หน่วยที่ 1 ความรู้เบื่องต้นของสารกึ่งตัวนำและไดโอด

หน่วยที่ 1 ความรู้เบือ่ งต้นของสารก่งึ ตวั นำและไดโอด วิชาอปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์

1 หน่วยท่ี 1 ความร้เู บื่องตน้ ของสารกงึ่ ตวั นำและไดโอด หัวข้อเรื่อง 1.1 สารก่งึ ตัวนำและอะตอม 1.1.1คณุ สมบตั ขิ องตวั นำ ฉนวน สารกึ่งตัวนำ 1.1.2 โครงสร้างอะตอม 1.1.3 การโดปสาร 1.1.4 สารก่ึงตวั นำไม่บรสิ ุทธิ์ 1.1.5 รอยต่อพี-เอน็ 1.2 ไดโอด 1.2.1 โครงสร้าง และสญั ลักษณ์ของไดโอด 1.2.2 ไดโอดในอุดมคติ และในทางปฏิบตั ิ 1.2.3 การไบอัสไดโอด 1.2.4 ชนดิ ของไดโอด และเบอร์ไดโอด 1.2.5 การตรวจสอบไดโอดดว้ ยโอหม์ มเิ ตอร์ 1.3 การประยุกต์ใชง้ านใดโอด 1.3.1 วงจรเรียงกระแส 1.3.2 วงจรตดั สญั ญาณ 1.3.3 วงจรตัดระดับสัญญาณ 1.3.4 วงจรทวแี รงดัน แนวคดิ สำคัญ อเิ ล็กทรอนิกส์ (Electronics) เป็นศาสตร์หรือวิชาที่ว่าด้วยการเคล่อื นท่ีของอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำ หรือในสุญญากาศ โดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Device) จะทำหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของ อิเล็กตรอน สำหรับในหน่วยการเรียนนี้ จะกล่าวถึงอะตอมโครงสร้างของอะตอมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน สารกึ่งตัวนำบริสุทธ์ิ การโคปสารเพื่อให้ได้สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ รอยต่อพีเอ็นและการให้ไบแอสและผลท่ี เกิดขน้ึ จากการให้ไบแอส ซ่งึ เปน็ พื้นฐานในการเรียนรรู้ ายวชิ าอปุ กรณอ์ ิเล็กทรอนกิ ส์และวงจร

2 สมรรถนะยอ่ ย แสดงความรเู้ บอ้ื งต้นเก่ยี วกบั สารก่ึงตวั นำ จดุ ประสงค์รายวิชา 1. อธบิ ายความแตกต่างระหวา่ งตัวนำสารก่ึงตวั นำและฉนวนได้ถกู ต้อง 2. จำแนกประเภทของสสารได้ถกู ต้อง 3. เขยี นโครงสรา้ งของอะตอมไดถ้ ูกต้อง 4. อธิบายโครงสรา้ งของอะตอมไดถ้ ูกต้อง 5. อธบิ ายหลกั การโดปสารได้ถกู ตอ้ ง 6. อธบิ ายคณุ สมบตั ิของสารกึง่ ตัวนำไม่บรสิ ทุ ธ์ิไดถ้ ูกต้อง 7. อธบิ ายคุณสมบัตขิ องรอยต่อพเี่ อ็นเมื่อได้รบั ไบแอสไดถ้ ูกตอ้ ง บทนำ อุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกส์ต่าง ๆ เช่น ไดโอด ซเี นอรไ์ ดโอด ทรานซสิ เตอร์ เฟต วงจรรวม และอื่น ๆ ล้วน มี โครงสร้างที่ประกอบดว้ ยสารกึ่งตวั นำแทบทั้งสิ้น ดังนั้น การศึกษาในวิชาอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์และวงจรน้ี นักศึกษาจะต้องมีความรู้ความเข้าใจโครงสร้างและการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และในเบื้องต้นมี ความจำเปน็ จะตอ้ งเรียนรแู้ ละทำความเข้าใจเก่ียวกับโครงสรา้ งของอะตอม วัสดุสารกึง่ ตัวนำ ซึง่ เปน็ พื้นฐานใน การทำความเข้าใจการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ และเพื่อนำไปใช้งานในโอกาสต่อไปตัวอย่าง ของอปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์แสดงดังรูปท่ี 1.1 (ก) ไดโอด (ข) ไดโอดบริดจ์

3 (ค) ไดโอดเปลง่ แสง (ง) ไดโอดเปลง่ แสงแบบ 7 ส่วน และแบบจุด (จ) ทรานซสิ เตอร์ (ฉ) วงจรรวม รูปที่ 1.1 อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกสช์ นิดตา่ งๆ จากรูปที่ 1.1 แสดงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ประกอบด้วยไดโอดไดโอดบริดจ์ไดโอดเปล่งแสง ทรานซิสเตอรเ์ ฟตวงจรรวมหรือที่เรียกว่าไอซีอุปกรณบ์ างชนิดอาจจะมีรูปร่างและตัวถังที่คลา้ ยคลึงกันดังนั้นใน การนำไปใช้งานจึงต้องศึกษาโครงสร้างสัญลักษณ์ที่ปรากฏในวงจรหลักการทำงานกราฟลักษณะสมบัติ รายละเอียดจากคู่มือผู้ผลิตและการนำไปใช้งานในวงจรต่าง ๆ เพื่อใช้ประโยชน์ในการซ่อมอุปกรณ์ เครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ต่าง ๆ รวมทั้งเป็นพนื้ ฐานการศึกษาในระดบั ทสี่ ูงขน้ึ ต่อไป 1.1 สารกึง่ ตัวนำและอะตอม สารกึ่งตัวนำ คือ สารท่ีมสี ภาพระหวา่ งตัวนำ กับฉนวน นำไปใช้ในการสรา้ งอุปกรณ์ทางอิเลก็ ทรอนิกส์ ต่างๆ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ฯลฯ การค้นพบสารกึ่งตัวนำ นับเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ จนอาจกล่าวได้ว่า เปน็ การปฏิวตั อิ ุตสาหกรรมอิเล็กทรอนกิ ส์เลยทีเดียว อะตอม คือ เป็นหน่วยพื้นฐานของสสาร ที่ประกอบไปด้วยส่วนของนิวเคลียสที่หนาแน่นมากตรงจุด ศูนย์กลางล้อมรอบด้วยกลุ่มหมอกของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ นิวเคลียสมีประจุบวกประกอบด้วยอนุภาค

4 โปรตอนทม่ี ีประจุบวก และนวิ ตรอนซ่ึงเป็นกลางทางไฟฟ้า อิเล็กตรอนของอะตอมถูกดงึ ดดู ให้อยู่กับนิวเคลียส ด้วยแรงแมเ่ หลก็ ไฟฟา้ 1.1.1 คุณสมบตั ิของตัวนำ ฉนวน สารกง่ึ ตัวนำ สสารทม่ี อี ยใู่ นโลกนมี้ ีมากมายหลายชนิด หากแบ่งสสารนั้นตามสถานะ จะแบง่ สสารออกได้ 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส แต่ถ้าแบ่งสสารตามคุณสมบัติทางไฟฟ้า จะแบ่งออกได้ 3 ชนิดเช่นกัน กลา่ วคือ ตัวนำ (Conductor) คือ สสาร วัตถุ วัสดุ หรือ อปุ กรณท์ ่ีสามารถยอมให้กระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นได้ง่าย หรอื วัตถทุ ม่ี คี วามต้านทานต่ำ ได้แก่ ทองแดง อลมู เิ นยี ม ทอง และเงนิ ซงึ่ เปน็ ตวั นำไฟฟ้าทดี่ ที ส่ี ดุ แต่ในสายไฟ ทวั่ ไปจะใช้ทองแดงเปน็ ตวั นำ เพราะตัวนำทท่ี ำจากจะเงนิ มีราคาแพง ฉนวน (Insulator) คอื สสาร วัตถุ วัสดุ หรอื อุปกรณ์ทไ่ี ม่สามารถยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปได้ หรือ ต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าไม่ให้ผ่านไปได้ ได้แก่ ไม้แห้ง พลาสติก, ยาง, แก้ว และกระดาษแห้ง เป็น ตน้ สารกึ่งตัวนำ (semiconductor) คือ วัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าอยู่ระหว่างตัวนำและฉนวน เป็นวัสดุที่ใช้ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มักมีตัวประกอบของ germanium, selenium, silicon วัสดุเนื้อแข็ง ผลึกพวกหนึ่งที่มีสมบัติเปน็ ตัวนำ หรือสื่อไฟฟ้าก้ำกึ่งระหว่างโลหะกับอโลหะหรือฉนวน ความเป็นตัวนำไฟฟา้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และสิ่งไม่บริสุทธ์ิที่มีเจือปนอยู่ในวัสดุพวกน้ี ซึ่งอาจเป็นธาตุหรอื สารประกอบก็มี เช่น ธาตุ เจอรเ์ มเนยี ม ซิลคิ อน ซีลีเนยี ม และตะกว่ั เทลลูไรด์ เปน็ ต้น วสั ดกุ ่งึ ตวั นำพวกน้มี ีความต้านทานไฟฟ้าลดลงเม่ือ อุณหภมู ิสงู ข้นึ ซ่งึ เปน็ ลกั ษณะตรงข้ามกับโลหะทัง้ ปวง 1.1.2 โครงสรา้ งอะตอม อะตอม (Atom) คืออนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุ ไม่สามารถแบ่งแยกลงไปได้อีก ซึ่งยังบ่งบอกความ เป็นคุณสมบตั ิของธาตนุ นั้ อยู่ เช่น อะตอมของทองแดง อะตอมของซิลิกอน เป็นตน้

5 1.1.2.1 โครงสรา้ งของสสาร (Structure of Mater) สสารประกอบด้วยธาตแุ ละสารประกอบตา่ ง ๆ ซ่งึ สามารถเขียนเปน็ แผนผังดังรปู ท่ี 1.1 สสาร ธาตุ สารประกอบ โมเลกุล โมเลกุล อะตอมชนิดเดียวกนั อะตอมชนดิ เดียวกัน อะตอม อะตอมตา่ งชนิดกนั โมเลกลุ โมเลกลุ รปู ท่ี 1.1 โครงสร้างของสสาร สสารหรือธาตุมมี ากมายหลายชนดิ ในทีน่ จี้ ะยกตวั อย่างส่วนทีเ่ กี่ยวข้องกบั การนำมาใช้ผลติ สารกงึ่ ตวั นำ ดงั ตารางที่ 1.1 ตารางที่ 1.1 ธาตุทีเ่ กย่ี วข้องกบั การผลิตสารก่ึงตวั นำ อิเล็กตรอนวงนอกสดุ กล่มุ 3 กลมุ่ 4 กลุ่ม5 กลมุ่ 6 โบรอน คารบ์ อน ไนโตรเจน ออกซเิ จน L 5678 B CNO อะลมู เิ นยี ม ซิลิกอน ฟอสฟอรสั กำมะถัน M 13 14 15 16 AI Si P S แกลเลยี ม เจอร์เมเนียม สารหนู ซลิ ิเนยี ม N 31 32 33 34 Ga Ge As Se อินเดยี ม ดีบุก พลวง เทลลเู รยี ม O 49 50 51 52 In Sn Sb Te

6 จากตารางที่ 1.1 ประกอบด้วยธาตุที่อยู่ในกลุ่ม 3, 4, 5 และ 6 ยกตัวอย่างเช่นโบรอน 5 B มี ความหมายดงั นี้ B โบรอน คือ ชอ่ื ธาตุ 5 คือ เลขอะตอม (Atomic Number) B คือ อักษรย่อแทนโบรอน (Boron) 1.1.3 การโดปสาร การโดปสาร (Doping) คอื การเตมิ สารเจอื ปน (Impurity) ลงไปในสารกึง่ ตวั นำบรสิ ุทธ์ิเพ่ือให้ สภาพความนำไฟฟ้าดีขึ้น และสามารถนำไปใช้งานได้ ตัวอย่างของสารเจือปนคือ ธาตุที่อยู่ในกลุ่มที่ 3 ได้แก่ โบรอน อะลมู ิเนียม แกลเลยี ม และธาตทุ ี่อยใู่ นกลุ่มที่ 5 ไดแ้ ก่ ฟอสฟอรัส สารหนู และพลวง 1.1.4 สารกึง่ ตวั นำไม่บริสุทธ์ิ 1.1.4.1 ขนิดเอ็น (N-Type) สารก่งึ ตัวนำไม่บรสิ ุทธ์ิชนิดเอน็ เกดิ จากการเติมสารเจือปนท่ีอยู่ในกลุ่มท่ี 5 ได้แก่ ฟอสฟอรัส สารหนูและพลวง โดยมีลักษณะแสดงดังรูปท่ี 1.3 รปู ท่ี 1.3 การเติมพลวงลงในซิลิกอน จากรูปที่ 1.3 การเติมพลวงลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ ผลที่เกิดจากการโควาเลนทำให้อิเล็กตรอน รวมตัวกับอะตอมข้างเคียงมีอิเล็กตรอนเกินมา 1 ตัว ซึ่งเรียกอิเล็กตรอนนี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) ดังนั้น หากให้พลังงานภายนอก เช่น ป้อนแรงดันไฟฟ้า จะทำให้อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ซึ่งเกิด กระแสไฟฟา้ ไหลในสารกึง่ ตวั นำได้

7 1.1.4.2 ชนิดพี (P-Type) สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดที่เกิดจากการเติมสารเจือปนที่อยู่ในกลุ่มที่ 3 ไดแ้ ก่ โบรอนอะลมู ิเนียมและแกลเลียมโดยมีลกั ษณะแสดงดังรูปที่ 1.4 รูปที่ 1.4 การเตมิ โบรอนลงในซลิ กิ อน จากรูปที่ 1.4 การเติมสารโบรอนลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธ์ิ ผลที่เกิดจากการโควาเลนซ์ทำให้ อเิ ลก็ ตรอนรวมตวั กับอะตอมขา้ งเคียงโดยอิเล็กตรอนขาด 1 ตัวเกิดเปน็ ชอ่ งว่างที่เรียกว่า โฮล (Hole) 1.1.4.3 พาหะขา้ งมาก (Majority Carriers) และพาหะขา้ งนอ้ ย (Minority Carrier) พาหะขา้ งมากในสารก่ึงตวั นำชนิดเอน็ คอื อิเล็กตรอนอิสระ (Free Electron) มสี ภาพทาง ไฟฟ้าเป็น ลบ และมพี าหะขา้ งนอ้ ยคือ โฮล และเรยี กว่า อะตอมผใู้ ห้ (Donor lons)

8 1.1.5 รอยต่อพี-เอน็ เมื่อนำสารกงึ่ ตัวนำชนดิ พี และสารกึง่ ตวั นำชนดิ เอ็นมาต่อกันจะเรียกว่า รอยตอ่ พีเอน็ (PN Junction) โดยมีลักษณะดงั รูปที่ 1.5 รปู ท่ี 1.5 รอยต่อพีเอ็น จากรูปท่ี 1.5 จะเกดิ การเคลื่อนที่ของอเิ ล็กตรอนอสิ ระในสารกึง่ ตวั นำชนิดเยน็ ที่อยูใ่ กลบ้ ริเวณรอยต่อ และเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อมารวมกับโฮลในสารกึ่งตัวนำชนิดพี ทำให้อิเล็กตรอนอิสระและโฮลที่บริเวณรอยต่อ หายไปเรยี กวา่ บริเวณปลอดพาหะ (Depletion Region) ดังรูปที่ 1.6 รปู ที่ 1.6 การเกิดบรเิ วณปลอดพาหะ

9 เมื่อเกิดบริเวณปลอดพาหะที่รอยต่อ จะทำให้อะตอมสารกึ่งตัวนำที่บริเวณใกล้รอยต่อสูญเสียความ เป็นกลางทางไฟฟ้า โดยสารกึ่งตัวนำชนดิ พีจะได้รับอิเลก็ ตรอนเพิ่มขึน้ ทำให้โฮลหายไปและอะตอมของสารกึ่ง ตัวนำชนิดเอ็นจะสูญเสียอิเล็กตรอนอิสระไป ดังนั้น จะพบว่าอะตอมของสารกึ่งตัวนำทั้งสองสูญเสียความ สมดุลทางไฟฟ้า นั่นคือ อะตอมในสารกึ่งตัวนำชนิดที่จะมีประจุลบ ทำให้อะตอมของสารกึ่งตัวนำชนิดพีที่ รอยต่อแสดงอำนาจประจุไฟฟ้าเป็นลบ และอะตอม อะตอมของสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นมีประจุบวกมากกว่า ประจุลบทำให้อะตอมของสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นบริเวณรอยต่อแสดงอำนาจประจุไฟฟ้าบวก เป็นผลทำให้เกิด ความต่างศักย์ขึ้นระหว่างอะตอมของสารกึ่งตัวนำชนิดพี และชนิดเย็นที่บริเวณรอยต่อ เรียกว่า แนวขวางกั้น ศกั ย์ (Potential Hill) หรืออาจเรยี กวา่ Potential Barrier 1.2 ไดโอด 1.2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ไดโอด โครงสร้างของไดโอดประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นและสารกึ่งตัวนำชนิดพีที่ได้กล่าวมาแล้วใน หน่วยท่ี 1 โดยโครงสรา้ งของไดโอดแสดงดงั รูปที่ 1.7 รปู ที่ 1.7 โครงสรา้ งละสญั ลกั ษณข์ องไดโอด จากรูปที่ 1.7 แสดงโครงสร้างของไดโอด ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพีและสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น มสี องข้วั คอื ข้วั แอโนด (Anode: A) และขว้ั แคโทด (Cathode: K) เนือ่ งจากได้โอดเปน็ อุปกรณท์ ี่ยอมใหก้ ระแส ไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว ดังนั้น สัญลักษณ์ของไดโอด ขั้วแอโนดจะแทนด้วยหัวลกู ศรซึ่งหมายถึงทศิ ทางการ ไหลของกระแส 1.2.2 ไดโอดในอุดมคติ และไดโอดในทางปฏิบตั ิ ไดโอดในอุดมคติ คือ ไอโอดที่สมมติขึ้น เพื่อจำลองการทำงานของไดโอดและเพื่อให้เข้าใจในการ ทำงาน ของไดโอดมากยิ่งขึ้น โดยจะเปรียบเสมอื นไดโอดเป็นสวิตชต์ ัวหนึ่ง ลักษณะไดโอดในอุดมคติ แสดงดงั รูปที่ 2.2

10 รปู ท่ี 1.8 ไดโอดในอดุ มคติ จากรูปที่ 1.8 เม่อื ไดโอดไดร้ ับไบแอสตรง (Forward Bias) กล่าวคือ ศักยไ์ ฟฟา้ ท่ีแอโนดสูงกว่าแคโทด เปรียบเสมือนไดโอดลัดวงจร (Short Circuit) หรือสวิตช์ปิดวงจร (Close Switch) ซึ่งจะมีกระแสไหลผ่านตัว ไดโอด และถ้าไดโอดได้รับไบแอสกลับ (Reverse Bias) หรือสวิตช์เปิดวงจร (Open Switch) เปรียบเสมือน ไดโอดเปิดวงจร (Open Circuit) กระแสจะไม่สามารถไหลผ่านไดโอดได้ดังนั้นหากนำไปเขียนกราฟไดโอดใน อุดมคติโดยให้กระแสไหลผ่านไดโอด คือ แกนตั้งแทนด้วย ID และแรงดันตกคร่อมไดโอด คือ แกนนอนแทน ด้วย VD ดังรูปที่ 2.2 ในกรณีไดโอดในอุดมคติจะสมมติให้ไดโอดไม่มีค่าความต้านทาน หมายถึงไม่มีแรงดันตก คร่อมตัวไดโอด ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode) จะแตกต่างจากไดโอดในอุดมคติ กล่าวคือ ไดโอดในทาง ปฏิบัตินั้นจะมีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยหรือพาหะข้างน้อยที่บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง และ ไดโอดในทางปฏิบัติไดโอดจะมีค่าความต้านทานค่า ๆ หนึ่ง ดังนั้น ถ้าให้ไบแอสตรง ไดโอดในทางปฏิบัติจะ เกิดแรงดันตกคร่อมไดโอดค่าหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า แรงดันเสมือน โดยเจอร์เมเนียมไดโอดจะมีค่าแรงดันเสมือน ประมาณ 0.3 V และซิลิกอนไดโอดจะมีแรงดันเสมือนประมาณ 0.7 V และจะใช้ค่าแรงดันเสมือนนี้ในการ คำนวณเกย่ี วกับไดโอดในโอกาสต่อไป ดังน้ัน ขณะท่ยี งั ไมม่ ีการไบแอสไดโอดจะเปรยี บเสมือนค่าความต่างศักย์ ภายใน (Built in Potential) รอยตอ่ พเี อ็นขณะยงั ไม่มกี ารให้ไบแอสลกั ษณะดังรปู ที่ 2.3

11 รปู ที่ 1.9 รอยต่อพเี อน็ ขณะยังไม่ไบแอส ถ้าต้องการให้ไดโอดในทางปฏิบัตินำกระแสนั้น สามารถทำได้โดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าค่า ๆ หนึ่งซึ่ง จะต้องมีค่ามากกว่าแรงดันเสมือน ให้ตกคร่อมไดโอด โดยที่แรงดันเสมือนอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า แรงดันใน การเปดิ (Turn on Voltage: VT ) โดยทคี่ ่า VT ของไดโอด คอื เจอร์เมเนียมไดโอด VT = 0.3 V ซลิ กิ อนไดโอด VT = 0.7 V 1.2.3 การไบแอสไดโอด การไบแอสไดโอด คอื การปอ้ นแรงดันให้กบั อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้ไดโอดทำงานตามท่ีต้องการ แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะคือ การไบแอสตรง (Forward Bias) และการไบแอสกลับ (Reverse Bias) โดยการ ไบแอสแต่ละแบบสามารถอธิบายได้ดังนี้ การไบแอสตรง การไบแอสตรง หมายถึง ศักยท์ ่ีแอโนดสูงกว่าแคโทด หรอื ทีเ่ ขา้ ใจงา่ ย ๆ คือ ข้ัวบวกของ แหลง่ จา่ ยป้อนให้กับแอโนด และขั้วลบของแหลง่ จ่ายป้อนให้กบั แคโทด โดยการไบแอสตรงแสดงดังรูปท่ี 1.10

12 รปู ท่ี 1.10 การไบแอสตรงไดโอด จากรูปที่ 1.10 เม่ือจา่ ยไบแอสตรงไดโอด ผลท่ีเกดิ ขึน้ คอื บริเวณปลอดพาหะจะแคบมาก กลา่ วคือ ค่า ความต้านทานของไดโอดจะต่ำลง ดังนั้น กระแสจึงไหลผ่านไดโอดได้ และแรงดันตกคร่อมไดโอดจะมีค่าต่ำ ประมาณ 0.7 V หากนำกระแสที่ไหลผ่านไดโอด และแรงดันที่ตกคร่อมไดโอดไปเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ของ กระแสและแรงดนั จะได้กราฟดงั รปู ที่ 1.11 รูปที่ 1.11 กราฟแสดงความสมั พนั ธ์ระหว่างกระแสและแรงดนั เมอ่ื ไดโอดได้รบั ไบแอสตรง กราฟ IF คือ กระแสท่ีไหลผ่านไดโอด VF คือ แรงดนั ที่ตกคร่อมไอโอด

13 การไบแอสกลับ การไบแอสกลบั หมายถึง การทข่ี ัว้ แอโนดของไดโอดได้รบั ศกั ยไ์ ฟฟ้าต่ำกวา่ ขั้วแคโทด กรณนี ี้ จะทำให้บริเวณปลอดพาหะขยายกว้างข้ึน ลักษณะการไบแอสกลับแสดงดงั รูปท่ี 1.12 รปู ที่ 1.12 การไบแอสกลบั ไดโอด จากรูปท่ี 1.12 การไบแอสกลับไดโอด เนอ่ื งจากจะมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายตรงบรเิ วณรอยต่ออยู่ จำนวนหนึง่ ทำใหม้ ีกระแสจำนวนหน่งึ ไหลผา่ นไดโอดได้ ซงึ่ ปริมาณกระแสน้ีมีค่าน้อยมาก ซงึ่ การวดั มีหน่วยได้ เป็น µA และเรยี กกระแสนี้ว่า กระแสร่ัวไหล (Leakage Current) เมื่อเพิ่มแรงดันไบแอสกลับมากขึ้นเรื่อย ๆ ปริมาณกระแสรั่วไหลจะเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน จนถึงจุดท่ี ไดโอดนำกระแสเพิ่มมากขึ้นถึงจุด ๆ หนึ่ง เรียกว่า กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ (Reverse Saturation Current : IS) โดยแรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เรียกว่า แรงดันพังทลาย (Breakdown Voltage) กราฟแสดงความสัมพันธ์ขณะ ไบแอสกลบั ไดโอดแสดงดังรปู ที่ 1.13 รูปที่ 1.13 กราฟแสดงความสมั พนั ธร์ ะหวา่ กระแสและแรงดันขณะไบแอสกลับไดโอด

14 จากรปู ท่ี 1.13 ถ้าจ่ายแรงดันไบแอสกลับสูงขน้ึ จนถึงจดุ สูงสดุ ที่ไดโอดสามารถทนได้ จะเรียกแรงดันที่ จุดนี้ว่า แรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage: VZ) และถ้าแรงดันไบแอสกลับสูงกว่า VZ จะ เกิดความร้อนสะสมขึ้นที่รอยต่อพีเอ็นของไดโอดมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งจะส่งผลให้ไดโอดได้รับความเสียหายได้ โดยเรียกแรงดันที่ทำให้ไดโอดเสียหายนี้ว่า แรงดันพังทลายอวาลานซ์ (Avalance Breakdown Voltage) ซ่ึง แรงดันที่กล่าวมาทั้งหมดนั้น ไดโอดแต่ละเบอร์จะมีค่าแรงดันแตกต่างกัน ปกติการนำไดโอดไปใช้งานจะใช้ ในกรณีของการไบแอสตรงเท่านั้น โดยจะต้องทราบพิกัดแรงดันและกระแสต่าง ๆ ก่อนการนำไปใช้งานเสมอ เพ่อื ปอ้ งกันไม่ใหไ้ ดโอดได้รับความเสียหายได้ กราฟลักษณะสมบตั ขิ องไดโอดแสดงดงั รปู ที่ 1.14 รปู ท่ี 1.14 กราฟลักษณะสมบตั ิของไดโอด 1.2.4 ชนิดของไดโอด และเบอรไ์ ดโอด การนำไดโอดไปใช้งานจำเป็นต้องเข้าใจคุณลักษณะทางไฟฟ้าของไดโอด เพื่อเป็นการป้องกันไม่ให้ ไดโอดไดร้ บั ความเสียหาย โดยจะตอ้ งมคี วามเข้าใจในเบ้อื งต้นดังน้ี

15 ชนิดของไดโอด ไดโอดแบ่งออกไดห้ ลายประเภทดงั น้ี 1. แบบท่ใี ช้งานท่วั ไป (General Purpose) ส่วนใหญ่เป็นซิลิกอนไดโอด สามารถทนแรงดนั และกระแสได้สูง เป็นไดโอดใช้กับความถี่ต่ำ คือ ความถี่ไม่เกิน 1 KHz แรงดัน 50-1,000 V ตัวอย่างเบอร์ ไดโอดที่ใช้งานบ่อยในวงจรเรียงกระแส เช่น 1N4001-1N4007 และ 1N5401-1N5408 เปน็ ตน้ 2. แบบฟื้นตัวเร็ว (Fast Recovery) เป็นไดโอดที่มีคุณสมบัติเหมือนกับแบบแรก แต่เป็นไดโอดที่ นำไปใช้งานทีค่ วามถส่ี ูงกวา่ 250 KHz แรงดัน 50-600 V 3. แบบเร็วยิ่ง (Ultra Fast) เป็นไดโอด ที่นำไปใช้ในวงจรสวิตชิ่งทำงานได้ที่ความถี่สูงประมาณ 10 MHz แรงดนั 200-1,500 V 4. แบบซอตต์กี (Schottky Diode) เป็นไดโอดชนิดพิเศษนำไปใช้ในวงจรสวิตชิ่งข้อดี คือ แรงดันตก ครอ่ มขณะไบแอสตรงมคี ่าประมาณ 0.4 V ใช้กบั ความถส่ี งู 250 kHz-5 MHz เบอร์ไดโอด การกำหนดเบอร์ไดโอดโดยทั่วไปจะขึ้นต้นด้วย 1N และตัวเลขเรียงลำดับไป ยกตัวอย่าง เช่น 1N60, 1N4148, 1N4001 และ 1N5408 เป็นต้น โดยไดโอดแต่ละเบอร์มีคุณลักษณะทางไฟฟ้าแตกต่างกัน สามารถดูจากคู่มือการใช้งานหรือรายละเอียดทางเทคนิค ซึ่งกำหนดมาจากบริษัทผู้ผลิตไดโอด ตัวอย่าง เบอร์ไดโอดแสดงดงั ตารางท่ี 1.2 ตารางที่ 1.2 เบอรไ์ ดโอดและพกิ ัดทางไฟฟา้ สงู สุด การแปลความหมายไดโอด จากตารางที่ 1.2 พิกัดทางไฟฟ้าสูงสุด (Maximum Rating) ซึ่งทดสอบที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส โดยพกิ ดั ทางไฟฟ้าที่จำเปน็ ต้องทราบ พออธบิ ายไดด้ งั นีค้ ือ 1. แรงดันไบแอสกลับสูงสุด (Maximum Repetitive Peak Reverse Voltage: VRRM) คือ แรงดัน ไบแอสกลบั สงู สดุ ท่ีไดโอดสามารถทนได้ โดยแสดงเป็นแรงดันพคี สูงสุด เชน่ เบอร์ 1N4001 เทา่ กบั 50 V

16 และเบอร์ 1N4007 เท่ากับ 1,000 V เป็นต้น ค่าแรงดันไบแอสกลับสูงสุด ในบางครั้งเรยี กวา่ แรงดันย้อนกลบั พีค (Peak Inverse Voltage: PV) 2. แรงดนั ที่ใช้งานจรงิ สงู สุด (Maximum RMS Voltage: VRMS) คือ แรงดันสูงสดุ ที่ไดโอด สามารถทนได้ เป็นค่าแรงดันที่ใช้งานจริง ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยเอซี่โวลต์มิเตอร์ เช่นเบอร์ 1N4001 เท่ากับ 35 V และเบอร์ 1N4007 เทา่ กับ 700 V เป็นต้น 3. แรงดนั ไฟตรงสงู สุด (Maximum DC Blocking Voltage: VDC) คอื แรงดันสูงสดุ ทไ่ี ดโอด สามารถทนได้ โดยเป็นแรงดันเฉลี่ยวัดได้โดยใช้ดีซีโวลต์มิเตอร์ เช่น เบอร์ 1N4001 เท่ากับ 50 V และเบอร์ 1N4007 เทา่ กับ 1,000 V เปน็ ตน้ 4. กระแสไบแอสตรงสูงสดุ ( Maximum Average Forward Rectifier Current: IF ) คอื กระแสสูงสุดที่ไหลผ่านไดโอดโดยที่ไดโอดสามารถทนได้ โดยเป็นกระแสเฉลี่ยวัดได้โดยใช้ดีซีแอมมิเตอร์ จาก ตารางท่ี 2.1 ไดโอดทกุ เบอรต์ ั้งแตเ่ บอร์ 1N4001 ถึงเบอร์ 1N4007 ทนกระแสไดเ้ ท่ากบั 1 A นอกจากพิกดั ทางไฟฟา้ ที่กลา่ วมาในขา้ งตน้ แลว้ ยงั มรี ายละเอยี ดอนื่ ๆ อีกซงึ่ สามารถศึกษา เพ่มิ เติมจากรายละเอียดทางเทคนิคต่าง ๆ จาก บรษิ ัทผผู้ ลติ ดังน้นั ในการนำไดโอดไปใชง้ านอย่างน้อยจะต้อง ทราบกระแส IF และแรงดัน PIV เพื่อปอ้ งกันความเสียหายไมใ่ หเ้ กิดขน้ึ กบั ตวั ไดโอด 1.2.5 ตรวจสอบไดโอดดว้ ยโอห์มมเิ ตอร์ ลักษณะของไดโอดเมื่อดูจากรูปร่างภายนอกของโดโอด ซึ่งจะทราบตำแหน่งขั้วของไดโอด และเบอร์ ไดโอดที่พิมพ์ไว้บนตัวถังของไดโอด แต่ก็มีไดโอดบางตัวที่มีขนาดเล็กไม่สามารถพิมพ์เบอร์ไดโอดที่ตั วถังได้ ทั้งหมด แตอ่ าจจะพมิ พแ์ ค่รหสั ไดโอด ลักษณะรปู รา่ งของโดโอด แสดงดงั รปู ที่ 1.15 รปู ที่ 1.15 ลักษณะรูปร่างของโดโอด จากรปู ท่ี 1.15 จดุ สงั เกตบนตวั ถงั ไดโอดจะเป็นสีเทาคาดดำ หมายถงึ ขั้วแคโทด แตถ่ ้าไดโอดใชง้ านใน วงจร ตำแหน่งจุดสังเกตอาจจะลบ จนสังเกตไมไ่ ด้ วธิ ีการทราบตำแหน่งขว้ั สามารถวัดได้โดยใชโ้ อห์มมิเตอร์ การตรวจสอบไดโอด มีจุดประสงค์เพื่อต้องการทราบขั้วไดโอดหรือนิยมเรียกว่า ขาไดโอดสำหรับ ไดโอดที่มีรูปร่างดังรูปที่ 1.15 สามารถทราบตำแหน่งขั้วจากรูปร่างภายนอก และถ้าต้องการทราบว่าไดโอด

17 ตัวนั้น สามารถใช้งานได้หรือไม่นั้น ทำได้โดยใช้เครื่องวัดไฟฟ้าที่หาได้ง่ายและสะดวกที่สุดสำหรับการ ตรวจสอบไดโอดคือ แอนะลอกมัลติมิเตอร์หรอื มัลติมเิ ตอร์แบบเข็มชี้ การใชโ้ อหม์ มเิ ตอรม์ ีรายละเอียดดังนี้ 1.2.5.1 การวัดหาขว้ั ไดโอด ถ้าจุดสงั เกตบนตวั ถังของไดโอดดังรูปท่ี 2.9 ไม่สามารถบอกตำแหน่งขว้ั ได้ การตรวจสอบหาข้ัวไดโอด ทำได้โดยใชแ้ อนะลอกมัลติมิเตอร์คือตั้งย่านวัด Rx1 วดั ข้วั ไดโอดแลว้ อ่านค่าความต้านทานท่ไี ด้ และสลับสาย วดั อกี ครงั้ หนึ่ง สามารถสรปุ ตำแหนง่ ขวั้ ของไดโอดคือ ถ้าไดโอดได้รบั ไบแอสตรง จะอา่ นคา่ ความต้านทานได้ ประมาณ 5-10 โอห์ม สายวัดสีดำซึ่งจ่ายไฟบวกจากแบตเตอรี่ภายในมิเตอร์ ณ ตำแหน่ง สายวัดนี้สัมผัสอยู่ กับข้วั ไดโอดแลว้ อา่ นคา่ ได้ 5-10 โอหม์ ขวั้ ไดโอดน้ี คอื แอโนด นัน่ หมายถึง อกี ขวั้ หนึง่ คือแคโทด การตรวจสอบ ให้มน่ั ใจว่าไดโอดสามารถใช้งานได้คอื ตัง้ ย่านวัด RX1Ok วดั ขัว้ ไดโอดแบบไบแอสกลับและอา่ นค่าได้เท่ากบั ∞ โอห์ม สรปุ ไดว้ ่า ไดโอดดี สามารถนำไปใช้งานได้ 1.2.5.2 การตรวจสอบอาการเสยี ของไดโอด อาการเสยี ทเ่ี กดิ ขึ้นกบั ไดโอดแบ่งออกเปน็ 3 ลกั ษณะคอื 1. ไดโอดลัดวงจร กรณไี ดโอดลดั วงจร คือ ตัง้ ย่านวัด Rx1 วดั ข้วั ไดโอดแลว้ อา่ นค่าความ ต้านทานได้เท่ากับศูนย์โอห์ม และสลับสายวัดอีกคร้ังหนึ่งอ่านค่าความต้านทานได้ศูนย์โอห์ม สรุปได้ว่าไดโอด ตวั นีล้ ัดวงจร 2. ไดโอดขาด กรณไี ดโอดขาด คอื ตัง้ ยา่ นวัด Rx10k วดั ข้วั ไดโอดท้งั สองคร้ัง แล้วอ่านค่า ความตา้ นทานไดเ้ ทา่ กับ ∞ โอหม์ ท้ังสองครั้ง สามารถสรปุ ไดว้ ่าไดโอดขาด 3. ไดโอดรัว่ สามารถตรวจสอบได้ โดยถา้ ไดโอดตัวนั้นรว่ั ไหลท่แี รงดันไฟฟ้าต่ำ ๆ ซงึ่ สามารถทำได้โดยการจ่ายไบแอสกลับหรือวัดโดยใชย้ า่ นวัด Rx10k ซ่งึ ปกตเิ ขม็ จะตอ้ งชี้ท่ี ∞ โอหม์ แต่ถ้าเข็มชี้ ค่าแม้แต่นิดเดียว ก็สามารถสรุปได้ว่า ไดโอดตัวนั้นเสียในลักษณะรั่ว แต่ถ้าไดโอดตัวนั้นเกิดรั่วไหลที่ แรงดันไฟฟ้าสูง ๆ การวัดด้วยวิธีข้างต้นอาจจะไม่ได้ผล และไม่สามารถสรุปอาการเสียที่ชัดเจนได้ ดังนั้น การตรวจสอบอาการรั่วเปน็ เพียงวธิ กี ารขน้ั พ้ืนฐานเท่าน้นั

18 1.3 การประยุกตใ์ ชง้ านใดโอด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ภายในเครื่องรับวิทยุ เครื่องรับโทรทัศน์ เครื่องเสียง ส่วนใหญ่จะใช้ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเล้ียงวงจร โดยแรงดันท่ีได้เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีคุณสมบตั ิ ในการเปลี่ยนกระแสไฟสลับเป็นไฟกระแสตรง เรียกว่า ไดโอด ดังนั้นในหน่วยการเรียนนี้จะกล่าวถึง การใช้ ไดโอดในวงจรเรยี งกระแส และการนำไดโอดไปใชง้ านในวงจรตดั สัญญาณ วงจรปรบั แต่งสัญญาณ และวงจรทวี แรงดนั การนำไดโอดไปประยุกต์ใช้งาน มรี ายละเอยี ดดังนี้ 1.3.1 วงจรเรยี งกระแส วงจรเรียงกระแส (Rectifier Circuit) คอื วงจรทท่ี ำหน้าที่เปลยี่ นสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลบั หรือไฟเอซี ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้ากระแสตรงหรือไฟดีซี วงจรเรียงกระแสแบ่งตามลักษณะของรูปคลื่นเอาต์พุตได้ 2 แบบ ใหญ่ ๆ คือวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น (Half Wave Rectifier) และวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น (Full Wave Rectifier) โดยที่วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นมีการจัดวงจรออกเป็น 2 แบบย่อย ๆ คือวงจรเรียงกระแสเต็มคลืน่ แบบบริดจ์โดยใชไ้ ดโอดจํานวน 4 ตวั และวงจรเรยี งกระแสเต็มคลื่นแบบท่ใี ช้ไดโอด 2 ตวั ซงึ่ หมอ้ แปลงท่ีใช้ต้อง มขี ัว้ ต่อกลางที่ขดทตุ ิยภมู ิ โดยมรี ายละเอียดเบื้องตน้ ดงั น้ี 1.3.1.1 วงจรเรยี งกระแสครึง่ คล่นื (Half Wave Rectifier) รปู ที่ 1.16 วงจรเรยี งกระแสครง่ึ คลื่น จากวงจรรูปที่ 1.16 การทำงานของวงจร เพื่อให้ง่ายจะสมมติให้ไดโอดไม่มีค่าความตา้ นทาน เรียกว่า ไดโอดในอุดมคติ เมื่อมสี ัญญาณไซนซ์ ีกบวก (หรือช่วง 0-������) เข้ามาทต่ี วั ไดโอด ที่แอโนดไดร้ บั ศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า แคโทด หรือไดโอดได้รับใบแอสตรง จะมีกระแสไหลผ่านไดโอด ดังนั้น แรงดันที่เอาต์พุต Vo มีค่าเท่ากับ Vm ต่อมาสัญญาณไซน์ซีกลบ (ชว่ ง ������ - 2������) ไดโอดได้รับใบแอสกลับ จะไมม่ ีกระแสไหลผ่านไดโอด ดังน้ันแรงดัน ทเี่ อาตพ์ ตุ เทา่ กับศนู ย์

19 การหาค่าเฉลี่ย หาไดจ้ ากสมการ คอื แรงดนั ไฟเฉลีย่ หาไดจ้ าก Vdc = Vav = Vm =0.318 Vm = 0.45V ������ กระแสไฟเฉลีย่ หาไดจ้ าก Idc = Iav = Im = 0.318 Im = 0.45 Irms ������ กรณที ค่ี ิดแรงดันตกคร่อมไดโอด (V) จะได้ Vdc ≅ 0.318 (Vm - VK) โดยที่ VK = 0.7 V สำหรับซลิ กิ อนไดโอด ค่าแรงดันยอ้ นกลับพคี (Peak Inverse Voltage: PIV หรอื Peak Reverse Voltage: PRV) ค่าแรงดันย้อนกลับพีค เป็นพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความสำคัญต่อการออกแบบวงจรเรียงกระแส ซึ่งจะ ช่วยใหก้ ารเลือกใชง้ านไดโอดอย่างปลอดภัย พจิ ารณาจาก PIV ≥ V สำหรับวงจรเรยี งกระแสคร่งึ คลน่ื ตัวอย่างที่ 3.1 จากวงจรเรียงกระแสครึ่งคล่ืนดังรูปท่ี 1.17 จงหาคำนวณหาแรงดันไฟตรง (VDC) และ เขียนรปู คลน่ื อนิ พุตและเอาต์พตุ รูปท่ี 1.17 วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่นื วิธที ำ Vdc = Vav = Vm =0.318 Vm = 0.45V แรงดนั ไฟเฉล่ียหาได้จาก ������ กระแสไฟเฉลี่ยหาได้จาก Idc = Iav = Im = 0.318 Im = 0.45 Irms ������

20 ขอ้ ควรทราบ วดั โดยใช้เอซโี วลติมเิ ตอร์ 1. วัดแรงดนั ไฟฟา้ กระแสสลับทข่ี ดทตุ ยิ ภมู ิ (Vi) เทา่ กับ 6 Vrms วัดโดยใช้ออสซิลโลสโคป 2. วัดแรงดันไฟฟา้ กระแสสลับท่ขี ดุ ทตุ ิยภมู ิ (Vi) เทา่ กับ 8.4856 VP วดั โดยใช้ดซี โี วลตม์ ิเตอร์ 3. วดั แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (Vdc) หรอื Vav เทา่ กบั 2.7 V รูปที่ 1.18 รปู คลื่นอินพุตและเอาต์พตุ ของวงจรเรยี งกระแสครง่ึ คลืน่ คำนวณหา Vm หรือ VP Vm = Vrms × √2 = 6V × 1.414 = 8.485 VP หรอื Vm = 16.97 VP-P คำนวณหา Vdc หรือ Vav Vdc = Vav = Vm = 0.318 × 8.485 V = 2.698 V ตอบ ������ ตอบ หรอื Vdc = 0.45 Vrms = 0.45 × 6V = 2.7V รูปที่ 1.19 รปู คล่นื อินพุตและเอาต์พตุ ของวงจรเรียงกระแสคร่ึงคล่ืน

21 1.3.1.2 วงจรเรียงกระแสเตม็ คล่ืน (Full Wave Rectifier) วงจรเรียงกระแสเต็มคล่นื ใช้หมอ้ แปลงมขี ั้วตอ่ กลางที่ขดทุติยภูมิ แบบใชไ้ ดโอด2 ตวั รูปที่ 1.20 วงจรเรยี งกระแสเต็มคลน่ื ใช้หม้อแปลงมีข้วั ตอ่ กลางทข่ี ดทตุ ิยภูมิ แบบใช้ไดโอด2 ตัว จากวงจรรปู ท่ี 1.20 ซงึ่ ก่อนอืน่ ต้องเข้าใจก่อนว่าท่ีขดทุตยิ ภูมิของหม้อแปลง สัญญาณไฟเอซีจะมีเฟส ตรงขา้ มกันเสมอ กลา่ วคอื ถา้ ขาดา้ นบน (Vi1) เปน็ สญั ญาณซีกบวก ดังนัน้ บอด้านลา่ ง (Vi2) จะต้องเป็นซีกลบ การทำงานของวงจรพออธิบายได้ดังน้ี คือ เมื่อสัญญาณซีกบวกเข้ามาไดโอด D1 จะได้รับไบแอสตรง ทำให้มี กระแสไหลผา่ น ดงั นนั้ แรงดนั ทเ่ี อาตพ์ ุต Vo มคี ่าเท่ากับ Vm ซ่งึ เกดิ จากการทำงานของ D1 ต่อมาเมอ่ื สัญญาณกลับเข้ามาที่ไดโอด D2 จะได้รบั ไบแอสตรง ทำใหม้ กี ระแสไหลผ่าน ดงั น้นั แรงดันท่ี เอาตพ์ ตุ Vo มีคา่ เท่ากับ Vm ซ่ึงเกิดจากการทำงานของ D2 ดังนั้น จึงกล่าวไดว้ ่าใน 1 ไซเกิลไดโอด D1 และ D2 จะทำงานสลบั กนั 1.3.1.2 วงจรเรยี งกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ ดว้ ยไดโอด 4 ตวั รปู ที่ 1.21 วงจรเรยี งกระแสเต็มคล่ืนแบบบริดจ์ ดว้ ยไดโอด 4 ตวั จากรปู ท่ี 1.21 การทำงานของวงจรน้ีจะเหมอื นกนั กับแบบแรก ต่างกันทไี่ ดโอด 2 ตัว จะทำงานพร้อม กนั ข้อดีของวงจรนีค้ อื ไมจ่ ำเป็นตอ้ งใช้หม้อแปลงแบบมขี ั้วต่อกลางท่ีขดทตุ ยิ ภมู ิ

