หน่วยที่2ok

[ปี] หน่วยที่ 2 ไดโอดและไดโอดชนิดพิเศษ [ช่อื รองของเอกสาร] WINDOWS 7 [ช่อื บรษิ ทั ] | [ทอ่ี ย่บู รษิ ทั ]

51 หน่วยที่ 2 ซีเนอร์ไดโอดและไดโอดชนดิ พเิ ศษ 2.1 คำนำ ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) เป็ นไดโอดอีกชนิดหน่ึงท่ีมีโครงสร้างเหมือนไดโอดเรียง กระแส คือ ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 2 ช้นั ต่อชนกนั มีสารก่ึงตวั นาชนิดพีต่อขาออกมาเป็ นขาแอโนด และมีสารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ ต่อขาออกมาเป็นขาแคโทด แต่การใชง้ านของซีเนอร์ไดโอดแตกต่างไปจาก ไดโอดเรียงกระแสทว่ั ๆ ไป กล่าวคือเมื่อใหไ้ บแอสตรงกบั ซีเนอร์ไดโอด จะมีการทางานจะเหมือนกบั ไดโอดเรียงกระแสคือนากระแสได้ และมีแรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดขณะไดร้ ับไบแอสตรงเท่ากบั ค่าแรงดันไบแอสตรงไดโอด แต่เมื่อซีเนอร์ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั จะทางานท่ีค่าซีเนอร์เบรกดาวน์ (Zener Breakdown) นอกจากน้ียงั มีไดโอดที่ออกแบบมาให้ทางานพิเศษ ในหน่วยหน้ีจะกล่าวถึง วาแรก เตอร์ไดโอด ชอตตก์ ีไดโอด และ ทนั เนลไดโอด เป็นตน้ 2.2 รูปร่ำงของซีเนอร์ไดโอด การกาหนดคา่ แรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดตามคา่ แรงดนั เบรกดาวนน์ ้นั เรียกว่า แรงดนั - ซีเนอร์เบรกดาวน์ (Zener breakdownVoltage) หรือ VZ ซ่ึงเกิดข้นึ ในกระบวนการสร้างซีเนอร์ไดโอด เช่น ค่าแรงดนั 2.2 V, 5.1 V, 6 V, 10 V, 12 V และค่าอื่น ๆ ซีเนอร์ไดโอดจะนากระแสไดแ้ ละจะเกิดแรงดนั ตก คร่อมตวั เองคงท่ี เท่ากบั ค่าแรงดนั ที่กาหนดจากบริษทั ผผู้ ลิต รูปร่างของซีเนอร์ไดโอด แสดงดงั รูปท่ี 2.1 รูปท่ี 2.1 รูปร่างของซีเนอร์ไดโอด

52 ซีเนอร์ไดโอดมีคุณลักษณะพิเศษ คือ เม่ือให้แรงดันไบแอสกลบั ท่ีมีค่าเกินกว่าค่า แรงดนั พงั ไบแอสกลบั (Reverse Breakdown Voltage) ของซีเนอร์ไดโอด จะทาให้มีกระแสซีเนอร์ (Zener- Current) ปริมาณมากไหลผา่ น ส่วนแรงดนั ไฟฟ้าที่ตกคร่อมตวั ซีเนอร์ไดโอดน้นั ยงั คงอยใู่ น ระดับคงที่ ซ่ึงจากคุณลกั ษณะเช่นน้ีทาให้ซีเนอร์ไดโอดเป็ นอุปกรณ์สาคญั ในวงจรรักษาระดับ แรงดนั ไฟฟ้า (Voltage Regulator) ซ่ึงจะรักษาระดบั ของแรงดนั ไฟฟ้าท่ีตกคร่อมโหลดให้คงที่ โดย ไม่ข้นึ อยกู่ บั ขนาดของแรงดนั ไฟฟ้าที่ป้อนเขา้ มา หรือค่าความตา้ นทานโหลดท่ีเปล่ียนแปลงไป 2.3 โครงสร้ำงและสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดผลิตมาจากธาตซุ ิลิกอน นาไปเติมสารเจือปนในปริมาณที่แตกต่างกนั ได้ สารก่ึงตวั นาชนิดพีและชนิดเอ็นที่มีคุณสมบตั ิแตกต่างไปจากสารชนิดพีและชนิดเอ็นในไดโอด เรียงกระแส โครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ของซีเนอร์ไดโอด แสดงดงั รูปที่ 2.2 A PN K (ก) โครงสร้าง AK (ข) สัญลกั ษณ์ รูปท่ี 2.2 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของซีเนอร์ไดโอด 2.4 วงจรสมมูลของซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดมีคุณสมบตั ิในการจ่ายแรงดนั คงที่เม่ือไดร้ ับไบแอสกลบั ดงั น้นั ในทาง อุดมคติ (Ideal) ซีเนอร์ไดโอดจึงมีวงจรเทียบเท่าหรื อวงจรสมมูลเป็ นแบตเตอร่ี มีขนาด แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงเท่ากบั แรงดนั VZ โดยข้วั บวกของ VZ อยู่ท่ีขาแคโทด และข้วั ลบของ VZ อยู่ที่ข้วั ขาแอโนด ดงั แสดงในรูปที่ 2.3 (ก) แต่ในทางปฏิบตั ิจะมีค่าความตา้ นทานภายในรอยต่อ (RZ) ของซีเนอร์ไดโอดรวมอยู่ดว้ ย ดงั น้ันวงจรสมมูลของซีเนอร์ไดโอดจึงเป็ น แสดงดงั รูปที่ 2.3 (ข)

