unit1 สารกึ่งตัวนำ

[ปี] หน่วยที่ 1 สารก่ึงตวั นา [ชื่อรองของเอกสาร] FASTERUSER MR.KKD | [ท่ีอยบู่ ริษัท]

1 หน่วยที่ 1 สารกง่ึ ตัวนาและไดโอด 1.1 คานา อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์หลายชนิด เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ เฟต อุปกรณ์ไทริสเตอร์ วงจรรวม มีโครงสร้างที่ทามาจากสารก่ึงตวั นา การศึกษาการทางานของอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์กลุ่ม น้ีจึงตอ้ งศึกษาและมีความเขา้ ใจถึงโครงสร้างอะตอม และโครงสร้างของสารก่ึงตวั นาที่นามาใช้ ซ่ึง ส่วนใหญ่แลว้ มี 2 ประเภทคือ ซิลิคอน และเจอร์เมเนียม นนั่ เอง 1.2 คานิยามของธาตุ อะตอม และสารกงึ่ ตัวนา 1.2.1 ธาตุ (Element) คือ สารบริสุทธ์ิท่ีประกอบด้วยอะตอมเพียงหน่ึงประเภท เช่น ทองแดง ไฮโดรเจน คาร์บอน ลกั ษณะของธาตุ แสดงดังรูปท่ี 1.1 รูปที่ 1.1 ลกั ษณะของธาตตุ ่าง ๆ ท่ีมา http://shamhutsakorn.blogspot.com, 2556 1.2.2 อะตอม (Atom) คืออนุภาคที่เล็กที่สุดท่ีไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก และยงั รักษาคณุ สมบตั ิของธาตนุ ้นั ๆไวไ้ ด้ 1.2.3 นิวเคลียส (Nucleus) เป็นแกนหรือศูนยก์ ลางของอะตอม ประกอบดว้ ยโปรตอน (Proton) มีประจุเป็นบวก และนิวตรอน (Neutron) มีประจุเป็นกลาง

2 1.2.4 นิวตรอน เป็ นอนุภาคในนิวเคลียสของอะตอม ไม่มีประจุทางไฟฟ้า (เป็ น กลาง) 1.2.5 โปรตอน เป็นอนุภาคในศูนยก์ ลางของอะตอม มีประจุเป็นบวก 1.2.6 อิเล็กตรอน (Electron) เป็ นอนุภาคท่ีมีประจุเป็ นลบ โคจรวนอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส 1.2.7 อิเล็กตรอนวงนอกสุด (Valence electrons) คือ อิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุด ของอะตอม 1.2.8 ตวั นา (Conductor) คือ ธาตหุ รือสารที่ยอมใหก้ ระแสไฟฟ้าไหลผา่ นไดส้ ะดวก 1.2.9 ฉนวน (Insulator) คือ ธาตุหรือสารที่มีค่าความตา้ นทานสูงตา้ นการไหล ของกระแสไฟฟ้า 1.2.10 สารก่ึงตวั นา (Semiconductor) หมายถึง สารท่ีมีค่าความตา้ นทานอยู่ระหว่าง ตวั นากบั ฉนวน ใชผ้ ลิตอุปกรณ์โซลิดสเตท (Solid-state) เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ เป็นตน้ 1.3 โครงสร้างพื้นฐานของอะตอม สสารต่าง ๆ ที่เราพบอยู่ทัว่ ไปน้ัน ถา้ พิจารณาลงไปถึงส่วนประกอบขนาดเล็กที่ ประกอบกนั เป็ นสสารน้ันแลว้ จะพบว่าประกอบดว้ ยโมเลกุล ซ่ึงโมเลกุลเป็ นส่วนประกอบที่ เล็กที่สุดของสารและยงั แสดงสมบตั ิของธาตุน้ันอยู่ได้ เช่น โมเลกุลของน้า (H2O) ในแต่ละ โมเลกุลจะประกอบดว้ ยส่วนที่เล็กลงไปอีกเรียกว่าอะตอม จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ ทาให้ทราบว่าอะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลียสที่อยู่เป็ นแกนกลางของอะตอม และมีอิเล็กตรอน โคจรรอบนิวเคลียสน้ันโครงสร้างของอะตอม แสดงดงั รูปท่ี 1.2

3 รูปท่ี 1.2 โครงสร้างของอะตอม จากรูปที่ 1.2 แสดงโครงสร้างของอะตอม ภายในนิวเคลียสประกอบด้วยอนุภาคของ โปรตอนและนิวตรอนอยูร่ วมกนั อิเลก็ ตรอนท่ีโคจรอยู่รอบนิวเคลียสน้นั มีประจุเป็ นลบ ส่วนโปรตอน มีประจุเป็ นบวก นิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสมีประจุเป็ นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติแลว้ อะตอมของธาตุ ต่าง ๆ จะเป็ นกลางทางไฟฟ้า ในธาตุเดียวกนั อะตอมของธาตุน้นั จะมีจานวนโปรตอนและอิเล็กตรอน เท่ากนั วตั ถุหรือสารแต่ละชนิด มีจานวนอิเลก็ ตรอนและโปรตอนแตกต่างกนั ออกไปซ่ึงสามารถศึกษา ไดจ้ ากตารางธาตุ ตวั อยา่ งเช่น อะตอมของไฮโดรเจน (Hydrogen) และฮีเลียม(Helium) แสดงดงั รูปท่ี 1.3 + ++ (ก) ไฮโดรเจน (ข) ฮีเลียม รูปที่ 1.3 โครงสร้างอะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียม

4 จากรูปที่ 1.3 (ก) แสดงโครงสร้างของไฮโดรเจน ซ่ึงประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัว และ อิเล็กตรอน 1 ตวั และจากรูปที่ 1.3 (ข) แสดงโครงสร้างของฮีเลียม ซ่ึงประกอบดว้ ยโปรตอน 2 ตวั และ อิเล็กตรอน 2 ตวั จานวนอิเล็กตรอนท่ีโคจรรอบนิวเคลียสจะแบ่งเป็ นช้ัน ๆ โดยแต่ละวงโคจรจะมี อิเลก็ ตรอนบรรจุอยไู่ ม่เท่ากนั เรียงลาดบั จากนอ้ ยไปหามาก แสดงดงั รูปท่ี 1.4 n=7 6 5 4 3 2 1 K LMNO P Q รูปที่ 1.4 วงโคจรของอิเล็กตรอน จากรูปที่ 1.4 แสดงวงโคจรของอิเล็กตรอน โดยแต่ละวงจะสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้ จานวนเท่าใดน้นั สามารถคานวณไดจ้ ากสูตร 2n2โดย n คือ ลาดบั วงโคจรที่ห่างจากนิวเคลียส วงโคจร- อิเล็กตรอนที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสจะบอกกากับไวเ้ ป็ นตวั อกั ษร ซ่ึงในวงในสุดที่ติดกบั นิวเคลียสจะ นบั เป็นวงแรกคือวง K และวงท่ีอยูอ่ อกห่างไปเร่ือย ๆ ก็จะเป็น L, M, N, O, P, Q ตามลาดบั แต่ละวงจะมี อิเลก็ ตรอนไดส้ ูงสุดตามสูตร 2n2 ดงั น้นั วง K ซ่ึงเป็นวงที่ 1 จะมีอิเลก็ ตรอนสูงสุดเท่ากบั 2n2 = 2(1)2 = 2 ตวั วงท่ี 2 หรือ L = 8 ตัว วงที่ 3 หรือ M = 18 ตัว วงที่ 4 หรือ N = 32 ตัว วงที่ 5 หรือ O = 50 ตัว โดย ต้งั แต่วง O เป็ นตน้ ไป จานวนอิเล็กตรอนที่บรรจุลงไปจะไม่เต็มจานวนตามสูตรท่ีคานวณได้ วงโคจร ของอิเล็กตรอน อะตอมของธาตุแต่ละชนิดมีจานวนอิเล็กตรอนมากน้อยแตกต่างกนั ซ่ึงจะทาให้การ บรรจุอิเล็กตรอนลงในแต่ละช้นั ไม่เต็มจานวน และมีขอ้ จากดั คือ อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่วงนอกสุดจะมี อิเล็กตรอนได้มากสุดไม่เกิน 8 ตวั อิเล็กตรอนวงนอกสุดจะอยู่ท่ีช้นั ใดก็ไดไ้ ม่จาเป็ นจะตอ้ งอยู่ช้นั Q เท่าน้ัน ช้ันที่ถูกบรรจุอิเล็กตรอนเป็ นช้ันสุดทา้ ยของอะตอมเรียกอิเล็กตรอนวงนอกสุดน้ีว่า เวเลนซ์ อิเลก็ ตรอน ซ่ึงเวเลนซ์อิเลก็ ตรอนในธาตุแตล่ ะชนิดจะมีจานวนไม่เท่ากนั

5 1.4 สารก่ึงตัวนาและรอยต่อพีเอ็น เมื่อพิจารณาความแตกต่างระหว่างคุณสมบตั ิท้งั 3 แบบ คอื ฉนวน สารก่ึงตวั นา และตวั นา ของวัสดุพิจารณาได้จากช่องว่างของแถบพลังงาน (Energy Gap) ระหว่างแถบความนาไฟฟ้า (Conduction Band) และอิเล็กตรอนช้ันนอกสุดของอะตอม (Valence Band) ซ่ึงแถบพลงั งานของสสาร แสดงดงั รูปที่ 1.5 รูปท่ี 1.5 แถบพลงั งานของสสาร จากรูปที่ 1.5 แสดงแถบพลงั งานของสสาร โดยสารที่เป็ นฉนวนจะมีช่องว่างของแถบ- พลงั งานมากที่สุด แสดงว่าการเกิดอิเล็กตรอนอิสระเกิดยากมาก จึงไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลได้ ในวสั ดุท่ี เป็นฉนวน สาหรับสารก่ึงตวั นาช่องวา่ งของพลงั งานจะแคบกวา่ ฉนวน แสดงวา่ อิเลก็ ตรอนอิสระเกิดข้ึน ในแถบความนาไดเ้ มื่อไดร้ ับพลงั งานจากภายนอก และตวั นาจะไม่มีช่องว่างของแถบพลงั งานแต่แถบ ความนาไฟฟ้าจะซ้อนอยู่กบั แถบของวงโคจรวงนอกสุดของอะตอม แสดงว่าอิเล็กตรอนอิสระเกิดข้ึน (เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวสั ดุที่เป็นตวั นา) 1.4.1 สารกง่ึ ตัวนาบริสุทธ์ิ สารก่ึงตัวนาบริสุทธ์ิ คือ สารก่ึงตวั นาท่ียงั ไม่ได้เติมสารเจือปน (Doping) ลงไป สารก่ึงตวั นาท่ีนิยมนาไปทาเป็นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ก็คือ ซิลิคอน และเจอร์เมเนียม ผลึกของซิลิคอน และเจอร์เมเนียมมีลกั ษณะ แสดงดงั รูปที่ 1.6

6 (ก) ธาตุซิลิคอน (ข) ธาตุเจอร์เมเนียม รูปที่ 1.6 ผลึกของซิลิคอนและเจอร์เมเนียม ท่ีมา http://images-of-elements.com/silicon.php, 2555 จากรูปที่ 1.6 แสดงผลึกของซิลิคอนและเจอร์เมเนียม สารก่ึงตัวนาท้ังสองชนิดน้ีจะมี เวเลนซ์อิเลก็ ตรอนจานวน 4 ตวั แตอ่ ิเลก็ ตรอนรวมท้งั หมดจะไมเ่ ท่ากนั โดยซิลิคอนจะมีอิเลก็ ตรอนรวม ท้งั หมดจานวน 14 ตวั ส่วนเจอร์เมเนียมจะมีอิเลก็ ตรอนรวมท้งั หมดจานวน 32 ตวั มี ซ่ึงเราสามารถแสดง การจดั เรียงตวั ของอิเลก็ ตรอนในแต่ละลาดบั ช้นั ของธาตุท้งั สองชนิด แสดงดงั รูปที่ 1.7 4 Si Ge (ก) อะตอมของธาตุซิลิคอน (ข) อะตอมของธาตุเจอร์เมเนียม รูปที่ 1.7 โครงสร้างของอะตอมของธาตุซิลิคอนและธาตุเจอร์เมเนียม จากรูปที่ 1.7 แสดงโครงสร้างของอะตอมของธาตุซิลิคอนและธาตุเจอร์เมเนียม ซ่ึง โครงสร้างอะตอมของซิลิคอนและเจอร์เมเนียม เม่ืออยู่รวมกนั หลายๆ อะตอมจะจบั กนั เป็ นผลึก ในรูปของพนั ธะโคเวเลนซ์ (Covalence Bond) แสดงดงั รูปท่ี 1.8

