ວິຊາວິສະວະກຳ ອີເລັກໂຕນິກ1

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ทีส่ ําคัญจะถูกใสลงในแบบจาํ ลองนแี้ ละบรษิ ทั ผผู ลิตจะใหม าในหนงั สือคมู ือทรานซสิ เตอรเบอรต า งๆ เมอื่ ทราบ ความหมายของคุณสมบตั ขิ องทรานซสิ เตอรใ นรปู แบบตางๆแลว ก็จะทําใหสามารถเลือกใชทรานซิสเตอรให เหมาะสมกับงาน นอกจากนต้ี ัวแปรท่ไี ดยังทําใหสะดวกในการนําไปคํานวณหาจุดทํางานของทรานซิสเตอร วิเคราะหและออกแบบวงจรขยายซิสเตอร แตการทํางานของทรานซสิ เตอรก็จะตองอยูภายในขอบเตที่ เหมาะสม ซง่ึ จะพิจารณาไดจ ากตัวแปรประเภทพิกัดแรงดัน กระแสและกําลัง กําลังงานสูญเสีย ในบทนี้จะ ยกตวั อยางการใชง านทรานซสิ เตอรแ บบพื้นฐานแบบหนึ่งก็คือ การใชงานทรานซสิ เตอรทําหนาที่แทนสวิตช และจะยกตัวอยางทรานซิสเตอรแบบสนามไฟฟาเพ่ือใหไดรจู ักทรานซิสเตอรชนิดอื่นๆ นอกเหนือไปจาก ทรานซิสเตอรแ บบสองรอยตอ คําถามทา ยบท 7.1 จงอธิบายการไหลของกระแสจากบริเวณอมิ เิ ตอรข ามไปยงั บรเิ วณเบสและบรเิ วณคอลเล็กเตอรข อง ทรานซิสเตอรช นดิ NPN 7.2 บรเิ วณหรือพืน้ ทใ่ี นการทํางานของทรานซิสเตอรม กี บี่ รเิ วณและมบี รเิ วณอะไรบาง 7.3 จงอธิบายวาทรานซสิ เตอรทที่ ําหนาท่เี ปน อุปกรณขยายสัญญาณและเปนสวติ ชม หี ลักการทาํ งานทแ่ี ตกตา ง กันอยา งไร 7.4 จงใหคํานิยามของคําวากระแสคอลเลคเตอรส งู สดุ และขอจาํ กัดน้สี าํ คญั ตอ การเลือกทรานซสิ เตอร ใชง านอยางไร 7.5 เมือ่ อุณหภูมิสงู ขึน้ อตั รากาํ ลังงานสญู เสยี สูงสุดของทรานซิสเตอรจ ะเปลีย่ นแปลงอยางไร 7.6 แรงดันพังทลายทีเ่ กิดขึน้ ท่ีทรานซิสเตอรมหี ลายแบบดว ยกันจงกลาวถึงแรงดันพังทลายมาสองแบบ 7.7 คาแรงดนั พังทลายระหวา งรอยตอ คอลเลคเตอร-อมิ เิ ตอรท ่ีสาํ คัญทส่ี ุดและเปนคาแรงดันทีจ่ ะตอ งนาํ มาคดิ ในการออกแบบคอื คาแรงดนั พงั ตามเงอ่ื นไขอยางไร 7.8 ในวงจรอิเลก็ ทรอนิกสบ างวงจรจะเหน็ ตวั ทรานซสิ เตอรต ดิ อยบู นแผน ระบายความรอ นทําไมจึงตองตดิ แผนระบายความรอน 7.9 ในการกาํ หนดขนาดของแผนระบายความรอน เราจะตองคํานงึ ถึงอะไรบาง 7.10 สมมติวาทรานซิสเตอรต ัวหนง่ึ มีคากําลังงานสูญเสียสูงสุด 5 วัตต ที่อุณหภูมิแวดลอม 25°C และถาใช ทรานซิสเตอรโดยใหมีกระแสคอลเลคเตอรของทรานซิสเตอรมีคา 500 มิลิแอมแปร จงคํานวณหาคา แรงดันตกครอมคอลเลคเตอร-อมิ ติ เตอรส งู สดุ โดยไมท าํ ใหท รานซสิ เตอรเ สียหาย (สมมตุ ใิ หอ ณุ หภูมทิ รี่ อย ตอ มคี า เทากับ 25°C) สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 271

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เอกสารอา งองิ Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.(1998). Microelectronic Circuits. New York: Oxford University Press. Neamen, A. D. (2002). Electronic Circuit Analysis and Design. New York: McGraw-Hill. Floyd, L. T. (1999). Electronic Devices. New Jersey: Prentice-Hall International Inc.: Millman, J. and Grabel, A. (1987), Microelectronics. New York: McGraw-Hill. Boylestad, R. and Nashelsky, L. (1996) Electronic Devices and Circuit Theory. Prentice- Hall. Sedra, R. S.(2007). Electronic Devices for Computer Engineering. India : S. Chand and Company Ltd. ยืน ภูวรวรรณ (2531). ทฤษฎแี ละการใชงานอเิ ล็กทรอนกิ ส เลม 1. กรุงเทพ : หจก.นําอักษร การพิมพ. ประภากร สุวรรณะ และ สมศักดิ์ ชมุ ชวย. (2545). วิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1. กรงุ เทพ: สถาบนั เทคโนโลยี พระจอมเกลา ลาดกระบงั จริ ยุทธ มหัทธนกุล. (2550). อิเลก็ ทรอนกิ ส. กรุงเทพมหานคร : มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยมี หานคร. สรุ นันท นอ ยมณี (2549). เอกสารคําสอนกระบวนวชิ า 261213 อุปกรณอ เิ ลก็ ทรอนกิ สส าํ หรับวศิ วกรรม คอมพวิ เตอร. จ. เชยี งใหม : มหาวิทยาลยั เชยี งใหม. http://203.154.220.127/~elec2/worktr.php, 01/12/2546. http://www.thai.net/comd_mtc/tr/tr.htm, 01/12/25463. สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภัฏอุดรธานี 272

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แผนบริหารการสอนประจําบทท่ี 8 การจดั ไบแอสและวงจรไบแอสทรานซสิ เตอร 6 ชว่ั โมง หวั ขอ เนอื้ หา 8.1 บทนาํ 8.2 กราฟแสดงการทํางานของทรานซิสเตอร 8.3 ชว งทํางานปลอดภัยของทรานซิสเตอร 8.3.1 การเลือกจดุ ทาํ งาน 8.3.2 การหาจดุ ทํางานโดยใชเ สนภาระ 8.4 การควบคุมกําลังสญู เสียและการเปลีย่ นแปลงของพารามเิ ตอร 8.4.1 การความคุมกาํ ลังสญู เสีย 8.4.2 การควบคมุ พารามเิ ตอรข องทรานซิสเตอร 8.5 วงจรไบแอสทรานซิสเตอร 8.5.1 วงจรไบแอสคงท่ี 8.5.2 วงจรไบแอสอมิ ิตเตอร 8.5.3 วงจรไบแอสแบง แรงดัน 8.5.4 วงจรไบแอสปอ นกลับแรงดัน 8.6 การเพมิ่ เสถียรภาพใหก ับวงจร 8.6.1 การใชเทอรมสิ เตอรข ดเชยผลจากอณุ หภมู ิ 8.6.2 การใชไ ดโอดชดเชยการเปลี่ยนแปลงผลการไบแอส 8.6.3 การใชไดโอดชดเชยการเปลย่ี นแปลง VBE 8.6.4 การใชไ ดโอดชดเชยการเปล่ยี นแปลงของการะแสรัว่ ไหล ICO 8.7 วงจรไบแอสเจเฟต 8.7.1 คณุ สมบตั ิและคา พารามเิ ตอร 8.7.2 การไบแอสเจเฟต 8.8 บทสรุป สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 273

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วตั ถปุ ระสงคเชิงพฤตกิ รรม 1. เพอ่ื ใหผ เู รยี นมคี วามเขา ใจและสามารถอธิบายความหมายของคําวาจดุ ทํางาน (การไบแอส) ของวงจรทรานซสิ เตอรแ บบบเี จทีและแบบเจเฟต 2. เพอ่ื ใหผเู รยี นมคี วามเขาใจและสามารถอธบิ ายรจู กั วงจรไบแอสและขอ ดขี อ เสยี ของวงจร ไบแอสแบบตา งๆ 3. เพอ่ื ใหผ ูเรยี นมคี วามเขา ใจและสามารถคํานวณวงจรไบแอสทรานซสิ เตอรแ บบตา งๆ ได วิธสี อนและกจิ กรรมการเรียนการสอนประจาํ บท 1. บรรยายเนอื้ หาในแตล ะหัวขอ พรอ มยกตวั อยางประกอบ 2. ศกึ ษาจากเอกสารประกอบการสอน 3. ผสู อนสรปุ เนอ้ื หา 4. ทาํ แบบฝก หดั เพอ่ื ทบทวนบทเรยี น 5. ผเู รียนถามขอ สงสยั 6. ผูสอนทาํ การซักถาม ส่อื การเรียนการสอน 1. เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส 1 2. ภาพเลอื่ น (Slide) การวดั ผลและการประเมนิ 1. ประเมินจากการซกั ถามในช้นั เรยี น 2. ประเมนิ จากความรว มมอื และความรับผดิ ชอบตอ การเรยี น 3. ประเมนิ จากการทําแบบฝก หดั ทบทวนทายบทเรยี น สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 274

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี บทท่ี 8 การจดั ไบแอสและวงจรไบแอสทรานซิสเตอร วตั ถปุ ระสงค 1. เพอื่ ใหน ักศกึ ษาเขาใจความหมายของคําวาจดุ ทาํ งาน (การไบแอส) ของวงจรทรานซสิ เตอรแ บบบเี จทีและแบบเจเฟต 2. เพอื่ ใหน กั ศกึ ษารจู กั วงจรไบแอสและขอ ดขี อ เสยี ของวงจรไบแอสแบบตางๆ 3. เพอื่ ใหนักศึกษาสามารถคํานวณวงจรไบแอสทรานซิสเตอรแ บบตางๆ ได 8.1 บทนาํ การนาํ ทรานซสิ เตอรไ ปสรางเปน วงจรขยายสัญญาณ วงจรผสมสัญญาณ วงจรสวิตช วงจร ออสซิลเลเตอรหรือวงจรแบบแอกทีพชนิดอื่นๆ จําเปนตองมีจัดการไบแอสที่เหมาะสมใหกับ ทรานซิสเตอรเสียกอน เพื่อใหทรานซิสเตอรอยูในสภาพพรอมทํางานตามที่ตองการ ดังนั้นการ ไบแอสจึงหมายถึง การกําหนดคาแรงดันและกระแส (VCEQ,VDSQ ) หรือ ( ICQ,IDQ ) ใหกับ ทรานซิสเตอร เพื่อใหทรานซสิ เตอรท ํางานไดตามเงื่อนไขท่ีตองการ เรียกคาแรงดันและกระแสนี้วา จดุ ทํางาน จดุ คิว หรือจุดทาํ งานสงบ ในสว นของวงจรขยายสญั ญาณทที่ าํ หนา ท่ีขยายสัญญาณไฟฟา กระแสสลับ ใหมีขนาดเพมิ่ ข้นึ ที่ภาคเอาตพุตของวงจร ทรานซสิ เตอรทที่ ําหนาท่ีดังกลาวตองมีคาแรงดันและกระแสไฟตรงเปน ไฟเลย้ี งในการทํางาน โดยองคประกอบไฟกระแสตรงและไฟกระแสลบั ที่ตองการขยายสัญญาณจะ รวมกันอยใู นวงจร ในการวเิ คราะหว งจรสามารถทาํ ไดด วยทฤษฎีการทบั ซอน โดยเปน การวิเคราะห แบบแยกแหลงจายน่ันคือ 1) ข้ันตอนการวิเคราะหวงจรท่ีทํางานในสภาวะไฟกระแสตรง (DC analysis) ก็สามารถหาจดุ ทาํ งานไดเลย โดยไมตองนําสัญญาณไฟกระแสสลับท่ีเปนสัญญาณอินพุต และเอาทพ ตุ ของวงจรมาคดิ รวม 2) ขนั้ ตอนการวิเคราะหก ารทํางานของวงจรในสภาวะไฟกระแสสลบั (AC analysis) กไ็ มต องนําแหลงจา ยไฟกระแสตรงมาคดิ รวมเชน กัน ทําใหงายตอการวิเคราะหวงจร วัตถปุ ระสงคของการจดั ไบแอสใหวงจรทรานซสิ เตอรก ็คือ 1. จุดทาํ งานอยูใ นยานแอคทีพหรือพื้นท่ไี วงานและตอ งหางจากยา นอิม่ ตัวและยานทํางาน ไมเ ปนเชงิ เสน 2. ตองรกั ษาจดุ ทาํ งานใหค งทมี่ ากท่ีสุด ภายในชวงอุณหภูมิของการทํางาน สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 275