53 VZ RZ VZ (ก) ในทางอดุ มคติ (ข) ในทางปฏิบตั ิ รูปที่ 2.3 วงจรสมมลู ของซีเนอร์ไดโอด 2.5 คุณลักษณะทำงไฟฟ้ำของซีเนอร์ไดโอด เมื่อให้ไบแอสตรงซีเนอร์ไดโอด จะทางานเหมือนไดโอดเรียงกระแสทัว่ ไป คือ นากระแสไดแ้ ละมีแรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดเท่ากบั ค่าแรงดนั ไบแอสตรง แต่เมื่อซีเนอร์- ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั ถึงค่าถึงค่าแรงดนั ท่ีกาหนด (กาหนดค่าแรงดนั ข้ึนในกระบวนการผลิต ซีเนอร์ไดโอด เช่น 2.2V, 5.1V, 6V, 10V, 12V เป็ นตน้ ) ซีเนอร์ไดโอดจะนากระแสได้ และจะ เกิดแรงดนั ตกคร่อมคงที่เท่ากบั ค่าแรงดนั ที่กาหนดจากบริษทั ผูผ้ ลิต กราฟคุณลกั ษณะทางไฟฟ้า ของซีเนอร์ไดโอด แสดงดงั รูปท่ี 2.4 IF VR VF IR รูปท่ี 2.4 กราฟคุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด

54 การพงั ทลายของซีเนอร์ (Zener Break down) การพงั ทลายของไดโอดแบ่งเป็ น 2 ชนิด คือ การพงั ทลายแบบอะวาลานซ์ (Avalanche) เกิดข้ึนเม่ือไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั แรงดนั สูงมาก ทาให้มี กระแสไหลยอ้ นกลบั ผ่านไดโอดจานวนมาก ทาให้รอยต่อของไดโอดทะลุและใช้งานไม่ได้ ส่วนการ พงั ทลายอีกแบบหน่ึง คือการพงั ทลายแบบซีเนอร์ เป็ นการพงั ทลายที่เกิดข้ึนกบั แรงดนั ไบแอสกลบั ค่า ต่า ๆ ซ่ึงกาหนดได้จากการโดปสารก่ึงตวั นาท่ีใช้สร้างเป็ นซีเนอร์ไดโอด การพงั แบบซีเนอร์น้ีจะมี กระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดจานวนหน่ึงซ่ึงตอ้ งรักษาไม่ให้เกิดค่าพิกัดสูงสุด และจะเกิดสภาวะที่ แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดมีค่าคงที่ เรียกว่าแรงดันซีเนอร์ (Zener Voltage, VZ) คุณสมบัติข้อน้ี สามารถนาซีเนอร์ไดโอดไปสร้างเป็ นวงจรควบคุมแรงดนั ไฟตรงจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้มี ค่าแรงดันคงท่ีได้ (Zener Regulated Power Supply) ซีเนอร์ไดโอดท่ีมีใช้อยู่ในท้องตลาดมีขนาด แรงดนั ซีเนอร์ ต้งั แต่ 1.8V ถึง 200V 2. 6 กำรทดสอบซีเนอร์ไดโอด การวดั และทดสอบซีเนอร์ไดโอดโดยใช้โอห์มมิเตอร์ มีข้นั ตอนดงั น้ี 1. การวดั ซีเนอร์ไดโอด จะสามารถวดั ไดเ้ ช่นเดียวกบั ไดโอดเรียงกระแสคือใช้โอห์ม มิเตอร์ต้งั ยา่ น R×1 หรือ R×10 ในการตรวจวดั ในสภาวะปกติของซีเนอร์ไดโอด โอห์มมิเตอร์จะวดั ข้ึนเม่ือจ่ายไบแอสตรงให้ซีเนอร์ไดโอด โดยจ่ายข้วั บวกของแบตเตอร่ีภายในโอห์มมิเตอร์ให้ขา- แอโนด และจ่ายข้วั ลบของแบตเตอร่ีภายในโอหม์ มิเตอร์ใหข้ าแคโทด 2. โอห์มมิเตอร์จะวดั ไม่ข้ึน เมื่อจ่ายไบแอสกลบั ให้ซีเนอร์ไดโอด โดยจ่ายข้วั ลบของ แบตเตอรี่ภายในมิเตอร์ใหข้ าแอโนด และจ่ายข้วั บวกของแบตเตอร่ีภายในโอห์มมิเตอร์ใหข้ าแคโทด 3. ซีเนอร์ไดโอดในสภาวะปกติ จะวดั ได้เหมือนไดโอดธรรมดา คือ เข็มมิเตอร์ข้ึน ในขณะจ่ายไบแอสตรง และเขม็ มิเตอร์ไม่ข้ึนในขณะจ่ายไบแอสกลบั หรือกล่าวไดว้ า่ ซีเนอร์ไดโอด ปกติ โอหม์ มิเตอร์จะวดั ข้ึนคร้ังหน่ึง และไม่ข้นึ คร้ังหน่ึง AK AK ΩΩ (ก) ความตา้ นทานต่าเมื่อจ่ายไบแอสตรง (ข) ความตา้ นทานสูงเม่ือจ่ายไบแอสกลบั รูปที่ 2.5 การวดั และทดสอบซีเนอร์ไดโอด

55 2.7 วงจรใช้งำนเบื้องต้นของซีเนอร์ไดโอด จากคุณสมบตั ิการควบคุมแรงดนั ตกคร่อมตวั เอง ให้คงท่ีที่ย่านกระแสย่านหน่ึง จึงมี ผูน้ า ซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานอย่างกวา้ งขวาง และท่ีนิยมใช้มากท่ีสุดคือ ใช้ซีเนอร์ไดโอดในการ ควบคุมแรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงใหค้ งที่ในวงจร และอาจใชซ้ ีเนอร์ไดโอดในวงจรตดั รูปคลื่น 2.7.1 กำรควบคุมแรงดันขำออกให้คงที่เมื่อแรงดันขำเข้ำเปล่ียนแปลง (Output voltage Regulation With a Varying Input Voltage) เม่ือนาซีเนอร์ไดโอดต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าปรับค่าได้ ดังรูปที่ 2.6 และปรับค่า แรงดนั ท่ีป้อนเขา้ ซีเนอร์ไดโอด (Vin) ให้มีค่ามากกวา่ แรงดนั ซีเนอร์ (VZ) จะเกิดกระแสซีเนอร์ (IZ) ไหลผ่าน R และซีเนอร์ไดโอด จะเห็นว่าแรงดนั ขาออกของวงจร (Vout) มีค่า คงที่ แต่ถา้ ลดแรงดนั Vin ลงแต่ตอ้ งไม่น้อยกว่าค่าของ VZ จะทาให้กระแส IZ ลดลง ซ่ึงถา้ กระแส IZ มีค่าระหว่าง IZ(min) ถึง IZ(max) แลว้ คา่ แรงดนั Vout จะยงั คงท่ีอยเู่ สมอ R Vin VZ Vout รูปที่ 2.6 วงจรรักษาแรงดนั ของซีเนอร์ไดโอด ตัวอย่ำงที่ 2. 1 เม่ือนาซีเนอร์ไดโอดขนาด VZ = 10 V ต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าและต่อกับตัวต้านทาน จากดั กระแสซีเนอร์ขนาด 1 kซ่ึงซีเนอร์ไดโอดมีค่า IZ(min) = 4 mA และ IZ(max) 40 mA อยากทราบว่า แรงดนั Vin จะมีคา่ อยใู่ นยา่ นใด แรงดนั ขาออก Voutจึงจะมีค่าเท่ากบั 10 V จากโจทยส์ ามารถเขียนวงจรประกอบ ไดด้ งั น้ี 10 k Vin 1V0ZV Vout

