สารกึ่งตัวนำและไดโอด

ชุดการสอน ชดุ ที่ 1 สารก่งึ ตวั นาและไดโอด วิชา อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร รหสั 2104-2102 หลกั สตู รประกาศนยี บัตรวชิ าชพี พุทธศกั ราช 2556หนว่ ยที่ 1 เรอื่ งสารกึง่ ตัวนาและไดโอด นายสมพร บญุ ริน สาขาวิชาชา่ งไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลัยเทคนิคชลบุรี สานกั งานคณะกรรมการการอาชวี ศกึ ษา กระทรวงศึกษาธกิ าร

สารบญั 1สาระสาคญัสาระการเรียนรู้ 2จดุ ประสงค์การเรียนรู้ 21. สารก่ึงตวั นา 2 3 1.1 สารกึ่งตัวนาบริสทุ ธิ์ 1.2 สารก่ึงตัวนาชนิด P ชนดิ N 3 4 1.2.1 สารก่งึ ตัวนาชนดิ เอ็น (N-Type Semiconductor) 4 1.2.2 สารก่ึงตวั นาชนดิ P (P-Type Semiconductor) 52. ไดโอด 5 2.1 โครงสรา้ งและสัญลกั ษณ์ของไดโอด 5 2.2 หลกั การทางานของไดโอด 6 6 2.2.1 ไบแอสตรง (Forward Bias) 6 2.2.2 ไบแอสกลับ(Reverse Bias) 7 8 2.3 ลกั ษณะสมบตั ขิ องไดโอด 9 2.4 การดูขว้ั ของไดโอด 11 2.5 การเลือกไดโอดใชง้ าน 11 2.6 การวัดและทดสอบไดโอดด้วยมลั ตมิ ิเตอร์ 11 2.6.1 การวัดและทดสอบไดโอดดว้ ยมัลติมเิ ตอร์แบบแอนะลอก 12 2.6.2 การวัดและทดสอบไดโอดดว้ ยมลั ตมิ ิเตอรแ์ บบดจิ ิตอลสรุปสมพร บุญริน แผนกวิชาชา่ งไฟฟา้ กาลัง วิทยาลยั เทคนิคชลบุรี

2 ใบความร้ทู ี่ 1 สอนครั้งที่ 2 รวม 4 ชวั่ โมงชอื่ วิชา อุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร รหัสวชิ า 2104-2102 จานวน 1 ชัว่ โมงหน่วยที่ 1 ชื่อหนว่ ย สารกึ่งตัวนาและไดโอดชือ่ เรอ่ื ง สารกึ่งตัวนาและไดโอด สาระสาคัญ ไดโอดเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานอย่างแพร่หลาย ได้จากการนาสารก่ึงตัวนาชนิดเอ็นและชนิดพีมาตอ่ กัน มคี ณุ สมบัตนิ ากระแสไฟฟา้ ไดท้ ิศทางเดยี ว ดังนั้นผู้เรยี นจะต้องมคี วามรู้ความเข้าใจเกย่ี วกับสารกึ่งตวั นา โครงสรา้ งและสัญลกั ษณ์ ชนดิ การทางานของไดโอด การคานวณวงจรไดโอด การเลอื กไดโอดใช้งานและมที กั ษะเกี่ยวกับการดูขว้ั โอดการวดั และทดสอบไดโอดดว้ ยมัลติมิเตอร์ สาระการเรียนรู้ 1. สารกึ่งตวั นา 1.1 สารก่งึ ตวั นาบริสทุ ธิ์ 1.2 สารก่ึงตวั นาชนดิ P ชนิด N 2. ไดโอด 2.1 โครงสรา้ ง และสญั ลกั ษณ์ของไดโอด 2.2 หลกั การทางานของไดโอด 2.3 ลักษณะสมบตั ขิ องไดโอด 2.4 การดูข้ัวไดโอด 2.5 การเลือกไดโอดใช้งาน 2.6 การวัดและทดสอบไดโอดด้วยมัลตมิ ิเตอร์ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ เมื่อผู้เรียน ศึกษาหนว่ ยการเรียนนี้แล้วมคี วามสามารถดังต่อไปนี้ 1. บอกช่ือของสารกงึ่ ตวั นาบรสิ ทุ ธไ์ิ ด้ 2. บอกคุณสมบัติของสารก่ึงตัวนาชนดิ P ชนิด N ได้ 3. บอกโครงสรา้ งของไดโอดได้ 4. บอกสัญลกั ษณ์ของไดโอดได้ 5. อธิบายหลกั การทางานของไดโอดได้ 6. อธบิ ายลกั ษณะสมบัติของไดโอดได้ 7. บอกวธิ ีการดขู ว้ั ของไดโอดได้ 8. บอกหลักการเลือกไดโอดใช้งานได้ 9. อธิบายการวัดและทดสอบไดโอดด้วยมลั ติมิเตอร์ได้สมพร บุญรนิ แผนกวิชาชา่ งไฟฟ้ากาลงั วิทยาลยั เทคนิคชลบุรี