7 Si Si Ge Ge Si Si Ge Ge Si Ge รูปที่ 1.8 พนั ธะโคเวเลนซ์ของซิลิคอนและเจอร์เมเนียม จากรูปท่ี 1.8 แสดงพันธะโคเวเลนซ์ของซิลิคอนและเจอร์เมเนียม ซ่ึงซิลิคอนและ เจอร์เมเนียมในหน่ึงอะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว จะต้องใช้อิเล็กตรอนร่วมกันกับอะตอม ขา้ งเคยี งอีก 4 อะตอม จึงจะมีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตวั เพือ่ ใหอ้ ะตอมอยใู่ นสภาพเสถียร 1.4.2 สารก่ึงตัวนาไม่บริสุทธ์ิ สารก่ึงตวั นาไมบ่ ริสุทธ์ิ คอื การนาเอาธาตซุ ิลิคอน หรือธาตุเจอร์เมเนียมบริสุทธ์ิ มาเติมสารเจือปน โดยใชส้ ารเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตวั หรือสารเจือปนที่มีอิเลก็ ตรอน วงนอกสุด 5 ตวั ซ่ึงจะทาให้ไดส้ ารก่ึงตวั นาใหมข่ ้ึนมา คือถา้ เติมสารเจือปนที่เวเลนซ์อิเลก็ ตรอน 5 ตวั ลงไปจะไดส้ ารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ แต่ถา้ เติมสารเจือปนที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตวั ลงไปจะได้ สารก่ึงตัวนาชนิดพี สารที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว ท่ีนามาใช้เป็ นสารเจือปนได้แก่โบรอน อินเดียม แกลเลียม และอะลูมิเนียม ส่วนสารท่ีมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตวั ท่ีนามาใชเ้ ป็นสารเจือปน ไดแ้ ก่ ฟอสฟอรัส อาเซนิค เป็นตน้ 1. สารกงึ่ ตวั นาชนิดเอน็ (N-Type Semiconductor) สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นเป็นสารก่ึงตวั นาที่เกิดจากการเติมสารเจือปน ท่ีมีเวเลนซ์ อิเล็กตรอน 5 ตวั เช่น ฟอสฟอรัส อาเซนิค อย่างใดอย่างหน่ึงลงไปในธาตุซิลิคอน หรือเจอร์เมเนียม- บริสุทธ์ิ แสดงดงั รูปที่ 1.9 Si Si Si P Si

8 รูปที่ 1.9 การเกิดอิเล็กตรอนอิสระของสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น จากรูปที่ 1.9 แสดงการเกิดอิเลก็ ตรอนอิสระของสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น เม่ือเติมฟอสฟอรัส ลงไปในซิลิคอน จะทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซ่ึงกนั และ กนั หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อให้ได้ครบ 8 ตัว แต่จากการรวมตวั ทาให้เหลืออิเล็กตรอน 1 ตัว เพราะฟอสฟอรัสซ่ึงเป็นสารเจือปนมีเวเลนซอ์ ิเลก็ ตรอน 5 ตวั รวมกบั ซิลิคอน (หรือเจอร์เมเนียม) ท่ีมี เวเลนซ์อิเลก็ ตรอน 4 ตวั จึงมีอิเล็กตรอน 9 ตวั ดงั น้ันจึงมีอิเล็กตรอนท่ีไม่สามารถจบั ตวั กบั อะตอม ขา้ งเคียงและอยู่นอกวงโคจรจานวน 1 ตวั เรียกอิเล็กตรอนน้ีวา่ อิเล็กตรอนอิสระ ซ่ึงจะแสดงประจุลบ ออกมาการเกิดอิเลก็ ตรอนอิสระของสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น 2. สารกง่ึ ตัวนาชนิดพี (P-Type Semiconductor) เป็ นสารก่ึงตวั นาท่ีเกิดจากการเติมธาตุเจือปนที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนจานวน 3 ตวั เช่น โบรอน อินเดียม แกลเลียม อยา่ งใดอยา่ งหน่ึงลงไปในธาตุซิลิคอนหรือธาตุเจอร์เมเนียม การเกิดโฮล ของสารก่ึงตวั นาชนิดพี แสดงดงั รูปที่ 1.10 Si Si Br Si Si รูปท่ี 1.10 การเกิดโฮลของสารก่ึงตวั นาชนิดพี จากรูปท่ี 1.10 แสดงการเกิดโฮลของสารก่ึงตวั นาชนิดพี เมื่อเติมโบรอนลงในซิลิคอนจะ ทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซ่ึงกนั และกนั หรือใช้อิเล็กตรอน ร่วมกันเพื่อให้ครบ 8 ตวั จากการรวมตัวกันทาให้อะตอมของสารก่ึงตวั นาขาดอิเล็กตรอนไป 1 ตัว เพราะโบรอนซ่ึงเป็นสารเจือปนมีเวเลนซ์อิเลก็ ตรอน 3 ตวั รวมตวั กบั ธาตซุ ิลิคอน (หรือเจอร์เมนียม) ที่มี เวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว จึงเท่ากับมีอิเล็กตรอนเพียง 7 ตัว ทาให้เกิดช่องว่างข้ึน เรียกส่วนท่ีขาด อิเลก็ ตรอนน้ีวา่ โฮล (Hole) ซ่ึงแปลวา่ หลมุ โฮลน้ีจะแสดงประจุบวกออกมา 3. พาหะข้างมากและพาหะข้างน้อย

9 การเติมสารเจือปนหมู่ท่ี 5 และหมู่ท่ี 3 ลงในสารก่ึงตวั นาบริสุทธ์ิไม่เพียงทาให้ เกิดอิเล็กตรอนหรือโฮล อยา่ งใดอยา่ งหน่ึงเป็นพาหะนาไฟฟ้าเท่าน้นั แต่ในตวั สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น ยงั มีโฮลอย่ดู ว้ ย เพียงแต่มีปริมาณนอ้ ยกวา่ อิเลก็ ตรอนเป็นจานวนมาก เราจึงเรียกอิเล็กตรอนในสาร ก่ึงตัวนาชนิดเอ็นว่าเป็ นพาหะข้างมาก (Majority Carrier) และเรียกโฮลว่าเป็ นพาหะข้างน้อย (Minority Carrier) ส่วนสารก่ึงตวั นาชนิดพี จะเรียกโฮลวา่ เป็ นพาหะขา้ งมาก ส่วนเรียกอิเล็กตรอน วา่ เป็นพาหะขา้ งนอ้ ย 1.4.3 รอยต่อพีเอ็น เมื่อนาผลึกของสารก่ึงตวั นา 2 ชนิดมาต่อกนั โดยให้ดา้ นหน่ึงเป็ นสารก่ึง ตวั นาชนิดเอ็นและอีกดา้ นหน่ึงเป็ นสารก่ึงตวั นาชนิดพี บริเวณก่ึงกลางระหว่างสารก่ึงตวั นาท้ัง สองจะเกิดบริเวณรอยต่อที่เรียกว่ารอยต่อพีเอ็น (P-N Junctions) ลกั ษณะโครงสร้างของรอยต่อ พีเอ็นในสารก่ึงตวั นา แสดงดงั รูปท่ี 1.11 P-N PN รูปท่ี 1.11 โครงสร้างรอยต่อพีเอ็น จากรูปที่ 1.11 แสดงโครงสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยพิจารณาบริเวณรอยต่อพีเอ็นจะเกิด ปรากฎการณ์ท่ีอิเล็กตรอนอิสระซ่ึงเป็ นพาหะขา้ งมากมีประจุเป็นลบ ท่ีอยใู่ นสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น จะเคลื่อนท่ีขา้ มรอยต่อเขา้ ไปรวมตวั กับโฮลซ่ึงเป็ นพาหะขา้ งมากมีประจุเป็ นบวก ท่ีอย่ใู นสารก่ึง- ตวั นาชนิดพี เมื่อเกิดการรวมตวั แลว้ จะทาใหเ้ กิดศกั ยไ์ ฟฟ้าข้ึนที่บริเวณรอยตอ่ แสดงดงั รูปท่ี 1.12 PN + + + + +

10 รูปที่ 1.12 บริเวณปลอดพาหะของสารก่ึงตวั นา จากรูปที่ 1.12 แสดงบริเวณปลอดพาหะของสารก่ึงตวั นา ซ่ึงถา้ เป็ นสารก่ึงตวั นาท่ีทามา- จากซิลิคอน จะมีศกั ยไ์ ฟฟ้า 0.7 V และถา้ สารก่ึงตวั นาทามาจากเจอร์เมเนียมจะมีศกั ยไ์ ฟฟ้า 0.3 V เรียก บริเวณรอยต่อน้ีว่า บริเวณปลอดพาหะหรือดีพลีชันรีจิน (Depletion Region) รอยต่อพีเอ็นน้ีเม่ือนา ข้วั โลหะท่ีเป็ นตวั นาต่อเขา้ กบั สารก่ึงตัวนาชนิดพีเรียกว่าข้วั แอโนด (Anode) และนาข้วั โลหะที่เป็ น ตวั นาต่อกบั สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นเรียกว่าข้วั แคโทด (Cathode) ซ่ึงก็คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า ไดโอด (Diode) นนั่ เอง 1.4.4 การไบแอสรอยต่อพีเอ็น การไบแอส (Bias) คือ การต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้กบั รอยต่อพีเอ็นทาให้เกิด การไหลของกระแสไฟฟ้าผา่ นรอยตอ่ พีเอน็ การไบแอสมี 2 ลกั ษณะคอื ไบแอสตรง (Forward Bias) และไบแอสกลบั (Reverse Bias) 1. การไบแอสตรง การไบแอสตรง คอื การต่อแหลง่ จ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเขา้ กบั รอยต่อพีเอน็ โดย ให้สารก่ึงตวั นาชนิดพีหรือข้วั แอโนดต่อกบั ข้วั บวกของแบตเตอร่ี และสารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ หรือข้วั แคโทดตอ่ กบั ข้วั ลบของแบตเตอรี่ การไบแอสตรงใหก้ บั รอยต่อพีเอน็ แสดงดงั รูปท่ี 1.13 PN VB รูปท่ี 1.13 การไบแอสตรงให้กบั รอยต่อพีเอ็น จากรูปท่ี 1.13 แสดงการไบแอสตรงให้กบั รอยต่อพีเอ็น ซ่ึงจะทาให้เกิดกระแสไฟฟ้า ไหลผา่ นรอยตอ่ พีเอน็ ได้ การไหลของกระแสไฟฟ้าเกิดข้ึน 2 ทิศทาง ดงั น้ี (1) กระแสอิเล็กตรอน (Electron Current) เป็ นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน แสดง ดงั รูปที่ 1.14

11 PN + + + + + + VB รูปท่ี 1.14 ทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอน จากรูปที่ 1.14 แสดงทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอน โดยอิเล็กตรอนจากข้วั ลบของแหล่งจ่ายไฟฟ้า VB ซ่ึงมีศกั ยส์ ูงกวา่ ศกั ยไ์ ฟฟ้าที่บริเวณรอยต่อพีเอ็น เคล่ือนท่ีผ่านสารก่ึงตวั นา ชนิดเอ็น และผลกั อิเล็กตรอนอิสระซ่ึงเป็ นพาหะขา้ งมากในสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นให้เคลื่อนที่ ขา้ มรอยต่อผ่านสารก่ึงตวั นาชนิดพี ขณะเดียวกนั อิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดจากประจุบวกของ แหล่งจ่ายไฟฟ้าด้วย ทาให้เกิดเป็ นกระแสอิเล็กตรอน ซ่ึงพิจารณาจากทิศทางการเคลื่อนที่จะ เคล่ือนจากข้วั ลบไปยงั ข้วั บวกทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอน (2) กระแสนิยม (Conventional Current) เป็นการเคลื่อนที่ของโฮล แสดงดงั รูปที่ 1.15 PN + + + + + + VB รูปท่ี 1.15 ทิศทางการไหลของกระแสนิยม