56 วิธีทา ที่ IZ(min) : VR = (4 mA) (1 k) ตอบ = 4V แต่ VR = Vin − VZ ดงั น้นั Vin = VR + VZ = 4 V + 10 V = 14 V ที่ IZ(max) : VR = (40 mA) (1 k) = 40 V ดงั น้นั Vin = VR + VZ = 40 V + 10 V = 50 V แสดงวา่ Vout ไดใ้ นยา่ นการเปลี่ยนแปลงของ Vin ระหวา่ ง 14 V ถึง 50 V 2.7.2 กำรควบคุมแรงดันเมื่อโหลดเปลี่ยนแปลง (Voltage Regulation With a Varying Load) เมื่อนาโหลด (RL) มาต่อเขา้ ท่ีเอาตพ์ ุตของวงจรควบคุมแรงดนั คงที่ท่ีใชซ้ ีเนอร์ไดโอด แสดง- ดงั รูปท่ี 2.7 ซ่ึงซีเนอร์ไดโอดจะทาหน้าท่ีควบคุมแรงดันตกคร่อมโหลด ให้มีค่าแรงดนั คงที่ท่ีค่า แรงดนั ซีเนอร์ ซ่ึงข้ึนอยู่กบั ค่ากระแสที่ผ่านซีเนอร์ไดโอดนั่นเอง การเปล่ียนแปลงค่าของกระแส โหลดเน่ืองจากค่าความต้านทานโหลดเปล่ียนแปลงน้ัน จะเป็ นผลทาให้ค่าของกระแสซีเนอร์ เปล่ียนแปลงตามไปด้วยการที่ซีเนอร์ไดโอดจะรักษาระดบั แรงดนั ซีเนอร์ให้มีค่าคงที่ได้ กระแส ซีเนอร์ตอ้ งอยู่ระหว่างกระแส IZ(min) และไม่สูงเกินกว่าค่ากระแส IZ(max) และย่านของกระแส โหลดที่เปล่ียนแปลงไป แต่ระดับแรงดันตกคร่อมโหลดยงั คงที่อยู่ได้ เรียกเป็ นภาษาองั กฤษว่า Load Regulation

57 R Vin IT IL RL IZ รูปท่ี 2.7 วงจรรักษาระดบั แรงดนั เม่ือโหลดมีคา่ ความตา้ นทานไมค่ งท่ี 2.7.3 วงจรซีเนอร์ไดโอดตัดรูปคลื่น (Zener Limiting) การนาซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานอีก รูปแบบหน่ึง คือ ในวงจรตดั รูปคลื่นท่ีตอ้ งการกาหนดระดบั แรงดันขาออกสูงสุดของรูปคลื่น ให้มีค่า เท่ากบั ค่าแรงดนั ซีเนอร์ เช่น วงจรตดั รูปคลื่นดา้ นลบ แสดงดงั รูปที่ 2.8 (ก) จะมีรูปคล่ืนดา้ นบวกดา้ น เดียวและขนาดสูงสุดของรูปคล่ืนคร่ึงบวกจะมีค่าเท่ากับ +VZ ในทานองเดียวกนั ในรูปที่ 2.8 (ข) เป็ น วงจรตดั รูปคลื่นดา้ นบวก แรงดันขาออกจะมีเฉพาะรูปคลื่นดา้ นลบ ซ่ึงมีค่าแรงดนั สูงสุดเท่ากบั −VZ สาหรับวงจรในรูปที่ 2.8 (ค) เป็นวงจรตดั รูปคล่ืนที่ดา้ นบวกและลบ ให้มีค่าแรงดนั สูงสุดดา้ นบวก เท่ากบั +VZ2 และแรงดนั สูงสุดของรูปคลื่นทางดา้ นลบเทา่ กบั −VZ1 R Vin D1 VZ - 0.7 V (ก) วงจรตดั รูปคลื่นดา้ นลบ R 0.7 V Vin D1 -VZ (ข) วงจรตดั รูปคล่ืนดา้ นบวก รูปท่ี 2.8 การใชซ้ ีเนอร์ไดโอดในวงจรตดั รูปคล่ืน

