ebookหน่วยที่ 1

ชุดการสอนหน่วยท่ี 1 สารก่งึ ตัวนาและไดโอด วชิ า อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์และวงจร รหัส 2104-2102 หลักสตู รประกาศนยี บัตรวชิ าชีพ หน่วยที่ 1 เรื่องสารกง่ึ ตัวนาและไดโอด นายสมพร บุญรนิ สาขาวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลัง วิทยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี สานกั งานคณะกรรมการการอาชวี ศกึ ษา กระทรวงศกึ ษาธิการ

1 ใบความรูท้ ่ี 1 สอนครง้ั ท่ี 2 รวม 4 ช่ัวโมง ชอื่ วชิ า อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์และวงจร รหสั วชิ า 2104-2102 จานวน 1 ชั่วโมง หน่วยที่ 1 ช่ือหน่วย สารกง่ึ ตัวนาและไดโอด ช่ือเร่อื ง สารกึง่ ตัวนาและไดโอด สาระสาคญั ไดโอดเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานอย่างแพร่หลาย ได้จากการนาสารก่ึงตัวนาชนิดเอ็น และชนิดพีมาต่อกัน มคี ุณสมบัตินากระแสไฟฟา้ ไดท้ ิศทางเดยี ว ดงั นนั้ ผเู้ รียนจะต้องมคี วามรคู้ วามเข้าใจ เกีย่ วกบั สารกงึ่ ตัวนา โครงสร้างและสญั ลักษณ์ ชนดิ การทางานของไดโอด การคานวณวงจรไดโอด การ เลอื กไดโอดใชง้ านและมีทักษะเก่ียวกบั การดูขั้วโอดการวัดและทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ สาระการเรยี นรู้ 1.1 สารกงึ่ ตัวนา 1.1.1 สารกงึ่ ตวั นาบรสิ ทุ ธิ์ 1.1.2 สารกึง่ ตวั นาไม่บรสิ ทุ ธิ์ 1.2 ไดโอด 1.2.1 โครงสรา้ ง และสัญลกั ษณ์ของไดโอด 1.2.2 หลกั การทางานของไดโอด 1.2.3 ลักษณะสมบตั ิของไดโอด 1.2.4 การดูขั้วไดโอด 1.2.5 การเลือกไดโอดใช้งาน 1.2.6 การวดั และทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ จุดประสงคท์ วั่ ไป 1. เพ่อื ให้มคี วามรู้ ความเข้าใจเกยี่ วกบั สารกง่ึ ตวั นาและไดโอด 2. มีคณุ ธรรม จรยิ ธรรม ค่านยิ มและคุณลกั ษณะอันพึงประสงค์ จดุ ประสงค์เชงิ พฤตกิ รรม เม่อื ผ้เู รยี น ศึกษาหนว่ ยการเรียนนแ้ี ล้วมคี วามสามารถดังตอ่ ไปนี้ 1. บอกชอื่ ของสารกงึ่ ตัวนาบริสุทธิ์ไดถ้ กู ตอ้ ง 2. บอกคณุ สมบัตขิ องสารกึง่ ตวั นาไม่บรสิ ุทธิ์ ไดถ้ ูกตอ้ ง 3. บอกโครงสร้างของไดโอดได้ถกู ต้อง 4. บอกสญั ลกั ษณข์ องไดโอดได้ถูกตอ้ ง 5. อธบิ ายหลกั การทางานของไดโอดได้ถูกตอ้ ง 6. อธบิ ายลักษณะสมบัตขิ องไดโอดได้ถกู ตอ้ ง 7. บอกวธิ ีการดขู ัว้ ของไดโอดได้ถูกตอ้ ง สมพร บญุ ริน แผนกวชิ าชา่ งไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบุรี

2 8. บอกหลักการเลอื กไดโอดใชง้ านไดถ้ กู ต้อง 9. อธบิ ายการวดั และทดสอบไดโอดด้วยมลั ติมิเตอร์ไดถ้ กู ตอ้ ง สมพร บญุ รนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลงั วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบรุ ี

