อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกเบื้องต้น

อปุ กรณ์ไฟฟ้า และอิเลก็ ทรอนกิ สเ์ บ้อื งตน้ (รหัสวิชา 2901-2123 ) สาขา วิชาเทคโนโลยีสารสนเทศ วทิ ยาลัยเทคโนโลยีพงษส์ วัสดิ์ จังหวัดนนทบรุ ี

พน้ื ฐานอุปกรณ์ ไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ สารกงึ่ ตัวนา ( Semiconductor )

สารกึ่งตวั นา (semiconductor) สารก่ึงตวั นาชนิด P คอื สารทีม่ คี ณุ สมบตั ิ สารกงึ่ ตวั นาชนดิ N ในการนาไฟฟา้ มีอเิ ลก็ ตรอนเป็นพาหะนอ้ ย มโี ฮลเป็นพาหะน้อยและมี และมโี ฮลเป็นพาหะมาก อยู่ระหว่างตวั นาและฉนวน อิเล็กตรอนเปน็ พาหะมาก

พ้นื ฐานอปุ กรณ์ ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าทีใ่ ชอ้ ยูใ่ นปจั จุบันมีสองรปู แบบ คือ ไฟฟา้ กระแสตรง (Direct Current, DC) ไฟฟ้ากระแสตรงมีทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้า คงท่ี ส่วนใหญ่ไม่มีอันตรายเพราะกระแสต่า มักพบได้ใน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กท่ีใช้คู่กับแบตเตอร่ี หรือ กระแสไฟฟ้าซึง่ เกดิ จากเซลล์พลังงานแสงอาทติ ย์ เป็นต้น

ไฟฟ้ากระแสสลบั (Alternating Current, AC) ไฟฟ้ากระแสสลับคือ ไฟฟ้าท่ีเราใช้ตามบ้าน โดยถูกส่ง ตรงมาจากโรงงานไฟฟา้ กระแสไฟฟ้ามที ศิ ทางการไหลกลับไป กลับมาอย่างรวดเร็ว มีรูปร่างคลื่นเหมือน Sine Wave หรือ อาจจะเป็นสามเหล่ียม บ้างก็สี่เหล่ียม มีกระแสสูงและอันตราย มาก ปัจจุบันมีอุปกรณ์แปลงไฟฟ้าท่ีใช้เปลี่ยนกระแสไฟฟ้าไป มาจาก DC เป็น AC ได้

พ้นื ฐานอปุ กรณ์ ไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้า วงจรไฟฟ้าเบื้องต้น มีส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ส่วนประกอบหลักแตล่ ะสว่ นมหี น้าทกี่ ารทางานดงั น้ี 1. แหล่งจา่ ยไฟฟา้ 2. โหลด หรอื อปุ กรณ์ไฟฟา้ 3. สายไฟต่อวงจร

แหล่งจ่ายไฟ เป็นแหล่งจ่ายแรงดันและกระแสให้กับอุปกรณ์ท่ีใช้ พลังงานไฟฟ้าโดยแหล่งจ่ายไฟฟ้าสามารถนามาได้จากหลาย แหล่งกาเนิด เช่น จากปฏิกิริยาเคมี จากขดลวดตัด สนามแม่เหล็ก และจากแสงสว่าง เป็นต้น บอกหน่วยการวัด เป็นโวลต์ (Volt) หรือ V

โหลด หรือ อปุ กรณไ์ ฟฟา้ เป็นอปุ กรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้ไฟฟ้าในการทางาน โหลดจะทา หนา้ ทเ่ี ปลย่ี นพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลงั งานรูปอืน่ ๆ เช่น เสียง แสง ความร้อน ความเย็น และการสั่นสะเทือน เป็นต้น โหลด เป็นคากล่าวโดยรวงมถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิดอะไรกไ็ ด้ เช่น ตู้ เ ย็ น พั ด ล ม เ ค รื่ อ ง ซั ก ผ้ า โ ท ร ทั ศ น์ วิ ท ยุ แ ล ะ เครื่องปรับอากาศ เป็นต้น โหลดแต่ละชนิดจะใชัพลังงาน ไฟฟ้าไม่เท่ากัน ซึ่งแสดงด้วยค่าแรงดัน กระแส และ กาลังไฟฟ้า