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 3. ตองลดผลของกระแสร่ัวไหลใหม ากทส่ี ดุ 4. ลดผลการเปลี่ยนแปลงจากทรานซสิ เตอรต ัวหน่ึงไปยงั ทรานซิสเตอรอีกตวั หนง่ึ โดยทั่วไปการนําทรานซสิ เตอรแ บบบีเจทีไปใชงานมีคุณสมบัติบางประการท่ีตองนาํ มาคดิ สาํ หรบั การ ออกแบบวงจรไบแอสดงั ตารางที่ 8.1 คอื ตารางที่ 8.1 ตัวแปรของทรานซสิ เตอรแ บบสองรอยตอทเ่ี ปล่ียนแปลงตามอุณหภมู ิ VBE ลดลง 2.5 mV/Co  เพิ่มขึน้ 0.5%/Co ICO เพ่ิมข้นึ 4%/Co โดยที่ VBE คอื แรงดันตกครอมรอยตอเบส-อิมิตเตอร มคี าประมาณ 0.7 โวลตและมีการ เปลยี่ นแปลงตามอณุ หภูมิดังรูปท่ี 8.1 สว น  คอื อัตราขยายกระแสของทรานซิสเตอรในวงจรแบบ อิมิตเตอรรวมและกระแส ICO คอื กระแสคอลเล็กเตอรเ มื่อขาอิมิตเตอรเปดวงจรหรอื เรียกวา กระแส ร่ัวไหลคอลเล็กเตอรเ บสก็ไดม ีคา ประมาณ 0.001 ถงึ 0.1 ไมโครแอมแปร T=20o C T=30o C T=10o C qVbe IC=IS(e kT  1) รปู ท่ี 8.1 แรงดัน VBE ของทรานซสิ เตอรแ บบสองรอยตอ ทแ่ี ปรผนั ตามอณุ หภมู ิ 8.2 กราฟแสดงการทํางานของทรานซสิ เตอร ทรานซิสเตอรท ใ่ี ชง านทวั่ ไปจะตอ งมคี ณุ สมบตั ิเฉพาะตัวทสี่ ามารถบงบอกไดด ว ยตัวแปรหรอื พารามิเตอรต า งๆ ทใ่ี หมาจากบรษิ ทั ผผู ลติ (Data sheet) เชน คาแอลฟา ( ) และคาเบตา (  ) คา สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 276

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี แรงดนั ท่ีรอยตอ ตางๆ เพราะเปนสง่ิ สําคัญทจ่ี ะตอ งนําไปใชในการออกแบบวงจรเชน ใชใ นการกําหนด คา กระแสและแรงดันไบแอสทีม่ คี า ตามตอ งการคาตวั แปรทส่ี ําคญั ของวงจรทรานซสิ เตอรม ดี งั ตอ ไปนี้ 1.แรงดันตกครอ มระหวางรอยตอ คอลเลก็ เตอร- อมิ เิ ตอร (VCE ) 2. แรงดันตกครอ มรอยตอ เบส-อิมเิ ตอร (VBE ) 3.แรงดันตกครอ มรอยตอ คอลเลก็ เตอร- เบส (VCB ) 4.กระแสทข่ี าอมิ ติ เตอร ( IE ) 5.กระแสทขี่ าเบส ( IB ) 6.กระแสทขี่ าคอลเลก็ เตอร (IC ) 7.ความตานทานขาเขา ของวงจร ( Rin ) 8.ความตา นทานขาออกของวงจร (Ro ) (ก) (ข) รปู ท่ี 8.2 ยา นการทาํ งานตางๆ และจดุ ทํางานของทรานซสิ เตอร ที่มาของภาพ : http://aries.ucsd.edu/NAJMABADI/CLASS/ECE65/06-W/NOTES/BJT1.pdf สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 277

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ทรานซสิ เตอรแ ตล ะตวั จะมีลักษณะประจําตัวที่บงบอกถึงพฤติกรรมซึ่งสามารถแสดงอยูในรูปของ กราฟคณุ ลักษณะ (Characteristics graph) โดยกราฟดังกลาวสามารถนําไปใชในการกําหนดจุด ทํางานทมี่ คี า แรงดันและกระแสแตกตา งกนั ได แตล ะคาของแรงดนั และกระแสก็จะตองสัมพันธกับ กราฟลักษณะสมบัติการทํางานของทรานซิสเตอร ดังนั้นจึงสามารถกําหนดจุดการทํางานของ ทรานซิสเตอรลงบนกราฟได โดยกราฟดังกลาวจะเปนความสัมพันธระหวางกระแสคอลเล็กเตอร กระแสเบสและแรงดันคอลเลคเตอร-อิมิเตอรดังรูปท่ี 8.2 (ก) และ 8.2 (ข) ถาตองการนํา ทรานซิสเตอรไปตอเปนวงจรที่ทําหนาที่ขยายสัญญาณจะตองจัดไบแอสใหรอยตอเบส-อิมิตเตอร (VBE ) แบบไบแอสตรงและรอยตอคอลเล็กเตอร-เบส (VBC ) แบบไบแอสกลบั (จดุ ทาํ งานอยูใ นพ้ืนท่ี ไวงาน) เพือ่ ใหกระแสไหลจากคอลเลคเตอรไ ปยังอิมิตเตอรด ังรปู ที่ 8.3 (ก) จากวงจรรปู ท่ี 8.3 (ข) ถา สมมติวาปอนกระแสเบส IB ทมี่ คี าคงท่คี า หนึ่ง (กระแสเบสจะขนึ้ อยกู บั คา แรงดัน VBE ) จะสงผล ใหม กี ระแสคอลเลคเตอรไ หลเชน กนั ในขณะท่กี ารไหลของกระแสคอลเลคเตอรจะขึ้นอยกู บั คา แรงดนั VCE และกระแสเบส IB ในการทํางานเพ่ือทาํ หนาท่เี ปนวงจรขยายสญั ญาณดงั กลา ว ทรานซสิ เตอร จะทาํ งานในโหมดแอ็กทิฟซ่ึงจะทาํ ใหก ระแสคอลเลคเตอร IC และกระแสเบส IB จะตองเปนไป ตามคา พารามิเตอรเบตา  ของทรานซสิ เตอร (ก) (ข) รปู ท่ี 8.3 รปู แบบวงจรสาํ หรบั การหาคา ความสมั พนั ธตางๆ ของวงจรแบบอมิ ติ เตอรร ว ม จากกราฟคณุ ลกั ษณะที่แทนทรานซสิ เตอรดงั รปู ท่ี 8.4 การที่จะกําหนดจดุ ทาํ งาน ท่จี ดุ ใดจุดหน่ึงบน กราฟได จดุ นน้ั จะแสดงถงึ คา ความสมั พนั ธข องตัวพารามเิ ตอรส ามตัวทเี่ กยี่ วขอ งกนั คอื กระแสเบส IB กระแสคอลเลคเตอร IC และแรงดนั อิมติ เตอร VCE เมอ่ื ทราบคา จดุ ทํางาน (จดุ Q ) ของ ทรานซิสเตอรก จ็ ะหากระแสและแรงดันสว นอ่นื ๆ ท่ีเหลือไดทําใหทราบวาสภาวการณท าํ งาน ขณะนัน้ ๆจะเปนอยา งไร สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 278

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 25 IB  50 A 20 IB  40 A 15 IB  30 A 10 Q IB  20 A 5 IB  10 A IVB CE (V0 A 0 Co2llect4or-e6mitt8er v10olta1g2 e (1V4 ) ) รูปที่ 8.4 จดุ ทํางานหรอื จดุ ควิ บนเสน โหลดของทรานซสิ เตอร 8.3 ชว งทาํ งานทปี่ ลอดภยั ของทรานซิสเตอร จุดทํางานของทรานซิสเตอรควรจะอยูในพื้นที่จํากัดพ้ืนท่ีหนึ่งในระนาบ (IC -VCE ) ซ่ึงใช เขียนลกั ษณะสมบัตขิ องทรานซสิ เตอรดงั รปู ที่ 8.5 ในบริเวณพืน้ ทีท่ ี่เรยี กวา ชว งทํางานที่ปลอดภยั และ ถูกกําหนดโดยคาจาํ กัดของกาํ ลงั งานสญู เสยี สูงสุด กระแสสงู สุดและแรงดนั สงู สดุ โดยขอบเขตการ ทาํ งานแบบเปน เชงิ เสนของทรานซิสเตอรจะตองอยูในขอบเขตไมเกินคากําลงั งานสูญเสียสูงสุดใน ทรานซิสเตอรคอื PD(max)  VCE  IC (8.1) ซึ่งสาํ หรับคา แรงดนั ที่สูงเกินกวาคาจํากัดแรงดันพังทลาย BVCEO (breakdown voltage) เปน คาที่ทําใหทรานซิสเต อรพังเนื่องจ ากจะมีกระแสในตัวทรานซิส เตอ รเพ่ิมสูง ข้ึนมาก จนจ ะทําความ เสียหายใหแกทรานซิสเตอรได เสนตรง VCE  BVCEO ก็เปนขอบเขตอีกดานหนึ่งของชวงการ ทํางานทปี่ ลอดภัย ขอบเขตดา นอ่ืนๆขึ้นอยูกบั การเปน เชิงเสน ของตัวทรานซิสเตอร พฤติกรรมหน่ึง ท่นี า สนใจของทรานซิสเตอรคือ คาอัตราขยาย (IC / IB ) จะลดลงมาก เมื่อคากระแส IC สูงขึ้น (ชว งหา งของเสนกราฟ IB ในกราฟลักษณะลดลง) และเมือ่ VCE มคี าต่ํา การไมเปน เชงิ เสน จะเกดิ ข้นึ เนื่องจากการทที่ รานซสิ เตอรอยใู นภาวะอม่ิ ตัว นอกจากน้ใี นเสน เม่อื IB =0 ทรานซสิ เตอรก็จะอยู ในสภาวะคัตออฟอีกเชน กนั คือกระแส IC จะมีคานอ ยมากจนเกอื บมคี าเปน ศูนย การกําหนดจุด ทํางานของวงจรสามารถทาํ ไดโดยกําหนดบนกราฟคุณลักษณะในยา นทาํ งานของทรานซิสเตอรซ่ึงไม เกินคา พกิ ดั สงู สดุ ทีแ่ สดงไวในกราฟ ในแกนแนวต้งั (IC ) คา พกิ ัดสูงสุดของแกนต้งั คอื สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 279

