E-Book silicon controlled switch

1 Silicon Controlled Switch (SCS) คอื อะไร Silicon Controlled Switch แบง่ เป็นสี่ช้นั , 3 แยก, สองอุปกรณ์ PNPN ประตกู ับ ปลายขวั้ p- สรา้ งขั้วบวก, และ n- ข้วั ไว้ข้ัวบวก, ประตขู ั้วลบทช่ี ั้น p ถัดจากแคโทดและประตู ขั้วบวกท่ีชั้น n ถัดจากขว้ั บวก ซลิ คิ อน คอนโทรล สวทิ ช์ หรือ SCS จะประกอบสารกึ่งตัวนำ 4 ตอน PNPN มีขาถูก ตอ่ ออกมาใชง้ าน4 ขา ขาต่าง ๆ ของ SCS มดี งั น้ี ขาแอโนด (A) ขาแคโถด (K) บางครง้ั เรียกว่าขา อมิ ติ เตอร์ (E) ขาแคโถด เกท (GK) บางครั้งเรียกขาเบส (B) และขาแอโนด เกท (GA) บางครง้ั เรียกขาคอลเลคเตอร์ (C) แสดงเป็นโครงสร้างและสัญลกั ษณด์ งั รูป ซลิ ิคอนควบคุมสวติ ช์ (SCS) เหมือนกบั SCR เปน็ อปุ กรณส์ แ่ี ยกสามชัน้ สี่ P-N-P-N ซลิ คิ อนทม่ี ขี วั้ ไฟฟา้ สี่คือขว้ั ลบ C, แคโทดประตู Gx, ขวั้ บวกประตู G2 และขั้วบวก A ดังแสดงใน รูป Infact SCS เปน็ อุปกรณท์ ี่ใช้พลงั งานต่ำเม่อื เทียบกับ SCR มนั จัดการกระแสในหนว่ ยพนั แอ มป์มากกวา่ แอมแปร์ SCS แตกตา่ งจาก SCR ในดา้ นตอ่ ไปนี้ มันมีประตเู พมิ่ เติม - ประตขู ้วั บวก มันมีขนาดเลก็ กวา่ SCR แต่ก็มกี ารรว่ั ไหลและการจบั กระแสน้อยกว่า SCR มนั ต้องการสญั ญาณท ริกเกอรข์ นาดเลก็ มนั ใหล้ กั ษณะการกระตุน้ จากเครื่องแบบหนง่ึ ไปอกี ตวั อยา่ งหนง่ึ

2 SCS ต่างจาก SCR อย่างไร 1. มปี ระตเู พิ่มเตมิ คอื ประตูขว้ั บวก 2. มีขนาดเล็กกวา่ SCR และถูกออกแบบมาสำหรบั การทำงานท่แี รงดนั ต่ำกระแสและ กำลังไฟ 3. มีการรว่ั ไหลและโฮลดง้ิ นอ้ ยกวา่ SCR 4. มีลักษณะการกระตุน้ ทสี่ ม่ำเสมอมากขึ้นจากตัวอย่างตอ่ ตวั อยา่ งและ 5. ตอ้ งการสญั ญาณทริกเกอร์ขนาดเลก็ รูปท่ี 1 (a) ให้โครงสร้างพน้ื ฐานในขณะทร่ี ปู ท่ี 1 (b) ใหส้ ัญลักษณ์วงจร ปัจจบุ ันตอ่ ไปนี้ในประตู ใด ๆ ของทงั้ สองยิงอปุ กรณ์ อยา่ งไรก็ตามหากไมม่ ีการเชื่อมตอ่ ที่ anode gate GA และใช้ cathode gate GC เพยี งอย่างเดียวอปุ กรณจ์ ะทำงานเหมือน SCR อีกด้านหนงึ่ เมื่อไมไ่ ด้เช่ือมต่อ กบั Cathode Gate และใช้ anode gate GA เพียงอยา่ งเดยี วอุปกรณจ์ ะทำหน้าทเี่ ช่อื มโยง npnp SCR และถูกไลอ่ อกโดยทำให้ GA เป็นลบมากขึน้