58 R +VZ2 -VZ1 D1 Vin D2 (ค) วงจรตดั รูปคล่ืนดา้ นบวกและดา้ นลบ รูปที่ 2.8 การใชซ้ ีเนอร์ไดโอดในวงจรตดั รูปคล่ืน (ต่อ) 2.8 คู่มือกำรใช้งำนซีเนอร์ไดโอด ในการออกแบบใช้งานซีเนอร์ไดโอด เราจะต้องดูรายละเอียดและขีดจากัดของซีเนอร์ ไดโอดแต่ละเบอร์จากคู่มือการใช้งานของซีเนอร์ไดโอด เช่นซีเนอร์ไดโอดเบอร์ 1N522B-1N5263B แสดงดงั รูปท่ี 2.9 (ก) รายละเอียดค่าสูงสุดของซีเนอร์ไดโอด รูปท่ี 2.9 คู่มือซีเนอร์ไดโอดเบอร์ 1N5221B – 1N5263B ท่ีมา https://www.fairchildsemi.com, 2556

59 (ข) ค่าคุณลกั ษณะทางไฟฟ้า รูปท่ี 2.9 คู่มือซีเนอร์ไดโอดเบอร์ 1N5221B – 1N5263B (ต่อ) ที่มา https://www.fairchildsemi.com, 2556

60 2.9 ไดโอดชนดิ พเิ ศษ 2.9.1 ไดโอดวำแรกเตอร์ ไดโอดวาแรกเตอร์ (Varactor Diodes) เรียกช่ือเป็ นภาษาอังกฤษอีกอย่างหน่ึงว่า Variable - Capacitor Diode เพราะว่าที่รอยต่อพีเอ็นของไดโอดมีค่าความเก็บประจุแฝงอยู่ และค่าความ- เก็บประจุน้ี จะแปรผนั กบั แรงดนั ไบแอสกลบั ท่ีป้อนใหก้ บั ไดโอดวาแรกเตอร์ ใชใ้ นวงจรการปรับแต่ง อิเล็กทรอนิกส์ (Electronics Tuning Circuit) ในระบบการสื่ อสารทางอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics- Communication System) โครงสร้างของไดโอดวาแรกเตอร์เปรียบไดก้ บั ตวั เก็บประจุปรับค่าได้ แสดง ดงั รูปที่ 2.10 PN รูปท่ี 2.10 โครงสร้างของวาแรกเตอร์เทียบกบั ตวั เกบ็ ประจุปรับคา่ ได้ การทางานเบ้ืองตน้ (Basic Operation) เม่ือให้ไบแอสกลบั กบั ไดโอดวาแรกเตอร์ จะทาให้ บริเวณปลอดพาหะกวา้ งข้ึน ยงิ่ ค่าแรงดนั ไบแอสกลบั สูงมากเท่าไร บริเวณปลอดพาหะจะกวา้ งมากข้ึน เท่าน้นั การทางานของไดโอดวาแรกเตอร์เม่ือไดร้ ับไบแอสกลบั แสดงดงั รูปที่ 2.11 VR N VR P PN d d (ก) เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั สูง (ข) เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ต่า รูปที่ 2.11 การทางานของไดโอดวาแรกเตอร์เม่ือไดร้ ับไบแอสกลบั

61 จากรูป 2.11 (ก) แสดงการทางานเม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั สูง จะทาใหค้ ่าความเก็บประจุ (Capacitance) ของไดโอดวาแรกเตอร์ค่าลดลง ในทานองเดียวกนั เม่ือลดค่าแรงดนั ไบแอสกลบั ท่ีป้อน ให้กับไดโอดวาแรกเตอร์ ดังรูปที่ 2.11(ข) จะทาให้ค่าความเก็บประจุที่รอยต่อไดโอดมีค่ามากข้ึน เนื่องจากระยะห่างระหวา่ งเพลทท้งั สองของรอยตอ่ มีระยะส้ันลง คณุ ลกั ษณะทางไฟฟ้าของค่าความเกบ็ - ประจุที่เปล่ียนแปลงค่าตามการปรับแรงดนั ไบแอสกลบั แสดงดงั รูปที่ 2.12 C (µF) VR รูปที่ 2.12 กราฟคุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของไดโอดวาแรกเตอร์ ค่าความเกบ็ ประจุของไดโอดวาแรกเตอร์ แสดงดงั สมการท่ี 2.1 .…..(2.1) C = A d เม่ือ A คือ พ้ืนท่ีของเพลทที่รอยต่อพีเอน็  คอื ค่าคงที่ไดอิเลก็ ตริก d คอื ระยะห่างระหวา่ งเพลทท้งั สองที่รอยตอ่ พีเอน็ สญั ลกั ษณ์และวงจรสมมูลของไดโอดวาแรกเตอร์ แสดงดงั รูปท่ี 2.13 Rs Cv (ก) สญั ลกั ษณ์ (ข) วงจรสมมลู รูปที่ 2.13 สญั ลษั ณ์และวงจรสมมูลของไดโอดวาแรกเตอร์

