ใบความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

ใบความรเู้ กย่ี วกับ ไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ ศูนยว์ ิทยาศาสตรแ์ ละวฒั นธรรมเพอ่ื การศกึ ษารอ้ ยเอด็

ความรเู้ บ้ืองตน้ เกีย่ วกบั ไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ เครื่องใช้ไฟฟา้ ตา่ งๆ ท่ีพบเหน็ ไดใ้ นปจั จุบนั ลว้ นประกอบขน้ึ มาจากอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์ตา่ งๆ ท้ังส้นิ อปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์ทีป่ ระกอบกันข้ึนมานี้ จะประกอบกนั ขึ้นเปน็ วงจรในรูปแบบต่างๆ กันตามความต้องการใช้งานและคุณลกั ษณะเฉพาะของแตล่ ะอุปกรณ์ ดังนน้ั การทาความร้จู ักและ เข้าใจการทางานของอปุ กรณ์อิเล็กทรอนกิ ส์ตา่ งๆ จึงถอื เป็นเรื่องใกล้ตัวที่ทกุ คนควรรู้และสามารถ นาไปใชป้ ระโยชน์ได้ อเิ ล็กทรอนิกส์ (electronics) เป็นคาทีม่ คี วามเกี่ยวเนือ่ งกับคาว่า อิเล็กตรอน (electron) เป็น อยา่ งย่งิ ซง่ึ จะเหน็ ไดจ้ ากอปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์ต่างๆ สามารถใชง้ านไดก้ ็ต่อเม่อื มีการผ่าน กระแสไฟฟา้ ไปในชน้ิ ส่วนอิเล็กทรอนิกส์ชิ้นนัน้ ซงึ่ หลายคนทราบกนั ดวี า่ กระแสไฟฟ้าเกิดจาก การเคล่ือนท่ีของอิเล็กตรอนท่อี ย่ใู นแหลง่ กาเนิดหรือตวั นาน้นั ๆ เพียงแต่ทิศทางของอเิ ลก็ ตรอน กับทิศทางของกระแสไฟฟา้ มที ศิ ทางตรงข้ามกนั เมอื่ กระแสไฟฟา้ ผา่ นช้นิ ส่วนอิเล็กทรอนกิ ส์กจ็ ะ เกิดการเปลี่ยนแปลงไปในทางใดทางหน่ึง เช่น มีขนาดของกระแสไฟฟ้าลดลง มีขนาดความตา่ ง ศักยเ์ ปลย่ี นแปลงไป เปน็ ต้น ดงั น้นั จึงอาจกลา่ วไดว้ ่า ชิ้นสว่ นอิเล็กทรอนิกส์ ก็คือ ช้นิ สว่ นหรืออปุ กรณ์ท่ที าหน้าท่ใี นการควบคุม การไหลของกระแสไฟฟา้ และความหมายของอิเลก็ ทรอนกิ ส์ก็คอื วชิ าที่ว่าดว้ ยการควบคมุ และ ออกแบบการไหลของกระแสไฟฟา้ ในวงจรไฟฟ้า สญั ญาณอิเล็กทรอนกิ ส์ สัญญาณอิเลก็ ทรอนกิ ส์ (electronic signal) หรอื เรียกอีกชื่อหน่งึ วา่ สัญญาณไฟฟา้ หมายถึง คา่

ของกระแสไฟฟ้า ความต่างศกั ย์ไฟฟา้ หรือพลงั งานไฟฟา้ ทไี่ หลในวงจรนัน้ ๆ แลว้ สามารถวัดค่า ดงั กลา่ วได้ ดว้ ยอปุ กรณ์ต่างๆ เชน่ มลั ตมิ เิ ตอร์ แอมมิเตอร์ โวลตม์ เิ ตอร์ ออสซิลโลสโคป เปน็ ต้น สัญญาณไฟฟา้ แบง่ ออกเป็น 2 แบบ ตามลักษณะของสญั ญาณท่ีวดั ได้ 1. สัญญาณอนาลอก (analog signal) เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่มีลักษณะตอ่ เนอื่ ง คล้ายคลนื่ เชือกทีส่ ะบัดข้นึ ลง 2. สญั ญาณอนาลอก เปน็ สัญญาณไฟฟ้าที่ถกู รบกวนให้เปลย่ี นแปลงไดง้ ่าย และไมน่ ยิ มใชส้ ญั ญาณ ชนดิ นีใ้ นการส่งสัญญาณเพอ่ื การสือ่ สารท่ีต้องการความแมน่ ยาสูง โดยมกั ใชว้ ทิ ยุสอ่ื สารระยะใกล้ ใช้ในระบบวิทยุ A.M. และ F.M. เปน็ ตน้