22 1.3.2 วงจรตดั สัญญาณ วงจรตัดสัญญาณ (Clipper Circuit) เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ตัดสัญญาณอินพุตบางส่วนที่ไม่ต้องการ ออกไป เพื่อให้ได้ขนาดของสัญญาณเอาต์พุตตามที่ต้องการ โดยที่สัญญาณเอาต์พุตที่ได้เกิดจากผลรวม หรือ ผลต่างของสัญญาณอินพุตกับแหล่งจ่ายอ้างอิง วงจรตัดสัญญาณแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ แบบอนุกรม และ แบบขนาน แตล่ ะแบบพอสรปุ ได้ ดงั น้ี 1.3.2.1 วงจรตัดสัญญาณแบบอนกุ รม (Series Clipper Circuit) วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม คือวงจรที่ต่อไดโอดอนุกรมกับโหลดซึ่งมีลักษณะเหมือนกับวงจรเรียง กระแสครึ่งคล่นื ลักษณะการต่อวงจรตัดสญั ญาณแบบอนุกรมแสดงดงั รูปที่ 1.22 รปู ที่ 1.22 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรมเม่ือป้อนอินพุตรูปคลืน่ สีเ่ หลี่ยม รูปที่ 1.23 วงจรตดั สญั ญาณแบบอนกุ รมเมื่อป้อนอินพุตรปู คลนื่ สามเหล่ยี ม จากรปู ท่ี 1.22 และรูปที่ 1.23 การทำงาน คือ เมอ่ื มีสญั ญาณอินพุตกบวกเข้ามาไดโอดจะไดร้ บั ไบแอส ตรง ซึง่ จะนำกระแส และเมือ่ สญั ญาณซีกลบผ่านเข้ามาไดโอดได้รับไบแอสกลบั ซ่ึง จะไม่นำกระแส สัญญาณท่ี เอาต์พุตเท่ากับศูนย์ ในการอธิบายจะสมมติให้ไดโอดเป็นไดโอดอุดมคติ ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุตที่ได้จะมี สญั ญาณซกี บวกเทา่ นนั้ จะผ่านไปทเี่ อาต์พตุ 1.3.2.2 วงจรตดั สัญญาณแบบขนาน (Parallel Clipper Circuit) วงจรตัดสัญญาณแบบขนานคือวงจรที่ไดโอดต่อขนานกับจุดเอาตพ์ ุตลักษณะการจดั วงจรตัดสัญญาณ แบบขนานแสดงดังรูปที่ 1.24

23 รูปที่ 1.24 วงจรตัดสญั ญาณแบบขนานเมื่อป้อนอนิ พุตรูปคล่ืนสี่เหลย่ี ม วงจรตดั สญั ญาณเมื่อมีแหลง่ จ่ายแรงดนั อ้างองิ ต่อร่วมวงจร ดังนนั้ สญั ญาณเอาตพ์ ุต จะต้องพิจารณา ระดับแรงดันที่ต่อและอยู่ และสญั ญาณอนิ พุตทป่ี ้อนเข้าสู่วงจร 1.3.3 วงจรปรบั ระดบั สัญญาณ วงจรปรับระดับสัญญาณ (Clamper Circuit) คือ วงจรที่ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับ สัญญาณไฟสลับ เพื่อทำให้ได้สัญญาณเอาต์พุตตามต้องการ ลักษณะของวงจรปรับระดบั สัญญาณ แสดงดังรปู ท่ี 1.25 รปู ที่ 1.25 วงจรปรบั ระดบั สัญญาณที่มคี ลนื่ ไซน์เปน็ อนิ พตุ จากรูปท่ี 1.25 ป้อนคลื่นไซน์ขนาด 40 VP-P โดยวงจรประกอบด้วยไดโอดและแหล่งจ่ายแรงดนั ขนาด 10 V ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุต จะยกระดับรูปคลื่นไซน์ซีกบวกเท่ากับ +30 V และสัญญาณคลื่นไซน์ซีกลบ เท่ากับ -10 V การประยุกต์ใช้งานวงจรปรบั ระดับสญั ญาณ เช่น ในเครื่องรับโทรทัศนเ์ พื่อตัง้ ระดับแสงให้กับจอภาพ เนื่องจากสัญญาณภาพที่ส่งมาจากเครื่องส่งโทรทัศน์จะประกอบด้วยสัญญาณภาพและสัญญาณควบคุม แต่ เนื่องจากการแสดงผลที่จอภาพจะตอ้ งให้แสดงผลเพียงสญั ญาณภาพเพยี งอย่างเดียว โดยการตง้ั ระดบั สัญญาณ ตั้งแต่ระดับดำ (Black Level) ไปถึงระดับขาว (White Level) หากสัญญาณต่ำกว่าระดับ เช่น สัญญาณลบ เสน้ สะบดั กลบั หรือสญั ญาณซงิ โครไนซ์ซ่ึงควบคุมการสแกน ซ่งึ เปน็ สัญญาณท่ีไม่ต้องการให้ไปปรากฏที่จอภาพ จึงอาศยั การทำงานของวงจรปรับระดบั สญั ญาณ

24 1.3.4 วงจรทวแี รงดนั วงจรทวแี รงดนั (Voltage Multiplier) คือ วงจรท่ีสามารถกำเนดิ แรงดันไฟฟา้ กระแสตรงขนาดแรงดัน ได้สูงขึ้น แต่จ่ายกระแสไฟฟ้าได้ค่าต่ำ ๆ โดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุเพือ่ ทำให้แรงดันอินพุตของวงจรสูงขนึ้ หลายเท่าตัวโดยนำไปใช้งานลักษณะต่าง ๆ เช่น ในวงจรสร้างแรงดันไฟสูงในเครื่องรับโทรทัศน์เครื่องกรอง อากาศบรสิ ทุ ธิ์ (Lonizer) ไม้ตยี ุง เปน็ ตน้ 1.3.4.1 วงจรทวแี รงดัน 2 เทา่ (Voltage Doublers) วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าโดยทั่วไปแบ่งออกได้ 2 โดยแต่ละแบบมีรายละเอียดดังนี้ 1. วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบครึง่ คลนื่ และ 2. วงจรทวแี รงดัน 2 เท่าแบบเต็มคล่นื 1.3.4.2 วงจรทวีแรงดนั 3 เท่า (Voltage Triple) วงจรทวีแรงดัน 3 เท่าโดยทั่วไปแบ่งออกได้ 2 แบบคือแบบครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่นโดยวงจรทวี แรงดัน 3 เท่าแบบครึ่งคลื่นมีรายละเอียดดังนี้ (ส่วนวงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบเต็มคลื่นจะไม่ขอกล่าว รายละเอียดในทีน่ ีว้ งจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบครง่ึ คลื่น 1.3.4.3 วงจรทวีแรงดัน 4 เท่า (Voltage Quadrupler) ดังรปู ที่ 1.26 รปู ที่ 1.26 วงจรทวีแรงดัน 4 เทา่ จากรูปท่ี 1.26 สามารถหาแรงดนั เอาต์พุตเท่ากบั Vo = 4Vin การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งาน ได้แก่ วงจรสรา้ งแรงดันไฟสูงในเครื่องรบั โทรทัศนเ์ คร่ือง กรองอากาศบรสิ ทุ ธิ์ (Lonizer) วงจรไมต้ ยี งุ เปน็ ตน้