อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ

งานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น หน่วยที่ 10 อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ พ ร ชั ย ศ รี วิ จ า ร ณ์ ไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคชุมพร

แผนการจัดการเรียนร้มู ุ้งเน้นสมรรถนะ หนว่ ยท่ี 10 สอนครั้งท่ี 11 ชือ่ หน่วย จำนวน 4 ช่ัวโมง อุปกรณ์สารกงึ่ ตัวนำ 1. หัวข้อเร่ือง 10.1 สารก่งึ ตวั นำ 10.2 ไดโอด 10.3 ทรานซิสเตอร์ 2. สาระสำคญั สารกึ่งตัวนำ คือ สารที่มีสภาพระหว่างตวั นำกับฉนวน นำไปใช้การสร้างอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ต่างๆ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ การค้นพบสารกึ่งตัวนำ นับเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ จนอาจกล่าวได้ว่าการ ปฏวิ ตั อิ ตุ สาหกรรมอิเลก็ ทรอนกิ สท์ เี ดียว 3. สมรรถนะหลัก (สมรรถนะประจำหนว่ ย) แสดงความรู้เกยี่ วกับอปุ กรณ์สารกงึ่ ตัวนำ 4. สมรรถนะยอ่ ย (สมรรถนะการเรยี นรู้) สมรรถนะทว่ั ไป (ทฤษฎ)ี 1. แสดงความร้เู ก่ยี วกับอปุ กรณส์ ารกึง่ ตัวนำ สมรรถนะท่ีพงึ ประสงค์ (ทฤษฎ)ี เมือ่ ผเู้ รียนได้ศึกษาเน้ือหาในบทน้ีแล้ว ผู้เรยี นสามารถ 1. อธิบายหลกั การทำงานของอปุ กรณส์ ารกงึ่ ตัวนำได้ถกู ต้อง สมรรถนะท่วั ไป (ปฏบิ ตั )ิ 1. แสดงทกั ษะวัดและทดสอบไดโอด 2. แสดงทกั ษะวดั และทดสอบทรานซสิ เตอร์ สมรรถนะที่พงึ ประสงค์ (ปฏบิ ัติ) เม่ือผู้เรยี นได้ฝกึ ปฏิบัติในบทนีแ้ ลว้ ผเู้ รียนจะมที ักษะ 1. วัดและทดสอบไดโอดได้ถูกต้อง 2. วัดและทดสอบทรานซสิ เตอร์ไดถ้ ูกต้อง

แผนการจดั การเรียนรูม้ งุ้ เน้นสมรรถนะ หนว่ ยที่ 10 สอนคร้งั ท่ี 11 ชอ่ื หน่วย จำนวน 4 ช่ัวโมง อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ 5. กจิ กรรมการเรยี นการสอน ในการจดั การเรยี นการสอนรายวชิ างานไฟฟ้าและอิเลก็ ทรอนิกส์เบอ้ื งต้น ได้กำหนดกิจกรรมการ เรยี นการสอนให้ผเู้ รยี นไดเ้ กิดการเรยี นรู้โดยใช้กระบวนการจดั การเรียนการสอนแบบ MIAP และใชเ้ ทคนคิ การ จัดการเรยี นรูแ้ บบ Active Learning แบบการเรียนรู้แบบรว่ มมอื (Collaborative learning group) โดยมี ข้ันตอนการจัดกิจกรรมการเรียนการสอน ดังน้ี กจิ กรรมการเรยี นการสอน (สอนคร้งั ท่ี 11) เวลา 4 ชวั่ โมง/สัปดาห์ 1. ครูผ้สู อนช้แี จงรายละเอียดเก่ียวกับ ช่อื หน่วยการเรียนร/ู้ หวั ข้อการเรยี นรู้ สมรรถนะการเรยี