วิชาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร

วิชาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUITS COURSE ศรัณย์ บุณยบุตร ภัคพล เลิศพิทักษ์สิทธิ์ ศรปราชญ์ ลี้มงคลกุล ปริญญานิพนธ์นี้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาครุศาสตร์ อุตสาหกรรม สาขาวิชาอิเล็กทรอนิกส์และโทรคมนาคม คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตขอนแก่น พ.ศ.2565 ลิขสิทธิ์ของคณะ ครุศาสตร์อุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสาน วิทยาเขตขอนแก่น

ก รหัสวิชา 30-107-051-105 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร จุดประสงค์รายวิชา 1. เพื่อให้มีความเข้าใจหลักการของอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ 2. เพื่อให้มีความรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 3. เพื่อให้มีทักษะในการวัดทดสอบและการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 4. เพื่อให้มีกิจนิสัยในการค้นคว้าความรู้เพิ่มเติม และปฏิบัติงานด้วยความละเอียด รอบคอบและปลอดภัย มาตรฐานรายวิชา 1. เข้าใจหลักการทำงานและการใช้งานของอุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ 2. วัดและทดสอบคุณสมบัติและวงจรใช้งานไดโอด 4. วัดและทดสอบคุณสมบัติและวงจรใช้งานไทริสเตอร์ 5. วัดและทดสอบคุณสมบัติและวงจรใช้งานไอซี คำอธิบายรายวิชา ศึกษาและปฏิบัติเกี่ยวกับ โครงสร้างอะตอม สารกึ่งตัวนำ ชนิดพี่ ชนิดเอ็น และพี่เอ็น โครงสร้างสัญลักษณ์ คุณลักษณะทางไฟฟ้าและการให้ไบแอสไดโอด ซีเนอร์ไดโอด การใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในวงจรต่าง ๆ คำอธิบายรายวิชา

ข โลกในยุคปัจจุบันเทคโนโลยีที่ทันสมัยมีบทบาท มีความสำคัญ ต่อความเป็นอยู่ของคนบนโลก ประเทศต่างๆ ได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว โดยการนำเทคโนโลยีมาใช้งาน ก่อให้เกิดความแปรปรวนของ อากาศ และบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลก ส่งผลต่อความร้อนที่เพิ่มขึ้นบนพื้นโลก ทำให้โลกเกิดการ เปลี่ยนแปลงไป ผลดังกล่าวเป็นการบอกให้ทราบว่า เทคโนโลยีที่ทันสมัยถึงแม้จะมีประโยชน์ต่อคน บนโลก แต่ก็มีโทษตามมาเช่นกัน ทำให้ต้องตระหนักถึงสิ่งแวดล้อมที่ห่อหุ้มโลกตระหนักถึงการใช้ ทรัพยากรธรรมชาติ ตลอดจนตระหนักถึงการพัฒนาเทคโนโลยีมาใช้งานหนังสืออุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์และวงจรเล่มนี้ เป็นหนังสือด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นการศึกษาเกี่ยวกับ อุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้ทราบถึงคุณสมบัติ และการทำงานของอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ทำให้ผู้เรียนสามารถใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดได้อย่างถูกต้องและ คุ้มค่า เนื้อหาภายในเล่มมีหน่วยบทเรียนทั้งสิ้น 2 หน่วยบทเรียน แต่ละหน่วยบทเรียนประกอบด้วย เนื้อหา ช่วยให้ขบวนการเรียนรู้ผู้จัดทำหวังเป็นอย่างยิ่งว่า การนำหนังสือเล่มนี้ไปใช้ในการเรียน และ ศึกษาหาความรู้จะสามารถเรียนรู้ได้อย่างมีความสุข เกิดความรู้และทักษะไปพร้อม ๆ กัน ย่อมก่อ ประโยชน์ต่อตัวนักศึกษา ค ำน ำ

ค สารบัญ เรื่อง หน้า คำอธิบายรายวิชา ก คำนำ ข สารบัญ ค-จ สารบัญตาราง ฉ สารบัญรูป แบบทดสอบก่อนเรียน ช-ฌ ญ-ฅ หน่วยที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำ 1 1.1 คุณสมบัติของตัวนำ ฉนวน และสารกึ่งตัวนำ 2-3 1.2 อะตอม 3-4 1.3 สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ 5 1.4 สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ 5 1.4.1 ชนิดเอ็น (N-Type) 5 1.4.2 ชนิดพี (P-Type) 1.4.3 พาหะข้างมากและพาหะข้างน้อย 1.5 รอยต่อพีเอ็น 6 7 8-10 หน่วยที่ 2 ไดโอด 11 2.1 ไดโอด 12 2.1.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอด 12 2.2 ไดโอดในอุดมคติ 12-13 2.3 ไดโอดในทางปฏิบัติ 13 2.4 การไบแอสไดโอด 14 2.4.1 การไบแอสตรง 14 2.4.2 การไบแอสกลับ 15 2.5 เบอร์ไดโอดและการแปลความหมาย 16 2.6 การตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ 17 2.6.1 การวัดหาขั้วไดโอด 17 2.6.2 การตรวจสอบอาการเสียของไดโอด 17-18 2.7 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่น 18 2.7.1 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น 18-19 2.7.2 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น 20-21

ง สารบัญต่อ เรื่อง หน้า 2.8 การคำนวณวงจรเรียงกระแส 22 2.8.1 การคำนวณวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น 22-23 2.8.2 การคำนวณวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น 24 2.9 วงจรตัดสัญญาณ 25 2.9.1 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม (Series Clipper Circuit) 25 2.9.2 วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน (Parallel Clipper Circuit) 26-27 2.10 วงจรปรับระดับสัญญาณ 28 2.11 วงจรทวีแรงดัน 28 2.12 การทำวงจรทวีแรงดัน 28-29 2.12.1 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่า (Voltage Doublers) 29-30 2.12.2 วงจรทวีแรงดัน 3 เท่า (Voltage Triple) 31 2.12.3 วงจรทวีแรงดัน 4 เท่า (Voltage Quadrupler) 31 2.13 ซีเนอร์ไดโอด 32 2.13.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด 32 2.13.2 กราฟการทำงานของซีเนอร์ไดโอด 32-35 2.13.3 การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน 36 2.13.4 การอ่านรายละเอียดเบอร์ซีเนอร์ไดโอด 36-38 2.14 คำนวณหาค่าแรงดันซีเนอร์ไดโอด 38-39 2.15 ไดโอดเปล่งแสง 39 2.15.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอดเปล่งแสง 40 2.15.2 ความสัมพันธ์ของวัสดุ ความยาวคลื่น สีที่เปล่งแสง 40-41 2.15.3 การนำไดโอดเปล่งแสงไปปะยุกต์ใช้งาน 41 2.15.4 ไดโอดเปล่งแสงแบบต่าง ๆ 41-43 2.16 วาแรกเตอร์ไดโอด 44 2.16.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของวาแรกเตอร์ไดโอด 45 2.16.2 หลักการทำงานของวาแรกเตอร์ไดโอด 46 2.16.4 การนำวาแรกเตอร์ไดโอดไปใช้งาน 46

จ สารบัญต่อ เรื่อง หน้า 2.17 โฟโตไดโอด 47 2.17.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของโฟโตไดโอด 47 2.17.2 การทำงานของโฟโตไดโอด 47 2.18 ทัลเนลไดโอด 48 2.18.1 โครงสร้างของทัลเนลไดโอด 48 2.18.2 การนำทัลเนลไดโอดไปใช้งาน 49 แบบทดสอบหลังเรียน 50-58

ฉ สารบัญตาราง เรื่อง หน้า ตารางที่ 1.1 เบอร์ไดโอดและพิกัดทางไฟฟ้าสูงสุด 16 ตารางที่ 2.1 ค่าพิกัดทางไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดเบอร์ต่าง ๆ 35 ตารางที่ 2.2 รายละเอียดซีเนอร์ไดโอด 37 ตารางที่ 2.3 ลักษณะสมบัติของไดโอดเปล่งแสง 40 ตารางที่ 2.4 การไบแอสไดโอดแบบสองสี 42 ตารางที่ 2.5 การไบแอสไดโอดแบบสามสี 42

ช สารบัญรูป เรื่อง หน้า รูปที่ 1.1 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดต่าง ๆ 2 รูปที่ 1.2 โครงสร้างของอะตอม 3 รูปที่ 1.3 ชั้นของวงโคจร 4 รูปที่ 1.4 การเติมพลวงลงในซิลิกอน 5 รูปที่ 1.5 การเติมโบรอนลงในซิลิกอน 6 รูปที่ 1.6 สารกึ่งตัวนำชนิด N และชนิด P ในลักษณะพาหะข้างมากและข้างน้อย 7 รูปที่ 1.7 รอยต่อพีเอ็น 8 รูปที่ 1.8 การเกิดบริเวณปลอดพาหะ 8 รูปที่ 1.9 การไบแอสตรง 9 รูปที่ 1.10 กราฟลักษณะสมบัติไบแอสตรงซิลิกอนไดโอด 9 รูปที่ 1.11 การไบแอสกลับ 10 รูปที่ 1.11 กราฟลักษณะสมบัติไบแอสกลับซิลิกอนไดโอด 10 รูปที่ 2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอด 12 รูปที่ 2.2 ไดโอดในอุดมคติ 12 รูปที่ 2.3 รอยต่อพีเอ็นขณะยังไม่ไบแอส 13 รูปที่ 2.4 การไบแอสตรงไดโอด 14 รูปที่ 2.5 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันเมื่อไดโอดได้รับใบแอดตรง 14 รูปที่ 2.6 การไบแอสกลับไดโอด 15 รูปที่ 2.7 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันขณะไบแอสกลับไดโอด 15 รูปที่ 2.8 ไดโอดลัดวงจร 17 รูปที่ 2.9 ไดโอดขาด 17 รูปที่ 2.10 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น 18 รูปที่ 2.11 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นบวก 18 รูปที่ 2.12 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นลบ 19 รูปที่ 2.13 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลางที่ขดทุติยภูมิแบบใช้ไดโอด 2 ตัว 20 รูปที่ 2.14 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นบวก 20 รูปที่ 2.16 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรมเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสี่เหลี่ยม 25 รูปที่ 2.17 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรมเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสามเหลี่ยม 25 รูปที่ 2.18 วงจรตัดสัญญาณแบบขนานเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสี่เหลี่ยม 26 รูปที่ 2.19 วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง 26

ซ สารบัญรูป เรื่อง หน้า รูปที่ 2.20 กราฟถ่ายโอน 27 รูปที่ 2.21 กราฟถ่ายโอน 27 รูปที่ 2.22 วงจรตัดสัญญาณแบบมีไบแอสและรูปคลื่นที่ได้ 27 รูปที่ 2.23 วงจรปรับระดับสัญญาณที่มีคลื่นไซน์เป็นอินพุต 28 รูปที่ 2.24 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบครึ่งคลื่น 29 รูปที่ 2.25 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบเต็มคลื่น 30 รูปที่ 2.2 6 วงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบครึ่งคลื่น 31 รูปที่ 2.27 วงจรทวีแรงดัน 4 เท่า 31 รูปที่ 2.28 แสดงโครงสร้าง รูปร่างตัวถัง และสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด 32 รูปที่ 2.29 กราฟลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอด 33 รูปที่ 2.30 กราฟลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอด 34 รูปที่ 2.31 วงจรสมมูลของซีเนอร์ไดโอด 35 รูปที่ 2.32 วงจรซีเนอร์ไดโอด 36 รูปที่ 2.33 ไดโอดเปล่งแสง 39 รูปที่ 2.34 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอดเปล่งแสง 40 รูปที่ 2.35 กราฟลักษณะสมบัติของไดโอดเปล่งแสง 41 รูปที่ 2.36 วงจรการต่อใช้งานไดโอดเปล่งแสง 41 รูปที่ 2.37 การต่อไดโอดเปล่งแสงสองสี 41 รูปที่ 2.38 การต่อไดโอดเปล่งแสงสามสี 42 รูปที่ 2.39 ไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วน 43 รูปที่ 2.40 โครงสร้างของไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วน 43 รูปที่ 2.41 วาแรกเตอร์ไดโอด 44 รูปที่ 2.42 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของวาแรกเตอร์ไดโอด 44 รูปที่ 2.43 หลักการทำงานของวาแรกเตอร์ไดโอด 45 รูปที่ 2.44 กราฟลักษณะสมบัติของวาแรกเตอร์ไดโอด 46 รูปที่ 2.45 การนำวาแรกเตอร์ไดโอดไปใช้งาน 46 รูปที่ 2.46 โฟโตไดโอด 47 รูปที่ 2.47 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของโฟโตไดโอด 47 รูปที่ 2.48 การไบแอสโฟโตไดโอดและกราฟลักษณะสมบัติ 47 รูปที่ 2.49 ทัลเนลไดโอด 48

ฌ สารบัญรูป เรื่อง หน้า รูปที่ 2.50 กราฟลักษณะสมบัติและสัญลักษณ์ของทันเนลไดโอด 48 รูปที่ 2.51 วงจรผลิตความถี่โดยใช้ทันเนลไดโอด 49 รูปที่ 2.52 วงจรไมโครโฟนไร้สายผลิตความถี่โดยใช้ทันเนลไดโอด 49

ญ แบบทดสอบก่อนเรียน ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำและไดโอด คำสั่ง จงเลือกทำเครื่องหมาย x ลงบนตัวเลือกที่ถูกต้องที่สุดเพียงคำตอบเดียว 1. วัสดุที่เป็นสารกึ่งตัวนำมีอิเล็กตรอนวงนอกสุดกี่ตัว ก. 2 ตัว ข. 3 ตัว ค. 4 ตัว ง. 5 ตัว 2. อะตอมประกอบด้วยอะไรบ้าง ก. นิวเคลียส อิเล็กตรอน นิวตรอน ข. โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน ค. โปรตอน นิวเคลียส อิเล็กตรอน ง. นิวเคลียส นิวตรอน โปรตอน 3. ข้อใดคือหลักการโดปสาร ก. การเติมอะตอมของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ลงในสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ ข. การเติมอะตอมของสารเจือปนลงในสารเจือปน ค. การเติมอะตอมของทองแดงลงในเงิน ง. การเติมอะตอมของสารเจือปนลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ 4. ข้อใดอธิบายเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ได้ถูกต้อง ก. การเติมสารเจือปนลงในสารกึงตัวนำบริสุทธิ์โดยสารที่เติมต้องมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว ข. การเติมสารซิลิกอนลงในสารเยอรมันเนียมเพื่อให้เกิดเป็นกึ่งตัวนำที่ไม่บริสุทธิ์ ค. การเติมสารฟอรัสที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัวลงในสารพลวงเพื่อให้เกิดเป็นสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ ง. การเติมสารเยอรมันเนียมลงในสารเยอรมันเนียมเพื่อให้เกิดเป็นสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ 5. พื้นที่บริเวณปลอดพาหะ รอยต่อพีเอ็น จะขยายกว้างที่สุดเมื่อ ก. ไดโอดมีกระแสไหลมากที่สุด ข. กระแสรั่วไหลมีค่าต่ำ ค. รอยต่อพีเอ็นได้รับไบแอสตรง ง. รอยต่อพีเอ็นได้รับไบแอสกลับ

ฎ 6. ข้อใดคือโครงสร้างของไดโอดสารกึ่งตัวนำ ก. ข. ค. ง. 7. ไดโอดในอุดมคติเปรียบเสมือนอุปกรณ์ในข้อใด ก. ตัวต้านทาน ข. ฟิวส์ ค. ซิลิกอนบริสุทธิ์ ง. สวิตช์ 8. ไดโอดในทางปฏิบัติจะนำกระแสเมื่อใด ก. แรงดันตกคร่อมไดโอดมากกว่าแรงดันเสมือน ข. ไดโอดต้องได้รับไบแอสกลับเท่านั้น ค. แรงดันตกคร่อมไดโอดต้องมากกว่า 10V ง. แรงดันตกคร่อมไดโอดต้องมากกว่า 50V 9. เมื่อไดโอดได้รับไบแอสกลับ บริเวณปลอดพาหะจะเป็นอย่างไร ก. แคบลงเรื่อย ๆ ตามแรงดันไบแอสกลับ ข. ไม่แน่นอน ค. ขยายกว้างขึ้น ง. ขึ้นแคบลงจนเกือบเป็นศูนย์

ฏ 10. ไดโอดเบอร์ 1N4001 บอกพิกัดคือ F I =1A , RRM V =50V , RMS V = 35Vอยากทราบว่าไดโอดตัวนี้ทนกระแส สูงสุดเท่าไร ก. 1 A ข. 3 A ค. 35 A ง. 50 A 11. ข้อใดอธิบายวิธีการตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ได้ถูกต้อง ก. ให้ตั้งมัลติมิเตอร์ย่านวัดไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ และในการวัด ครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสกลับมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ดังครั้งที่1 ข. ให้ตั้งมัลติมิเตอร์ย่านวัดไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะไม่แสดงค่าที่วัดได้ และในการ วัดครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสกลับมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ดังครั้งที่1 ค. ให้ตั้งมัลติมิเตอร์ย่านวัดไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ และในการวัด ครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสกลับมัลติมิเตอร์จะไม่แสดงค่า ง. ให้ตั้งมัลติมิเตอร์ย่านวัดไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะไม่แสดงค่าที่วัดได้ และในการ วัดครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสตรงอีกครั้งมัลติมิมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้

ฐ 12. จากรูปภาพ วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นจะยอมให้สัญญาณแรงดันในแต่ละไซเกิลผ่านได้อย่างไร ก. ไม่ให้ผ่าน ข. ผ่านได้เฉพาะคลื่นซีกบวก ค. ผ่านได้เฉพาะคลื่นซีกลบ ง. ผ่านได้สองซีก ทั้งซีกบวกและซีกลบ 13. จากรูปภาพ วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นจะลักษณะสัญญานแบบใดเมื่อสัญญาณผ่านวงจรแล้ว ก. ข. ค. ง.

ฑ 14. ข้อใดค่าของ dc V ของวงจรเรียงกระแสต่อไปนี้ ก. 2.6V ข. 3.6V ค. 4.8V ง. 5.2V 15. ข้อใดค่าของ dc V ของวงจรเรียงกระแสต่อไปนี้ ก. 17.5V ข. 16.2V ค. 18.4V ง. 25.45V 16. ข้อใดเป็นหลักการทำงานของวงจรตัดสัญญาณ ก. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก โดยไดโอดนี้จะทำหน้าที่ตัดยอดสัญญาณอินพุตบางส่วนออกไป และสัญญาณเอาต์พุตที่ได้เกิดจากผลรวมหรือผลต่างของสัญญาณอินพุต ข. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับสัญญาณไฟสลับเพื่อทำ ให้ได้สัญญาณเอาต์พุตตามต้องการ ค. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก โดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุเพื่อทำให้แรงดันอินพุตของวงจร สูงขึ้นหลายเท่าตัว ง. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก โดยใช้ไดโอดทวีแรงดัน 2 เท่าโดยทั่วไปแบ่งออกได้ 2 แบบ คือ แบบครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่น

ฒ 17. ข้อใดอธิบายหลักการทำงานวงจรปรับระดับสัญญาณได้ถูกต้อง ก. เป็นวงจรที่ทำหน้าปรับระดับเสียงก่อนที่จะนำสัญญาณเอาต์พุตไปเข้าเครื่องขยายเสียง ข. เป็นวงจรที่ทำหน้าปรับค่าความต้านทานเพื่อให้ได้อินพุตและเอาต์พุตตามที่ต้องการ ค. เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ปรับสัญญาณอินพุตให้ได้ขนาดตามที่ต้องการก่อนที่เข้าสู่วงจรและสัญญาณจะ ออกเอาต์พุต ง. เป็นวงจรที่ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับสัญญาณไฟสลับ ทำให้ได้สัญญาณเอาต์พุต ตามต้องการ 18. ข้อใดคือหน้าที่วงจรทวีแรงดัน ก. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ไดโอดและตัวต้านทาน ข. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุ ค. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ง. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ทรายซิสเตอร์และไดโอด 19. ข้อใดเป็นการนำวงจรทวีแรงดันไปใช้งาน ก. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรเครื่องรับวิทยุเพื่อใช้ในการรับสัญญาณ ข. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรควบคุมมอเตอร์สามเฟสเพื่อให้มอเตอร์ทำงาน ค. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรสร้างแรงดันไฟสูงในเครื่องรับโทรทัศน์ ง. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรสร้างความร้อนในเครื่องทำน้ำอุ่น

ณ 20. ถ้าต้องการวงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบครึ่งคลื่น กำหนดให้มีแรงดันอินพุตที่ 3V และเอาต์พุตที่ 9V เลือก คำตอบที่ถูกต้อง ก. ข. ค. ง. 21. การไบอัสซีเนอร์ไดโอดอย่างไรถูกต้องและปลอดภัย ก. การจ่ายไบอัสตรงค่าสูงๆ ข. การจ่ายไบอัสตรงสูงกว่าค่าเบรกดาวน์ ค. การจ่ายไบอัสกลับสูงกว่าค่าเบรกดาวน์ ง. การจ่ายไบอัสกลับต่ำกว่าค่าเบรกดาวน์ 22. ถ้าต้องการซีเนอร์ไดโอด 9.1V ขนาด 0.5W จะต้องเลือกใช้ซีเนอร์ไดโอดเบอร์ใด ก. 1N5239 ข. 1N4001 ค. 1N5238 ง. 1N4739

ด 23. จากวงจรกำหนดให้ RS= 560 Ω , VZT=5.1 V, IZT= 48 mA , IZK= 1 mA, IZM= 177 mA และค่า rZ= 7 Ω จงคำนวณหาค่าแรงดันเอาท์พุต ก. 4.764 V ข. 6.422 V ค. 5.324 V ง. 4.325 V 24. จากข้อ 23 จงคำนวณหาค่าแรงดันอินพุตต่ำสุด ก. 4.764 V ข. 6.422 V ค. 5.324 V ง. 4.325 V 25. ข้อใดอธิบายไดโอดเปล่งแสง แสงสีแดงได้ถูกต้อง ก. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการนำซิลิกอนคาร์ไบด์และเจอร์เมเนียมมาผสมกัน ข. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้เจอร์เมเนียมเป็นสารที่ใช้ผลิต ค. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้แกลเลียม อาเซไนด์ ฟอสไฟด์เป็นสารที่ใช้ผลิต ง. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้ฟอสฟอรัสเป็นสารที่ใช้ผลิต

ต 26. ไดโอดแปลงแสงแบบ 7 ส่วน (7-segment) ที่แสดงดังรูปม๊ไดโอดตัวใดทำงาน ก. b และ c ข. a และ c ค. a และ b ง. g และ f 27. การปรับค่าความจุของวาแรกเตอร์ไดโอดทำได้โดยวิธีใด ก. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้ ข. การลดพื้นที่ของแผ่นตัวนำทั้งสอง ค. การไบแอสตรง ง. การไบแอสกลับ 28. จากคุณสมบัติและลักษณะของวาแรกเตอร์ไดโอด นิยมนำไปใช้กับวงจรใด ก. วงจรทวีแรงดัน ข. วงจรชาร์จแบตเตอรี่ ค. วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ ง. วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น 29. การนำโฟโตไดโอดไปใช้งานต้องไบแอสแบบใด ก. การไบแอสกลับ ข. การไบแอสขึ้นอยู่กับเบอร์ของโฟโตไดโอด ค. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้ตรง ง. การไบแอส 30. การนำทันเนลไดโอดไปใช้งานต้องไบแอสแบบใด ก. การไบแอสกลับ ข. การไบแอสขึ้นอยู่กับเบอร์ของทันเนลไดโอด ค. การไบแอสตรง ง. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้

1

2 หน่วยที่ 1 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำ บทนำ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ เช่น ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดทรานซิสเตอร์ วงจรรวม และอื่น ๆ ล้วนมี โครงสร้างที่ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำแทบทั้งสิ้น ดังนั้น การศึกษาในวิชาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจรนี้ นักศึกษาจะต้องมีความรู้ความเข้าใจโครงสร้างและการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และในเบื้องต้นมีความ จำเป็นจะต้องเรียนรู้และทำความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม วัสดุสารกึ่งตัวนำ ซึ่งเป็นพื้นฐานในการทำ ความเข้าใจการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ และเพื่อนำไปใช้งานในโอกาสต่อไป ตัวอย่างของ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แสดงดังรูปที่ 1.1 (ก) ไดโอด (ข) ไดโอดบริจด์ (ค) ไดโอดเปล่งแสง (ง) ไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วนและแบบจุด (จ) ทรานซิสเตอร์ (ช) วงจรรวม รูปที่ 1.1 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดต่าง ๆ จากรูปที่ 1.1 แสดงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ประกอบด้วยไดโอด ไดโอดบริดจ์ ไดโอดเปล่งแสง ทรานซิสเตอร์ วงจรรวมหรือที่เรียกว่า ไอซี อุปกรณ์บางชนิดอาจจะมีรูปร่างและตัวถังที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้น การ นำไปใช้งานจึงต้องศึกษาโครงสร้าง และสัญลักษณ์ที่ปรากฏในวงจร หลักการทำงานกราฟลักษณะคุณสมบัติ รายละเอียดจากคู่มือผู้ผลิต การนำไปใช้งานในวงจรต่าง ๆ เพื่อใช้ประโยชน์ในการซ่อมอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า ต่าง ๆ รวมทั้งเป็นพื้นฐานการศึกษาในระดับที่สูงขึ้นต่อไป 1.1 คุณสมบัติของตัวนำ ฉนวน และสารกึ่งตัวนำ สสารที่มีอยู่บนโลกนี้มีมากมายหลายชนิด หากแบ่งสสารนั้นตามสถานะ จะแบ่งสสารออกได้ 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส แต่ถ้าแบ่งสสารตามคุณสมบัติทางไฟฟ้า จะแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดเช่นกัน กล่าวคือ ฉนวน (Insulator) สารที่เป็นฉนวนในอะตอมจะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5-8 ตัว จำเป็นต้องใช้ อิเล็กตรอนวงนอกสุดเกือบทั้งหมดยึดเหนี่ยวอะตอมอื่น ๆ ดังนั้นจึงเหลืออิเล็กตรอนอิสระในการพาประจุน้อย มาก ตัวอย่างวัสดุที่เป็นฉนวน ได้แก่ ไม้แห้ง ยาง พลาสติก ไมกา เป็นต้น

3 ตัวนำ (Conductor) สารที่เป็นตัวนำในอะตอมจะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 1-3 ตัว สารที่มีอิเล็กตรอนวง นอกสุดเพียงตัวเดียว เมื่อมีแรงมากระทำเพียงเล็กน้อยก็จะหลุดออกจากวงโคจรได้ง่ายกลายเป็น อิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปมาในชิ้นสาร ตัวอย่างวัสดุที่เป็นตัวนำ ได้แก่ เงิน ทองแดง อลูมิเนียม เหล็ก เป็นต้น สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) สารที่เป็นสารกึ่งตัวนำในอะตอมจะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว โดย อิเล็กตรอนวงนอกสุดจะจับกันแบบเดียวกับฉนวน แต่ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้การยึดเหนี่ยวของอะตอมขาดลง ทำให้อิเล็กตรอนอิสระพาประจุมากขึ้น ตัวอย่างวัสดุที่เป็นสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน เจอร์เมเนียม ซึ่งนำไปผลิต สารกึ่งตัวนำ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ เป็นต้น 1.2 อะตอม อะตอม (Atom) คือ อนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุ ไม่สามารถแบ่งแยกลงไปได้อีก ซึ่งยังบ่งบอกความเป็น คุณสมบัติของธาตุนั้นอยู่ เช่น อะตอมของทองแดง อะตอมของซิลิกอน เป็นต้น 1.2.1 โครงสร้างของอะตอม ในสสารประกอบด้วยอะตอมหลายๆอะตอมรวมกันและในแต่ละอะตอมจะประกอบด้วย แกนกลางที่เรียกว่า นิวเคลียส และวงโคจรของอิเล็กตรอน แสดงดังรูปที่ 1.2 รูปที่ 1.2 โครงสร้างของอะตอม

4 1.2.2 ชั้นของวงโคจร อะตอมของธาตุประกอบด้วยชั้นของวงโคจรจำนวน 7 ชั้นคือชั้น K L M N O P และ Q ตามลำดับลักษณะของวงโคจรอิเล็กตรอน แสดงดังรูปที่ 1.3 รูปที่ 1.3 ชั้นของวงโคจร จากรูปที่ 1.3 ชั้นของวงโคจรโครงสร้างของอะตอมประกอบด้วยแกนกลางของวงโคจรเรียกว่า นิวเคลียสภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนโดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ในวงโคจรจำนวน อิเล็กตรอนสูงสุดที่โคจรในแต่ละชั้นจะมีจำนวนไม่เท่ากันจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละวงโคจรหาได้จาก จำนวน อิเล็กตรอนสูงสุดเท่ากับ 2 * ลำดับของชั้นของวงโคจรกล่าวคือ ชั้น K มีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดคือ 2 x 2 (1) = 2 x 1 = 2 ชั้น L มีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดคือ 2 x 2 (2) = 2 x 4 = 8 ชั้น M มีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดคือ 2 x 2 (3) = 2 x 9 = 18 ชั้น N มีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดคือ 2 x 2 (4) = 2 x 16 = 32 การบรรจุอิเล็กตรอนในวงโคจรแต่ละชั้นอันดับแรกจะต้องบรรจุอิเล็กตรอนในชั้นเคให้เต็มแล้ว บรรจุลงในชั้นถัดไปคือ L, M, N ตามลำดับ แต่มีข้อยกเว้น เช่น อะตอมของเงินมีเลขอะตอม คือ 47 ดังนั้น การ บรรจุอิเล็กตรอนในแต่ละชั้นจะเป็นดังนี้ คือ K = 2, L = 8, M = 18, N = 18 ปกติ คือ 32 ดังนั้น จะบรรจุใน ชั้น O = 1 เป็นต้น หมายเหตุจำนวนอิเล็กตรอนแต่ละวงโคจรรวมต้องเท่ากับเลขอะตอม 1.2.3 คุณสมบัติทางไฟฟ้าของอะตอม โปรตอน มีจำนวนมากกว่า อิเล็กตรอนอะตอมจะคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นบวก อิเล็กตรอน มีจำนวนมากกว่า โปรตอน อะตอมจะมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นลบ นิวตรอน มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า เป็นกลาง จำนวนของนิวตรอนจึงไม่ส่งผลทางไฟฟ้าให้แก่ อะตอม นิวเคลียร์

5 1.3 สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ คือ สารหรือธาตุที่ไม่ได้มีการเติมสารเจือปน ใด ๆ ลงไป คุณลักษณะเฉพาะของ สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเติมอะตอมของสารเจือปนเข้าไปในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ ซึ่ง เรียกว่า กระบวนการโดป (Doping process) สารกึ่งตัวนำที่นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ ทำมาจาก ธาตุซิลิกอน และธาตุเจอร์เมเนียม จะยึดติดกันเป็นผลึก(Crystal) เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ ไอซี เป็น ต้น ธาตุทั้งสองชนิดนี้ จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว แต่อิเล็กตรอนทั้งหมดจะไม่เท่ากัน โดยซิลิกอนจะ มีอิเล็กตรอนทั้งหมด 14 ตัว ส่วนเยอรมันเนียมจะมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 32 ตัว ต่อหนึ่งอะตอม 1.4 สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ 1.4.1 ชนิดเอ็น (N-Type) สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดเอ็น เกิดจากการเติมสารเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัวเช่น ฟอสฟอรัส สารหนู และพลวง ลงในซิลิกอน (Si) และเยอรมันเนียม (Ge) โดยมีลักษณะแสดงดังรูปที่ 1.4 รูปที่ 1.4 การเติมพลวงลงในซิลิกอน จากรูปที่ 1.4 การเติมพลวงลงในสารกึ่งตัวนําบริสุทธิ์ซิลิกอนผล ที่เกิดจากการโควาเลนซ์ทำให้ อิเล็กตรอนรวมตัวกันกับอะตอมข้างเคียงมีอิเล็กตรอนเกินมา 1 ตัว ซึ่งเรียกอิเล็กตรอนนี้ว่าอิเล็กตรอนอิสระ มี สภาพทางไฟฟ้าเป็นลบ ดังนั้นหากให้พลังงานภายนอก เช่น หม้อแรงดันไฟฟ้า จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ ซึ่ง เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในสารกึ่งตัวนำได้

6 1.4.2 ชนิดพี (P-Type) สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดพีเกิดจากการเติมสารเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัวได้แก่ โบรอน อลูมิเนียม และแกลเลียม ลงในซิลิกอน (Si) และเยอรมันเนียม (Ge) โดยมีลักษณะแสดงดังรูปที่ 1.5 รูปที่ 1.5 การเติมโบรอนลงในซิลิกอน จากรูปที่ 1.5 การเติมโบรอนลงในสารกึ่งตัวนําบริสุทธิ์ซิลิกอน ผลที่เกิดจากการโควาเลนซ์ ทำ ให้อิเล็กตรอนรวมกันกับอะตอมข้างเคียง โดยอิเล็กตรอนขาด 1 ตัว เกิดเป็นช่องว่างที่ เรียกว่า โฮล มีสภาพทาง ไฟฟ้าเป็นบวก

7 1.4.3 พาหะข้างมากและพาหะข้างน้อย สารกึ่งตัวนําชนิด N และชนิด P เป็นสารกึ่งตัวนําที่ผลิตขึ้นมาจากการเติมธาตุเจือปน ต่างชนิด ลงไปในธาตุซิลิคอน (Si) หรือธาตุเจอร์เมเนียม (Ge) ทำให้สารกึ่งตัวนําที่ได้มีจำนวนโฮล และอิเล็กตรอนอิสระ เกิดขึ้นแตกต่างกัน สารกึ่งตัวนําชนิด N มีจำนวนอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าโฮล และอิเล็กตรอนอิสระเกิดขึ้น แตกต่างกัน ส่วนในสารกึ่งตัวนําชนิด P มีจำนวนโฮล มากกว่าอิเล็กตรอนอิสระ ทั้งโฮลและอิเล็กตรอนอิสระทำ ให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหล ถูกเรียกว่า พาหะ (Carrier) ในสารกึ่งตัวนํามีทั้งพาหะข้างมาก (Majority Carrier) และ พาหะข้างน้อย (Minority Carrier) พาหะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของสารกึ่งตัวนํา สารกึ่งตัวนําชนิด P และชนิด N ในลักษณะพาหะข้างมากและพาหะข้างน้อย แสดงดังรูปที่ 1.6 + + + + + + + + - - - - - - - 1 อะตอมธาตุเจือปน - - - - - พาหะข้างมาก - + + - + - - + - - - - + - - + - พาหะข้างน้อย อิเล็กตรอนอิสระ + - (ก)สารกึ่งตัวนำชนิด N (ข)โครงสร้างใหม่วสารกึ่งตัวนำชนิด N + - - - - - - - + + + + - + + 1 อะตอมธาตุเจือปน + + + - + พาหะข้างมาก - + + - + + - + + - + + + - + + - พาหะข้างน้อย โฮล - + (ค)สารกึ่งตัวนำชนิด P (ง)โครงสร้างใหม่วสารกึ่งตัวนำชนิด P รูปที่ 1.6 สารกึ่งตัวนำชนิด N และชนิด P ในลักษณะพาหะข้างมากและข้างน้อย

8 1.5 รอยต่อพีเอ็น เมื่อนําสารกึ่งตัวนำชนิดพีและสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็นมาต่อกันจะเรียกว่า รอยต่อพีเอ็น (PN Junction) โดยมีลักษณะดังรูปที่ 1.7 รูปที่ 1.7 รอยต่อพีเอ็น จากรูปที่ 1.7 จะเกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระในสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็นที่อยู่ใกล้บริเวณรอยต่อ และเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อมารวมกับโฮลในสารกึ่งตัวนําชนิดพี ทำให้อิเล็กตรอนอิสระและโฮลที่บริเวณรอยต่อ หายไป เรียกว่า บริเวณปลอดพาหะ (Depletion Region) ดังรูปที่ 1.8 รูปที่ 1.8 การเกิดบริเวณปลอดพาหะ เมื่อเกิดบริเวณปลอดพาหะที่รอยต่อ จะทำให้อะตอมสารกึ่งตัวนําที่บริเวณใกล้รอยต่อสูญเสียความ เป็น กลางทางไฟฟ้า โดยสารกึ่งตัวนําชนิดที่จะได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นทำให้โฮลหายไปและอะตอมของสาร กึ่งตัวนำ ชนิดเอ็นจะสูญเสียอิเล็กตรอนอิสระไป ดังนั้นจะพบว่าอะตอมของสารกึ่งตัวนําทั้งสองสูญเสียความ สมดุลทาง ไฟฟ้า นั่นคือ อะตอมในสารกึ่งตัวนําชนิดพีจะมีประจุลบ ทำให้อะตอมของสารกึ่งตัวนําชนิดพีที่ รอยต่อแสดง อำนาจประจุไฟฟ้าเป็นลบ และอะตอมของสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็นมีประจุบวกมากกว่าประจุลบ ทำให้อะตอมของ สารกึ่งตัวนําชนิดเอ็นบริเวณรอยต่อแสดงอำนาจประจุไฟฟ้าบวก เป็นผลทำให้เกิดความ ต่างศักย์ขึ้นระหว่าง อะตอมของสารกึ่งตัวนําชนิดพีและชนิดเอ็นที่บริเวณรอยต่อ เรียกว่า แนวขวางกั้นศักย์ (Potential Hill) หรือ อาจเรียกว่า Potential Barrier

9 การให้ไบแอสรอยต่อพีเอ็น เมื่อนำแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าป้อนให้กับรอยต่อพีเอ็น โดยสามารถทำได้ 2 แบบคือ คือ ถ้า ศักย์ไฟฟ้าที่สารพีสูงกว่าสารเอ็นเรียกว่า การไบแอสตรง (Forward Bias) และถ้าศักย์ไฟฟ้าที่สารที่ต่ำกว่า ศักย์ไฟฟ้าที่สารเอ็น เรียกว่า การไบแอสกลับ (Reverse Bias) โดยแต่ละแบบมีรายละเอียดดังนี้ 1. การไบแอสตรง (Forward Bias) หมายถึง การป้อนแรงดันไฟฟ้าบวกของแหล่งจ่ายให้กับ สารกึ่งตัวนําชนิดพี และแรงดันไฟฟ้าลบให้กับสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็น ดังรูปที่ 1.9 รูปที่ 1.9 การไบแอสตรง จากรูปที่ 1.9 ผลของการไบแอสตรง คือ ทำให้ขั้วลบของแหล่งจ่ายผลักอิเล็กตรอนอิสระให้ เคลื่อนที่เข้าหารอยต่อ ในขณะเดียวกันโฮลที่อยู่ใกล้รอยต่อจะดึงอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปรวมกับ โฮล กระแสไบแอสตรง (Forward Current : If) กับแรงดันไบแอสตรง (Forward Voltage : Vf) ที่ ตกคร่อมรอยต่อพีเอ็น สำหรับซิลิกอนไดโอด มีค่าโดยประมาณคือ 0.7 V กราฟลักษณะไบแอสตรงดังรูปที่ 1.10 รูปที่ 1.10 กราฟลักษณะสมบัติไบแอสตรงซิลิกอนไดโอด

10 2. การไบแอสกลับ (Reverse Bias) หมายถึง การป้อนแรงดันไฟฟ้าบวกของแหล่งจ่ายให้กับ สารกึ่งตัวนําชนิดเอ็น และแรงดันไฟฟ้าลบให้กับสารกึ่งตัวนำชนิดพี ดังรูปที่ 1.11 รูปที่ 1.11 การไบแอสกลับ จากรูปที่ 1.11 ผลของการไบแอสกลับ คือ บริเวณปลอดพาหะจะขยายพื้นที่ออก ดังนั้นกระแส จึงไหลผ่านรอยต่อพีเอ็นไม่ได้ เนื่องจากประจุพาหะข้างมากไม่สามารถเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อได้ แต่จะมีพาหะข้างน้อยสามารถ เคลื่อนที่ข้ามรอยต่อได้ โดยประจุลบของสารกึ่งตัวนําชนิดที่จะถูกดึงข้ามรอยต่อไปรวมกับประจุ บวกของสารกึ่ง ตัวนําชนิดเอ็น และเคลื่อนที่ไปขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดันผ่านไปที่สารกึ่งตัวนําชนิดพีการเคลื่อนที่ของประจุซึ่ง เป็นพาหะข้างน้อยเท่านั้นที่จะสามารถเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อได้ จึงเกิดกระแสที่มีค่าน้อย เรียกว่า กระแสรั่วไหล มี หน่วยเป็น μA กระแสไบแอสกลับ (Reverse Current : IR) กับแรงดันไบแอสกลับ (Reverse Voltage : VR ที่ตกคร่อมรอยต่อพีเอ็น กราฟลักษณะสมบัติไบแอสกลับ ดังรูปที่ 1.11 รูปที่ 1.11 กราฟลักษณะสมบัติไบแอสกลับซิลิกอนไดโอด

11

12 หน่วยที่ 2 ไดโอด 2.1 ไดโอด ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำจำพวกซิลิกอน หรือเจอร์เมเนียม อย่างใด อย่างหนึ่ง เช่น ถ้าเป็นสารกึ่งตัวนำซิลิกอน ก็จะนำเอาสารกึ่งตัวนำซิลิกอนชนิด P และ N มาต่อชนกัน โดยจะใช้ วิธีการปลูกผลึกหรือวิธีการแพร่สารเจือปนลงไปในแท่งสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ ให้ด้านหนึ่งเป็นสารชนิด P และอีก ด้านหนึ่งเป็นสารชนิด N สิ่งที่ได้จะกลายเป็นอุปกรณ์ที่เรียกว่า ไดโอดชนิดรอยต่อ P-N 2.1.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอด โครงสร้างของไดโอดประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพี และสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ที่ได้กล่าว โดย โครงสร้างของไดโอดแสดงดังรูปที่ 2.1 รูปที่ 2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอด จากรูปที่ 2.1 แสดงโครงสร้างของไดโอดประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพี และสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น มี 2 ขั้วคือ ขั้วแอโนดและขั้วแคโทด เนื่องจากไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ยอมให้กระแสไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว ดังนั้น สัญลักษณ์ของไดโอดขั้วแอโนดจะแทนด้วยหัวลูกศร ซึ่งหมายถึงทิศทางการไหลของกระแส 2.2 ไดโอดในอุดมคติ ไดโอดในอุดมคติ คือ ไดโอดที่สมมติขึ้น เพื่อจำลองการทำงานของไดโอดและเพื่อให้เข้าใจการทำงาน ของไดโอดมากยิ่งขึ้น โดยจะเปรียบเสมือนไดโอดเป็นสวิตช์ตัวหนึ่ง ลักษณะของไดโอดในอุดมคติ แสดงดังรูปที่ 2.2 VD + - VD + Short circuit I (limited by circuit) D (a) I = 0 (b) D Open circuit 0 D V I รูปที่ 2.2 ไดโอดในอุดมคติ

13 จากรูปที่ 2.2 เมื่อไดโอดได้รับไบแอสตรง (Forward Bias) กล่าวคือ ศักย์ไฟฟ้าที่แอโนดสูงกว่าแคโทด เปรียบเสมือนไดโอดลัดวงจร (Short Circuit) หรือสวิตช์ปิดวงจร (Close Switch) ซึ่งจะมีกระแสไหลผ่านตัว ไดโอด และถ้าไดโอดได้รับไบแอสกลับ (Reverse Bias) หรือสวิตช์เปิดวงจร (Open Switch) เปรียบเสมือน ไดโอดเปิดวงจร (Open Circuit) กระแสจะไม่สามารถไหลผ่านไดโอดได้ ดังนั้น หากนำไปเขียนกราฟไดโอด ใน อุดมคติ โดยให้กระแสไหลผ่านไดโอด คือ แกนตั้ง แทนด้วย 1) และแรงดันตกคร่อมไดโอด คือ แกนนอน แทน ด้วย V, ดังรูปที่ 2.2 ในกรณีไดโอดในอุดมคติจะสมมติให้ไดโอดไม่มีค่าความต้านทาน หมายถึง ไม่มีแรงดันตก คร่อมตัวไดโอด 2.3 ไดโอดในทางปฏิบัติ ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode) จะแตกต่างจากไดโอดในอุดมคติ กล่าวคือ ไดโอดในทาง ปฏิบัติ นั้นจะมีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยหรือพาหะข้างน้อยที่บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง และ ไดโอด ในทางปฏิบัติไดโอดจะมีค่าความต้านทานค่า ๆ หนึ่ง ดังนั้น ถ้าให้ไบแอสตรง ไดโอดในทางปฏิบัติจะ เกิดแรงดัน ตกคร่อมไดโอดค่าหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า แรงดันเสมือน โดยเจอร์เมเนียมไดโอดจะมีค่าแรงดันเสมือน ประมาณ 0.3 V และซิลิกอนไดโอดจะมีแรงดันเสมือนประมาณ 0.7 V และจะใช้ค่าแรงดันเสมือนนี้ในการคำนวณเกี่ยวกับไดโอด ในโอกาสต่อไป ดังนั้น ขณะที่ยังไม่มีการไบแอสไดโอดจะเปรียบเสมือนค่าความต่าง ศักย์ภายใน (Built in Potential) รอยต่อพีเอ็นขณะยังไม่มีการให้ไบแอสมีลักษณะดังรูปที่ 2.3 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - N-region P-region - - - - - - - - - - + + + + + + + - - - -- + + ++ + PN-junction Built-i n Potential 0.3-0.7V I Ir f R Zero Bias รูปที่ 2.3 รอยต่อพีเอ็นขณะยังไม่ไบแอส ถ้าต้องการให้ไดโอดในทางปฏิบัตินำกระแสนั้น สามารถทำได้โดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าค่า ๆ หนึ่งซึ่ง จะต้องมีค่ามากกว่าแรงดันเสมือน ให้ตกคร่อมไดโอด โดยที่แรงดันเสมือนอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า แรงดันใน การ เปิด (Turn on Voltage : VT) โดยที่ค่า VT ของไดโอดคือ เจอร์เมเนียมไดโอด VT = 0.3 V ซิลิกอนไดโอด VT = 0.7 V 2.4 การไบแอสไดโอด

14 การไบแอสไดโอด คือการป้อนแรงดันให้กับไดโอด เพื่อให้ไดโอดทำงานตามที่ต้องการแบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือการไบแอสตรง และการไบแอสกลับ โดยการไบแอสแต่ละแบบสามารถอธิบายได้ดังนี้ 2.4.1 การไบแอสตรง การไบแอสตรง หมายถึง ศักย์ที่แอโนดสูงกว่าแคโทด หรือขั้วบวกแหล่งจ่ายป้อนให้กับแอโนด และขั้วลบของแหล่งจ่ายป้อนให้กับแคโทด โดยการไบแอสตรงแสดงดังรูปที่ 2.4 รูปที่ 2.4 การไบแอสตรงไดโอด จากรูปที่ 2.4 เมื่อจ่ายไบแอสตรงไดโอด ผลที่เกิดขึ้นคือบริเวณปลอดพาหะอาจจะแคบมาก กล่าวคือค่าความต้านทานของไดโอดจะต่ำลง ดังนั้นกระแสจึงไหลผ่านไดโอดได้ และแรงดันตกคร่อมไดโอดจะมี ค่าต่ำประมาณ 0.7 V หากนำกระแสที่ไหลผ่านไดโอดและแรงดันที่ตกคร่อมไดโอดไปเขียนกราฟความสัมพันธ์ของ กระแสและแรงดันจะได้กราฟดังรูปที่ 2.5 รูปที่ 2.5 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันเมื่อไดโอดได้รับใบแอดตรง จากกราฟ F I คือ กระแสที่ไหลผ่านไดโอด F V คือ แรงดันที่ตกคร่อมไดโอด

15 2.4.2 การไบแอสกลับ การไบแอสกลับ หมายถึง การที่ขั้วแอโนดของไดโอดได้รับศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าแคโทด กรณีนี้จะ ทำให้บริเวณปอดพาหะขยายกว้างขึ้นลักษณะการไบแอสกลับ แสดงดังรูปที่ 2.6 รูปที่ 2.6 การไบแอสกลับไดโอด จากรูปที่ 2.6 การไบแอสกลับไดโอด เนื่องจากจะมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายตรงบริเวณรอยต่ออยู่ จำนวนหนึ่ง ทำให้มีกระแสจำนวนหนึ่งไหลผ่านไดโอดได้ ซึ่งปริมาณกระแสนี้มีค่าน้อยมาก ซึ่งการวัดมีหน่วยได้ เป็นไมโครแอมป์ และเรียกกระแสนี้ว่ากระแสรั่วไหล เมื่อเพิ่มแรงดันไบแอสกลับมากขึ้นเรื่อย ๆ ปริมาณกระแสรั่วไหลจะเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน จนถึง จุดที่ไดโอดนำกระแสเพิ่มมากขึ้นถึงจุด ๆ หนึ่ง เรียกว่า กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ โดยแรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เรียกว่า แรงดันพังทลายกราฟแสดงความสัมพันธ์ขณะไบแอสกลับไดโอด แสดงดังรูปที่ 2.7 รูปที่ 2.7 กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันขณะไบแอสกลับไดโอด จากรูปที่ 2.7 ถ้าจ่ายแรงดันไบแอสกลับสูงขึ้นจนถึงจุดสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้จะเรียก แรงดันที่จุดนี้ว่าแรงดันพังทลายซีเนอร์และถ้าแรงดันไบแอสกลับสูงกว่า Z V จะเกิดความร้อนสะสมขึ้นที่รอยต่อ พีเอ็นของไดโอดมากขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งจะส่งผลให้ไดโอดได้รับความเสียหายได้

16 2.5 เบอร์ไดโอดและการแปลความหมาย การกำหนดเบอร์ไดโอดโดยทั่วไปจะขึ้นต้นด้วย 1N และตัวเลขเรียงลำดับไป ยกตัวอย่างเช่น 1N60, 1N4148, 1N4001, และ 1N5408 เป็นต้น ด้วยไดโอดแต่ละเบอร์มีคุณลักษณะทางไฟฟ้าแตกต่างกัน สามารถ ดูจากคู่มือการใช้งาน หรือรายละเอียดทางเทคนิค ซึ่งกำหนดมาจากบริษัทผู้ผลิตไดโอดตัวอย่างเบอร์ไดโอด แสดงดังตารางที่ 1.1 ตารางที่ 1.1 เบอร์ไดโอดและพิกัดทางไฟฟ้าสูงสุด MAXIMUM RATINGS ( A T = 25℃ unless otherwise noted) PARAMETER SYMBOL 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 UNIT Maximum repetitive peak reverse voltage RRM V 50 100 200 400 600 800 1000 V Maximum RMS voltage RMS V 35 70 140 280 420 560 700 V Maximum DC blocking voltage DC V 50 100 200 400 600 800 1000 V Maximum average forward rectified current 0.375 (9.5 mm) lead length at A T = 75℃ F(AV) I 1.0 A จากตารางที่ 1.1 พิกัดทางไฟฟ้าสูงสุดซึ่งทดสอบที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสโดยพิกัดทางไฟฟ้าที่ จำเป็นต้องทราบ พออธิบายได้ดังนี้คือ 1. แรงไบแอสกลับสูงสุด คือแรงดันไบอัสกลับสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ โดยแสดงเป็นแรงดันพีค สูงสุด เช่นเบอร์ 1N4001 เท่ากับ 50 V และเบอร์ 1N4007 = 1000 V เป็นต้น ค่าแรงดันไบแอสกลับสูงสุดใน บางครั้งเรียกว่า แรงดันย้อนกลับพีค 2. แรงดันที่ใช้งานจริงสูงสุด คือแรงดันสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ เป็นค่าแรงดันที่ใช้งานจริง ซึ่ง สามารถวัดได้ด้วยเอซีโวลต์มิเตอร์ เช่นเบอร์ 1N4001 เท่ากับ 35 V และเบอร์ 1N4007 = 700 V เป็นต้น 3. แรงดันไฟตรงสูงสุด คือแรงดันสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ โดยเป็นแรงดันเฉลี่ยวัดได้โดยใช้ดีซีโวลต์ มิเตอร์เช่นเบอร์ 1N4001 เท่ากับ 50 V และเบอร์ 1N4007 = 1000 V เป็นต้น 4. กระแสไบแอสตรงสูงสุด คือกระแสสูงสุดที่ไหลผ่านไดโอด โดยที่ไดโอดสามารถทนได้โดยเป็นกระแส เฉลี่ยวัดได้ โดยใช้ดีซีแอมมิเตอร์ จากตารางที่ 1.1 ไดโอดทุกเบอร์ตั้งแต่เบอร์ 1N4001 ถึงเบอร์ 1N4007 ทน กระแสได้เท่ากับ 1 A

17 2.6 การตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ การตรวจสอบไอโอด มีจุดประสงค์เพื่อต้องการทราบขั้วไดโอด และถ้าต้องการทราบว่าไดโอดตัวนั้นใช้ งานได้หรือไม่นั้น ให้นำแอนะลอกมิเตอร์ หรือมิเตอร์แบบเข็มชี้มาวัด การใช้โอห์มมิเตอร์มีรายละเอียดดังนี้ 2.6.1 การวัดหาขั้วไดโอด ใช้แอนะลอกมิเตอร์ ตั้งย่านวัด Rx1 วัดค่าไดโอดแล้วค่าอ่านความต้านทานที่ได้ และสลับสาย วัดอีกครั้งหนึ่ง ถ้าไดโอดได้รับไบแอสตรงจะอ่านค่าได้ประมาณ 5-10 โอห์ม แต่ถ้าไดโอดได้รับไบแอสกลับ จะ อ่านค่าได้เท่ากับ ∞ โอห์ม 2.6.2 การตรวจสอบอาการเสียของไดโอด อาการเสียของไดโอด แบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ คือ 1. ไดโอดลัดวงจร เข็มมิเตอร์จะกระดิกชี้ค่าเท่ากันสองครั้ง ทั้งในขณะทำการวัดแบบไบแอส ตรงและไบแอสกลับ รูปที่ 2.8 ไดโอดลัดวงจร 2. ไดโอดขาด ไม่ว่าจะวัดไบแอสตรงหรือไบแอสกลับเข็มมิเตอร์จะไม่กระดิกเลย รูปที่ 2.9 ไดโอดขาด 3. ไดโอดรั่ว ทำการวัดค่าความต้านทานไดโอดที่ด้านไบแอสกลับ ถ้าเป็นซิลิกอนไดโอดเข็มชี้จะ แสดงค่าอินฟินิตี้ แต่ถ้าเป็นเจอร์เมเนียมไดโอดเข็มชี้จะแสดงค่าความต้านทานที่ประมาณ 400 kΩ - 500 kΩ นั่นคือเจอร์เมเนียมไดโอดจะมีค่ากระแสรั่วไหลมากกว่าซิลิกอนไดโอด

18 ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้ว และนับเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดแรกที่ช่าง อิเล็กทรอนิกส์จะต้องเข้าใจโครงสร้างและการทำงาน เพื่อนำไปใช้ในวงจรต่าง ๆ เช่น วงจรเรีงกระแส หรือภาค จ่ายไฟในงานอิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้น การนำไดโอดไปใช้งานควรศึกษาคู่มือจากบริษัทผู้ผลิต เพื่อป้องกันไม่ให้ ไดโอดได้รับความเสียหาย 2.7 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่น 2.7.1 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น (Half Wave Rectifier) เป็นวงจรที่ใช้เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นไฟฟ้ากระแสตรง โดยใช้ไดโอดหนึ่งตัว ทำหน้าที่เป็นตัวเรียงกระแส แสดงดังรูปที่ 2.10 รูปที่ 2.10 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น จากรูปที่ 2.10 การทำงานของวงจร เพื่อให้ง่ายสมมติให้ไดโอดไม่มีค่าความต้านทาน เรียกว่า ไดโอดในอุดมคติ เมื่อมีสัญญาณไซน์ซีกบวกเข้ามาที่ตัวไดโอด ขาแอโนดได้รับศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าแคโทด หรือไดโอดได้รับไบแอสตรง จะมีกระแสไหลผ่านไดโอด ดังนั้นแรงดันที่เอาต์พุต o V มีค่าเท่ากับ m V ต่อมา สัญญาณซ้ายซีกลบ ไดโอดได้รับไบแอสกลับจะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด ดังนั้นแรงดันที่เอาต์พุตเท่ากับศูนย์ 2.7.1.1 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นบวก วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นบวก จะยอมให้แค่คลื่นซีกบวกผ่าน และปิดกันคลื่น ซีกลบ หรือไม่ยอมให้คลื่นซีกลบผ่าน รูปที่ 2.11 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นบวก

19 2.7.1.2 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นลบ วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นลบ จะยอมให้แค่คลื่นซีกลบผ่าน และปิดกันคลื่น ซีกบวก หรือไม่ยอมให้คลื่นซีกบวกผ่าน รูปที่ 2.12 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นลบ การหาค่าเฉลี่ยหาได้จากสมการคือ แรงดันไฟเฉลี่ยหาได้จาก p dc av p rms V V V 0.318V 0.45V = = = = ....……………….(2.1) p rms V 1.414V = กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยหาได้จาก m dc av m rms I I I 0.318I 0.45I = = = = ………………….(2.2) กรณีที่คิดแรงดันตกคร่อมไดโอดจะได้ dc m k V 0.318(V V ) − ………………….(2.3) โดยที่ k V 0.7V = สำหรับซิลิกอนไดโอด ค่า PIV (Peak Inverse Voltage) ของไดโอด หมายถึง ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ตกคร่อมไดโอดขณะ ไดโอดไบแอสกลับ ค่าแรงดันย้อนกลับพีค เป็นพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความสำคัญต่อการออกแบบวงจรเรียงกระแสซึ่งจะ ช่วยให้การเลือกใช้งานไดโอดอย่างปลอดภัยพิจารณาจาก PIV ≥ m V สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

20 2.7.2 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นแบบใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลางต่อการที่ขดทุติยภูมิ แบบใช้ไดโอด 2 ตัว ในการเรียงกระแสร่วมกับหม้อแปลงมีแท็ปกลางเพื่อให้ได้สัญญาณเอาต์พุต ทั้งจากครึ่งไซเกิลบวกและครึ่ง ไซเกิลลบ ขนาดแรงดันที่ได้ทางเอาต์พุตจะมากกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นประมาณ 2 เท่า สัญญาณ รูปคลื่นที่ได้ทางเอาต์พุตจะมีความต่อเนื่องมากกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น รูปที่ 2.13 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลางที่ขดทุติยภูมิแบบใช้ไดโอด 2 ตัว จากรูปวงจรที่ 2.13 ซึ่งก่อนอื่นต้องเข้าใจก่อนว่าที่ขุดทุติยภูมิของหม้อแปลงสัญญาณไฟ AC จะมีเฟสตรงข้ามกันเสมอกล่าวคือ ถ้าขดด้านบนเป็นสัญญาณซีกบวก ดังนั้นขดด้านล่างจะต้องเป็นซีกลบ 2.7.2.1 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นบวก รูปที่ 2.14 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นบวก 2.7.2.2 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นลบ รูปที่ 2.15 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นบวก AC

21 การหาค่าเฉลี่ยหาได้จากสมการคือ แรงดันไฟเฉลี่ยหาได้จาก p dc av p rms 2V V V 0.636V 0.90V = = = = ....................(2.7) กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยหาได้จาก m dc av m rms 2I I I 0.636I 0.90I = = = = ................... (2.8) กรณีที่คิดแรงดันตกคร่อมไดโอดจะได้ dc p k V 0.636(V 2 V ) − ................... (2.9) โดยที่ k V 0.7V = สำหรับซิลิกอนไดโอด ค่า PIV (Peak Inverse Voltage) ของไดโอด หมายถึง ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ตกคร่อมไดโอดขณะ ไดโอดไบแอสกลับ ค่าแรงดันย้อนกลับพีค เป็นพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความสำคัญต่อการออกแบบวงจรเรียงกระแสซึ่งจะ ช่วยให้การเลือกใช้งานไดโอดอย่างปลอดภัยพิจารณาจาก PIV ≥2 p V สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

22 2.8 การคำนวณวงจรเรียงกระแส 2.8.1 การคำนวณวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น ตัวอย่างที่ 2.1 จงคำนวณหาแรงดันไฟตรง dc V และเขียนรูปคลื่นอินพุตและเอาต์พุต วิธีทำ แรงดันไฟเฉลี่ยหาได้จาก p dc av p rms V V V 0.318V 0.45V = = = = กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยหาได้จาก m dc av m rms I I I 0.318I 0.45I = = = = คำนวณหา m V หรือ p V p rms V V x 2 6Vx1.414 8.485V = = = คำนวณหา dc V หรือ av V m dc av V V V 0.318x8.485V 2.698V = = = =

23 ตัวอย่างที่ 2.2 จงคำนวณหาค่าของ dc V , dc I และกำลังไฟฟ้าที่โหลด ( R P ) กำหนดให้ rms V = 220V วิธีทำ p rms V V x 2 220Vx1.414 311.08V = = = dc p V 0.318xV 0.318x311.08V 98.92V = = = dc dc V 98.92V I 0.989A R 100 = = = Ω R dc dc P V xI 98.92Vx0.989A 97.85W = = =

24 2.8.2 การคำนวณวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น ตัวอย่างที่ 2.3 จงคำนวณหาค่าของ dc V D1 D2 RL Vdc + - 220V/ 50Hz 12V 12V 0 วิธีทำ แรงดันไฟเฉลี่ยหาได้จาก p dc av p rms V V V 0.318V 0.45V = = = = กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยหาได้จาก m dc av m rms I I I 0.318I 0.45I = = = = คำนวณหา m V หรือ p V p rms V V x 2 12Vx1.414 16.968V = = = คำนวณหา dc V หรือ av V Vdc = Vav = Vp π 2 = 0.636x16.968V = 10.79V

25 2.9 วงจรตัดสัญญาณ วงจรตัดสัญญาณ (Clipper Circuit) เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ตัดสัญญาณอินพุตบางส่วนที่ไม่ต้องการ ออกไป เพื่อให้ได้ขนาดของสัญญาณเอาต์พุตตามที่ต้องการ โดยที่สัญญาณเอาต์พุตที่ได้เกิดจากผลรวม หรือ ผลต่างของสัญญาณอินพุตกับแหล่งจ่ายอ้างอิง วงจรตัดสัญญาณแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ แบบอนุกรม และแบบ ขนาน แต่ละแบบพอสรุปได้ดังนี้ 2.9.1 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม (Series Clipper Circuit) วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม คือ วงจรที่ต่อไดโอดอนุกรมกับโหลดซึ่งมีลักษณะเหมือนกับ วงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น ลักษณะการต่อวงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม แสดงดังรูปที่ 2.16 V V i 0 -V + - Vi V + - o R V V o t t รูปที่ 2.16 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรมเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสี่เหลี่ยม V V i 0 -V + - Vi V + - o R V V o t t รูปที่ 2.17 วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรมเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสามเหลี่ยม จากรูปที่ 2.16 และรูปที่ 2.17 การทำงานคือ เมื่อมีสัญญาณอินพุตซีกบวกเข้ามา ไดโอดจะ ได้รับไบแอสตรง ซึ่งจะนำกระแส และเมื่อสัญญาณซีกลบผ่านเข้ามาไดโอดได้รับไบแอสกลับซึ่งจะไม่ นำกระแส สัญญาณที่เอาต์พุตเท่ากับศูนย์ ในการอธิบายจะสมมติให้ไดโอดเป็นไดโอดอุดมคติ ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุตที่ได้ จะมีสัญญาณซีกบวกเท่านั้นจะผ่านไปที่เอาต์พุต

26 2.9.2 วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน (Parallel Clipper Circuit) วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน คือ วงจรที่ไดโอดต่อขนานกับจุดเอาต์พุต ลักษณะการจัดวงจรตัด สัญญาณแบบขนาน แสดงดังรูปที่ 2.18 V V i 0 -V + - Vi V + - o R V V o t t -V 0 รูปที่ 2.18 วงจรตัดสัญญาณแบบขนานเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสี่เหลี่ยม วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงต่อร่วมกับวงจร ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุตจะต้อง พิจารณาระดับแรงดันที่ต่ออยู่และสัญญาณอินพุตที่ป้อนเข้าสู่วงจร ตัวอย่างที่ 2.4 วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง ดังรูปที่ 2.19 รูปที่ 2.19 วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง จากรูปที่ 2.19 วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง การทำงานคือ ถ้าสัญญาณ อินพุต (Vi ) มี ขนาดน้อยกว่า VRไดโอดจะได้รับไบแอสกลับ ดังนั้น ไดโอดจะไม่นำกระแส แรงดันเอาต์พุต มีค่าเท่ากับแรงดัน อินพุต ดังสมการคือ Vi = VR เมื่อ Vi < VR ถ้า Vi > VR ไดโอดจะได้รับไบแอสตรง ดังนั้นจะได้Vo = VR ดังนั้น กราฟถ่ายโอนจะได้ดังรูป ที่ 2.20

27 Transfer characteristic Output signal Input signal V V Vo R R O VI รูปที่ 2.20 กราฟถ่ายโอน ตัวอย่างที่ 2.5 วงจรตัดสัญญาณดังรูปที่ 2.21 R D V R1 Vo V R2 1 D2 Input signal V V Vo R1 R1 VR2 VR2 + + - - รูปที่ 2.21 กราฟถ่ายโอน R D V + RL + Vmax - Vmax - + Vmax - V R D V + RL - + Vmax - Vmax - Vmax + Vmax BIASED NEGATIVE CLIPPER BIASED POSITIVE CLIPPER INPUT WAVEFORM INPUT WAVEFORM OUTPUT WAVEFFORM รูปที่ 2.22 วงจรตัดสัญญาณแบบมีไบแอสและรูปคลื่นที่ได้

28 2.10 วงจรปรับระดับสัญญาณ วงจรปรับระดับสัญญาณ (Clamper Circuit) คือ วงจรที่ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับ สัญญาณไฟสลับ เพื่อทำให้ได้สัญญาณเอาต์พุตตามต้องการ ลักษณะของวงจรปรับระดับสัญญาณแสดง ดังรูปที่ 2.23 0 -20V 20V Vi t 10V + R - + - + - Vo C Vi 0 +30 Vo t -10V (V) รูปที่ 2.23 วงจรปรับระดับสัญญาณที่มีคลื่นไซน์เป็นอินพุต จากรูปที่ 2.23 ป้อนคลื่นไซน์ ขนาด 40 V, โดยวงจรประกอบด้วยไดโอดและแหล่งจ่ายแรงดันขนาด 10 V ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุต จะยกระดับรูปคลื่นไซน์ซีกบวกเท่ากับ +30 V และสัญญาณคลื่นไซน์ซีกลบเท่ากับ – 10 V การประยุกต์ใช้งานวงจรปรับระดับสัญญาณ เช่น ในเครื่องรับโทรทัศน์เพื่อตั้งระดับแสงให้กับจอภาพ เนื่องจากสัญญาณภาพที่ส่งมาจากเครื่องส่งโทรทัศน์จะประกอบด้วยสัญญาณภาพและสัญญาณควบคุม แต่ เนื่องจากการแสดงผลที่จอภาพจะต้องให้แสดงผลเพียงสัญญาณภาพเพียงอย่างเดียว โดยการตั้งระดับ สัญญาณ ตั้งแต่ระดับดำ (Black Level) ไปถึงระดับขาว (White Level) หากสัญญาณต่ำกว่าระดับดำ เช่น สัญญาณลบ เส้นสะบัดกลับหรือสัญญาณซิงโครไนซ์ซึ่งควบคุมการสแกน ซึ่งเป็นสัญญาณที่ไม่ต้องการให้ ไปปรากฏที่จอภาพ จึงอาศัยการทำงานของวงจรปรับระดับสัญญาณ

29 2.11 วงจรทวีแรงดัน วงจรทวีแรงดัน (Voltage Multiplier) คือ วงจรที่สามารถกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขนาดแรงดัน ได้สูงขึ้นแต่จ่ายกระแสไฟฟ้าได้ค่าต่ำ ๆ โดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุเพื่อทำให้แรงดันอินพุตของวงจร สูงขึ้น หลายเท่าตัว โดยนําไปใช้งานลักษณะต่าง ๆ เช่น ในวงจรสร้างแรงดันไฟสูงในเครื่องรับโทรทัศน์เครื่อง กรอง อากาศบริสุทธิ์ (Lonizer) ไม้ตียุง เป็นต้น 2.12 การทำวงจรทวีแรงดัน 2.12.1 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่า (Voltage Doublers) วงจรทวีแรงดัน 2 เท่า โดยทั่วไปแบ่งออกได้ 2 แบบ คือ แบบครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่นโดยแต่ ละแบบมีรายละเอียดดังนี้ 1. วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบครึ่งคลื่น ดังรูปที่ 2.24 Vp -0.7V Reverse Biased Vm Vm + + - - D1 D2 Vp - + 2Vm C2 C1 (ก) การทำงานเมื่อไซเกิลบวก Vm Vm + + - - D1 D2 -Vp - + C2 2Vp C1 (ข) การทำงานเมื่อไซเกิลลบ รูปที่ 2.24 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบครึ่งคลื่น