นอเิ ลก็ ตรอนซ่ึงกนั และกนั หรอื ใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 8 ตัว ทาให้เหลืออิเล็กตรอนอกี 1 ตวั ท่ไี มส่ ามารถจบั ตวั กับอะตอมขา้ งเคยี ง เรยี กอเิ ลก็ ตรอนตวั นวี้ ่า อิเลก็ ตรอนอิสระ (Free Elactron) ซ่ึงจะแสดงประจลุ ออกมา รูปที่ 1.5.1 แสดงโครงสรา้ งการจับตวั กันของอเิ ลก็ ตรอนวงนอกสดุ ระหวา่ ง Si กบั P ในสารกง่ึ ตวั นาชนดิ N – Type1.6 สารกงึ่ ตัวนาชนิดพี สารกง่ึ ตัวนาชนดิ พีเป็นสารกง่ึ ตัวนาท่ีไดจ้ ากการเติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว เช่น โบรอน(Br) , อนิ เดียม (In) , แกลเลียม (Ge) อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในธาตุซิลิคอนหรือธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธ์ิ จะทา

ใหอ้ ิเลก็ ตรอนวงนอกสดุ ของแต่ละอะตอมแลกเปลยี่ นอเิ ล็กตรอนซ่ึงกันและกันหรือใชอ้ เิ ล็กตรอนร่วมกันครบ 8 ตัวส่วนอะตอมของธาตเุ จือปนจะขาดอเิ ล็กตรอนอกี 1 ตวั เพราะธาตเุ จือปนมีอเิ ล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว เรียกส่วนท่ีขาดอิเลก็ ตรอนนีว้ ่าโฮล (Hole) ซ่ึงแปลว่า หลุม หรอื รู โฮลแสดงประจบุ วกออกมา รปู ที่ 1.6.1 แสดงโครงสรา้ งการจบั ตวั กันของอิเลก็ ตรอนวงนอกสดุ ระหว่าง Si กบั Br ใน สารกง่ึ ตัวนาชนดิ P – Type1.7 โครงสร้างและสญั ลักษณ์ไดโอด ไดโอด เป็นอุปกรณส์ ารกง่ึ ตัวนา ทไ่ี ด้จากการนาเอาสารกึง่ ตวั นาชนดิ P และสารกึ่งตัวนาชนดิ N มาตอ่ ชนกัน ได้เปน็ อุปกรณ์สารกงึ่ ตวั นาหน่ึงรอยต่อ (Junction) ในการต่อสารกงึ่ ตวั นาชนิด P และชนดิ Nนน้ั มิใช่เพยี งการนามาติดกันเทา่ นน้ั แต่จะตอ้ งใชว้ ธิ ีปลูกผลกึ หรือวิธีการแพร่สารเจอื ปนลงในสารกึ่งตัวนาบริสุทธิ์ ไดโอดมีลกั ษณะโครงสร้างดังรูป

รูปที่ 1.7.1 แสดงโครงสร้างไดโอด สารกึ่งตัวนาชนิด P ซง่ึ มีโฮลเปน็ พาหะส่วนใหญม่ าเชอื่ มตอ่ กบั สารกึ่งตัวนาชนดิ N ซึ่งมอี ิเล็กตรอนเป็นพาหะส่วนใหญ่ ( พาหะ คืออิเล็กตรอนหรือโฮลท่ีเคล่ือนท่ี ) จะทาให้อิเล็กตรอนของสารก่ึงตัวนาชนิด เอ็นเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อเข้าไปหาโฮลในสารกึ่งตัวนาชนิด พี และก็เสมือนกับว่าโฮลในสารกึ่งตัวนาชนิด พี เคล่ือนท่ีขา้ มรอยต่อเข้าไปหาสารกงึ่ ตัวนาชนดิ เอน็ การเคล่อื นที่ของพาหะส่วนใหญ่จะเกิดข้ึนบริเวณไกล้รอยต่อพีเอ็น ในบริเวณไกล้รอยต่อนี้จะเป็นบริเวณปลอดพาหะเพราะมีแต่โฮลกับอิเล็กตรอนเท่านั้น ทาให้ เกิดสนามไฟฟ้าข้ึนสนามไฟฟา้ น้ีจะต้านการเคลอ่ื นท่ขี องพาหะสว่ นใหญข่ องสารกง่ึ ตัวนาทั้งสองไมใ่ ห้เคล่อื นท่ผี า่ นรอยตอ่ เรียกสภาวะน้ีว่าภาวะสมดุล ในสภาวะสมดุลนี้ที่รอยต่อสารกึ่งตัวนาชนิด