62 การนาไดโอดวาแรกเตอร์ไปใช้งาน ไดโอดวาแรกเตอร์ถูกนาไปใช้ในวงจรปรับจูน- สัญญาณ เช่น ในการปรับจูนสัญญาณของเคร่ืองรับโทรทศั น์ (Tuning in TV) ซ่ึงใช้หลกั การของ วงจรเรโซแนนซ์ (Resonance) โดยนาไดโอดวาแรกเตอร์ต่อขนานกบั ขดลวด (Coil) แสดงดงั รูปท่ี 2.14 หรืออาจเรียกวงจรดงั กลา่ ววา่ วงจรแทงค์ (Tank Circuit ) Rs Vin +VC D1 L D2 รูปท่ี 2.14 การต่อไดโอดวาแรกเตอร์ในวงจรเรโซแนนซ์ การปรับจูนสัญญาณทาไดโ้ ดยการป้อนแรงดนั ไฟตรง (VC) เพื่อไบแอสกลบั ให้กบั ไดโอด วาแรกเตอร์ เพื่อให้ค่าความจุไฟฟ้าของไดโอดเปล่ียนแปลงไป เป็ นการปรับแต่งเพ่ือปรับเข้าหา ความถี่เรโซแนนซ์ (fr) ซ่ึงมีค่าดงั สมการท่ี 2.2 fr = 1 …….(2.2) 2π√LC เมื่อ fr คือ ความถ่ีเรโซแนนซ์ มีหน่วยเป็น เฮิรตซ์ (Hz) L คอื ความเหนี่ยวนาไฟฟ้า มีหน่วยเป็น เฮนรี (H) C คือ ค่าการเก็บประจุไฟฟ้า มีหน่วยเป็น ฟารัด (F)

63 2.9.2 ชอตต์กไี ดโอด ชอตต์กีไดโอด (Schottky Diode) สร้างข้ึนเพื่อใช้ในงานที่ตอ้ งการสวิตช์การ ทางานที่ความถ่ีสูง (High Frequency and Fast-Switching) บางคร้ังเรียกเป็นภาษาองั กฤษอีกช่ือหน่ึง วา่ Hot-Carrier Diode มีโครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ แสดงดงั รูปท่ี 2.15 - KN AK A (ก) โครงสร้าง (ข) สัญลกั ษณ์ รูปท่ี 2.15 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของชอตตก์ ีไดโอด จากรูปท่ี 2.15 (ก) แสดงโครงสร้างภายในของชอตตก์ ีไดโอด ซ่ึงเป็นสารก่ึงตวั นาซิลิคอน สร้างเป็นสารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ ส่วนสารอีกดา้ นหน่ึงจะใชโ้ ลหะท่ีนากระแสไดด้ ีแทนสารก่ึงตวั นา เช่น ทอง เงิน หรือทองคาขาว (Platinum) ทาหน้าที่แทนซ่ึงจะทาให้เกิดค่าตวั เก็บประจุที่รอยต่อมีค่าต่ามาก ทาใหน้ าไปใชง้ านที่ยา่ นความถ่ีสูงไดเ้ ป็นอยา่ งดี นิยมใชส้ ร้างเป็นวงจรรวมประเภท ดิจิตอลไอซี 2.9.3 ทนั เนลไดโอด (Tunnel Diode) ทันเนลไดโอดเป็ นไดโอดชนิดพิเศษ ท่ีมีคุณสมบัติมีค่าความต้านทานเป็ นลบ (Negative Resistance) ใช้กนั มากในวงจรกาเนิดสัญญาณคล่ืนส้ัน (Microwave Amplifier) จะใช้สารก่ึง ตวั นาชนิดเจอร์เมเนียมสร้างทนั เนลไดโอด สัญลกั ษณ์ของทนั เนลไดโอด แสดงดงั รูปที่ 2.16 รูปท่ี 2.16 สญั ลกั ษณ์ของทนั เนลไดโอด ทนั เนลไดโอดนิยมใช้สารก่ึงตวั นาชนิดเจอร์เมเนียมหรือแกลเลียมอาร์เซไนดส์ ร้าง โดยมี การโดปสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นและสารก่ึงตวั นาชนิดพีอยา่ งเขม้ ขน้ มีความหนาแน่นของโฮลในสารก่ึง-