3 สารก่งึ ตวั นาและไดโอด (Diode) 1. สารกึ่งตวั นา 1.1 สารก่งึ ตวั นาบรสิ ทุ ธิ์ สารกง่ึ ตวั นาเปน็ สารท่มี ีคุณสมบตั ิอยู่ระหว่างตวั นาและฉนวน เชน่ ซิลคิ อน เยอรมนั เนียมเทลลูเนียมเป็นตน้ ธาตกุ ง่ึ ตวั นาทน่ี ิยมนาไปทาเป็นสารก่ึงตัวนาในอปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนิกส์กค็ อื ธาตุซิลิคอน และธาตุเยอรมนั เนียม ธาตุท้งั สองชนิดน้ีจะมีวาเลนซ์อเิ ล็กตรอน 4 ตัว โดยซิลคิ อนจะมีอิเลก็ ตรอนทงั้ หมด 14 ตวั สว่ นเยอรมนั เนยี มจะมีอเิ ลก็ ตรอนทัง้ หมด 32 ตัว ตอ่ หน่ึงอะตอมสาหรับสารท่เี ป็นตวั นาไฟฟ้าจะมวี าเลนซอ์ เิ ล็กตรอน 1-3 ตวั และสารท่ีเปน็ ฉนวนไฟฟา้ จะมี วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 ตวั ข้ึนไป วาเลนซ์อเิ ล็กตรอน 4 ตวั Si Ge รูปท่ี 1.1 โครงสรา้ งอะตอมของธาตซุ ิลิคอนและเยอรมนั เนียม โครงสรา้ งอะตอมของธาตุซิลิคอนและโครงสร้างอะตอมของธาตุเยอรมันเนยี มเม่ืออยู่รวมกนัหลาย ๆ อะตอมจะจับกนั เปน็ ผลกึ ในรูปของพนั ธะโควาเลนซ์ (Covalence Bond) ดังนน้ั หนึง่ อะตอมจะต้องใชอ้ ิเลก็ ตรอนรว่ มกนั กับอะตอมขา้ งเคยี ง 4 อะตอม จึงจะมีอเิ ลก็ ตรอนวงนอกสดุ ครบ 8 ตวัเพ่อื ใหอ้ ะตอมอยู่ในสภาพเสถียร สมพร บุญริน แผนกวิชาชา่ งไฟฟ้ากาลัง วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบรุ ี

4Si Si Ge Ge Si GeSi Si Ge Geก. ซิลิคอน ข. เยอรมนั เนยี มรปู ที่ 1.2 โครงสร้างอะตอมของธาตเุ มื่ออย่รู ่วมกนั หลายอะตอม 1.2 สารก่งึ ตัวนาชนดิ P ชนดิ N 1.2.1 สารก่ึงตัวนาชนิดเอน็ (N-Type Semiconductor) เป็นสารกึ่งตัวนาไม่บริสุทธ์ิที่ได้จากการเติมสารเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่นฟอสฟอรัส (P) อาเซนิค (As) แอนติโมนี (Sb) ลงไปในธาตุซิลิคอนหรือเยอรมันเนียมบริสุทธิ์ จะทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกัน หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ทาให้เหลืออิเล็กตรอน 1 ตัว ที่ไม่สามารถจับตัวกบั อะตอมข้างเคียง เรียกอเิ ล็กตรอนตัวน้ีว่า อเิ ลก็ ตรอนอิสระ ซ่ึงจะแสดงประจุไฟฟา้ เปน็ ลบSi Si อเิ ลก็ ตรอนอิสระซึง่ จะแสดงประจุไฟฟา้ เปน็ ลบ PSi Si รปู ท่ี 1.3 การเตมิ ธาตุฟอสฟอรัส ทาใหเ้ กดิ วาเลนซ์อิเลก็ ตรอนทีไ่ ม่มีคู่ทอี่ ะตอมของสารเจอื ปน อิเล็กตรอนที่ไม่มีคนู่ ้ี เป็นอเิ ลก็ ตรอนอิสระ สารกึง่ ตวั นาชนิด N จะแสดงประจุไฟฟา้ เป็นลบ(Negative) สมพร บญุ ริน แผนกวชิ าช่างไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลยั เทคนิคชลบุรี