3 สารกึ่งตัวนาและไดโอด (Diode) กล่าวนา สารก่ึงตัวนา คอื สารที่มีคณุ สมบัติของทางไฟฟา้ อยู่ระหว่างตวั นาและฉนวนถูกนาไปใช้ในการ สรา้ งอปุ กรณ์ทางอิเลก็ ทรอนิกสต์ ่าง ๆ เช่น ไดโอด ทรานซสิ เตอร์ เป็นต้น การคน้ พบสารกึง่ ตวั นา นบั เปน็ การคน้ พบทย่ี ่ิงใหญ่ จนอาจกลา่ วไดว้ า่ เปน็ การปฏวิ ตั อิ ตุ สาหกรรมอเิ ลก็ ทรอนกิ สเ์ ลยทีเดยี ว ไดโอด (Diode) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ท่ีสร้างจากสารก่ึงตัวนา มี 2 ขั้วคือ คือขั้วแอโนด (Anode: A) และขวั้ แคโทด (Cathode: K) ถูกออกแบบมาเพื่อควบคมุ ทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในทศิ ทางเดียว และป้องกนั กระแสการไหลกลบั ทิศทางเดมิ หากมองหลักการ ทางานก็เหมือนกับ วาล์วน้าทิศทางเดียวไม่ยอมให้น้าไหลกลับ ซ่ึงนับเป็นประโยชน์อย่างมากในวงจร อิเล็กทรอนิกส์ เช่นวงจรแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง หรือป้องกันการสลับข้ัว ของวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ 1.1 สารก่งึ ตัวนา สารกึง่ ตวั นา (Semiconductor) คอื วสั ดทุ ม่ี ีคุณสมบัติของการนาไฟฟา้ อยู่ระหว่างตวั นาและ ฉนวน สาหรบั สารท่เี ป็นตัวนาไฟฟ้าจะมีวาเลนซอ์ ิเล็กตรอนหรอื อเิ ลก็ ตรอนอิสระ 1-3 ตัว และสารที่เปน็ ฉนวนไฟฟ้าจะมี วาเลนซอ์ ิเล็กตรอน 5 ตวั ข้นึ ไป ธาตุกง่ึ ตัวนาทนี่ ิยมนาไปทาเปน็ สารกงึ่ ตวั นาใน อปุ กรณอ์ เิ ล็กทรอนิกสก์ ค็ ือ ธาตุซลิ ิคอน และธาตุเยอรมนั เนียม โดยความสามารถในการนาไฟฟา้ ของ สารกง่ึ ตัวนาจะขึ้นอย่กู บั อณุ หภูมิ น่ันคอื ท่อี ณุ หภมู เิ ขา้ ใกล้ศูนยเ์ คลวิน สารก่ึงตัวนาจะไม่สามารถนา ไฟฟ้าได้ เนอื่ งจาก เน้อื วสั ดุก่ึงตวั นาจะเป็นผลึกโควาเลนต์ อเิ ลก็ ตรอนทั้งหมดทีอ่ ยูใ่ นเนอื้ วัสดุจะถูกตรึง อย่ใู นพันธะโควาเลนต์ ซึ่งเป็นพนั ธะท่ีทาให้อะตอมสามารถยดึ เหนย่ี วอยู่ดว้ ยกนั ได้ ทาให้ไม่มี อเิ ลก็ ตรอนอิสระ อยู่ในผลกึ เมอ่ื ไมม่ ีอเิ ล็กตรอนท่สี ามารถเคลอ่ื นท่ีได้ จึงทาให้สารก่งึ ตวั นาไมส่ ามารถ นาไฟฟา้ ได้ แต่ในอุณหภูมิสูงกวา่ ปกติ อิเลก็ ตรอนบางสว่ นจะได้รับพลังงานจากความรอ้ นเพียงพอท่ีจะ ทาให้หลุดออกจากพนั ธะ กลายเป็นอิเล็กตรอนอสิ ระและสามารถเคลือ่ นท่ีได้ สารกึง่ ตวั นาจึงสามารถนา ไฟฟา้ ได้ การนาไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนาซ่ึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิจะมีสมบัติตรงข้ามกับโลหะ เน่ืองจากโลหะ จะมีอิเล็กตรอนอิสระและเคลื่อนท่ีได้อย่างอิสระอยู่แล้ว ทาให้นาไฟฟ้าได้ดี แต่เม่ืออุณหภูมิสูงข้ึน ไอออนบวกที่อยู่ตรงกลางจะเกิดการส่ันด้วยความถ่ีสูง อิเล็กตรอนอสิ ระท่ีเคยเคลื่อนที่ได้อย่างสะดวกก็ จะเคลือ่ นท่ไี ดย้ ากขึ้น ดังน้นั เม่อื มีอณุ หภมู สิ ูงขน้ึ การนาไฟฟา้ ของโลหะจึงลดลง สมพร บุญรนิ แผนกวิชาช่างไฟฟ้ากาลัง วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบุรี

4 นอกจากการนาไฟฟา้ ของสารกึ่งตัวนาจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแล้ว ยังขึ้นอยู่กับสิ่งไม่บริสุทธิ์ที่เจือ ปนอยู่ในเน้ือสารด้วย ดังนั้นเราจึงแบ่งประเภทสารกึ่งตัวนาได้เป็น 2 ประเภท คือ สารก่ึงตัวนาบริสุทธ์ิ และสารกึ่งตัวนาไม่บริสุทธิ์ซึง่ สารก่ึงตัวนาไม่บรสิ ุทธิ์มี 2 ชนิด คือ สารก่ึงตัวนาชนิด N และสารก่ึงตัวนา ชนิด P 1.1.1 สารก่ึงตวั นาบริสทุ ธ์ิ สารกึ่งตวั นาบริสุทธิ์ ไมส่ ามารถนาไฟฟ้าได้ การนาไฟฟา้ ของสารกง่ึ ตวั นาบริสทุ ธจิ์ ะเกิดข้ึนไดก้ ็ ตอ่ เมื่อมีอุณหภูมสิ ูงกว่าศูนยอ์ งศาสมั บูรณ์ หรือมกี ารผ่านสนามไฟฟ้าท่มี คี วามเขม้ ของสนามมากเขา้ ไป วธิ กี ารน้ีจะทาอิเล็กตรอนบางส่วนหลดุ ออกจากพนั ธะ เม่อื อิเล็กตรอนหลดุ ออกมา จะทาใหเ้ กดิ ช่องว่าง ขนึ้ เราเรยี กแทนช่องว่างนว้ี ่า โฮล (Hole) และเม่ือมีช่องว่างเกดิ ข้ึน จะมอี ิเลก็ ตรอนตัวอ่ืนเคล่อื นที่มา แทนในตาแหนง่ โฮลถดั ๆ กัน การเคลื่อนทีเ่ ขา้ แทนทข่ี องอเิ ลก็ ตรอนเป็นเส้นตรง ทาใหม้ องได้ว่า โฮลมกี ารเคล่ือนท่เี ปน็ เสน้ ตรงในทศิ ตรงข้ามกับทศิ ทีอ่ เิ ล็กตรอนเคล่อื นทดี่ ้วยเช่นกัน ทัง้ ทจี่ รงิ แลว้ โฮล นนั้ อยูก่ บั ท่ี ถา้ เราใสส่ นามไฟฟา้ ให้สารก่ึงตวั นาบรสิ ุทธิ์ วาเลนซ์อิเลก็ ตรอนจะเคล่ือนทีต่ รงขา้ มกบั ทิศ ของสนามไฟฟ้า สว่ นโฮลจะเคลอ่ื นท่ีทิศเดยี วกับทิศของสนามไฟฟ้า การนาไฟฟา้ จงึ เกิดขน้ึ ไดจ้ ากการ เคลื่อนของอเิ ล็กตรอนอิสระและโฮล ธาตกุ ึ่งตวั นาที่นิยมนาไปทาเป็นสารกึ่งตัวนาในอุปกรณ์ อเิ ลก็ ทรอนกิ สก์ ็คือ ธาตุซิลคิ อน และธาตุเยอรมนั เนยี ม ธาตทุ ัง้ สองชนิดนี้จะมวี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 4 ตวั โดยซิลิคอนจะมอี เิ ลก็ ตรอนทงั้ หมด 14 ตัว สว่ นเยอรมันเนียมจะมีอิเล็กตรอนท้งั หมด 32 ตัว ต่อหนึ่ง อะตอม ดงั แสดงในรปู ที่ 1.1 วาเลนซอ์ เิ ล็กตรอน 4 ตวั Si Ge รปู ที่ 1.1 โครงสร้างอะตอมของธาตซุ ิลคิ อนและเยอรมนั เนียม สมพร บุญริน แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลงั วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบรุ ี