12 จากรูปท่ี 1.15 แสดงทิศทางการไหลของกระแสนิยม โดยโฮลจากข้ัวบวกของแหล่งจ่าย ไฟฟ้าซ่ึงมีศกั ยส์ ูงกวา่ ศกั ยไ์ ฟฟ้าที่บริเวณรอยต่อพีเอน็ เคลื่อนที่ผ่านสารก่ึงตวั นาชนิดพี และผลกั โฮลซ่ึง เป็นพาหะขา้ งมากในสารก่ึงตวั นาชนิดพีให้เคลื่อนที่ขา้ มรอยต่อผา่ นสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นขณะเดียวกนั โฮลจะถูกดึงดูดจากประจุลบของแหล่งจ่ายไฟฟ้าดว้ ย ทาให้เกิดเป็ นกระแสโฮลซ่ึงพิจารณาจากทิศทาง การเคลื่อนที่จะเคลื่อนจากข้ัวบวกไปยงั ข้ัวลบ กระแสโฮลถูกนามาใชใ้ นการอธิบายทิศทางการ เคลื่อนของกระแสไฟฟ้ามากกว่ากระแสอิเล็กตรอน จึงถูกเรียกว่า กระแสนิยม ซ่ึงเอกสารการ- สอนฉบบั น้ีจะอธิบายโดยใช้กระแสนิยมเป็ นหลกั ทิศทางการไหลของกระแสนิยม 2. การไบแอสกลับ การไบแอสกลบั หมายถึง การต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงให้กับรอยต่อพีเอ็น โดยใหส้ ารก่ึงตวั นาชนิดพีหรือข้วั แอโนดต่อกบั ข้วั ลบของแบตเตอรี่ และสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นหรือข้วั - แคโทดตอ่ กบั ข้วั บวกของแบตเตอรี่การจ่ายไบแอสกลบั ใหก้ บั รอยต่อพีเอน็ แสดงดงั รูปท่ี 1.16 PN VB รูปท่ี 1.16 การจ่ายไบแอสกลบั ให้กบั รอยต่อพีเอ็น เมื่อรอยต่อพีเอ็นไดร้ ับไบแอสกลบั พิจารณาท่ีบริเวณรอยต่อพีเอ็น ดีพลีชนั รีจินจะกวา้ ง ข้ึนแสดงดงั รูปที่ 1.17 PN -+ -+ -+ -+ -+ VB รูปที่ 1.17 รอยต่อพีเอ็นเม่ือไดร้ ับไบแอสกลบั

13 จากรูปที่ 1.17 แสดงรอยต่อพีเอ็นเม่ือได้รับไบแอสกลบั ศกั ยไ์ ฟฟ้าที่ข้ัวบวกของ แบตเตอร่ี จะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่ในสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น และข้วั ลบของแบตเตอรี่จะ ดึงดูดโฮลที่สารก่ึงตวั นาชนิดพีทาให้ประจุไฟฟ้าท้งั สองออกห่างจากบริเวณปลอดพาหะ ถา้ ให้ ค่าแรงดนั ไบแอสกลบั มีค่าสูงมาก ๆ จะทาให้บริเวณปลอดพาหะมีขนาดกวา้ งข้ึน และไม่มี กระแสไหลขา้ มรอยต่อ รอยต่อพีเอ็นเมื่อได้รับไบแอสกลบั รอยต่อพีเอ็นเป็ นโครงสร้างของไดโอด ซ่ึงเป็นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ นอกจากน้ีสาร ก่ึงตัวนาชนิดพีและชนิดเอ็นยงั เป็ นสารก่ึงตัวนาที่จะนาไปสร้างเป็ นอุปกรณ์ชนิดอ่ืน ๆ เช่น ทรานซิสเตอร์ เฟต เอสซีอาร์ ไดแอก ไตรแอก และอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาทางแสงท่ีจะกล่าวถึงใน หน่วยตอ่ ๆ ไปดว้ ย 1.5 ไดโอด ไดโอด (Diode) เป็ นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีสร้างมาจากสารก่ึงตวั นา 2 ชนิด คือ สารก่ึง- ตวั นาชนิดพีและสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น ไดโอดมีคุณสมบตั ิเป็นอุปกรณ์ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ไดท้ างเดียวเมื่อจ่ายแรงดนั ให้กบั ไดโอดเป็นแบบไบแอสตรง และไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านเมื่อ ใหไ้ บแอสกลบั ลกั ษณะรูปร่างของไดโอดเรียงกระแส แสดงดงั รูปท่ี 1.18 รูปที่ 1.18 ลกั ษณะของไดโอดเรียงกระแส ไดโอดนอกจากผลิตออกมาเป็นตวั ดงั กล่าวมาขา้ งตน้ แลว้ ยงั ผลิตออกมาในรูปแบบวงจร โดยการนาไดโอดแต่ละตวั มาต่อเป็ นวงจรต่าง ๆ เช่นวงจรแปลงไฟฟ้ากระแสสลบั เป็ นไฟฟ้ากระแส ตรงที่เรียกว่าไดโอดเรียงกระแสแบบบริดจ์ (Diode Bridge Rectifiers) หรือนาไดโอดมาต่อเรียงเป็ น

14 แถว (Diode Arrays) ในลักษณะแตกต่างกันตามการใช้งาน หรื อถูกสร้างในรูปแบบวงจรรวม (Integrated Circuit) หรือท่ีเรียกวา่ ไอซี รูปร่างของไดโอดที่ผลิตในรูปแบบวงจรรวม แสดงดงั รูปท่ี 1.19 รูปที่ 1.19 รูปร่างของไดโอดท่ีผลิตในรูปแบบวงจรรวม ท่ีมา http://www.kootation.com, 2556 1.5.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอด โครงสร้างของไดโอดสร้างมาจากสารก่ึงตวั นา 2 ช้นั คือ สารก่ึงตวั นาชนิดพีและ สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ ต่อขาออกมาใชง้ าน 2 ขา ดงั รูปที่ 1.20 (ก) ขาที่ต่อกบั สารก่ึงตวั นาชนิดพี คือ ขา- แอโนด ใช้ตวั ย่อ A และขาที่ต่อกบั สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น คือ ขาแคโทด ใช้ตวั ย่อ Kสัญลกั ษณ์ของ ไดโอดประกอบดว้ ยหวั ลกู ศรเป็นขาแอโนด และอีกดา้ นหน่ึงเป็นแคโทด แสดงดงั รูปที่ 1.20 (ข) A PN K (ก) โครงสร้าง A KA K (ข) สัญลกั ษณ์ รูปที่ 1.20 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของไดโอด

15 สัญลกั ษณ์ของไดโอดจะมีหัวลูกศร ซ่ึงแสดงให้เห็นว่ากระแสโฮลจะไหลจากขาแอโนด ไปสู่ขาแคโทด (ในสภาวะไดร้ ับไบแอสตรง) แสดงดงั รูปท่ี 1.21 I AK รูปที่ 1.21 ทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านตวั ไดโอด 1.5.2 การจัดแรงดันไบแอสไดโอด ไดโอดเป็ นอุปกรณ์สารก่ึงตวั นา ท่ีสร้างมาจากสารก่ึงตวั นาชนิดพีต่อกบั สารก่ึง- ตวั นาชนิดเอ็น ดังกล่าวขา้ งตน้ การต่อชนกนั ของสารก่ึงตวั นาสองชนิด ทาให้เกิดการถ่ายเทประจุ- ไฟฟ้าข้ึนระหวา่ งรอยต่อของสารก่ึงตวั นาท้งั 2 ชนิด เป็ นเพราะบริเวณรอยต่อของสารก่ึงตวั นาแต่ละ ชนิดที่นามาต่อกนั มีความไม่สมดุลของศกั ยไ์ ฟฟ้า การถ่ายเทของประจุไฟฟ้าน้ีทาให้เกิดค่าแบตเตอรี่- สมมติข้ึนระหว่างรอยต่อ เรียกว่า ดีพลีชนั รีจิน (Depletion Region) มีคุณสมบตั ิเสมือนเป็ นค่าความ ตา้ นทานบริเวณรอยต่อของตวั ไดโอด ค่าดีพลีชนั รีจินตรงบริเวณรอยต่อพีเอ็นของไดโอด แสดงดงั รูป ท่ี 1.22 PN A -++- ++-- -- ++ +- +- K -- ++ +- +- รูปท่ี 1.22 การต่อชนกนั ของสารก่ึงตวั นาชนิดพีและชนิดเอ็น จากรูปท่ี 1.22 แสดงการต่อชนกนั ของสารก่ึงตวั นาชนิดพีและเอ็นเกิดค่าดีพลีชนั รีจินข้ึน ตรงรอยต่อของไดโอด ซ่ึงเกิดจากการเคล่ือนท่ีของอิเล็กตรอนอิสระบริเวณรอยต่อสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น เขา้ ไปรวมตวั กบั โฮลในสารก่ึงตวั นาชนิดพี มีผลทาให้บริเวณรอยต่อด้านสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นขาด อิเล็กตรอนอิสระเกิดโฮลข้ึนแทนท่ี และในขณะเดียวกนั รอยต่อสารก่ึงตวั นาชนิดพีมีอิเล็กตรอนอิสระ เพ่มิ ข้นึ มา ผลดงั กล่าวทาใหบ้ ริเวณรอยตอ่ เกิดเป็นแบตเตอรี่สมมติ หรือดีพลีชนั รีจินข้นึ โดยดา้ นสารก่ึง- ตวั นาชนิดพีมีข้วั ไฟฟ้าเป็ นลบ ดา้ นสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นมีข้วั ไฟฟ้าเป็ นบวก ค่าดีพลีชันรีจิน บริเวณ

16 รอยต่อจะคงสภาพเช่นน้ีตลอดเวลาในขณะท่ีไดโอดยงั ไม่มีการใชง้ าน ท่ีเกิดเช่นน้ีเพราะอิเลก็ ตรอนอิสระ เคลื่อนที่ไปบริเวณรอยต่อสารก่ึงตวั นาชนิดพีแลว้ มีพลงั งานไม่เพียงพอที่จะเคล่ือนที่ต่อไป จึงคา้ งอยู่ที่ บริเวณรอยต่อ ส่วนรอยตอ่ สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ เม่ืออิเล็กตรอนอิสระหลุดออกไป จะเกิดโฮลข้ึนมาโดย ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระตวั อื่น ๆ เขา้ มาแทนท่ี เพราะอิเลก็ ตรอนอิสระตวั ท่ีอยู่ถดั ไปดา้ นในมีพลงั งานไม่ เพยี งพอ ค่าแบตเตอรี่สมมติ หรือค่าดีพลีชนั รีจินที่เกิดข้ึนบริเวณรอยต่อของไดโอด มีค่าแตกต่าง กนั ไปข้นึ อยกู่ บั ชนิดของสารก่ึงตวั นา ท่ีนามาใชใ้ นการผลิตไดโอด เช่น สารก่ึงตวั นาชนิดเจอร์เมเนียม ค่าดีพลีชนั รีจินตรงรอยต่อไดโอด มีคา่ ประมาณ 0.3V และถา้ ใชส้ ารก่ึงตวั นาชนิดซิลิคอน คา่ ดีพลีชนั - รีจินตรงรอยต่อไดโอดมีค่าประมาณ 0.7V ดงั น้ันการจะทาให้ไดโอดทางานไดจ้ าเป็ นตอ้ งจ่ายแรงดนั - ไบแอสที่ถูกตอ้ งให้ไดโอดและมีค่ามากกว่าค่าดีพลีชันรีจินตรงรอยต่อของไดโอดชนิดน้ัน ๆ การนา ไดโอดไปใชง้ านจาเป็นตอ้ งจ่ายแรงดนั ไบแอสใหต้ วั ไดโอดเพ่ืควบคุมการทางานและหยุดการทางานใน ตวั ไดโอด การจ่ายแรงดนั ไบแอสให้ตวั ไดโอดทาได้ 2 วิธี คือการจ่ายไบแอสตรงและการจ่ายไบแอส- กลบั 1. การจ่ายไบแอสตรง การให้ไบแอสตรงกบั ไดโอดเป็ นการจ่ายแรงดนั ไบแอสให้ตวั ไดโอดตรงตามชนิด ของสารก่ึงตวั นา โดยจ่ายแรงดันข้วั บวกให้กับสารก่ึงตวั นาชนิดพี และจ่ายแรงดันข้วั ลบให้สารก่ึง- ตวั นาชนิดเอ็น การจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงน้ีทาใหไ้ ดโอดทางานนากระแสมีกระแสไหลผ่านตวั ไดโอด สามารถควบคมุ ใหไ้ ดโอดทางานได้ ลกั ษณะการจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหไ้ ดโอด แสดงดงั รูปที่ 1.23 PN A +- ++-- ++-- -+ -+ - + K -+ -+ -+ - + + (ก) โครงสร้างวงจร รูปท่ี 1.23 การจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงให้กบั ไดโอด