5 1.2.2 สารกึง่ ตัวนาชนดิ P (P-Type Semiconductor) เปน็ สารกงึ่ ตวั นาไม่บรสิ ทุ ธิ์ที่ได้จากการเติมธาตเุ จือปนทม่ี วี าเลนซ์อิเลก็ ตรอน 3 ตัว เชน่ โบรอน(B) อนิ เดยี ม (In) แกลเลียม (Ga) ลงไปในธาตซุ ิลิคอนหรอื ธาตุเยอรมันเนียมบรสิ ุทธิ์ จะทาใหอ้ ิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกันหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัวส่วนอะตอมของธาตุเจือปนจะขาดอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว เพราะธาตุเจือปนมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัวเรยี กสว่ นทข่ี าดอิเลก็ ตรอนนวี้ ่าโฮล (Hole) ซง่ึ จะแสดงประจไุ ฟฟ้าเป็นบวก Si Si B โฮล (Hole) ซง่ึ จะแสดงประจุไฟฟ้าเป็นบวก Si Si รูปท่ี 1.4 การเตมิ ธาตุโบรอน ทาให้ขาดวาเลนซอ์ ิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว เกดิ เป็นชอ่ งว่าง หรือ โฮล (Hole) จะแสดงประจไุ ฟฟ้าเป็นบวก 2. ไดโอด 2.1 โครงสรา้ งและสญั ลักษณ์ของไดโอด ไดโอดเกิดจากการนาสารก่ึงตัวนาไม่บรสิ ทุ ธ์ชิ นิด N-type และ P-type มาตอ่ กัน ซงึ่ จดุ ที่สารกึ่งตวั นาทงั้ สองสัมผสั กนั เรยี กว่า รอยตอ่ (Junction) โดยขาที่ P-type เปน็ ขัว้ แอโนด (Anode: A) และN-type เป็นขวั้ แคโทด (Cathode: K) สญั ลักษณ์จะใช้ลกู ศรแทนขาแอโนดโดยทิศทางของลูกศรเป็นทศิทางการไหลของกระแส และใช้ขีดแทนขัว้ แคโทดแอโนด (Anode: A) แคโทด (Cathode: K) PN รปู ท่ี 1.5 โครงสรา้ งของไดโอด สมพร บุญรนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี

6 แอโนด (A) แคโทด (K) รปู ที่ 1.6 สญั ลักษณ์ของไดโอด 2.2 หลักการทางานของไดโอด ไดโอดจะยอมให้กระแสไหลผ่านได้ทางเดียวเท่านั้นกระแสจะไหลย้อนกลับไม่ได้สัญลักษณ์ของไดโอดในอดุ มคติจะแสดงเปน็ รูปลกู ศรโดยจะมีทิศทางไหลของกระแสตามลักษณะช้ีของลูกศร 2.2.1 ไบแอสตรง (Forward Bias) - มีกระแสไหลผา่ นไดโอด - ถือว่าไดโอดมคี วามต้านทานน้อยมาก - โดยท่ัวไปถือว่าไดโอดลดั วงจร AK AKE + IF E + IF - - รูปท่ี 1.7 การต่อไดโอดแบบไบแอสตรง (Forward Bias) 2.2.2 ไบแอสกลับ(Reverse Bias) - ไมม่ กี ระแสไหลผ่านไดโอด - ถอื ว่าไดโอดมีความต้านทานสูงมาก - โดยทวั่ ไปถือว่าไดโอดเปิดวงจร KA KA E + IR =0 E + IR =0 - - รปู ที่ 1.8 การต่อไดโอดแบบไบแอสกลบั (Reverse Bias) สมพร บุญริน แผนกวชิ าช่างไฟฟา้ กาลงั วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบุรี

7 2.3 ลักษณะสมบัติของไดโอด ไดโอดสามารถแบ่งชนิดตามสารทใี่ ช้ผลติ ได้ 2 ชนิด คอื 1. ไดโอดชนดิ ซลิ คิ อน เช่น ไดโอดเบอร์ 1N4148 1N4001 1N5401 เป็นตน้ 2. ไดโอดชนดิ เยอรมันเนยี ม เชน่ ไดโอดเบอร์ 1N34A เป็นต้น ลักษณะของไดโอดเม่ือได้รับการไบแอสตรง (Forward Characteristics) กราฟส่วนบนด้านขวาในรปู ท่ี 1.9 แสดงถึงกระแสไฟฟ้าท่ีไหลผ่านไดโอด เม่ือไดโอดได้รับการไบแอสตรง ขั้วบวกของแหล่งจา่ ยไฟตอ่ เขา้ กับขั้วแอโนด และข้ัวลบของแหลง่ จ่ายไฟต่อเข้ากับขั้วแคโทดของไดโอด จะเหน็ ได้ว่าเมื่อแรงดันไบแอสตรงที่ให้กับไดโอดมีค่าน้อยกว่ากาแพงแรงดันไฟฟ้า ก็จะทาให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอด จนกระทั่งแรงดนั ไบแอสตรงมีขนาดมากกว่ากาแพงแรงดันภายในของไดโอด ซ่ึงถ้าเป็นของซิลิคอนไดโอดจะประมาณ 0.7 V และถ้าเป็นเยอรมันเนียมไดโอดจะมีค่าประมาณ 0.3 V และเมื่อแรงดันไบแอสตรงตอ่ ไปอีก กระแสไฟฟ้าทางตรงท่ีไหลผ่านไดโอดก็จะเพิม่ ข้ึนอย่างรวดเร็ว ดังน้ันไดโอดจงึ อยูใ่ นสภาวะเปิด (ON) หรือเทา่ กบั สวติ ช์ปิดวงจรนนั่ เอง จุดของแรงดันไฟฟ้าท่ีทาให้เส้นกราฟชันขนึ้ อย่างรวดเร็วนี้มีชื่อเรียกวา่ แรงดัน Knee Voltageหรืออาจเรียกว่าแรงดันคัทอิน ซ่ึงแรงดันไฟฟ้าน้ีจะใช้เป็นชื่อเรียกของกาแพงแรงดันไฟฟ้าภายในไดโอดได้อีกช่ือหน่ึง ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.7 V สาหรับซิลิคอนไดโอด จากกราฟในรูปที่ 1.9 จะเห็นว่าถึงแม้กระแสไฟฟ้าไบแอสตรงจะเปลี่ยนแปลงไปมากก็ตาม แต่แรงดันที่ตกคร่อมไดโอดก็ยังอยู่ในระดับที่เกือบจะคงท่ี น่ันคือประมาณ 0.7 V สาหรับซิลิคอนไดโอด (Si) 0.3 V สาหรับเยอรมันเนียมไดโอด(Ge) ID Ge Si ID VDBreakdown Voltage + R Es - ID VD VDEs + R Ge = 0.3 V , Si = 0.7 V - รูปที่ 1.9 กราฟลักษณะสมบัตขิ องไดโอด สมพร บญุ รนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟ้ากาลัง วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบรุ ี

8 ลักษณะของไดโอดเมื่อได้รับการไบแอสกลับ (Reverse Characteristics) ส่วนของกราฟส่วนล่างด้านซ้ายในรูปที่ 1.9 แสดงถึงกระแสไฟฟ้าย้อนกลับท่ีไหลผ่านไดโอดเม่ือให้แรงดันไบแอสกลับจากกราฟจะเห็นว่าขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟต่อเข้ากับขั้วแอโนด และขั้วบวกต่อเข้ากับขั้วแคโทด ดังน้ันเม่ือป้อนแรงดันไบแอสกลับให้แก่ไดโอดก็จะทาให้กาแพงแรงดันของไดโอดเพิ่มข้ึนจนกระท่ังมีขนาดเท่ากับแรงดันของแหล่งจ่ายไฟภายนอก ซ่ึงในกรณีนี้กระแสไฟฟ้าที่จะไหลผ่านไดโอดจึงมีค่าน้อยหรือเกอื บเป็นศูนย์ ดังนัน้ ไดโอดจึงอยู่ในสภาวะปิด (OFF) หรือเท่ากับสวติ ชเ์ ปิดวงจรนัน่ เอง จากรูปที่ 1.9 เส้นกราฟจะเห็นได้ว่า กระแสไฟฟ้าย้อนกลับท่ีไหลผ่านไดโอดมีค่านอ้ ยมาก (µA)เน่ืองจากกระแสไฟฟ้ารั่วไหล (Leakage Current) ท่ีเกิดขึ้นน้ีมีค่าน้อยจึงไม่นามาพิจารณา แต่ถ้าแรงดันย้อนกลับยังคงเพ่ิมข้ึนจนกระทั่งถึงจุดพัง (Break Down) ของไดโอด ก็จะทาให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าเพ่ิมข้ึนอย่างทันทีทันใด ซง่ึ แรงดันไฟฟ้าท่ีทาให้เกิดการเปล่ียนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างทันทีทนั ใดนี้เรียกวา่ แรงดนั พัง (Breakdown Voltage) 2.4 การดูขัว้ ของไดโอด โดยปกติแล้วไดโอดถูกออกแบบให้มีรูปลักษณะที่แตกต่างกัน ซึ่งรูปลักษณะเช่นน้ีจะช่วยป้องกันไม่ให้ไดโอดเสียหายง่าย สาหรับขนาดของไดโอดจะแสดงถึงอัตราทนกระแสไฟฟ้าท่ีไดโอดยอมใหไ้ หลผา่ นได้ ส่วนแถบคาดสีขาวท่ีพิมพอ์ ยู่ที่ขอบดา้ นใดดา้ นหนึ่ง จะแสดงถึงข้วั แคโทด ดงั แสดงในรูปท่ี1.10 (ก) สาหรับไดโอดขนาดใหญ่ ดังแสดงในรูปท่ี 1.10 (ข) จะพิมพ์สัญลักษณ์ของไดโอดลงบนตัวอุปกรณเ์ ลย แถบสีขาวจะอยูใ่ นตาแหนง่ ขั้วแคโทด (K) รปู ท่ี 1.10 (ก) การดขู ้วั ไดโอด ข้ัวแคโทด (K) ขวั้ แอโนด (A) รูปที่ 1.10 (ข) การดูขั้วไดโอด สมพร บุญริน แผนกวิชาชา่ งไฟฟ้ากาลัง วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี

9 รปู ท่ี 1.10 (ค) รปู รา่ งของไดโอดแบบต่าง ๆ ทม่ี า : http://www.winboardgroup.com รูปท่ี 1.10 แสดงให้เห็นตวั ถงั ของไดโอดโดยทัว่ ไป ซ่งึ มีอยู่หลายแบบ ขึ้นกับชนิด พิกดั กาลงั ไฟฟ้า ตัวถงั ของไดโอดบางชนดิ สามารถสังเกตขาแคโทดได้งา่ ย ๆ จากขีดที่แต้มไว้ 2.5 การเลอื กไดโอดใช้งาน การทเี่ ราจะนาไดโอดใชง้ านในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เราจะต้องคานึงถึงอตั ราทนกระแสสูงสุด(Forward maximum current) ทีไ่ ดโอดสามารถทนไดโ้ ดยไม่เกิดการเสียหายเมื่อไดร้ บั ไบแอสตรงและคา่ ทนแรงดันไบแอสกลับสงู สดุ ของไดโอด PIV (Peak inverse voltage) หรอื PRV (PeakReverse Voltage) ท่ไี ดโอดสามารถทนได้โดยไมเ่ กดิ การเสียหายเมอื่ ไดร้ ับไบแอสกลบั ซึ่งเราจะต้องเปิดดูจากคู่มือของไดโอดเบอรน์ นั้ ๆ ยกตวั อยา่ ง ไดโอดเบอร์ 1N4000-1N4007 ดังรูปท่ี 1.11 สมพร บญุ ริน แผนกวิชาช่างไฟฟา้ กาลงั วิทยาลัยเทคนิคชลบรุ ี

10รูปที่ 1.11 คมู่ อื ไดโอดเบอร์ 1N4000-1N4007 ท่มี า : http://www.diodes.com สมพร บุญริน แผนกวชิ าช่างไฟฟา้ กาลงั วิทยาลัยเทคนิคชลบรุ ี