5 โครงสร้างอะตอมของธาตุซิลิคอนและโครงสร้างอะตอมของธาตเุ ยอรมนั เนยี มเมอ่ื อยู่รวมกัน หลาย ๆ อะตอมจะจับกนั เป็นผลึกในรปู ของพันธะโควาเลนซ์ (Covalence Bond) ดังนัน้ หน่งึ อะตอม จะตอ้ งใช้อิเล็กตรอนร่วมกันกบั อะตอมขา้ งเคียง 4 อะตอม จึงจะมอี ิเล็กตรอนวงนอกสดุ ครบ 8 ตัว เพอ่ื ให้อะตอมอยู่ในสภาพเสถยี ร Si Si Ge Ge Si Ge Si Si Ge Ge ซลิ ิคอน เยอรมันเนียม รปู ที่ 1.2 โครงสร้างอะตอมของธาตซุ ลิ ิคอนและเยอรมนั เนียมเม่อื อยรู่ ่วมกันหลายอะตอม 1.1.2 สารกึ่งตัวนาไม่บรสิ ุทธ์ิ สารกึ่งตัวนาไม่บรสิ ุทธ์ิไดจ้ าการนาสารก่งึ ตวั นาบรสิ ุทธม์ิ าเตมิ สารเจือปนเขา้ ไปทาใหม้ ี คณุ สมบัตทิ างไฟฟ้าเปลยี่ นไป ซงึ่ แบง่ ได้เป็น 2 ชนิด คอื สารก่งึ ตวั นาชนิด N (N-Type) และสารกึ่ง ตวั นาชนิด P (P-Type) 1.1.2.1 สารกง่ึ ตัวนาชนิดเอน็ (N-Type Semiconductor) สารก่ึงตัวนาชนิด N เป็นสารก่ึงตัวนาไม่บริสุทธิ์ที่ได้จากการเติมสารเจือปนที่มีวาเลนซ์ อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่นฟอสฟอรัส (P) อาเซนิค (As) แอนติโมนี (Sb) ลงไปในธาตุซิลิคอนหรือเยอรมัน เนียมบริสุทธ์ิ จะทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแตล่ ะอะตอมแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนซ่ึงกันและกัน หรือ ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ทาให้เหลืออิเล็กตรอน 1 ตัว ท่ีไม่สามารถจับตัวกับอะตอมข้างเคียง อเิ ล็กตรอนอิสระซึ่งจะแสดงประจไุ ฟฟา้ เป็นลบ สมพร บุญรนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลงั วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบุรี

6 ดังแสดงในรปู ท่ี 1.3 เรียกอิเลก็ ตรอนตวั นวี้ ่า อิเล็กตรอนอิสระ ซ่ึงจะแสดงประจุไฟฟ้าเปน็ ลบ Si Si P Si Si รูปที่ 1.3 โครงสร้างอะตอมของสารกึง่ ตัวนาชนดิ N 1.1.2.2 สารกง่ึ ตวั นาชนดิ P (P-Type Semiconductor) เป็นสารกึง่ ตัวนาไม่บรสิ ทุ ธ์ิท่ไี ด้จากการเติมธาตเุ จือปนท่ีมวี าเลนซ์อิเลก็ ตรอน 3 ตวั เชน่ โบรอน (B) อินเดยี ม (In) แกลเลียม (Ga) ลงไปในธาตซุ ลิ ิคอนหรอื ธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธ์ิ จะทาใหอ้ เิ ลก็ ตรอน วงนอกสุดของแตล่ ะอะตอมแลกเปล่ียนอเิ ล็กตรอนซึ่งกันและกันหรือใชอ้ ิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ส่วนอะตอมของธาตุเจือปนจะขาดอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว เพราะธาตุเจือปนมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว เรยี กสว่ นทข่ี าดอิเลก็ ตรอนนว้ี า่ โฮล (Hole) ซึ่งจะแสดงประจไุ ฟฟา้ เป็นบวก ดังแสดงในรูปที่ 1.4 Si Si B โฮล (Hole) ซง่ึ จะแสดงประจไุ ฟฟ้าเปน็ บวก Si Si สมพร บุญรนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟา้ กาลัง วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี

7 รปู ท่ี 1.4 โครงสรา้ งอะตอมของสารกง่ึ ตัวนาชนดิ P 1.2 ไดโอด ไดโอด (diode) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้วคือข้ัวแอโนด (Anode: A) และขั้ว แคโทด (Cathode: K) สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าให้ไหลผ่านได้ทิศทางเดียว นิยมใช้ในวงจรเรียง กระแสซงึ่ อยู่ในวงจรแหลง่ จายไฟฟ้ากระแสตรง 1.2.1 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของไดโอด ไดโอดเกิดจากการนาสารกงึ่ ตวั นาไม่บรสิ ุทธิช์ นิด N (N-type) และสารกึ่งตวั นาไมบ่ ริสทุ ธช์ิ นดิ P (P-type) มาต่อกนั ซ่งึ จุดที่สารกึ่งตวั นาทั้งสองสัมผัสกันเรียกว่ารอยต่อ (Junction) โดยขว้ั ของ ไดโอดทีเ่ ป็นสารกงึ่ ตวั นาไม่บรสิ ุทธิ์ชนิด P เป็นขั้วแอโนด (Anode: A) และ ขวั้ ของไดโอดที่เป็นสารกงึ่ ตวั นาไมบ่ รสิ ทุ ธิ์ชนิด N เปน็ ข้วั แคโทด (Cathode: K) ดงั แสดงในรูปท่ี 1.5 สัญลักษณ์จะใชล้ กู ศรแทนขาแอโนดโดยทศิ ทางของลกู ศรเป็นทศิ ทางการไหลของกระแส และ ใช้ขีดแทนขัว้ แคโทด ดังแสดงในรูปท่ี 1.6 แอโนด (Anode: A) PN แคโทด (Cathode: K) รปู ท่ี 1.5 โครงสรา้ งของไดโอด แอโนด (A) แคโทด (K) รูปที่ 1.6 สญั ลกั ษณ์ของไดโอด 1.2.2 หลักการทางานของไดโอด ไดโอดจะยอมให้กระแสไหลผ่านได้ทางเดียวเท่านั้นกระแสจะไหลย้อนกลับไม่ไดส้ ัญลักษณ์ของ ไดโอดในอุดมคตจิ ะแสดงเปน็ รปู ลกู ศรโดยจะมที ศิ ทางไหลของกระแสตามลักษณะช้ขี องลกู ศร 1.2.2.1 ไบแอสตรง (Forward Bias) - มีกระแสไหลผา่ นไดโอด สมพร บญุ ริน แผนกวิชาช่างไฟฟา้ กาลงั วิทยาลัยเทคนคิ ชลบุรี

8 - ถอื ว่าไดโอดมคี วามต้านทานน้อยมาก - โดยทั่วไปถอื ว่าไดโอดลัดวงจร A K AK IF E + E + IF - - รปู ที่ 1.7 การตอ่ ไดโอดแบบไบแอสตรง (Forward Bias) 1.2.2.2 ไบแอสกลับ(Reverse Bias) - ไม่มีกระแสไหลผา่ นไดโอด - ถอื ว่าไดโอดมคี วามต้านทานสูงมาก - โดยทัว่ ไปถือวา่ ไดโอดเปิดวงจร KA KA IR =0 E + IR =0 E + - - รปู ที่ 1.8 การตอ่ ไดโอดแบบไบแอสกลับ (Reverse Bias) สมพร บญุ รนิ แผนกวิชาช่างไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบรุ ี

9 1.2.3 ลักษณะสมบตั ิของไดโอด ไดโอดสามารถแบ่งชนิดตามสารทใี่ ชผ้ ลติ ได้ 2 ชนดิ คือ 1. ไดโอดชนดิ ซลิ คิ อน เช่น ไดโอดเบอร์ 1N4148 1N4001 1N5401 เปน็ ตน้ 2. ไดโอดชนดิ เยอรมันเนียม เชน่ ไดโอดเบอร์ 1N34A เปน็ ต้น ลักษณะของไดโอดเมื่อได้รับการไบแอสตรง (Forward Characteristics) จากรูปท่ี 1.9 กราฟ ส่วนบนด้านขวาแสดงถึงกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอด เมื่อไดโอดได้รับการไบแอสตรง ขั้วบวกของ แหลง่ จ่ายไฟต่อเข้ากบั ขั้วแอโนด และข้วั ลบของแหลง่ จา่ ยไฟต่อเข้ากับขั้วแคโทดของไดโอด จะเห็นได้ว่า เมื่อแรงดันไบแอสตรงที่ให้กับไดโอดมีค่าน้อยกว่ากาแพงแรงดันไฟฟ้า ก็จะทาให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล ผ่านไดโอด จนกระท่ังแรงดันไบแอสตรงมีขนาดมากกวา่ กาแพงแรงดันภายในของไดโอด ซ่ึงถ้าเป็นของ ซิลิคอนไดโอดจะประมาณ 0.7 V และถ้าเป็นเยอรมันเนียมไดโอดจะมีค่าประมาณ 0.3 V และเมื่อจ่าย แรงดันไบแอสตรงมากขึ้น กระแสไฟฟ้าทางตรงท่ีไหลผ่านไดโอดก็จะเพิ่มข้ึนอย่างรวดเร็ว ดังนั้นไดโอด จงึ อยู่ในสภาวะเปิด (ON) หรอื สวิตชป์ ิดวงจรนั่นเอง จุดของแรงดันไฟฟ้าท่ีทาให้เส้นกราฟชนั ข้ึนอย่างรวดเร็วน้ีมีช่ือเรียกว่า แรงดัน Knee Voltage หรืออาจเรียกวา่ แรงดันคัทอิน ซึ่งแรงดันไฟฟ้านี้จะใช้เป็นชื่อเรียกของกาแพงแรงดันไฟฟ้าภายในไดโอด ได้อีกชื่อหนึ่ง ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.7 V สาหรับซิลิคอนไดโอด จากกราฟในรูปที่ 1.9 จะเห็นว่าถึงแม้ กระแสไฟฟ้าไบแอสตรงจะเปล่ียนแปลงไปมากก็ตาม แต่แรงดันที่ตกคร่อมไดโอดก็ยังอยู่ในระดับที่ เกอื บจะคงท่ี นน่ั คอื ประมาณ 0.7 V สาหรับซิลิคอนไดโอด (Si) 0.3 V สาหรับเยอรมันเนยี มไดโอด (Ge) ID Ge Si ID VD Breakdown Voltage + R Es - VD VD + ID - Es R Ge = 0.3 V , Si = 0.7 V สมพร บญุ ริน แผนกวิชาชา่ งไฟฟ้ากาลงั วิทยาลยั เทคนคิ ชลบรุ ี

10 รูปที่ 1.9 กราฟลกั ษณะสมบตั ขิ องไดโอด ลักษณะของไดโอดเม่ือได้รับการไบแอสกลับ (Reverse Characteristics) ส่วนของกราฟ ส่วนล่างด้านซ้าย แสดงถึงกระแสไฟฟ้าย้อนกลับท่ีไหลผ่านไดโอดเม่ือให้แรงดันไบแอสกลับ จากกราฟ จะเห็นว่าข้ัวลบของแหล่งจ่ายไฟต่อเข้ากับขั้วแอโนด และขั้วบวกต่อเข้ากับข้ัวแคโทด ดังนั้น เม่ือป้อน แรงดันไบแอสกลับให้แก่ไดโอดก็จะทาให้กาแพงแรงดันของไดโอดเพ่ิมขึ้นจนกระท่ังมีขนาดเท่ากับ แรงดนั ของแหลง่ จ่ายไฟภายนอก ซ่งึ ในกรณนี ้กี ระแสไฟฟ้าที่จะไหลผ่านไดโอดจงึ มคี ่าน้อยหรือเกือบเปน็ ศูนย์ ดังน้ัน ไดโอดจึงอยู่ในสภาวะปิด (OFF) หรือสวิตช์เปิดวงจรน่ันเอง กระแสไฟฟ้าย้อนกลับที่ไหล ผ่านไดโอดมีคา่ นอ้ ยมาก (µA) เน่ืองจากกระแสไฟฟ้าร่วั ไหล (Leakage Current) ที่เกิดข้ึนน้ีมีคา่ น้อยจึง ไม่นามาพิจารณา แต่ถ้าแรงดันย้อนกลับยังคงเพ่ิมขึ้นจนกระท่ังถึงจุดพัง (Break Down) ของไดโอด ก็ จะทาให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าเพ่ิมขึ้นอย่างทันทีทันใด ซึ่งแรงดันไฟฟ้าท่ีทาให้เกิดการ เปลีย่ นแปลงของกระแสไฟฟ้าอยา่ งทันทีทนั ใดน้เี รยี กวา่ แรงดันพงั (Breakdown Voltage) 1.2.4 การดขู ้ัวของไดโอด โดยปกติแล้วไดโอดถูกออกแบบให้มีรูปลักษณะที่แตกต่างกัน ซ่ึงรูปลักษณะเช่นนี้จะช่วย ป้องกันไม่ให้ไดโอดเสียหายง่าย สาหรับขนาดของไดโอดจะแสดงถึงอัตราทนกระแสไฟฟ้าท่ีไดโอดยอม ให้ไหลผา่ นได้ ส่วนแถบคาดสีขาวท่พี มิ พอ์ ยทู่ ขี่ อบด้านใดด้านหนึ่ง จะแสดงถงึ ข้ัวแคโทด ดงั แสดงในรูปท่ี 1.10 สาหรบั ไดโอดขนาดใหญจ่ ะพมิ พส์ ัญลักษณ์ของไดโอดลงบนตวั อปุ กรณเ์ ลย สมพร บญุ รนิ แผนกวชิ าช่างไฟฟ้ากาลัง วิทยาลยั เทคนคิ ชลบุรี

แถบสขี าวจะอยใู่ นตาแหน่งขัว้ 11 แคโทด (K) ขว้ั แคโทด (K) ขัว้ แอโนด (A) รูปที่ 1.10 การดูขว้ั ไดโอด รูปที่ 1.11 แสดงให้เห็นตัวถังของไดโอดแบบตา่ ง ๆ 1.2.5 การเลือกไดโอดใช้งาน การที่เราจะนาไดโอดใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เราจะต้องคานึงถึงอัตราทนกระแสสูงสุด (Forward maximum current) ทไ่ี ดโอดสามารถทนไดโ้ ดยไม่เกดิ การเสียหายเมื่อไดร้ ับไบแอสตรง และ ค่าทนแรงดันไบแอสกลับสูงสุดของไดโอด PIV (Peak inverse voltage) หรือ PRV (Peak Reverse สมพร บุญรนิ แผนกวิชาช่างไฟฟา้ กาลัง วทิ ยาลยั เทคนคิ ชลบุรี

12 Voltage) ที่ไดโอดสามารถทนได้โดยไม่เกิดการเสียหายเม่ือได้รับไบแอสกลับ ซ่ึงเราจะต้องเปิดดูจาก คมู่ ือของไดโอดเบอรน์ ัน้ ๆ ยกตวั อย่าง ไดโอดเบอร์ 1N4000-1N4007 ดงั รูปที่ 1.12 จากรูปที่ 1.12 คณุ สมบตั ิของไดโอดเบอร์ 1N4001 - คา่ ทนแรงดันไบแอสกลับสูงสดุ ของไดโอดสาหรับไฟฟ้ากระแสตรง 50V สาหรับค่า Vrms 35V - อตั ราทนกระแสสูงสดุ 1A - อัตราทนกระแสสูงสดุ ชั่วขณะเวลา 8ms มคี า่ 30A - กระแสไบแอสกลับ 5 µA ถงึ 50 µA - แรงดันไบแอสตรงท่กี ระแส 1A มคี ่าเท่ากบั 1V - อุณหภูมทิ ่ใี ช้งาน –65 oC ถึง 150 oC ส่วนเบอร์ 1N4002-1N4007 จะแตกต่างกันที่ค่าทนแรงดันไบแอสกลบั สงู สุดของ ไดโอด สว่ นค่าอื่น ๆ เหมือนกนั สมพร บญุ ริน แผนกวิชาช่างไฟฟา้ กาลงั วิทยาลยั เทคนคิ ชลบุรี