นรู้ ประจำหนว่ ย การวดั และประเมินผลการเรียน คุณลกั ษณะอนั พงึ ประสงค์ และข้อตกลงในการ จัดการเรยี นการสอน 2. ครูผูส้ อนแสดงตัวอย่างเก่ียวกับอปุ กรณส์ ารกง่ึ ตัวนำ 3. ครูผสู้ อนถ่ายทอดความรู้ ในหน่วยท่ี 10 อปุ กรณ์สารกึ่งตัวนำ 4. ครผู ู้สอนแสดงใบงานการวัดและทดสอบไดโอด และทรานซิสเตอร์ พร้อมอธิบายขัน้ ตอนการปฏบิ ตั ิ ตามใบงาน 5. ครผู สู้ อนใหผ้ ูเ้ รียนแบง่ กลมุ่ และปฏบิ ตั ิตามขั้นตอนใบงานอุปกรณส์ ารกงึ่ ตวั นำ 6. ครผู ้สู อนประเมนิ ผลการปฏบิ ัติงานของผ้เู รยี น และให้ผู้เรยี นช่วยกนั สรุปสาระสำคัญของเรอื่ งที่ เรยี นประจำสปั ดาห์ ครูเนน้ ย้ำให้ผูเ้ รียนตระหนกั ถึงหลักปรัชญาเศรษฐกจิ พอเพยี งในส่วนของความ รับผิดชอบในด้านการเรียน ตระหนกั ถึงความมีวนิ ัย ตรงต่อเวลา และมจี ติ อาสาในการปฏิบตั ิงาน ร่วมกนั ในการทำงาน ในเรื่องอุปกรณส์ ารกง่ึ ตวั นำ

แผนการจัดการเรยี นรมู้ ุ้งเน้นสมรรถนะ หน่วยท่ี 10 สอนครง้ั ที่ 11 ชอื่ หน่วย ชั่วโมงรวม 4 ชวั่ โมง อุปกรณส์ ารกงึ่ ตัวนำ 6. สอ่ื การสอน 1. เอกสารประกอบการสอน 2. เอกสารประกอบการเรียน 3. สอ่ื นำเสนอ Power Point 7. งานท่มี อบหมาย /กิจกรรม ให้นกั เรียนทำแบบฝกึ หัดเสริมทักษะ ท้ายหนว่ ยการเรียนท่ี 10 8. การวัดและประเมินผล วธิ ีการ เครือ่ งมอื เกณฑ์ วดั ผล/ประเมินผล -ทำแบบฝกึ หดั เสริม -ผ่านเกณฑร์ ้อยละ 60 ทกั ษะท้ายหน่วย -แบบฝึกหดั เสรมิ ทักษะ สมรรถนะที่พึงประสงค์ -ปฏบิ ตั ติ ามใบงาน ท้ายหน่วย -ผ่านเกณฑร์ ้อยละ 80 -แบบประเมนิ ผลการ 2.คุณลกั ษณะอนั พึง -ประเมินคุณลักษณะอนั ปฏบิ ตั งิ าน ประสงค์ พึงประสงค์ -แบบประเมิน คุณลักษณะอนั พึง ประสงค์

อุปกรณ์สารก่ึงตวั นา เนื้อหาสาระการสอน/การเรียนรู้ 10.1 อุปกรณ์สารกงึ่ ตวั นา สารก่ึงตวั นา หรือธาตุก่ึงตวั นา คือ ธาตุท่ีมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตวั พอดี เป็ นธาตุที่สามารถ นาไปใชใ้ นการผลิตอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาชนิดต่างๆ ธาตุก่ึงตวั นาที่นิยมนามาใชใ้ นการผลิตอุปกรณ์สารก่ึง ตวั นา ไดแ้ ก่ ธาตซุ ิลิคอน (Si) และธาตเุ จอร์เมเนียม (Ge) โดยการนาธาตกุ ่ึงตวั นาบริสุทธ์ิไปเติมธาตุเจือปน อื่นๆ เพอ่ื ใหไ้ ดเ้ ป็นสารก่ึงตวั นาชนิด P (Positive = บวก) คือสารก่ึงตวั นาชนิดท่ีมีประจุไฟฟ้าบวก (+) หรือมี โฮล (Hole) มากกวา่ ปกติ และสารก่ึงตวั นาชนิด N (Negative = ลบ) คอื สารก่ึงตวั นาชนิดที่มีประจุไฟฟ้าลบ (–) หรือมีอิเลก็ ตรอนมากกว่าปกติ อุปกรณ์สารก่ึงตวั นาแต่ละชนิดท่ีผลิตออกมาใชง้ าน ประกอบข้ึนมาจาก การนาสารก่ึงตวั นาชนิด P และสารก่ึงตวั นาชนิด N ต่อร่วมกนั ท้งั สิ้น อุปกรณ์สารก่ึงตวั นาท่ีผลิตมาใชง้ าน เช่น ไดโอด ซีเนอร์ไดโอด ไดโอดเปลง่ แสง ทรานซิสเตอร์ และเฟต เป็นตน้ อุปกรณ์สารก่ึงตวั นาแต่ละชนิด มีโครงสร้าง หลกั การทางาน และถกู นาไปใชง้ านที่แตกตา่ งกนั 10.1..1 ไดโอด ไดโอด (Diode) เป็นอปุ กรณ์สารก่ึงตวั นา ที่ถูกผลิตข้นึ มาจากการนาสารก่ึงตวั นาชนิด P และ สารก่ึงตวั นาชนิด N มาต่อชนกนั เป็ นอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาชนิด 2 ตอน มีขาต่อออกมาใชง้ าน 2 ขา คือ ขา แอโนด (Anode ; A) ต่อออกมาจากสารก่ึงตวั นาชนิด P และขาแคโทด (Cathode ; K) ต่อออกมาจากสารก่ึง ตวั นาชนิด N โครงสร้างภายในตวั ไดโอดทุกชนิดเหมือนกัน แตกต่างเพียงรูปร่าง ตวั ถงั รวมถึงขนาดทน แรงดนั และทนกระแส ไดโอดท่ีผลิตมาใชง้ านมีต้งั แตท่ นกระแสไดต้ ่าๆ ไม่ถึงแอมแปร์ จนถึงทนกระแสไดส้ ูง เป็นพนั แอมแปร์ข้ึนไป รูปร่างโครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ไดโอด แสดงดงั รูปท่ี 10.1 AA P K N (ข) สัญลกั ษณ์ (ค) รูปร่าง K (ก) โครงสร้าง รูปท่ี 10.1 โครงสร้างสัญลกั ษณ์และรูปร่างของไดโอด

อุปกรณ์สารก่ึงตวั นา ตัวไดโอดจะทางานได้จาเป็ นต้องจ่ายแรงดันไฟตรง (DC) ให้ขาไดโอดครบทุกขา แรงดนั ไฟตรงท่ีจ่ายให้ขาต่างๆ ของไดโอดนิยมเรียกว่าการจ่ายไบแอส (Bias) ให้ตวั ไดโอด สามารถจ่าย ไบแอสใหข้ าต่างๆ ของไดโอดได้ 2 แบบ คือ การจ่ายไบแอสตรง (Forward Bias) และการจ่ายไบแอสกลบั (Reverse Bias) 1. การจ่ายไบแอสตรง เป็นการจ่ายแรงดนั ไฟตรงใหข้ าไดโอดท้งั สองในแบบถกู ตอ้ งตามท่ี ไดโอดตอ้ งการ คือ จ่ายแรงดนั ไฟตรงข้วั บวกใหข้ าแอโนด (A) สารชนิด P (P = บวก) และจ่ายแรงดนั ไฟ ตรงข้วั ลบใหข้ าแคโทด (K) สารชนิด N (N = ลบ) การจ่ายไบแอสตรงทาให้ไดโอดทางาน ความตา้ นทานใน ตวั ไดโอดลดต่าลงอย่างมาก ไดโอดทาหน้าที่เปรียบเสมือนสวิตช์ต่อวงจร (ON) มีกระแสไหลผ่านตัว ไดโอดสูงมาก การต่อวงจรจ่ายไบแอสตรงใหไ้ ดโอด แสดงดงั รูปที่ 10.2 ADK R A DK R I I + + E -E - (ก) วงจรไบแอสตรง (ข) วงจรเทียบเทา่ รูปที่ 10.2 วงจรจา่ ยไบแอสตรงใหไ้ ดโอด 2. การจ่ายไบแอสกลับ เป็ นการจ่ายแรงดนั ไฟตรงให้ขาไดโอดท้งั สองในแบบไม่ถูกตอ้ ง ตามที่ไดโอดตอ้ งการ (จ่ายผดิ ข้วั ) คอื จ่ายแรงดนั ไฟตรงข้วั ลบใหข้ าแอโนด (A) สารชนิด P (P = บวก) และ จ่ายแรงดันไฟตรงข้วั บวกให้ขาแคโทด (K) สารชนิด N (N = ลบ) การจ่ายไบแอสกลบั ทาให้ไดโอดไม่ ทางาน ความตา้ นทานในตวั ไดโอดสูงมาก ไดโอดทาหนา้ ท่ีเปรียบ เสมือนสวิตช์ตดั วงจร (OFF) ไม่มีกระแส ไหลผา่ นตวั ไดโอด การตอ่ วงจรจ่ายไบแอสกลบั ใหไ้ ดโอด แสดงดงั รูปท่ี 10.3 ADK A DK -E R -E R ++ (ก) วงจรไบแอสกลบั (ข) วงจรเทียบเทา่ รูปที่ 10.3 วงจรจ่ายไบแอสกลบั ใหไ้ ดโอดไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล

อุปกรณ์สารก่ึงตวั นา 12.1.2 ซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) เป็นไดโอดที่ผลิตข้ึนมาจากการนาสารก่ึงตวั นาชนิด P และ ชนิด N ต่อชนกนั มีลกั ษณะโครงสร้างเช่นเดียวกบั ไดโอดธรรมดา มีขาต่อใชง้ าน 2 ขา คือ ขาแอโนด (A) และขาแคโทด (K) เหมือนกนั ส่วนที่แตกต่างออกไปของซีเนอร์ไดโอด อย่ทู ี่การนาซีเนอร์ไดโอดไปใชง้ าน และการต่อวงจรทางาน ของไดโอดธรรมดาใช้การทางานในสภาวะการจ่ายแรงดันไบแอสตรง ทางาน เปรียบเสมือนเป็ นสวิตชป์ ิ ดเปิ ดวงจร ส่วนของซีเนอร์ไดโอดใช้การทางานในสภาวะการจ่ายแรงดนั ไบแอส กลบั ท่ีค่าแรงดนั พงั หรือท่ีค่าซีเนอร์เบรกดาวน์ (Zener Breakdown) โดยไม่ไดท้ างานเป็ นสวิตช์ปิ ดเปิ ดวงจร แต่ใชท้ างานเป็นตวั ควบคุมแรงดนั ไฟตรง จ่ายมาตกคร่อมตวั ซีเนอร์ไดโอดให้มีค่าคงท่ีตลอดเวลา ส่งออก เป็นแรงดนั ไฟตรงคงท่ีนาไปใชง้ าน โครงสร้างสญั ลกั ษณ์และรูปร่างของซีเนอร์ไดโอด แสดงดงั รูปที่ 10.4 A AA P N K KK (ก) โครงสร้าง (ข) สัญลกั ษณ์ (ค) รูปร่าง รูปที่ 10.4 โครงสร้างสญั ลกั ษณ์และรูปร่างของซีเนอร์ไดโอด การจ่ายไบแอสให้ตวั ซีเนอร์ไดโอด สามารถจ่ายแรงดันไบแอสให้ได้ 2 แบบ เช่นเดียวกับไดโอด ธรรมดา คือ จ่ายไบแอสตรง ซีเนอร์ไดโอดทางานเช่นเดียวกบั ไดโอดธรรมดา ซีเนอร์ไดโอดทางานมีกระแส ไหลผา่ น ค่าความตา้ นทานในตวั ซีเนอร์ไดโอดต่า แบบน้ีไมน่ ิยมนาไปใชง้ าน การจ่ายไบแอสให้ซีเนอร์ไดโอดทางาน มักจะเป็ นการจ่ายไบแอสกลบั ให้ตัวซีเนอร์ไดโอด ใน เบ้ืองตน้ ซีเนอร์ไดโอดไม่ทางาน ไมม่ ีกระแสไหลผา่ น มีเพียงกระแสร่ัวไหล (Leakage Current) ไหลผา่ นตวั ซี เนอร์ไดโอดเพียงเล็กนอ้ ย จนกวา่ แรงดนั ไบแอสกลบั ที่จ่ายใหเ้ พิ่มข้ึนถึงค่าแรงดนั ซีเนอร์เบรกดาวน์ (Zener Breakdown Voltage ; VZ) เป็ นค่าท่ีตัวซีเนอร์ไดโอดทางาน มีกระแสไหลผ่านตวั ซีเนอร์ไดโอด เกิดค่า แรงดนั ไฟตรง (VDC) ตกคร่อมตวั ซีเนอร์ไดโอดคงที่ ตามค่า แรงดันซีเนอร์เบรกดาวน์ (VZ) ของซีเนอร์ ไดโอดตวั น้นั แรงดนั ไฟตรงค่าน้ีจะมีค่าคงที่ตลอดเวลาในการทางาน วงจรทางานซีเนอร์ไดโอด แสดงดงั รูปท่ี 10.5