112.6 การวดั และทดสอบไดโอดด้วยมัลตมิ ิเตอร์ 2.6.1 การวดั และทดสอบไดโอดดว้ ยมลั ติมเิ ตอร์แบบแอนะลอก Ω Ω RX10 RX10-+ -+ รูปที่ 1.12 การวัดและทดสอบไดโอดดว้ ยมัลติมิเตอร์แบบแอนะลอก การวัดและทดสอบไดโอดว่าดีหรือเสยี นั้นทาได้โดยใชม้ ลั ตมิ ิเตอร์ตั้งยา่ นวดั ค่าความต้านทานRx10 การวดั การขาดและการ ช็อต ของไดโอด ไดโอดสภาวะปกตจิ ะวดั ดว้ ยโอห์มมิเตอร์ข้ึนครั้งหนึ่งและไม่ขน้ึ ครั้งหนึ่ง ถา้ หากการวัดไดโอดโดยการสลับสายวัดทั้งสองครงั้ เข็มมิเตอร์ขนึ้ ชี้ 0 Ω ท้งั สองคร้ังแสดงวา่ ไดโอดช็อต ถ้าการวัดไดโอดโดยการสลบั สายวดั ทัง้ สองครั้ง เข็มมิเตอร์ไมข่ น้ึ ช้ีท่ีอินฟนิ ติ ี (∞) ทัง้สองคร้งั แสดงวา่ ไดโอดขาด การวัดหาขว้ั ของไดโอด ให้ใช้ครง้ั ท่ีเข็มมเิ ตอรข์ ึน้ สามารถสรปุ ผล จะได้วา่ ข้ัวบวก (สายวดั ลบ)ภายในแบตเตอรี่ของโอห์มมิเตอร์วดั ท่ีข้วั ใด ขวั้ น้ันคอื ข้ัวแอโนด (A) ขวั้ ลบ (สายวดั บวก) ภายในแบตเตอรี่ของโอห์มมิเตอรว์ ดั ท่ีขวั้ ใด ขานนั้ คอื ข้วั แคโทด (K) การวัดลีค(รวั่ ) และการเส่อื มของไดโอดจะตั้งย่านวดั ของโอห์มมิเตอร์ที่ยา่ น Rx10K และวัดไดโอดในสภาวะจา่ ยไบแอสกลบั คอื ขว้ั ลบ (สายวดั บวก) ของแบตเตอรภี่ ายในโอห์มมเิ ตอร์วัดที่ขาแอโนด (A) ขว้ั บวก (สายวดั ลบ) ของแบตเตอรี่ภายในโอห์มมิเตอรว์ ัดข้วั แคโทด (K) ถา้ เข็มมิเตอร์ไม่ขนึ้ช้ีค่าทีอ่ ินฟินติ ี (∞) แสดงว่าไดโอดปกติ แต่ถา้ เข็มมเิ ตอร์ข้ึนไม่วา่ มากหรือน้อยกต็ าม แสดงวา่ ไดโอดลีค(ร่ัว) หรอื เส่ือม 2.6.2 การวดั และทดสอบไดโอดดว้ ยมัลติมเิ ตอร์แบบดิจติ อล ให้ต้ังย่านวัดไดโอด โดยวัดข้ัวท้ังสองของไดโอดด้วยไบแอสตรง คือ ให้ข้ัวไฟลบ (มิเตอร์ดิจิตอล ขั้วไฟลบออกจากข้ัวลบของมิเตอร์) ของมิเตอร์ต่อกับแคโทดและขั้วไฟบวกของมิเตอร์ต่อกับขาแอโนด มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันตกคร่อมรอยต่อของไดโอด (แรงดันคัทอิน) โดยแสดงค่าแรงดัน0.5-0.7 V ในไดโอดชนดิ ซลิ ิคอนและแสดงคา่ 0.2-0.4 V ในไดโอดชนิดเยอรมันเนยี มสมพร บุญรนิ แผนกวิชาช่างไฟฟา้ กาลงั วิทยาลยั เทคนิคชลบุรี

OL 12-+ 0.60 -+รปู ที่ 1.13 การวัดและทดสอบไดโอดดว้ ยมลั ติมิเตอร์แบบดิจิตอลสมพร บญุ ริน แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลงั วิทยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี

13 สรุป - สารกึ่งตัวนาคือสารที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ที่นิยมเอามาทาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือซลิ ิคอนและเยอรมันเนียม สารกึ่งตัวนาไม่บริสุทธิ์มี 2 ชนิดคือ ชนิด P (P-Type Semiconductor)และชนิด N (N-Type Semiconductor) - ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารก่ึงตัวนาทีไ่ ด้จาการนาสารกึง่ ตัวนาซิลคิ อนหรือเยอรมันเนยี มไม่บรสิ ุทธิ์ชนิด P และ N มาต่อกัน มีข้ัวใช้งานจานวน 2 ขั้ว คือข้ัวแอโนด (A) และข้ัวแคโทด (K) การต่อวงจรไดโอดสามารถจดั วงจรได้ 2 แบบ คือ 1. ไบแอสตรง (Forward Bias) การต่อวงจรแบบนี้จะมีกระแสไหลผ่านไดโอด แรงดันไบแอสตรงมขี นาดมากกว่ากาแพงแรงดันภายในของไดโอดซึง่ ถ้าเป็นของซิลิคอนไดโอดจะมีค่าประมาณ 0.7 V และถ้าเป็นเยอรมนั เนียมไดโอดจะมีค่าประมาณ 0.3 V 2. ไบแอสกลับ (Reverse Bias) การตอ่ วงจรแบบน้จี ะไมม่ กี ระแสไหลผ่านไดโอด - การที่เราจะนาไดโอดมาใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เราจะต้องคานึงถึงอัตราทนกระแสสูงสุดเม่ือไบแอสตรง และอัตราทนแรงดันไบแอสกลับสูงสุดของไดโอด (PIV) ซ่ึงจะต้องเปิดดูจากคู่มือของไดโอดเบอร์น้ัน ๆ สามารถค้นหาคู่มือของไดโอด (data sheet) ได้จากเว็บ search engine เช่นwww.google.com เปน็ ตน้ - การวดั และทดสอบไดโอดว่าดหี รือเสีย และหาข้ัวของไดโอดน้ันทาได้โดยใชม้ ัลติมเิ ตอร์ตั้งย่านวัดค่าความต้านทาน Rx10 ไดโอดสภาวะปกติจะวัดด้วยโอห์มมิเตอร์ข้ึนครั้งหนึ่ง ถ้าเข็มมิเตอร์ขึ้นท้ัง 2ครั้ง แสดงว่าไดโอดเสีย (ไดโอดลัดวงจร) และถ้าเข็มมิเตอร์ไม่ข้ึนท้ัง 2 ครั้ง แสดงว่าไดโอดเสีย (ไดโอดขาด) สมพร บุญรนิ แผนกวชิ าช่างไฟฟา้ กาลงั วิทยาลัยเทคนิคชลบุรี

