The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.

นวัตกรรม วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร หน่วยที่ 1

Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by nutodmen, 2019-03-19 23:21:52

หนังสือ เรื่องสารกึ่งตัวนำแหละไดโอด

นวัตกรรม วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร หน่วยที่ 1

สาระสาคัญ
วชิ า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ระดับประกาศนียบัตรวชิ าชีพ (ปวช.) ชนั้ ปที ี่ 2 แผนกช่างไฟฟ้า

เรื่อง สารกง่ึ ตัวนาและไดโอดสารก่งึ ตัวนา
สารก่ึงตัวนา ( Semi – Conductor ) หมายถึง ธาตุหรือสารที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า อยู่ระหว่างความ
เป็นตัวนาและฉนวน สารก่ึงตัวนาที่เรานิยมนามาใช้งานทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ได้แก่ ซิลิกอนและ
เจอรเ์ มเนยี ม เมอื่ ใดทเี่ รานาสารก่ึงตัวนามาทาให้เกิดรอยต่อ P-N ขึน้ จะไดอ้ ปุ กรณส์ ารกึง่ ตัวนาชนดิ รอยต่อ P-N ท่ี
ถูกเรียกว่า ไดโอด ( Diode ) โดยหน้าท่ีไดโอดจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวมันได้เพียงทิศทางเดียว ซึ่ง
ไดโอดจะนากระแสเมื่อถูกต่อวงจรในลักษณะไบแอสตรง (Forward bias) และมันจะกั้นกระแสเมื่อถูกต่อวงจรใน
ลักษณะไบแอสกลับ ( Reverse bias ) เราจึงนาคณุ ลักษณะดังกล่าวของไดโอดไปใช้งานในวงจรเรยี งกระแส
( Rectifier ) เพ่ือทาการเปลย่ี นไฟฟา้ กระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง

เน้อื หา
วิชา อุปกรณอ์ เิ ล็กทรอนกิ ส์และวงจร ระดับประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) ช้นั ปที ่ี 2 แผนกช่างไฟฟ้า

เร่ือง สารกึ่งตัวนาและไดโอดสารก่งึ ตวั นา

1. โครงสรา้ งพ้นื ฐานทางอะตอมของสารก่ึงตัวนา
2. วงโคจรอิเลก็ ตรอน
3. สารกึง่ ตัวนาบรสิ ทุ ธ์ิ
4. สารกึ่งตวั นาไม่บรสิ ุทธ์ิ
5. ไดโอด
6. การไบแอสไดโอด
7. คณุ ลักษณะของไดโอด
8. การตรวจสอบไดโอดดว้ ยมัลติมเิ ตอร์

จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้
วิชา อุปกรณอ์ ิเล็กทรอนกิ ส์และวงจร ระดับประกาศนียบัตรวชิ าชพี (ปวช.) ช้นั ปที ี่ 2 แผนกชา่ งไฟฟ้า

เรือ่ ง สารกึง่ ตัวนาและไดโอดสารกงึ่ ตวั นา

1. บอกลกั ษณะโครงสร้างพน้ื ฐานทางอะตอมของสารกึง่ ตวั นาได้
2. คานวณหาจานวนอเิ ล็กตรอนแตล่ ะวงโคจรอิเล็กตรอนได้
3. บอกความหมายของสารก่งึ ตวั นาบรสิ ุทธแ์ิ ละสารกึ่งตวั นาไม่บริสทุ ธิ์ได้
4. บอกโครงสร้าง สญั ลกั ษณ์ของไดโอดสารกง่ึ ตวั นาชนิดรอยต่อ P-N ได้
5. บอกลกั ษณะการไบแอสไดโอดได้
6. บอกคณุ ลกั ษณะของไดโอดชนดิ รอยตอ่ P-N ได้
7. บอกวิธีการตรวจสอบไดโอดด้วยมลั ตมิ ิเตอร์ได้

สารก่ึงตวั นาและไดโอด
สารกง่ึ ตวั นา

1.1 วงโคจรของอิเลก็ ตรอน

จานวนอิเล็กตรอนที่ว่ิงรอบนิวเคลียสจะวิ่งเป็นวงๆ โดยแต่ละวงโคจรจะมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ไม่เท่ากัน
เรียงลาดับจากน้อยไปหามาก แต่ละวงจะสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้จานวนเท่าใดนั้นคานวณได้จากสูตร 2N2
โดย N คือลาดับวงโคจรที่ห่างจากนิวเคลียส วงโคจรอิเล็กตรอนที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสจะบอกกากับไว้เป็น
ตัวอักษร ซึ่งในวงในสุดท่ีติดกับนิวเคลียสจะนับเป็นวงแรกคือวง K และวงที่อยู่ออกห่างไปเร่ือยๆ ก็จะเป็น
L,M,N,O,P,Q ตามลาดับ แตล่ ะวงจะมีอิเล็กตรอนได้สูงสดุ ตามสตู ร 2N2 ดงั น้ันวง K ซึ่งเป็นวงที่ 1 จะมีอิเล็กตรอน
สูงสุดเท่ากับ 2N2 = 2(1)2 = 2 ตัว, วงท่ี 2 L = 8 ตัว, วงที่ 3 M = 18 ตัว, วงที่ 4 N = 32 ตัว, วงท่ี 5 O = 50
ตวั โดยตัง้ แต่วง O เปน็ ตน้ ไป จานวนอิเล็กตรอนทบ่ี รรจุลงไปจะไม่เตม็ จานวนตามสูตรที่ คานวณได้

นวิ เคลยี ส

MKL
N
O
P
Q

รปู ท่ี 1.1 แสดงวงโคจรของอเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลยี ส

อะตอมของธาตุแต่ละชนิดมจี านวนอิเล็กตรอนมากน้อยแตกตา่ งกนั ซ่ึงจะทาให้การบรรจุอิเล็กตรอนลงใน
แต่ละวงโคจรไม่เต็มจานวน และมีข้อจากัดในการบรรจุอิเล็กตรอนลงวงโคจรอย่างหนึ่งคืออิเล็กตรอนที่โคจรอยู่วง
นอกสุดจะมอี เิ ลก็ ตรอนไดม้ ากสดุ ไมเ่ กิน 8 ตวั อิเลก็ ตรอนวงนอกสดุ จะอยู่ทว่ี งใดก็ได้ไมจ่ าเปน็ จะอยวู่ ง Q เท่านัน้
วงที่ถกู บรรจุอเิ ล็กตรอนเป็นวงสดุ ทา้ ยของธาตเุ รยี กอิเล็กตรอนวงนอกสดุ นวี้ ่า วาเลนซ์อิเลก็ ตรอน ( Valence
Electron ) วาเลนซ์อิเลก็ ตรอนในธาตแุ ตล่ ะชนดิ จะมจี านวนไมเ่ ทา่ กัน

วาเลนซ์อิเล็กตรอนหรืออิเล็กตรอนวงนอกสุดจะเป็นตัวบ่งบอกถึงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสสารหรือธาตุ
ต่างๆ ซ่ึงสามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ ตัวนาไฟฟ้า , สารก่ึงตัวนา และฉนวนไฟฟ้า โดยจะกาหนดจากสสาร
หรือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนดังน้ี ตัวนาไฟฟ้า จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนจานวน 1 - 3 ตัว สารกึ่งตัวนา จะมีวา
เลนซอ์ เิ ล็กตรอนจานวน 4 ตวั ฉนวนไฟฟา้ จะมีวาเลนซ์อเิ ลก็ ตรอนจานวน
5 - 8 ตวั

1.1.1 ตวั นาไฟฟ้า ( Conductor )
ตัวนาไฟฟ้าคือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 1 - 3 ตัวซ่ึงอิเล็กตรอนสามารถหลดุ ออกจากอะตอมได้โดยงา่ ย
เมื่อมีพลังงานหรือแรงมากระทาเพียงเล็กน้อย นากระแสไฟฟ้าได้ดี ธาตุเหล่านี้เช่น ทองคา, เงิน, ทองแดง,
อลูมเิ นยี ม, เหล็ก, สังกะสี เป็นตน้

1.1.2 สารกงึ่ ตัวนาไฟฟ้า ( Semi – Conductor )
ธาตุท่ีจัดเป็นจาพวกสารก่ึงตัวนาไฟฟ้า คือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ซ่ึงมีคุณสมบัติอยู่ก่ึงกลาง
ระหว่างตัวนาไฟฟ้าและฉนวนไฟฟ้า ธาตุกึ่งตัวนาไฟฟ้าน้ีจะนิยมนาไปใช้ผลิตเป็นอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์ต่างๆ ธาตุ
ที่จัดว่าเป็นสารกึ่งตัวนาได้แก่ คาร์บอน ซิลิคอน เยอรมันเนียม ดีบุก ตะกั่ว แต่ที่นิยมนาไปผลิตเป็นอุปกรณ์
อิเล็กทรอนิกสม์ ี 2 ชนดิ คือ ซิลคิ อน (Si) และเยอรมนั เนียม (Ge)
1.1.3 ฉนวนไฟฟ้า ( Insulator )
ธาตุที่จัดเป็นจาพวกฉนวนไฟฟ้า คือธาตุท่ีมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 - 8 ตัว ซึ่งอิเล็กตรอนไม่สามารถหลุด
ออกจากอะตอมได้โดยง่าย จะต้องใช้พลังงานสูงมากๆ มากระทาอิเล็กตรอนจึงหลุดออกได้ กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
ไดย้ าก มีค่าความต้านทานไฟฟ้าสูงมาก ฉนวนเหลา่ น้นั เชน่ ไมกา้ , แก้วพลาสติก, ไม้แหง้ เปน็ ตน้

1.2 สารกึ่งตัวนาบริสุทธ์ิ

สารก่ึงตัวนาบริสุทธ์ิ คือ ธาตุก่ึงตัวนาที่ยังไม่ได้เติมสารเจือปน (Doping )ใดๆ ลงไป ธาตุก่ึงตัวนาที่นิยม
นาไปทาเป็นสารก่ึงตัวนาในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็คือ ธาตุก่ึงตัวนาซิลิกอน และธาตุก่ึงตัวนาเยอรมันเนียม ธาตุ
ทั้งสองชนดิ นีจ้ ะมวี าเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว แต่อิเลก็ ตรอนทั้งหมดจะไม่เทา่ กัน โดยซิลิคอนจะมีอเิ ล็กตรอนท้ังหมด
14 ตวั สว่ นเยอรมนั เนียมจะมีอเิ ล็กตรอนทัง้ หมด 32 ตัว ต่อหนงึ่ อะตอม

-

- - - -
- - -
-
Ge -
- - - -
-- --
-- -- - -

Si- - - -- - -
--
----
--
-- -
- -
-
-

รูปที่ 1.2 แสดงการใชอ้ เิ ลก็ ตรอนวงนอสดุ รว่ มกันครบ 8 ตัวของอะตอมซิลิคอนและเยอรมันเนยี ม

โครงสร้างอะตอมของธาตุซิลิกอนและโครงสร้างอะตอมของธาตเุ ยอรมันเนียมเม่ืออยู่รวมกันหลายๆ
อะตอมจะจับกันเป็นผลึกในรูปของพันธะโควาเลนซ์ (Covalence Bond) ดังน้ันหนึ่งอะตอมจะต้องใช้อิเล็กตรอน
รว่ มกันกบั อะตอมขา้ งเคยี ง 4 อะตอม จึงจะมีอเิ ลก็ ตรอนวงนอกสดุ ครบ 8 ตวั เพอ่ื ใหอ้ ะตอมอยูใ่ นสภาพเสถียร

1.3 สารกึง่ ตัวนาไมบ่ ริสุทธ์ิ

สารก่ึงตัวนาไม่บริสุทธิ์ คือการนาเอาธาตุซิลิคอนหรือธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธ์ิมาเติมเจือปนลงไปโดยใช้
ธาตเุ จอื ปนท่ีมอี เิ ล็กตรอนวงนอกสดุ 3 ตวั หรอื ธาตเุ จอื ปนที่มอี เิ ลก็ ตรอนวงนอกสดุ 5 ตวั ลงไปในอัตราส่วน
108:1 คอื ธาตกุ ง่ึ ตัวนาบรสิ ทุ ธ์ิ 108 สว่ นตอ่ สารเจือปน 1 สว่ น ซงึ่ จะทาให้ได้สารก่งึ ตัวนาใหม่ขน้ึ มา
คือถ้าเตมิ ธาตุเจอื ปนทว่ี าเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวลงไป ตัวนาชนิดเอน็ แตถ่ ้าเติมธาตเุ จือปนท่ีมวี าเลนซ์อิเลก็ ตรอน
3 ตวั ลงไปจะได้สารกงึ่ ตัวนาชนดิ พี ธาตุทีม่ วี าเลนซอ์ ิเลก็ ตรอน 3 ตัว ทนี่ ามาใช้เปน็ ธาตุเจือปนเชน่ โบรอน อนิ เดยี ม
แกลเลียม และอลมู ิเนียม ส่วนธาตุทมี่ ีวาเลนซอ์ ิเลก็ ตรอน 5 ตัวทนี่ ามาใช้เป็นธาตุเจือปน เชน่ ฟอสฟอรัส
อาเซนิค

1.4 สารกง่ึ ตัวนาชนิด N ( N – Type Semiconductor )

สารก่ึงตัวนาชนิดเอ็นเป็นสารกึ่งตวั นาที่ไดจ้ ากการเติมสารเจอื ปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่น พลวง
(Antimony) ฟอสฟอรัส (Phosphorus) สารหนู (Arsenic) อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในธาตุซิลิคอนหรือเยอรมัน
เนียมบริสุทธิ์ จะทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกัน หรือใช้
อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ทาให้เหลืออิเล็กตรอน 1 ตัว ท่ีไม่สามารถจับตัวกับอะตอมข้างเคียง เรียก
อเิ ลก็ ตรอนตัวนว้ี ่า อเิ ลก็ ตรอนอิสระ ซ่ึงจะแสดงประจุลบออกมา

1.5 สารกึ่งตวั นาชนิดพี (P-Type)

สารก่ึงตัวนาชนิดพีเป็นสารก่ึงตัวนาท่ีได้จากการเติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว เช่น โบรอน
(Boron) แกลเลียม (Gallium) อะลูมิเนียม (Aluminium) อย่างใดอย่างหน่ึงลงไปในซิลิคอนหรือเยอรมันเนียม
บริสุทธ์ิ จะทาให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปล่ียนอิเล็กตรอนซ่ึงกันและกันหรือใช้อิเล็กตรอน
ร่วมกนั ได้ครบ 8 ตัว ส่วนอะตอมของธาตุเจือปนจะขาดอิเลก็ ตรอนอีก 1 ตัว เพราะธาตเุ จอื ปนมีอิเล็กตรอนวงนอก
สดุ 3 ตวั เรยี กสว่ นท่ขี าดอิเล็กตรอนน้วี า่ โฮล ซึง่ แปลว่า หลุม หรือ รู โฮลน้จี ะแสดงประจุบวกออกมา

2.1 ไดโอด

ไดโอด เปน็ อปุ กรณส์ ารกึ่งตวั นา ทไ่ี ด้จาการนาเอาสารก่ึงตวั นาชนดิ พี และสารก่ึงตัวนาชนดิ เอ็น มาตอ่ ชน
กัน ได้เป็นอุปกรณ์สารก่ึงตัวนาหน่ึงรอยต่อ ในการต่อสารก่ึงตัวนาชนิดพี และเอ็นน้ัน มิใช่เพียงการนามาติดกัน
เท่านั้น แต่จะต้องใช้วิธีปลูกผลึก หรือวิธีการแพร่สารเจือปนลงไปในสารกึ่งตัวนาบริสุทธิ์ ไดโอดจะมีลักษณะ
โครงสร้างดงั รูปที่ 1.5

Hole P Junction N Free electron

-- -- -- --
-- -- -- --

รปู ท่ี 1.3 แสดงโครงสร้างไดโอด

สารก่ึงตัวนาชนิดพี ซ่ึงมีโฮลเป็นพาหะส่วนใหญ่มาเช่ือมต่อกับสารกึ่งตัวนาชนิดเอ็นซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็น
พาหะส่วนใหญ่ ( พาหะ คืออเิ ลก็ ตรอนหรอื โฮลทเ่ี คล่อื นท่ี ) จะทาให้อเิ ลก็ ตรอนของสารกึ่งตวั นาชนดิ เอ็น เคลือ่ นที่
ผ่านรอยต่อซึ่งบรเิ วณรอยต่อเรียกวา่ ดีพลชี นั ริจิน ( Depletion Region ) เขา้ ไปหาโฮลในสารก่งึ ตัวนาชนดิ พี และ
กเ็ สมอื นกับว่าโฮลในสารก่ึงตัวนาชนิดพีเคล่ือนที่ข้ามรอยต่อเข้าไปหาสารกึ่งตัวนาชนิดเอ็น การเคล่ือนที่ของพาหะ
ส่วนใหญ่จะเกิดข้ึนบริเวณใกล้รอยต่อพีเอ็นในบริเวณใกล้รอยต่อน้ีจะเป็นบริเวณปลอดพาหะเพราะมีแต่โฮลกับ
อิเล็กตรอนเท่าน้ัน ทาให้เกิดสนามไฟฟ้าข้ึน สนามไฟฟ้าน้ีจะต้านการเคลื่อนที่ของพาหะส่วนใหญ่ของสารก่ึงตวั นา
ทั้งสองไม่ให้เคล่ือนท่ีผ่านรอยต่อ เรียกสภาวะนี้ว่าสภาวะสมดุล ในสภาวะสมดุลน้ีท่ีรอยต่อสารก่ึงตัวนาชนิด
ซิลิคอน จะมีความต่างศักย์ที่บริเวณปลอดพาหะประมาณ 0.2 โวลต์ (V) ศักย์ไฟฟ้าน้ีจะมีค่าลดลงเร่ือยๆ เม่ือ
อณุ หภมู สิ ูงขนึ้

2.2 สัญลักษณข์ องไดโอด

สัญลักษณ์ของไดโอดประกอบด้วยหัวลูกศรเป็นขาแอโนด ใช้อักษรย่อ A และอีกด้านหนึ่งเป็นแคโทดใช้
อกั ษรยอ่ K หัวลกู ศรน้ันแสดงใหเ้ ห็นว่ากระแสโฮลจะไหลจากขาแอโนดไปสขู่ าแคโทด ( ในสภาวะได้รับไบอสั ตรง )
ดงั แสดงในรปู ท่ี 1.6

AK

รูปที่ 1.4 แสดงสัญลกั ษณข์ องไดโอดและการใหไ้ บอสั ไดโอด

การจะนาไดโอดไปใช้งานจะต้องมีการจ่ายไบอัสหรือจัดแรงไฟให้ตัวไดโอดเพื่อให้ไดโอดนากระแสและ
หยดุ นากระแส สามารถจ่ายไบอัสทง้ั สองวธิ ีคอื ไบอัสตรง และไบอสั กลบั

2.3 ไบอัสตรง ( Forward Bias )
การให้ไบอัสตรงกบั ไดโอดก็คือ การจา่ ยแรงดันไฟฟา้ ให้ตวั ไดโอดแบบตรงกบั สารกง่ึ ตวั นาคือจา่ ยแรงไฟท่ีมี

ศักย์บวกให้สารกึ่งตัวนาชนิดพี (สารพีมีศักย์เป็นบวก ) และจ่ายแรงไฟท่ีมีศักย์เป็นลบให้กับสารก่ึงตัวนาชนิดเอ็น
(สารเอน็ มศี กั ยเ์ ป็นลบ )

AK

IF

รูปท่ี 1.5 แสดงการจ่ายไบอสั ตรงให้ไดโอด
เมื่อไดโอดได้รับไบอัสตรง โดยต่อศักย์บวกของแหลง่ จ่ายไฟฟ้าเข้ากับขา A และศักย์ลบกับขา K ไฟลบจะ
ไปผลักอเิ ล็กตรอนอิสระในสารชนิดเอน็ ให้เคลื่อนที่ไดใ้ นเวลาเดยี วกนั ไฟบวกที่จา่ ยใหส้ ารชนดิ พดี งึ ดดู อเิ ล็กตรอนให้
เคลื่อนที่เข้ามาหาและจะผลักโฮลให้เคล่ือนที่ไปข้างหน้าอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านสารชนิดพีเข้าศักย์ไฟบวกของ
แหลง่ จา่ ยและเคล่ือนที่ผ่านแหล่งจ่ายไปยังขา K ของสารชนิดเอ็นเกิดกระแสไหลผ่านไดโอดแรงดันไบอสั ตรงที่จ่าย
ใหไ้ ดโอดจะต้องจ่ายแรงดันไบอัสมากกว่า ศักย์ไฟฟา้ ที่ตกคร่อมอยู่ตรงรอยต่อค่าแรงดันนี้จะมากหรือน้อยขึน้ อยู่กับ
ชนดิ ของสารทใี่ ชผ้ ลิตไดโอด ไดโอดท่ผี ลติ จากสารเยอรมันเนียมจะมแี รงดนั 0.2 V สว่ นไดโอดทผ่ี ลิตจากสารซลิ คิ อน
จะมีแรงดัน 0.6 Vดังน้ันการจ่ายแรงดันไบอัสตรงจะต้องจ่ายให้มากกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมรอยต่อซึ่งเมื่อไดโอด
นากระแสแล้วก็จะมีแรงดันตกครอ่ มรอยต่อไดโอดเท่ากับ 0.2 V ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียมและเท่ากับ 0.6 V ใน
ไดโอดชนิดซิลคิ อน

2.4 ไบอสั กลับ ( Reverse Bias )
ไบอัสกลับเรียกว่า รีเวิร์สไบอัส เป็นการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับไดโอดแบบกลับขั้วคือจ่ายศักย์ไฟบวกให้

สารชนดิ เอ็นจา่ ยศกั ยไ์ ฟลบใหส้ ารชนิดพีจะมีผลใหเ้ กดิ การทางานดังนี้
KA

IRev = 0

รปู ท่ี 1.6 แสดงการจ่ายไบอัสกลบั ให้ไดโอดศักย์ไฟบวกทีจ่ า่ ยให้ขา K
จะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระในสารชนิดเอ็นเคลื่อนตัวออกห่างรอยต่อส่วนศักย์ไฟลบที่จ่ายให้ขา A จะดึงโฮ
ลจากสารชนิดพีเคลื่อนตัวออกห่างรอยต่อเช่นกันทาให้รอยต่อกว้างมากขึ้นอิเล็กตรอนว่ิงไม่ครบวงจรไม่มี
กระแสไฟฟ้าไหลในตัวไดโอด แต่อาจจะมีกระแสร่ัวไหล ( Leakage Current ) บ้างเล็กน้อย โดยค่ากระแสร่ัวไหล
ในไดโอดทผ่ี ลิตจากสารเยอรมนั เนยี มจะมากกวา่ ไดโอดท่ผี ลิตจากสารซิลิคอน
2.5 ลักษณะสมบตั ขิ องไดโอด
แมว้ า่ ไดโอดในอดุ มคติจะมีลกั ษณะคล้ายดงั สวติ ซ์ทางไฟฟา้
คือเม่ือเราให้ไบอัสตรงจะเหมือนกบั สวิตซ์ปิดวงจร ( ON ) แต่ถ้าให้ไบอสั กลบั จะเหมือนกับสวิตซ์เปดิ วงจร ( OFF )
ซง่ึ ไดโอดเม่ือได้ไบอสั ตรงจะมีกระแสไหลผ่านไดโอดไดส้ งู และมแี รงดันตกคร่อมไดโอดอยู่เลก็ นอ้ ยประมาณ 0.2
หรือ 0.6 โวลต์ สว่ นขณะท่ไี บอสั กลบั จะมกี ระแสไหลผ่านน้อยมากเพยี งไม่กไี่ มโครแอมป์ แสดงดงั กราฟรปู ท่ี 1.9

IF AK

Ge Si

แรงดันพงั ทลาย

VRev 0.2 V 0.6 V VF

KA

แรงดนั คตั - อิน

Si Ge IRev

รูปที่ 1.7 แสดงกราฟลกั ษณะสมบตั ิของไดโอดชนิดรอยต่อ

2.6 กราฟแสดงลกั ษณะสมบัตขิ องไดโอด

สามารถหาได้จากการจ่ายไบอัสตรงและไบอัสกลับให้กับไดโอด เม่ือไดโอดได้รับไบอัสตรงจะเกิดกระแส
ไหลผ่านไดโอดได้ในทิศทางจากสารชนิดพีไปยงั สารชนดิ เอน็ (กระแสนิยม)กระแสดังกล่าวเรียกว่า กระแสไบอัสตรง
ดังรูปท่ี 1.12 จากกราฟแสดงคุณสมบัติของไดโอดเม่ือจ่ายไบอัสตรงกับไดโอดในช่วงเร่ิมแรกไดโอดจะยังไม่
นากระแสเพราะแรงดันไบอสั ตรงยังไม่สามารถทาลายโพเทนเช่ียล ( Potentail ) ( ศักยไ์ ฟฟา้ ตรงรอยต่อ PN ) เรา
ต้องให้แรงดันไฟฟ้าไบอัสตรงกับไดโอดจนถึงค่าแรงดันคัทอิน ( Cutin Voltage ) จึงจะทาให้โพเทนเชี่ยลลดลงอัน
จะทาให้ไดโอดนากระแสได้ เช่น เยอรมันเนียมไดโอดจะต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.2 โวลต์ และซิลิกอน
ไดโอดต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.6 โวลต์ ดงั นนั้ ถา้ จา่ ยแรงดนั ไบอัสตรงให้กับไดโอดมากกวา่ แรงดนั คัทอินข้ึน
ไปแล้วไดโอดจะสามารถนากระแสได้ โดยมรีกระแส IF ไหลผ่านไดโอด ในทานองเดียวกันเมื่อจ่ายแรงดันไบอัส
กลบั ให้ไดโอด จะไมม่ ีกระแสไหลผ่านในวงจร มีเพยี งกระแสร่ัวไหลเพียงเล็กน้อยไหลผ่านไดโอด ซง่ึ กระแสดงั กล่าว
มีจานวนน้อยมากเป็นไมโครแอมป์ เปรียบได้ว่าขณะไดโอดได้รับไบอัสกลับ จะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดหรือไม่มี
กระแสนัน่ เอง แต่ถ้าเพมิ่ แรงดันไบอัสกลบั ใหส้ งู มากขนึ้ จนถึงค่าแรงดันหน่ึงเรยี กวา่ แรงดนั พังทลาย ( Breakdown
Voltage ) ซ่ึงไดโอดจะนากระแสได้ในสภาวะน้ีรอยต่อพีเอ็นของไดโอดจะทะลุและมีกระแสไหลผ่านรอยต่อพีเอ็น
จานวนมากในการใชง้ านทัว่ ไปจะไม่ยอมใหแ้ รงดนั ไบอัสกลับแก่ไดโอดเกินคา่ แรงดันพังทลายของไดโอด

3.1 การทดสอบไดโอดด้วยโอห์มมเิ ตอร์
การตรวจหาขาของไดโอดหรือการตรวจสอบว่าไดโอดนั้นใช้งานได้หรือไม่ทาได้อย่างง่ายโดยการใช้โอห์

มเิ ตอร์ เนอื่ งจากไดโอดน้ันเม่อื ได้รบั แรงไฟไบอัสตรงจะยอมให้กระแสไหลผ่านแสดงว่าค่าความต้านทานของไดโอด
มีค่าต่า ( โดยทั่วไปค่าความต้านทานน้เี รยี กว่า ความต้านทานด้านไบอสั ตรงปกตมิ คี ่าประมาณ 70 Ω) แตเ่ มือ่ ไดโอด
ได้รบั แรงไฟไบอสั กลบั จะไม่มีกระแสไหลผา่ นไดโอดเหมอื นกบั วา่ ความต้านทานของไดโอดมีคา่ สูงมาก
( โดยทั่วไปค่าความต้านทานของไดโอดเมื่อได้รับไบอัสกลับ จะมีค่าอยู่ระหว่าง 500 KΩ ถึง ∞) การวัดด้วยมัลติ
มเิ ตอร์ก็แบ่งออกเป็น 2 ลกั ษณะ คือ มลั ติมเิ ตอรแ์ บบแอนะล็อกและมลั ติมิเตอร์แบบดจิ ิตอลการวดั ดว้ ยมัลติมิเตอร์
แบบแอนะลอ็ กจะแสดงผลโดยเขม็ ชี้ท่สี เกล ส่วนแบบดจิ ติ อลจะแสดงผลเปน็ ตวั เลข

3.2 การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอรแ์ บบแอนะลอ็ ก
กระทาได้โดยการต้ังย่านวัดความต้านทานในย่าน R x 10Ω เพื่อวัดความต้านทานไบอัสตรง โดยต่อขั้วไฟ

บวก ( มิเตอร์ตระกูล Sanwa ไฟบวกจะออกจากข้ัวลบของมิเตอร์ ) ของมิเตอร์เข้ากับขาแอโนด และต่อขั้วไฟลบ
ของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถด จะเห็นว่าเข็มของมิเตอร์ชี้ไปที่ค่าความต้านทานต่าประมาณ 70Ω จากนั้นให้ปรบั
ย่านวัดไปย่าน R x 10KΩ เพือ่ วดั ความตา้ นทานไบอสั กลับของไดโอด โดยต่อขั้วมัลตมิ ิเตอร์กลับจากเดิม คือ
ต่อไฟบวกของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถดและต่อขั้วไฟลบของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแอโนด เข็มมัลติมิเตอร์จะช้ีท่ี
ค่าความต้านทานสูงมาก ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิก ) หรือค่าอนันต์ ( Infinity ,∞) ในไดโอดชนิดซิลิกอน และ
ประมาณ 500 KΩ ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม ดงั รูปท่ี 1.10

A KK A

0 Multimeter
R × 10k
Multimeter
R × 10

รปู ที่ 1.8 การทดสอบไดโอดด้วยมลั ตมิ เิ ตอร์แบบแอนะลอก

3.3 การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมเิ ตอร์แบบดจิ ิตอล ให้ต้ังย่านวัดไดโอด
โดยวัดข้ัวท้ังสองของไดโอดด้วยไบอัสตรง คือ ให้ขั้วไฟลบ ( มิเตอร์ดิจิตอล ขั้วไฟลบออกจากข้ัวลบของ

มิเตอร์ ) ของมิเตอร์ต่อกับแคโถดและขั้วไฟบวกของมิเตอร์ต่อกับขาแอโนด มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันตกคร่อม
รอยต่อของไดโอด ( แรงดนั คัทอิน ) โดยแสดงคา่ แรงดัน 0.6 ในไดโอดชนดิ ซิลิกอนและแสดงค่า 0.2 ในไดโอดชนิด
เยอรมนั เนยี ม ดงั รูปที่ 1.11

(a)

รปู ที่ 1.9 การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมเิ ตอร์แบบดิจิตอล
การวัดและตรวจสอบไดโอด จะมีพจิ ารณากันอยู่ 3 ลักษณะ คือ
3.4 ไดโอดขาด ( Open ) หมายถึง รอยต่อระหวา่ งสารพ-ี เอ็นเปดิ ออกจากกันทาให้ไดโอดไมส่ ามารถนากระแสได้
ทัง้ ในกรณไี บอัสตรงและไบอัสกลับ ( เขม็ มิเตอร์ไมก่ ระดิกท้งั สองครั้ง )
3.5 ไดโอดลัดวงจร ( Shot ) หมายถึง รอยต่อระหว่างสารพี-เอ็นเกิดการพังทลายเข้าหากันไดโอดจะนากระแส
ทั้งในกรณีไบอสั ตรงและไบอัสกลับ ( เขม็ มิเตอร์ข้ึนท้ังสองคร้ัง )
3.6 ไดโอดรว่ั ไหล ( Leakage ) หมายถึง การวดั ไดโอดในลกั ษณะไบอัสกลับโดยใชค้ ่าแรงดนั จากโอหม์ มเิ ตอร์ซึ่งมี
ค่าแรงดันต่ากว่าค่าแรงดันพังทลายของไดโอด ก็มีกระแสไหลแล้วไดโอดชนิดเยอรมันเนียมเมื่อถูกไบอัสกลับจะมี
คา่ ความตา้ นทานประมาณ 400 KΩ - 500 KΩซ่ึงมกี ระแสรว่ั ไหลมากกว่าไดโอดชนิดซลิ กิ อนโดยไดโอดชนิดซิลิกอน
เม่ือถกู ไบอัสกลับจะมคี า่ ความตา้ นทานเป็นอนนั ต์ ( เขม็ มิเตอรไ์ ม่กระดกิ )

วชิ า อปุ กรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์และวงจร หน่วยที่ 1
รหัส 2104 – 2102
ใบงานที่ 1
เรอื่ ง สารกง่ึ ตัวนาและไดโอด 2 ชั่วโมง
ชือ่ งาน ต่อวงจรเรยี งกระแสแบบคร่งึ คลื่น

ชื่อ-สกุล.......................................................................................สาขา/ชนั้ /กลุ่ม.................................................

สาระสาคญั (Main Idea)

สสารต่างๆ ประกอบด้วยโมเลกุลและแต่ละโมเลกุลประกอบด้วยอะตอมหลายๆ อะตอม ในอะตอมหน่ึง
อะตอมจะประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบนิวเคลียส ภายในนิวเคลียสยังประกอบไปด้วยอิเล็กตรอน
โปรตอนกับนิวตรอน โดยอิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวก นิวตรอนมีสภาพเป็นกลาง
ทางไฟฟา้ สสารแบ่งตามสภาพการนาไฟฟ้าไดเ้ ปน็ 3 ชนิดดว้ ยกนั คือ สารตวั นาไฟฟา้ สารกงึ่ ตัวนาไฟฟ้า และสาร
ที่เป็นฉนวนไฟฟ้า สารก่ึงตัวนาบริสุทธ์ิท่ีนิยมนามาทาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ คือ สารเยอรมันเนียม และสาร
ซิลิคอน สารก่ึงตัวนาชนิดเอ็น ได้จากการนาสารก่ึงตัวนาบริสุทธิ์ผสมกับสารท่ีมีวาเลนซ์อิเลก็ ตรอน 3 ตัว และสาร
ก่ึงตัวนาชนิดพี ได้จากการนาสารก่ึงตัวนาบริสุทธ์ิผสมกับสารที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวไดโอดเป็นอุปกรณ์
อิเล็กทรอนิกส์ที่ได้จากการนาสารก่ึงตัวนาชนิดเอ็นและชนิดพีมาต่อชนกัน มีคุณสมบัตินากระแสไฟฟ้าได้ทิศทาง
เดยี ว การจดั แรงไฟฟ้าใหส้ ารกงึ่ ตัวนาเรยี กว่าการใหไ้ บอัส ซ่ึงการใหไ้ บอัสมีสองอย่าง คอื ไบอัสตรง และไบอสั กลับ

จุดประสงคเ์ ชงิ พฤติกรรม (เพ่อื ใหน้ ักเรยี นสามารถ)

1. ตอ่ วงจรเพ่ือหาคุณสมบตั ขิ องไดโอดได้อยา่ งถกู ตอ้ ง
2. วดั และทดสอบไดโอดได้อยา่ งถกู ต้อง
3. เขยี นกราฟแสดงคุณลกั ษณะทางไฟฟ้าของไดโอดได้
4. ใช้โอหม์ มิเตอร์วัดและทดสอบไดโอดได้
5. บันทกึ ผลการทดลองลงในใบงานไดอ้ ย่างถูกตอ้ ง
6. สรปุ ผลการทดลองไดอ้ ยา่ งถูกตอ้ ง

เคร่อื งมือ/อุปกรณ์และวัสดุ (Tool/Equipment and Material)

1. โปรโต้บอร์ด จานวน 1 ชดุ

2. มลั ตมิ ิเตอร์แบบเข็ม จานวน 1 ชดุ

3. ไดโอดเบอร์ 1N4001 1 ตวั

1N4002 1 ตวั

1N4007 1 ตวั

4. ตัวต้านทาน 1kΩ 1 ตวั

ลาดับขั้นการทดลอง (Step of Experiment)

1. ตงั้ มัลตมิ ิเตอรไ์ ปที่ย่านวัด R x 10 จากน้นั ทาการปรบั ศนู ยโ์ อหม์

2. วดั คา่ ความต้านทานของไดโอด ในลักษณะไบอสั ตรง แลว้ บันทึกผลการทดลองลงในตารางที่ 1.1

3. วดั คา่ ความต้านทานของไดโอด ในลกั ษณะไบอสั กลบั แล้วบนั ทึกผลการทดลองในตารางท่ี 1.1

4. ตง้ั มลั ติมิเตอร์ไปทีย่ า่ นวัด R x 1k จากน้นั ทาการปรับศูนย์โอห์ม

5. วัดคา่ ความตา้ นทานของไดโอด ในลักษณะไบอัสตรง แล้วบันทกึ ผลการทดลองในตารางท่ี 1.1

6. วดั คา่ ความตา้ นทานของไดโอด ในลักษณะไบอัสกลับ แลว้ บันทึกผลการทดลองในตารางที่ 1.1

ตารางบันทึกผลการทดลองที่ 1.1

วดั คา่ ความตา้ นทานมหี น่วยเป็นโอหม์ (Ω) สภาพ
ดี/ชารุด
ไดโอดเบอร์ ใช้สเกล R X 10 ใชส้ เกล R X 1K

ไบอัสตรง ไบอัสกลบั ไบอสั ตรง ไบอสั กลับ

1N4001
1N4002
1N4007

7. ตอ่ วงจรไบอสั ตรงตามรปู ที่ 1.1 mA V1

R1 D1 1N4001
1KΩ

E

รปู ท่ี 1.1 วงจรไบอสั ตรง

8. ปรับแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงจาก 0 ถึง 6 V ตามตารางที่ 1.2 แล้วใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันและ
กระแสตามค่าทก่ี าหนดในตารางที่ 1.2 แลว้ บนั ทกึ คา่ ที่วดั ได้ลงในตารางท่ี 1.2

E0123456V
I1 mA
V1 V

ตารางที่ 1.2

9. ตอ่ วงจรไบอสั กลบั ตามรูปท่ี 1.2 mA V1

R1 D1 1N4001
1KΩ

E

รปู ที่ 1.2 วงจรไบอสั กลับ

10. ปรับแหล่งจ่ายกระแสตรงจาก 0 ถึง 25 V ตามตารางที่ 1.3 แล้วใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันและ
กระแสตามคา่ ที่กาหนดให้ตารางท่ี 1.3 แลว้ บนั ทกึ ค่าท่ีวดั ได้ลงในตารางท่ี 1.3

E 0 2 4 6 8 10 14 18 22 25 V
I1 µA
V1 V

ตารางที่ 1.3

11. นาผลการทดลองจากตารางที่ 1.2 และ 1.3 มาวาดกราฟ

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0
-14 -10 -8 -6 -4 -2 0 0.58 0.63 0.65 0.66 0.67 0.68

สรปุ ผลการทดลอง
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

คาถามทา้ ยการทดลอง
1. การใหไ้ ดโอดไบอสั ตรงคืออะไร
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
2. การให้ไดโอดไบอัสกลบั คืออะไร
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
3. ไดโอดได้มาจากการนาเอาสารกง่ึ ตัวนาชนิดใดมาต่อชนกนั
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
4. ขาแอโนดของไดโอดใช้อกั ษรย่ออะไร
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
5. ขาแคโทดของไดโอดใช้อักษรยอ่ อะไร
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….


Click to View FlipBook Version
Previous Book
หนังสือ Live Video
Next Book
บันทึกรายงานการอบรมIoT18-19มีค62ระยอง