อปุ กรณ์สารก่ึงตวั นา R + + K E - DZ VZ A - รูปท่ี 10.5 วงจรทางานซีเนอร์ไดโอด คา่ แรงดนั ซีเนอร์เบรกดาวน์ (VZ) ของตวั ซีเนอร์ไดโอด ที่ผลิตออกมาใชง้ านมีหลายคา่ ให้เลือกใช้งาน ต้งั แต่ 1.2 V ถึง 200 V โดยประมาณ และค่าทนกาลงั ไฟฟ้าสูงสุด (Power Dissipation ; PD) มีให้เลือกใชง้ านได้ หลายค่า ต้งั แต่ 0.15 W ถึง 50 W โดยประมาณ 10.1.3 ไดโอดเปล่งแสง ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode ; LED) เป็นไดโอดชนิดหน่ึง ผลิตข้ึนมาจากสารก่ึง ตวั นาชนิด P และชนิด N ต่อชนกนั เช่นเดียวกบั ไดโอดธรรมดา มีขาต่อออกมาใชง้ าน 2 ขา คือ ขาแอโนด (A) และขาแคโทด (K) เหมือนกนั ส่วนท่ีไดโอดเปล่งแสงแตกตา่ งจากไดโอดธรรมดา ตรงผลท่ีสารก่ึงตวั นา ท่ีใชผ้ ลิตมีความแตกต่างไป เม่ือทางานจะเกิดการเปล่งแสงออกมาจากตวั ไดโอดเปล่งแสงเป็นสีต่างๆ ตามเน้ือ สารก่ึงตวั นาท่ีใชผ้ ลิต แสงท่ีเปล่งออกมาจากตวั ไดโอดเปล่งแสงแบ่งออกไดเ้ ป็ น 2 ชนิด คือ ชนิดแสงที่ตาคน มองเห็น มีสีหลกั ท่ีกาเนิดข้ึนมา 4 สี ไดแ้ ก่ สีแดง สีเขียว สีเหลือง และสีน้าเงิน แต่ในปัจจุบนั สามารถสร้าง ไดโอดเปล่งแสงให้กาเนิดสีข้ึนมาไดท้ ุกสี โดยใช้วิธีผสมสีของแสงเขา้ ดว้ ยกันทาให้ไดแ้ สงสีต่างๆ ออกมา มากมาย และไดโอดเปล่งแสงอีกชนิดหน่ึงเป็ นชนิดแสงที่ตาคนมองไม่เห็น โดยให้กาเนิดแสงอินฟราเรด (Infrared Light) ออกมา แสงแต่ละสีท่ีใหก้ าเนิดออกมาข้ึน อยู่ที่การใชส้ ่วนผสมสารก่ึงตวั นาแตกต่างกนั ใน การผลิต ทาให้กาเนิดแสงออกมาแตกต่างกนั ไป โครงสร้างสัญลกั ษณ์และรูปร่างของไดโอดเปล่งแสง แสดง ดงั รูปที่ 10.6 AA P K N (ข) สญั ลกั ษณ์ (ค) รูปร่าง K (ก) โครงสร้าง รูปที่ 10.6 รูปร่างโครงสร้างและสัญลกั ษณ์ไดโอดเปล่งแสง

อุปกรณ์สารก่ึงตวั นา ไดโอดเปล่งแสงนอกจากจะผลิตออกมาเป็ นแต่ละตัวแลว้ ยงั ผลิตออกมาในรูปกลุ่ม ไดโอดเปล่งแสง เช่น ไดโอดเปลง่ แสงแบบ 7 ส่วน (Seven Segment LED) เป็นการนาไดโอด เปลง่ แสงแต่ละตวั ร่วม 7 ตวั มาประกอบรวมกนั ให้อยู่ในรูปเลขแปด ไดโอดเปล่งแสงแบบเมตริกซ์ (Matrix LED) เป็ นการนา ไดโอดเปล่งแสงแต่ละตวั จานวนหน่ึง มาเรียงลาดบั หลายแถวรวมเป็ นกลุ่มอยู่ในรูปสี่เหลี่ยมจตั ุรัส หรือ สี่เหล่ียมผืนผา้ และจดั เรียงเป็นแถวยาวในลกั ษณะต่างๆ เป็นตน้ ไดโอดเปล่งแสงในรูปกลุ่มแต่ละชนิด แสดง ดงั รูปที่ 10.7 (ก) แบบ 7 ส่วน (ข) แบบเมตริกซ์ (ค) แบบจดั เรียงแถวยาว รูปที่ 10.7 ไดโอดเปลง่ แสงในรูปกลุม่ แตล่ ะชนิด R การใชง้ านไดโอดเปลง่ แสง จะตอ้ งจ่ายแรงดนั ไบแอสตรงค่าต่า ไดโอดเปลง่ แสงหน่ึงตวั ตอ้ งการแรงดนั E+ A ไฟตรงประมาณ 1.5 V ตอ้ งการกระแสไฟตรงไหลผา่ น 9V- LED ประมาณ 50 mA ในการเปลง่ แสง ถา้ ใชแ้ รงดนั มากกวา่ น้ี จ่ายใหไ้ ดโอดเปล่งแสง จาเป็นตอ้ งเพม่ิ ตวั ตา้ นทานต่อ K อนุกรมกบั ตวั ไดโอดเปล่งแสง ช่วยป้องกนั กระแสไหล ผา่ นมากเกินไป อาจทาใหไ้ ดโอดเปลง่ แสงชารุดเสียหาย รูปท่ี 10. 7 การตอ่ ไดโอดเปลง่ แสงใชง้ าน ได้ การตอ่ ไดโอดเปล่งแสงใชง้ าน แสดงดงั รูปที่ 10. 7

อปุ กรณ์สารก่ึงตวั นา 10.1.4 ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ (Transistor) เป็ นอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาชนิดหน่ึงท่ีถูกนาไปใชง้ านอย่างแพร หลาย ผลิตจากการนาสารก่ึงตวั นาชนิด P และชนิด N ต่อชนกนั 3 ตอน แบ่งออกได้ 2 ชนิด คือ ชนิด PNP ใช้ สารก่ึงตวั นาชนิด P จานวน 2 ตอน ใชส้ ารก่ึงตวั นาชนิด N จานวน 1 ตอน และชนิด NPN ใชส้ ารก่ึงตวั นาชนิด N จานวน 2 ตอน ใช้สารก่ึงตวั นาชนิด P จานวน 1 ตอน โดยมีสารก่ึงตวั นาตอนกลางแคบท่ีสุด มีขาต่อ ออกมาใชง้ าน 3 ขา ไดแ้ ก่ ขาเบส (Base ; B) ขาคอลเลกเตอร์ (Collector ; C) และขาอิมิตเตอร์ (Emitter ; E) ทรานซิสเตอร์ที่ผลิตข้ึนมาใชง้ านมีมากมายหลายชนิด หลายขนาด และหลายเบอร์ ท้งั ชนิดทนกาลงั ไฟฟ้า ต่า และชนิดทนกาลงั ไฟฟ้าสูง มีลกั ษณะและรูปร่างแตกต่างกนั ไป โครงสร้างสัญลกั ษณ์และรูปร่างของ ทรานซิสเตอร์แสดงดงั รูปท่ี 10.8 CC P B BN E P ชนิด PNP E C ชนิด PNP C N B BP E N ชนิด NPN E ชนิด NPN (ก) โครงสร้าง (ข) สัญลกั ษณ์ (ค) รูปร่าง รูปท่ี 10.8 โครงสร้างสัญลกั ษณ์และรูปร่างทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ทางานได้ ตอ้ งจ่ายแรงดนั ไบแอสให้ตวั ทรานซิสเตอร์ถูกตอ้ งตาม ที่แต่ละขา ของทรานซิสเตอร์ตอ้ งการ วิธีการจ่ายแรงดนั ไบแอสที่ถูกตอ้ งให้ทรานซิสเตอร์ มีวิธีเดียวดงั น้ี จ่ายแรงดนั ไบแอสตรงใหข้ าอิมิตเตอร์ (E) และขาเบส (B) โดยขาเบสตอ้ งไดร้ ับแรงดนั ไบแอสตรงเทียบกบั ขาอิมิตเตอร์ เสมอ ส่วนขาคอลเลกเตอร์ (C) ตอ้ งจ่ายแรงดนั ไบแอสกลบั การจ่ายแรงดนั ไบแอสดงั กล่าวถือวา่ ถูกตอ้ ง การ จ่ายแรงดนั ไบแอสให้ตวั ทรานซิสเตอร์ผิดไปจากน้ี ทรานซิสเตอร์จะไม่สามารถทางานได้ การจ่ายแรงดัน ไบแอสถูกตอ้ งใหท้ รานซิสเตอร์แบบเบ้ืองตน้ แสดงดงั รูปที่ 10.9