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี IC IB5 IC (max) IB4 Pmax IB3 IB2 IB1 IB0 V VCE(max) CE รปู ที่ 8.5 จุดทํางานที่แตกตา งกันและพื้นทขี่ ีดจาํ กดั การทาํ งานของทรานซสิ เตอร คา กระแสคอลเล็กเตอรสูงสดุ (IC(max) ) สวนแกนแนวนอน (VCE ) คาพิกัดสูงสุดของแกนนอนคือ คา แรงตกครอมสงู สุดของรอยตอคอลเล็กเตอรและอิมิตเตอร (VCE(max) ) ขณะทีเ่ สนโคงแสดงคาการ สูญเสียกําลังไฟฟาสูงสุด (PDmax ) บริเวณคัตออฟกําหนดคาโดย IB  0A และบริเวณอ่ิมตัว กําหนดคาโดย VCE  VCE(sat) ตาํ แหนงของจุดทาํ งานเหลานี้จะสง ผลตอการทํางานของวงจรเม่ือ ปอ นสญั ญาณอนิ พุตใหกับวงจรขยายสัญญาณจะทาํ ใหเกดิ การแกวงของสัญญาณไฟกระแสสลบั รอบๆ จุดทํางาน น่ันหมายความวาจุดทํางานเปนจุดกึ่งกลางการแกวงของสัญญาณเอาตพุต ดังน้ัน ตําแหนงของจุดทํางานบนกราฟคุณลกั ษณะทางเอาตพ ตุ จึงมีความสาํ คญั มาก 8.3.1 การเลือกจดุ ทํางาน จดุ ทาํ งานทเี่ หมาะสมจงึ ควรอยใู นบริเวณพน้ื ทก่ี ึ่งกลางของบรเิ วณแอคทฟี ไมค วรอยู ใกลบรเิ วณคัตออฟหรือบริเวณอมิ่ ตัว จากรูปท่ี 8.6 พจิ ารณาจดุ ทํางาน 4 จดุ คอื จกุ A B C และ D ทอี่ ยตู ําแหนง ตางๆ บนกราฟคุณลกั ษณะทางเอาตพ ตุ ทจี่ ดุ ทาํ งาน A ซ่งึ อยูในบริเวณทม่ี คี า IC =0 และ VCE =0 เมอื่ พจิ ารณาสญั ญาณท่ีถกู ขยายจะเหน็ ไดวา แรงดนั VCE และกระแส IC มโี อกาสเปลย่ี นแปลงไปในทางเดยี วเทาน้นั การเพม่ิ ข้นึ จงึ ไมเ หมาะสมสาํ หรบั การเปน จดุ ทาํ งานของวงจรขยาย สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 280

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รปู ที่ 8.6 จดุ ทาํ งานทแ่ี ตกตา งกนั และพ้นื ทข่ี ดี จาํ กดั การทํางานของทรานซิสเตอร ทม่ี าของภาพ : Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.(1998). Microelectronic Circuits. New York: Oxford University Press. ทจี่ ดุ ทํางาน B ซง่ึ อยใู นตาํ แหนงที่เปนพืน้ ทก่ี ่ึงกลางของคา VCE สูงสุดและ IC สงู สดุ จงึ ทาํ ใหทัง้ VCE และ IC สามารถเปลย่ี นแปลงคาในทศิ ทางทเ่ี พม่ิ ขึ้นหรือลดลงไดอ ยางเตม็ ท่ี ดงั นนั้ จดุ นจี้ งึ เปนจดุ ทาํ งานสงบท่สี มควรเลอื กทส่ี ดุ ท่ีจุดทาํ งาน C จะมีลกั ษณะคลา ยๆ จุด A นนั่ คอื การเปล่ียนแปลงของคาของ VCE และ IC จะมีไดเฉพาะในทิศทางท่ีเพิ่ม สว นในทิศทางท่ีลดมีชวงที่แคบกวาชวงท่ีเพิ่มการแกวงของ สัญญ าณ ใน ลัก ษ ณะ ดัง กลา วจ ะทํ าให ได สัญ ญาณที่ไ มส มม าตร หรือ สั ญญา ณเ กิด ควา มผิ ดเ พ้ีย น (Distortion) เพราะกราฟความสัมพนั ธใ นบรเิ วณดังกลาวมลี กั ษณะทีไ่ มเ ปนเชิงเสน สําหรบั จดุ ทํางาน D เปนจดุ ทํางานทอ่ี ยใู กลค าจาํ กดั สงู สดุ ทางดานกําลงั ของทรานซสิ เตอร มากเกนิ ไป ทาํ ใหเมอ่ื มกี ารมใี ชง านจรงิ ตอ งควบคุมไมใหแ รงดนั เอาทพตุ แกวง เกินคาสงู สดุ เพราะจะทํา ใหสัญญาณเกดิ ความผดิ เพย้ี นและสรา งความเสยี หายแกทรานซสิ เตอรได ดงั น้นั จากการพจิ าณาจดุ ทาํ งานทัง้ สจ่ี ดุ จะเหน็ วา จดุ ทํางาน B เปน จดุ ทาํ งานทเี่ หมาะกบั การทํางานของวงจรขยาย ทรานซสิ เตอรม ากที่สดุ เนอ่ื งจากเอาทพตุ สามารถแกวง ไดใ นชวงกวางทสี่ ดุ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 281

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.3.2 การหาจดุ ทํางานโดยใชเสน ภาระ การหาจดุ ทาํ งานของวงจรทรานซิสเตอรด ังรปู ที่ 8.7 ( ก) ทําไดโดยการสรา งเสน โหลด ไฟกระแสตรงบนกราฟคุณลกั ษณะทางเอาตพ ตุ ของทรานซสิ เตอร จากน้ันกาํ หนดคาของกระแสเบสท่ี ไหลเขามาทางอนิ พตุ ก็สามารถหาจุดทํางานหรอื จดุ Q ไดตามตองการจากรปู ที่ 8.7 (ข) สมการแรงดนั ของวงจรทางดานเอาทพ ตุ หาไดโดยใชก ฎแรงดนั ของเคอรช อฟฟซึ่งเปนคา ผลรวมของแรงดนั ในวงรอบ ตามทศิ ทางการไหลของกระแส IC ดังน้ี VCC  IC RC VCE  0 หรือ VCC  IC RC VCE (8.2) IC (mA) 0 VCE (V ) (ก) วงจรทต่ี อ งการหาจดุ ทาํ งาน (ข) กราฟคุณลกั ษณะทางเอาตพ ตุ รูปที่ 8.7 วงจรและกราฟคณุ ลักษณะทางเอาตพ ตุ ที่ใชใ นการหาจดุ ทํางาน จากสมการที่ (8.2) เสนภาระไฟกระแสตรงของวงจรทําไดโดยลากเสนตรงเช่ือมระหวางจุดทํางาน 2 จุด บนกราฟ x  y ในจดุ ทํางาน 2 สภาวะคือ สภาวะทํางานทจี่ ุดอ่ิมตวั และสภาวะการทาํ งาน ท่ีจุดคัตออฟ ทจ่ี ดุ อ่มิ ตวั ให VCE  0 V แทนคา ลงในสมการท่ี (8.2) จะได IC RC  0 V VCC ดงั นั้น IC RC VCC (8.3) สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 282

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ทจ่ี ดุ คัตออฟ ให IC  0 mA แทนคาลงในสมการท่ี (8.2) (0 mA)RC VCE VCC ดงั นนั้ VCE  VCC (8.4) นําคาในสมการท่ี (8.3) และ (8.4) ไปกําหนดตาํ แหนง ลงบนแกน y คอื คา IC และแกน x คอื คาแรง ดัน VCE บนกราฟคุณลักษณะ จากน้นั ทําการลากเสนตรงตอ จดุ ท้งั สองจะไดเ สน ตรงท่ีเรยี กวา เสน ภาระไฟกระแสตรง หรือ เสน โหลด การหาจดุ ทํางานของวงจรทําไดโ ดยหาคา กระแสเบส IB ท่ีไหล เขา ทางอนิ พตุ ของวงจรจากสมการแรงดันของวงจรทางดา นอนิ พตุ ตามวงรอบการไหลของกระแสเบส ไดด ังนี้ -VCC  IB RB VBE  0 และ I B RB VCC - VBE IB  VCC VBE (8.5) RB นาํ คา กระแส IB ท่ไี ดจ ากสมการที่ (8.5) ไปวางจดุ บนตําแหนง ทเ่ี สน กราฟ IB ตดั กับเสนภาระไฟ กระแสตรงจดุ ตดั นก้ี ค็ อื จดุ ทาํ งานของวงจรทรานซสิ เตอร ลกั ษณะของกราฟทไี่ ดจ ะแสดงดังรปู ที่ 8.8 IC(max)= VCC VCC -VBE RC RB IB = รูปท่ี 8.8 กราฟเสน ภาระไฟกระแสตรงและจดุ ทาํ งาน (Q) แรงดัน VBE ของทรานซิสเตอรคือ แรงดันท่ีตกครอมระหวางรอยตอเบส-อิมิตเตอรของ ทรานซิสเตอร ขณะทรานซสิ เตอรทํางานเปน แรงดนั ไบแอสตรงเสมือนกบั แรงดันไบแอสในไดโอดแบบ รอยตอพีเอ็นมคี า ประมาณ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 283

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สําหรบั ทรานซสิ เตอรชนดิ ซลิ กิ อน VBE  0.7 V สาํ หรบั ทรานซิสเตอรช นิดเจอรเ มเนยี ม VBE  0.3 V ตวั อยางที่ 8.1 จงหาจดุ ทาํ งานของวงจรทรานซสิ เตอรด ังรูปที่ 8.9 เมอื่ ทรานซสิ เตอร Q1 เปน ทรานซสิ เตอรแ บบซลิ ิกอน IC (mA) (ก) IB  50 A IB  40 A 15 Q IB  30 A 12 VCEQ  6 V IB  20 A IB  10 A 9 (ฃ) IB  0 A 6ICQ  6.0 mA VCE (V ) 3 0 รปู ที่ 8.9 วงจรและกราฟทใี่ ชในการคํานวณหาจุดทาํ งาน วธิ ที ํา จากสมการแรงดันของวงจรทางดา นเอาทพตุ VCC  ICRC VCE หาจดุ ตดั แกนบน x กําหนดให IC  0 mA จะได VCE(max) VCC  12 V หาจดุ ตดั แกนบน y กําหนดให VCE  0 V และ IC RC VCC สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 284

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี จะได IC (max)  VCC  12 V  12 mA RC 1 k นาํ คา VCE  6 V และ IC  6 mA ไปกําหนดตาํ แหนงลงบนแกน IC และ VCE ของกราฟ คณุ สมบตั ทิ างเอาทพ ตุ ไดเสน ภาระไฟกระแสตรงดงั รูปที่ 8.9 หาสมการแรงดันทางอินพตุ VCC  IBRB VBE และ IB  VCC VBE RB จะได IB  12 V  0.7 V  18.83 A 600 k นาํ คา IB  18.83 A ไปหาตําแหนง เสน กราฟของ IB ในกราฟคุณสมบตั ทิ างเอาทพตุ ไดจ ดุ ตดั ระหวาง IB กับเสน ภาระไฟกระแสตรงเกดิ จดุ ทาํ งานของวงจรดงั รปู ท่ี 8.9 ทจี่ ดุ Q จะได VCEQ  6 V, ICQ  6 mA 8.4 การควบคมุ กําลังงานสูญเสยี และการเปลยี่ นแปลงของพารามิเตอร 8.4.1 การควบคมุ กาํ ลังงานสูญเสยี เมอื่ อณุ หภมู ิสงู ขึ้นจดุ ทาํ งานของทรานซิสเตอรกจ็ ะมี คา เลอื่ นข้ึน แตย ังคงอยบู นเสนสมการโหลด ดงั นั้นหากวาโหลดเปน ตัวตา นทานทเี่ ลอื กคา ไดแ ละ เสน ตรงสมการโหลดไมต ดิ กบั เสนไฮเพอรโบลาของกําลงั สญู เสยี สูงสดุ ปญ หาเรอ่ื งกําลงั งานสญู เสยี เกนิ กจ็ ะไมเ กดิ ขน้ึ แตถ า หากความตานทานของโหลดทําใหเสน สมการโหลดตดั กบั เสน ไฮเพอรโบลาของ กาํ ลังสูญเสยี สงู สดุ การเสยี หายของทรานซสิ เตอรก จ็ ะเกดิ ขึ้น เนอ่ื งจากวาจดุ ทาํ งานเลอ่ื นสงู เกดิ ไปก็ อาจมเี กดิ ขึน้ ได ยิง่ ไปกวา น้นั กําลังงานสญู เสยี ของทรานซิสเตอรจ ะทําใหท รานซสิ เตอรร อนขึ้นและ กระแสคอลเล็กเตอรกจ็ ะยงิ่ เพม่ิ ข้นึ ทาํ ใหกําลงั งานสญู เสยี เพมิ่ ข้ึนแบบนไ้ี ปเร่ือยๆ ถาการออกแบบ ไบแอสไมถ ูกตอ งคาของกระแสคอลเลก็ เตอรไ มถ ูกควบคมุ ไวดแี ลว อุณหภมู ขิ องทรานซสิ เตอรจ ะเพิ่ม เองข้นึ เรอื่ ยๆ จนกระท้งั ทรานซิสเตอรเ สยี หายปรากฏการณนเ้ี รยี กวา การเพมิ่ หนขี องอุณหภมู ิ (Thermal runaway) ดงั นน้ั การควบคมุ กําลงั งานสญู เสยี และการหลกี เลย่ี งการเพม่ิ หนขี องอุณหภมู ิ อาจทาํ ไดโดยการรกั ษาจดุ ทาํ งานหรือให IC VCE ใหค งที่หรือนง่ิ ทส่ี ดุ 8.4.2 การควบคมุ คาพารามิเตอรข องทรานซสิ เตอร คา ตัวแปรตา งๆของตัวทรานซสิ เตอร ข้ึนอยกู บั จดุ ทาํ งาน (จดุ ไบแอส) และอุณหภูมิ เมอ่ื อณุ หภมู เิ ปลยี่ นไป การควบคมุ คาพารามิเตอรค า สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 285