13 รูปที่ 1.12 คมู่ ือไดโอดเบอร์ 1N4000-1N4007 ท่มี า : http://www.diodes.com 1.2.6 การวัดและทดสอบไดโอดด้วยมัลตมิ เิ ตอร์ 1.2.6.1 การวดั และทดสอบไดโอดด้วยมัลตมิ ิเตอร์แบบแอนะลอก สมพร บญุ รนิ แผนกวชิ าชา่ งไฟฟ้ากาลงั วทิ ยาลัยเทคนคิ ชลบรุ ี

14 α0 Ω x10 -+ วัดคา่ ความต้านทานได้ประมาณ 50-70 Ω α0 Ω x10 -+ วัดค่าความตา้ นทานได้ อนิ ฟนิ ิตี (∞) รปู ท่ี 1.13 การวดั และทดสอบไดโอดดว้ ยมลั ติมเิ ตอรแ์ บบแอนะลอกเม่ือไดโอดปกติ การวดั และทดสอบไดโอดว่าดหี รือเสียน้ันทาไดโ้ ดยใชม้ ัลติมิเตอรต์ ้งั ย่านวัดคา่ ความตา้ นทาน Rx10 การวัดการขาดและการ ชอ็ ต ของไดโอด ไดโอดสภาวะปกติจะวัดด้วยโอห์มมเิ ตอรข์ ึ้นครัง้ หนง่ึ และไมข่ ึน้ คร้ังหนง่ึ ถา้ หากการวัดไดโอดโดยการสลบั สายวดั ทง้ั สองครงั้ เข็มมิเตอร์ข้นึ ชี้ 0 Ω ทงั้ สองครัง้ แสดงว่าไดโอดช็อต ถา้ การวัดไดโอดโดยการสลบั สายวดั ทัง้ สองครัง้ เข็มมเิ ตอร์ไมข่ น้ึ ช้ที อี่ ินฟนิ ิตี (∞) ท้งั สองครง้ั แสดงว่าไดโอดขาด การวดั หาขวั้ ของไดโอด ใหใ้ ช้ครั้งท่เี ข็มมิเตอรข์ ้นึ สามารถสรปุ ผล จะไดว้ า่ ขว้ั บวก (สายวดั ลบ) ภายในแบตเตอร่ีของโอห์มมเิ ตอรว์ ดั ที่ขั้วใด ขัว้ นนั้ คอื ขัว้ แอโนด (A) ขัว้ ลบ (สายวดั บวก) ภายใน แบตเตอรข่ี องโอหม์ มิเตอรว์ ัดท่ีข้ัวใด ขานนั้ คอื ขว้ั แคโทด (K) การวดั ลคี (รั่ว) และการเสื่อมของไดโอดจะตั้งย่านวัดของโอหม์ มิเตอรท์ ีย่ า่ น Rx10k และวดั ไดโอดในสภาวะจา่ ยไบแอสกลับ คือข้ัวลบ (สายวดั บวก) ของแบตเตอร่ีภายในโอห์มมิเตอรว์ ัดทข่ี าแอโนด (A) ขัว้ บวก (สายวัดลบ) ของแบตเตอร่ีภายในโอห์มมเิ ตอร์วัดขั้วแคโทด (K) ถา้ เข็มมิเตอร์ไมข่ ้นึ ชี้คา่ ที่ สมพร บญุ รนิ แผนกวิชาชา่ งไฟฟา้ กาลงั วทิ ยาลัยเทคนคิ 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