3. สญั ญาณดจิ ิตอล (digital signal) เปน็ สญั ญาณไฟฟ้าทมี่ ีลกั ษณะไม่ต่อเนือ่ ง คลา้ ย ข้นั บันได 4. สัญญาณดจิ ิตอลเปน็ สญั ญาณไฟฟา้ ทน่ี ิยมใชก้ นั มาก เพราะเมือ่ ถกู รบกวน สัญญาณดิจิตอลจะ เปลี่ยนแปลงจากเดิมไดน้ ้อย ตัวอยา่ งการประยกุ ตใ์ ช้สญั ญาณดจิ ติ อลในเครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ตา่ งๆ เชน่ โทรศัพท์เคลอ่ื นที่ คอมพิวเตอร์ เป็นตน้ ชิน้ ส่วนอิเลก็ ทรอนกิ ส์ ในวงจรไฟฟา้ ทกุ วงจรจะมีช้ินส่วนอิเล็กทรอนกิ ส์ประกอบอยู่ โดยอปุ กรณ์เหล่านที้ าหนา้ ทเ่ี ปน็ ตัว ควบคุมการไหลของพลังงานไฟฟ้า ให้เป็นไปตามความต้องการของผอู้ อกแบบวงจร ในชั้นตน้ น้ี อปุ กรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์อย่างงา่ ยท่ีควรรู้จกั ได้แก่ ตวั ตา้ นทาน ตัวเกบ็ ประจุ ไดโอด ทรานซิสเตอร์ เป็นต้น ตวั ตา้ นทาน ตวั ต้านทาน (resistors) มักใช้อกั ษรย่อ R เปน็ อปุ กรณ์ที่ใช้ในการกาจดั การไหลของกระแสไฟฟ้า ในวงจร ตวั ต้านทานที่มคี า่ มากจะทาให้มีกระแสไหลผ่านไดน้ ้อย โดยทวั่ ไปมักจะแบง่ ตัวต้านทานออกเปน็ 2 แบบ คือ 1. ตัวตา้ นทานชนดิ คงตวั (ตัวตา้ นทานคงท่)ี เปน็ ตัวต้านทานท่ีไมส่ ามารถปรับเปล่ียนค่าความ ตา้ นทานได้ คา่ ความตา้ นทานของตัวตา้ นทานแบบนีส้ ามารถอ่านได้จากแถบสีทขี่ ดี อยูบ่ นตวั

ตา้ นทาน 2. 3. ตัวตา้ นทานชนิดปรบั ค่าได้ เปน็ ตวั ตา้ นทานชนิดที่สามารถปรับเปลย่ี นค่าความตา้ นทานได้ ตามความต้องการ เชน่ ในวงจรจูนท่ีใช้ในการปรับเปลีย่ นปริมาณกระแสตามความต้องการ เปน็ ต้น แถบบนตวั ต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตวั เกบ็ ประจุ (capacitor) เป็นชน้ิ ส่วนอิเลก็ ทรอนิกส์ทสี่ ามารถเก็บพลงั งานไฟฟา้ ท่ีถูกจา่ ย ให้เกบ็ ตวั ประจุได้ ถูกนามาใชป้ ระกอบในวงจรไฟฟ้าหลายชนดิ เชน่ วงจรกรองความถี่ วงจรเช่ือมโยงสัญญาณ วงจรกรองกระแสไฟฟ้า เปน็ ต้น ภาพ**** ตวั เกบ็ ประจมุ อี ยู่ 2 แบบ คือ ตวั เก็บประจุแบบค่าคงทแี่ ละตวั เก็บประจุแบบปรับได้ แต่ โดยทั่วไปตวั เกบ็ ประจุแบบค่าคงท่ีจะมคี วามนิยมในการใช้งานมากกวา่ ดังนั้น จึงเนน้ ทา ความรจู้ กั กับตวั เกบ็ ประจุชนดิ ค่าคงทใี่ ช้กนั เป็นประจาในวงจอี ิเลก็ ทรอนกิ สต์ า่ งๆ ตัวเกบ็ ประจุแบบคา่ คงที่ สามารถแบ่งออกไดเ้ ปน็ 3 ชนิด คอื