64 ตวั นาชนิดพีและอิเล็กตรอนในสารเอ็นจานวนมากกว่าไดโอดปกติ เป็ นผลให้บริเวณปลอดพาหะ แคบมาก ดังน้ันเมื่อให้ไบแอสกลบั กบั ทนั เลไดโอดจะมีกระแสไหลยอ้ นกลับทันที ในทานอง เดียวกนั เมื่อทนั เนลไดโอดไดร้ ับไบแอสตรงจะนากระแสเหมือนไดโอดทว่ั ไป ในย่านระหวา่ งจุด AB และถา้ ให้ไบแอสตรงสูงข้ึนกระแสท่ีไหลผ่านทนั เนลไดโอดจะลดลง กราฟคุณลกั ษณะทาง- ไฟฟ้าของทนั เนลไดโอด แสดงดงั รูปท่ี 2.17 IF B AC VR รูปที่ 2.17 คณุ ลกั ษณะทางไฟฟ้าของทนั เนลไดโอด จากรูปที่ 2.17 ย่าน BC เปรียบเหมือนค่าความตา้ นทานของทนั เนลไดโอดมีค่ามากข้ึน เมื่อไดร้ ับไบแอสตรงค่าสูงข้ึน จึงเรียกย่าน BC วา่ ยา่ นความตา้ นทานเป็ นลบ (Negative Resistance- Region) ตัวอย่างการนาไปใช้งานของทันเนลไดโอด คือ วงจรกาเนิดสัญญาณ (Tunnel Diode Oscilloscope) แสดงดงั รูปท่ี 2.18 R1 D1 R2 R3 C L t รูปที่ 2.18 วงจรกาเนิดสญั ญาณที่ใชท้ นั เนลไดโอด

65 2.10 สรุป ซีเนอร์ไดโอด เป็นไดโอดอีกชนิดหน่ึงที่มีโครงสร้างเหมือนไดโอดเรียงกระแส มี 2 ขา คือขาแอโนด และขาแคโทด แต่การใชง้ านของซีเนอร์ไดโอด แตกต่างไปจากไดโอดเรียงกระแส ทวั่ ๆ ไป คือเม่ือให้ไบแอสตรงกบั ซีเนอร์ไดโอด จะมีการทางานจะเหมือนกับไดโอดเรียงกระแส แต่เมื่อซีเนอร์ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั ถึงค่าแรงดนั ท่ีกาหนด ซีเนอร์ไดโอดจะนากระแสและรักษา ระดบั แรงดนั ใหค้ งท่ีเท่ากบั ค่า VZ การใชง้ านท่ีนิยมใชม้ ากที่สุดคือ ใชซ้ ีเนอร์ไดโอดในการควบคุม แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงใหค้ งท่ีในวงจร และอาจใชซ้ ีเนอร์ไดโอดในวงจรตดั รูปคล่ืน วาแรกเตอร์ไดโอด เรียกชื่อเป็ นภาษาอังกฤษอีกอย่างหน่ึงว่า Variable-Capacitor- Diode เพราะว่าที่รอยต่อพีเอ็นของไดโอดมีค่าความเก็บประจุแฝงอยู่ และค่าความเก็บประจุน้ี จะ แปรผันกับแรงดันไบแอสกลับที่ป้อนให้กับไดโอดวาแรกเตอร์ ใช้ในวงจรการปรับแต่ง อิเลก็ ทรอนิกส์ ในระบบการส่ือสารทางอิเลก็ ทรอนิกส์ ชอตตก์ ีไดโอด สร้างข้ึนเพ่ือใชใ้ นงานที่ตอ้ งการสวิตช์การทางานที่ความถี่สูง ซ่ึงสร้างข้ึน เพือ่ ใชใ้ นงานที่ตอ้ งการสวิตชก์ ารทางานที่ความถี่สูง ทนั เนลไดโอดเป็นไดโอดชนิดพิเศษที่มีคุณสมบตั ิมีคา่ ความตา้ นทานเป็นลบ ใชก้ นั มากใน วงจรกาเนิดสญั ญาณคล่ืนส้นั จะใชส้ ารก่ึงตวั นาชนิดเจอร์เมเนียมสร้าง