ซิลิคอน จะมีความต่างศักย์ที่บริเวณปลอดพาหะประมาณ 0.6 โวลต์ และสารกึ่งตัวนาชนดิ เยอรมนั เนยี มจะมีความตา่ งศักย์บริเวณปลอดพาหะประมาณ 0.2 โวลต์ สัญลกั ษณ์ของไดโอดประกอบดว้ ยหวั ลูกศรเปน็ ขาแอโนด (Anode) ใชอ้ กั ษรย่อ A และอกี ดา้ นหนึง่ เปน็ ขาแคโถด ( ในสภาวะไดร้ ับไบอสั ตรง ) ดงั รปู รูปที่ 1.7.2 แสดงสัญลกั ษณ์ของไดโอดและการให้ไบอสั ไดโอด1.8 การไบอัสใหก้ บั ไดโอด

จะนาไดโอดไปใช้งานจะต้องมกี ารจา่ ยไบอัสหรือจัดแรงดันไฟฟ้าให้ตัวไดโอด เพ่ือให้ไดโอดนากระแสและหยดุ นากระแส สามารถจา่ ยไบอสั ได้ 2 วิธีคอื ไบอัสตรง (Forward Bias) และไบอัสกลับ (Reverse Bias) ไบอสั ตรง (Forward Bias) การให้ไบอัสตรงกับไดโอดก็คือ การจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับตัวไดโอดแบบตรงกับสารก่ึงตัวนาคือจ่ายแรงดันไฟทมี่ ีศกั ยบ์ วกให้สารกงึ่ ตวั นาชนดิ พี (สารพีมีศักย์เป็นบวก) และจ่ายไฟที่มีศักย์เป็นลบให้กับสารก่ึงตัวนาชนิดเอน็ (สารเอ็นมศี กั ย์เป็นลบ) ดังรปู รปู ที่ 1.8.1 แสดงการจ่ายไบอัสตรงให้ไดโอด เม่อื ไดโอดไดร้ บั ไบอัสตรง โดยต่อศักยบ์ วกของแหล่งจ่ายไฟฟา้ เข้ากับขา A และต่อศักย์ลบกับขา K ไฟลบจะไปผลักอิเล็กตรอนอิสระในสารกึ่งตัวนาชนิดเอ็นให้เคล่ือนที่ได้ ในเวลาเดียวกันไฟบวกท่ีจ่ายให้สารชนิดพีจะดึงดูดอิเล็กตรอนให้เคล่ือนที่เข้ามาหา และจะผลักโฮลให้เคล่ือนที่ไปข้างหน้าอิเล็กตรอนจะเคลื่อนท่ีผ่านสารก่ึงตัวนาชนิดพีเขา้ หลกั ไฟบวกของแหลง่ จา่ ย และเคลือ่ นท่ีผ่านแหล่งจ่ายไปยังขา K ของสารชนิดเอ็นเกิดกระแสไหลผา่ นไดโอด แรงดันไบอัสตรงท่ีจ่ายให้ไดโอดจะต้องจ่ายแรงดันไบอัสมากกว่า ศักย์ไฟฟ้าท่ีตกคร่อมอยู่ตรงรอยต่อค่าแรงดนั น้จี ะมากหรอื น้อยขึ้นอย่กู ับชนิดของสารทผ่ี ลติ ไดโอด ไดโอดที่ผลิตจากสารเยอรมันเนียมจะมีแรงดัน 0.2V สว่ นไดโอดทผี่ ลิตจากสารซิลิคอนจะมแี รงดนั 0.6 V ดังนน้ั จา่ ยแรงดนั ไบอสั ตรงจะต้องจ่ายให้มากกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมรอยต่อ ซึ่งเมื่อไดโอดนากระแสแล้วจะมีแรงดันตกคร่อมรอยต่อไดโอดเท่ากับ 0.2 V ในไดโอดชนิดเยอรมันเนยี ม (Gr) และเทา่ กบั 0.6 V ในไดโอดชนิดซิลิคอน ไบอัสกลบั (Reverse Bias) ไบอัสกลับหรอื เรียกว่า รเี วิร์สไบอัส เปน็ การจ่ายแรงดนั ไฟฟ้าให้กบั ไดโอดแบบกลับขว้ั คอื จ่ายศักย์ไฟบวกให้สารชนิดเอ็นจา่ ยศกั ยไ์ ฟลบใหก้ บั สารชนิดพีจะมผี ลให้เกิดการทางานดังนี้

