หน่วยที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หนว่ ยท่ี 1 ความร้เู บอ้ื งต้นเก่ียวกับ อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์

จดุ ประสงคเ์ ชงิ พฤติกรรม นกั เรียนสามารถ............... 1. บอกโครงสร้างของอะตอมได้ 2. อธิบายวงจรโคจรของอเิ ล็กตรอนได้ 3. บอกคุณสมบตั ทิ างไฟฟา้ ของสสารหรอื ธาตไุ ด้ 4. บอกความหมายของสารกง่ึ ตัวนาได้

เนื้อหาบทเรยี น 1. โครงสร้างของอะตอม 2. วงจรโคจรของอเิ ลก็ ตรอน 3. คุณสมบตั ิทางไฟฟา้ ของสสารหรือธาตุ 3.1 ตวั นาไฟฟา้ 3.2 กึ่งตัวนาไฟฟา้ 3.3 ฉนวนไฟฟ้า 4. บอกความหมายของสารกงึ่ ตวั นา 4.1 สารกง่ึ ตัวนาบรสิ ทุ ธแิ์ ละไม่บรสิ ุทธ์ิ 4.2 สารกึง่ ตวั นาชนดิ เอน็ และชนดิ พี



โครงสร้างของธาตุหรือสสาร ธาตุหรือสสาร โมเลกลุ อะตอม นิวเคลยี ส อเิ ลต็ รอน นิวตรอน โปรตรอน

อะตอม วงโคจรของอเิ ลก็ ตรอน นิวตรอน อเิ ลก็ ตรอน นิวเคลยี ส โปรตรอน แบบจาลองแสดงโครงสร้างของอะตอม





โครงสร้างของอะตอม อะตอม ประกอบด้วยนิวเคลยี ส ซ่ึงจะอยู่กง่ึ กลางของ อะตอม และมอี เิ ลก็ ตรอนวง่ิ โคจรอยู่รอบๆ นิวเคลยี ส ภายในนิวเคลยี ส ประกอบด้วยโปรตรอนกบั นิวตรอน อเิ ลก็ ตรอน มปี ระจเุ ป็ นลบ (-) ส่วนโปรตรอน มปี ระจเุ ป็ น บวก (+) และนิวตรอนมสี ภาวะเป็ นกลางทางไฟฟ้า ภายในธาตุหรือสสารเดยี วกนั อะตอมจะเป็ นกลางทาง ไฟฟ้า มจี านวนโปรตรอนกบั อเิ ลก็ ตรอนเท่ากนั

วงโคจรของอเิ ลก็ ตรอน นิวเคลยี ส K L MNOP ช้ันท่ี 1 แสดงวงโคจรของอเิ ลก็ ตรอนรอบๆ นิวเคลยี ส

วงโคจรของอเิ ลก็ ตรอน จะมตี วั อกั ษรภาษาองั กฤษกากบั อย โดยเริ่มจากวงโคจรช้ันในสุด คือวงโคจรช้ัน L , M , N , O , P , Q ตามลาดบั จานวนอเิ ลก็ ตรอนทว่ี งิ่ อยู่รอบๆ นิวเคลยี ส จะวงิ่ เป็ นวงๆ โดยแต่ละวงโคจรจะมจี านวนอเิ ลก็ ตรอนไม่เท่ากนั สามารถคานวณได้ จากสูตร 2N2 โดย N คือลาดบั วงโคจรทหี่ ่างจากนิวเคลยี ส โดยเ จากวงในสุด เช่น วงโคจรช้ันที่ 2 แสดงว่า N = 2 ดงั น้ัน จานวนอเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ยู่ในวงโคจรช้ันท่ี 2 คือ 2(2)2 เท่ากบั 8 ตวั

วงโคจรของ อเิ ล็กตรอน นิวเคลยี ส K L MN O P Q K = 2 ตัว อิเลก็ ตรอน L = 8 ตวั M = 18 ตัว N = 32 ตัว O = 50 ตัว P และ Q น้อยกวา่ สตู รที่ คานวณได้

ตัวอยา่ ง ธาตหุ รอื สสารชนิดหน่งึ มอี เิ ล็กตรอน จานวน 70 ตวั แสดงวา่ ธาตุหรือสสารน้ี มีวงโคจรของอิเล็กตรอนก่ชี นั้ 2 8 18 32



นิวเคลยี ส อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน แสดงวงโคจรของอเิ ลก็ ตรอนรอบๆ นิวเคลยี ส

วงโคจรช้ันนอกสุด เรียกว่า วาเลนซ์เซลล์ มจี าน อเิ ลก็ ตรอนได้ไม่เกนิ 8 ตวั และอเิ ลก็ ตรอนทอี่ ยู่บนวงโคจร ช้ันนอกสุด เรียกว่า วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน เม่ืออเิ ลก็ ตรอนได้รับพลงั งานไฟฟ้ารูปแบบใดๆ จะท ให้อเิ ลก็ ตรอนหลุดออกจากวงโคจร เรียกอเิ ลก็ ตรอนตวั นีว้ ่า อเิ ลก็ ตรอนอสิ ระ

คุณสมบตั ทิ างไฟฟ้าของสสารหรือธาตุ สามารถแบ่งออกได้ 3 ชนิด คือ 1. ตวั นาไฟฟ้า (Conductor) คือธาตุทม่ี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 1-3 ตวั เป็ นธาตทุ ส่ี ามารถ นากระแสได้ดี เช่น ทองคา เงนิ ทองแดง อลูมเิ นียม เหลก็ สังกะสี 2. กง่ึ ตวั นาไฟฟ้า (Semiconductor) คือธาตทุ ม่ี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 4 พอดี เป็ นธาตุทอี่ ยู่กงึ่ กลาง ระหว่างตวั นาไฟฟ้ากบั ฉนวนไฟฟ้า นิยมนาไปผลติ เป็ นอุปกรณ์ อเิ ลก็ ทรอนิกส์ เช่น คาร์บอน เยอรมนั เนียม ซิลกิ อน ดบี ุก ตะกว่ั

3.ฉนวนไฟฟ้า (Insulator) คือธาตทุ ม่ี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 - 8 ตวั เป็ นธาตุทย่ี อ ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ยาก เช่น ไมก้า แก้ว พลาสตกิ ไม้แห้ง

สารกง่ึ ตวั นาบริสุทธ์ิ คือธาตุกง่ึ ตวั นาทยี่ งั ไม่ได้เตมิ สารเจือปน (Dopping) ใด ลงไป ธาตุทนี่ ิยมนาไปผลติ อุปกรณ์สารกงึ่ ตวั นา คือ เยอรมนั เนียม (Ge) กบั ซิลกิ อน (Si) สารกง่ึ ตวั นาไม่บริสุทธ์ิ คือการนาเอาสารซิลกิ อนกบั เยอรมนั เนียมบริสุทธ์ิ มาเจ ปนกบั ธาตุทมี่ วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 3 ตวั เช่น โบรอน (Br) อนิ เดยี ม (In) แกลเลยี ม (Ga) และอลูมเิ นียม (Al) หรือธาตุ ทม่ี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 ตวั เช่น ฟอสฟอรัส (P) อาเซนิค (As)

สารกงึ่ ตวั นาชนดิ เอน็ (N type Semiconductor) เป็ นสารกง่ึ ตวั นา ทไ่ี ด้จากการเตมิ สารเจือปนทมี่ วี าเลน อเิ ลก็ ตรอน 5 ตวั ลงในธาตุซิลกิ อนหรือเยอรมนั เนียมบริสุทธ์ิ สารกง่ึ ตวั นาชนิดพี (P type Semiconductor) เป็ นสารกง่ึ ตวั นา ทไ่ี ด้จากการเตมิ สารเจือปนทมี่ วี าเลน อเิ ลก็ ตรอน 3 ตวั ลงในธาตซุ ิลกิ อนหรือเยอรมนั เนียมบริสุทธ์ิ