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี หนง่ึ คาใดใหค งทอี่ าจทาํ ไดโ ดยการเปลย่ี นจดุ ทํางานเพอื่ ใหเ กดิ ผลไปลบลา งกบั ผลท่เี กดิ จากอุณหภูมิ แตก ารกระทําเชน น้ีจะทําใหคาตัวแปรอ่ืนๆเปลยี่ นตามไปดว ย ดงั นน้ั ตอ งเปน กรณที ่จี ําเปนจรงิ ๆ เทานน้ั ทค่ี วรจะจะใชวิธคี วบคมุ แบบน้ี เพราะหลกั การควบคุมตัวแปรของทรานซสิ เตอรกค็ อื การ ควบคุมจุดทาํ งานหรอื ให IC VCE ใหค งที่ น่ันเอง 8.5 วงจรไบแอสทรานซิสเตอร รปู แบบของวงจรไบแอสทรานซสิ เตอรแบบบีเจทีทมี่ กี ารใชงานกันอยางแพรหลายประกอบไป ดวย โดยแตล ะรปู แบบของวงจรไบแอสมีรายละเอยี ดดงั ตอ ไปน้ี 8.5.1 วงจรไบแอสแบบคงที่ วงจรไบแอสแบบคงที่ (Fixed–bias circuit) เปน วงจรไบแอสที่ออกแบบงายทส่ี ดุ และ ใชอ ุปกรณนอยทสี่ ุด วงจรประกอบไปดวยตัวตา นทานแคเ พียง 2 ตัวดงั รูปท่ี 8.10 (ก) โดยตวั ตานทาน RB ทําหนาที่ในการกําหนดกระแสเบส IB รวมกบั แหลงจายไฟกระแสตรง VCC ทจ่ี า ยไบแอสตรง ใหขาเบส เมื่อกระแสเบสไหลก็จะทําใหกระแสคอลเล็กเตอร IC ไหลดวยเชนกัน โดยกระแส คอลเลก็ เตอรจ ะมีขนาดเพ่ิมข้ึน  เทา ทําใหเกิดแรงดันตกครอมรอยตอคอลเล็กเตอร-อิมิตเตอร (VCE ) และตัวตานทานท่ีขาคอลเล็กเตอร RC เมื่อทรานซิสเตอรนํากระแสจะทําใหเกิดความรอ น กระแสคอลเล็กเตอรไหลเพมิ่ ข้นึ ถาแรงดนั VBE ยงั มีคา เทา เดิมกระแสเบสก็จะเพ่ิมข้ึนตามไปดวย สงผลใหกระแสคอลเล็กเตอรเพิ่มขึ้นไปอีกจนทรานซิสเตอรรอนขึ้นและอาจกอใหเกิดการชํารุด เสยี หายได นอกจากน้ีกระแส ICBO ของทรานซสิ เตอรก็ยังมีความไวสูงตออุณหภูมิมากเชนกัน ใน การนําไปใชง านจรงิ จะตองมตี วั เก็บประจอุ ีกสองตวั คอื C1 และ C2 ดังรูปที่ 8.10 (ข) มาตอทางดา น อนิ พุตและเอาตพุตเพ่อื ทาํ หนา ที่ 2 อยา งคือ สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 286

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี (ก) (ข) รปู ที่ 8.10 วงจรไบแอสแบบคงท่ี 1) เชื่อมตอ สญั ญาณไฟกระแสสลบั (Coupling capacitor) และ 2) ชวยปองกนั การไหลของกระแส ไฟตรง (Blocking capacitor) ออกจากวงจรไปรบกวนวงจรภาคอ่ืนหรือปองกันแรงดันไฟตรงจาก วงจรภาคมารบกวนดว ยเชน กนั การคํานวณเพ่ือหาจุดทํางานของวงจรในรูปท่ี 8.10 (DC analysis) จะทาํ การคํานวณ โดยจะแยกพิจารณาวงจรออกเปน สว นอนิ พตุ ซงึ่ เปนการไหลของ IB และวงจรสว น เอาตพ ตุ เปนการไหลของ IC วงจรทางดา นอินพตุ สมการแรงดันตามวงรอบของกระแสเบสหาไดด ว ยกฎแรงดันของเคอร ชอฟฟท างดานอนิ พตุ คอื  VCC VBE RB VCC  IBRB VBE ดังนั้น IB หรอื RB  VCC VBE (8.6) IB วงจรทางดา นเอาตพตุ จากคณุ สมบตั ขิ องทรานซิสเตอร IC  IB ทที่ ํางานอยูในยาน ทํางานสมการแรงดันตามกฎแรงดนั ของเคอรชอฟฟท างดา นเอาตพ ตุ คอื VCE  VCC  IC RC และ IC  VCC VCE RC สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 287

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดังนั้น RC  VCC VCE (8.7) IC การอิ่มตวั ของทรานซิสเตอร จุดทํางานของทรานซสิ เตอรจะตองไมทําใหท รานซิสเตอรถึงจุดอ่ิมตัว เนื่องจากจะทําให สัญญาณเอาตพุตเกิดการผิดเพ้ียน เพราะเม่ือทรานซิสเตอรอ่ิมตัวจะทําใหแรงดัน VCE มีคา โดยประมาณศูนยโวลต (ในทางปฏิบัติ VCE จะมีคาประมาณ 0.2 โวลต) ดังรูปท่ี 8.11 ดังน้ันคาตัว ตานทานทร่ี อยตอ คอลเล็กเตอร-อมิ ิตเตอร RCE VCE IC  0  จะทําใหว งจรไบแอสแบบคงท่ี มคี า กระแสคอลเลก็ เตอรสูงสดุ ดังสมการ IC max  VCC (8.8) RC IC (mA) IC (mA) VCE (V ) VCE(sat) VCE (V ) (ก) (ข) รูปท่ี 8.11 บริเวณอิ่มตัว (ก) ในทางปฏบิ ตั ิ (ข) โดยประมาณ การเปลยี่ นจดุ ทาํ งานของวงจรเมอื่ เปล่ยี นแปลงคากระแสเบส จดุ ทาํ งานของวงจร ไบแอสคงทส่ี ามารถปรับไดด วยการปรับคา ตัวตานทาน RB ซงึ่ สง ผลให IB เปลยี่ นไปดงั รูปที่ 8.12 (ก) พจิ ารณาจดุ ทํางานบนเสนภาระ ถาเพม่ิ คา IB จะทําใหจ ดุ ทาํ งานอยทู ต่ี ําแหนงVCE ตาํ่ ลง แต IC จะเพม่ิ ขน้ึ แตถ า ลดคา IB จดุ ทํางานจะเลอื่ นไปอยทู ่ี ตําแหนง ที่ VCE เพ่ิมขน้ึ แต IC ลดลง ซ่ึงทาํ ให เราสามารถเปลยี่ นจดุ ทาํ งานโดยการเปลี่ยนคา RB หรือ IB ได การเปล่ยี นจดุ ทาํ งานของวงจรเมอ่ื เปลีย่ นแปลงคา ตวั ตานทานRC ถา หากวงจรมี การเปลย่ี นแปลงคา RC ในขณะทค่ี งคา VCC ไวจ ะทาํ ใหเสน โหลดเปลย่ี นคา ความลาดชนั ไป ซงึ่ เมอ่ื พจิ ารณาท่ี IB คาเดมิ จดุ Q–point จะถกู ทาํ ใหย ายไปในตําแหนง ทต่ี างกันดงั รูปที่ 8.12 (ข) สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 288

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี IC IC VCC VCC R3  R2  R1 RC Q  po int IB3 RC 1 VCC Q  po int IB2 RC 2 VCC Q  po int RC 3 Q  po int I BQ IB1 Q  po int Q  po int VCC VCE VCC VCE (ก) (ข) รูปท่ี 8.12 (ก) การเคลอ่ื นทข่ี องจดุ ควิ เมอื่ มกี ารเพิม่ คา กระแสเบส IB (ข) ผลของการเพมิ่ คาตวั ตา นทาน RC ตอ เสน ภาระไฟกะแสตรงและจุดทาํ งาน การเปล่ยี นจดุ ทํางานของวงจรเมอื่ เปลี่ยนแปลงคา แรงดนั VCC ถาวงจรมีการ เปลย่ี นแปลงคา VCC ในขณะท่คี าอ่นื คงท่ี จะทาํ ใหจ ดุ ตดั ของเสน โหลดบนแกนตง้ั (IC ) และแกน นอน (VCE ) เปลย่ี นไปโดยคาความชันของเสน โหลดจะเทา กัน ซง่ึ เมอื่ พจิ ารณาท่ี IB คาเดิม จดุ ทํางานจะถกู ทําใหเ ปลย่ี นตาํ แหนง ไปเชน เดยี วกบั รูปที่ 8.13 IC VCC 1 VCC 1  VCC 2  VCC 3 RC Q  po int I BQ VCC 2 Q  po int RC VCC 3 RC Q  po int VCC 3 VCC 2 VCC 1 VCE รปู ท่ี 8.13 ผลกระทบของการเปลยี่ นแปลงคา แรงดนั แหลง จา ยไฟเลยี้ ง VCC ทมี่ ตี อ เสน ภาระ ไฟกระแสตรงและจดุ ทาํ งาน สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 289

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตารางท่ี 8.2 สมการสาํ หรับการออกแบบวงจรไบแอสแบบคงที่ สมการทางดา นเอาตพ ตุ สมการทางดา นอนิ พตุ VCC  VRC VCE VCC  VRB VBE VRC  VCC VCE RB  VRB  VCC VBE IB IB VRC VCC VCE VBE RC  IC  IC IB  VCC RB หมายเหตุ ควรกําหนดให VC  VCC  VCE 2 ตวั อยา งที่ 8.2 จากรปู จงหาคา จดุ ทํางานของวงจรทรานซสิ เตอรแ บบไบแอสคงทที่ ใี่ ชท รานซิสเตอร ชนิด NPN เมอื่ กําหนดให VBE  0.7 V +25 V RB RC Vo 180k 820 Vin   75 รปู ท่ี 8.14 วงจรไบแอสแบบคงที่ จากสมการ IB  VCC VBE แทนคา ลงในสมการจะได RB IB  25  0.7  135 A 180 103 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 290

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดงั น้นั กระแสคอลเล็กเตอรมคี า IC  IB  75 135 A  10.125 mA ในขณะท่ีแรงดนั คอลเลก็ เตอร- อมิ ติ เตอรม คี า VCE  VCC  IC RC  22  (10.125 103) 820  16.7 V 8.5.2 วงจรอิมติ เตอรไ บแอส การแกปญหาการเปลี่ยนแปลงของกระแสตามอณุ หภูมิอยา งงา ยทาํ ไดโ ดยการตอ ตวั ตานทานท่ีขาอิมติ เตอร (Emitter stabilization) เพื่อทําใหเ กิดการปอ นกลับแบบลบระหวางกระแส คอลเลก็ เตอรแ ละแรงดันท่ีตกครอ มตวั ตานทานหรอื ท่เี รียกวา วงจรอมิ ิตเตอรไบแอส (Emitter bias circuit) โดยการตอตัวตานทาน RE ที่ขาอมิ ิตเตอรดงั รปู ท่ี 8.15 เนอ่ื งจากวงจรไบแอสคงท่ี มีปญหา เรื่องเสถียรภาพของจุดทํางานท่ีแปรเปลี่ยนตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ซึ่งเปนผลมาจาก พารามเิ ตอรบ างอยา งของทรานซิสเตอรม ีคา เปลี่ยนไปเชน เมื่ออุณหภูมิเพมิ่ จะทาํ ให คาเบตาเพิ่มข้ึน VBE ลดลง ในการออกแบบวงจรไบแอสนอกจากจะตองการใหไดกระแสและแรงดันที่จุดทํางาน ตามท่ีกําหนดแลว วงจรไบแอสควรจะรักษาคาแรงดันและกระแสดังกลาวใหมีลักษณะคงที่ไม เปลยี่ นแปลงตามอุณหภูมิ ความสามารถดังกลาวจะเรยี กวาเสถียรภาพของวงจรซงึ่ เปน ส่งิ ทจ่ี าํ เปนเมอื่ นาํ ไปใชง าน รปู ที่ 8.15 วงจรอิมติ เตอรไ บแอส สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 291

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี วงจรสว นอินพตุ พจิ ารณาวงจรอินพตุ สมการแรงดนั ตามกฎแรงดนั ของเคอรช อฟฟ ทางดานอนิ พตุ ของวงจรคือ VCC  IBRB VBE  IERE โดยท่ี IE    1IB ดังน้ัน VCC  IBRB VBE    1IBRE หรอื จดั รปู สมการใหมเปน IB  VCC VBE (8.9) RB    1RE คา ความตานทานชองตวั ตานทานอมิ ติ เตอรที่ปรากฏในวงจรดา นอินพตุ จะมคี า เปน   1RE หรอื หมายความความตา นทาน RE มคี า เพม่ิ เปน   1 เทาของคาจรงิ ทาํ ใหว งจรภายนอกมองเหน็ คาความตานทานอนิ พตุ มคี า โดยประมาณ Ri    1RE (8.10) วงจรสวนเอาตพุต เมอื่ เพิ่มความตานทาน RE แลวทําใหเกิดการเปล่ียนแปลงในวงจร ทางดา นเอาตพุต สมการแรงดนั ตามกฎแรงดนั ของเคอรชอฟฟท างดานเอาตพุตของวงจรคือ รูปที่ 8. 16 วงรอบแรงดนั ตามกฎแรงดนั ของเคอรชอฟฟท างดา นเอาตพ ตุ ของวงจร พจิ ารณา รปู ที่ 8.16 สมการวงรอบแรงดัน ตามกฎแรงดันของเคอรช อฟฟค อื VCC  IERE VCE  IC RC มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 292 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เมอื่ IE  IC ดังนน้ั (8.11) VCE  VCC  IC RC  RE  แรงดันทข่ี าตางๆของทรานซสิ เตอร สามารถคํานวณไดจ ากสมการตอ ไปนี้ VE  IERE VC  VCE VE VC  VCC  IC RC VB  VBE VE จาก VCE VC VE และ VB VCC  IBRB ตารางที่ 8.3 สมการสําหรับการออกแบบวงจรอมิ ติ เตอรไ บแอส สมการทางดานเอาตพ ตุ สมการทางดานอนิ พตุ VCC  VRC VCE VRE VCC  VRB VBE VRE VRC  VCC VCE VRE RC  VRC  VCC VCE VRE VCC  IBRB VBE  IERE IC IC RE  VRE  VRE RB  VRB  VCC VBE VRE IE IC IB IB หมายเหตุ ควรกําหนดให VC  VCC  VCE VRE 2 การปรับปรุงเสถยี รภาพของการไบแอส การเพมิ่ ตัวตานทานท่ีขาอมิ ติ เตอรใหก ับวงจรทํา ใหเ สถยี รภาพของวงจรดขี ึ้น (Bias Stability Improvement) เชน คากระแสและแรงดนั ไฟตรง ณ จดุ ไบแอสจะเปลย่ี นแปลงไปไมม าก เมอ่ื อุณหภมู ิรอบขางและคา อตั ราขยายกระแส  ของ ทรานซิสเตอรมกี ารเปลยี่ นแปลง สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 293

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตวั อยางท่ี 8.3 จากวงจรในรปู ท่ี 8.17 วงจรจะมแี รงดันและกระแสไบแอสของวงจรเปน อยางไรเม่ือ คา  เปน 50 และ 100 ตามลาํ ดบั VCC  12 V VCC  20 V 240k 2.2k 430k 2k 10F 10F 10F 10F 1k 40F รูปท่ี 8.17 (ก) วงจรไบแอสคงทแ่ี บบไมมี RE และ (ข) วงจรไบแอสคงทแี่ บบมี RE วิธที ํา ตารางท่ี 8.4 เปรียบเทยี บการเปลยี่ นแปลงตัวแปรของวงจรทีม่ แี ละไมม คี วามตา นทานทขี่ าอมิ ติ เตอร วงจร  I B (A) IC (mA) VCE (V ) ไมมี RE 50 47.08 2.35 6.83 100 47.08 4.71 1.64 มี RE 50 47.08 2.35 6.83 100 36.3 3.63 9.11 สําหรบั วงจรไบแอสทีไ่ มม ี RE เมอื่ คา เบตามกี ารเปลยี่ นแปลงจะทาํ ใหคา กระแสและแรงดนั ไบแอส IC และ VCE เปลยี่ นแปลงไปมาก จากตัวอยา งเมอื่ คาเบตาเปลยี่ นไป 100% จะทาํ ให IC มกี าร เปลยี่ นแปลงถงึ 100% และ VCE เปลย่ี นไป 76% พิจารณาวงจรทม่ี ี RE เมอื่ มกี ารเปลยี่ นแปลง เบตา 100% คากระแส IC มกี ารเปลย่ี นแปลงไป 81% ในขณะท่แี รงดนั VCE เปลยี่ นไปเพยี ง 35% สาเหตทุ ี่การเปลย่ี นแปลงคา แรงดนั VCE ของวงจรท่มี ี RE ไมเปลยี่ นไปมาก กเ็ พราะวาเมอื่ คา เบตา เพิ่มข้นึ กระแส IB จะลดลงเนอ่ื งจากกระแส IB ไปเก่ียวขอ งกบั คา เบตา ในขณะท่วี งจรท่ไี มมตี ัว ตานทาน RE คากระแส IB จะไมขึ้นกบั คาเบตาเลยดงั สมการ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 294

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี I Bwithout RE   VCC VBE และ I B with RE   VCC VBE (8.12) RB RB    1RB และจากการที่ IC  IB กจ็ ะสงผลทําใหค ากระแส IC ของวงจรทม่ี ตี ัวตา นทาน RE มีคา เพม่ิ ขนึ้ ไม มากซึง่ จะทาํ ให VCE มคี าเปลย่ี นแปลงไปไมม ากดวย สภาวะอมิ่ ตวั สภาวะทรานซิสเตอรอ ่ิมตัวเปน สภาวะทที่ รานซสิ เตอรน าํ กระแสหรอื “on” อยา งเต็มทส่ี ง ผลใหแ รงดันอมิ ติ เตอร- คอลเลก็ เตอร VCE มีคาเปน 0 โวลตหรอื เปรยี บเสมอื นมี การลัดวงจรทขี่ าคอลเล็กเตอรและขาอมิ ติ เตอรโดยทคี่ า กระแส IC ทสี่ ภาวะอิม่ ตวั มคี า เปน ICsat  VCC RC  RE คา RE ทเี่ พ่ิมข้นึ มาจะทําใหคา กระแสคอลเล็กเตอรอ ิม่ ตัวมคี าต่าํ กวาวงจรไบแอสแบบคงทซ่ี ่ึงไมม ี RE 8.5.3 วงจรไบแอสแบบแบงแรงดัน วงจรไบแอสแบบแบงแรงดัน (Voltage divider bias circuit) คือวงจรไบแอสที่ ปรับปรงุ จากวงจรอิมิตเตอรไบแอส โดยการเพ่ิมตัวตานทาน RB2 ระหวางขาเบสเทียบกับกราวด เพอื่ ลดการเปลีย่ นแปลงของกระแส ICQ และแรงดนั VCEQ ซ่งึ เปน ฟงกช นั ของอัตราขยายกระแส  และคา  ดังกลาวมีความไวตอการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ซึ่งจะทําใหคากระแส IC และ แรงดนั VCE ของวงจรเปลยี่ นแปลงไดต ลอดเวลาตามอณุ หภมู ิ วงจรไบแอสแบบแบง แรงดนั จะทาํ ใหคา ของกระแสและแรงดนั ไบแอสมีผลกระทบนอ ยมากตอการเปลยี่ นแปลงของคา เบตาหรอื ไมข น้ึ กบั คา อัตราขยายกระแส ในเอกสารประกอบการสอนนี้จะนาํ เสนอวิธกี ารวิเคราะหและออกแบบวงจร ไบแอสแบบแบง แรงดัน 2 วธิ ีกค็ อื 1) วิธีการกําหนดใหก ระแสที่ไหลผา น RB1 มคี าประมาณ 6-10 เทาของกระแสเบส 2) วธิ ีการสรา งวงจรสมมูลเทวินนิ ทางดานอินพุต สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 295

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ค่า ของทรานซสิ เตอร์ กระแส ICQ และแรงดนั VCEQ เปนฟงกช์ ันของอตั ราขยายกระแส ค่า มคี วามไวต่อการเปลยี นแปลงของอณุ หภูมิซงึ จะทาํ ให้คา่ กระแส IC และแรงดนั VCE ของวงจรเปลียนแปลงได้ตลอดเวลาตามอณุ หภมู ิ การวเิ คราะหว งจรโดยการสรางวงจรสมมลู เทวนิ นิ ทางดา นอนิ พตุ สมการของวงจรในรปู วงจรสมมลู เทวินิน เร่มิ ตน จากการหาคาความตา นทาน (RTH ) และแรงดนั เทวินนิ (VTH ) ของวงจร สมมลู เทวนิ ิน จากน้นั นําตวั แปรทั้ง 2 ตัวไปหาคากระแส IB ของวงจร RTH คอื ความตานทานทมี่ อง ออกไปจากขาเบสไปยงั แหลงกําเนดิ สญั ญาณเมอ่ื ใหแหลง กําเนดิ สัญญาณลดั วงจร RTh  RB1  RB2 (ก) (ข) รปู ท่ี 8.18 (ก) การจดั วงจรเพอื่ สรา งวงจรสมมลู เทวนิ ิน และ (ข) วงจรสมมลู เทวนิ นิ ทางดา นอินพตุ สมการทางดานอินพตุ สมการของวงจรในรปู วงจรสมมลู เทวินนิ เรม่ิ ตนจากการหาคาความ ตา นทาน (RTH ) และแรงดนั เทวินิน (VTH ) ของวงจรสมมลู เทวินนิ จากน้ันนําตัวแปรทั้ง 2 ตัวไปหา คากระแส IB ของวงจร RTH คอื ความตา นทานท่ีมองออกไปจากขาเบสไปยงั แหลง กําเนดิ สญั ญาณ เมอ่ื ใหแ หลง กาํ เนิดสัญญาณลดั วงจร RTH  R1 R2 (8.13) สวน VTH คอื แรงดันปรากฏทขี่ าเบสเมอ่ื มองไปยังแหลงจา ยสญั ญาณ สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 296

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี VTH  VR2= R2VCC (8.14) R1  R2 ดงั นนั้ ไดเปน วงจรสมมลู ดังรูปท่ี 8.15 ใช KVL: VTH  I BRTH VBE  I E RE เมอื่ IE    1IB และ IC  IB ดงั นนั้ VTH VBE IB  RTH    1RE (8.15) สมการทางดา นเอาทพ ตุ สมการวงรอบแรงดนั ตามกฎแรงดันของเคอรช อฟฟทางดาน เอาทพตุ ของวงจรคอื VCE  VCC  IC RC  RE  (8.16) การหาคา VC VE และ VB กส็ ามารถหาไดเ ชนเดยี วกบั ในวงจรเอาตพ ุตของวงจรแบบรกั ษาระดบั ท่ี ขาอมิ ติ เตอรเ พราะเปน วงจรทีม่ สี วนประกอบเหมอื นกนั การออกแบบวงจรโดยการกาํ หนดคากระแสท่ไี หลผานตัวตา นทาน RB1 ใหม คี าประมาณ 6-10 เทาของกระแสเบส โดยเทอม   1RE  RT เมื่อ RT  RB1 //RB2 สมการในการ ออกแบบวงจรจะอยใู นตารางดานลาง รูปท่ี 8.19 วงจรไบแอสแบบแบงแรงดนั สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 297

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตารางท่ี 8.5 สมการสาํ หรับการออกแบบวงจรไบแอสแบบแบงแรงดัน สมการทางดานเอาตพ ตุ สมการทางดา นอนิ พตุ VCC  VRC VCE VRE VCC  VRB1 VRB2 VRC  VCC VCE VRE VRB2  VBE VRE  VBE  IERE RC  VRC  VCC VCE VRE VRB 2 VBE VRE IC IC (k  1)IB (k  1)IB RB2   RE  VRE  VRE IE IC  VRB1  VCC VRB2 RB1 kIB kI B หมายเหตุ ควรกาํ หนดให VC  VCC  VCE VRE 2 ตวั อยา งท่ี 8.4 จากวงจรในรูปที่ 8.20 จงหาคา กระแสคอลเลก็ เตอรแ ละแรงดันคอลเลก็ เตอร- อมิ ิตเตอรข องวงจร 39 k 10 k 10 F vo vi 10 F   150 3.9 k 1.5 k 47 F รปู ท่ี 8.20 วงจรสาํ หรบั ตวั อยา งท่ี 8.2 จากรูปหาแรงดันเทวินินดงั สมการ มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 298 สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี VB  R2 VCC  3.9k  22V 2 V R1  R2 3.9k  39k หาคา กระแสอมิ ติ เตอรจ ากแรงดนั ทขี่ าอมิ ติ เตอร VE  VB VBE  2  0.7  1.3 V จากนั้นแทนคา หากระแสอมิ ติ เตอร IE  VE  1.3  0.87 mA เนอ่ื งจาก RE 1.5k IC  IE    1 I E  150  0.87 mA  0.86 mA  IE  151 ดังนนั้ VCE  VCC  IC (RC  RE )  22  (0.87 103)(10k  1.5k)  12.03 V 8.5.4 วงจรไบแอสแบบปอ นกลบั แรงดนั วงจรไบแอสแบบปอ นกลบั แรงดนั (Voltage feedback bias circuit) คอื วงจรที่มี การจัดวงจรไบแอสทีข่ าเบสใหม โดยใชต วั ตา นทานมาตอ ครอมระหวางขาเบสกบั ขาคอลเล็กเตอร ทาํ ใหร ะดับแรงดนั ท่ีขาเบสเปล่ียนแปลงคา ไดต ามคา แรงดันท่ีขาคอลเลก็ เตอร ซึง่ เปนการปอ นกลับ แรงดันจากเอาทพุตมายังอนิ พุต เปนวงจรท่ีทํางานไดคงท่ีตอการเปล่ียนแปลงของอุณหภูมิ การ ปรับปรงุ ใหมเี สถียรภาพสามารถทาํ ไดดงั วงจรในรูปท่ี 8.21 + IB+IC VCC + VRC IC IB RC VRC - - + + + VBE - RB VCE VRB - - + VBE - รูปท่ี 8.21 วงจรไบแอสแบบปอ นกลบั แรงดัน สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 299

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี สมการทางดา นอินพตุ ของวงจรหาไดดว ย KVL ท่ีอินพตุ ของทรานซสิ เตอร ไดสมการดงั นี้ VCC  ICRC  I BRB VBE  I ERE แทนคา IC  IB และ IE  IC จะได VCC  IBRC  IBRB VBE  I BRE หรอื VCC  VBE  IB RC  RE   I BRB ดังนั้น IB  VCC VBE  (8.17) RB   RC  RE  ตารางที่ 8.6 สมการสาํ หรับการออกแบบวงจรไบแอสแบบปอนกลับแรงดัน สมการทางดานเอาตพ ตุ สมการทางดา นอนิ พตุ VCC  VRC VCE VCC  VRB VBE VCC  IBRB VBE VCC  (IC  IB )RC VCE VRB VCC VBE VCE IB IB RC  VRC  VCC  IB RB   IC  IB IC หมายเหตุ ควรกาํ หนดให VC  VCC  VCE 2 สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 300

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี การปรบั ปรุงเสถยี รภาพของวงจร (Stability Improvement) วงจรนจี้ ะทาํ ใหเสถยี รภาพ ดขี ้ึนนั่นคอื จะทําใหค า IC และ VCE ซ่งึ เปน จดุ ทํางานของวงจรไมข น้ึ กบั คา  พิจารณา เพอ่ื ความ สะดวกในการพจิ ารณาจากสมการ IB ของวงจรถาให V ' VCC VBE และ R'  RC  RE ดังน้ัน IB  RB V'  R ' เนอื่ งจาก IC  IB ดังนนั้ V ' IC  RB  R ' จากสมการจะเหน็ ไดว า ถา R '  RB จะทําให RB  R '  R ' ดังนัน้ V ' V ' R ' IC  RB  R '   V ' R ' หรือ IC  VC VBE (8.18) RC  RB  จากสมการจะเห็นไดวา กระแส IC ทจ่ี ดุ ทาํ งานของวงจรไมข ้ึนอยูกบั คา  จงึ ทาํ ใหเ สถยี รภาพของ วงจรดขี นึ้ อยา งไรกต็ ามเงอ่ื นไขจะเปน จรงิ กต็ อ เมอ่ื R '  RB หรอื  RE  RC   RB สมการทางดา นเอาตพ ตุ สมการของวงจรหาไดโดย KVL ที่ เอาทพ ตุ ไดสมการดงั นี้ VCC  IERE VCE  I 'C RC เมอ่ื I 'C  IC และ IE  IC จะได VCC VCE  IC RC  RE  เพราะฉะนน้ั VCE  VCC  IC RC  RE  (8.19) สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 301

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ตวั อยา งท่ี 8.5 จากวงจรในรปู จงคาํ นวณหาคาจดุ ทาํ งานของวงจร 33 k 1.8 k   90 รูปที่ 8.22 วงจรไบแอสแบบแรงดันปอ นกลบั พจิ ารณาวงจรทางดา นอนิ พตุ IB  VCC VBE  3  0.7  0.0118 mA RB  RC 33k  90 1.8k หาคา กระแสคอลเลก็ เตอรจ ากสมการ ICQ  IB  90 0.0118  1.06 mA ดงั นน้ั VCE  VCC  IC RC  3  (1.06 103)(1.8k)  3  1.9  1.1 V 8.6 การเพิ่มเสถียรภาพใหก ับวงจร วงจรไบแอสที่ดีควรจะมีการชดเชยการเปลี่ยนแปลงคาของพารามิเตอร เพ่ือใหมีการ เปลี่ยนแปลงนอยที่สุด การชดเชยอาจจะทําไดโดยอาศัยหลักการเปล่ียนแปลงในลักษณะที่มีการ เปลยี่ นแปลงตรงขา มกบั คา พารามิเตอรท ี่จะเปล่ยี น เพ่ือใหผลรวมการเปลย่ี นแปลงท้ังวงจรเปนศูนย การชดเชยที่ดวี ธิ หี น่งึ คอื อาศยั หลักการปอนกลบั ของแรงดันจากเอาตพตุ มายังอนิ พุตเชน การเติม ตวั ตานทานอมิ ติ เตอรใ นวงจรเปน ตน แตการชดเชยดังกลาวนั้นยังใหผลไมด ีเพียงพอสําหรับการใช งานบางประเภทเชน วงจรขยายชัน้ ดรี าคาแพง ดงั น้ันจึงตอ งหาวิธีการชดเชยอุณหภูมิใหสภาวะการ ทํางานของทรานซสิ เตอรม ีเสถียรภาพมากขน้ึ ดงั น้ี สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 302

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.6.1 การใชเทอรม สิ เตอรช ดเชยผลจากอณุ หภมู ิ เทอรมิสเตอรเปนอุปกรณอิเล็คทรอนิคสที่มีคาความตานทานเปล่ียนแปลงตาม อุณหภูมิ การใชเ ทอรมิสเตอรสาํ หรบั การชดเชยน้นั ทาํ ไดหลายแบบเชน การชดเชยการเปลี่ยนแปลง คาของกระแส IC โดยตรงหรือชดเชยการเปลี่ยนแปลงของกะแสเบสเพื่อใหกระแส IC มีคาคงท่ี จากวงจรดงั รูปที่ 8.23 (ก) เปน วงจรท่ใี ชเทอรม ิสเตอรท่ีลดคาความตานทานลงเม่ืออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เพือ่ ใชในการชดเชยการเพิ่มข้ึนของ IC ในขณะที่อุณหภูมิสงู ข้ึน ท้ังท่ีเพราะเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นคา ความตานทานของตวั เทอรมสิ เตอรจะลดลง ในขณะท่ีกระแส IC เพ่ิมข้ึนทําใหเกิดกระแสไหลผาน RE เพิม่ ขน้ึ (ใหแ รงดัน IERE หักลางแรงดัน VBE ) ซึ่งเปนการลดแรงดันไบแอสระหวางรอยตอ เบส-อิมิตเตอรทาํ ใหค ากระแส IC ลดลงในท่ีสุด สวนอีกวิธีหน่ึงจะเปนการใชเทอรมิสเตอรทําการชดเชยการไหลของกระแส IB โดยตรง โดยใชเ ทอรมสิ เตอรเ ปนตัวแบงแรงดนั กบั ตัวตานทาน R1 ดังรูปท่ี 8.23 (ข) เพอื่ ทจ่ี ะเปนตวั ใหไ บแอสคงที่กบั ทรานซิสเตอรโ ดยโดยทางผานตวั ทาน RB ในขณะที่อุณหภูมิมคี าสงู ขนึ้ จะเปน ผลทาํ ใหกระแสเบสมีคาสงู ข้นึ ดว ย กระแสจากขัว้ บวกของแหลงจา ยไฟปอนใหกับความตานทาน RB และ เทอรมิสเตอรขณะที่อุณหภูมิสูงข้ึนคาความตานทานของเทอรมิสเตอรจะลดลงและทําใหกระแส คอลเล็กเตอรลดลงดวย R1 RC R1 RC R2 RE RB Q1 C C R2 (ก) (ข) รปู ที่ 8.23 (ก) การใชเทอรมิสเตอรช ดเชยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมแิ ละ (ข) การใชเ ทอรม ิสเตอร ชดเชยกระแส สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 303

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.6.2 การใชไ ดโอดชดเชยการเปลย่ี นแปลงผลของการไบแอส ในวงจรรูปท่ี 8.24 เปน การใชไ ดโอดในการชดเชยการเปลี่ยนแปลงซึ่งใหผลดีกวาการ ชดเชยดว ยเทอรม ิสเตอร ทั้งนเี้ พราะหาเทอรมสิ เตอรท ่ีมีผลการเปล่ยี นแปลงตามอุณหภมู ิทเ่ี หมาะสม กับทรานซิสเตอรแตละตัวไดยาก ดังน้ันการใชรอยตอพี-เอ็นของไดโอดซ่ึงมีผลเปล่ียนแปลงตอ อณุ หภมู เิ หมอื นกนั กับทรานซิสเตอรจงึ เปนสงิ่ ทเ่ี หมาะสมกวา โดยในการใชงานจะตองตอไดโอดใน ลกั ษณะไบแอสตรงทท่ี ําใหก ระแสเบสเปลย่ี นแปลงอยา งพอเหมาะ R1 RC RB Q1 C รปู ที่ 8.24 การใชไดโอดชดเชยผลของการไบแอส 8.6.3 การใชโอดชดเชยการเปล่ียนแปลงของ VBE โดยการใชไดโอดตวั หน่ึงซึ่งถกู ไบแอสตรงดว ยแหลงกําเนิดไฟตรง VBB ตอเขา ในวงจร เบส ถาไดโอดและทรานซิสเตอรเปนสารชนิดเดียวกันแรงดันไบแอสตรง VD ของไดโอดจะ เปลี่ยนแปลงไปกบั อุณหภูมิเชนเดยี วกบั VBE แรงดนั VD ชดเชยการเปลี่ยนแปลงของ VBE และลด การเปล่ยี นแปลงของ IC อันเน่อื งมาจาก VBE ลงไดมาก RC RB RB VBB RE D1 รูปที่ 8.25 การใชไดโอดชดเชยการเปลย่ี นแปลงแรงดนั VBE สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 304

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.6.4 การใชไดโอดชดเชยการเปลีย่ นแปลงของกระแสรว่ั ไหล ICO วงจรทใ่ี ชไ ดโอดชดเชยการเปล่ียนแปลงของจดุ ทาํ งานโดยการเปล่ียนแปลง กระแส ระหวางเบสกบั อมิ ติ เตอรโดยใชเ ปน ผลทาํ ใหกระแสคอลเลคเตอรไมเปล่ียนแปลงออกไปมาก อยา งไร ก็ดีกระแสคอลเลคเตอรกย็ ังคงเปล่ียนแปลงได ถึงแมว า จะทําใหเสถียรภาพระหวา งเบสกบั อมิ ติ เตอร ม่ันคงแลวก็ตาม ทั้งน้ีเพราะกระแสคอลเลคเตอรจะมีสวนหนึ่งมาจากกระแสร่ัวไหลระหวาง คอลเล็กเตอร-เบส ICO ดังนั้นจึงตองใชวิธีการชดเชยคากระแสร่ัวไหลน้ีดวยทรานซิสเตอรเยอรมัน เนียมที่มี ICO สูง ไดโอดท่ีใชจะถูกไบแอสกลับดังน้ันถาเปนไดโอดเยอรมันเนียมเชนเดียวกันแลว กระแส ID ที่ไหลผา นไดโอดจะมีคาใกลเคียงกับกระแส ICO และกระแส ICO ที่ไหลผาน RB มีคา โดยประมาณเทากบั VCC RB ซ่ึงเปนคา คงท่ี ดังน้ันกระแสเบสจงึ มคี าเทากับผลตางของกระแส IB และ ID แตระหวางรอยตอ คอลเล็กเตอร-เบสมีกระแสรั่วไหล ICO ซ่ึงมีคาประมาณเทา กับ ID ดังนน้ั กระแสรั่วไหลสวนนีจ้ ะถูกชดเชยไปโดยอัตโนมตั ิ I B RB RC Q1 I D D1 รปู ที่ 8.26 การใชไ ดโอดชดเชยกระแสรวั่ ไหลระหวา งคอลเล็กเตอร-เบส 8.7 วงจรไบแอสเจเฟต ในท่ีน้จี ะกลา วถงึ เจเฟตแบบเอน็ เแชนแนลเทา นัน้ สว นพแี ชนแนลก็ไบแอสเหมอื นกนั เพยี งแต กลับข้ัวไฟทใ่ี ชเทาน้ัน การไบแอสเจเฟตชนดิ เอ็นแชนแนลตอ งใหไฟลบกับเกตเมื่อเทียบกับซอรสการ ไบแอสในลักษณะนีเ้ ปนการไบแอสกลบั สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 305

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี IB IC BJT กระแสควบคุม รูปที่ 8.27 กระแสและแรงดันของทรานซสิ เตอรแบบบเี จทแี ละเจเฟต รูปที่ 8.28 โครงสรางอยา งงายและขาของเจเฟต โดยจา ยแรงดนั ไฟ VDD เปน แรงดนั ของแหลงจายและเปนแหลงกําเนิดของการผลักดันให กระแสไหลจายเขาระหวางขาเดรนกันซอรส แลวจายแรงดันไฟ VGG เขาไปรีเวิรสระหวางเกตกับ ซอรส กระแสในเจเฟตแบบเอน็ แชนแนล เกดิ จากการเคลือ่ นท่ขี องอเิ ลก็ ตรอนอิสระจากซอสไปเดรน ซง่ึ จะตองผานแชนแนลระหวา งเขตปลอดพาหะทัง้ สอง แชนแนลน้สี ามารถควบคมุ ใหกวา งหรือแคบก็ไดตามการไบแอสท่ีขาเกต แรงดันที่เกตยิ่ง เปนลบมากแชนแนลจะย่ิงแคบมาก กระแสจากซอสไปเดรนจะไหลนอยลง ในทางกลับกันถา แรงดันที่เกตเปนลบนอยลง กระแสจากซอสไปเดรนจะมีคามากข้ึนหรือนอยลง เปนผลมาจาก สนามไฟฟาที่บรเิ วณเขตปลอดพาหะ ดวยเหตุน้ีทรานซิสเตอรชนิดนี้จึงมชี ่ือเรียกวาทรานซิสเตอร สนามไฟฟา (FET) สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 306

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี RD VDD D + RD n VRDD - G p VGS  0 V VD IS p + RG RS - n S - VRGG + รปู ที่ 8.29 รปู แบบของวงจรไบแอสเจเฟต รูปที่ 8.30 ความกวา งของแชแนลที่แปรตามแรงดนั VGS ทมี่ าของภาพ : www.utem.edu.my/myweb/herman/2dek/lec10.ppt 8.7.1 คุณสมบัตแิ ละคา พารามิเตอร แรงดันพินชอ อฟ (Pinch off voltage) ถาใหแรงดนั ท่ีเกตเปน 0 โวลตซ ่ึงเหมอื นกบั มี การลดั วงจรระหวา งขาซอรส และขาเกต (VG VS  0 V ) กราฟในรปู ท่ี 8.31 จะแสดงถงึ ลักษณะของอปุ กรณใ นกรณนี ้ี กราฟในชวงระหวา ง Vp และ VDS(max) จะคอ นขางคงท่ี และกระแส เดรนจะเพมิ่ ขึน้ อยางรวดเรว็ ในชวงอ่ิมตัว ลักษณะน้ีเกดิ ขน้ึ เมอ่ื แรงดนั ทเี่ ดรนมคี า สงู เกนิ ไปเจเฟต จะ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 307

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เบรกดาวนตามทแี่ สดงในกราฟแรงดนั พินชออฟคือ แรงดนั ในชวงทเี่ ลยจดุ VP ข้ึนมาทจี่ ดุ นแ้ี ชนแนล เกือบจะปด สนทิ ดังน้ันแรงดนั ทขี่ าเดรนท่เี พิม่ ขึ้นมาแทบจะไมท ําใหกระแสเดรนเพิม่ เลย ID ระดบั อิ่มตวั ความตา นทานเพมิ่ ขึน้ เม่ือความ IDSS กวา งของ channel ลดลง ความตา นทานใน n-channel 0 VP VDS รปู ที่ 8.31 กราฟคณุ ลักษณะและแรงดนั พินชอ อฟของเจเฟต จดุ หยุดนาํ กระแส-คตั ออฟ ที่ VGS มคี าเปนศูนยจะทาํ ใหกระแสเทากับ IDSS มีคามากสุด เม่ือเพ่ิมแรงดันเกตจะทําใหกระแสไหลลดลงจนเทากับศูนย เน่ืองจาก VGS เปนลบมากข้ึนใน เอ็นแชนแนลการหยดุ นํากระแสเรยี กวาเกิดภาวะคัตออฟ (Cutoff) vDS  vGS Vt vDS  vGS  Vt iD ( mA ) vDS  vGS  Vt triode saturation 10 . 0 5.0 vGS  Vt v DS ( V ) cutoff รูปท่ี 8.32 กราฟคณุ ลักษณะแรงดัน-กระแสของเจเฟต สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 308

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี การถายโอนสัญญาณ เมอื่ คา VGS มคี าการเปล่ยี นแปลงจาก 0 ถึงคา ของVGS(off ) เอน็ แชนแนลเปน คาแรงดนั ไฟลบและของพแี ชนแนลเปน คา แรงดันไฟบวก การถา ยโอนเมอ่ื มีการ เปลย่ี นแรงดันไฟดงั กลาวจะเปน ไปเสมอื นกราฟการทํางานของหลอดสญุ ญากาศ ดังปรากฏกราฟ แสดงการถา ยโอนในรูปท่ี ทก่ี ราฟออกมาเปน เสน โคง เชนนน้ั ออกมาจากผลการทดลองตามรูปที่ 8.33 รปู ท่ี 8.33 คุณสมบตั ิการถา ยโอนของเจเฟต ชนดิ เอน็ แชนแนล จากกราฟที่มีรปู แบบเหมอื นกบั โคง พาราโบลคิ สามารถหาคา ออกมาไดเ ปน สตู ร ID  I DSS 1  VGS 2 (8.20) VP คาความตา นทานอนิ พุต เจเฟต ทาํ งานดวยการรเี วริ สจงั ชนั่ ระหวางขาเกต-ซอรสความ ตา นทานอินพตุ จงึ มคี าสงู มากสามารถหาไดจ าก RIN  VGS (8.21) IGSS ความตานทานเอาตพตุ เปน คาความตานทานระหวางเดรนกบั ซอรส เนอ่ื งจากคากระแส ของเดรนทจี่ ดุ พนิ ชออฟมคี าคงทแี่ มค าแรงดนั เดรน-ซอรส จะเพ่ิมมากขึ้น ดงั น้นั หากตอ งการทราบวา ของความตานทานเดรน-ซอรส ของเจเฟต หาไดจ ากอตั ราสวนของการเปลยี่ นแปลง สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 309

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี rds  VDS (8.22) I D 8.7.2 การไบแอสเจเฟต ท่ีนิยมมีสองแบบคือวงจรไบแอสตัวเอง (Self-bias) และวงจรไบแอสแบบแบงแรงดัน (Voltage-divider bias) วงจรไบแอสตวั เอง เมอ่ื จดั วงจรใหข าเกตมี RG ตอ ลงกราวด หากพจิ ารณาแรงดันท่ีเกต จะไดแ รงดันเทากบั 0 โวลต แตหากพจิ ารณาจากกระแสรว่ั จะพบวา มคี าแรงดนั ไฟตกครอ ม RG อยู จํานวนหนึ่งหรือเมอ่ื พจิ ารณาวา เจเฟต สามารถนํากระแสไดย อ มเกดิ คา แรงดนั ไฟตกครอ ม RS เมื่อ เอาแรงดันไฟตกครอ มดังกลา วมาเทยี บกบั เกตจะเกดิ การเทยี บศกั ยเ ปน แรงดนั ไบแอสทันทเี ชน เจเฟต ชนดิ เอน็ แชนแนลเกดิ คา แรงดนั ไฟตกครอ ม RS ดา นบนเปน บวกดานลา งเปนลบ เมอื่ เอาเกตมาเทยี บ ศกั ยก บั ซอรส แลว ยอ มเหน็ ไดวา เมอ่ื กระแสเดรนเปน กระแสคามาก แรงดนั ไฟทขี่ าซอรส เทยี บกราวด จงึ มคี าบวกมากกวาเกต ขาเกตจงึ มศี กั ยลบในขณะที่ซอรสจะมศี ักยบ วก VG  0 V รปู ที่ 8.34 วงจรไบแอสตวั เอง สําหรบั เจเฟต ชนิดเอน็ แชนแนลกระแสเดรน (ID ) เปน กระแสทท่ี าํ ใหเ กิดแรงดนั ไฟตกครอ ม RS เปน ศักยบ วกเมอ่ื เทยี บกราวด เมอ่ื คา VG  0และ VS  IDRS จงึ หาแรงดนั เกต-ซอรส ออกมาไดด ังน้ี ดังน้ัน VGS  VG VS  0  IDRS (8.23) VGS  I DRS สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อุดรธานี 310

