หน่วยที่ 2 เรื่องซีเนอร์ไดโอด

หน่วยท่ี 3 ซีเนอร์ไดโอดZener Diode

จดุ ประสงค์เชิงพฤตกิ รรม นกั เรียนสามารถ............... 1. อธบิ ายโครงสร้างของซีเนอรไ์ ดโอดได้ 2. บอกสัญลักษณข์ องซเี นอรไ์ ดโอดได้ 3. อธบิ ายวธิ ีการไบอัสซีเนอรไ์ ดโอดได้ 4. อธิบายวธิ ีการทดสอบซีเนอรไ์ ดโอดได้ 5. อธิบายการเสยี ของซีเนอรไ์ ดโอดได้

เนือ้ หาบทเรียน 1. โครงสรา้ งของซเี นอรไ์ ดโอด 2. สญั ลักษณข์ องซเี นอรไ์ ดโอด 3. การไบอสั ซีเนอรไ์ ดโอด 3.1 การไบอัสตรง 3.2 การไบอัสกลบั 4. การทดสอบซีเนอรไ์ ดโอด 5. การเสียของซเี นอรไ์ ดโอด 5.1 ไดโอดชอ็ ต 5.2 ไดโอดรวั่ 5.3 ไดโอดขาด

ซีเนอร์ไดโอด เป็ นไดโอดชนิดพเิ ศษทีท่ ำหน้ำท่ีรักษำระดบั แรงดนั ให้คงท่ี มีโครงสร้ำงเหมือนไดโอดธรรมดำทวั่ ๆ ไป

โครงสร้ำง P NK K AA สัญลกั ษณ์

โครงสร้ำงของซีเนอร์ไดโอด ประกอบจำกสำรกงึ่ ตวั นำชนิดพกี บัสำรกง่ึ ตวั นำชนิดเอน็ ต่อชนกนั มีขำใช้งำน 2 ขำ คือ ขำอำโนด (A : Anode) ขำแคโถด (K : Kathod)

ข้อแตกต่ำงของซีเนอร์ไดโอด เทยี บกบั ไดโอด 1. เทคนิคพเิ ศษในกำรผลติ 2. กำรทำงำน 3. กำรต่อใช้งำน

1. เทคนิคพเิ ศษในกำรผลติ กำรเติมปริมำณของสำรเจือปน จะมีควำมหนำแน่นกว่ำ

2. กำรทำงำน KA AK + + ไบอสั กลบั ไบอสั ตรง

เม่ือจ่ำยไบอสั กลบั ถงึ จุดแรงดนั พงั ทลำยหรือจุดแรงดนั ซีเนอร์ จะทำให้ซีเนอร์ไดโอดนำกระแส

กำรพงั ทลำยของซีเนอร์ไดโอดสำมำรถแบ่งออกได้ 2 ลกั ษณะ1. กำรพงั ทลำยแบบอะวำลำนซ์ (Avalanche)2. กำรพงั ทลำยแบบซีเนอร์

กำรพงั ทลำยแบบอะวำลำนซ์ (Avalanche) คือ เม่ือซีเนอร์ไดโอดได้รับไบอสั กลบั แรงดนั สูงจนทำให้มกี ระแสไหลย้อนกลบั จำนวนมำก ทำให้รอยต่อของซีเนอร์ไดโอดทะลแุ ละใช้งำนไม่ได้

กำรพงั ทลำยแบบซีเนอร์ คือ กำรพงั ทลำยทีเ่ กดิ จำกแรงดนั ไบอสั กลบัค่ำตำ่ ๆ ทำให้ซีเนอร์ไดโอดนำกระแส เกดิ แรงดนัตกคร่อมคงที่ตลอด มคี ่ำแรงดนั เท่ำกบั แรงดนั ของซีเนอร์

3. กำรต่อใช้งำน IZ Vout R 0 – 20 V VZ = 10 V

เมื่อจ่ำยแรงดนั ให้กบั ซีเนอร์ไดโอดในระดบั หน่ึงซีเนอร์ไดโอด จะยงั ไม่นำกระแส แต่เม่ือจ่ำยแรงดนัให้สูงขนึ้ ถงึ จุดแรงดนั ซีเนอร์ จะทำให้ซีเนอร์ไดโอดนำกระแส มีกระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนในวงจรได้เกดิ แรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดคงทีต่ ลอด โดยมีค่ำเท่ำกบั แรงดนั ซีเนอร์ นิยมนำไปใช้เป็ นวงจรควบคุมแรงดนั ให้คงที่ (วงจรเร็กกเู ลเตอร์)

++อดุ มคติ ทำงปฏบิ ตั ิวงจรสมมูลของไดโอด

กรำฟคุณสมบตั ขิ องซีเนอร์ไดโอด กระแส Forword Biasแรงดนั พงั ทลำย แรงดนัReverse Bias

คุณสมบตั ขิ องซีเนอร์ไดโอด กำรทีจ่ ะนำซีเนอร์ไดโอดมำใช้งำน จำเป็ นจะต้องทรำบพกิ ดั ต่ำงๆ ของซีเนอร์ไดโอด เช่น - แรงดนั ซีเนอร์ - อตั รำทนกำลงั ไฟสูงสุด ซึ่งสำมำรถศึกษำได้จำกคู่มือ

VBR (V) หมำยถงึ แรงดนั Breakdown VoltageIS (A) หมำยถงึ กระแสท่ไี หลผ่ำนซีเนอร์ไดโอด ขณะที่มี RSVRM (V) หมำยถงึ แรงดนั ย้อนกลบั สูงสุดIR (A) หมำยถงึ กระแสรั่วไหลสูงสุดIRMS (A) หมำยถงึ กระแสไหลย้อนกลบั ไม่คงที่VRMS (V) หมำยถงึ แรงดนั ย้อนกลบั สูงสุด

เบอร์ VBR (V) IT (mA) VRWM IR (A) IRMS (V) VRMS (V) (V)1N6267A 6.8 10 5.8 1000 143 10.51N6268A 7.5 10 6.4 500 132 11.31N6269A 8.2 10 6.02 200 124 12.11N6270A 9.1 1 6.78 50 112 13.41N6271A 10 1 8.55 10 103 14.51N6272A 11 1 9.4 5 96 15.61N6273A 12 1 10.2 5 90 16.71N6274A 13 1 11.1 5 82 18.21N6275A 15 1 12.8 5 71 21.2

กำรวเิ ครำะห์วงจร IZ VZ = 9 V R 12 V

มีแบตเตอร่ีรถยนต์ 12 โวลท์ อยู่ชุดหน่ึง ต้องกำรนำแบตเตอรี่นี้ มำใช้กบั วทิ ยเุ ทป ซ่ึงต้องกำรแรงดนัเพยี ง 9 โวลท์ เท่ำน้ัน จะทำอย่ำงไร เพ่ือให้วทิ ยเุ ทปใช้งำนได้กบั แรงดนั ไฟ 9 โวลท์

กำรคำนวณ หำก IZ = 50 mA ดงั น้ัน R = E – VZ IZ = 12 V – 9 V 50 mA = 60 

กำรวเิ ครำะห์วงจร R VZ1 = 15 V 50 V VZ2 = 15 V แรงดนั เอ้ำท์พทุ และแรงดนั ตกคร่อมตวั ต้ำนทำน มีค่ำเท่ำกบั เท่ำไร

VOut = 30 V แสดงว่ำ VR = 20 V ถ้ำหำก กำหนด IZ = 50 mA ดงั น้ัน R = E – VZ IZ = 50 V – 30 V 50 mA = 400 

กำรวดั และทดสอบซีเนอร์ไดโอด สำมำรถทำได้ 2 วธิ ี 1. วดั แรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอด โดยต่อ ในลกั ษณะไบอสั กลบั +R

ผลกำรวดั ของซีเนอร์ไดโอด 1. ค่ำแรงดนั เท่ำกบั ศูนย์ (0) แสดงว่ำซีเนอร์ไดโอดชอร์ท 2. ค่ำแรงดนั เท่ำกบั แรงดนั ของแหล่งจ่ำย แสดงว่ำซีเนอร์ไดโอดขำด 3. ค่ำแรงดนั มีค่ำคงทตี่ ลอด ถงึ จะมีกำรปรับ ค่ำแรงดนั ของแหล่งจ่ำย แสดงว่ำซีเนอร์ไดโอดปกติ

2. วดั ค่ำควำมต้ำนทำน (เหมือนกบั กำรทดสอบไดโอดธรรมดำ)

กำรเสียของซีเนอร์ไดโอด สำมำรถพจิ ำรณำได้ 3 ลกั ษณะ คือ 1. ซีเนอร์ไดโอดขำด วดั 2 คร้ัง เขม็ มิเตอร์ไม่ ขนึ้ ท้งั 2 คร้ัง 2. ซีเนอร์ไดโอดชอร์ท วดั 2 คร้ัง เข็ม มิเตอร์ จะขนึ้ ท้งั 2 คร้ัง 3. ซีเนอร์ไดโอดรั่ว วดั 2 คร้ัง เขม็ มเิ ตอร์จะ ขนึ้ 1 คร้ัง และเข็มขนึ้ เลก็ น้อย 1 คร้ัง