อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

จัดทำโดย ติวเตอร์ พ่ีทิพย์

สารกง่ึ ตวั นาและไดโอด ในปัจจุบนั อุตสาหกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์พ่ึงพาวสั ดุสารก่ึงตวั นาในการสร้างอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์แทน การใชอ้ ุปกรณ์ที่ใชห้ ลกั การของหลอดสุญญากาศ ทาใหอ้ ุปกรณ์ท่ีไดม้ ีขนาดเลก็ ลงและมีน้าหนกั เบา ไม่ตอ้ งใช้ ความร้อนในการอุ่นไส้หลอด มีความทนทานทางกล ในบทน้ีจะกล่าวถึงหลกั การของสารก่ึงตวั นาเบ้ืองตน้ รวมถึงไดโอดซ่ึงเป็นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์พ้นื ฐาน 1.1 สารก่ึงตัวนา คือ สารที่มีสภาพระหว่างตัวนากับฉนวน นาไปใช้ในการสร้างอุปกรณ์ทาง อิเลก็ ทรอนิกส์ต่าง ๆ เช่น ไดโอด, ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ การคน้ พบสารก่ึงตวั นา นบั เป็นการคน้ พบท่ียงิ่ ใหญ่ จน อาจกล่าวไดว้ า่ เป็นการปฏิวตั ิอุตสาหกรรมอิเลก็ ทรอนิกส์เลยทีเดียว 1.1.1 สสาร คือทุกสิ่งทุกอยา่ งท่ีเรามองเห็นบนโลกน้ีลว้ นเป็นสสาร (Matters) ท้งั สิ้น สสารเป็น สิ่งที่มีน้ าหนัก ต้องการท่ีอยู่อาศัย โดยท่ัวไปจะมีอยู่ 3 สถานะคือ ของแข็ง, ของเหลว และ ก๊าซ ธาตุ (Elements) ประกอบจากสสาร จนกลายเป็ นธาตุชนิดต่าง ๆ เช่น ทองแดง, อลูมิเนียม, เงิน, ทองคา, ปรอท เป็ น ตน้ อะตอม (Atom) คืออนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุ ไม่สามารถอยู่ตามลาพงั ได้ ตอ้ งอยู่รวมกนั เป็ นโมเลกุล (Molegul) ภายในอะตอมจะประกอบไปดว้ ยที่อยแู่ กนกลางคือนิวเครียส (Neucleus) ภายในนิวเครียสประกอบ ดว้ ยโปรตรอน ซ่ึงมีศกั ยไ์ ฟฟ้าเป็ นบวก (Positive Charge) และนิวตรอน (Neutron) มีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนที่อยู่รอบนอกมีวงโคจรความเร็วสูง อาจมีวงเดียวหรือหลายวงก็ได้ วงนอกสุดน้ันเรียกว่าอิเล็กตรอน (Electron) ซ่ึงมีคุณสมบตั ิทางไฟฟ้าเป็นลบ (Negative Charge) โครงสร้างอะตอม แสดงดงั ภาพท่ี 1.1 ภาพท่ี 1.1 โครงสร้างอะตอม