66 แบบฝึ กหดั หน่วยท่ี 2 ซีเนอร์ไดโอดและไดโอดชนดิ พเิ ศษ จงเลือกคาตอบท่ีถูกตอ้ งที่สุดเพียงขอ้ เดียว

67 แบบทดสอบก่อนเรียน หน่วยท่ี 2 ซีเนอร์ไดโอดและไดโอดชนิดพิเศษ คำชี้แจง 1. ทาเคร่ืองหมายกากบาท (x) ขอ้ ที่ผูเ้ รียนเห็นว่าถูกตอ้ งที่สุดเพียงขอ้ เดียวลงใน กระดาษคาตอบ (คะแนนเต็ม 10 คะแนน) 2. เวลาสาหรับการทาแบบประเมิน 10 นาที 1. ซีเนอร์ไดโอดแตกต่างจากไดโอดธรรมดาตามขอ้ ใด ก. การออกแบบใช้งาน ข. สารที่ใชผ้ ลิต ค. โครงสร้าง ง. การโดปสารก่ึงตวั นา จ. การทางานเมื่อให้ไบแอสตรง 2. ถา้ ใหแ้ รงดนั ไบแอสกลบั สูงกวา่ คา่ VZ กบั ซีเนอร์ไดโอดจะทาใหเ้ กิดผลขอ้ ใด ก. ซีเนอร์ไดโอดช็อต ข. ซีเนอร์ไดโอดไมน่ ากระแส ค. ซีเนอร์ไดโอดเกิดการอิ่มตวั ง. ซีเนอร์ไดโอดรักษาแรงดนั เท่ากบั ค่าแรงดนั ซีเนอร์ จ. ซีเนอร์ไดโอดทางานเหมือนกบั ไดโอดธรรมดา 3. ซีเนอร์ไดโอดมีโครงสร้างเหมือนกบั อุปกรณ์ใด ก. เฟต ข. ไดโอด ค. เอสซีอาร์ ง. ทรานซิสเตอร์ จ. หลอดสุญญากาศ 4. วงจรสมมูลของซีเนอร์ไดโอดขอ้ ใดถูกตอ้ ง . . .. .

68 5. ซีเนอร์ไดโอดจะทางานในสภาวะใด ก. แรงดนั ซีเนอร์ ข. แรงดนั อะวาลานซ์ ค. แรงดนั ไบแอสตรง ง. แรงดนั คงที่ จ. แรงดันอา้ งอิง 6. การวดั และทดสอบซีเนอร์ไดโอดสามารถทาไดเ้ ช่นเดียวกบั อุปกรณ์ใด ก. ไดโอด ข. ทรานซิสเตอร์ ค. เอสซีอาร์ ง. ไดแอก จ. ไทรแอก 7. ซีเนอร์ไดโอดผลิตข้ึนมาเพ่ือใชง้ านประเภทใด ก. ทาหนา้ ที่เป็นสวิตช์ ข. ทาหนา้ ที่จากดั กระแสในวงจร ค. ทาหนา้ ท่ีกรองแรงดนั ไฟฟ้า ง. ทาหนา้ ที่แปลงแรงดนั ไฟสลบั ใหเ้ ป็นไฟตรง จ. ทาหนา้ ที่รักษาแรงดนั เอาตพ์ ุตใหค้ งท่ี 8. จากวงจรท่ีกาหนดให้ เป็นวงจรใชง้ านซีเนอร์ไดโอด ชนิดใด ก. วงจรเรียงกระแส ข. วงจรรักษาแรงดนั คงที่ ค. วงจรตดั รูปคลื่น ง. วงจรกรองแรงดนั จ. วงจรทวแี รงดนั 9. อปุ กรณ์ใดท่ีมีคา่ ความเกบ็ ประจุแฝงอยทู่ ี่บริเวณรอยต่อพีเอน็ ก. ไดโอด ข. ซีเนอร์ไดโอด ค. ไดโอดเปลง่ แสง ง. ชอตตก์ ีไดโอด จ. ไดโอดวาแรกเตอร์ 10. อุปกรณ์ใดสร้างข้นึ เพื่อใชง้ านที่ความถ่ีสูง ก. ไดโอด ข. ซีเนอร์ไดโอด ค. ไดโอดเปลง่ แสง ง. ชอตตก์ ีไดโอด จ. ไดโอดวาแรกเตอร์