หน่วยที่ 6 วงจรรักษาระดับแรงดัน

หน่วยท่ี 6 วงจรรักษาระดับแรงดัน Regulator Curcuit

จดุ ประสงคเ์ ชิงพฤตกิ รรม นกั เรียนสามารถ............... 1. อธิบายโครงสรา้ งของซีเนอรไ์ ดโอดได้ 2. บอกสญั ลักษณข์ องซีเนอรไ์ ดโอดได้ 3. อธบิ ายวธิ กี ารไบอสั ซีเนอร์ไดโอดได้ 4. อธบิ ายวธิ กี ารทดสอบซีเนอรไ์ ดโอดได้ 5. อธิบายการเสยี ของซีเนอรไ์ ดโอดได้

เนือ้ หาบทเรียน 1. โครงสรา้ งของซีเนอรไ์ ดโอด 2. สญั ลักษณข์ องซีเนอรไ์ ดโอด 3. การไบอสั ซีเนอรไ์ ดโอด 3.1 การไบอัสตรง 3.2 การไบอัสกลบั 4. การทดสอบซีเนอรไ์ ดโอด 5. การเสยี ของซีเนอรไ์ ดโอด 5.1 ไดโอดชอ็ ต 5.2 ไดโอดร่วั 5.3 ไดโอดขาด

ซีเนอร์ไดโอด เป็ นไดโอดชนิดพเิ ศษทีท่ ำหน้ำท่ี รักษำระดบั แรงดนั ให้คงท่ี มีโครงสร้ำงเหมือนไดโอดธรรมดำทวั่ ๆ ไป

โครงสร้ำง P NK K A A สัญลกั ษณ์

โครงสร้ำงของซีเนอร์ไดโอด ประกอบจำกสำรกงึ่ ตวั นำชนิดพกี บั สำรกง่ึ 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 จะมี ควำมหนำแน่นกว่ำ

2. กำรทำงำน KA AK + + ไบอสั กลบั ไบอสั ตรง

เม่ือจ่ำยไบอสั กลบั ถงึ จุดแรงดนั พงั ทลำย หรือจุดแรงดนั ซีเนอร์ จะทำให้ซีเนอร์ไดโอด นำกระแส

กำรพงั ทลำยของซีเนอร์ไดโอด สำมำรถแบ่งออกได้ 2 ลกั ษณะ 1. กำรพงั ทลำยแบบอะวำลำนซ์ (Avalanche) 2. กำรพงั ทลำยแบบซีเนอร์

กำรพงั ทลำยแบบอะวำลำนซ์ (Avalanche) คือ เม่ือซีเนอร์ไดโอดได้รับไบอสั กลบั แรงดันสูง จนทำให้มกี ระแสไหลย้อนกลับจำนวนมำก ทำให้ รอยต่อของซีเนอร์ไดโอดทะลุและใช้งำนไม่ได้

กำรพงั ทลำยแบบซีเนอร์ คือ กำรพงั ทลำยที่เกดิ จำกแรงดันไบอัสกลบั ค่ำตำ่ ๆ ทำให้ซีเนอร์ไดโอดนำกระแส เกดิ แรงดัน ตกคร่อมคงที่ตลอด มคี ่ำแรงดนั เท่ำกบั แรงดนั ของ ซีเนอร์

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

เมื่อจ่ำยแรงดนั ให้กบั ซีเนอร์ไดโอดในระดับหน่ึง ซีเนอร์ไดโอด จะยงั ไม่นำกระแส แต่เมื่อจ่ำยแรงดนั ให้สูงขึน้ ถงึ จุดแรงดันซีเนอร์ จะทำให้ซีเนอร์ไดโอด นำกระแส มกี ระแสไฟฟ้ำไหลผ่ำนในวงจรได้ เกดิ แรงดนั ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดคงท่ตี ลอด โดยมี ค่ำเท่ำกบั แรงดันซีเนอร์ นิยมนำไปใช้เป็ นวงจรควบคุมแรงดันให้คงที่ (วงจรเร็กกเู ลเตอร์)

++ อดุ มคติ ทำงปฏบิ ตั ิ วงจรสมมูลของไดโอด

กรำฟคุณสมบตั ขิ องซีเนอร์ไดโอด กระแส Forword Bias แรงดันพงั ทลำย แรงดัน Reverse Bias

คุณสมบตั ิของซีเนอร์ไดโอด กำรทีจ่ ะนำซีเนอร์ไดโอดมำใช้งำน จำเป็ นจะต้อง ทรำบพกิ ดั ต่ำงๆ ของซีเนอร์ไดโอด เช่น - แรงดันซีเนอร์ - อตั รำทนกำลงั ไฟสูงสุด ซึ่งสำมำรถศึกษำได้จำกคู่มือ

VBR (V) หมำยถงึ แรงดัน Breakdown Voltage IS (A) หมำยถึง กระแสทไ่ี หลผ่ำนซีเนอร์ไดโอด ขณะที่มี RS VRM (V) หมำยถงึ แรงดันย้อนกลบั สูงสุด IR (A) หมำยถงึ กระแสร่ัวไหลสูงสุด IRMS (A) หมำยถึง กระแสไหลย้อนกลบั ไม่คงที่ VRMS (V) หมำยถงึ แรงดันย้อนกลบั สูงสุด

เบอร์ VBR (V) IT (mA) VRWM IR (A) IRMS (V) VRMS (V) (V) 1N6267A 6.8 10 5.8 1000 143 10.5 1N6268A 7.5 10 6.4 500 132 11.3 1N6269A 8.2 10 6.02 200 124 12.1 1N6270A 9.1 1 6.78 50 112 13.4 1N6271A 10 1 8.55 10 103 14.5 1N6272A 11 1 9.4 5 96 15.6 1N6273A 12 1 10.2 5 90 16.7 1N6274A 13 1 11.1 5 82 18.2 1N6275A 15 1 12.8 5 71 21.2

กำรวเิ ครำะห์วงจร IZ VZ = 9 V R 12 V

มีแบตเตอร่ีรถยนต์ 12 โวลท์ อยู่ชุดหน่ึง ต้องกำร นำแบตเตอรี่นี้ มำใช้กบั วทิ ยเุ ทป ซ่ึงต้องกำรแรงดัน เพยี ง 9 โวลท์ เท่ำน้ัน จะทำอย่ำงไร เพ่ือให้วทิ ยเุ ทป ใช้งำนได้กบั 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 เอ้ำท์พุทและแรงดันตกคร่อมตัวต้ำนทำน มีค่ำเท่ำกบั เท่ำไร

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

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

ผลกำรวดั ของซีเนอร์ไดโอด 1. ค่ำแรงดัน เท่ำกบั ศูนย์ (0) แสดงว่ำซีเนอร์ไดโอดชอร์ท 2. ค่ำแรงดนั เท่ำกบั แรงดันของแหล่งจ่ำย แสดงว่ำซีเนอร์ไดโอดขำด 3. ค่ำแรงดันมคี ่ำคงที่ตลอด ถึงจะมีกำรปรับ ค่ำแรงดันของแหล่งจ่ำย แสดงว่ำซีเนอร์ไดโอดปกติ

2. วดั ค่ำควำมต้ำนทำน (เหมือนกบั กำรทดสอบไดโอดธรรมดำ)

กำรเสียของซีเนอร์ไดโอด สำมำรถพจิ ำรณำได้ 3 ลกั ษณะ คือ 1. ซีเนอร์ไดโอดขำด วดั 2 คร้ัง เข็มมเิ ตอร์ไม่ ขึน้ ท้งั 2 คร้ัง 2. ซีเนอร์ไดโอดชอร์ท วดั 2 คร้ัง เขม็ มเิ ตอร์ จะขนึ้ ท้งั 2 คร้ัง 3. ซีเนอร์ไดโอดร่ัว วดั 2 คร้ัง เข็มมเิ ตอร์จะ ขึน้ 1 คร้ัง และเขม็ ขึน้ เลก็ น้อย 1 คร้ัง