1.1.2 ประเภทของสสาร สสารทุกชนิดประกอบดว้ ยส่วนประกอบเลก็ ๆ ท่ีเรียกว่า “โมเลกุล” มารวมตวั กนั โดยแต่ละโมเลกุลก็จะประกอบดว้ ยส่วนที่เล็กมาก ๆ ซ่ึงเรียกว่าอะตอม เช่น โมเลกุลของน้าจะ ประกอบดว้ ยอะตอม 3 อะตอม คืออะตอมของไฮโดรเจน (Hydrogen) 2 อะตอม และ อะตอมของออกซิเจน (Oxygen) 1 อะตอมมารวมกนั โดยอะตอมแต่ละอะตอมจะมีแกนกลางซ่ึงเรียกว่านิวเคลียส ซ่ึงจะมีนิวตรอน และโปรตอนอยู่ภายใน และจะมีอิเล็กตรอนว่ิงอยู่รอบๆนิวเคลียส หลายๆวง โดยอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุด เรียกวา่ วาเลนอิเลก็ ตรอน (Valence Electron) จะมีผลต่อความสามารถในการนาไฟฟ้าของสสารน้นั สสารที่เป็น ตวั นา (Conductor) จะมีอิเล็กตรอนวงนอกเพียง 1-3 ตวั ดงั น้ันเมื่อมนั ไดร้ ับพลงั งานความร้อน หรือ พลงั งาน ไฟฟ้า อิเล็กตรอนก็จะหลุดออกมาจากวงโคจรเป็ นอิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) ไดท้ นั ที ทาให้สามารถ เคล่ือนตวั ไปในสสารไดอ้ ยา่ งอิสระ ซ่ึงเราเรียกการเคล่ือนตวั ของอิเลก็ ตรอนน้ีวา่ “กระแสไฟฟ้า” ดงั น้นั สสารท่ี เป็ นตวั นาจึงมีสภาพการนาไฟฟ้าท่ีดี ส่วนสสารท่ีมีอิเล็กตรอนวงนอกต้งั แต่ 5-8 ตวั เราจะเรียกว่า “ฉนวน” (Insulator) จะมีสภาพการนาไฟฟ้าที่ไม่ดีนกั เพราะมีอิเลก็ ตรอนอิสระนอ้ ย สาหรับสสารที่มีอิเลก็ ตรอนวงนอก 4 ตวั เช่น ซิลิกอน (Silicon) และเยอร์มนั เนียม (Germanium) จะมีสภาพการนาไฟฟ้าอยรู่ ะหวา่ งตวั นาและฉนวน เราเรียกวา่ “สารก่ึงตวั นา” (Semiconductor) โครงสร้างของสสารแต่ละประเภท แสดงดงั ภาพที่ 1.2 ภาพที่ 1.2 โครงสร้างของสสารแต่ละประเภท

1.1.3 สารกงึ่ ตัวนาชนิดพี และชนิดเอน็ สารก่ึงตวั นาชนิดพี เกิดจากการเติมอะตอมของสารเจือ ปนที่มีวาเลนซ์อิเลก็ ตรอน 3 ตวั เช่น โบรอน (Boron, B) อะลูมิเนียม (Aluminum, Al) แกลเลียม (Gallium, Ga) อินเดียม (Indium, In) อยา่ งใดอยา่ งหน่ึงลงในซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียม สารก่ึงตวั นาชนิดพี แสดงดงั ภาพที่ 1.3 ภาพที่ 1.3 สารก่ึงตวั น้าชนิดพี จากภาพท่ี 1.3 เมื่อเราทาการเติมอะตอมของสารโบรอนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตวั ลงใน สารซิลิกอน จะเป็ นผลทาให้ไดว้ าเลนซ์อิเล็กตรอนของสารซิลิกอนไม่ครบ 8 ตวั ขาดไป 1 ตวั ส่วนท่ีขาด อิเลก็ ตรอนน้ีจะเป็นพ้นื ท่ีวา่ ง เรียกวา่ โฮล (Hole) หมายถึง หลุม หรือรู โดยโฮลน้ีสามารถจะรับอิเลก็ ตรอนตวั ที่ อยใู่ กลเ้ คียงท่ีไดร้ ับพลงั งานเพียงพอใหเ้ ขา้ มาอยแู่ ทนที่โฮลได้ ดงั น้นั สารก่ึงตวั นาชนิดพี จึงมีโฮลเป็นพาหะขา้ ง มากและมีอิเลก็ ตรอนเป็นพาหะขา้ งนอ้ ย สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ เกิดจากการเติมอะตอมของสารเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเลก็ ตรอน 5 ตวั เช่น ฟอสฟอรัส (Phosphorus, P) สารหนู (Arsenic, As) พลวง (Antimony) อย่างใดอย่างหน่ึงลงไปในซิลิกอนหรือ เจอร์เมเนียม สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ แสดงดงั ภาพที่ 1.4 ภาพที่ 1.4 สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็

จากภาพที่ 1.4 จะเห็นไดว้ ่า เม่ือเราทาการเติมอะตอมของสารหนูลงในสารซิลิกอนจะทาใหม้ ี วาเลนซ์อิเล็กตรอนอีก 1 ตวั ท่ีไม่สามารถจบั ตวั กบั อะตอมขา้ งเคียงได้ เรียกอิเล็กตรอนตวั ท่ีเกินมา 1 ตวั น้ีว่า “อิเลก็ ตรอนอิสระ” (Free electron) ซ่ึงมนั จะทาการแสดงประจุไฟฟ้าลบออกมา ดงั น้นั สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ จึง มีอิเลก็ ตรอนเป็นพาหะขา้ งมาก (Majority carriers) และมีโปรตอนเป็นพาหะขา้ งนอ้ ย (Minority carriers) 1.1.4 รอยต่อชนิดพี ชนิดเอน็ เมื่อนาสารก่ึงตวั นาชนิดพี และสารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ มาเช่ือมต่อ กนั จะเกิดการรวมตวั ระหว่างอิเล็กตรอนและโฮลบริเวนใกลร้ อยต่อน้นั โดยอิเล็กตรอนในสารก่ึงตวั นาชนิด เอ็น จะรวมตวั กบั โฮลของสารก่ึงตวั นาชนิดพี ทาให้อะตอมบริเวณรอยต่อของสารก่ึงตวั นาชนิดเอ็น จะขาด อิเล็กตรอนไปเกิดเป็ นสภาวะเป็ นประจุไฟฟ้าบวก ซ่ึงจะตา้ นการเคล่ือนท่ีของโฮล ในขณะท่ี อะตอมบริเวณ รอยต่อของสารพี จะมีอิเลก็ ตรอนเกินมาทาใหม้ ีประจุไฟฟ้าลบซ่ึงจะผลกั อิเลก็ ตรอนอิสระที่จะว่ิงขา้ มมาทางฝ่ัง ของสารพี รอยต่อของสารพีและสารเอน็ แสดงดงั ภาพท่ี 1.5 ภาพท่ี 1.5 โครงสร้างรอยต่อของสารพีและสารเอน็ จากภาพที่ 1.5 บริเวณดงั กล่าวจึงเป็นบริเวณปลอดพาหะ (Depletion Region) โดยจะเสมือน กาแพงก้นั ไมใ่ หอ้ ิเลก็ ตรอน และโฮลของอะตอมอื่นๆ ภายในสารก่ึงตวั นามารวมกนั ถา้ ตอ้ งการใหพ้ าหะท้งั สอง ฝั่งมารวมตวั กนั จะตอ้ งใหแ้ รงดนั ไฟฟ้า แก่สารใหม้ ากกวา่ ระดบั แรงดนั ไฟฟ้า ซ่ึงเกิดจากประจุบริเวณรอยต่อ โดยถา้ เป็นสารก่ึงตวั นาท่ีทามาจากซิลิกอน ระดบั แรงดนั ดงั กล่าวจะอยปู่ ระมาณ 0.7 โวลท์ และ ในกรณีสารก่ึง ตวั นาที่ทามาจากเยอรมนั เนียม ระดบั แรงดนั ดงั กล่าวจะมีค่าต่ากวา่ โดยจะมีคา่ ประมาณ 0.3 โวลท์