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี การต้งั จุด Q สาํ หรับเซลฟไ บแอส หลกั การเบือ้ งตนของการจดั ไบแอส ในกรณีที่ตองการตงั้ จุดทํางานซึ่งจุดดังกลาวตองมาจากความสัมพันธของคา ID กับ VGS หากจะคํานวณจากคา RS สามารถใชส มการ 8.23 มาอางอิงไดคือ RS  VGS (8.24) ID จดุ มดิ พอยน เชน เดยี วกับทรานซิสเตอรแบบสองรอยตอ เพอื่ ใหก ารทํางานในวงจรขยายมีความ ผิดเพ้ียนนอยที่สุด ควรจะกําหนดการทํางานใหทรานซิสเตอรทาํ งานที่จุดก่ึงกลางเสนภาระ ซึ่งจะ แกปญหาไดระดับหน่ึง ในสวนของเจเฟตก็เชนเดียวกันหากตองการลดความผิดเพี้ยนก็จะตอง ออกแบบใหคากระแส ID  IDSS 2 จดุ ดงั กลาวเรยี กวาก่งึ กลาง (Midpoint bias) IDSS  10 mA ID  5.07 mA VGS VGS (off) รปู ที่ 8.35 คณุ สมบตั กิ ารถายโอนของเจเฟต ชนิดเอน็ แชนแนล ตัวอ ยางท่ี 8 .6 จ ากวงจ รไบแอ สเ จเ ฟต แบบเอ็นชาแ นลที่มีจุดทําง าน IDQ  5 mA และVDSQ  10 V ถา เจเฟต มีกระแส IDSS  5 mA และแรงดนั VP  2 V จงหาคา RS และ RD ถา แหลงจายไฟเลีย้ งมีคา VDD  20 V สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 311

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี VDS รปู ที่ 8.36 รปู วงจรสาํ หรบั ตัวอยางที่ 8.2 จากขอ มลู ทโ่ี จทยก าํ หนดให IDQ  5 mA, VDSQ  10 V , IDSS  5 mA VP  2 V และ VDD  20 V จากสมการท่ี 8.20 แทนคาจะได ID  I DSS 1  VGS 2 VP 1.5 103  5  103  1  VGS 2 2 0.547  1  VGS  2 จะได VGS  0.904 VG VS  VS ดงั นั้นความตา นทาน RS หาคาไดจ ากสมการ RS  VGS  0.90  600  ID 1.5 103 ในขณะที่ความตา นทาน RD หาคา ไดจ ากสมการ VDS  VDD  I D(RD  RS ) สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 312

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี ดงั นน้ั RD  VDD VDS  I DRS  20  10  (1.5 103) 600  6.06 k ID 1.5 103 การไบแอสแบบแบง แรงดัน การไบแอสทีใ่ หเสถียรภาพทด่ี ีคือการจัดไบแอสแบบแบง แรงดนั โดยมีรซี ิสเตอร R1 และ R2 ทาํ หนาทเ่ี ปน วงจรแบงแรงดัน การไบแอสเจเฟตชนิด n แชนแนลนั้น จะตองใหไฟลบกับเกตเม่อื เทียบกบั ซอรส โดยจา ยแรงดันไฟ VDD ใหกระแสไหลจาย เขาระหวา งขา เดรนกับซอรส แลวจายแรงดันไฟ VGG เขาไปรีเวิรสระหวางเกตกับซอรส กระแสในเจเฟตแบบ เอน็ แชนแนลเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระจากซอสไปเดรน ซงึ่ จะตอ งผานแชนแนล ระหวา งเขตปลอดพาหะทั้งสอง โดยสามารถควบคุมแชนแนลใหกวา งหรือแคบไดต ามการไบแอสท่ีขา เกต แรงดนั ทีเ่ กตยงิ่ เปนลบมาก แชนแนลจะย่ิงแคบมาก ทําใหก ระแสจากซอสไปเดรนจะไหลนอ ยลง เปนผลมาจากสนามไฟฟาที่บริเวณเขตปลอด การไหลของกระแสเดรนจะทําใหเกิดแรงดันท่ี ซอรส เทยี บกับกราวนดดงั สมการ VS  I DRS สวนแรงดันทข่ี าเกตสามารถหาดว ยหลักการแบง แรงดันไดด งั น้ี VG   R1 R2 R2 VDD (8.25)  และแรงดันระหวา งขาเกต-ซอรส หาไดจ าก และแรงดันซอรสคอื VGS  VG VS VS  VG VGS กระแสเดรนหาไดจ าก ID  VS  (VG VGS ) (8.26) RS RS สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 313

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี รปู ท่ี 8.37 คุณสมบตั กิ ารถายโอนของเจเฟทชนดิ เอ็นแชนแนล ตัวอยา งท่ี 8.7 จากวงจรไบแอสเจเฟตแบบเอ็นชาแนลท่ีมีจุดทํางาน IDQ  4 mA จงหาคา VGS และ VDS ตามลาํ ดับ 2 M 2.5 k 250 k 1.5 k รปู ที่ 8.38 ภาพประกอบตัวอยางท่ี 8.2 จากขอมูลทโี่ จทยก าํ หนดให VDD  20 V , RD  2.5 k, RS  1.5 k R1  2 M R2  250 k และ ID  4 mA หาแรงดนั ที่ขาเกต VG  ( R2 R2 ) VDD  250k   20  2.2 V R1  2M  250k สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อดุ รธานี 314

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เนอ่ื งจาก VS VG VGS ซ่งึ มคี า เทา กบั แรงดนั ทต่ี กครอ มคา ความตานทาน RS เมอื่ กระแส ID ไหลผา นและมคี า    VS  IDRS  4 103  1.5 103  6.0 V จากความสัมพนั ธ VGS VG VS ดงั นน้ั ในขณะท่ี VGS  2.2  6  3.8 V ดงั นัน้ จะได  VD VDD  IDRD  20  4mA 2.5k  10 V VDS  VD VS  10  6.0  4 V 8.8 บทสรปุ การนําทรานซสิ เตอรไ ปใชงานเปนวงจรตางๆ เชน วงจรขยายสัญญาณ วงจรผสมสัญญาณ วงจรสวิตช วงจรออสซลิ เลเตอรหรือวงจรแบบแอกทฟี ชนิดใดๆ ตอ งมีจดั การไบแอสทเี่ หมาะสมใหก บั ทรานซสิ เตอรเสยี กอนเพอื่ ใหท รานซสิ เตอรอยูในสภาพพรอ มทาํ งานตามทีต่ อ งการ ซงึ่ เปน การนาํ ตัว ตานทานมาตอกําหนดแรงดันและกระแส ในรูปของแรงดัน (VCEQ,VDSQ ) และกระแส (ICQ,IDQ ) เพอื่ ใหทรานซิสเตอรทํางานไดต ามเงอ่ื นไขท่ีตอ งการ คา แร งดัน แ ละกร ะแ ส ท่ี ทําใหท ราน ซิส เ ต อ ร พร อ ม ที่จ ะทํ าง าน จ ะถูก เรี ยก วา จุด ทํา งา น (Operating point) จุดคิวหรือจุดทํางานสงบ (Quiescent point: Q Point) จุดทํางานอาจจะ แปรเปลยี่ นไปตามอณุ หภมู ิจึงมีการนําเสนอเทคนิคในการจัดวงจรไบแอสหลายแบบรวมทั้งการตอ อุปกรณอื่นเพิ่มเขา ไปในวงจรเพ่อื ใหจ ดุ ทํางานสงบน่งิ หรอื มีเสถยี รภาพมากทส่ี ดุ สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 315

เอกสารประกอบการสอนวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี คําถามทายบท 8.1 จากวงจรในรูปทัง้ 2 จงหาคากระแส ICQ และแรงดัน VCEQ ของวงจร 1 M 2.0k   100 300k 2.0k   50 230  รปู ที่ 8.39 ภาพประกอบคาํ ถามทา ยบทที่ 8.1 8.2 จากวงจรในรูปเมอื่ VCC = 12 V และ  = 100 จงคาํ นวณหาจดุ ทํางานของวงจร 180k 2.2k   100 รปู ท่ี 8.40 ภาพประกอบคําถามทา ยบทที่ 8.2 สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 316

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.3 จากจงคาํ นวณหาจดุ ทาํ งานของวงจร เมอ่ื VCC  12 V และ   125 50 k 1.8 k   125 15 k 470  รปู ท่ี 8.41 ภาพประกอบคําถามทา ยบทท่ี 8.3 8.4 จากรูปช่งึ เปนทรานซสิ เตอรชนดิ NPN จงคาํ นวณหาจดุ ทํางาน (Operating Point) ของวงจร เมอ่ื VCC  4.5 V และ   44 27 k 1.5 k 2.7 k   44 270  รูปท่ี 8.42 ภาพประกอบคําถามทายบทที่ 8.4 สาขาวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 317

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวิศวกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.5 จากรปู ท่ี 8.44 ถาทรานซสิ เตอรม คี า   0.98 และ VBE  0.7 จงหาคา ความตา นทาน R1 3.3 k   0.98 20 k 100  IE =2 mA รูปที่ 8.43 ภาพประกอบคําถามทา ยบทที่ 8.5 8.6 จากรูปถาทรานซิสเตอรม คี า   45 และ VCC  24 จงหาคา ความตานทาน RB 10 k   45 270  รูปที่ 8.44 ภาพประกอบคําถามทายบทที่ 8.6 สาขาวชิ าวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลยั ราชภฏั อุดรธานี 318

เอกสารประกอบการสอนวิชาวศิ วกรรมอเิ ล็กทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี 8.7 จากวงจรจงหาคา แรงดัน VDS และ VGS 1.5 k ID =5 mA 10 M 300  รูปท่ี 8.45 ภาพประกอบคาํ ถามทายบทที่ 8.7 8.8 จากวงจรจงหาคาแรงดัน VDS และ VGS ถา เจเฟต มี IDSS  10 mA และ VP  6 V 2.0 k 100 M 300  รปู ท่ี 8.46 ภาพประกอบคําถามทายบทท่ี 8.8 สาขาวชิ าวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวทิ ยาลัยราชภฏั อดุ รธานี 319

เอกสารประกอบการสอนวชิ าวศิ วกรรมอเิ ลก็ ทรอนิกส์ 1 โดย อาจารย์ ดร. ระวี พรหมหลวงศรี เอกสารอา งองิ Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C.(1998). Microelectronic Circuits. New York: Oxford University Press. Neamen, A. D. (2002). Electronic Circuit Analysis and Design. New York: McGraw-Hill. Floyd, L. T. (1999). Electronic Devices. New Jersey: Prentice-Hall International Inc.: Millman, J. and Grabel, A. (1987), Microelectronics. New York: McGraw-Hill. Boylestad, R. and Nashelsky, L. (1996) Electronic Devices and Circuit Theory. Prentice-Hall. Sedra, R. S.(2007). Electronic Devices for Computer Engineering. India : S. Chand and Company Ltd. ยนื ภวู รวรรณ (2531). ทฤษฎแี ละการใชงานอิเล็กทรอนกิ ส เลม 1. กรุงเทพ : หจก.นาํ อกั ษร การพิมพ. ประภากร สุวรรณะ และ สมศกั ด์ิ ชุมชวย. (2545). วิศวกรรมอิเล็กทรอนกิ ส 1 พมิ พค ร้ังที่ 1 กรุงเทพ: สถาบนั เทคโนโลยพี ระจอมเกลา ลาดกระบงั จริ ยุทธ มหัทธนกลุ . (2550). อเิ ลก็ ทรอนกิ ส. พิมพค รัง้ ท่ี 2 กรงุ เทพมหานคร : มหาวิทยาลยั เทคโนโลยมี หานคร. สุรนันท นอ ยมณี (2549). เอกสารคาํ สอนกระบวนวชิ า 261213 อปุ กรณอ ิเลก็ ทรอนกิ สส าํ หรับ วิศวกรรมคอมพวิ เตอร. จ. เชยี งใหม : มหาวทิ ยาลยั เชียงใหม. พันธศ กั ดิ์ พุฒิมานิตพงศ. (2543). ทฤษฎีวงจรอเิ ล็กทรอนิกส เลม 1 . กรงุ เทพ: หจก. ซเี อ็ดยูเคชน่ั . สาขาวิชาวิศวกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ ส คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภฏั อุดรธานี 320