17 AK + (ข) สัญลกั ษณ์วงจร รูปที่ 1.23 การจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงให้กบั ไดโอด (ต่อ) จากรูปที่ 1.23 แสดงการจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงให้ไดโอดแบบวงจรเบื้องตน้ โดย จ่ายไฟบวกให้สารก่ึงตวั นาชนิดพีคือขาแอโนด จ่ายไฟลบให้สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นคือขา- แคโทด ศกั ยล์ บจากแบตเตอรี่จ่ายให้สารกึ่งตวั นาชนิดเอ็นที่ขาแคโทดเกิดการผลกั ดนั อิเล็กตรอนอิสระในสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นให้วิ่งเคลื่อนที่ไปขา้ งหน้า ในเวลาเดียวกนั ศกั ยบ์ วกท่ี จ่ายให้สารก่ึงตวั นาชนิดพีที่ขาแอโนดเกิดแรงดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระให้เคลื่อนที่เขา้ มาหา และ ผลกั โฮลให้เคลื่อนที่ไปขา้ งหน้า อิเล็กตรอนอิสระและโฮลมีพลงั งานมากพอสามารถเคลื่อนที่ ไดอ้ ย่างต่อเนื่อง อิเล็กตรอนอิสระถูกศกั ยล์ บจากแบตเตอรี่ผลกั ให้วิ่งเคลื่อนที่ไปขา้ งหน้า ตลอดเวลา โดยเคลื่อนที่จากสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นไปสารก่ึงตวั นาชนิดพี และหลุดออกจากขา แอโนดไปเขา้ ข้วั บวกของแบตเตอรี่ไปข้วั ลบไปเขา้ ขาแคโทด สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นเกิดกระแส อิเล็กตรอนไหลครบวงจร ไดโอดมีกระแสไหลผ่านตลอดเวลา กระแสที่ไหลผ่านไดโอดจะมีค่ามากหรือนอ้ ย ข้ึนอยู่กบั ค่าแรงดนั ไบแอสจากแบตเตอรี่ท่ี จ่ายให้ไดโอด ถา้ จ่ายแรงดนั ไบแอสใหน้ อ้ ยกระแสก็จะไหลนอ้ ย ถา้ จ่ายแรงดนั ไบแอสใหม้ ากกระแสก็ ไหลมาก ซ่ึงแรงดนั ไบแอสตรงท่ีจ่ายให้ไดโอดนากระแสน้ีจะตอ้ งมีค่ามากกว่าค่าดีพลีชันรีจินของ ไดโอดชนิดน้ัน ไดโอดชนิดเจอร์เมเนียมตอ้ งจ่ายแรงดนั มากกว่า 0.3V ไดโอดชนิดซิลิคอนตอ้ งจ่าย แรงดนั มากกวา่ 0.7V ข้ึนไป 2. การจ่ายไบแอสกลับ การจ่ายไบแอสกลบั ให้ตวั ไดโอด เป็ นการจ่ายแรงดนั ไบแอสให้ตวั ไดโอดไม่ ตรงตามชนิดของสารก่ึงตวั นา โดยจ่ายแรงดนั ข้วั บวกใหส้ ารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ และจ่ายแรงดนั ลบให้ สารก่ึงตวั นาชนิดพี ทาให้ไดโอดไม่นากระแส ไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด เป็ นการควบคุมให้ ไดโอดไม่ทางาน ลกั ษณะการจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ใหไ้ ดโอด แสดงดงั รูปที่ 1.24

18 Depletion Region PN A +- + +--+ ---- ---- ++ ++ -+ - +- K +- + ++ ++ -+ - +- + (ก) โครงสร้างวงจร AK + (ข) สัญลกั ษณ์วงจร รูปที่ 1.24 วงจรจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ให้ไดโอด จากรูปท่ี 1.24 แสดงวงจรการจ่ายแรงดันไบแอสกลบั ให้ไดโอดแบบเบ้ืองตน้ โดย จ่ายไฟลบให้สารก่ึงตวั นาชนิดพีจ่ายไฟบวกให้สารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น ศกั ยบ์ วกจากแบตเตอรี่ จ่ายให้ขาแคโทดจะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระในสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นให้เคลื่อนที่ออกห่างจาก รอยต่อมารวมกันอยู่ทางด้านขาแคโทดผลกั โฮลให้ไปรวมกันอยู่แถวรอยต่อพีเอ็น ส่วนศกั ย-์ ลบจากแบตเตอรี่ที่จ่ายให้ขาแอโนด จะผลกั อิเลก็ ตรอนอิสระในสารชนิดพไี ปรวมตวั อยแู่ ถวรอยต่อ- พีเอ็นทาใหเ้ กิดค่าดีพลีชนั รีจินกวา้ งมากข้ึน บริเวณรอยต่อสารก่ึงตวั นาชนิดพีมีอิเล็กตรอนอิสระ มากข้ึนบริเวณรอยต่อสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็นมีโฮลมากข้ึน มีแรงตา้ นการทางานตรงรอยต่อมาก ข้ึนไดโอดไม่ทางาน ไม่มีกระแสไหล ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั มีผลต่อค่าความตา้ นทานระหว่างรอยต่อพีเอ็นเพิ่มมากข้ึน เกิดการตา้ นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระผ่านรอยต่อ ไม่มีกระแสไหลผ่านตวั ไดโอด แต่

19 อาจมีกระแสร่ัวไหล (Leakage Current) ไหลผ่านตวั ไดโอดไดบ้ า้ ง กระแสรั่วไหลน้ีมีปริมาณนอ้ ยมาก เกิดข้ึนจากการรั่วซึมในตวั ไดโอดของสารเจือปน กระแสรั่วไหลน้ีไม่ใช่กระแสที่เกิดจากการ ทางานของตวั ไดโอด ค่ากระแสรั่วไหลที่เกิดข้ึนมีค่ามากหรือนอ้ ยข้ึนอยู่กบั ชนิดของสารก่ึง- ตวั นาที่ใช้ผลิตตวั ไดโอด สารก่ึงตวั นาชนิดซิลิคอนมีค่ากระแสรั่วไหลนอ้ ย ส่วนสารก่ึงตวั นา ชนิดเจอร์เมเนียมมีค่ากระแสรั่วไหลมาก และค่ากระแสรั่วไหลยงั ข้ึนอยู่กบั ค่าแรงดนั ไบแอส- กลบั ที่จ่ายให้ไดโอด จ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั มากกระแสรั่วไหลมาก จ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั น้อยกระแสร่ัวไหลน้อย ไดโอดสามารถนาไปใช้งานไดห้ ลายลกั ษณะ การทางานของตวั ไดโอดอาศยั การ จ่ายแรงดันไบแอสให้ตวั ไดโอด ไดโอดไดร้ ับแรงดนั ไบแอสตรงจะยอมให้กระแสไหลผ่านได้ เรียกว่าไดโอดทางาน และถา้ ไดโอดไดร้ ับแรงดนั ไบแอสกลบั จะไม่ยอมให้มีกระแสไหลผ่าน เรียกว่าไดโอดไม่ทางาน การทางานของไดโอดเปรียบเสมือนสวิตช์ตดั หรือต่อวงจรไฟฟ้า วงจร การนาไดโอดไปใชง้ าน เช่น วงจรแปลงไฟฟ้ากระแสสลบั เป็นไฟฟ้ากระแสตรง วงจรทวีแรงดนั วงจร ตดั สัญญาณ วงจรยกระดบั สัญญาณ เป็ นตน้ จากคุณสมบตั ิการนากระแสของไดโอดเมื่อเปรียบเทียบกบั การทางานของสวิตช์ ไฟฟ้าแบ่งเป็ น 2 ลกั ษณะ คือ 1. สวิตช์ปิ ดวงจร (Close Circuit) เมื่อให้ไบแอสตรง ดงั รูปที่ 1.25 (ก) 2. สวิตช์เปิ ดวงจร (Open Circuit) เม่ือให้ไบแอสกลบั ดงั รูปที่ 1.25 (ข) RI RI (ก) สวิตช์ปิ ดวงจรเม่ือให้ไบแอสตรง รูปที่ 1.25 การเปรียบเทียบการทางานของไดโอดกบั สวิตช์ไฟฟ้า

20 RR (ข) สวิตช์เปิ ดวงจรเม่ือให้ไบแอสกลบั รูปท่ี 1.25 การเปรียบเทียบการทางานของไดโอดกบั สวิตช์ไฟฟ้า (ต่อ) 1.5.3 คุณลักษณะทางไฟฟ้าของไดโอด ไดโอดในอุดมคติจะมีลกั ษณะคลา้ ยกบั สวติ ชท์ างไฟฟ้า คือเมื่อใหไ้ บแอสตรงจะ เหมือนกบั สวติ ชป์ ิ ดวงจร (ON) แตถ่ า้ ใหไ้ บแอสกลบั จะเหมือนกบั สวิตชเ์ ปิ ดวงจร (OFF) ซ่ึงไดโอด เม่ือไดไ้ บแอสตรงจะมีกระแสไหลผ่านไดโอด และมีแรงดนั ตกคร่อมไดโอดอยู่เล็กน้อยประมาณ 0.3 V ถา้ ไดโอดผลิตจากสารเจอร์เมเนียม หรือ 0.7V เม่ือผลิตจากสารซิลิคอน ส่วนขณะท่ีไบแอส- กลบั จะมีกระแสไหลผ่านน้อยมาก จะอยู่ในหน่วยของไมโครแอมป์ คุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของ ไดโอดชนิดรอยตอ่ แสดงดงั รูปที่ 1.26 IF Ge Si VR VBR 0.3 V 0.7 V VF Si Ge IR รูปท่ี 1.26 กราฟคุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของไดโอดชนิดรอยต่อ

21 จากรูปท่ี 1.26 แสดงคุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของไดโอดเมื่อจ่ายไบแอสตรงให้กบั ไดโอดใน ช่วงแรกไดโอดจะยงั ไม่นากระแส เพราะแรงดนั ไบแอสตรงมีค่าต่ากว่าศกั ยไ์ ฟฟ้าตรงรอยต่อพีเอ็น เม่ือ แรงดนั ไฟฟ้า ไบแอสตรงท่ีจ่ายให้กบั ไดโอดมีค่าเพ่ิมข้ึนจนถึงค่าแรงดนั คตั อิน (Cutin Voltage) ไดโอด จะนากระแสได้ เจอร์เมเนียมไดโอดจะตอ้ งให้แรงดันต้งั แต่ 0.3V ข้ึนไป ส่วนซิลิคอนไดโอดตอ้ งให้ แรงดนั 0.7V ข้นึ ไป ไดโอดจะสามารถนากระแสได้ โดยมีกระแสไบแอสตรง IF ไหลผา่ นไดโอด ในทางตรงกันขา้ มเมื่อจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ให้กบั ไดโอดจะไม่มีกระแสไหลผ่าน ไดโอด อย่างไรก็ตามอาจจะมีเพียงกระแสรั่วไหลเพียงเล็กน้อย ซ่ึงกระแสดงั กล่าวมีจานวนน้อย หน่วยไมโครแอมป์ หรืออาจกล่าวไดว้ ่าไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด แต่ถา้ เพ่ิมแรงดนั ไบแอสกลบั ใหส้ ูงมากข้นึ จนถึงคา่ แรงดนั ค่าหน่ึงเรียกวา่ แรงดนั พงั ทลาย (Breakdown-Voltage) จะทาให้ไดโอด นากระแสได้ แต่การนากระแสในสภาวะน้ีรอยต่อพีเอ็นของไดโอดจะทะลุเสียหาย และมีกระแส ไหลผา่ นรอยต่อพีเอน็ จานวนมาก 1.5.4 การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ ไดโอดสามารถตรวจสอบโดยใช้มลั ติมิเตอร์ได้ ซ่ึงมีวิธีการทดสอบ ดงั น้ี 1. ต้งั มลั ติมิเตอร์ไปท่ียา่ นวดั ความตา้ นทานในยา่ นวดั R×1 หรือ R×10 เพอ่ื ทา การวดั ค่าความตา้ นทานขณะไบแอสตรง โดยต่อข้วั ไฟบวกของมิเตอร์เขา้ กบั ขาแอโนด และต่อข้วั ไฟลบของมลั ติมิเตอร์เขา้ กบั ขาแคโทด (มิเตอร์ตระกูล Sanwa ไฟบวกจะออกจากข้วั ลบของมิเตอร์) เขม็ ของ มลั ติมิเตอร์จะช้ีไปท่ีคา่ ความตา้ นทานต่าประมาณ 70  2. ต้งั มลั ติมิเตอร์ไปที่ยา่ นวดั R × 10 k เพอื่ วดั ค่าความตา้ นทานขณะไบแอส กลบั ของไดโอด โดยต่อข้วั ของมลั ติมิเตอร์เขา้ กบั ไดโอดให้กลบั ข้วั จากการวดั คร้ังแรก คือต่อไฟ บวกของมลั ติมิเตอร์เขา้ กบั ขาแคโทดและต่อข้วั ไฟลบของมลั ติมิเตอร์เขา้ กบั ขาแอโนดจะสังเกตเห็น วา่ เขม็ ของมลั ติมิเตอร์จะช้ีท่ีคา่ ความตา้ นทานสูงมาก หรือค่าอนนั ต์ (Infinity) แสดงดงั รูปท่ี 1.27 AK AK ΩΩ (ก) ความตา้ นทานต่าเมื่อจ่ายไบแอสตรง (ข) ความตา้ นทานสูงเม่ือจ่ายไบแอสกลบั รูปท่ี 1.27 การวดั และทดสอบไดโอดดว้ ยมลั ติมิเตอร์

22 จากรูปที่ 1.27 (ก) และรูปที่ 1.27 (ข) แสดงให้เห็นถึงค่าความตา้ นทานของไดโอด ที่อ่านไดจ้ ากมลั ติมิเตอร์แบบเข็ม ดงั น้ันไดโอดที่ทาการวดั แลว้ มีค่าความตา้ นทานต่างจากรูปท่ี 1.27 แสดงว่าไดโอดเสีย ซ่ึงจะมี 2 ลกั ษณะ คือ (1) ไดโอดขาด หมายถึง รอยต่อระหว่างสารก่ึงตัวนาพีเอ็นเปิ ดออกจากกัน ทาให้ ไดโอดไม่สามารถนากระแสได้ จะวดั ไดค้ ่าความตา้ นทานสูงท้งั ในกรณีไบแอสตรงและไบแอส- กลบั (เขม็ มิเตอร์ช้ีท่ีค่าอนนั ตท์ ้งั สองคร้ัง) (2) ไดโอดลดั วงจร หมายถึง รอยต่อระหว่างสารก่ึงตวั นาพีเอ็นเกิดการพงั ทลายเขา้ หากนั ไดโอดจะนากระแสไดท้ ้งั แบบไบแอสตรงและไบแอสกลบั จะวดั ค่าความตา้ นทานไดต้ ่า ท้งั ในกรณีไบแอสตรงและไบแอสกลบั (เข็มมิเตอร์ช้ีท่ีค่าความตา้ นทานต่าท้งั สองคร้ัง) 1.5.5 คู่มือการใช้งานไดโอด ในการออกแบบใช้งานไดโอด จะตอ้ งดูขอ้ มูลรายละเอียดของไดโอดแต่ละเบอร์ จากคู่มือการใช้งานของไดโอด (Data Sheet) ในคู่มือของไดโอดจะบอกชนิดของสารก่ึงตัวนาท่ีใช้ แรงดันไบแอสกลบั สูงสุด กระแสไบแอสตรงสูงสุด คุณสมบตั ิเฉพาะของไดโอดแต่ละเบอร์ ประเภท ของไดโอด แรงดนั ตกคร่อมในช่วงไบแอสตรง การทนต่ออุณหภูมิในการใช้งาน อตั ราค่าสูงสุด และ คุณสมบตั ิทางไฟฟ้า อุณหภูมิท่ีทดสอบ แรงดัน RMS สูงสุด แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงสูงสุด ค่าทน- กระแสเฉลี่ยสูงสุด กระแสช่ัวขณะสูงสุด ย่านอุณหภูมิรอยต่อ อุณหภูมิสะสม เป็ นต้น รายละเอียด ท้งั หมดของไดโอดแต่ละเบอร์ แต่ละชนิด และแต่ละบริษทั อาจกาหนดรายละเอียดไวแ้ ตกต่างกนั บา้ ง คมู่ ือไดโอดเบอร์ 1N4001 - 1N4007 แสดงดงั รูปที่ 1.28

23 รูปท่ี 1.28 คู่มือไดโอดเบอร์ 1N4001 - 1N4007 ท่ีมา ://www.diodes.com , 2556 จากรูปที่ 1.28 แสดงข้อมูลรายละเอียดของไดโอดเบอร์ 1N4001,1N4002,1N4003, 1N4004, 1N4005,1N4006,1N4007 เป็ นซิลิคอนไดโอด ทนแรงดันไบแอสกลับได้ต้ังแต่ 50V ถึง 1,000V ตามลาดบั ซ่ึงทุกเบอร์จะทนกระแสไบแอสตรงได้ 1A ในขอ้ มูลบอกถึงคุณสมบตั ิเฉพาะ ไดโอดไวแ้ ต่ละเบอร์ เป็ นไดโอดประเภทกระแสร่ัวไหลยอ้ นกลับต่า ทนกระแสไบแอสตรงสูง มี แรงดนั ตกคร่อมในช่วงไบแอสตรงต่า ทนต่ออุณหภูมิในการบดั กรีสูง ค่าพิกดั ที่สาคญั มีรายละเอียด ดงั น้ี

24 VRRM คือ ค่าแรงดนั ไบแอสกลบั สูงสุดที่เกิดทุกไซเคิลของไฟฟ้ากระแสสลบั (Maximum Peak-Repetitive Reverse Voltage) หรือค่า PIV ท่ีไดโอดทางานไดโ้ ดยไม่พงั สาหรับ ไดโอดเบอร์ 1N4001 เทา่ กบั 50 V และ 1N4007 เทา่ กบั 1 kV VR คือ ค่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงไบแอสกลบั สูงสุดที่ไดโอดทนไดโ้ ดยไม่ไดร้ ับ ความเสียหาย VR(RMS) คอื คา่ แรงดนั ไบแอสกลบั สูงสุดแบบ RMS ท่ีไดโอดไดร้ ับและทางานได้ IO คือ คา่ กระแสเฉล่ียสูงสุดท่ีผา่ นไดโอดเมื่อไดร้ ับไบแอสตรง IFSM คือ ค่ากระแสสูงสุดทางด้านไบแอสตรงท่ีไม่เกิดทุกไซเคิลซ่ึงไดโอดสามารถ ทางานไดโ้ ดยไม่ ไดร้ ับความเสียหาย 1.6 วงจรใช้งานไดโอด 1.6.1 วงจรเรียงกระแส วงจรเรียงกระแสเป็ นวงจรสาหรับการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็ นไฟฟ้ า กระแสตรง โดยใช้คุณสมบัติการจ่ายแรงดันไบแอสตรง และการจ่ายแรงดันไบแอสกลบั ให้ไดโอด วงจรเรียงกระแสมี 3 รูปแบบคอื 1. วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่น 2. วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืน 3. วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ 1. วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืน (Half Wave Rectifier) จากคุณสมบตั ิของไดโอดท่ีสามารถนากระแสไดท้ างเดียวเม่ือไดร้ ับไบแอส- ตรง คือ เมื่อแรงดนั ที่แอโนดเป็นบวกและแคโทดเป็นลบ เราจึงนาไดโอดมาใชใ้ นวงจรเรียงกระแส เพ่ือแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็ นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนใช้ ไดโอด 1 ตวั ต่อกบั หมอ้ แปลงไฟฟ้า และตวั ตา้ นทาน แสดงดงั รูปที่ 1.29 (ก)

25 Vin T1 D1 Vout Vp + Vp t 220 VAC _ RL V Vout t (ก) วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนบวก Vin Vp t Vout Vin t 220 VAC T1 RL V Vp Vp + Vout _ t (ข) การทางานขณะที่สัญญาณอินพุตเป็นบวก Vin Vp t Vout Vp Vin T1 _ RL V Vout Vp t 220 VAC + t (ค) การทางานขณะท่ีสัญญาณอินพุตเป็นลบ รูปที่ 1.29 การทางานของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนบวก จากรูปท่ี 1.29 (ข) เป็ นวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นที่มีสัญญาณอินพุตเป็ นบวก การทางานเม่ือจ่ายแรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั 220 V เขา้ ทางขดปฐมภูมิของหมอ้ แปลงไฟฟ้าจะ

26 เกิดการเหนี่ยวนาแรงดันไฟฟ้ามายงั ขดทุติยภูมิ เฟสของสัญญาณขาเขา้ กบั เฟสของสัญญาณ ขาออกจะต่างเฟสกนั อยู่ 180 องศาทางไฟฟ้า เมื่อข้วั ของขดปฐมภูมิได้รับเฟสลบ จะทาให้ขด ทุติยภูมิเป็ นเฟสบวก ซ่ึงทาให้ขาแอโนด ของไดโอดได้รับแรงดนั ซีกบวก ขาแคโทดไดร้ ับ แรงดันซีกลบเป็ นผลให้ไดโอดไดร้ ับไบแอสตรงไดโอดนากระแส มีกระแสไหลเขา้ ขาแอโนด ออกขาแคโทดผ่านโหลด (RL) ครบวงจรที่ข้ัวล่างของทุติยภูมิ มีแรงดันซีกบวกตกคร่อมท่ี โหลด จากรูปที่ 1.29 (ค) ในช่วงเวลาต่อมาคร่ึงไซเคิลหลงั ของไฟสลบั ข้วั บนของทุติยภูมิเป็ น เฟสลบ ข้ัวล่างเทียบศกั ยไ์ ดเ้ ป็ นเฟสบวก ลกั ษณะเช่นน้ีจะทาให้ขาแอโนดของไดโอดไดร้ ับ แรงดันซีกลบและขาแคโทดไดร้ ับแรงดันซีกบวก ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั จะไม่นากระแส เป็ นผลให้ไม่มีแรงดันปรากฏที่โหลด ในรอบต่อมาการทางานก็จะเป็ นไปตามลกั ษณะเดิม มี แรงดนั ปรากฏท่ีเอาต์พุตเป็ นช่วงๆ ซ่ึงแรงดนั เฉล่ียสามารถคานวณไดจ้ ากสมการท่ี 1.1 Vdc= 0.318Vp ……(1.1) เมื่อ Vdc คือ ค่าแรงดนั เฉล่ียแรงดนั ไฟตรง Vp คอื คา่ แรงดนั สูงสุดของรูปคล่ืน นอกจากน้ีแลว้ วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนยงั สามารถเรียงกระแสคร่ึงคลื่นลบได้ แสดงดงั รูปที่ 1.30 (ก) Vin D1 Vout T1 Vp t 220 VAC V Vp RL V out t (ก) วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่นลบ รูปที่ 1.30 การทางานของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนลบ

27 Vin Vp Vin t D1 Vp I T1 + RL V Vout t 220 VAC _ VoutVp t (ข) การทางานขณะที่สัญญาณอินพตุ เป็นบวก Vin Vp Vin t D1 Vout Vp RL V VoutVp T1 _ t 220 VAC + t (ค) การทางานขณะท่ีสัญญาณอินพตุ เป็นลบ รูปท่ี 1.30 การทางานของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนลบ (ต่อ) จากรูปท่ี 1.30 (ข) เป็ นการจดั วงจรไดโอดให้นากระแสเฉพาะซีกลบของไฟสลบั ก็จะได้ วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนลบ เม่ือข้วั บนของขดทุติยภูมิไดร้ ับเฟสบวก ข้วั ล่างเทียบศกั ยไ์ ดเ้ ฟสลบ ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลบั ไม่นากระแส ทาให้เอาต์พุตเป็ นศูนย์ ลาดบั ต่อมา จากรูป 1.30 (ค) เมื่อข้วั บน ของขดทุติยภูมิได้รับเฟสลบ ข้วั ล่างเทียบศกั ยไ์ ด้เป็ นเฟสบวก จะทาให้ไดโอดไดร้ ับไบแอสตรง ไดโอดสามารถนากระแสได้ กระแสจะไหลจากข้วั ล่างของหมอ้ แปลงผ่านโหลดเขา้ ทางขาแอโนด ออกทางขาแคโทดครบวงจรท่ีข้วั บนของหมอ้ แปลงลกั ษณะเช่นน้ีจะทาให้ข้วั บนของโหลดมีศกั ย์ เป็นลบ ข้วั ล่างมีศกั ยเ์ ป็นบวก

28 2. วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (Full Wave Rectifier) วงจรเรียงกระแสเต็มคล่ืน (Full Wave Rectifier) ใช้หม้อแปลงแบบมีจุด ก่ึงกลาง (Center -Tap) ใชไ้ ดโอด 2 ตวั คอื D1และ D2เป็นตวั เรียงกระแส โดยไดโอด D1เรียงกระแส คร่ึงบวกจากขดลวดทุติยภูมิที่มาจากชุดบน และ D2 เรียงกระแสบวกจากขดลวดทุติยภมู ิท่ีมาจากชุด ลา่ ง ดงั รูปท่ี 1.31 (ก) Vin t 220 VAC T1 D1 Vout Vp Vp D1D2D1D2 CT RL V Vout D2 t (ก) วงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนแบบบวก Vin Vp t Vin T1 D1 Vout D1 Vp + CT Vp D1 t 220 VAC _ D2 RL V Vout t I (ข) การทางานขณะท่ีสญั ญาณอินพตุ เป็นบวก รูปท่ี 1.31 การทางานวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คล่ืนแบบบวก

29 Vin Vp t Vin t 220 VAC T1 _ D1 Vout Vp CT D2 Vp D2 D2 + RL V Vout t I (ค) การทางานขณะที่สัญญาณอินพุตเป็นลบ รูปที่ 1.31 การทางานวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่นแบบบวก (ต่อ) จากรูปท่ี 1.31 (ข) เมื่อมีแรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั จ่ายเขา้ ขดปฐมภูมิของหมอ้ แปลงจะเกิด แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับข้ึนที่ข้ัวบนและข้ัวล่างของขดทุติยภูมิ ที่แทปกลางของหม้อแปลงจะ กาหนดให้มีแรงดนั 0 V ดงั น้นั แรงดนั คร่ึงหน่ึงจึงเกิดท่ีแทปกลางกบั ข้วั บนของหมอ้ แปลง โดยแรงดนั ระหว่างข้วั ดา้ นบนและข้วั ดา้ นล่างจะมีเฟสต่างกนั 180 องศาทางไฟฟ้า ดงั น้นั เม่ือข้วั บนของขดทุติยภูมิ มีค่าแรงดนั เป็นบวก ข้วั ล่างจะมีแรงดนั เป็นลบ ไดโอด D1จะไดร้ ับไบแอสตรง ส่วนไดโอด D2 จะไดร้ ับ ไบแอสกลบั จึงทาให้ มีกระแสไหลผ่านไดโอด D1 ผ่านโหลด RLไปครบวงจรที่ข้วั แทปของหมอ้ แปลง ไฟฟ้า ทาใหเ้ กิดแรงดนั ตกคร่อม RLเป็นคล่ืนรูปไซน์คร่ึงคล่ืนทางดา้ นบวก จากรูปท่ี 1.31 (ค) ในช่วงเวลาต่อมา เมื่อข้วั บนของขดทุติยภูมิมีค่าแรงดันเป็ นลบข้วั ลา่ งของขดลวดทุติยภมู ิจึงมีค่าแรงดนั เป็นบวก ขณะเดียวกนั ไดโอด D1 จะไดร้ ับไบแอสกลบั ไดโอด D2ไดร้ ับไบแอสตรง จึงมีกระแสไหลผ่านไดโอด D2 ผา่ น RLไปครบวงจรท่ีข้วั แทปของหมอ้ แปลง- ไฟฟ้า ทาใหเ้ กิดแรงดนั ตกคร่อม RL เป็นคลื่นรูปไซนค์ ร่ึงคลื่นดา้ นบวกที่เอาตพ์ ตุ ซ่ึงแรงดนั ไฟตรง เฉล่ียสามารถคานวณไดจ้ ากสมการท่ี 1.2

30 Vdc= 0.636Vp ……(1.2) เมื่อ Vdc คือ คา่ แรงดนั เฉลี่ยแรงดนั ไฟตรง Vp คือ ค่าแรงดนั สูงสุดของรูปคล่ืน วงจรเรียงกระแสเตม็ คลื่นแบบลบสามารถทาไดโ้ ดยกลบั ขาไดโอด D1 และ D2 ดงั รูป ท่ี 1.32 (ก) Vin T1 D1 Vout RL V VoutVp D2D1D2D1 t Vp t 220 VAC CT D2 (ก) วงจรเรียงกระแสเตม็ คล่ืนแบบลบ Vin Vp t Vin T1 + D1 Vout Vp t 220 VAC _ CT t + D2 I RL V VoutVp D2 _ (ข ) การทางานขณะท่ีสัญญาณอินพตุ เป็นบวก รูปท่ี 1.32 การทางานวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่นแบบลบ

31 Vin Vp TV1p _ t Vin D1 Vout RL V VoutVp D1 Vp t 220 VAC _+ CT D2 t + I (ค) การทางานขณะท่ีสัญญาณอินพุตเป็นลบ รูปที่ 1.32 การทางานวงจรเรียงกระแสแบบเตม็ คลื่นแบบลบ (ต่อ) จากรูปท่ี 1.32 (ข) เป็ นวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืนแบบลบ โดยกลบั ข้วั ไดโอด D1และ D2 ขาแคโทดต่อกบั ข้วั ทุติยภูมิของหมอ้ แปลง ไดโอด D1 เรียงกระแสคร่ึงลบจากขดลวดทุติยภูมิที่มา จากชุดบน และ D2เรียงกระแสกระแสลบจากขดลวดทุติยภูมิที่มาจากชุดล่างการทางานของวงจรเรียง กระแสเต็มคล่ืนแสดงดงั รูปท่ี 1.32 (ค) 3. วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier) วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์เป็ นวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นอีกแบบ หน่ึงที่ใช้ไดโอด 4 ตวั คือ D1, D2, D3และ D4 ไดโอดที่ขนานกนั จะทางานพร้อมกนั จากรูป D1ทางาน พร้อม D2และ D3ทางานพร้อม D4 แสดงดงั รูปท่ี 1.33 (ก)

32 Vin T1 D3 D1 Vout Vp D1D2D1 D2 Vp t220 VAC t D2 D4 RL Vout (ก) วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ Vin Vp t Vin T1 + D3 D1 Vout Vp Vp t220 VAC t D2 I _ D4 RL Vout D2 (ข) การทางานขณะท่ีสญั ญาณอินพตุ เป็นบวก Vin Vp t Vin T1 _ D3 I D1 Vout Vp Vp t220 VAC D2 t + D4 RL Vout D2 (ค) การทางานขณะที่สัญญาณอินพุตเป็นลบ รูปที่ 1.33 การทางานของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์

33 จากรูปท่ี 1.33 การทางานของวงจรแบ่งออกเป็น 2 ช่วง คือ เมื่อสัญญาณช่วงบวกผ่าน เขา้ มาท่ีขดทุติยภูมิของหมอ้ แปลง รูปที่ 1.33 (ข) ไดโอด D1และD2 ไดร้ ับไบแอสตรงมีกระแสไหล- ผา่ นไดโอด ทาใหเ้ กิดแรงดนั ไฟฟ้าตกคร่อมโหลด RL เมื่อสัญญาณรูปท่ี 1.33 (ค) ช่วงลบผา่ นเขา้ มา ท่ีขดทุติยภูมิของหมอ้ แปลงไดโอด D3และ D4ไดร้ ับไบแอสตรง มีกระแสไหลผ่านไดโอดทาใหเ้ กิด แรงดนั ไฟฟ้าตกคร่อมโหลด RLแรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงเฉล่ียสามารถคานวณไดจ้ ากสมการท่ี 1.3 Vdc= 0.636Vp ………………(1.3) เมื่อ Vdc คือ ค่าแรงดนั เฉลี่ยแรงดนั ไฟตรง Vp คือ ค่าแรงดนั สูงสุดของรูปคลื่น 1.6.2 วงจรกรองกระแส ในวงจรแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (DC Power Supply) ท่ีมีคุณภาพจะเป็ น วงจรเรียงกระแสและจะตอ้ งมีวงจรกรองกระแส (Filter Circuit) กรองรูปคลื่นไซน์ที่ไดจ้ ากวงจร เรียงกระแสให้เป็ นรูปคลื่นไฟตรงที่คงท่ีและเรียบที่สุด เพ่ือนาไปใช้งานกบั วงจรอิเล็กทรอนิกส์ท่ี ตอ้ งการแหล่งจ่ายไฟตรงท่ีมีประสิทธิภาพดี ซ่ึงสามารถเขียนเป็ นบล็อกไดอะแกรมของวงจรเรียง กระแสและวงจรกรองกระแส แสดงดงั รูปที่ 1.34 Vin Filter 0 t Vp t Full Wave Rectifier 0 รูปที่ 1.34 บลอ็ กไดอะแกรมของวงจรเรียงกระแสและวงจรกรองกระแส จากรูปท่ี 1.34 แสดงบล็อกไดอะแกรมของวงจรเรียงกระแสและวงจรกรองกระแส ซ่ึงเป็ น วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่ืน เมื่อผ่านวงจรกรองกระแส สัญญาณเอาต์พุตท่ีได้จะมีแรงดันไฟฟ้าท่ี เรียบข้ึน การกรองกระแสดว้ ยตวั เก็บประจุ (Capacitor Filter) เป็ นวงจรกรองกระแสพ้ืนฐานที่ใช้ตวั เก็บ ประจุต่อขนานกับโหลด เช่น วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนกับวงจรกรองกระแสด้วยตัวเก็บประจุ แสดงดงั รูปที่ 1.35 สามารถอธิบายการทางานของวงจรไดต้ ามลาดบั ตอ่ ไปน้ี พิจารณารูปท่ี 1.35 (ก) ท่ีเวลา