1.2 ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์สารก่ึงตวั นา มี 2 ข้วั คือ พี และข้วั เอน็ ถูกออกแบบมาเพื่อควบคุม ทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้ายอมใหก้ ระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียวกนั และป้องกนั กระแสการไหลกลบั ทิศทางเดิม หากมองหลกั การทางานกเ็ หมือนกบั วาลว์ น้าทิศทางเดียวไม่ยอมใหน้ ้าไหลกลบั ซ่ึงนบั เป็นประโยชน์ อยา่ งมากในวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ เช่นวงจรบริดจแ์ ปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลบั หรือป้องกนั การสลบั ข้วั ใหแ้ ก่ วงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ 1.2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ไดโอด การที่สารก่ึงตวั นาชนิดพี มีโฮลเป็ นพาหะขา้ งมาก และ ในขณะเดียวกนั กม็ ีอิเลก็ ตรอนอิสระเป็นพาหะขา้ งนอ้ ย ซ่ึงโดยปกติแลว้ โฮลเป็นเพียงพ้ืนท่ีวา่ งในสารชนิดพี แต่ มนั สามารถรับอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่ใกลเ้ ขา้ มาแทนท่ีตวั มนั ได้ เราจึงเปรียบโฮลเสมือนเป็ นประจุไฟฟ้าบวก ขณะเดียวกนั ที่สารก่ึงตวั นาชนิดเอน็ จะมีอิเลก็ ตรอนอิสระเป็นพาหะขา้ งมาก และมีโฮลเป็นพาหะขา้ งนอ้ ยนนั่ คือสารก่ึงตวั นาดา้ นเอ็น จะมีอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าโฮล เมื่อนาสารพีและเอ็น มาต่อกนั โครงสร้างและ สญั ลกั ษณ์ของไดโอดเรียงกระแส แสดงดงั ภาพที่ 1.6 ภาพที่ 1.6 โครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ของไดโอด 1.2.2 การทางานของไดโอด เมื่อเราจ่ายแรงดันให้แก่ไดโอดในลักษณะ ต่อข้ัวบวกของ แบตเตอรี่เขา้ กบั ขาแอโนด และต่อข้วั ลบเขา้ กบั ขาแคโทด จะทาให้อิเล็กตรอนมีพลงั งานเพ่ิมมากข้ึน โดยถา้ แรงดนั แบตเตอรี่ท่ีจ่ายมีระดบั แรงดนั สูงกว่าแรงดนั ตา้ นกลบั บริเวณรอยต่อ ก็จะทาให้อิเลก็ ตรอนมีพลงั งานสูง พอ ที่จะขา้ มมายงั ฝ่ังตรงขา้ มได้ เกิดมีกระแสไฟฟ้าไหล เราเรียกการต่อแรงดนั ในลกั ษณะน้ีว่า การไบแอสตรง (Forward Bias) การไบแอสตรง แสดงดงั ภาพท่ี 1.7

ภาพที่ 1.7 การไบแอสตรง การไบแอสกลบั เป็นการใหไ้ บแอสกลบั แก่ไดโอด เป็นการต่อแหล่งจ่ายดา้ นไฟบวกเขา้ กบั สาร ก่ึงตวั นาชนิด N หรือข้วั แคโถด เทียบกบั สารก่ึงตวั นาชนิด P หรือดา้ นแอโนด ลกั ษณะเช่นน้ี ศกั ยไ์ ฟบวกที่ ข้วั แคโถดจะดึงดูดอิเลก็ ตรอนอิสระใหห้ ่างรอยต่อส่วนศกั ยไ์ ฟลบท่ีข้วั แอโนดจะเสมือนดึงโฮลใหอ้ อกห่างจาก รอยต่อเช่นกนั ทาใหบ้ ริเวณรอยต่อมีพ้ืนที่กวา้ งมากข้ึน