14 บรรณานกุ รมนภัทร วัจนเทพินทร์. 2542. คมู่ อื การทดลองอปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจร. กรงุ เทพฯ : สกายบุ๊กส์ .บญุ สบื โพธศิ์ รี ; และคณะ. 2550. งานไฟฟา้ และอเิ ลก็ ทรอนกิ สเ์ บือ้ งต้น. กรงุ เทพมหานคร : สานักพมิ พ์ ศูนยส์ ่งเสริมอาชีวะ.พนั ธ์ศักด์ิ พฒุ มิ านิตพงศ.์ 2554. อปุ กรณอ์ เิ ลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร. กรงุ เทพมหานคร: สานกั พิมพ์ ศูนย์ส่งเสรมิ อาชวี ะ.มงคล ทองสงคราม. 2540. อิเล็กทรอนิกส์เบ้ืองต้น. กรงุ เทพมหานคร: สานกั พมิ พ์ว.ี เจ. พร้นิ ตง้ิ .วิทยาลัยเทคนคิ นครปฐม. 2542. ปฏบิ ัตอิ ุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร โครงการจดั ทาต้นแบบ การเรียนการสอนวิชาชีพภาคปฏิบตั ิ. นครปฐม: กรมอาชวี ศกึ ษา กระทรวงศึกษาธิการ.อดลุ ย์ กลั ยาแก้ว. 2554. อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร. กรงุ เทพมหานคร: สานักพมิ พศ์ ูนย์ส่งเสริมอาชีวะ.บุญชัย งามวงศ์วฒั นา. 2558. “The PN Junction Diod,” [ออนไลน์]. เข้าถึงได้จาก: http://electronics.se-ed.com/contents/137s088/137s088_p04.asp, [สบื ค้นเมอ่ื 10พฤศจิกายน 2558]Lewis Loflin. 2558. “How Diodes and Rectifiers Operate,” [ออนไลน์]. เขา้ ถึงได้จาก: http://www.bristolwatch.com/ele/diodes.htm, [สบื คน้ เม่ือ 10 พฤศจกิ ายน 2558] สมพร บญุ ริน แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลัง วิทยาลัยเทคนคิ ชลบุรี

15 อินฟินติ ี (∞) แสดงวา่ ไดโอดปกติ แตถ่ ้าเข็มมเิ ตอรข์ ึน้ ไม่ว่ามากหรอื น้อยกต็ าม แสดงวา่ ไดโอดลคี (รั่ว) หรือเส่อื ม 1.2.6.2 การวดั และทดสอบไดโอดดว้ ยมัลติมิเตอร์แบบดจิ ิตอล ให้ตั้งย่านวัดไดโอด โดยวัดขั้วท้ังสองของไดโอดด้วยไบแอสตรง คือ ให้ขั้วไฟลบ (มิเตอร์ ดิจิตอล ขั้วไฟลบออกจากข้ัวลบของมิเตอร์) ของมิเตอร์ต่อกับแคโทดและขั้วไฟบวกของมิเตอร์ต่อกับขา แอโนด มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันตกคร่อมรอยต่อของไดโอด (แรงดันคัทอิน) โดยแสดงค่าแรงดัน 0.5-0.7 V ในไดโอดชนิดซลิ คิ อนและแสดงคา่ 0.2-0.4 V ในไดโอดชนิดเยอรมนั เนยี ม OL 0.60 -+ -+ รปู ที่ 1.14 การวัดและทดสอบไดโอดด้วยมลั ติมิเตอรแ์ บบดจิ ติ อล สมพร บญุ รนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบุรี

16 สรุป - สารก่ึงตัวนาคือสารท่ีมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ที่นิยมเอามาทาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คือ ซิลิคอนและเยอรมันเนียม สารก่ึงตัวนาไม่บริสุทธ์ิมี 2 ชนิดคือ ชนิด P (P-Type Semiconductor) และชนิด N (N-Type Semiconductor) - ไดโอดเปน็ อุปกรณส์ ารก่ึงตวั นาที่ไดจ้ าการนาสารก่ึงตัวนาซิลิคอนหรอื เยอรมันเนยี มไม่บริสุทธิ์ ชนิด P และ N มาต่อกัน มีข้ัวใช้งานจานวน 2 ข้ัว คือข้ัวแอโนด (A) และขั้วแคโทด (K) การต่อวงจร ไดโอดสามารถจัดวงจรได้ 2 แบบ คอื 1. ไบแอสตรง (Forward Bias) การต่อวงจรแบบน้ีจะมีกระแสไหลผ่านไดโอด แรงดันไบแอสตรง มีขนาดมากกว่ากาแพงแรงดันภายในของไดโอดซ่ึงถ้าเปน็ ของซิลิคอนไดโอดจะมีค่าประมาณ 0.7 V และ ถา้ เป็นเยอรมนั เนียมไดโอดจะมคี ่าประมาณ 0.3 V 2. ไบแอสกลับ (Reverse Bias) การต่อวงจรแบบนี้จะไมม่ กี ระแสไหลผา่ นไดโอด - การท่ีเราจะนาไดโอดมาใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เราจะต้องคานึงถึงอัตราทนกระแส สูงสุดเมื่อไบแอสตรง และอัตราทนแรงดันไบแอสกลับสูงสุดของไดโอด (PIV) ซ่ึงจะต้องเปิดดูจากคู่มือ ของไดโอดเบอร์น้ัน ๆ สามารถค้นหาคู่มือของไดโอด (data sheet) ได้จากเว็บ search engine เช่น www.google.com เปน็ ตน้ - การวัดและทดสอบไดโอดว่าดหี รือเสีย และหาข้ัวของไดโอดน้ันทาไดโ้ ดยใช้มัลตมิ ิเตอร์ต้ังย่าน วัดค่าความต้านทาน Rx10 ไดโอดสภาวะปกติจะวัดด้วยโอห์มมิเตอร์ขึ้นครั้งหน่ึง ถ้าเข็มมิเตอร์ข้ึนท้ัง 2 คร้ัง แสดงว่าไดโอดเสีย (ไดโอดลัดวงจร) และถ้าเข็มมิเตอร์ไม่ข้ึนท้ัง 2 ครั้ง แสดงว่าไดโอดเสีย (ไดโอด ขาด) สมพร บญุ ริน แผนกวิชาชา่ งไฟฟา้ กาลัง วิทยาลัยเทคนคิ ชลบุรี

17 บรรณานกุ รม นภัทร วจั นเทพนิ ทร์. 2542. คูม่ ือการทดลองอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์และวงจร. กรุงเทพฯ : สกายบ๊กุ ส์ . บุญสืบ โพธศิ์ รี ; และคณะ. 2550. งานไฟฟ้าและอเิ ล็กทรอนกิ ส์เบอ้ื งตน้ . กรุงเทพมหานคร : สานกั พมิ พ์ ศนู ยส์ ่งเสรมิ อาชีวะ. พันธ์ศกั ด์ิ พุฒมิ านติ พงศ์. 2554. อปุ กรณอ์ เิ ล็กทรอนิกสแ์ ละวงจร. กรงุ เทพมหานคร: สานักพมิ พ์ ศนู ย์สง่ เสรมิ อาชีวะ. มงคล ทองสงคราม. 2540. อเิ ลก็ ทรอนกิ สเ์ บอื้ งตน้ . กรงุ เทพมหานคร: สานักพิมพว์ .ี เจ. พรน้ิ ต้ิง. วิทยาลยั เทคนคิ นครปฐม. 2542. ปฏบิ ัตอิ ปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร โครงการจดั ทาต้นแบบ การเรียนการสอนวชิ าชพี ภาคปฏบิ ตั ิ. นครปฐม: กรมอาชีวศึกษา กระทรวงศกึ ษาธกิ าร. อดุลย์ กลั ยาแกว้ . 2554. อปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์และวงจร. กรงุ เทพมหานคร: สานักพิมพ์ศูนย์ สง่ เสริมอาชีวะ. บญุ ชยั งามวงศ์วฒั นา. 2558. “The PN Junction Diod,” [ออนไลน์]. เข้าถึงไดจ้ าก: http://electronics.se-ed.com/contents/137s088/137s088_p04.asp, [สืบคน้ เมือ่ 10 พฤศจิกายน 2558] Lewis Loflin. 2558. “How Diodes and Rectifiers Operate,” [ออนไลน์]. เขา้ ถงึ ได้จาก: http://www.bristolwatch.com/ele/diodes.htm, [สืบคน้ เมอ่ื 10 พฤศจิกายน 2558] สมพร บุญรนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลัง วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบุรี