หน่วยที่ 2 เรื่องไดโอด

หนว่ ยท่ี 2 ไดโอด DIODE

จดุ ประสงค์เชิงพฤตกิ รรม นักเรยี นสามารถ............... 1. อธบิ ายโครงสรา้ งของไดโอดได้ 2. บอกสัญลกั ษณ์ของไดโอดได้ 3. อธบิ ายวธิ กี ารไบอสั ไดโอดได้ 4. อธิบายวธิ ีการทดสอบไดโอดได้ 5. อธิบายการเสยี ของไดโอดได้

เนื้อหาบทเรยี น 1. โครงสร้างของไดโอด 2. สญั ลกั ษณข์ องไดโอด 3. การไบอัสไดโอด 3.1 การไบอสั ตรง 3.2 การไบอัสกลับ 4. การทดสอบไดโอด 5. การเสียของไดโอด 5.1 ไดโอดช็อต 5.2 ไดโอดรว่ั 5.3 ไดโอดขาด

ไดโอด เป็ นอุปกรณ์สารกงึ่ ตัวนา ทีไ่ ด้จากการ นาเอาสารกง่ึ ตัวนาชนิดพแี ละสารกงึ่ ตวั นาชนิดเอน็ มาต่อชนกนั ช่วงรอยต่อ(Junction) จะต้องใช้วธิ ี ปลูกผลกึ หรือวธิ ีการแพร่กระจายสารเจือปนลงใน สารกง่ึ ตัวนาบริสุทธ์ิ

โครงสร้างของไดโอด A PN K AK สัญลกั ษณ์

โครงสร้างของไดโอดประกอบด้วยสารกงึ่ ตวั นา ชนิดพี กบั สารกง่ึ ตวั นาชนิดเอน็ ประกบกนั มขี าใช้งาน 2 ขา คือ ขาอาโนด (A : Anode) จะต่อเข้ากบั สารกง่ึ ตัวนา ชนิดพี กบั ขาแคโถด (K : Kathod) ซ่ึงจะต่อ เข้ากบั สารกงึ่ ตวั นาชนิดเอน็

คุณสมบตั ิทางไฟฟ้าของสสารหรือธาตุ สามารถแบ่งออกได้ 3 ชนิด คือ 1. ตัวนาไฟฟ้า (Conductor) 2. กง่ึ ตวั นาไฟฟ้า (Semiconductor) 3. ฉนวนไฟฟ้า (Insulator)

ตัวนาไฟฟ้า (Conductor) คือ ธาตุท่มี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 1-3 ตวั คุณสมบัติของตัวนาไฟฟ้า คือ ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ เป็ นธาตุที่ สามารถนากระแสได้ดี เช่น ทองคา เงิน ทองแดง อลูมเิ นียม เหลก็ สังกะสี

กงึ่ ตัวนาไฟฟ้า (Semiconductor) คือธาตุทีม่ วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 4 พอดี คุณสมบัติของกงึ่ ตัวนาไฟฟ้า คือ ไม่สามารถนาไปใช้เป็ นตวั นาไฟฟ้าและฉนวน เป็ นธาตุที่อยู่กงึ่ กลางระหว่างตวั นาไฟฟ้ากบั ฉนวน ไฟฟ้า เช่น คาร์บอน เยอรมนั เนียม ซิลกิ อน ดบี ุก ตะกว่ั

ฉนวนไฟฟ้า (Insulator) คือธาตุทมี่ วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 - 8 ตวั คุณสมบตั ขิ องกง่ึ ตวั นาไฟฟ้า คือ ไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เป็ นธาตุที่ ยอม ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ยาก เช่น ไมก้า แก้ว พลาสตกิ ไม้แห้ง

วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน คือ อเิ ลก็ ตรอนทอ่ี ยู่บนวงโคจรช้ันนอกสุด มีจานวนอิเลก็ ตรอนได้ไม่เกนิ 8 ตวั วาเลนซ์เซลล์ คือ วงโคจรช้ันนอกสุด ทมี่ วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนอยู่

สารกง่ึ ตวั นาบริสุทธ์ิ คือธาตุกง่ึ ตวั นาทีย่ งั ไม่ได้เติมสารเจือปน (Dopping) ใดๆ ลงไป ธาตุที่นิยมนาไปผลติ อปุ กรณ์สารกง่ึ ตัวนา คือ เยอรมนั เนียม (Ge) กบั ซิลกิ อน (Si)

สารกงึ่ ตัวนาไม่บริสุทธ์ิ คือการนาเอาสารซิลกิ อน กบั เยอรมนั เนียม บริสุทธ์ิ มาเจือปน กบั ธาตุท่มี วี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 3 ตัว เช่น โบรอน (Br) อนิ เดียม (In) แกลเลยี ม (Ga) และ อลูมเิ นียม (Al) หรือ ธาตุท่ีมี วาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 ตัว เช่น ฟอสฟอรัส (P) อาเซนิค (As)

สารกง่ึ ตัวนาชนิดเอน็ (N type Semiconductor) เป็ นสารกง่ึ ตัวนา ทีไ่ ด้จากการเติมสารเจือปน ที่มวี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 5 ตวั ลงในธาตุซิลกิ อน หรือ เยอรมนั เนียมบริสุทธ์ิ

สารกงึ่ ตวั นาชนิดพี (P type Semiconductor) เป็ นสารกง่ึ ตัวนา ที่ได้จากการเติมสารเจือปน ที่มวี าเลนซ์อเิ ลก็ ตรอน 3 ตัว ลงในธาตุซิลกิ อน หรือเยอรมนั เนียมบริสุทธ์ิ

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

การไบอสั แบบตรง (Forword Bias) AK +

คือ การจ่ายไฟบวกเข้าที่ขาอาโนด และ จ่ายไฟลบเข้าท่ีขาแคโถด เมื่อจ่ายไบอสั ให้กบั ไดโอด จะทาให้ไดโอด นากระแส กระแสสามารถไหลผ่านในวงจรได้ โดยไฟลบจะผลกั อเิ ลก็ ตรอน (-) ในสารกงึ่ ตวั นา ชนิดเอน็ ให้เคล่ือนที่ออกไป และไฟบวกจะดึง อเิ ลก็ ตรอนให้เคล่ือนที่เข้ามาและผลกั โฮล (+) ให้เคลื่อนทอ่ี อกไป

การไบอสั แบบกลบั (Reverse Bias) KA +

คือ การจ่ายไฟลบเข้าทข่ี าอาโนด และ จ่ายไฟบวกเข้าที่ขาแคโถด เมื่อจ่ายไบอสั ให้กบั ไดโอด จะทาให้ไดโอด ไม่นากระแส โดยไฟบวกจะดึงอเิ ลก็ ตรอน (-) จากสารกงึ่ ตัวนาชนิดเอน็ ไฟลบจะดึงโฮล(+) จากสารกง่ึ ตวั นาชนิดพี ส่งผลให้รอยต่อของ ไดโอดกว้างขึน้ จงึ ไม่มีกระแสไหลผ่านในวงจร

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

เม่ือไดโอดได้รับไบอสั ตรง จะทาให้ไดโอด นา กระแส เปรียบเสมือนกบั สวทิ ซ์ปิ ดวงจร กระแส ไฟฟ้าสามารถไหลผ่านในวงจรได้ แต่แรงดนั ทจ่ี ่าย ให้กบั ไดโอด จะต้องจ่ายถงึ จุดคทั อนิ ขึน้ ไป คือ ถ้าเป็ นเยอรมนั เนียมไดโอด ค่าแรงดันจุด คทั อนิ มคี ่าเท่ากบั 0.2 V และ ถ้าเป็ นซิลกิ อนไดโอด ค่าแรงดันมคี ่าเท่ากบั 0.6 V

เมื่อไดโอดได้รับไบอสั กลบั ไดโอดจะไม่ นากระแส จะไม่มกี ระแสไฟฟ้าไหลผ่านในวงจร มเี พยี งกระแสร่ัวไหล ซึ่งมคี ่าน้อยมากประมาณ ไมโครแอมป์ ถ้าเพม่ิ แรงดนั ให้สูงขึน้ จนถึงจุดแรงดัน พงั ทลาย (Breakdown Voltage) จะทาให้ไดโอด พงั ทะลุเสียหายได้ และ กระแสไฟฟ้าสามารถไหล ผ่านในวงจรได้ แต่ไดโอดไม่กลบั อยู่ในสภาพปกติ

การวดั และทดสอบไดโอด

1. ต้งั มลั ติมเิ ตอร์ย่านวดั ความต้านทาน R x 10 2. แตะสายมิเตอร์เข้าด้วยกนั แล้ว ปรับป่ ุม Zero Ohm Adjust ให้เขม็ ชี้ทเี่ ลขศูนย์ 3. นาสายมเิ ตอร์จับที่ขาไดโอดท้งั 2 ขา ดูผลการวดั 4. สลบั สายมเิ ตอร์ แล้วดูผลการวดั อกี คร้ัง

5. ผลจากการวดั ท้งั 2 คร้ัง สามารถอ่านค่าความต้านทานได้ (เขม็ ขึน้ ) 1 คร้ัง และ ค่าความต้านทาน มคี ่าเท่ากบั อนิ ฟิ นิตี้ (เขม็ ไม่ขึน้ ) 1 คร้ัง 6. ถ้าผลการวดั ไม่เป็ นตามข้อ 5 แสดงว่าไดโอดเสีย

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

ไดโอดขาด (Open) หมายถึง รอยต่อของสารกงึ่ ตวั นาชนิดพกี บั สารกง่ึ ตวั นาชนิดเอน็ เปิ ดออกจากกนั (วดั 2 คร้ัง เข็มมเิ ตอร์ไม่ขึน้ ท้งั 2 คร้ัง)

ไดโอดลดั วงจร (Short) หมายถงึ รอยต่อของสารกงึ่ ตวั นาชนิดพี กบั สารกงึ่ ตวั นาชนิดเอน็ พงั ทลายเข้าหากัน (วดั 2 คร้ัง เขม็ มเิ ตอร์ จะขนึ้ ท้งั 2 คร้ัง)

ไดโอดรั่ว (Leak) หมายถงึ ไดโอดจะมคี ่าความต้านทานสูง เม่ือจ่ายไบอสั แบบกลับ (วดั 2 คร้ัง เขม็ มเิ ตอร์จะขึน้ 1 คร้ัง และ เข็มขึน้ เลก็ น้อย 1 คร้ัง)