อิเลก็ ตรอนไม่สามารถว่ิงขา้ มรอยต่อไปได้ กระแสไฟฟ้า จึงไม่สามารถวง่ิ ผา่ นไดโอดเพ่อื ครบวงจรได้ อยา่ งไรกต็ ามจะมีกระแสค่าเลก็ ๆ ในช่วงนาโนแอมแปร์ (nA) ไหลผา่ นขา้ มรอยต่อ ไดบ้ า้ งเพียงเลก็ นอ้ ย เรียกกระแสน้ีว่า “กระแสรั่วไหล”(Leakage current) ซ่ึงโดยปกติแลว้ ค่ากระแสร่ัวไหลของ เยอรมนั เนียมไดโอดจะมีมากกวา่ ซิลิกอนไดโอด การไบแอสกลบั แสดงดงั ภาพที่ 1.8 ภาพที่ 1.8 การไบแอสกลบั

จากการจดั ไบแอสตรง และไบแอสกลบั สามารถเขียนกราฟคุณสมบตั ิของไดโอดได้ กราฟ คุณสมบตั ิของไดโอด แสดงดงั ภาพที่ 1.8 ภาพท่ี 1.8 กราฟคุณสมบตั ิของไดโอด จากลกั ษณะสมบตั ิของไดโอดในภาพที่ 1.8 จะเห็นไดว้ ่า เมื่อไดโอดไดร้ ับการไบแอสตรงใน ช่วงแรกที่ค่าแรงดนั ไบแอสตรง (VF) มีค่าสูงข้ึนน้นั ไดโอดจะเร่ิมนากระแสไดอ้ ยา่ งเตม็ ที่เมื่อแรงดนั ตกคร่อมท่ี ตวั มนั มีค่าถึงค่าแรงดนั หน่ึงซ่ึงเรียกว่า “แรงดนั คตั อิน” (Cut – in voltage) ซ่ึงค่าแรงดนั คตั อินของเจอร์เมเนียม ไดโอดอยทู่ ่ีประมาณ 0.2 V และซิลิกอนไดโอดจะอยทู่ ่ีประมาณ 0.6 V ช่วงน้ีแรงดนั ตกคร่อมไดโอด (VAK) จะ ค่อนขา้ งคงท่ีท่ีค่าแรงดนั คตั อิน แรงดนั ส่วนใหญ่จะไปตกคร่อมโหลดตวั ตา้ นทาน (R) จึงเปรียบสภาวะการ นากระแสของไดโอดขณะน้ี เหมือนไดโอดทาหน้าท่ีเป็ นสวิตช์ต่อวงจรต่อไปถา้ ให้ไบแอสกลบั แก่ไดโอด ไดโอดจะไม่สามารถนากระแสได้ แต่อาจมีกระแสร่ัวไหลเลก็ ๆ ไหลผา่ นรอยต่อไดโอดซ่ึงไม่สามารถนามาใช้ งานได้ แต่ถา้ เพ่ิมแรงดนั ที่แหล่งจ่าย (Es) ไปจนถึงค่าค่าหน่ึง เรียกว่า “แรงดนั พงั ทลาย” (Breakdown voltage) ไดโอดจะนากระแสไดเ้ น่ืองจากรอยต่อ P – N ของไดโอดทะลุ สภาวะเช่นน้ีจะทาใหไ้ ดโอดไดร้ ับความเสียหาย 1.2.3 การอ่านคู่มือไดโอด การอ่านขอ้ มูลไดโอด โดยเร่ิมจากการเลือกเบอร์ไดโอดท่ีตอ้ งการ ทราบขอ้ มูลเป็ นอนั ดบั แรก จากหนงั สือคู่มือ หรือจากเอกสารของบริษทั ผูผ้ ลิต ในคู่มือจะให้รายละเอียดของ ขอ้ มูลต่างๆ ที่มีความสาคญั ของไดโอดแต่ละเบอร์อยา่ งครบถว้ น โดยบอกวธิ ีการอ่านขอ้ มูลของไดโอด ดงั ตาราง ท่ี 1.1

ตารางท่ี 1.1 ตารางคู่มือไดโอดเรียงกระแส 1N4001 1A ตารางคู่มือไดโอดเรียงกระแส 1N4001 1A 1.2 V ค่าอตั ราทนกระแสสูงสุดท่ีสามารถทนได้ 50 V คา่ อตั ราทนกระแสไบแอสตรง 5 uA ค่าแรงดนั สูงสุดเมื่อไดร้ ับแรงดนั ไบแอสตรง 40 A คา่ แรงดนั ไบแอสกลบั ท่ีทนได้ 50 V ค่ากระแสท่ีไหลผา่ นเมื่อไดร้ ับการไบแอสกลบั ค่ากระแสไหลผา่ นไดโอดเรียงกระแสในช่วงเวลาส้นั ๆ 35 V ค่าแรงดนั สูงสุดที่ไดโอดเรียงกระแสสามารถทางานได้ คา่ แรงดนั RMS สูงสุดท่ีไดโอดเรียงกระแสสามารถทางาน ได้ 1.2.4 การทดสอบไดโอด วิธีการตรวจสอบไดโอดว่าดีหรือเสียและตรวจสอบข้วั ของไดโอดทาไดโ้ ดยอาศยั คุณสมบตั ิของการไบอสั ไดโอด โดยสามารถทาไดด้ งั น้ี คือ 1. ใชม้ ลั ติมิเตอร์ต้งั ยา่ นวดั โอห์ม R X 1 2. ใชป้ ลายสายวดั ต่อเขา้ กบั ข้วั ต่อแต่ละดา้ นของไดโอด 3. สงั เกตเขม็ มิเตอร์วา่ ข้ึนหรือไม่ 4. จากน้นั ทาการสลบั ข้วั สายวดั แลว้ สงั เกตเขม็ มิเตอร์อีกคร้ัง ถา้ เข็มมิเตอร์ข้ึน 1 คร้ัง ไม่ข้ึนหน่ึงคร้ัง แสดงว่า ไดโอดอยู่ในสภาพใชง้ านได้ (ไบแอสตรง กระแสไหล ไบแอสกลบั กระแสไม่ไหล) แต่ถา้ เขม็ มิเตอร์ไม่ข้ึนท้งั สองคร้ัง แสดงวา่ ไดโอดขาด หรือ ถา้ ข้ึนท้งั สองคร้ังแสดงว่า ไดโอดลดั วงจร สาหรับข้วั ไดโอดน้นั ใหพ้ ิจารณาในสภาวะเขม็ ข้ึน โดยข้วั + ของมิเตอร์จะต่อ กบั แคโถด และข้วั – ของมิเตอร์จะต่อกบั แอโนด (ท่ีเป็ นเช่นน้ีเพราะ ข้วั มิเตอร์จะสลบั กบั ข้วั ของแบตเตอร่ี ภายใน ทาใหใ้ นสภาวะท่ีเขม็ ข้ึน คือสภาวะไบอสั ตรง แอโนด จะถูกต่อกบั ข้วั – ของมิเตอร์ ซ่ึงกค็ ือข้วั บวก ของ แบตเตอรี่ภายในมิเตอร์)

1.3 ซีเนอร์ไดโอด จากการท่ีเราใชไ้ ดโอดเปล่ียนแรงดนั ไฟฟ้ากระแสสลบั ให้เป็ นไฟฟ้ากระแสตรง เพื่อสร้าง แหล่งจ่ายไฟตรงจ่ายไฟใหก้ บั โหลด ส่ิงท่ีสังเกตไดป้ ระการหน่ึงก็คือค่าแรงดนั ไฟตรงท่ีไดจ้ ะมีค่าไม่คงท่ีแมว้ า่ มนั จะสามารถนาไปขบั โหลดได้จริงก็ตาม ดังน้ันจึงมีการคิดคน้ อุปกรณ์ที่จะนามาใช้ในการรักษาระดับ แรงดนั ไฟตรงใหค้ งท่ี เพื่อจ่ายใหก้ บั โหลดที่ตอ้ งการแรงดนั ค่าคงที่จริง ๆ 1.3.1 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ซีเนอร์ไดโอด เป็นไดโอดที่ถูกออกแบบมาเป็นพเิ ศษ ใหส้ ามารถ ทางานไดใ้ นย่านพงั ทลาย (Breakdown region) ขณะไบแอสกลบั โดยในช่วงบริเวณรอยต่อพีเอ็น ของซีเนอร์ ไดโอดจะทาการเติมสารเจือปนให้ทุกพ้ืนที่ของรอยต่อมีค่าความต้านทานเท่ากัน อันจะเป็ นผลทาให้ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผา่ นรอยต่อพีเอน็ ของไดโอดเท่ากนั โดยสม่าเสมอไม่มีจุดใดที่มีกระแสไหลผา่ นมากเกินไป จนเกิดความเครียดหรือร้อนจดั เวน้ เสียแต่ปริมาณกระแสท่ีไหลผ่านรอยต่อพีเอน็ น้นั จะสูงเกินกว่าพิกดั ท่ีมนั ทนได้ ซ่ึงน่นั