1. ตัวเกบ็ ประจุชนิดอเิ ล็กทรอไลต์ เป็นตัวเกบ็ ประจุท่ีมีลกั ษณะเป็นทรงกระบอกและ มขี ้ัว มีขนาดความจหุ ลายขนาด โดยท่ัวไปสามารถทนแรงดนั ไฟฟ้าตง้ั แต่ 6.3 โวลลต์ ถึง 450 โวลต์ ซ่งึ จะกากับไวบ้ นตัวเกบ็ ประจุ การต่อตวั เก็บประจเุ ขา้ กบั วงจรจะต้องตอ่ ให้ถูก ข้วั มิเชน่ นนั้ อาจจะทาให้เกิดความเสียหายกบั ตวั เก็บประจุได้ 2. ตัวเกบ็ ประจชุ นิดเซรามกิ เป็นตวั เกบ็ ประจุที่ไมม่ ขี ้ัวในการตอ่ ส่วนใหญ่ทน แรงดนั ไฟฟ้าได้ประมาณ 50 โวลต์ถงึ 2,000 โวลต์ 3. ตวั เกบ็ ประจุชนิดไมลาร์ เป็นตวั เก็บประจุท่มี ีข้ัวเหมือนตวั เก็บประจชุ นดิ เซรามกิ มี ความทนทานสงู และทนความชนื้ ไดด้ ี มักไมเ่ ปลยี่ นค่าความจุตามสภาพความชื้น ในแผนภาพแสดงวงจรไฟฟา้ จะเขยี นสัญลักษณ์ตวั เก็บประจุแทนดว้ ยรปู ต่างๆ ดงั น้ี เมอื่ ตัวเก็บประจุถกู ตอ่ เข้ากับแหลง่ กาเนิดไฟฟ้า ซึง่ ในทนี่ ้คี อื ถา่ นไฟฉาย พลังงานไฟฟ้าใน ถา่ นไฟฉายจะถูกถา่ ยเทและไปสะสมอยู่ในตวั เก็บประจุ เมือ่ นาถา่ นไฟฉายออกไปและนา

แอมมิเตอรม์ าวัด กจ็ ะพบว่ามีกระแสไฟฟา้ ไหลผ่าน เนอ่ื งจากตัวเก็บประจุจะคอ่ ยๆ คาย พลงั งานไฟฟา้ ออกสูว่ งจรไฟฟ้า ไดโอด ไดโอด (diode) เปน็ ชิ้นส่วนอเิ ล็กทรอนกิ ส์ ทผ่ี ลิตมาจากสารก่ึงตัวนาชนดิ ตา่ งๆ เชน่ ซิลิคอน เจอเมเนียม เป็นตน้ สามารถใช้ ในการกาหนดทิศทางการไหลของกระแสไฟฟา้ และใช้ประกอบในวงจรแปลงไฟฟา้ กระแสสลบั ให้กลายเป็นไฟฟา้ กระแสตรง สญั ลักษณ์ทีใ่ ชเ้ ขยี นแทนไดโอดแบทวั่ ๆ ไปในวงจรไฟฟ้า คือ การใช้งานไดโอดน้ัน จะต้องตอ่ ไดโอดเข้ากับแหล่งกาเนดิ ไฟฟา้ ใหถ้ กู ขว้ั คอื ไฟบวก ป้อนเข้าทีข่ าบวกหรอื ทเี่ รียกว่า ขาแอโนด (anode) ส่วนไฟลบปอ้ นเขา้ ทข่ี าลบหรือท่ี เรยี กว่า ขาแคโทด (cathode) เรยี กการต่อไดโอดในวงจรแบบนวี้ ่า ไบอสั ตรง ซึง่ จะทาให้ มีกระแสไฟฟา้ ไหลไดใ้ นวงจร ในทางกลบั กนั ถ้าตอ่ ไฟลบเข้ากบั ขาแอโนด และตอ่ ไฟบวก เขา้ กบั ขาแคโทด จะเรียกลักษณะตอ่ วงจรแบบนว้ี า่ ไบอัสกลบั กระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถ ไหลผ่านไดโอด ทรานซสิ เตอร์ ทรานซิสเตอร์ (transistor) เป็นชน้ิ สว่ นอิเลก็ ทรอนกิ ส์ท่ผี ลติ มาจากสารกง่ึ ตัวนา เป็น ชิ้นสว่ นทมี่ ีความสาคัญและถกู นามาประกอบในวงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ต่างๆ มากมาย