อุปกรณ์สารก่ึงตวั นา C - C - P N - BP - - B N P N -E E (ก) ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP (ข) ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN รูปท่ี 10.9 การจ่ายไบแอสถูกตอ้ งให้ทรานซิสเตอร์แบบเบ้ืองตน้ รูปท่ี 12.9 แสดงการจ่ายไบแอสถูกตอ้ งใหท้ รานซิสเตอร์แบบเบ้ืองตน้ ของทรานซิสเตอร์ ท้งั ชนิด PNP และ NPN การทางานของตวั ทรานซิสเตอร์อธิบายไดด้ งั น้ี ถา้ จ่ายแรงดนั ไบแอสให้เฉพาะขา คอลเล็กเตอร์ (C) และขาอิมิตเตอร์ (E) โดยขาเบส (B) ไม่มีแรงดนั ไบแอสจ่ายให้ ทรานซิสเตอร์ไม่ทางาน ไม่มีกระแสไหลในตวั ทรานซิสเตอร์ เม่ือจ่ายแรงดนั ไบแอสใหข้ าเบส (B) เป็นไบแอสตรง แรงดนั ไบแอสตรงท่ี ขาเบส (B) ทาให้รอยต่อเบส (B) และอิมิตเตอร์ (E) มีค่าความตา้ นทานต่า ยอมให้กระแสไหลผ่านไปขา คอลเลก็ เตอร์ (C) ทรานซิสเตอร์ทางานนากระแส 10.1.5 เฟต เฟต (FET) เรียกไดอ้ ีกช่ือว่าทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า (Field Effect Transistor ; FET) เป็ น อปุ กรณ์สารก่ึงตวั นาชนิด 3 ขาเช่นเดียวกบั ทรานซิสเตอร์ แตเ่ ป็นอุปกรณ์สารก่ึงตวั นาชนิดข้วั เดียว (Unipolar) มีโครงสร้างและหลกั การทางานแตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์ธรรมดา เพราะทรานซิสเตอร์ธรรมดาการ ทางานตอ้ งอาศยั กระแสช่วยควบคุมการทางาน ส่วนเฟตการทางานตอ้ งอาศยั แรงดนั ช่วยควบคมุ การทางาน เฟตสร้างมาใชง้ านแบ่งออกได้เป็ น 2 ประเภท คือ เฟตประเภทรอยต่อ (Junction FET) หรือ เจเฟต (JFET) และเฟตประเภทสารก่ึงตวั นาออกไซด์โลหะ (Metal Oxide Semiconductor FET) หรือมอสเฟต (MOSFET) เฟตมี 3 ขา คือ ขาเดรน (Drain ; D) ขาซอส (Source ; S) และขาเกต (Gate ; G) ขาเดรน (D) และ ขาซอส (S) เป็นขาทางาน ส่วนขาเกต (G) เป็นขาควบคมุ การทางาน เฟตแต่ละชนิดมีโครงสร้างและหลกั การ ควบคมุ ใหเ้ ฟตทางานแตกต่างกนั รูปร่างเฟต แบบต่างๆ แสดงดงั รูปที่ 10.10

อปุ กรณ์สารก่ึงตวั นา รูปท่ี 10.10 เฟตแบบต่างๆ 1. เจเฟต (JFET) โครงสร้างประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นาตอนใหญ่ 1 ตอน ต่อขาออกมาใชง้ าน 2 ขา คือขาเดรน (D) และขาซอส (S) และประกอบดว้ ยสารก่ึงตวั นาตอนเลก็ 2 ตอน ต่อขาออกมาใชง้ าน 1 ขา คอื ขาเกต (G) แบ่งออกไดเ้ ป็น 2 ชนิด คือ ชนิด N แชนแนล และชนิด P