ก็จะเป็ นสาเหตุที่ทาให้รอยต่อของซีเนอร์ไดโอดเกิดการเสียหาย โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของ ไดโอดซีเนอร์ แสดงดงั ภาพท่ี 1.9 ภาพที่ 1.9 โครงสร้างและสญั ลกั ษณ์ของซีเนอร์ไดโอด จากภาพท่ี 1.9 จะเห็นว่าลกั ษณะโครงสร้างของซีเนอร์ไดโอดก็เหมือนกนั รอยต่อของไดโอด ชนิดรอยต่อพีเอ็น จะแตกต่างก็เพียงการเติมสารเจือปนตามท่ีกล่าวไวข้ า้ งตน้ ดงั น้ันการนากระแสของซีเนอร์ ไดโอดขณะไบแอสตรง กจ็ ะเหมือนกบั การนากระแสของไดโอดชนิดรอยต่อพเี อน็ แต่เมื่อมนั ไดร้ ับไบแอสกลบั

จนเมื่อแรงดนั ไบแอสกลบั สูงถึงค่าแรงดันพงั ทลาย มนั จะสามารถนากระแสได้โดยตวั มนั ไม่เป็ นอนั ตราย เวน้ เสียแต่กระแสที่ไหลผ่านรอยต่อขณะไบแอสกลบั น้ีสูงเกินกว่าค่ากระแสสูงสุดท่ีมนั ทนได้ มนั จึงจะไดร้ ับ ความเสียหายอย่างไรก็ตามการนากระแสในช่วงไบแอสกลบั น้ีจะสามารถนากระแสไดน้ ้อยกว่าขณะไดร้ ับ ไบแอสตรง ส่วนสัญลกั ษณ์จะเป็นรูปสญั ลกั ษณ์ ซ่ึงจะเขียนต่างจากไดโอดชนิดรอยต่อพีเอน็ บา้ งเลก็ นอ้ ย แต่ขา หรือข้วั ต่อใชง้ านยงั คงเรียกเหมือนกบั ไดโอดชนิดรอยต่อพเี อน็ 1.3.2 การทางานของซีเนอร์ไดโอด ขณะทาการไบแอสตรง จะเหมือนกบั ไดโอดทว่ั ไป คือจะมี แรงดันเริ่มนากระแส ที่ประมาณ 0.6 V และจะเปลี่ยนแปลงเพิ่มข้ึนน้อยมาก ส่วนทางด้านไบแอสกลับ กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดไดเ้ ล็กน้อยในช่วงแรก แต่เมื่อแรงดนั ไฟฟ้าที่ตกคร่อมซีเนอร์ ไดโอดมีค่าถึงค่า “แรงดนั พงั ทลาย” (Breakdown voltage ; VBD) หรือในบางแห่งจะเรียกว่า “แรงดนั อาวาเลนซ์” (Avalance voltage;VAV) หรือ “แรงดนั ซีเนอร์” (Zener volage ; VZ) ซีเนอร์ไดโอดจะนากระแสไดม้ ากข้ึนแต่จะ ไม่มากเท่าขณะไบแอสตรง ขณะเดียวกัน แรงดันท่ีตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดจะเริ่มคงที่ ในขณะท่ีค่าของ กระแสไฟฟ้าที่ไหลผา่ นซีเนอร์ไดโอดมีการเปล่ียนแปลงโดยข้ึนอยกู่ บั ความตา้ นทานของโหลด กราฟคุณสมบตั ิ ซีเนอร์ไดโอด แสดงดงั ภาพท่ี 1.10 ภาพที่ 1.10 กราฟคุณสมบตั ิซีเนอร์ไดโอด