ทรานซิสเตอร์ เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ท่ีมีขา 3 ขา แตล่ ะขาเรยี กชือ่ แตกต่างกันคอื ขา เบส (base : B) ขาอมิ ิตเตอร์ (emitter : E) และขาแลกเตอร์ (collector : C) โดยแต่ละ ขากจ็ ะมีหน้าท่ีและการทางานแตกต่างกันออกไป ประเภทของทรานซสิ เตอร์ โดยท่วั ไปจะแบ่งทรานซสิ เตอรอ์ อกเป็น 2 ประเภทตามชนดิ ของสารทน่ี ามาผลติ คอื 1. ชนดิ NPN เป็นทรานซิสเตอรท์ ่ตี ้องจา่ ยไฟเข้าทีข่ าเบสใหม้ ีความต่างศกั ย์สงู กวา่ ขา อมิ ติ เตอร์ ทรานซิสเตอรจ์ ึงจะทางานได้ เขยี นสัญลักษณแ์ ทนไดเ้ ปน็ 2.

3. ชนดิ PNP เปน็ ทรานซสิ เตอรท์ ่ีตอ้ งจ่ายไฟเข้าท่ขี าเบสให้มคี วามตา่ งศักยต์ ่ากวา่ ขา อิมติ เตอร์ ทรานซิสเตอร์จึงจะทางานได้ เขยี นสญั ลักษณ์แทนไดเ้ ป็น การที่จะทาใหท้ รานซิสเตอรท์ างานได้ตอ้ งจ่ายไฟให้ทีข่ าเบส (B) ซึ่งเปน็ ขาทม่ี ีหน้าที่ใน การควบคุมกระแสไฟฟา้ ท่ีไหลจากขาคอลเลกเตอร์ไปสู่ขาอิมติ เตอร์ กลา่ วคือ หากให้ กระแสไหลที่ขาเบสมาก จะทาใหก้ ระแสไหลผา่ นขาคอลเลกเตอร์ไปสู่ขาอิมิตเตอรม์ าก แต่ ถา้ ใหก้ ระแสไหลทข่ี าเบสน้อย กระแสท่ีไหลผ่านขาคอลเลกเตอรไ์ ปสู่ขาอิมติ เตอร์น้อยลง ไปดว้ ย ดังน้นั ด้วยหลักการทางานของทรานซิสเตอรน์ ้ี ก็จะสามารถนาทรานซิสเตอร์ไปประกอบ ในวงจรตา่ งๆ ไดม้ ากมาย โดยเฉพาะในวงจรท่ตี อ้ งควบคุมการไหลของกระแสไฟฟา้ ใน วงจร วงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ กอ่ นทนี่ ้องๆ จะศึกษาการต่อวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ เรามาทาความรจู้ กั กับสัญลักษณท์ ใ่ี ช้ แทนอปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนกิ ส์กนั กอ่ น (สัญลกั ษณพ์ น้ื ฐานในวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์) นอกจากสญั ลกั ษณ์ต่างๆ ท่ีใช้ในวงจรแลว้ ผู้ประกอบอิเล็กทรอนกิ ส์จะต้องรจู้ กั อปุ กรณท์ ่ี จาเป็นที่ตอ้ งใช้ในการประกอบอเิ ล็กทรอนกิ ส์ ดงั นี้

การบัดกรี การบดั กรี คอื การใชค้ วามรอ้ นจากหวั แร้งหลอมตะกัว่ เพอื่ เช่อื มตอ่ อปุ กรณ์อิเล็กทรอนกิ ส์ ใช้เปน็ วงจร การบดั กรีเพือ่ ประกอบวงจรนั้น อาจแบ่งได้ 2 ลกั ษณะ คือ 1. การบัดกรที ไี่ มต่ ้องใชแ้ ผงประกอบวงจร ซึง่ แบบน้ีมกั จะทาในกรณีทม่ี อี ปุ กรณใ์ น การประกอบนอ้ ย 2. การบดั กรที ีต่ อ้ งใช้แผงประกอบวงจร การบดั กรีแบบน้ีมกั ทาในกรณที ี่มอี ปุ กรณ์ ประกอบในวงจรมาก แผงประกอบวงจร หรอื ที่ใชเ้ รียกกันวา่ แผน่ ปร้ินต์ เป็นแผ่นที่ทาหน้าท่ีในการยดึ อปุ กรณ์ อิเลก็ ทรอนกิ ส์ต่างๆ เขา้ ด้วยกนั โดยจะมตี ัวนาไฟฟา้ เป็นตัวเชื่อมขาของอุปกรณต์ ่างๆ ที่ ต่อกัน อาจแบง่ เปน็ 2 แบบ คอื