3 ถา้ เราใช้วงจรเทียบเท่าสำหรบั SCR และเพมิ่ ขั้วต่อภายนอกอ่นื ทีเ่ ชื่อมต่อกับฐานของ ทรานซสิ เตอร์ดา้ นบนและตัวสะสมของทรานซสิ เตอร์ด้านล่างเรามอี ุปกรณ์ทเี่ รียกว่าสวติ ชค์ วบคุม ซิลิคอนหรือ SCS: (รปู ด้านลา่ ง ) ทอร์มินลั พเิ ศษน้ชี ่วยใหส้ ามารถควบคุมอุปกรณไ์ ด้มากขน้ึ โดยเฉพาะอย่างยงิ่ ในโหมด การเปลี่ยนที่บงั คับซงึ่ สญั ญาณภายนอกบงั คบั ใหป้ ิดในขณะทก่ี ระแสหลกั ผ่านอปุ กรณ์ยงั ไมล่ ดลง ต่ำกวา่ ค่าปจั จบุ ันของการถือครอง โปรดทราบวา่ มอเตอรอ์ ยใู่ นวงจรประตขู ั้วบวกในรปู ด้านลา่ ง สงิ่ นถ้ี กู ต้องแมว้ ่ามนั จะดูไม่ถกู ตอ้ งก็ตาม จำเปน็ ต้องมขี ว้ั บวกนำไปส่กู ารปิด SCS ดงั น้นั มอเตอร์ จึงไมส่ ามารถต่ออนุกรมกับขัว้ บวกได้

4 เม่ือสวติ ชป์ ุ่ม \"เปดิ \" ทำงานแรงดนั ไฟฟ้าทนี่ ำมาใชร้ ะหวา่ งประตูแคโทดและแคโทดจะ มอี คติไปข้างหน้าจุดเช่อื มตอ่ ตวั ส่งสญั ญาณของทรานซสิ เตอรท์ ่ีต่ำกว่าและเปดิ ใช้งาน ทรานซสิ เตอรย์ อดนยิ มของ SCS พร้อมที่จะดำเนนิ การโดยได้รบั เส้นทางปจั จบุ ันจากเทอร์มินลั อี ซีแอล (ขวั้ บวกแอโนดของ SCS) ผ่านตัวต้านทาน R2 ไปยังด้านบวกของแหล่งจ่ายไฟ เช่นเดยี วกับในกรณีของ SCR ทรานซสิ เตอรท์ ้งั สองเปดิ และบำรุงรกั ษาซง่ึ กนั และกนั ในโหมด \"เปดิ \" เม่ือทรานซสิ เตอร์ด้านลา่ งเปิดใช้งานกจ็ ะทำหน้าทร่ี บั กระแสของมอเตอรแ์ ละมอเตอร์กจ็ ะ เริ่มและทำงาน มอเตอรอ์ าจหยุดโดยการขดั จงั หวะแหลง่ จา่ ยไฟเช่นเดียวกบั SCR และสง่ิ น้ี เรยี กว่าการแลกเปลย่ี นทางธรรมชาติ อยา่ งไรกต็ าม SCS ใหว้ ิธกี ารปดิ อกี วธิ ีหน่งึ คอื เปลีย่ นคอม มิชชนั ดว้ ยการลดั วงจรขว้ั บวกไปยังขัว้ ลบ [GE1] หากทำเสรจ็ แลว้ (โดยการกดสวติ ช์ \"ปิด\" ปุ่มกด) ทรานซสิ เตอร์บนภายใน SCS จะสญู เสยี กระแสอีซแี อลของมันดงั นน้ั จงึ หยดุ กระแสไฟฟ้า ผ่านฐานของทรานซสิ เตอรล์ า่ ง เมอ่ื ทรานซสิ เตอรด์ า้ นล่างดบั ลงวงจรจะตัดกระแสสำหรบั กระแส เบสผา่ นทรานซสิ เตอรด์ ้านบน (เพ่อื รักษาสถานะ“ ปิด”) และมอเตอร์ (ทำใหห้ ยดุ ) SCS จะยังคง อยู่ในสถานะปิดจนกว่าจะถงึ เวลาทสี่ วติ ช์ \"เปดิ \" จะทำงานอกี คร้งั โครงสร้างพนื้ ฐานและสัญลักษณแ์ ผนผงั ของ SCS แสดงในรปู มนั อาจจะประดษิ ฐโ์ ดยใชเ้ ทคนิคการแยกชมุ ทางหรอื เทคนิคระนาบ

5 การทำงานของสวิตชค์ วบคุมซิลคิ อน วิธีทง่ี ่ายทีส่ ดุ ในการทำความเข้าใจวธิ ีการใช้งานคือการตระหนกั วา่ มันเกิดขน้ึ จากทรานซิสเตอร์ สองตัว Q1 และ Q2 วางซอ้ นกนั กลับไปดงั แสดงในรปู ที.่ ในวงจรเทยี บเท่าสองทรานซสิ เตอรท์ ่ีแสดงในรูปท่ี C จะเหน็ วา่ ชีพจรเชิงลบท่ปี ระตู ขัว้ บวก G2 ทำให้ทรานซิสเตอร์ Q1 เปิดสวิตช์ Transistor Q1 จา่ ยกระแสไฟใหท้ รานซสิ เตอร์ Q2 และสวิตช์ทง้ั สองของทรานซสิ เตอร์ ในทำนองเดยี วกนั ชพี จรบวกทีแ่ คโทดเกต G1 สามารถ เปดิ อปุ กรณ์ได้ เนอ่ื งจากมเี พยี งกระแสเลก็ ๆ เทา่ น้นั ทเ่ี ก่ียวขอ้ ง SCS อาจถูกปดิ โดยชพี จรข้วั ที่ เหมาะสมท่ีหนง่ึ ในประตู ทีป่ ระตแู คโทดจะต้องใชพ้ ลั สล์ บสำหรบั การปดิ ขณะท่ที ีข่ ัว้ บวกจะต้องใช้ พัลสบ์ วก การควบคุมให้ SCS ทน่ี ำกระแสแล้วหยุดนำกระแส แสดงไว้ 3วธิ ี ดังนี้ 1. การหยุดนำกระแสโดยใชพ้ ลั ซบ์ วกป้อนให้ขา GA

6 2 . การหยุดนำกระแสโดยใช้ทรานซิสเตอร์ลัดวงจร 3. การหยุดนำกระแสโดยใชพ้ ลั ซล์ บปอ้ นใหข้ า GK

7 ลกั ษณะของโวลต์ - แอมแปรข์ อง SCS คณุ ลกั ษณะของโวลต์ - แอมแปร์ของ SCS น้ันคล้ายคลงึ กบั ของ SCR และแสดงในรูป ดว้ ยการเพิ่มข้ึนของแรงดันไฟฟา้ ท่ีใช้ในปจั จุบันเพ่มิ ขนึ้ ครง้ั แรกอยา่ งชา้ ๆ จนถงึ จุด A และ จากนน้ั อยา่ งรวดเร็วในภูมภิ าค AB ดังแสดงในรปู ณ จดุ B ผลติ ภณั ฑ์β1β2เกนิ ความเป็น เอกภาพและอปุ กรณ์เปดิ อยู่ในทนั ที ในสภาวะปจั จบุ ันกระแสไฟฟ้าเพมิ่ ขน้ึ อยา่ งมากและถูก จำกัด โดยตัวต้านทานอนุกรมภายนอก SCS ยงั แสดงความตา้ นทานเชงิ ลบในพ้ืนที่ใกล้เคยี งกับ SCR SCS จะเปิดสวิตช์โดยไม่ตง้ั ใจถา้ แรงดนั ไฟฟา้ ของข้วั บวกถกู นำไปใชใ้ นทนั ที สง่ิ นเ้ี รียกวา่ เอฟ เฟกตอ์ ตั ราซึ่งเกดิ จากความจรุ ะหวา่ งขั้วอิเล็กโทรดระหว่างขว้ั ไฟฟา้ G1 และ G2 หรือที่เรยี กว่า การเปล่ียนความจุ ข้อดีและการใชง้ านของ SCS ขอ้ ดีของ SCS เหนอื SCR คือลดเวลาเปิด - ปิดซง่ึ โดยทั่วไปจะอยใู่ นชว่ ง 1 ถึง 10 ไมโครวนิ าทีสำหรบั SCS และ 5 ถึง 30 ไมโครวนิ าทีสำหรับ SCR ข้อดอี นื่ ๆ ของ SCS มากกวา่ SCR คอื การควบคมุ ท่เี พม่ิ ข้ึนและความไวในการกระตนุ้ และสถานการณ์การยงิ ท่ีคาดการณ์ไดม้ าก ขึ้น อยา่ งไรกต็ าม SCS น้นั จำกัด อยู่ในระดบั พลังงานตำ่ กระแสไฟและแรงดันไฟฟ้า (กระแส แอโนดสงู สดุ ทว่ั ไปอย่ใู นช่วง 100 mA ถึง 300 mA โดยมีอตั ราการกระจาย 100 ถงึ 500 mW) บางสว่ นของการใช้งานทว่ั ไปของ SCS รวมถงึ วงจรคอมพวิ เตอรท์ หี่ ลากหลาย (เชน่ เคานเ์ ตอร์ รจี สิ เตอรแ์ ละวงจรเวลา) เซ็นเซอรแ์ รงดันไฟฟา้ เครอ่ื งกำเนดิ ไฟฟา้ พัลสเ์ ครอ่ื งกำเนดิ ไฟฟา้ ออสซลิ เลเตอรเ์ ปน็ ต้น เกด็ น่ารเู้ กยี่ วกับ Silicon ซลิ ิคอนเป็นธาตุเบาท่มี คี ุณสมบัตกิ ง่ึ โลหะ ตามปกตใิ นธรรมชาติ พบว่าซลิ ิคอน จะรวม กับออกซิเจนและอะตอมของธาตอุ ื่นๆ เกิดเป็นซลิ เิ กต (Silicates) พบไในชั้นเปลือกโลกมากวา่

8 ร้อยละ 26 โดยทซี่ ลิ ิกา (silica : SiO2) เองนั้นกเ็ ป็นซลิ เิ กตชนิดหนงึ่ แต่มีเพยี งอะตอมของ ซลิ คิ อน และออกซเิ จนเป็นสวนประกอบเทานั้น ซลิ กิ า หรือ ทราย ทรี่ จู กั กันทั่วไป คือ ควอทซ หรอื ควอทไซต ซึ่งนำมาใชผลิตเน Si metal สำหรบั ใชในอตุ สาหกรรมผลิตอะลูมเิ นียม และ อุตสาหกรรม เคมีภัณฑ ทงั้ น้ี การพจิ ารณาสดั สวนของซลิ คิ อนที่ผสมอยใู่ นเนื้อวสั ดเุ ป็นหลัก จะ สามารถแบงประเภท ของซลิ คิ อน และประโยชนที่จะนําไปใช ไดแก - เฟอโรซิลิคอน Ferrosilicon(Si > ร้อยละ 50) เหมาะสำหรบั การนำไปใช ประโยชน ในอุตสาหกรรมเหลก็ เพอ่ื เพ่ิมความแข็งแกรงใหกบั เนือ้ โลหะ ตลอดจนความทนทานสำหรบั ใช ในงานด้านโครงสร้าง - Silicon (regular : Si อยละ 97) เปน็ เกรดที่เหมาะสำหรบั ใชในอตุ สาหกรรม โดยทวั่ ไป - Semiconductor (Hyperpure : Si รอยละ 99.97) ซลิ คิ อนความบรสิ ทุ ธิ์ สูงน้ี เหมาะสำหรบั งานดานอเิ ลก็ ทรอนกิ ส การผลิตสารกง่ึ ตวั นำ และเซลลแสงอาทิตย

9 วตั ถุดิบสำหรับการผลิตซิลิคอน (Silicon Metal) วัตถดุ บิ ทน่ี ำมาใชเพ่อื การผลิตซลิ ิคอนไดจากซิลิกา หรอื ควอทซ ซง่ึ มีคุณสมบัติ และ ลักษณะเฉพาะ โดยสามารถแบงประเภทของซลิ กิ าออกได้เปน 2 กลุมใหญ น่ันคือ 1. Fine silica ไแก ทรายตามธรรมชาติ (silica sand) และหนิ ทรายรวน (friable sandstone) ท่ีเกิดจากการแปรสภาพ การนํ าไปใชประโยชน จะอยู่ในรปู ของซลิ ิกาเพ่ือใชใน อตุ สาหกรรมแกว กระจก และผลิตภณั ฑเซรามกิ รวมถงึ อุตสาหกรรมกอสร้าง หรอื เป็นสวนผสม ในปูนซีเมนต 2. Coarse silica (lump silica) ไแก ควอทซ (quartz) หรอื ควอทซไซด (quartzite) ชนิดผลกึ และควอทซชนดิ เมด็ ใหญ่ (quartz gravel) ซง่ึ นบั ได้ว่าเนควอทซทมี่ ี ความบรสิ ทุ ธ์สิ ูง (high purity quartz pebbles) กระบวนการทํ าใหบรสิ ุทธ์ิ คือ การนำควอทซ ไปถลงุ ในเตาไฟฟา ไดผ้ ลผลติ เป็น silicon metallurgical grade สํ าหรบั นํ าไปใชประโยชน หลกั ในอตุ สาหกรรมต่างๆ ดงั น้ี - อตุ สาหกรรมอะลมู เิ นียม เพอื่ ใชเป็นโลหะผสมใหเกิดความ แขง็ แรงแกผลติ ภณั ฑ และสามารถหล่อขึน้ รปู แบบตางๆ ได้ หรอื ในอุตสาหกรรมการผลิตรถยนตซึ่ง ใชสวนประกอบ ภายในโครงสร้างเป็นอะลูมเิ นยี ม หรอื เป็นสวนเสริม เชน ลอ ลูกสบู เครื่องยนต หรอื แม้แตก่ าร ผลติ กระปองอะลมู ิเนยี มกต็ าม - อตุ สาหกรรมผลิตเหลก็ (เปนสารจํ ากดั ส่งิ ปนเปอน : flux) - อุตสาหกรรมการผลิตชิ้นสวนอปุ กรณอิเลก็ ทรอนกิ ส ( ซ่ึงจะใช ซิลคิ อนที่มีขนาด 25-325 mesh) สำหรับเป็นวัตถดุ บิ ประเภท high purity polycrystalline silicon เพ่อื ใชในอตุ สาหกรรมผลิต สารกง่ึ ตวั นำ ไมโครชพิ ไมโครโปรแพสเซอรของอุปกรณคอมพวิ เตอร และ เซลลแสงอาทติ ย ซงึ่ อุปกรณเหลานี้ ตองการความบรสิ ุทธข์ิ องซลิ คิ อนวัตถุดบิ สูงถึงรอยละ 99.999999 - อตุ สาหกรรมเคมีภัณฑ เนื่องจากคณุ สมบัตขิ องการทนทานตอ อุณหภูมิ สารเคมี และเป็นฉนวน ไฟฟา ซ่งึ เหมาะสำหรบั การนำมาผลติ เป็นซิลโิ คน หรอื อาจใชในการ ผลติ เครือ่ งดม่ื โดยเป็นสวน ผสมของโซดา นอกจากน้ี ซลิ ิคอนคารไบด สำหรบั ใชในงานอตุ สาหกรรม ตางๆ

10 นอกจากน้ี fused silica ซง่ึ เป็นผลผลติ พลอยได้จากการถลงุ ควอทซ ในกระบวนการน้ี ยงั สามารถนำไปใชประโยชนไดใ้ นการผลิตวตั ถุดบิ สำหรับอุตสาหกรรมเซรามกิ คุณสมบัติของซลิ ิคอน ซิลิคอนมลี กั ษณะโครงสรางแบบผลึก มีสเี ทา สมบัตกิ ง่ึ โลหะ และเป็นฉนวน กันความร้อนท่ดี ี มี สัญลักษณทางเคมี คือ Si ซลิ คิ อนเป็นธาตุท่ีมมี ากเป็นอนั ดับ 2 ในโลก ปริมาณ ร้อยละ 25.7 (โดยนำ้ หนกั ) รองจากออกซเิ จน โดยทว่ั ไปจะไพบซลิ คิ อนบรสิ ุทธ์ใิ นธรรมชาติ แต่ จะพบเป็น สารประกอบออกไซด หรอื ซลิ ิเกต (มโี ลหะผสมอยู่ เชน แกรไฟต แรใยหิน เฟลสปาร และ ไมกา เป็นตน) ในรูปของผลกึ ซง่ึ มซี ิลิคอน 1 อะตอม และออกซเิ จน 2 อะตอม ทเ่ี รารจู กั กันดี คอื ซลิ ิ กา หรอื ควอทซ (SiO2) ซ่ึงมีจุดหลอมเหลวทปี่ ระมาณ 1,710 องศาเซลเซียส