รปู ที่ 1.8.2 แสดงการจา่ ยไบอัสกลับให้ไดโอด ศกั ย์ไฟบวกท่ีจ่ายใหข้ า K จะดึงดูดอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระในสารชนิดเอ็นเคล่ือนตัวออกห่างรอยต่อส่วนศักย์ไฟลบทจ่ี า่ ยใหข้ า A จะดึงโฮลจากสารชนดิ พเี คล่ือนตัวออกห่างรอยตอ่ เช่นกนั ทาใหร้ อยต่อกว้างมากขึ้นอิเล็กตรอนว่ิงไปครบวงจร ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในตัวไดโอด แต่อาจจะมีกระแสร่ัวไหล (Leakage Current) บ้างเล็กน้อย โดยค่ากระแสรัว่ ไหลในไดโอดท่ีผลติ จากสารสารเยอรมันเนียมจะมากกวา่ ไดโอดทผี่ ลติ จากสารซิลคิ อน1.9 ลกั ษณะสมบตั ิของไดโอด แมว้ ่าไดโอดในอดุ มคตจิ ะมลี กั ษณะคล้ายดังสวิตซท์ างไฟฟา้ คือเมอื่ เราใหไ้ บอสั ตรงจะเหมือนกับสวิตซ์ปิดวงจร ( ON ) แต่ถ้าให้ไบอัสกลับจะเหมือนกับสวิตซ์เปิดวงจร ( OFF ) ซึ่งไดโอดเมื่อได้ไบอัสตรงจะมีกระแสไหลผา่ นไดโอดได้สงู และมแี รงดนั ตกคร่อมไดโอดอยเู่ ลก็ นอ้ ยประมาณ 0.2 หรือ 0.6 โวลต์ ส่วนขณะที่ไบอัสกลับจะมีกระแสไหลผา่ นน้อยมากเพยี งไม่กไ่ี มโครแอมป์ แสดงดงั กราฟรปู ที่ 2.3.1 รูปที่ 1.9.1 แสดงกราฟลกั ษณะสมบัติของไดโอดชนดิ รอยตอ่ กราฟแสดงลกั ษณะสมบัติของไดโอด

สามารถหาไดจ้ ากการจ่ายไบอัสตรงและไบอสั กลบั ให้กบั ไดโอด เมอ่ื ไดโอดไดร้ บั ไบอสั ตรงจะเกิดกระแสไหลผ่านไดโอดได้ในทิศทางจากสารชนิดพีไปยังสารชนิดเอ็น(กระแสนิยม)กระแสดังกล่าวเรียกว่า กระแสไบอัสตรง ดงั รปู ท่ี 1.9.1 จากกราฟแสดงคุณสมบัติของไดโอดเมื่อจ่ายไบอัสตรงกับไดโอดในช่วงเร่ิมแรกไดโอดจะยังไม่นากระแสเพราะแรงดันไบอัสตรงยังไม่สามารถทาลายโพเทนเช่ียล ( Potentail ) ( ศักย์ไฟฟ้าตรงรอยต่อ PN ) เราต้องให้แรงดนั ไฟฟ้าไบอสั ตรงกบั ไดโอดจนถึงค่าแรงดันคัทอิน ( Cutin Voltage ) จึงจะทาให้โพเทนเชี่ยลลดลง อันจะทาให้ไดโอดนากระแสได้ เช่น เยอรมันเนียมไดโอดจะต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.2 โวลต์ และซิลิกอนไดโอดตอ้ งใหแ้ รงดันคทั อินประมาณ 0.6 โวลต์ ดงั น้ันถ้าจ่ายแรงดนั ไบอสั ตรงให้กับไดโอดมากกว่าแรงดันคัทอินข้นึ ไปแล้วไดโอดจะสามารถนากระแสได้ โดยมรกี ระแส IF ไหลผ่านไดโอด ในทานองเดียวกันเมอ่ื จา่ ยแรงดันไบอัสกลับให้ไดโอด จะไม่มีกระแสไหลผ่านในวงจร มีเพียงกระแสรั่วไหลเพียงเล็กน้อยไหลผ่านไดโอด ซึ่งกระแสดังกล่าวมีจานวนน้อยมากเป็นไมโครแอมป์ เปรียบได้ว่าขณะไดโอดได้รับไบอัสกลับ จะไมม่ กี ระแสไหลผ่านไดโอดหรือไม่มีกระแสนั่นเอง แต่ถ้าเพิ่มแรงดันไบอัสกลับให้สูงมากข้ึนจนถึงค่าแรงดันหน่ึงเรียกว่า แรงดันพังทลาย ( Breakdown Voltage ) ซึ่งไดโอดจะนากระแสได้ ในสภาวะน้ีรอยต่อพีเอ็นของไดโอดจะทะลุและมีกระแสไหลผ่านรอยต่อพีเอ็นจานวนมาก ในการใช้งานท่ัวไปจะไมย่ อมให้แรงดันไบอัสกลบั แกไ่ ดโอดเกนิ ค่าแรงดันพังทลายของไดโอด1.10 การวัดหาขาและทดสอบไดโอด การตรวจหาขาของไดโอด หรือตรวจสอบว่าไดโอดนั้นใช้งานได้หรือไม่ ทาได้ง่ายโดยใช้โอห์มมิเตอร์เน่อื งจากไดโอดนั้นเมอื่ ได้รบั แรงดันไฟไบอัสตรงจะยอมใหก้ ระแสไหลผา่ นแสดงว่าความตา้ นทานของไดโอดมีค่าต่า(โดยทั่วไปค่าความต้านทานนี้เรียกว่า ความต้านทานด้านไบอัสตรง ปกติมีค่าประมาณ 70 โอห์ม) แต่เม่ือไดโอดไดร้ บั แรงไฟไบอัสกลบั จะไมม่ กี ระแสไหลผ่านไดโอดเหมือนกับว่าความต้านทานของไดโอดมีค่าสูงมาก (โดยทั่วไปค่าความตา้ นทานของไดโอดเม่ือได้รบั ไบอัสกลบั จะมีค่าอยรู่ ะหวา่ ง 500 กิโลโอหม์ ถึง อินฟนิ ิต้ี) การวัดทดสอบไดโอดดว้ ยมลั ตมิ ิเตอรแ์ บบแอนะลอก กระทาได้โดยตั้งย่านวัดความต้านทานในย่าน R x10 โอห์ม เพื่อวดั ความต้านทานดา้ นไบอสั ตรง โดยต่อขั้วไฟบวก (มิเตอร์ตระกูล Sanwa ไฟบวกจะออกมาจากขั้วลบของมเิ ตอร์) ของมลั ติมิเตอรเ์ ข้ากบั ขาแอโนด และตอ่ ขัว้ ไฟลบของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถด ดังรูป จะเห็นว่าเขม็ ของมลั ตมิ เิ ตอร์ช้ีไปทีค่ ่าความต้านทานต่าประมาณ 70 โอห์ม จากนั้นให้ปรับย่านวัดไปย่าน R x 10 กิโลโอห์มเพ่อื วัดความต้านทานไบอสั กลบั ของไดโอดโดยต่อขว้ั มลั ตมิ เิ ตอร์กลับจากเดิม คือ ต่อขั้วไฟบวกของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถดและต่อขั้วไฟลบเข้ากับขาแอโนด เข็มมิเตอร์จะชี้ที่ค่าความต้านทานสูงมาก (เข็มมิเตอร์ไม่กระดิก)หรือค่าอินฟินิตี้ ในไดโอดชนดิ ซิลิคอน และประมาณ 500 กโิ ลโอหม์ ในไดโอดชนดิ เยอรมันเนยี ม

การทดสอบไดโอดด้วยมลั ตมิ ิเตอร์แบบดจิ ิตอล ให้ต้ังย่านวดั ไดโอดโดยวดั ขว้ั ทงั้ สองของไดโอดด้วยไบอัสตรง คือ ให้ขั้วไฟลบ (มิเตอรด์ ิจิตอล ข้ัวไฟลบออกจากข้ัวลบของมิเตอร์) ของมิเตอร์ต่อกับแคโถด (แรงดันคัทอิน)โดยแสดงคา่ แรงดนั 0.6 ในไดโอดชนิดซลิ คิ อนและแสดงคา่ 0.2 ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม การวดั และตรวจสอบไดโอด จะมีพจิ ารณากันอยู่ 3 ลกั ษณะ คอื 1.ไดโอดขาด (Open) หมายถึง รอยต่อระหว่าง สาร พีเอ็น เปิดออกจากกัน ทาให้ไดโอดไม่สามารถนากระแสได้ ท้งั กรณีไบอสั ตรง และ ไบอสั กลบั (เขม็ มิเตอร์ไมก่ ระดกิ ทั้งสองครงั้ ) 2.ไดโอดลัดวงจร (Short) หมายถึง รอยต่อระหว่างสารพีเอ็น เกิดการพังทลายเข้าหากันไดโอดจะนากระแสทั้งกรณไี บอสั ตรงและไบอัสกลบั (เข็มมิเตอรข์ น้ึ ทง้ั 2 ครงั้ ) 3.ไดโอดร่ัวไหล (Leakage) หมายถึง การวัดไดโอดในลักษณะ ไบอัสกลับ โดยใช้ค่าแรงดัน จากโอหม์ มเิ ตอรซ์ ึ่งมีค่าแรงดันต่ากวา่ คา่ แรงดันพังทลายของไดโอด ก็มีกระแสไหลแล้วไดโอดชนิด เยอรมันเนียมเมื่อถูกไบอัสกลับจะมีค่าความต้านทานประมาณ 400 กิโลโอห์ม- 500 กิโลโอห์ม ซึ่งมีกระแสร่ัวไหลมากกว่าไดโอดชนดิ ซิลคิ อน โดยไดโอดชนิดซลิ ิคอนเมือ่ ถูกไบอัสกลบั จะมคี า่ ความต้านทานเปน็ อนนั ต์ (เข็มไมก่ ระดิก)