34 t0 จนถึงคา่ สูงสุดของ Vin ในช่วงเวลาน้ีไดโอด D1 จะนากระแสเกิดการเกบ็ ประจุทาใหเ้ กิดแรงดนั Vc ตก- คร่อมตวั เกบ็ ประจุ มีขนาดประมาณเท่ากบั Vp นน่ั คือแรงดนั ตกคร่อมโหลดเทา่ กบั Vp– VD พิจารณารูปที่ 1.35 (ข) ท่ีเวลาแรงดัน Vin ลดลงจากค่าสูงสุดถึงเวลา t1 ในช่วงน้ีไดโอดยงั นากระแสอยู่ แต่แรงดัน Vc จะคายประจุผ่าน RLในทิศทางตามลูกศร แรงดนั ตกคร่อมตวั เก็บประจุจะ ค่อย ๆ ลดลง พิจารณาจากรูปที่ 1.35 (ค) ตวั เก็บประจุยงั คงคายประจุผ่าน RL ต่อไปต้งั แต่เวลา t1− t2 คือ ช่วงคร่ึงไซเคิลลบของแรงดนั Vin จนกระทัง่ ถึงเวลา t2 แรงดัน Vin เริ่มเพ่ิมข้ึนอีกคร้ังหน่ึงคลา้ ยกับที่ เกิดข้ึนในรูปที่ 1.35 (ก) กระบวนการดงั กล่าวจะเกิดข้ึนเป็นลาดบั อีกคร้ัง ดงั จะเห็นวา่ รูปคล่ืนท่ีเกิดกบั - โหลด (RL) จะเป็นระดบั ไฟฟ้ากระแสตรงท่ีเรียบย่ิงข้ึน และถา้ ค่าตวั เก็บประจุท่ีใช้ในวงจรกรองกระแส มีค่าสูงมาก ๆ จะทาให้แรงดนั เอาตพ์ ุตของวงจรที่จะนาไปใช้กับโหลดเรียบและคงท่ีเป็ นเส้นตรงมาก ยงิ่ ข้ึน + D1 _ + _RL t0 t1 t2 Vin + VC Vp (in) -VD _ I t0 (ก) การเกบ็ ประจุท่ีตวั คาปาซิเตอร์ t0 t1 t2 + D1 _ I + Vin +_VC _RL t0 t1 (ข) การคายประจุผา่ นตวั ตา้ นทาน RL รูปท่ี 1.35 วงจรกรองกระแสแบบใชต้ วั เก็บประจุ

35 +_ + _RL t0 t1 t2 Vin + VC _ I t0 t1 t2 (ค) การคายประจุช่วงเวลา t0 – t1 รูปที่ 1.35 วงจรกรองกระแสแบบใชต้ วั เก็บประจุ (ต่อ) แรงดันริพเพิล (Ripple Voltage) คือ คลื่นของแรงดันท่ีเกิดข้ึนจากการเก็บและคายประจุ ของตวั เก็บประจุในวงจรเรียงกระแส ตวั อยา่ งเช่น รูปคล่ืนของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคลื่น ท่ีมีตวั เก็บ ประจุเป็ นวงจรกรองกระแส ถา้ ตัวเก็บประจุมีค่าน้อยจะทาให้ช่วงเวลาของการคายประจุของตวั เก็บ ประจุมีแรงดนั ลดต่าลง ทาใหเ้ กิดค่าแรงดนั ริพเพิลมีค่าสูง ดงั รูปที่ 1.36 (ก) แต่ในทางตรงกนั ขา้ มถา้ ใช้ ตวั เกบ็ ประจุในวงจรกรองกระแสที่มีค่าสูงข้ึน คา่ แรงดนั ริพเพิลจะมีค่าต่าลง แสดงดงั รูปที่ 1.36 (ข) (ก) ริพเพิลที่เกิดจากตวั เก็บประจุที่มีค่านอ้ ย (ข) ริพเพิลท่ีเกิดจากตวั เก็บประจุที่มีค่ามาก รูปที่ 1.36 ลกั ษณะของริพเพิล 1.6.3 วงจรทวแี รงดนั วงจรทวีแรงดัน คือ วงจรท่ีสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ส่งออก ไปที่เอาต์พุตไดส้ ูงมากกว่าแรงดนั อินพุตที่ป้อนเขา้ มา เพิ่มข้ึนเป็ นจานวนเท่า เช่น 2 เท่า 3 เท่า และ 4 เท่า เป็ นตน้ วงจรทวีแรงดนั เป็ นวงจรที่เพ่ิมข้ึนไดเ้ ฉพาะแรงดนั ไม่สามารถเพ่ิมกระแสได้ การนาวงจร

36 ทวี-แรงดนั ไปใช้งาน ตอ้ งใช้งานในการจ่ายไฟตรงให้วงจรท่ีตอ้ งการกระแสต่า และตอ้ งการแรงดนั สูง เท่าน้ัน เช่น ใช้ในวงจรช่วยทาอากาศให้บริสุทธ์ิ วงจรกาจดั ฝ่ ุนละอองในอากาศ และวงจรไฟสูงใน เคร่ืองรับโทรทศั น์ เป็นตน้ วงจรทวแี รงดนั แบบเบ้ืองตน้ แสดงดงั รูปที่ 1.36 (ก) แรงดนั ไฟบวกป้อนเขา้ ไดโอดทางาน Vin - +C - Vp VP I RL 2 VP -Vp + t D (ข) แรงดนั ไฟลบป้อนเขา้ ไดโอดไม่ทางาน รูปท่ี 1.36 วงจรทวีแรงดนั เบ้ืองตน้ จากรูปที่ 1.36 แสดงการทางานของวงจรทวีแรงดันแบบเบ้ืองตน้ รูปที่ 1.36 (ก) แรงดัน ไฟฟ้ากระแสสลบั ซีกบวกป้อนเขา้ มาดา้ นบน ไดโอด D ไดร้ ับไบแอสตรง เกิดการทางาน และมีกระแส ไหลผ่านตวั เก็บประจุ Cไหลผ่านไดโอด D ซ่ึงตวั เก็บประจุ C ประจุแรงดันไว้ Vp โดยมีข้วั แรงดัน ดา้ นซา้ ยเป็นบวกดา้ นขวาเป็นลบ ต่อมาเมื่อแรงดนั ไฟสลบั ซีกลบป้อนเขา้ มาที่จุดอินพุต แสดงดงั รูปท่ี 1.36 (ข) จึงส่งผลให้ไดโอด D ได้รับไบแอสกลบั ไม่ทางาน แรงดนั ซีกลบที่ป้อนเขา้ มาด้านบน มีข้วั แรงดนั เสริมกบั แรงดนั ท่ีตวั เก็บประจุ C เก็บไว้ คือ แรงดนั อินพุต −Vpรวมกบั แรงดนั ตวั เก็บประจุ C อีกเท่ากบั −Vp ส่งผลใหแ้ รงดนั ไฟตกคร่อมตวั ตา้ นทาน RLมีค่าประมาณ 2VP จะเห็นวา่ แรงดนั ไฟตรง จ่ายออกเอาต์พุตถูกทวีคูณเป็ น 2 เท่า วงจรทวีแรงดนั ท่ีสร้างข้ึนมาใชง้ านมีหลายแบบ หลายลกั ษณะ ตวั อยา่ งเช่น วงจรทวแี รงดนั 2 เท่า 3 เท่า และ n เทา่ แสดงดงั รูปท่ี 1.37

37 Vin D1 Vp t + C1 + 2 VP -Vp - RL + D2 - C2 - Vin (ก) วงจรทวีแรงดนั 2 เท่า Vp - C1 + D2 -Vp t D1 + + - C2 2VP RL 3VP + D3 - C3 VP - (ข) วงจรทวีแรงดนั 3 เท่า Vin C1+ C3 + Cn-1+ Vp Dn-2 t D1 D2 D3 D4 Dn-1 Dn -Vp Cn + C2 + + C4 RL nVP (ค) วงจรทวีแรงดนั n เท่า รูปท่ี 1.37 วงจรทวีแรงดนั รูปแบบต่าง ๆ จากรูปท่ี 1.37 แสดงตวั อยา่ งวงจรทวแี รงดนั หลายรูปแบบ จากรูปท่ี 1.37 (ก) เป็นวงจร ทวีแรงดนั 2 เท่า แบบเตม็ คล่ืน การทางานเม่ือสัญญาณไซนป์ ้อนเขา้ มาในช่วงบวก ไดโอด D1ไดร้ ับ

38 ไบแอสตรงเกิดการทางาน ไดโอด D2ไดร้ ับไบแอสกลบั ไม่ทางาน ทาใหม้ ีแรงดนั จ่ายผา่ นไดโอด D1 ไปประจุที่ ตวั เก็บประจุ C1ตวั โดย C1ประจุแรงดนั ข้วั บนเป็ นบวกและข้วั ล่างเป็ นลบมีค่า 1VPถา้ สัญญาณไซน์ป้อนเขา้ มาข้ัวบนเป็ นลบและข้วั ล่างเป็ นบวก ไดโอด D2ไดร้ ับไบแอสตรงเกิดการ ทางาน ไดโอด D1ไดร้ ับไบแอสกลบั ไม่ทางาน มีแรงดนั จ่ายผ่านไดโอด D2 ไปประจุที่ตวั เก็บประจุ C2 ซ่ึงตวั เก็บประจุ C2ประจุแรงดนั ข้วั บนเป็นบวกข้วั ล่างเป็นลบมีค่า 1VP แรงดนั ท่ีประจุไวใ้ นเก็บ ประจุ C1 และ C2 ซ่ึงต่อเป็ นอนุกรมกัน จ่ายแรงดันไปตกคร่อม RL มีค่า 2VP นั่นคือแรงดันจ่าย ออกเป็น 2 เทา่ จากรูปที่ 1.37 (ข) เป็ นวงจรทวีแรงดนั 3 เท่า แบบเต็มคลื่น การทางาน เมื่อสัญญาณไซน์ ป้อนเขา้ มาดา้ นบนเป็ นลบด้านล่างเป็ นบวก ไดโอด D1ไดร้ ับไบแอสตรงเกิดการทางาน มีแรงดันจ่าย ผ่านไดโอด D1 ไปประจุท่ีตัวเก็บประจุ C1 โดยตัวเก็บประจุ C1ประจุแรงดันด้านซ้ายเป็ นลบและ ดา้ นขวาเป็ นบวกมีค่า 1 VP ขณะเดียวกนั ไดโอด D3ไดร้ ับไบแอสตรงเกิดการทางาน มีแรงดนั จ่ายผ่าน ไดโอด D3ไปประจุที่ตวั เก็บประจุ C3 โดยตวั เก็บประจุ C3 ประจุแรงดนั ดา้ นบนเป็นบวกและดา้ นลา่ ง เป็ นลบมีค่า 1VP ต่อมาเมื่อสัญญาณไซน์ป้อนเขา้ มาดา้ นบนเป็ นบวกและด้านล่างเป็ นลบเท่ากับ 1VP แรงดันอนุกรมกับแรงดันที่ประจุในตวั เก็บประจุ C1 อีก 1VPรวมเป็ นแรงดัน 2VPจ่ายให้ไดโอด D2 ไดร้ ับไบแอสตรงเกิดการทางาน มีแรงดนั จ่ายผา่ นไดโอด D2ไปประจุท่ีตวั เก็บประจุ C2โดยตวั เก็บประจุ C2 ประจุแรงดนั ดา้ นบนเป็ นบวกดา้ นล่างเป็ นลบมีค่า 2VP แรงดนั ท่ีประจุไวใ้ นตวั เก็บประจุ C2และ C3 ตอ่ เป็นอนุกรมกนั จ่ายไปตกคร่อม RL มีคา่ 3VP นนั่ คอื แรงดนั จ่ายออกเป็น 3 เท่า จากรูปที่ 1.37 (ค) เป็ นวงจรทวีแรงดนั n เท่า การทางานคลา้ ยกับการทางานของวงจรทวี แรงดนั 3 เท่า โดยที่ C1 จะประจุแรงดนั ไวไ้ ด้ 1VPโดยตวั เก็บประจุ C2 เป็ นตน้ ไปจะประจุแรงดนั ไวไ้ ด้ 2VP ค่าแรงดนั ที่จ่ายออกเอาต์พุต คือแรงดนั ที่ตกคร่อมตวั เก็บประจุแต่ละตวั ที่ต่ออนุกรมรวมกัน ซ่ึง แรงดนั ตกคร่อมหาไดจ้ ากสมการท่ี 1.4