แชนแนล โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ เจเฟต แสดงดงั รูปท่ี 12.11 DD DD G P NP G G N PN G SS SS โครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ โครงสร้าง สัญลกั ษณ์ (ก) ชนิด N แชนแนล (ข) ชนิด P แชนแนล รูปที่ 10.11 โครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ JFET 2. มอสเฟต (MOSFET) โครงสร้างมีความแตกต่างไปจาก JFET ในส่วนท่ีสร้างเป็ นขาเกต โดยส่วนน้ีถูกแยกออกเป็ นอิสระ มีฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (Silicon Dioxide ; SiO2) คนั่ กลาง ส่วนที่เป็ น เดรน และซอส สร้างข้ึนบนฐานรองสารก่ึงตวั นา (Substrate) ท่ีใชส้ ารก่ึงตวั นาชนิดตรงขา้ มกบั ส่วนเดรน และ ซอส มอสเฟตแบ่งออกไดเ้ ป็น 2 แบบ คือ แบบดีพลีชนั มอสเฟต (Depletion MOSFET) หรือ D – MOSFET และ เอน็ ฮานซเ์ มนตม์ อสเฟต (EnhancementMOSFET) หรือ E – MOSFET และแบ่งยอ่ ยออกได้ 2 ชนิด คอื ชนิด N แชนแนล และชนิด P แชนแนล โครงสร้างและสัญลกั ษณ์มอสเฟตแตล่ ะแบบ แสดงดงั รูปท่ี 10.12 และรูปที่ 10.13

อปุ กรณ์สารก่ึงตวั นา SGD D SGD D SiO2 SiO2 N ----- N G P +++++ P G P N Sub S Sub S โครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ โครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ (ก) ชนิด N แชนแนล (ข) ชนิด P แชนแนล รูปท่ี 10.12 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ D – MOSFET SGD D SGD D SiO2 SiO2 NN G PP G P N Sub S Sub S โครงสร้าง สัญลกั ษณ์ โครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ (ก) ชนิด N แชนแนล (ข) ชนิด P แชนแนล รูปท่ี 10.13 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ E – MOSFET จากรูปที่ 10.12 และรูปท่ี 10.13 ส่วนท่ีแตกต่างกนั ของมอสเฟตท้งั 2 แบบ อยูท่ ่ีส่วนฐานรอง (Sub) เป็นสารก่ึงตวั นาขวางระหว่างสารก่ึงตวั นาขา D และขา S แบบ D – MOSFET รูปท่ี 10.12 มีสารก่ึงตวั นา ชนิดเดียวกบั ขา D และขา S เช่ือมต่ออยู่ ทาใหข้ า D และขา S ต่อถึงกนั ดูไดจ้ ากสัญลกั ษณ์ขา D และขา S ต่อ เป็นเสน้ เดียวกนั ส่วนแบบ E – MOSFET รูปท่ี 10.13 มีสารก่ึงตวั นาชนิดตรงขา้ มกบั ขา D และขา S เช่ือมตอ่ ทา ให้ขา D และขา S ไม่ต่อถึงกนั ดูไดจ้ ากสัญลกั ษณ์ขา D และขา S ถูกต่อดว้ ยเส้นประ บอกให้ทราบว่าขาท้งั สองแยกออกจากกนั

201010050 ไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคชุมพร