Unit 2 Zener Diode

ก คำนำ เอกสารประกอบการสอน หนว่ ยท่ี 2 เรื่องซเี นอรไ์ ดโอด วิชางานพน้ื ฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ รหสั วิชา 30105-0003 โดยเน้อื หาสอดคล้องและครบถว้ นสมบูรณ์ตามคำอธิบายรายวิชาในหลักสูตร ประกาศนียบัตรวิชาชีพชั้นสูง (ปวส.) พุทธศักราช 2563 ประเภทวิชาอุตสาหกรรม สาขาวิชา อิเล็กทรอนิกส์ ภายในเนื้อหาบทเรียน ประกอบด้วย โครงสร้างของซีเนอร์ไดโอด สัญลักษณ์ของซี เนอรไ์ ดโอด วิธีการไบอัสซเี นอร์ไดโอด ลกั ษณะสมบัติทางไฟฟา้ ของซเี นอร์ไดโอด การวัดและทดสอบ ซเี นอร์ไดโอด วงจรใชง้ านของซเี นอรไ์ ดโอด สนั ตภิ าพ มะสะ ผจู้ ดั ทำ

สารบญั ข หน่วยท่ี 2 ซีเนอรไ์ ดโอด หนา้ จุดประสงคเ์ ชงิ พฤติกรรมและสาระการเรยี นรู้ โครงสร้างของซเี นอรไ์ ดโอด 59 สัญลกั ษณข์ องซเี นอรไ์ ดโอด 60 การไบอสั ซีเนอร์ไดโอด 61 ลกั ษณะสมบตั ิทางไฟฟา้ ของซเี นอรไ์ ดโอด 61 การวดั และทดสอบซเี นอร์ไดโอด 63 วงจรใชง้ านของซีเนอรไ์ ดโอด 65 บทสรุป 66 แบบฝึกหัด 79 เอกสารอา้ งอิง 81 84

59 ใบความรู้ หน่วยท่ี 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ชอ่ื วชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สอนครงั้ ท่ี 3-4 ช่อื หนว่ ย ซีเนอร์ไดโอด จำนวน 10 ชัว่ โมง ชอ่ื เรอ่ื ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ช่ัวโมง จุดประสงคเ์ ชิงพฤติกรรม 1. อธบิ ายโครงสรา้ งของซเี นอร์ไดโอดได้ 2. บอกสญั ลักษณข์ องซเี นอรไ์ ดโอดได้ 3. บอกวิธกี ารไบอัสซเี นอร์ไดโอดได้ 4. อธิบายลกั ษณะสมบัตทิ างไฟฟา้ ของซเี นอรไ์ ดโอดได้ 5. บอกวิธกี ารวดั และทดสอบซเี นอร์ไดโอดได้ 6. บอกการใชง้ านของซเี นอร์ไดโอดได้ สาระการเรยี นรู้ 1. โครงสรา้ งซีเนอร์ไดโอด 2. สญั ลักษณ์ของซีเนอรไ์ ดโอด 3. การไบอสั ซเี นอร์ไดโอด 4. ลกั ษณะสมบัติทางไฟฟ้าของซีเนอรไ์ ดโอด 5. การวัดและทดสอบซเี นอรไ์ ดโอด 6. วงจรใช้งานของซเี นอร์ไดโอด

60 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชือ่ วิชา งานพน้ื ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ สอนครัง้ ที่ 3-4 ชอ่ื หน่วย ซีเนอร์ไดโอด จำนวน 10 ชว่ั โมง ชอ่ื เรือ่ ง : ซเี นอร์ไดโอด เวลา 4 ชวั่ โมง ซเี นอร์ไดโอด (Zener Diode) เป็นไดโอดชนดิ พิเศษทส่ี ร้างขน้ึ มา เพื่อทำหน้าท่รี กั ษาระดับแรงดัน ให้มีค่าคงที่ มีโครงสร้างเหมือนกันกับไดโอดธรรมดาทั่ว ๆ ไป แต่การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานจะต้องต่อใน ลักษณะไบอัสกลับ (Reverse Bias) แต่ถ้าต่อในลักษณะไบอัสตรง (Forward Bias) ซีเนอร์ไดโอดจะทำงาน เหมอื นกบั ไดโอดธรรมดา ภาพท่ี 2-1 รปู ร่างของซเี นอรไ์ ดโอด ทม่ี าของภาพ : http://www.frankshospitalworkshop.com/electronics/training_course_zener_ diode.html. 2.1 โครงสร้างของซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอด ประกอบจาก สารกึ่งตัวนำชนิดพีและสารก่ึงตวั นำชนิดเอ็น นำมาต่อชนกันด้วย วิธี การปลูกผลึกหรือวิธีการแพร่กระจายสารเจือปนที่มีปริมาณมากกว่าไดโอดธรรมดาลงไปในสารกึ่งตัวนำ บรสิ ุทธ์ิทำใหม้ รี อยต่อระหว่างสารกง่ึ ตวั นำ จำนวน 1 รอยตอ่ มขี าใช้งาน 2 ขา คือ ขาแอโนด (Anode) เรยี กย่อ ๆ ว่าขา A ซึ่งจะต่อเขา้ กับสารกึ่งตัวนำชนิดพีและขาแคโถด (Kathode) เรียกยอ่ ๆ ว่าขา K ซึ่งจะตอ่ กับสารกง่ึ ตัวนำชนดิ เอน็ แอโนด P แคโถด A : Anode N K : Kathod ภาพท่ี 2-2 โครงสร้างของซีเนอรไ์ ดโอด

61 ใบความรู้ หน่วยที่ 2 รหสั วชิ า 30105-0003 ช่ือวชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ สอนครั้งที่ 3-4 ชอื่ หนว่ ย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชัว่ โมง ชือ่ เรอ่ื ง : ซเี นอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชวั่ โมง ซเี นอรไ์ ดโอด เปน็ ไดโอดทผี่ ลิตจากสารซิลิกอนท่มี ปี ริมาณความหนาแน่นของสารเจือปนในส่วนท้ัง 2ของสารก่งึ ตวั นำชนดิ พแี ละสารกง่ึ ตวั นำชนดิ เอ็น มคี า่ สงู กว่าปกติ ซงึ่ คุณสมบตั ิจะทำให้ค่าแรงดนั เบรกดาวน์สูง หรือแรงดันซีเนอร์ สามารถกำหนดได้ด้วยการควบคุมความหนาแน่นของสารเจือปน และเมื่อให้ไบอัสกลับ จะ สามารถทนกระแสย้อนกลับได้สูง โดยไดโอดไม่เสียหาย แรงดันที่ตกคร่อมซีเนอร์ไดโอด จะเป็นตัวควบคุมและ รักษาแรงดันใหค้ งที่ ดังนนั้ 2.2 สญั ลกั ษณข์ องซเี นอร์ไดโอด สัญลกั ษณ์ของซีเนอรไ์ ดโอดเหมือนกับสญั ลกั ษณ์ของไดโอดทุกประการ เพยี งแต่เพิ่มด้านปลาย หวั ลูกศร ซึ่งเป็นขาแคโถด (Kathod) หรอื ขา K โดยมีลักษณะเหมือนกับตวั อกั ษร Z ซ่ึงเป็นตัวอักษรแรกของช่อื ซเี นอรไ์ ดโอด น่ันคอื Zener สว่ นอกี ดา้ นหนึง่ ยังคงเหมือนกับไดโอด นั่นคือ ขาอาโนด (Anode) หรือขา A AK ภาพท่ี 2-3 สญั ลกั ษณข์ องซเี นอร์ไดโอด 2.3 การไบอัสซีเนอร์ไดโอด การจะนำซีเนอร์ไดโอดไปใชง้ าน จะต้องมกี ารจา่ ยไบอสั หรอื จดั แรงดนั ไฟใหก้ บั ซีเนอร์ไดโอด ซึ่งการ ไบอัสซีเนอร์ไดโอด สามารถทำได้ 2 วิธี คือ การไบอัสกลับ (Reverse Bias) กับการไบอัสตรง (Forward Bias) 1) การไบอสั กลบั (Reverse Bias) คอื การจา่ ยแรงดันไฟฟ้าศกั ย์บวกใหก้ ับสารก่งึ ตวั นำชนิดเอน็ หรอื ขาแคโถด (K) และจา่ ยศักย์ไฟ ลบให้สารกึ่งตัวนำชนิดพีหรือขาอาโนด (A) ทั้งนี้ จะทำให้เกิดการพังทลายระหว่างรอยต่อของซีเนอร์ไดโอดข้ึน KA IZ ภาพที่ 2-4 การจ่ายไบอัสกลับให้กบั ซเี นอร์ไดโอด

62 ใบความรู้ หน่วยที่ 2 รหสั วิชา 30105-0003 ช่อื วชิ า งานพ้นื ฐานวงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ สอนคร้งั ที่ 3-4 ช่ือหน่วย ซีเนอร์ไดโอด จำนวน 10 ช่วั โมง ชอ่ื เรอื่ ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชัว่ โมง การพังทลายของซีเนอร์ไดโอด แบ่งออกเปน็ 2 แบบ คอื (1) การพังทลายแบบซีเนอร์ เป็นการพังทลายที่เกิดขึ้นกับแรงดันไบอัสกลับคา่ ต่ำ ๆ กำหนด ได้จากการโด๊ปสารกึ่งตัวนำที่ใช้ผลิตซีเนอร์ไดโอด ซึ่งการพังทลายแบบซีเนอร์นั้น จะมีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ ไดโอดจำนวนหน่ึง ทง้ั น้ี จะต้องจำกดั ไมใ่ หเ้ กนิ ค่าพกิ ัดสูงสดุ ของซีเนอร์ไดโอด และจะเกิดสภาวะแรงดันตกคร่อม ซีเนอร์ไดโอดที่มีค่าคงที่ตลอดเวลา เรียกว่า คา่ แรงดนั ซีเนอร์ จากคณุ สมบัติข้อน้ี สามารถนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้ เปน็ วงจรควบคมุ แรงดันไฟฟา้ ตรงใหค้ งท่ไี ด้ เรียกวงจรน้ันว่า วงจรเรก็ กูเลเตอร์ (2) การพังทลายแบบอะวาเลนซ์ (Avalanche) เป็นการจ่ายแรงดนั ไบอัสกลับค่าสงู ๆ ให้กับ ซเี นอรไ์ ดโอด จนทำให้มีกระแสไหลยอ้ นกลับผา่ นซีเนอรไ์ ดโอดจำนวนมาก ส่งผลใหร้ อยตอ่ ของซีเนอรไ์ ดโอดทะลุ และใชง้ านไม่ได้ 2) การไบอสั ตรง (Forward Bias) คือ การจ่ายแรงดันไฟท่มี ีศักยบ์ วกใหก้ ับสารก่ึงตัวนำชนิดพหี รอื ขาอาโนด และจา่ ยแรงดันไฟท่ี มีศักย์ลบให้กบั สารก่ึงตัวนำชนิดเอน็ หรือขาแคโถด จะทำใหซ้ ีเนอรไ์ ดโอดทำงานเหมอื นกบั ไดโอดธรรมดา AK IF ภาพที่ 2-5 การจ่ายไบอัสตรงใหก้ บั ซเี นอร์ไดโอด เมื่อซีเนอร์ไดโอดได้รับไบอัสตรง ไฟลบจะผลักอิเล็กตรอนอิสระในสารชนิดเอน็ ให้เคลื่อนที่ได้ ในเวลาเดียวกนั ไฟบวกท่ีจา่ ยให้สารชนิดพีจะดึงดูด อเิ ล็กตรอนให้เคลื่อนท่ีเข้ามาหา และจะผลักโฮลให้เคลื่อนที่ ไปข้างหน้า อเิ ลก็ ตรอนจะเคลอ่ื นทีผ่ ่านสารชนิดพีเข้ากบั ศักยไ์ ฟบวกของแหล่งจ่าย และเคลอ่ื นทีผ่ ่านแหลง่ จ่ายไป ยงั ขาแคโถดของสารชนดิ เอน็ เกิดกระแสไหลผา่ นไดโอดได้

63 ใบความรู้ หนว่ ยที่ 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชื่อวิชา งานพื้นฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครงั้ ท่ี 3-4 ช่อื หน่วย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชั่วโมง ชื่อเรอ่ื ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชว่ั โมง 2.4 ลกั ษณะสมบตั ิทางไฟฟ้าของซีเนอรไ์ ดโอด กระแส (I) IF แรงดนั พงั ทลาย ไบอัสตรง แรงดัน (V) 0 ไบอัสกลับ IR ภาพท่ี 2-6 กราฟลักษณะสมบตั ทิ างไฟฟ้าของซเี นอรไ์ ดโอด 0 VZ IZk IZt IZm IZ ภาพท่ี 2-7 กราฟลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของซเี นอรไ์ ดโอด เม่ือได้รบั ไบอสั กลับ

64 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ชอื่ วชิ า งานพื้นฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครง้ั ที่ 3-4 ช่อื หนว่ ย ซีเนอร์ไดโอด จำนวน 10 ช่วั โมง ช่อื เร่ือง : ซีเนอร์ไดโอด เวลา 4 ช่ัวโมง จากกราฟดังภาพท่ี 2-7 ซงึ่ แสดงลักษณะสมบตั ิทางไฟฟ้าของซเี นอรไ์ ดโอด โดยแสดงความสัมพันธ์ ระหว่างแรงดันกบั กระแส โดย Vz เป็นแรงดนั เบรกดาวน์หรือแรงดันซีเนอร์ในการพังทลาย เมื่อได้รับไบอัสกลบั ดังนั้น เมื่อเพิ่มแรงดันไบอัสกลับจนถึงค่าแรงดันซีเนอร์ จะมีกระแสไฟฟา้ ไหลผ่านซเี นอร์ไดโอดมากขึ้น ซึ่งที่จดุ เอยี งของกราฟจะมีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดเทา่ กับ Izk (Knee current) ซ่งึ เปน็ กระแสบรเิ วณเส้นโค้ง ถา้ ซเี นอรไ์ ดโอด ไดร้ บั แรงดันย้อนกลับสงู ขึน้ อีก กระแสซเี นอร์ จะเพิ่มข้นึ แต่แรงดนั ซเี นอร์ จะคงที่ และถา้ เพมิ่ กระแสเกินกว่าคา่ กระแสซีเนอร์สงู สุด Izm (Maximum current) แรงดนั ซีเนอร์จะไมค่ งที่และชำรุดได้ ในท่สี ดุ ดังนั้น การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้ในการควบคุมให้แรงดันไฟฟ้าตรงคงที่นั้น จึงมีความจำเป็นที่ จะต้องออกแบบวงจรควบคุมให้มีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดอยู่ระหว่างค่ากระแสบริเวณเส้นโค้ง Izk ถึง ค่ากระแสสูงสุด Izm สำหรับกระแส Izt (Test current) หมายถึง ค่ากระแสทดสอบที่แรงดันซีเนอร์ ซึ่งเป็น คา่ กระแสตามคา่ ท่ีผ้ผู ลติ กำหนดไว้ในตารางคณุ สมบัติของซีเนอรท์ ี่ใช้งานทัว่ ไป ขั้นตอนการผลิตได้กำหนดให้ซเี นอร์ไดโอดแต่ละเบอร์มคี ่าแรงดันที่แตกต่างกันออกไป เนื่องจาก การโด๊ปสารเจือปนเข้าไปมากน้อยต่างกัน เช่น ถ้าโด๊ปสารจำนวนมาก ค่าแรงดันซีเนอร์จะมีค่าต่ำ แต่ถ้าโด๊ป สารจำนวนน้อย ค่าแรงดนั ซเี นอรจ์ ะสูง โดยทั่วไปค่าแรงดันซีเนอร์ทีม่ ีใช้งานกันอย่างกว้างขวางอยู่ในชว่ ง 2.4 V ถงึ 200 V ทน กำลังงาน (Power Rate) ได้ตง้ั แต่ 1/4 W ถึง 50 W วงจรสมมูลของซเี นอร์ไดโอด ซเี นอร์ไดโอด มีคุณสมบตั พิ ิเศษ คอื รักษาระดบั แรงดนั ให้คงที่ตลอดเวลา เมอ่ื ได้รับไบอัสกลับ ซึ่งในทางอุดมคติ ซีเนอร์ไดโอด จะมีวงจรเทยี บเท่าหรือวงจรสมมลู ซึ่งเปน็ แบตเตอรี่ที่มขี นาดแรงดันไฟฟ้าตรง เทา่ กับแรงดนั ซเี นอร์ VZ (Zener Voltage) โดยมีข้ัวบวกของ VZ อยทู่ ี่ขาแคโถดและขวั้ ลบอยู่ทีข่ าอาโนด ดังภาพ ท่ี 2-8 ก.แต่ในทางปฏบิ ตั ิ ซเี นอร์ไดโอด จะมคี ่าความตา้ นทานภายในรอยตอ่ (RZ) อยูด่ ว้ ย ดงั ภาพที่ 2-8 ข. =+ IZ + VZ RZ = + VZ ก. ซีเนอรไ์ ดโอดในอุดมคติ ข. ซเี นอร์ไดโอดในทางปฏบิ ัติ ภาพท่ี 2-8 วงจรสมมลู ของซีเนอร์ไดโอด

65 ใบความรู้ หนว่ ยที่ 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชอื่ วชิ า งานพ้นื ฐานวงจรอิเล็กทรอนกิ ส์ สอนคร้ังที่ 3-4 ชอื่ หนว่ ย ซีเนอร์ไดโอด จำนวน 10 ชัว่ โมง ช่ือเรอื่ ง : ซเี นอรไ์ ดโอด เวลา 4 ช่ัวโมง 2.5 การวัดและทดสอบซเี นอรไ์ ดโอด การวดั และทดสอบซีเนอร์ไดโอด สามารถทำได้ 2 วธิ ี คอื 1) การวดั ความตา้ นทาน สามารถทำได้ โดยการทดสอบด้วยมัลตมิ ิเตอร์ ทั้งแบบอนาล็อกและแบบดิจิตอล เช่นเดียวกับ การวดั และทดสอบไดโอดธรรมดา ภาพท่ี 2-9 การทดสอบซีเนอร์ไดโอดดว้ ยมัลติมิเตอร์ การเสยี ของซีเนอร์ไดโอด มี 3 ลักษณะ เช่นกนั คือ 1) ไดโอดขาด (Open) หมายถงึ เขม็ มเิ ตอรไ์ ม่กระดกิ ทั้ง 2 คร้ัง 2) ไดโอดลดั วงจรหรือซอ็ ต (Short) หมายถงึ เขม็ มิเตอรข์ ึน้ ทง้ั 2 ครงั้ 3) ไดโอดร่วั ไหล (Leakage) หมายถึง เข็มมิเตอรข์ ึ้นมาก 1 ครั้ง และเขม็ มิเตอรข์ นึ้ เลก็ น้อย 1 คร้งั 2) การวัดแรงดนั ตกครอ่ มซเี นอร์ไดโอด สามารถทำได้ โดยการตอ่ แรงดันไฟฟ้าที่มีคา่ สงู กว่าค่าแรงดันซเี นอรอ์ นุกรมกับตัวต้านทาน กรณซี เี นอร์ไดโอดปกติ เมื่อปรับแรงดนั เพม่ิ ขนึ้ เร่ือย ๆ แรงดันท่ตี กคร่อมซีเนอร์ไดโอดจะคงที่ตลอด

66 ใบความรู้ หน่วยที่ 2 รหสั วชิ า 30105-0003 ชื่อวชิ า งานพ้ืนฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนคร้งั ที่ 3-4 ช่ือหนว่ ย ซเี นอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ช่วั โมง ชือ่ เร่ือง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชวั่ โมง ภาพที่ 2-10 การทดสอบซเี นอร์ไดโอดโดยการวดั แรงดันตกครอ่ มดว้ ยมลั ติมิเตอร์ การเสยี ของซีเนอรไ์ ดโอด 3 ลกั ษณะคอื 1) กรณีช็อต คือ เมอื่ วดั แรงดันตกครอ่ มจะมคี ่าเป็น 0V ตลอด 2) กรณีขาด คอื เมอ่ื วัดแรงดันตกคร่อม จะมคี า่ ตามการปรับแรงดนั ไฟฟา้ 3) กรณซี ีเนอร์ไดโอดรัว่ คอื เมอื่ วดั แรงดันตกครอ่ มค่าแรงดนั ท่ตี กครอ่ มจะไมค่ งท่ี (กรณี ทราบค่าแรงดันซีเนอร์) 2.6 วงจรใช้งานของซีเนอรไ์ ดโอด การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน สามารถทำได้หลายวงจร เช่น วงจรรักษาแรงดันให้คงที่ (Voltage regulator circuit) วงจรตดั สัญญาณหรือวงจรคลิป (Clipping Circuit) โดยเฉพาะในวงจรรักษาระดับแรงดันให้ คงที่ น้ัน จะต้องมคี วามตา้ นทานต่ออนุกรมกับซีเนอรไ์ ดโอดทุกคร้ัง เพ่อื ปอ้ งกนั กระแส (IZ) ไหลผา่ นซเี นอร์ไดโอด เกินค่าพิกัด มิเช่นนั้น จะทำให้ซีเนอร์ไดโอดชำรุดได้ และ ตัวต้านทานที่ต่อในวงจร จะต้องมีการคำนวณหาค่า ความต้านทานที่เหมาะสม วงจรจึงจะทำงานไดด้ ี นอกจาก การนำซีเนอร์ไดโอด มาทำหน้าที่รักษาระดับแรงดนั แล้ว ยงั สามารถนำอุปกรณ์อ่นื ๆ มาประยกุ ตใ์ ชก้ ับซีเนอรไ์ ดโอดได้

67 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 2 รหสั วชิ า 30105-0003 ชอ่ื วชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครง้ั ท่ี 3-4 ชื่อหนว่ ย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชวั่ โมง ช่ือเรอ่ื ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ช่วั โมง 1) วงจรรักษาระดบั แรงดันให้คงท่ี (Voltage Regulator Circuit) วงจรรกั ษาระดับแรงดนั คือ วงจรทท่ี ำหนา้ ทีร่ กั ษาแรงดันทางด้านเอาทพ์ ตุ ของแหลง่ จ่ายไฟให้ คงที่ ภายใตภ้ าวะการเปลีย่ นแปลงกระแสโหลด ~ R IZ ACV C VZ Vout Rectifier Filter Regulator ภาพที่ 2-11 วงจรรักษาระดับแรงดันให้คงท่ี การนำซีเนอรไ์ ดโอดไปใช้งาน ต้องตอ่ แบบรีเวิรส์ ไบอสั และต้องจ่ายแรงดันไฟฟ้าใหซ้ ีเนอร์ไดโอดถึง จดุ ซเี นอรเ์ สยี ก่อน จึงจะนำกระแส จากวงจรขา้ งล่างนี้ ใชซ้ เี นอรเ์ บอร์ 1N961 ซึ่งมจี ุดแรงดนั ซเี นอรอ์ ยูท่ ่ี 10 V R IZ 0–20 V Vout VZ = 10V ภาพท่ี 2-12 วงจรทดสอบคุณสมบตั ิของซเี นอรไ์ ดโอด การทำงานของวงจร เมื่อเริ่มปรับแรงดันไฟฟ้าจาก 0 V ซีเนอร์ไดโอด จะยังไม่ทำงาน หากวัด แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอด จะเท่ากับแรงดันที่จ่ายออกมา เมื่อปรับแรงดันจนถึง 10 V ซีเนอร์ไดโอดจะเร่ิม นำกระแส ถ้าเพ่ิมมากกว่าน้ี แรงดันท่ีตกคร่อมซเี นอร์ จะไม่เพิ่มอีกต่อไป จะรกั ษาแรงดันจุดนไ้ี วใ้ ห้คงท่ี เช่น จ่าย เพิ่มมาเปน็ 12 V ซเี นอรไ์ ดโอด จะตกคร่อมเพียง 10 V อีก 2 V ทีเ่ หลือจะตกคร่อมที่ตัวตา้ นทาน R และถ้าหาก จ่าย 20 V ซีเนอร์ไดโอดจะตกคร่อม 10 V อีก 10 V ที่เหลือจะตกคร่อมที่ตัวต้านทาน R ดังนั้น กรณีที่จะนำซี เนอร์ไดโอดไปใชใ้ นวงจรใช้งานจรงิ นั้นจำเปน็ จะต้องมี R ซ่ึง R จะมผี ลตอ่ คา่ กระแสที่จะไหลผา่ นวงจรและมผี ลต่อ ค่าวัตต์ของซีเนอรไ์ ดโอดดว้ ย

68 ใบความรู้ หน่วยที่ 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ช่ือวิชา งานพ้ืนฐานวงจรอเิ ล็กทรอนิกส์ สอนครงั้ ที่ 3-4 ชอ่ื หนว่ ย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชวั่ โมง ชือ่ เรอื่ ง : ซเี นอร์ไดโอด เวลา 4 ช่ัวโมง ตวั อยา่ งที่ 2-1 มแี บตเตอร่รี ถยนต์ 12 V อยู่ชดุ หน่งึ ตอ้ งการนำแบตเตอรนี่ ี้ มาใชก้ ับวิทยุเทป ซึ่ง ต้องการแรงดนั เพยี ง 9 V เทา่ น้ัน จะทำอยา่ งไร เพือ่ ให้วทิ ยุเทปใช้งานได้กบั แรงดนั ไฟ 9 V R IZ 12 V VZ=9 V ภาพท่ี 2-13 วงจรซเี นอร์ไดโอดตัวอยา่ งที่ 2-1 การคำนวณ หาก IZ = 50 mA ดงั น้ัน R = E – Vz Iz แทนค่า R = 12 V – 9 V 50 mA = 60  ตวั อยา่ งท่ี 2-2 วงจรข้างล่างน้ี แรงดันเอาทพ์ ุตและแรงดนั ตกคร่อมตัวต้านทานมคี ่าเท่ากับเท่าไร R IZ Vout 50V VZ = 15V VZ = 15V ภาพท่ี 2-14 วงจรซเี นอรไ์ ดโอดตัวอยา่ งที่ 2-2

69 ใบความรู้ หน่วยท่ี 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ช่อื วชิ า งานพืน้ ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ สอนครั้งที่ 3-4 ชอื่ หน่วย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ช่วั โมง ชื่อเรอ่ื ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ช่ัวโมง Vout = 30 V VR = 20 V หากคำนวณหาคา่ R โดยกำหนด IZ = 50 mA ดงั นัน้ R = 20 V 50 mA = 400  การออกแบบวงจรเร็กกเู ลเตอร์ทใี่ ช้ซเี นอรไ์ ดโอด ตวั อยา่ งท่ี 2-3 วงจรปรีแอมปต์ อ้ งการไฟตรง 9V / 15 mA 12 Vac 1N4007 X2 D1 220 V IS RS 12 Vac D2 + IZ IL 10K C1 470/25V 9V RL ภาพท่ี 2-15 วงจรซเี นอรไ์ ดโอดตัวอยา่ งที่ 2-3 กระแสท่ีไหลผา่ นซเี นอร์ไดโอด ควรมีค่า  0.1 IL max แต่ไม่ควรต่ำกวา่ 5 mA ดังน้ัน คดิ IZ = 5 mA จะได้ กระแสทีไ่ หลผ่านตวั ต้านทาน Rs IS = IZ + IL = 5 mA + 15 mA = 20 mA แรงดนั ที่ออกจากวงจรเร็กตฟิ ายเออรห์ รอื แรงดันท่ีตกครอ่ มตวั เกบ็ ประจุ C1 VC1 = Vrms x 1.414 = 16.96 V

70 ใบความรู้ หน่วยท่ี 2 รหสั วชิ า 30105-0003 ชือ่ วชิ า งานพ้ืนฐานวงจรอิเล็กทรอนกิ ส์ สอนคร้ังที่ 3-4 ชือ่ หนว่ ย ซเี นอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชั่วโมง ช่ือเร่ือง : ซเี นอร์ไดโอด เวลา 4 ชว่ั โมง คำนวณ หาคา่ ตวั ต้านทาน Rs จากสูตร Rs = VZ = 9V IL 15 mA = 398  (เลือกใช้คา่ ความตา้ นทาน 390) คำนวณ หาค่าตัวตา้ นทาน RL จากสูตร RL = VC1 - VZ = 16.2096=mVA- 9V Is = 600  2 แบบ ดงั นี้ ชนิดของวงจรรักษาระดบั แรงดัน การแบ่งชนิดของวงจรรักษาระดับแรงดนั สามารถแบ่งไดต้ ามการต่อของอุปกรณค์ วบคมุ ได้ (1) วงจรรกั ษาระดบั แรงดนั แบบอนกุ รม (Series Voltage Regulator) อุปกรณ์ Vo Vi ควบคมุ วงจร สมุ่ ตวั อย่าง แรงดนั วงจร อา้ งอิง เปรยี บเทยี บ ภาพท่ี 2-16 บล็อคไดอะแกรมวงจรรักษาระดบั แรงดนั แบบอนกุ รม

71 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 2 รหัสวิชา 30105-0003 ชื่อวชิ า งานพื้นฐานวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สอนคร้ังท่ี 3-4 ชอ่ื หน่วย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชว่ั โมง ชอ่ื เร่อื ง : ซเี นอร์ไดโอด เวลา 4 ชั่วโมง จากบล็อคไดอะแกรม ภาพที่ 2-16 จะเห็นว่า อุปกรณ์ควบคุม (Control Element) อนุกรม กับวงจรควบคุมแรงดันที่เอาทพ์ ุตจะใชว้ ธิ กี ารสมุ่ ตัวอยา่ ง (Sampling) แรงดันเอาท์พตุ แล้วจงึ นำไปเปรียบเทียบ ในวงจรเปรียบเทียบ (Comparator Circuit) ซึ่งวงจรเปรียบเทียบจะนำข้อมูลจากแรงดันอ้างอิงไปเปรียบเทยี บ กับแรงดันที่ได้จากวงจรสุ่มตัวอย่าง ผลที่ได้จะส่งไปควบคุมอุปกรณ์ควบคุม เพื่อให้อุปกรณ์ควบคุมได้ควบคุม แรงดนั เอาทพ์ ตุ ให้คงทตี่ ลอดเวลา การทำงานของบลอ็ คไดอะแกรม กรณีแรงดันทางด้านเอาท์พุตออกมามากขึ้น วงจรเปรียบเทียบ จะส่งสัญญาณควบคุมไป อุปกรณ์ควบคมุ ใหล้ ดค่าของแรงดนั เอาท์พตุ ลงเทา่ กับแรงดันทต่ี อ้ งการ กรณีแรงดันทางด้านเอาท์พุตออกมาลดลง วงจรเปรียบเทียบ จะส่งสัญญาณควบคุมไป อปุ กรณค์ วบคมุ ให้เพ่ิมคา่ ของแรงดนั เอาทพ์ ตุ ให้มากขึ้น เพ่อื ให้แรงดนั อยูใ่ นระดบั ท่ตี อ้ งการ Q1 Vi VO R RL VZ ทรานซิสเตอร์ Q1 เปน็ อุปกรณ์ควบคมุ ซีเนอร์ไดโอดเป็นตวั กำหนดแรงดนั อ้างอิง ภาพที่ 2-17 ตัวอย่างวงจรรกั ษาระดบั แรงดันแบบอนกุ รม การทำงานของวงจรรักษาระดับแรงดนั แบบอนุกรม กรณีแรงดนั ทางด้านเอาทพ์ ตุ ออกมามาก ทำใหแ้ รงดันทีข่ าเบสและอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q1 ลดลง เป็นเหตุทำให้ทรานซิสเตอร์นำกระแสน้อยลง จะส่งผลให้แรงดันเอาท์พุตของวงจรรักษาระดับแรงดนั ลดลงในระดบั ทีต่ ้องการ

72 ใบความรู้ หน่วยที่ 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชือ่ วชิ า งานพ้นื ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ สอนคร้งั ที่ 3-4 ช่ือหน่วย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ช่ัวโมง ชื่อเรอื่ ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชั่วโมง กรณีแรงดนั ทางเอาท์พตุ ออกมาลดลง ทำใหแ้ รงดันท่ขี าเบสและอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q1 จะเพิม่ มากขึ้น ทำใหท้ รานซิสเตอร์ Q1 นำกระแสมากขึน้ จนกระท่ังถึงค่าแรงดันในระดบั ทตี่ ้องการ จากภาพท่ี 2-17 มีการพฒั นาวงจรรักษาระดับแรงดนั ให้ดีขึ้น ดังแสดงในภาพท่ี 2-18 จาก วงจรจะมี R1 และ R2 เปน็ วงจรสุ่มตวั อย่าง ซีเนอรไ์ ดโอด VZ เป็นตัวกำหนดแรงดันอา้ งอิง และกระแสเบสของ ทรานซสิ เตอร์ Q2 จะถกู ควบคมุ โดยแรงดนั ท่มี ีกระแสไหลผา่ นซเี นอร์ไดโอด VZ ซึ่งกระแสนจี้ ะเปน็ ตัวปรับแรงดนั ที่เอาท์พุต ของวงจรใหค้ งท่ี Q1 VO Vi R4 Q2 VZ R1 RL VBE R3 V2 R2 ภาพท่ี 2-18 วงจรท่มี ีการพัฒนาให้วงจรรักษาระดับแรงดันให้ดีขน้ึ การทำงานของวงจรรักษาระดบั แรงดันทีม่ กี ารพัฒนา ถ้าแรงดันเอาท์พุตเพิม่ ขึ้น จะทำให้แรงดันที่ได้จากวงจรสุ่มตัวอยา่ งหรือแรงดนั ตกคร่อม R1 และ R2 เพม่ิ ขึ้น ทำใหแ้ รงดันทต่ี กคร่อมตัวตา้ นทาน R2 หรือค่าแรงดัน V2 เพมิ่ ขึน้ จนทำให้ซเี นอร์ไดโอด VZ นำกระแสผ่าน R3 เกิดแรงดนั ตกครอ่ มที่ R3 ซงึ่ แรงดนั ดังกล่าวจะเป็นแรงดันไบอสั ให้แกข่ าเบสและขาอิมิตเตอร์ ของทรานซสิ เตอร์ Q2 จะทำให้ทรานซิสเตอร์ Q2 นำกระแส ซ่ึงทรานซสิ เตอร์ Q2 จะเป็นตัวแบ่งกระแสเบสของ Q1 และส่งผลให้ทรานซิสเตอร์ Q1 มีกระแสคอลเลคเตอร์ไหลน้อยลง ทำให้แรงดันตกคร่อม RL หรือแรงดัน เอาท์พุต ลดลง จนกระทั่งแรงดันตกคร่อม RL น้อยกว่าจุดแรงดันพังทลายของซีเนอร์ไดโอด VZ ทำให้แรงดันที่ เอาทพ์ ตุ คงที่ตลอดเวลา ในสภาวะที่แรงดันเอาท์พุตคงท่ี จะทำให้แรงดัน V2 เท่ากับผลรวมของแรงดันระหว่าง แรงดันที่ขาเบสอิมติ เตอรข์ อง Q2 กบั แรงดันท่ีตกคร่อมซีเนอร์ไดโอด VZ กระแสจะไมไ่ หลผ่านซเี นอรไ์ ดโอด

73 ใบความรู้ หนว่ ยที่ 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ชื่อวชิ า งานพนื้ ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ สอนครง้ั ที่ 3-4 ชอื่ หนว่ ย ซีเนอร์ไดโอด จำนวน 10 ชวั่ โมง ชอ่ื เร่อื ง : ซเี นอรไ์ ดโอด เวลา 4 ช่วั โมง นอกจาก การควบคุมวงจรรักษาระดับแรงดันโดยใช้ทรานซิสเตอร์แล้ว ยังมีการพัฒนา โดยการใชไ้ อซอี อปแอมป์ เปน็ วงจรเปรยี บเทียบแรงดนั อ้างอิงที่ได้จากซีเนอร์ไดโอดกบั แรงดนั ทปี่ ้อนกลับจากตัว ต้านทานตรวจสอบ หรือตวั ต้านทาน R1 และ R2 ถ้าแรงดันเอาท์พตุ เปลี่ยนแปลง ทรานซิสเตอร์ Q1 จะควบคุมให้ แรงดนั เอาทพ์ ตุ คงทีต่ ลอดไป ดังแสดงในภาพที่ 2-19 Vi Q1 R3 VO R1 R2 VZ ภาพท่ี 2-19 การใช้ไอซีออปแอมปใ์ นวงจรรกั ษาระดบั แรงดัน วงจรจำกัดกระแสในวงจรรักษาระดบั แรงดนั แบบอนุกรม การทำงานของวงจรจำกดั กระแสในวงจรรกั ษาระดบั แรงดันแบบอนกุ รม เมื่อเกิดการลัดวงจรหรือกระแสโหลด IL ไหลมากขึ้น จะทำให้วงจรตรวจเช็กการลดั วงจร (Short Circuit Sensing) หรือตัวต้านทาน RSC มีค่าแรงดันตกคร่อม RSC เพิ่มขึ้นเพียงพอที่จะขับ ทรานซิสเตอร์ Q2 ให้ทำงาน จะทำให้กระแสเบสของ Q1 ถูกแบ่งออกไปผ่านขาคอลเลคเตอรแ์ ละอิมติ เตอรข์ อง Q1 ผ่าน R1 และ R2 ลงกราวด์ เป็นผลให้กระแสเบสของ Q1 ลดลง ซึ่งจะทำใหแ้ รงดนั เอาทพ์ ตุ ลดลงดว้ ย ดังน้ัน ตัวต้านทาน RSC และทรานซสิ เตอร์ Q2 เป็นอุปกรณ์ท่ีทำหนา้ ท่ีจำกดั กระแส ไหลผ่านโหลดสูงสดุ

74 ใบความรู้ หนว่ ยที่ 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชือ่ วิชา งานพื้นฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครั้งท่ี 3-4 ชื่อหน่วย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชว่ั โมง ชอ่ื เรอ่ื ง : ซีเนอร์ไดโอด เวลา 4 ชวั่ โมง Vi Q1 RSC R3 Q2 VO R1 RL VZ R2 ภาพที่ 2-20 วงจรจำกัดกระแสของวงจรรกั ษาระดบั แรงดนั แบบอนุกรม (2) วงจรรกั ษาระดับแรงดนั แบบขนาน (Shunt Voltage Regulator) Vi RS IS IS Vo IL อปุ กรณ์ สัญญาณควบคมุ วงจร ควบคมุ สุ่มตัวอยา่ ง RL (Load) ตวั กำหนด วงจร เปรยี บเทยี บ สญั ญาณปอ้ นกลับ แรงดันอ้างองิ อ้างองิ ภาพที่ 2-21 บล็อกไดอะแกรมวงจรรักษาระดบั แรงดันแบบขนาน

75 ใบความรู้ หน่วยที่ 2 รหสั วิชา 30105-0003 ช่อื วชิ า งานพน้ื ฐานวงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ สอนครั้งท่ี 3-4 ช่ือหน่วย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชว่ั โมง ชอ่ื เรอ่ื ง : ซีเนอร์ไดโอด เวลา 4 ชว่ั โมง จากบลอ็ คไดอะแกรม ภาพที่ 2-21 ถา้ แรงดันที่โหลดมีการเปล่ียนแปลง จะทำให้เกิดแรงดัน ตกคร่อมวงจรสุ่มตวั อยา่ ง และสัญญาณนน้ั จะป้อนกลับไปเปรียบเทยี บกับแรงดันอ้างองิ ผลของการเปรียบเทียบ จากวงจรเปรียบเทยี บเป็นอย่างไร จะส่งผลไปควบคุมอุปกรณค์ วบคมุ เพือ่ ที่จะไปปรบั เปล่ียนแรงดนั เอาท์พุตให้ คงที่ตอ่ ไป RS VO Vi VZ Q1 RL ภาพท่ี 2-22 วงจรรกั ษาระดับแรงดันโดยใช้ทรานซสิ เตอร์ จากวงจรรกั ษาระดับแรงดันอย่างง่าย จะมีตวั ตา้ นทาน RS ทำหน้าท่ีลดแรงดันท่ีได้จากวงจร เร็กติฟายเออร์ที่ยังไมม่ ีการรกั ษาระดับแรงดัน โดยจำนวนกระแสที่แหล่งจา่ ย จะจ่ายให้กับวงจรจะมีค่าเท่ากบั กระแสโหลด แรงดนั ท่ีตกครอ่ มท่ีเอาท์พุตถกู ปรับโดยซีเนอร์ไดโอดร่วมกบั แรงดนั ที่ขาเบส-อิมติ เตอร์ ถ้าค่ารีซิสแตนซ์ของโหลดลดลง กระแสที่จะไปขับที่ขาเบสของ Q1 จะลดลงตามด้วย ทำให้ กระแส คอลเลคเตอร์ของทรานซิสเตอร์ Q1 ลดลง ซึ่งจะทำให้กระแสโหลดมากขึ้น ดังนั้น จะทำให้แรงดันตก ครอ่ มโหลดสามารถรักษาระดบั ใหค้ งที่ ท่รี ะดบั ท่ีต้องการ จากภาพที่ 2-22 ไดม้ กี ารพฒั นาวงจรรกั ษาระดับแรงดนั แบบขนานให้ดีข้ึน ดังภาพท่ี 2-23 ซึง่ ในวงจรได้เพิ่มไอซีออปแอมป์ เพอื่ เปน็ วงจรเปรยี บเทียบแรงดันระหว่างแรงดันป้อนกลับ (Feedback) จากวงจร แบ่งแรงดัน (Voltage Divider) หรือจากตัวต้านทาน R1 และ R2 กับแรงดันอ้างอิง (Voltage Reference) ที่ได้ จากซเี นอรไ์ ดโอด ผลของการเปรียบเทียบของไอซีออปแอมป์นัน้ จะสง่ ไปควบคมุ ทรานซิสเตอร์ Q1 ซึง่ จะทำให้ กระแสทไี่ หลผ่าน RS ถกู ควบคมุ แรงดันตกครอ่ ม RS ดงั น้นั จะทำใหแ้ รงดันเอาทพ์ ุตคงทต่ี ลอดไป

76 ใบความรู้ หน่วยท่ี 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชื่อวิชา งานพ้ืนฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ ส์ สอนครงั้ ท่ี 3-4 ชือ่ หนว่ ย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชั่วโมง ชอ่ื เร่ือง : ซเี นอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชัว่ โมง Vi R1 VO R3 Q1 RL R2 VZ ภาพที่ 2-23 วงจรรกั ษาระดับแรงดนั แบบขนานทใ่ี ช้ออปแอมป์ควบคมุ กระแส วงจรเรก็ กเู ลเตอร์สำเร็จรปู หรอื ไอซเี รก็ กูเลเตอร์ ไอซเี รก็ กูเลเตอร์ คอื ไอซที ่ที ำหนา้ ทีร่ กั ษาแรงดนั ที่เอาท์พุตของแหล่งจ่ายไฟให้คงท่ี ไม่วา่ โหลดจะเปลี่ยนแปลง ไอซีเร็กกเู ลเตอร์ มขี าใช้งาน 3 ขา คอื ขาอนิ พุต ขาเอาท์พุต และขากราวด์ ไอซีเรก็ กเู ลเตอร์ มีโครงสรา้ งภายในประกอบดว้ ย (1) วงจรอ้างองิ (Reference Voltage) (2) วงจรเปรียบเทียบ (Comparator Circuit) (3) อุปกรณ์ควบคมุ (Control Device) (4) วงจรปอ้ งกนั ไฟเกนิ (Overload Protection) การตอ่ วงจรไปใชง้ านของไอซเี ร็กกเู ลเตอร์ แสดงไดด้ ังภาพที่ 2-24 ขา 1 ของไอซีเร็กกเู ลเตอร์ จะเป็นขาอินพุต ขา 2 เป็นขาเอาท์พุต และขา 3 เปน็ ขาต่อลงกราวด์

77 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 2 รหสั วิชา 30105-0003 ชอ่ื วชิ า งานพ้ืนฐานวงจรอิเล็กทรอนกิ ส์ สอนครง้ั ที่ 3-4 ชื่อหน่วย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชวั่ โมง ช่อื เรื่อง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชวั่ โมง + 1 In 2 + Vi Out Vo 7812 C1 C1 GND 3 ภาพท่ี 2-24 วงจรรกั ษาระดบั แรงดนั โดยใช้ไอซีเร็กกูเลเตอร์ จุดเด่นของไอซเี ร็กกเู ลเตอร์ คือ สามารถต่อใชง้ านได้ง่าย ไมต่ ้องเพม่ิ อปุ กรณ์ภายนอกมากนัก บางครั้ง ควรใส่ตัวเก็บประจุด้านอินพุท เพื่อป้องกันการเกดิ ออสซิเลทที่ความถี่สูง จะทำใหว้ งจรขาดเสถยี รภาพ เอาท์พตุ ทอ่ี อกจากไอซีเร็กกเู ลเตอร์ จะไดแ้ รงดันเอาท์พุตที่เรยี บพอสมควร ทั้งนี้ อาจจะต้องใส่ตัวเก็บประจุด้าน เอาทพ์ ตุ อีก เพอื่ ปรับปรุงแรงดันใหเ้ รียบขนึ้ วงจรรกั ษาระดบั แรงดนั แบบปรบั ค่าได้ (Adjustable Voltage Regulator) วงจรรกั ษาระดบั แรงดันทมี่ ีคา่ แรงดันเอาท์พตุ คงที่ ไดม้ กี ารพัฒนาวงจรให้สามารถปรบั แรงดัน ทางด้านเอาทพ์ ตุ ได้ โดยใช้ไอซี เบอร์ LM 317 แสดงได้ดังภาพท่ี 2-25 + VIn + VOut LM 317 Vref R1 ADJ Vi VO R2 ภาพที่ 2-25 วงจรรกั ษาระดบั แรงดันทส่ี ามารถปรบั คา่ ได้ โดยใช้ไอซี เบอร์ LM 317

78 ใบความรู้ หนว่ ยที่ 2 รหัสวิชา 30105-0003 ชอ่ื วิชา งานพื้นฐานวงจรอิเล็กทรอนกิ ส์ สอนครั้งที่ 3-4 ชื่อหนว่ ย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชวั่ โมง ชื่อเรื่อง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชว่ั โมง 2) วงจรตัดรูปคลนื่ (Zener Limiting) การนำซีเนอร์ไดโอดไปใชง้ านรปู แบบหน่งึ คอื วงจรตดั รปู คล่ืน ค่าระดับแรงดันเอาท์พุตสูงสุด มีคา่ เทา่ กบั แรงดนั ซีเนอร์ R VZ Vi 0 -0.7 V ก.) วงจรตดั รปู คลนื่ ดา้ นบวก 0.7 V R 0 Vi ข.) วงจรตดั รูปคล่ืนด้านลบ VZ VZ2 R VZ1 Vi ZD1 0 ZD2 ค.) วงจรตัดรปู คลืน่ ทั้งดา้ นบวกและด้านลบ ภาพที่ 2-26 วงจรตัดรูปคล่นื โดยใชซ้ เี นอรไ์ ดโอด

79 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ช่ือวชิ า งานพืน้ ฐานวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ สอนครั้งที่ 3-4 ชื่อหน่วย ซเี นอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชัว่ โมง ชอื่ เรอ่ื ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ช่วั โมง ตัวอย่างที่ 3 จากวงจรตัดรูปคลน่ื ทีใ่ ช้ซีเนอรไ์ ดโอด ดังรูปข้างลา่ งนี้ จงเขียนรูปคลื่นทางดา้ นเอาท์พุตของวงจร และระดับแรงดันใหถ้ กู ต้อง R 5.8 10V 2.7 V - 3.4 0 0 -10V 5.1 V R 6.9 6.2 V 20V 0 0 15 V -20V - 15.7 ภาพท่ี 2-27 วงจรตัดรปู คลนื่ ท่ใี ช้ซเี นอรไ์ ดโอด บทสรุป ซีเนอรไ์ ดโอด เป็นไดโอดชนิดพเิ ศษที่สร้างขึน้ มาเพ่ือทำหนา้ ทร่ี ักษาระดบั แรงดันให้คงท่มี โี ครงสร้าง และขาใช้งานเหมอื นกบั ไดโอดธรรมดา แต่สามารถทนกระแสไบอสั กลับได้ โดยไมพ่ ังเสยี หาย ระดับแรงดนั ท่ีป้อน ใหก้ บั ซเี นอรไ์ ดโอด จะตอ้ งมคี ่าตง้ั แต่จดุ แรงดนั ซีเนอร์ขน้ึ ไป จงึ จะทำให้ซีเนอร์ไดโอดนำกระแส เม่ือซีเนอรไ์ ดโอด นำกระแส แรงดนั ทต่ี กครอ่ มซเี นอรไ์ ดโอด จะมีค่าท่ีคงท่ี แตเ่ มือ่ นำซีเนอรไ์ ดโอดต่อไบอสั แบบตรงซเี นอร์ไดโอดจะ ทำงานเหมือนกับไดโอดธรรมดา

80 ใบความรู้ หน่วยท่ี 2 รหสั วชิ า 30105-0003 ช่ือวชิ า งานพ้ืนฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนิกส์ สอนครงั้ ที่ 3-4 ชอ่ื หน่วย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ชวั่ โมง ชอื่ เรอื่ ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 4 ชั่วโมง การไบอัสซเี นอร์ไดโอด สามารถทำได้ 2 วธิ ี คอื การไบอสั ตรง โดยต่อข้ัวบวกของแหลง่ จ่ายต่อเข้า กับขาแอโนดและต่อข้วั ลบของแหล่งจา่ ยต่อเขา้ กบั ขาแคโถดของซเี นอร์ไดโอด เมอ่ื ซเี นอร์ไดโอดไดรบั ไบอสั ตรงจะ นำ กระแสเหมอื นกับ ไดโอดธรรมดา และการไบอสั กลับ โดยต่อข้ัวบวกของแหลง่ จ่ายตอ่ เข้ากบั ขาแคโถดและต่อ ขั้วลบของแหล่งจ่ายต่อเข้ากับขาแอโนดของซีเนอร์ไดโอด เมื่อซีเนอร์ไดโอดไดรับไบอัสกลับจะไม่นำกระแสหาก แรงดนั ไมถ่ งึ จุดพังทลาย หรอื แรงดนั ซีเนอร์ การวัดและทดสอบซเี นอร์ไดโอด สามารถทำได้ 2 วธิ ี คอื การวัดความต้านทาน โดยทำการวัดและ ทดสอบเหมือนกบั ไดโอดธรรมดา การเสียของซเี นอรไ์ ดโอด มี 3 ลกั ษณะ คือ ขาด ช็อต และรั่ว กับการวัดแรงดนั ทตี่ กครอ่ มซเี นอร์ไดโอด โดยการตอ่ แรงดนั ไฟฟา้ ทมี่ คี า่ สงู กวา่ คา่ แรงดันซีเนอรอ์ นกุ รมกับตวั ต้านทาน กรณซี ีเนอร์ ไดโอดปกติ เมอื่ ปรบั แรงดันเพ่มิ ขึ้นเรอ่ื ย ๆ แรงดันท่ตี กคร่อมซเี นอร์ไดโอดจะคงท่ีตลอด การเสยี ของซีเนอร์ ไดโอด มี 3 กรณี ได้แก่ ชอ็ ต คือ วัดแรงดันตกคร่อม จะมคี ่าเปน็ 0V ตลอด , ขาด คอื วัดแรงดันตกครอ่ ม จะมี คา่ ตามการปรับแรงดันไฟฟ้า และ รั่ว คอื วดั แรงดันตกคร่อม จะมีคา่ แรงดันไม่คงที่ (กรณที ราบค่าแรงดันซีเนอร์) ซีเนอร์ไดโอด นำไปใช้เป็นวงจรรักษาระดับแรงดันหรอื วงจรเร็กกเู ลเตอร์ เพื่อให้มีค่าแรงดันคงที่ ตลอดเวลา

81 แบบฝึกหดั หนว่ ยที่ 2 รหัสวชิ า 30105-0003 ชอื่ วิชา งานพ้ืนฐานวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์ สอนครั้งท่ี 3-4 ช่อื หน่วย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชว่ั โมง ช่ือเร่อื ง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 30 นาที ตอนท่ี 1 จงทำเครื่องหมาย () ลงหน้าขอ้ ทถ่ี ูกต้อง 1. เมื่อจา่ ยฟอรเ์ วิรด์ ไบอสั แก่ซีเนอร์ไดโอด ซเี นอร์ไดโอดจะทำงานเหมอื นกบั อุปกรณใ์ ด ก. ไดโอด ข. ตวั ตา้ นทาน ค. ตวั เก็บประจุ ง. ทรานซิสเตอร์ จ. วารแิ คปไดโอด 2. ซเี นอรไ์ ดโอด นำไปใชเ้ ปน็ วงจรใด ก. วงจรทวแี รงดนั ข. วงจรคลปิ เปอร์ ค. วงจรเรก็ ตฟิ ายร์ ง. วงจรแคมป์เปอร์ จ. วงจรเรก็ กเู ลเตอร์ 3. ข้อใดเป็นสญั ลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด ก. ข. ค. ง. จ. 4. ซเี นอร์ไดโอด มีคา่ Vz = 12 V ตอ่ อนุกรมกบั ตวั ตา้ นทาน 12 k จงหาค่ากระแสไฟฟ้า เมื่อแรงดนั 48 V ก. 1 mA ข. 2 mA ค. 3 mA ง. 4 mA จ. 5 mA 5. การไบอัสซีเนอร์ไดโอดมีกี่วิธี ก. 1 วิธี ข. 2 วิธี ค. 3 วิธี ง. 4 วธิ ี จ. 5 วิธี

82 แบบฝกึ หดั หนว่ ยที่ 2 รหัสวิชา 30105-0003 ชื่อวิชา งานพื้นฐานวงจรอเิ ล็กทรอนกิ ส์ สอนคร้ังท่ี 3-4 ชื่อหนว่ ย ซเี นอร์ไดโอด จำนวน 10 ช่วั โมง ช่ือเร่ือง : ซีเนอรไ์ ดโอด เวลา 30 นาที 6. ไอซสี ำเรจ็ รปู ท่ีทำหน้าทรี่ กั ษาระดับแรงดัน ขาใช้งานกี่ขา ก. 1 ขา ข. 3 ขา ค. 5 ขา ง. 7 ขา จ. 9 ขา 7. การนำซีเนอรไ์ ดโอดไปใชง้ าน จะต้องต่อไบอัสแบบใด ก. ไบอัสตรง ข. ไบอัสคงท่ี ค. ไบอัสกลับ ง. ไบอัสผสม จ. ไบอสั ขนาน 8. เม่อื มีซีเนอร์ไดโอดทีม่ คี า่ Vz = 6 V จำนวน 2 ตัว แตถ่ ้าตอ้ งการแรงดันซีเนอร์ 12 V จะต้องตอ่ อย่างไร ก. แบบผสม ข. แบบขนาน ค. แบบอนุกรม ง. ตอ่ ได้ทกุ แบบ จ. ต่ออนุกรมกบั แบตเตอร่ี 9. การวัดและทดสอบซเี นอรไ์ ดโอด ทำไดก้ ่ีวธิ ี ก. 1 วิธี ข. 2 วธิ ี ค. 3 วิธี ง. 4 วิธี จ. 5 วิธี 10. ถ้าซเี นอรไ์ ดโอดไดร้ บั ไบอสั กลบั คา่ สงู มาก ๆ จะมผี ลอย่างไร ก. ซีเนอร์ไดโอดพงั เสียหาย ข. ซเี นอรไ์ ดโอดนำกระแสนอ้ ยลง ค. ซเี นอร์ไดโอดควบคุมกำลังไม่ได้ ง. ซเี นอรไ์ ดโอดจะมีรปิ เปลิ มากข้ึน จ. ซีเนอร์ไดโอดรักษาระดบั แรงดันคงที่

83 แบบฝึกหัด หน่วยท่ี 2 รหัสวิชา 30105-0003 ชือ่ วิชา งานพ้ืนฐานวงจรอเิ ลก็ ทรอนิกส์ สอนครั้งท่ี 3-4 ชื่อหน่วย ซีเนอรไ์ ดโอด จำนวน 10 ชั่วโมง ชื่อเรอื่ ง : ซเี นอรไ์ ดโอด เวลา 30 นาที ตอนท่ี 2 จงเติมคำลงในช่องว่างให้สมบูรณ์ 1. ซเี นอร์ไดโอด ตา่ งจากไดโอด คอื …………………………………………………………….……………………………………………. 2. ผลการวดั ความต้านทาน เมอ่ื ซีเนอรไ์ ดโอด อยู่ในสภาพปกติ คอื ...................................................................... .………………………………………….………………………………………………………………………………………………….……………… 3. ผลการวดั แรงดนั เมือ่ ซเี นอร์ไดโอด อยู่ในสภาพปกติ คอื .................................................................................. .………………………………………….………………………………………………………………………………………………….……………… 4. เม่ือแรงดนั ท่ีจา่ ยให้กบั วงจร 36V ให้กบั ซีเนอร์ไดโอดที่มคี ่า Vz = 12V ตอ่ อนกุ รมกบั ตัวตา้ นทาน 6 k จะมี กระแสไหลผา่ นในวงจร เทา่ กบั ………………. mA 5. ไอซีเร็กกเู ลเตอร์ มีโครงสรา้ งภายในประกอบด้วย .............................................................................................. .................................................................................................................................................................................

84 เอกสารอา้ งอิง “ซเี นอรไ์ ดโอด”. ม.ป.ป.. [ระบบออนไลน์]. แหลง่ ทม่ี า http://www.frankshospitalworkshop.com/ electronics/training_course_zener_diode.html. สืบค้น เม่ือ 12 สงิ หาคม 2558. ประพันธ์ พพิ ฒั นสุข และคณะ. ม.ป.ป.. ปฏิบัติอปุ กรณ์อเิ ลก็ ทรอนกิ สแ์ ละวงจร 2. กรงุ เทพฯ : สำนกั พมิ พ์ ศูนย์สง่ เสรมิ อาชีวะ. พุทธารักษ์ แสงก่งิ . ม.ป.ป.. อุปกรณอ์ เิ ลก็ ทรอนิกส์. กรุงเทพฯ : สำนกั พิมพ์ ศูนย์สง่ เสริมอาชีวะ. พนั ธ์ศักด์ิ พุฒิมานิตพงศ์. ม.ป.ป.. อุปกรณ์อิเล็กทรอนกิ ส์และวงจร. กรงุ เทพฯ : สำนกั พิมพศ์ ูนยส์ ง่ เสรมิ วิชาการ. ไวพจน์ ศรีธญั . 2546. อุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์. กรงุ เทพฯ : สำนักพมิ พ์วงั อักษร. สถาบนั อเิ ลก็ ทรอนิกสก์ รุงเทพ. 2544. ซเี นอร์ไดโอด มาตรฐาน. อเิ ล็กทรอนิกส์แฮนด์บคุ๊ 9, 57 : 34-36.