สายไฟตอ่ วงจร เป็นสายตัวนาหรือสายไฟฟ้า ใช้เช่ือมต่อวงจรให้ต่อ ถึงกันแบบครบรอบ ทาให้แหล่งจ่ายแรงดันต่อถึงโหลดเกิด กระแสไหลผ่านวงจร จากแหล่งจ่ายไม่โหลดและกลับมา ครบรอบท่ีแหล่งจ่ายอีกคร้ัง สายไฟฟ้าที่ใช้ต่อวงจรทาด้วย ทองแดงมีฉนวนหุ้มโดยรอบเพื่อให้เกิดความปลอดภัยในการ ใช้งาน

แบบวงจรไฟฟา้ แบบอนกุ รม แบบขนาน แบบผสม

วงจรไฟฟา้ แบบอนุกรม การนาเอาอุปกรณ์ทางไฟฟ้ามา ต่อกันในลักษณะท่ีปลายด้านหน่ึงของ อุปกรณ์ตัวท่ี 1 ต่อเข้ากับอุปกรณ์ตัวที่ 2 จากนั้นนาปลายที่เหลือของอุปกรณ์ตัวท่ี 2 ไปต่อกับอุปกรณ์ตัวท่ี 3 และจะต่อ ลักษณะนี้ไปเรื่อย ๆ ทาให้กระแสไฟฟ้าไหล ไปในทิศทางเดียว กระแสไฟฟ้าภายในจะมี ค่าเท่ากันทกุ จดุ

วงจรไฟฟ้า แบบขนาน การต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าต้ังแต่ 2 ตัว ข้ึนไปให้ขนานกับแหล่งจ่ายไฟ มีผลทาให้ ค่าของแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมอุปกรณ์ ไฟฟ้าแต่ละตัวมีค่าเท่ากัน ส่วนทิศทางการ ไหลของกระแสไฟฟ้าจะมีต้ังแต่ 2 ทิศทาง ขน้ึ ไปตามลกั ษณะของสาขาของวงจร

วงจรไฟฟ้า แบบผสม ก า ร ต่ อ ร ว ม กั น ร ะ ห ว่ า ง วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรมกับวงจรไฟฟ้า แบบขนาน ภายในวงจรโหลดบางตัวต่อ วงจรแบบอนุกรม และโหลดบางตัวต่อ วงจรแบบขนาน การต่อวงจรไม่มี มาตรฐานตายตัว เปลี่ยนแปลงไปตาม ลกั ษณะการตอ่ วงจรตามตอ้ งการ

พ้นื ฐานอุปกรณ์ ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนิกส์ ตวั ต้านทาน Resistor

อปุ กรณ์ท่ใี ช้ในการตา้ นทานการไหลของกระแสไฟฟ้า ทาหน้าที่ลดแรงดัน และจากัดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร เพื่อทาให้กระแสและแรงดันภายในวงจร ได้ขนาดตามท่ีต้องการ เน่ืองจากอุปกรณ์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์แต่ละตัวถูกออกแบบให้ ใชแ้ รงดนั และกระแสทีแ่ ตกต่างกัน

ชนิดของตัวต้านทาน ตัวต้านทานที่ผลิตออกมาในปัจจุบันมีมากมายหลาย ชนิด ในกรณที แี่ บ่งโดยยดึ เอาคา่ ความต้านทานเป็นหลักจะแบ่ง ออกไดเ้ ปน็ 3 ชนิด คือ ... 1. ตัวตา้ นทานแบบค่าคงท่ี (Fixed Resistor) 2. ตัวต้านทานแบบปรบั คา่ ได้ (Adjustable Resistor) 3. ตัวต้านทานแบบเปลยี่ นค่าได้ (Variable Resistor)

ตวั ตา้ นทานแบบคา่ คงท่ี Fixed Resistor

การอ่านค่าแถบสี แถบสที ง้ั 4 แถบเป็นตัวกาหนดค่าความตา้ นทาน 3 สแี รกให้ สที ่ี 4 บอกค่า คา่ ความต้านทาน ความคลาดเคล่ือน

คา่ ของแถบสี ดา คา่ เท่ากับ 0 นา้ ตาล ค่าเทา่ กับ 1 แดง คา่ เทา่ กบั 2 สม้ ค่าเทา่ กบั 3 เหลอื ง คา่ เทา่ กบั 4 เขยี ว คา่ เท่ากบั 5 นา้ เงิน คา่ เท่ากับ 6 ม่วง ค่าเท่ากับ 7 เทา คา่ เท่ากับ 8 ขาว ค่าเทา่ กบั 9