39 VRL = VC2 + VC4 + VC6 + .... + VCn = n VP ……(1.4) เมื่อ VRL คือ แรงดนั ตกคร่อมโหลด VC2 คือ แรงดนั ตกคร่อมตวั เก็บประจุ C2 VC4 คือ แรงดนั ตกคร่อมตวั เก็บประจุ C4 VC6 คือ แรงดนั ตกคร่อมตวั เก็บประจุ C6 VCn คือ แรงดนั ตกคร่อมตวั เก็บประจุ Cn n คือ จานวนใด ๆ 1.7 สรุป ธาตุเป็นสารเบ้ืองตน้ หากมารวมประกอบกนั ข้ึนจะไดส้ สารต่าง ๆ เช่น ทองแดง ไฮโดรเจน คาร์บอน เป็ นต้น อะตอมคืออนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุและไม่สามารถแบ่งแยกได้อีกต่อไป และยงั รักษาคุณสมบตั ิของธาตุน้นั ๆ ไวไ้ ด้ อะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลียสโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โครงสร้างของอะตอมภายในนิวเคลียสยงั ประกอบไปดว้ ยอนุภาคของโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกนั อิเล็กตรอนมีประจุเป็ นลบ ส่วนโปรตอนมีประจุเป็ นบวก นิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสมีประจุเป็ นกลาง ทางไฟฟ้า ธาตุท่ีนิยมนาไปทาเป็นสารก่ึงตวั นาในอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ก็คือ ซิลิคอนและเจอร์เมเนียม สารก่ึงตวั นาท้งั สองชนิดน้ีจะมีเวเลนซ์อิเลก็ ตรอน 4 ตวั แต่อิเลก็ ตรอนท้งั หมดจะไมเ่ ท่ากนั โดยซิลิคอน จะมีอิเลก็ ตรอนท้งั หมด 14 ตวั ส่วนเจอร์เมเนียมจะมีอิเลก็ ตรอนท้งั หมด 32 ตวั สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ เป็นสารก่ึงตวั นาที่ไดจ้ ากการเติมสารเจือปนที่มีเวเลนซ์อิเลก็ ตรอน 5 ตวั เช่น ฟอสฟอรัส อาเซนิค อยา่ งใดอย่างหน่ึงลงไปในธาตุซิลิคอนหรือเจอร์เมเนียมบริสุทธ์ิซ่ึงจะได้ สารก่ึงตวั นาท่ีมีประจุลบ สารก่ึงตวั นาชนิดพีเป็ นสารก่ึงตวั นาท่ีได้จากการเติมธาตุเจือปนที่มีเวเลนซ์ อิเล็กตรอน 3 ตัว เช่น โบรอน อินเดียม แกลเลียม อย่างใดอย่างหน่ึงลงไปในธาตุซิลิคอนหรือธาตุ เจอร์เมเนียมบริสุทธ์ิ ซ่ึงจะไดส้ ารก่ึงตวั นาที่มีประจุบวก รอยต่อพีเอ็นเป็นการนาผลึกของสารก่ึงตวั นา ด้านหน่ึงเป็ นสารก่ึงตัวนาชนิดเอ็นและอีกด้านหน่ึงเป็ นสารก่ึงตัวนาชนิดพีมาเชื่อมต่อกัน บริเวณ ก่ึงกลางระหว่างสารก่ึงตวั นาท้งั สองจะเกิดบริเวณรอยต่อที่เรียกวา่ รอยต่อพีเอ็น การไบแอส คือ การต่อ แหล่งจ่ายไฟฟ้าให้กบั รอยต่อพีเอ็น ทาให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านรอยต่อพีเอน็ การไบแอสมี 2 ลกั ษณะคอื ไบแอสตรง และไบแอสกลบั ไดโอดเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างมาจากสารก่ึงตวั นา 2 ชนิด คือ สารก่ึงตวั นา ชนิดพี และ สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ ไดโอดมี 2 ขา คือขาแอโนด และขาแคโทดไดโอดทาหนา้ ที่แปลง

40 แรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั เป็ นไฟฟ้ากระแสตรง การจดั แรงดนั ไบแอสไดโอดมี 2 วิธี คือ การจ่าย ไบแอสตรง และ การจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั การจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงไดโอดจะนากระแส และการจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั ไดโอดจะไม่นากระแส คุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของไดโอด หาได้ จากการจ่ายแรงดนั ไบแอสให้กบั ไดโอด เมื่อจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงถา้ เป็ นเจอร์เมเนียมไดโอด จะตอ้ งจ่ายแรงดนั ต้งั แต่ 0.3 V ข้ึนไป และถา้ เป็ นซิลิคอนไดโอดจะตอ้ งจ่ายแรงดนั ต้งั แต่ 0.7 V ข้ึนไปจึงจะนากระแส ซ่ึงไดโอดถูกนาไปต่อใชง้ าน อาทิเช่น วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึง วงจร เรียงกระแสแบบเตม็ คลื่น วงจรเรียงกระแสแบบริดจ์ และวงจรทวแี รงดนั เป็นตน้

41 แบบฝึ กหดั หน่วยท่ี 1 สารกง่ึ ตัวนาและไดโอด จงเลือกคาตอบที่ถูกตอ้ งท่ีสุดเพียงขอ้ เดียว

42 แบบทดสอบก่อนเรียน หน่วยท่ี 1 สารก่ึงตัวนาและไดโอด คาชี้แจง 1. ทาเคร่ืองหมายกากบาท (x) ขอ้ ท่ีผูเ้ รียนเห็นว่าถูกตอ้ งที่สุดเพียงขอ้ เดียวลงใน กระดาษคาตอบ (คะแนนเต็ม 10 คะแนน) 2. เวลาสาหรับการทาแบบประเมิน 10 นาที 1. ส่วนท่ีเลก็ ที่สุดของธาตทุ ี่ยงั แสดงคุณสมบตั ิเดิมคือขอ้ ใด ก. อะตอม ข. นิวเคลียส ค.โปรตอน ง. อิเลก็ ตรอน จ.นิวตรอน 2. อนุภาคใดท่ีโคจรอย่รู อบ ๆ นิวเคลียส ก. โปรตอน ข. นิวตรอน ค. อิเลก็ ตรอน ง. นิวเคลียส จ. อะตอม 3. นิวเคลียสประกอบดว้ ยอนุภาคอะไร ก. อิเลก็ ตรอนและนิวตรอน ข. อิเลก็ ตรอนและโปรตอน ค. นิวตรอนและโปรตอน ง. นิวตรอนและโฟตอน จ. อิเลก็ ตรอนและโฟตอน 4. อนุภาคใดมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า ก. โปรตอน ข. นิวตรอน ค. อิเลก็ ตรอน ง. นิวเคลียส จ. อะตอม 5. สารก่ึงตวั นาที่มีอิเลก็ ตรอน 14 ตวั มีเวเลนซ์อิเลก็ ตรอนวงนอก 4 ตวั ตรงกบั สารในขอ้ ใด ก. ฟอสฟอรัส ข. โบรอน ค. ซิลิคอน ง. เจอร์เมเนียม จ. สารหนู

43 6. สารก่ึงตวั นาท่ีนิยมนามาใชใ้ นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์คือสารใด ก. ซิลิกอน,โบรอน ข.ซิลิกอน.สารหนู ค. ซิลิกอน,เจอร์เมเนียม ง.ซิลิกอน,ฟอสฟอรัส จ. ซิลิกอน,แกลเลียม 7. ขอ้ ใดกล่าวถึงโครงสร้างไดโอดไดถ้ ูกตอ้ ง ก. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นาชนิดพีต่อกนั 2 ช้นั ข. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ ต่อกนั 2 ช้นั ค. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 2 รอยต่อชนิดพีและชนิดเอน็ ง. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 2 ช้นั ชนิดพีและชนิดเอ็น จ. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 3 ช้นั ชนิดพแี ละชนิดเอน็ 8. ขอ้ ใดคอื การจ่ายไบแอสตรงใหก้ บั ไดโอด ก. จ่ายไฟบวกใหข้ าแอโนด และจ่ายไฟลบใหข้ าแคโทด ข. จ่ายไฟบวกใหข้ าแคโทด และจ่ายไฟลบใหข้ าแอโนด ค. จ่ายไฟบวกใหท้ ้งั สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ และชนิดพี ง. จ่ายลบใหท้ ้งั สารก่ึงตวั นาชนิดพี และ สารก่ึงตวั นาชนิด จ. จ่ายบวกใหส้ ารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ และจ่ายไฟลบใหส้ ารก่ึงตวั นาชนิดพี 9. สญั ญาณเอาตพ์ ุตของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนคอื ขอ้ ใด . .. .. 10. วงจรทวีแรงดนั สามารถเพ่มิ เป็น 2,3,4 เท่าไดโ้ ดยการใชอ้ ปุ กรณ์ในขอ้ ใด ก. ขดลวด และ คาปาซิเตอร์ ข. ตวั ตา้ นทาน และ วาริสเตอร์ ค. ตวั ตา้ นทาน และ คาปาซิเตอร์ ง. หมอ้ แปลง และ คาปาซิเตอร์ จ. ไดโอด และ คาปาซิเตอร์

44 แบบทดสอบหลังเรียน หน่วยท่ี 1 สารกึ่งตัวนาและไดโอด คาชี้แจง 1. ทาเคร่ืองหมายกากบาท (x) ขอ้ ที่ผูเ้ รียนเห็นว่าถูกตอ้ งท่ีสุดเพียงขอ้ เดียวลงใน กระดาษคาตอบ (คะแนนเต็ม 10 คะแนน) 2. เวลาสาหรับการทาแบบประเมิน 10 นาที 1. อนุภาคท่ีเลก็ ที่สุดของธาตุท่ียงั แสดงคุณสมบตั ิเดิมคือขอ้ ใด ก. โปรตอน ข. นิวเคลียส ค. อะตอม ง. อิเลก็ ตรอน จ.นิวตรอน 2. อนุภาคใดที่โคจรอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส ก. โปรตอน ข. นิวตรอน ค. อิเลก็ ตรอน ง. นิวเคลียส จ. อะตอม 3. นิวเคลียสประกอบดว้ ยอนุภาคอะไร ก. อิเลก็ ตรอนและนิวตรอน ข. อิเลก็ ตรอนและโปรตอน ค. นิวตรอนและโปรตอน ง. นิวตรอนและโฟตอน จ. อิเลก็ ตรอนและโฟตอน 4. อนุภาคใดมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า ก. โปรตอน ข. นิวตรอน ค. อิเลก็ ตรอน ง. นิวเคลียส จ. อะตอม 5. สารก่ึงตวั นาท่ีมีอิเลก็ ตรอน 14 ตวั มีเวเลนซ์อิเลก็ ตรอนวงนอก 4 ตวั ตรงกบั สารในขอ้ ใด ก. ฟอสฟอรัส ข. โบรอน ค. ซิลิคอน ง. เจอร์เมเนียม จ. สารหนู

45 6. สารก่ึงตวั นาท่ีนิยมนามาใชใ้ นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์คือสารใด ก. ซิลิกอน,โบรอน ข.ซิลิกอน.สารหนู ค. ซิลิกอน,เจอร์เมเนียม ง.ซิลิกอน,ฟอสฟอรัส จ. ซิลิกอน,แกลเลียม 7. ขอ้ ใดกล่าวถึงโครงสร้างไดโอดไดถ้ ูกตอ้ ง ก. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นาชนิดพีต่อกนั 2 ช้นั ข. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ ต่อกนั 2 ช้นั ค. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 2 รอยต่อชนิดพีและชนิดเอน็ ง. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 2 ช้นั ชนิดพีและชนิดเอ็น จ. ประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นา 3 ช้นั ชนิดพแี ละชนิดเอน็ 8. ขอ้ ใดคอื การจ่ายไบแอสตรงใหก้ บั ไดโอด ก. จ่ายไฟบวกใหข้ าแอโนด และจ่ายไฟลบใหข้ าแคโทด ข. จ่ายไฟบวกใหข้ าแคโทด และจ่ายไฟลบใหข้ าแอโนด ค. จ่ายไฟบวกใหท้ ้งั สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ และชนิดพี ง. จ่ายลบใหท้ ้งั สารก่ึงตวั นาชนิดพี และ สารก่ึงตวั นาชนิด จ. จ่ายบวกใหส้ ารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ และจ่ายไฟลบใหส้ ารก่ึงตวั นาชนิดพี 9. สญั ญาณเอาตพ์ ุตของวงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนคอื ขอ้ ใด . .. .. 10. วงจรทวีแรงดนั สามารถเพ่มิ เป็น 2,3,4 เท่าไดโ้ ดยการใชอ้ ปุ กรณ์ในขอ้ ใด ก. ขดลวด และ คาปาซิเตอร์ ข. ตวั ตา้ นทาน และ วาริสเตอร์ ค. ตวั ตา้ นทาน และ คาปาซิเตอร์ ง. หมอ้ แปลง และ คาปาซิเตอร์ จ. ไดโอด และ คาปาซิเตอร์