หน่วยที่ 1 เรื่องไดโอด

หนว ยท่ี 1 ไดโอด DIODE

จดุ ประสงคเชงิ พฤตกิ รรม นกั เรยี นสามารถ............... 1. อธบิ ายโครงสรางของไดโอดได 2. บอกสญั ลกั ษณของไดโอดได 3. อธบิ ายวธิ กี ารไบอสั ไดโอดได 4. อธบิ ายวธิ กี ารทดสอบไดโอดได 5. อธิบายการเสียของไดโอดได

เนื้อหาบทเรียน 1. คุณสมบัติทางไฟฟาของสสารหรือธาตุ 2. สารก่งึ ตวั นาํ 3. โครงสรา งของไดโอด 4. สัญลกั ษณข องไดโอด 5. การไบอัสไดโอด 6. การวัดและทดสอบไดโอด 7. การเสียของไดโอด

ไดโอด เป็ นอุปกรณ์สารกงึ ตัวนํา ทไี ด้จากการนําเอาสารกงึ ตวั นําชนิดพแี ละสารกงึ ตัวนําชนิดเอน็มาต่อชนกนั ช่วงรอยต่อ(Junction) จะต้องใช้วธิ ีปลูกผลกึ หรือวธิ ีการแพร่กระจายสารเจือปนลงในสารกงึ ตวั นําบริสุทธิ

คุณสมบตั ทิ างไฟฟ้าของสสารหรือธาตุ สามารถแบ่งออกได้ 3 ชนิด คือ 1. ตัวนําไฟฟ้า (Conductor) 2. กงึ ตัวนําไฟฟ้า (Semiconductor) 3. ฉนวนไฟฟ้า (Insulator)

ตวั นําไฟฟ้า (Conductor) คือ ธาตุทมี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 1-3 ตัวคุณสมบตั ขิ องตวั นําไฟฟ้า คือ ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ เป็ นธาตุทีสามารถนํากระแสได้ดี เช่น ทองคาํ เงนิทองแดง อลูมเิ นียม เหลก็ สังกะสี

กงึ ตัวนําไฟฟ้า (Semiconductor) คือธาตุทมี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 4 พอดีคุณสมบตั ขิ องกงึ ตัวนําไฟฟ้า คือ ไม่สามารถนําไปใช้เป็ นตวั นําไฟฟ้าและฉนวนเป็ นธาตุทอี ยู่กงึ กลางระหว่างตวั นําไฟฟ้ากบั ฉนวนไฟฟ้า เช่น คาร์บอน เยอรมนั เนียม ซิลกิ อนดบี ุก ตะกวั

ฉนวนไฟฟ้า (Insulator) คือธาตุทมี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 - 8 ตวัคุณสมบตั ิของกงึ ตวั นําไฟฟ้า คือ ไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เป็ นธาตุทียอม ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ยาก เช่น ไมก้าแก้ว พลาสตกิ ไม้แห้ง

สารกงึ ตัวนําบริสุทธิ คือธาตุกงึ ตวั นําทยี งั ไม่ได้เตมิ สารเจือปน(Dopping) ใดๆ ลงไป ธาตุทนี ิยมนําไปผลติ อุปกรณ์สารกงึ ตัวนําคือ เยอรมนั เนียม (Ge) กบั ซิลกิ อน (Si)

สารกงึ ตัวนําไม่บริสุทธิ คือการนําเอาสารซิลกิ อน กบั เยอรมนั เนียมบริสุทธิ มาเจือปน กบั ธาตุทมี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน3 ตวั เช่น โบรอน (Br) อนิ เดยี ม (In)แกลเลยี ม (Ga) และ อลูมเิ นียม (Al) หรือ ธาตุทมี ีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 ตวั เช่น ฟอสฟอรัส (P)อาเซนิค (As)

สารกงึ ตวั นําชนิดเอน็ (N type Semiconductor) เป็ นสารกงึ ตวั นํา ทไี ด้จากการเติมสารเจือปนทมี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 ตัว ลงในธาตุซิลกิ อนหรือ เยอรมนั เนียมบริสุทธิ

สารกงึ ตวั นําชนิดพี (P type Semiconductor) เป็ นสารกงึ ตัวนํา ทไี ด้จากการเติมสารเจือปนทมี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 3 ตัว ลงในธาตุซิลกิ อนหรือเยอรมนั เนียมบริสุทธิ

โครงสรางของไดโอด A PN K AK สัญลกั ษณ์

โครงสร้างของไดโอดประกอบด้วยสารกงึ ตัวนําชนิดพี กบั สารกงึ ตวั นําชนิดเอน็ ประกบกนั มขี าใช้งาน 2 ขา คือขาอาโนด (A : Anode) จะต่อเข้ากบั สารกงึ ตวั นําชนิดพี กบั ขาแคโถด (K : Cathod) ซึงจะต่อเข้ากบั สารกงึ ตัวนําชนิดเอน็

การไบอสั ไดโอด สามารถทาํ ได้ 2 วธิ ี 1. การไบอสั แบบตรง (Forword Bias) 2. การไบอสั แบบกลบั (Reverse Bias)

การไบอสั แบบตรง (Forword Bias) AK +

คือ การจ่ายไฟบวกเข้าทขี าอาโนด และจ่ายไฟลบเข้าทขี าแคโถด เมือจ่ายไบอสั ให้กบั ไดโอด จะทาํ ให้ไดโอดนํากระแส กระแสสามารถไหลผ่านในวงจรได้โดยไฟลบจะผลกั อเิ ลก็ ตรอน (-) ในสารกงึ ตัวนําชนิดเอน็ ให้เคลือนทอี อกไป และไฟบวกจะดงึอเิ ลก็ ตรอนให้เคลือนทเี ข้ามาและผลกั โฮล (+)ให้เคลือนทอี อกไป

การไบอสั แบบกลบั (Reverse Bias) KA +

คือ การจ่ายไฟลบเข้าทขี าอาโนด และจ่ายไฟบวกเข้าทขี าแคโถด เมือจ่ายไบอสั ให้กบั ไดโอด จะทาํ ให้ไดโอดไม่นํากระแส โดยไฟบวกจะดงึ อเิ ลก็ ตรอน (-)จากสารกงึ ตวั นําชนิดเอน็ ไฟลบจะดงึ โฮล(+)จากสารกงึ ตัวนําชนิดพี ส่งผลให้รอยต่อของไดโอดกว้างขนึ จงึ ไม่มกี ระแสไหลผ่านในวงจร

กราฟคุณสมบตั ิของไดโอด กระแส เยอรมนั เนียม Forword Bias จุดพงั ทลาย ซิลกิ อน(Break Over Voltage) แรงดนั จุดคทั อนิ (Cut in)Reverse Bias

เมือไดโอดได้รับไบอสั ตรง จะทาํ ให้ไดโอดนํา กระแส เปรียบเสมือนกบั สวทิ ซ์ปิ ดวงจร กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านในวงจรได้ แต่แรงดนั ทจี ่ายให้กบั ไดโอด จะต้องจ่ายถงึ จุดคทั อนิ ขนึ ไป คือ ถ้าเป็ นเยอรมนั เนียมไดโอด ค่าแรงดนั จุดคทั อนิ มคี ่าเท่ากบั 0.2 V และ ถ้าเป็ นซิลกิ อนไดโอดค่าแรงดนั มคี ่าเท่ากบั 0.6 V

เมือไดโอดได้รับไบอสั กลบั ไดโอดจะไม่นํากระแส จะไม่มกี ระแสไฟฟ้าไหลผ่านในวงจรมเี พยี งกระแสรัวไหล ซึงมคี ่าน้อยมากประมาณไมโครแอมป์ ถ้าเพมิ แรงดนั ให้สูงขนึ จนถึงจุดแรงดนัพงั ทลาย (Breakdown Voltage) จะทาํ ให้ไดโอดพงั ทะลุเสียหายได้ และ กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านในวงจรได้ แต่ไดโอดไม่กลบั อยู่ในสภาพปกติ

การวัดและทดสอบไดโอด

1. ตังมลั ตมิ เิ ตอร์ย่านวดั ความต้านทาน R x 102. แตะสายมเิ ตอร์เข้าด้วยกนั แล้ว ปรับป่ ุม Zero Ohm Adjust ให้เขม็ ชีทเี ลขศูนย์3. นําสายมเิ ตอร์จบั ทขี าไดโอดทงั 2 ขา ดูผลการวดั4. สลบั สายมเิ ตอร์ แล้วดูผลการวดั อกี ครัง

5. ผลจากการวดั ทงั 2 ครัง สามารถอ่านค่าความต้านทานได้ (เขม็ ขนึ )1 ครัง และ ค่าความต้านทาน มคี ่าเท่ากบั อนิ ฟิ นิตี(เขม็ ไม่ขนึ ) 1 ครัง6. ถ้าผลการวดั ไม่เป็ นตามข้อ 5 แสดงว่าไดโอดเสีย

การเสียของไดโอด สามารถพจิ ารณาได้ 3 ลกั ษณะ คือ 1. ไดโอดขาด (Open) 2. ไดโอดลดั วงจร (Short) 3. ไดโอดรัว (Leak)

ไดโอดขาด (Open) หมายถึง รอยต่อของสารกงึ ตวั นําชนิดพกี บัสารกงึ ตวั นําชนิดเอน็ เปิ ดออกจากกนั(วดั 2 ครัง เขม็ มเิ ตอร์ไม่ขนึ ทงั 2 ครัง)

ไดโอดลดั วงจร (Short) หมายถึง รอยต่อของสารกงึ ตวั นําชนิดพี กบัสารกงึ ตวั นําชนิดเอน็ พงั ทลายเข้าหากนั(วดั 2 ครัง เขม็ มเิ ตอร์ จะขนึ ทงั 2 ครัง)

ไดโอดรัว (Leak) หมายถงึ ไดโอดจะมคี ่าความต้านทานสูง เมือจ่ายไบอสั แบบกลบั (วดั 2 ครัง เขม็ มเิ ตอร์จะขนึ 1 ครัง และเขม็ ขนึ เลก็ น้อย 1 ครัง)