การอา่ นคา่ แถบสี สแี ถบที่ 1 เปน็ ตวั ตงั้ หลักที่ 1 สแี ถบท่ี 2 เป็นตวั ต้ังหลกั ท่ี 2 สแี ถบที่ 3 เป็นตวั คณู เช่น สีแดงมีค่าเทา่ กบั 2 หมายถึง ให้เดมิ เลขศูนย์จานวน 2 ตัว สีเหลอื งมคี ่าเท่ากับ 4 หมายถึง ใหเ้ ดมิ เลขศูนยจ์ านวน 4 ตวั สีดามคี ่าเท่ากับ 0 หมายถงึ ให้เดมิ เลขศูนย์จานวน 0 ตัว

การอ่านค่าแถบสี เงนิ ค่าเทา่ กบั 10% ทอง คา่ เทา่ กบั 5% สีแถบท่ี 4 บอกคลาดเคลอื่ น

การอา่ นคา่ แถบสี

ตวั ตา้ นทานตัวนี้มีค่าเปน็ ค่าความตา้ นทาน 6100 Ω คา่ ความคลาดเคล่อื น 5%

พ้ืนฐานอปุ กรณ์ ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนกิ ส์ ไดโอด ( Diode )

ไดโอด ( Diode ) ความหมายของไดโอด เป็นอุปกรณ์สารก่ึง ตัวนา ที่ได้จากการนาสารก่ึง ตัวนาชนิด P และ N มาต่อชน กัน ได้อุปกรณ์สารกึ่งตัวนา หนง่ึ รอยตอ่ สามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าจากภายนอก ไหลผา่ นตัวมนั ไดท้ ศิ ทางเดียว

ไดโอด ( Diode ) ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ข้ัว คือ ขั้วบวก หรือ แอโนด (Anode : A) ซ่งึ ต่ออยู่กับสารก่ึงตัวนาชนิด P และขั้วลบ หรือ แคโธด (Cathode : K) ซึ่งอยกู่ บั สารกึง่ ตวั นาชนิด N

สญั ลกั ษณ์ ของไดโอด กระแสไฟฟา้ จะไหลไปตามทางของลูกศร เรียกวา่ การไบอสั (Bias) ใหก้ บั ตวั ไดโอด เพอื่ ให้ไดโอดทางาน

การไบอสั ( Bias ) ไบอัสมีการทางานอยู่ 2 แบบ 1. ) Forward Bias 2.) Reverse Bias

การไบอัสตรง Forward Bias การต่อข้ัวบวกของแหล่งจา่ ย ใหก้ ับขาแอโนด และ ต่อขวั้ ลบเข้ากบั ขาแคโธด กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผา่ นได้

การไบอัสกลับ Reveres Bias การต่อขั้วลบของแหลง่ จ่าย ให้กับขาแอโนด และ ต่อขั้วบวกเขา้ กับขาแคโธด กระแสไฟฟา้ ไม่สามารถไหลผา่ นได้

ถ้าตอ่ ขัว้ แบตเตอรใี่ หเ้ ปน็ แบบไบอัสตรง ไดโอดจะเปรยี บเปน็ เสมอื นกับสวทิ ช์ที่ปดิ (Close Switch) จะทาใหก้ ระแสไหลผา่ นไดโอดได้

ถ้าต่อข้ัวแบตเตอรี่ใหเ้ ปน็ แบบไบอัสกลับ ไดโอดจะเปรยี บเป็นเสมือนกบั สวทิ ช์ท่เี ปิด (Open Switch) จะทาใหก้ ระแสไหลผ่านไดโอด ไมไ่ ด้

พนื้ ฐานอุปกรณ์ ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ตวั เก็บประจุ (Capacitor)

เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างหน่ึง ทาหน้าท่ีเก็บ พลังงานในสนามไฟฟ้า ที่สร้างข้ึนระหว่างคู่ฉนวน โดยมีค่าประจุ ไฟฟ้าเท่ากัน แต่มีชนิดของประจุตรงข้ามกัน บางคร้ังเรียกตัว เก็บประจุน้ีว่าคอนเดนเซอร์ (condenser) เป็นอุปกรณ์พื้นฐาน สาคัญในงานอเิ ล็กทรอนกิ ส์ และพบได้แทบทุกวงจร

สามารถแบ่งตวั เกบ็ ประจไุ ด้เปน็ 3 ชนดิ คอื 1.ตวั เก็บประจุแบบคา่ คงที่ (Fixed Capacitor) 2.ตวั เกบ็ ประจุแบบปรบั ค่าได้ (Variable Capacitor) 3.ตวั เกบ็ ประจุแบบเลอื กค่าได้ (Select Capacitor)

ตวั เกบ็ ประจแุ บบคา่ คงที่ (Fixed Capacitor) ตัวเก็บประจุที่ไม่สามารถเปล่ียนแปลงค่าได้ โดย ปกติจะมีรูปลักษณะเป็นวงกลม หรือเป็นทรงกระบอก ซ่ึงมกั แสดงค่าทตี่ วั เกบ็ ประจุ

ตัวเกบ็ ประจแุ บบปรับคา่ ได้ (Variable Capacitor) ค่าการเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเคล่ือนที่ของ แกนหมุน โครงสร้างภายในประกอบด้วย แผ่นโลหะ 2 แผ่นหรือ มากกว่าวางใกล้กัน แผ่นหนึ่งจะอยู่กับที่ส่วนอีกแผ่นหนึ่งจะ เคลอื่ นทีไ่ ด้ ไดอิเลก็ ตริกทใี่ ชม้ ีหลายชนิดด้วยกนั

ตวั เกบ็ ประจุแบบเลอื กค่าได้ (Select Capacitor) ตัวเก็บประจุในตัวถังเดียว แต่มีค่าให้เลือกใช้งาน มากกวา่ หน่งึ ค่า

หน่วยของตวั เกบ็ ประจุ การเก็บประจุไฟฟ้ามีหน่วยเป็นฟารัด (Farad) เขียนแทน ดว้ ยอกั ษรภาษาอังกฤษตวั เอฟ (F)

พ้นื ฐานอปุ กรณ์ ไฟฟ้าและอเิ ลก็ ทรอนิกส์ ไอซี (Integrated Circuit )

IC (Integrated Circuit) เป็นวงจรรวม หรือวงจรเบ็ดเสร็จ ทเ่ี รียกกนั ท่ัวไปวา่ “ชปิ ”

เป็นอุปกรณ์ที่นาเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดต่าง ๆ ได้แก่ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ส่วนประกอบต่าง ๆ ของวงจรมาต่อรวมกันโดยการย่อส่วน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าว ให้มีขนาดเล็กลง แต่ยังมี คุ ณ ส ม บั ติ แ ล ะ ก า ร ท า ง า น เ ห มื อ น เ ดิ ม ใ ส่ ร ว ม ไ ว้ ด้ ว ย กั น ใ น แผงวงจรขนาดเล็ก ๆ

การหาตาแหนง่ ของขาไอซี 555 ให้กาหนดจากจุดวงกลมบนตัวไอซีเป็นขาท่ี 1 แล้วไล่ นับทวนเขม็ นาฬิกา ดงั รปู ภาพ

ลกั ษณะของไอซีเมื่ออย่บู นแผงวงจร

พ้นื ฐานอปุ กรณ์ ไฟฟา้ และอิเล็กทรอนิกส์ ทรานซสิ เตอร์ ( TRANSISTOR )

ทรานซิสเตอร์ (TRANSISTOR) มีหน้าที่ในการคอนโทรล การไหลของกระแสไฟฟ้า(ทัง้ อนุญาตให้ ไหล และบล็อคไม่ให้ไหลผ่าน) ซึ่งคล้ายๆ กับไดโอด แต่ทรานซิสเตอร์สามารถทา อะไรได้มากกว่า เพราะนอกจากจะ คอนโทรลทิศทางการไหลได้แล้ว ยัง สามารถควบคุมปริมาณกระแสไฟฟ้าได้ ด้วย, ความสามารถดังกล่าวเกิดข้ึนได้ เพราะสารก่ึงตัวนาภายในตัวของมนั

ประเภทของทรานซสิ เตอร์ เราจัดประเภทของมันจากการเรียงตัวกันของสารก่ึง ตัวนา ภายในตัวถังของมัน ซ่ึงทรานซิสเตอร์แบบพ้ืนฐาน จะมี สารกึ่งตัวนาวางเรียงกัน 3 ชั้น ซ่ึงแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ NPN และ PNP

ส า ร กึ่ ง ตั ว น า ข อ ง ท ร า น ซิ ส เ ต อ ร์ ป ร ะ เ ภ ท นี้ ประกอบด้วยสารชนิด N 2 ตัว และชนิด P 1 ตวั วางตวั สลบั กัน ส า ร ก่ึ ง ตั ว น า ข อ ง ท ร า น ซิ ส เ ต อ ร์ ป ร ะ เ ภ ท นี้ ประกอบด้วยสารชนิด P 2 ตัว และชนิด N 1 ตวั วางตวั สลบั กนั การเรยี งตัวตา่ งกันของสารก่งึ ตัวนา สง่ ผลใหท้ รานซิสเตอร์ ทั้ง 2 ชนดิ มหี ลักการทางานท่ีตา่ งกันไปดว้ ย