1. แผงประกอบวงจรแบบท่วั ไป ซึ่งแบบนเี้ ปน็ แบบทีพ่ บเห็นกนั มาก หรือหากลอง แกะเครอื่ งใช้ไฟฟา้ บางชนิดดกู จ็ ะพบแผงประกอบวงจรแบบน้ีเสมอๆ 2. แผงประกอบวงจรอเนกประสงค์ ซง่ึ เปน็ แบบที่นิยมใชม้ ากในหอ้ งทดลอง อเิ ลก็ ทรอนิกส์ เพราะผู้ใช้สามารถปรับเปล่ียนรูปแบบการต่อวงจรไดต้ ามตอ้ งการ โดยสะดวก โดยทั่วไปการบดั กรีน้นั เป็นงานท่ีอาศัยทักษะและความชานาญเปน็ หลัก ผู้ท่ไี ดท้ าการ บดั กรบี ่อยๆ จะเกิดทกั ษะท่ีทาให้งานบดั กรีนั้นสาเร็จและสวยงามได้อยา่ งไม่ยาก ซึ่งอาจ สรุปวิธกี ารกว้างๆ ดงั น้ี 1. จดั อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์และเครอื่ งมือท่ใี ช้ในการบัดกรีใหค้ รบก่อนลงมือทา รวมท้ังตรวจสอบสภาพอุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์ให้ดีก่อนทาการบัดกรี เพ่ือทจี่ ะไดไ้ ม่ เสยี เวลามาแก้ไขภายหลัง 2. นาอุปกรณอ์ ิเล็กทรอนกิ ส์ตา่ งๆ มาเสียบลงในแผงประกอบวงจรตามแผนผังวงจรที่ ออกแบบไว้ อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ ส์บางชนิดขณะทางานจะมีความร้อนออกมา เช่น ทรานซสิ เตอร์ เปน็ ตน้ ดังนัน้ จงึ ไมค่ วรเสยี บขาของอุปกรณ์ลกึ จนตัวอุปกรณต์ ิดกับแผง ประกอบวงจร 3. ทาความสะอาดจดุ ที่จะบัดกรใี หส้ ะอาด โดยอาจใช้ปลายมดี หรอื กระดาษทรายขดู ออก ให้บริเวณนน้ั สะอาดปราศจากฝุ่นและคราบนา้ มัน 4. เตรยี มหัวแร้ง โดยเสียบปลัก๊ ทง้ิ ไวใ้ ห้หวั แรง้ รอ้ นพอสมควร จากน้ันนาปลายหัวแรง้ มาจ้ีท่ีจดุ บดั กรนี านประมาณ 2-4 วินาที ตามขนาดของจดุ ทจี่ ะบัดกรี เพือ่ ใหข้ าโลหะของ

อปุ กรณเ์ กิดความรอ้ น ข้อสาคญั คอื อย่าจี้นานเกินไป เพราะอาจทาให้อุปกรณ์ อเิ ล็กทรอนิกส์บางชนดิ เสียหายได้ โดยเฉพาะอปุ กรณ์ประเภทไดโอด ทรานซิสเตอร์ และ ไอซี 5. นาตะก่วั มาจี้ทีจ่ ุดบัดกรีทันที จนตะกั่วบัดกรีละลายประสานขาอุปกรณเ์ ขา้ กับแผง ประกอบวงจร โดยแชห่ ัวแรง้ ไวร้ าว 2 วนิ าทกี ่อนนาออก งานบัดกรที ่ดี ีสขี องตะกัว่ จะดูแวว วาว แต่หากพบว่าสขี องตะกัว่ ทจ่ี ุดบดั กรีมีสีขนุ่ ควรทาการบัดกรใี หม่ เพราะจะทาให้วงจร ไม่แข็งแรง และอาจเกดิ ความเสยี หายขณะใช้งานไดง้ ่าย ทม่ี าขอ้ มูล : ค่มู อื ครูสาระการเรียนรพู้ ้ืนฐาน กลุ่มสาระการเรยี นรู้พื้นฐานวิทยาศาสตร์ สสวท. 2544 กุณฑรี เพ็ชรทวีพรเดช, สรุ ยิ า บงั ใบ คู่มือครแู ละแผนการจดั การเรยี นรู้ กลุ่มสาระการ เรยี นรู้วทิ ยาศาสตร์ ม.3 ประดบั นาคแก้ว และคณะ หนงั สอื เรยี นสาระการเรียนรพู้ ื้นฐาน กลุ่มสาระการเรยี นรู้ วิทยาศาสตร์ ม.3 ชว่ งชนั้ ท่ี 3