1.3.3 การอ่านคู่มือไดโอดซีเนอร์ การอ่านขอ้ มูลซีเนอร์ไดโอด โดยเร่ิมจากการเลือกเบอร์ซี เนอร์ไดโอดที่ตอ้ งการทราบขอ้ มูลเป็นอนั ดบั แรก จากหนงั สือคู่มือ หรือจากเอกสารของบริษทั ผผู้ ลิต ในคู่มือจะ ใหร้ ายละเอียดของขอ้ มูลต่างๆ ที่มีความสาคญั ของซีเนอร์ไดโอดแต่ละเบอร์อยา่ งครบถว้ น โดยบอกวิธีการอ่าน ขอ้ มูลของซีเนอร์ไดโอด ดงั ดงั ตารางที่ 1.2 ตารางท่ี 1.2 ตารางคูม่ ือซีเนอร์ไดโอด 1N4728 ตารางคู่มือซีเนอร์ไดโอด 1N4728 3.3 V 275 mA คา่ แรงดนั ซีเนอร์ (������������������ หรือ ������������������������������������) 20 mW ค่ากระแสซีเนอร์สูงสุด (������������������) 76 mA คา่ กาลงั ไฟฟ้าสูงสุด (������������������ หรือ ������������������������������������) ค่ากระแสทดสอบซีเนอร์ (������������������) 1.3.4 การทดสอบซีเนอร์ไดโอด 1. การวดั หาขาของซีเนอร์ไดโอด สามารถนามาใชใ้ นการตรวจหาขาของซีเนอร์ไดโอดได้ โอย ใชส้ ภาวะการจ่ายไบแอสตรงให้ไดโอดซีเนอร์ คือสภาวะท่ีเขม้ มิเตอร์ข้ึน ในการวิเคราะห์จะสรุปไดว้ ่าขาท่ี ข้วั บวกของแบตเตอร์ 2. การวดั การขาดและการช็อตของซีเนอร์ไดโอดในสภาวะปกติ เมื่อต้งั ยา่ นวดั โอห์มมิเตอร์ที่ Rx1 หรือ Rx10 จะขนั คร้ังหน่ึงและไม่ข้ึนคร้ังหน่ึง ถา้ หากการวดั ซีเนอร์ไดโอดโดยการสลบั สายวดั ท้งั สองคร้ัง เขม็ มิเตอร์ไม่ข้ึน ช้ีท่ีอินฟิ นิตี ท้งั สองคร้ัง แสดงวา่ ซีเนอร์ไดโอดขาด ถา้ วดั ซีเนอร์ไดโฮด โดยการสลบั สายวดั ท้งั สองคร้ัง เขม็ มิเตอร์ข้ึนช้ี ท้งั สองคร้ังแสดงวา่ ซีเนอร์ไดโอดช็อต 3. การวดั ลีก (ร่ัว) และเส่ือมของซีเนอร์ไดโอด การวดั ลีก(รั่ว)และเสื่อมของซีเนอร์ไดโอด จะ ใชย้ า่ นวดั ของโอห์มมิเตอร์ที่ Rx10k วดั ซีเนอร์ไดโอดในสภาวะจ่าบไบแอสกลบั คือข้วั ลบของแบตเตอร่ีภายใน โอห์มมิเตอร์วดั ที่ขาแอโนด(A) ข้วั บวกของแบตเตอร่ีภายในโอห์มมิเตอร์วดั ท่ีขาแคโทด(K)

ซีเนอร์ไดโอดส่วนมากสร้างข้ึนมาแลว้ จะมีค่าการลีก(รั่ว)ในตวั สูงเพราะจากขบวนการผลิตที่ ตอ้ งเติมสารเจือปนมากและนอ้ ยกว่าปกติและจากขบวนการผลิตท่ีจะตอ้ งเติมสารเจือปนมากและนอ้ ยกว่าปกติ และจากคุณสมบตั ิท่ีตี่จะตอ้ งใชใ้ นการกาหนดค่าแรงดนั ใหค้ งที่ ดงั น้นั เม่ือต้งั ยา่ นวดั มิเตอร์ท่ี Rx10k วดั สภาวะ ไบแอสกลบั ใหต้ วั ซีเนอร์ไดโอดแลว้ ซีเนอร์ไดโอดบา้ งเบอร์จะข้ึนประมาณกลางสเกล ถึงแมเ้ ป็นซีเนอร์ไดโอด ตวั ใหม่กว็ ดั ข้ึนเช่นกนั การวดั ข้ึนคร้ังน้ีไม่ไดห้ มายความวา่ ซีเนอร์ไดโอดเสีย ซีเนอร์ไดโอดตวั น้ีดีใชง้ านไดป้ กติ แหล่งข้อมูลอ้างองิ พทุ ธรักษ์ แสงก่ิง และ ไชยศ บุญคง. 2558. อปุ กรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร. กรุงเทพฯ: สานกั พิมพ์ ศูนย์ ส่งเสริมอาชีวะ

ติวเตอร์ พ่ีทิพย์