วิชาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร

30 จากรูปที่ 2.24 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบครึ่งคลื่น เมื่อสัญญาณซีกบวกเข้ามา D1 ได้รับ ไบแอสตรง ส่วน D2 ได้รับไบแอสกลับ แต่เมื่อสัญญาณซีกลบเข้ามา D1 ได้รับไบแอสกลับ ส่วน D2 ได้รับ ไบแอสตรง ดังนั้น แรงดันเอาต์พุต เท่ากับ แรงดันเอาต์พุตหาได้จาก vc1 − vc2 + vP = 0 vc2 = vP + vc และ vc1 = vP แรงดันเอาต์พุตหาได้จาก vO = vc2 = vP + vP = 2vP 2. วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบเต็มคลื่นดังรูปที่ 2.25 + - D1 C1 C2 D2 + 0V Reverse Biased + - D1 C1 C2 D2 0V Reverse Biased - 2P + - - + + - + - - + + - (ก) การทำงานเมื่อไซเกิลบวก (ข) การทำงานเมื่อไซเกิลลบ รูปที่ 2.25 วงจรทวีแรงดัน 2 เท่าแบบเต็มคลื่น จากรูปที่ 2.25 เมื่อสัญญาณซีกบวกเข้ามา D1 ได้รับไบแอสตรง ส่วน D2 ได้รับไบแอสกลับ แต่ เมื่อสัญญาณซีกลบเข้ามา D1 ได้รับไบแอสกลับ ส่วน D2 ได้รับไบแอสตรง ดังนั้น แรงดันเอาต์พุต เท่ากับ Vo= 2P

31 2.12.2 วงจรทวีแรงดัน 3 เท่า (Voltage Triple) วงจรทวีแรงดัน 3 เท่า โดยทั่วไปแบ่งออกได้ 2 แบบ คือ แบบครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่น โดย วงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบครึ่งคลื่นมีรายละเอียดดังนี้ (ส่วนวงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบเต็มคลื่น จะไม่ขอ กล่าว รายละเอียดในที่นี้) วงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบครึ่งคลื่น ดังรูปที่ 2.26 + Vout = 3Vin - Vin Voltage Tripler C1 C2 C3 D2 D1 D3 1 0µ 1 0µ รูปที่ 2.26 วงจรทวีแรงดัน 3 เท่าแบบครึ่งคลื่น 2.12.3 วงจรทวีแรงดัน 4 เท่า (Voltage Quadrupler) ดังรูปที่ 2.27 Vin Voltage Quadrupler C1 C2 C3 D2 D1 D3 1 0µ 1 0µ C4 1 0µ D4 + - Vout = 4Vin รูปที่ 2.27 วงจรทวีแรงดัน 4 เท่า จากรูปที่ 2.27 สามารถหาแรงดันเอาต์พุต เท่ากับ Vo= 4Vin การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งาน ได้แก่ วงจรสร้างแรงดันไฟสูงในเครื่องรับโทรทัศน์ เครื่องกรองอากาศบริสุทธิ์ (Lonizer) วงจรไม้ตียุง เป็นต้น

32 2.13 ซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอด นิยมใช้ในวงจรรักษาระดับแรงดันคงที่ในวงจรแหล่งจ่ายกำลัง และซีเนอร์ไดโอด เป็น ไดโอดที่ถูกออกแบบมาเป็นพิเศษ ให้สามารถทำงานได้ในย่านพังทลาย (Breakdown region) ขณะไบแอสกลับ ได้ ซึ่งในสภาวะนี้ไดโอดธรรมดาจะเสียหายเนื่องจากกระแสที่เพิ่มสูงเกินพิกัด และความร้อนที่เกิดขึ้นที่รอยต่อพี เอ็น 2.13.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดที่ผลิตจากสารซิลิคอนที่มีปริมาณความหนาแน่นของสารเจือปนในส่วน ทั้งสองของสารพีและสารเอ็นมีค่าสูงกว่าปกติ ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวจะทำให้มีค่าแรงดันเบรกดาวน์สูง และค่าแรง ดันเบรกดาวน์หรือแรงดันซีเนอร์สามารถกำหนดได้ด้วยการควบคุมความหนาแน่นของสารเจือปน และเมื่อให้ ไบแอสกลับจะสามารถทนกระแสย้อนกลับได้สูงขึ้น โดยไดโอดไม่เสียหาย แรงดันที่ตกคร่อมตัวซีเนอร์ไดโอดจะ เป็นตัวควบคุมและรักษาแรงดันให้คงที่ โครงสร้าง รูปร่างตัวถัง และสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด แสดงดังรูปที่ 2.28 (ก) โครงสร้าง (ข) รูปร่างตัวถัง (ง) สัญลักษณ์ รูปที่ 2.28 แสดงโครงสร้าง รูปร่างตัวถัง และสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด 2.13.2 กราฟการทำงานของซีเนอร์ไดโอด เมื่อจ่ายไบอัสตรงให้กับซีเนอร์ไดโอดผลคือจะเหมือนไดโอดทั่วไปกล่าวคือจะมีกระแสไหลผ่าน ตัวซีเนอร์ไดโอดเมื่อมีแรงดันตกคร่อมประมาณ 0.7 V ซีเนอร์ไดโอดต่างจากไดโอดทั่ว ๆ ไป คือ เมื่อทำการ ไบแอสกลับจนถึงค่าแรงดันค่า ๆ หนึ่ง แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดจะมีค่าคงที่ โดยเรียกแรงดันจุดนี้ว่า แรงดัน ซีเนอร์ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอด แสดงดังรูปที่ 2.29

33 รูปที่ 2.29 กราฟลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอด จากรูปที่ 2.29 จากลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดการพังทลายที่เกิดขึ้นในซีเนอร์ไดโอดแบ่ง ออกได้ 2 ชนิด คือ การพังทลายซีเนอร์และการพังทลายอะวาลานซ์ โดยสรุปได้ดังนี้ 1. การพังทลายซีเนอร์ การพังทลายแบบนี้จะเกิดขึ้นที่แรงดันไบแอสกลับค่าต่าง ๆ โดยจะมี กระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด ซึ่งจะต้องควบคุมให้อยู่ในพิกัด ซึ่งเป็นจุดประสงค์ของการออกแบบซีเนอร์ไดโอด กล่าวคือ แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดมีค่าคงที่เรียกว่าแรงดันซีเนอร์ โดยส่วนใหญ่การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน จะต้องทราบว่าแรงดันซีเนอร์ไดโอดเท่ากับกี่โวลต์ ซึ่งแรงดันซีเนอร์ไดโอดที่ผลิตออกมาใช้งานจะมีแรงดันซีเนอร์ แรงดันต่ำไปจนถึง 200 โวลต์ ซึ่งสามารถดูได้จากคู่มือซีเนอร์ไดโอด 2. การพังทลายอะวาลานซ์ การพังทลายแบบนี้ซีเนอร์ไดโอดจะมีแรงดันไบแอสกลับที่สูงเกิน กว่าพิกัด ทำให้กระแสไหลผ่านมีค่ามากพอที่จะทำให้ไดโอดเสียหายได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการให้เกิดขึ้นไม่ว่าจะ เป็นไดโอดชนิดใด ๆ ก็ตาม สำหรับเงื่อนไขในการที่จะทำให้แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดคงที่ พิจารณาจากกราฟลักษณธ สมบัติของซีเนอร์ไดโอดดังรูปที่ 2.30

34 V @ I I mA Forward Bias Region (I ) I (minimun current) diode will not regulate I (nominal) Zener test current I (maximum current) If exceeded the diode is permanently damaged Nominal Z Z T F D 0.7V Z K Z T Z M Reverse Bias Region Knee region V (V ) V F D Z rz ΔV ΔI Rz = Volts รูปที่ 2.30 กราฟลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอด จากรูปที่ 2.30 การพังทลายที่เกิดขึ้นเมื่อซีเนอร์ไดโอดได้รับไบแอสกลับ เมื่อเพิ่มแรงดันไบแอสกลับ ถึง ค่าซีเนอร์ (V) จะมีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดมากขึ้น ที่จุดลาดเอียงของกราฟบริเวณที่เรียกว่า Knee Region กระแสจะเริ่มไหลผ่านตัวซีเนอร์ไดโอด เรียกกระแสที่จุดนี้ว่า 2 ซึ่งเป็นค่ากระแสต่ำสุด และถ้า I ซีเนอร์ไดโอด ได้รับไบแอสกลับสูงขึ้นอีก กระแสไหลผ่านจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ แต่แรงดันซีเนอร์จะมีค่าคงที่ แต่ ถ้าเพิ่มแรงดัน ไบแอสกลับถึงจุดสูงสุดและทำให้กระแสไหลผ่านซีเนอร์สูงสุด จะเรียกกระแสที่จุดนี้ว่า ดังนั้น เงื่อนไขที่จะทำให้ แรงดันซีเนอร์อยู่ในช่วงที่ต้องการคือ จะต้องควบคุมกระแสที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด ให้อยู่ในช่วง IZK ถึง IZM vz คือ แรงดันซีเนอร์ โดยทั่วไปมีแรงดันตั้งแต่ 2-200 V IZK คือ กระแสไหลผ่านซีเนอร์ที่บริเวณส่วนโค้ง (KneeRegion) หรือกระแสต่ำสุด (Minimum current) IZT คือ กระแสที่จุดทดสอบ (Zener Test Current) IZM คือ กระแสไหลสูงสุดผ่านซีเนอร์(Maximum Current)

35 ซีเนอร์ไดโอดในทางปฏิบัติจะมีค่าความต้านทานภายในตัวซีเนอร์ไดโอด (Rz) ดังนั้น วงจรสมมูลของซี เนอร์ไดโอด จะแทนด้วยแบตเตอรี่ที่มีขนาดแรงดันไฟตรงและค่าความต้านทานภายใน (Rz) ดังรูปที่ 2.31 V z rz + - V z + - Iz Iz + - V z + - V z + - Iz Iz + - (ก) วงจรสมมูลในทางอุดมคติ (ข) วงจรสมมูลในทางปฏิบัติ รูปที่ 2.31 วงจรสมมูลของซีเนอร์ไดโอด ค่าความต้านทานของซีเนอร์ไดโอด หาได้จากสมการ RZ = ΔVZ ΔIZ …………………(2.13) เมื่อ ∆ คือ ผลต่างของค่าแรงดันหรือกระแส ตารางที่ 2.1 ค่าพิกัดทางไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดเบอร์ต่าง ๆ จากตารางที่ 2.1 ซีเนอร์ไดโอดเบอร์ 1N4728 พบว่าค่า vz = 3.3 V, Iz = 76 mA, Izk = 1 mA, Izm = 275 mA และค่า rZ= 10 Ω จากตารางค่าความต้านทานของซีเนอร์ไดโอดเบอร์ 1 N4728 ที่จุดทดสอบเท่ากับ 10 Ω และจะต้อง ควบคุมกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดให้อยู่ระหว่าง 1 - 275 mA ซึ่งจะทำให้แรงดันตกคร่อมซีเนอร์ไดโอดมี ค่าคงที่คือ 3.3 V นั่นเอง 2.13.3 การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน

36 การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน ส่วนใหญ่จะนำไปใช้ในวงจรรักษาระดับแรงดันคงที่ และวงจร กำเนิดแรงดันอ้างอิง โดยวงจรรักษาระดับแรงดันคงที่ มีลักษณะดังรูปที่ 2.32 Vin mA mA Vout mA RL Rs รูปที่ 2.32 วงจรซีเนอร์ไดโอด จากวงจรรูปที่ 2.32 Rs คือ ตัวต้านทานอนุกรม ทำหน้าที่จำกัดกระแสที่ไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด 2.13.4 การอ่านรายละเอียดเบอร์ซีเนอร์ไดโอด ซีเนอร์ไดโอดที่ผลิตออกมาใช้งานโดยทั่วไป จะมีแรงดันซีเนอร์ตั้งแต่ 12 โวลต์ถึง 220 โวลต์ และขนาด 0.4 วัตต์ไปจนถึง 10 วัตต์ โดยนำไปใช้ในวงจรต่าง ๆ ดังนั้น การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน สิ่งที่ จะต้องทราบคือ แรงดันซีเนอร์มีหน่วยเป็นโวลต์ และอัตราทนกำลังงานมีหน่วยเป็นวัตต์ โดยดูจากเบอร์ของซี เนอร์ไดโอดที่พิมพ์บนตัวถัง เช่น 1N5239 เป็นต้น แล้วอ่านคู่มือจากบริษัทผู้ผลิต จากตาราง หรือการอ่านค่า แรงดันซีเนอร์ไดโอดจากรหัสสีที่พิมพ์บนตัวถังก็ได้ ส่วนขนาดของซีเนอร์ไดโอดจะบอกว่าซีเนอร์ไดโอดตัวนั้นมี อัตราทนกำลังงานกี่วัตต์ เป็นต้น รายละเอียดของเบอร์ซีเนอร์ไดโอดแสดงดังตารางที่ 2.2 ตารางที่ 2.2 รายละเอียดซีเนอร์ไดโอด

37

38 ซีเนอร์ไดโอดคือไดโอดที่ผลิตขึ้นมาจากสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N มาต่อชนกันมีลักษณะโครงสร้าง เหมือนกับไดโอดธรรมดาแตกต่างกันตรงการโด๊ปสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N ซึ่งจะโด๊ปมากกว่าปกติ ทำให้การใช้ งานต่างจากไดโอดธรรมดาซึ่งไดโอดธรรมดาจะใช้งานในช่วงการจ่ายแรงดันไบอัสตรง ส่วนซีเนอร์ไดโอดจะใช้ งานในลักษณะจ่ายแรงดันไบอัสกลับ เมื่อซีเนอร์ไดโอดได้รับไบอัสกลับถึงค่าแรงดันที่กำหนด ซีเนอร์ไดโอดจะ นำกระแส และจะเกิด แรงดันตกคร่อมตัวเองคงที่ เช่น 6 V , 9 V , 12 V เป็นต้น ไดโอดชนิดอื่น ๆ คือ อุปกรณ์สองขั้วที่มีโครงสร้างสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นคล้ายกับไดโอด แต่มีการ ทำงานและการนำไปใช้งานแตกต่างกัน โดยแต่ละแบบจะสามารถนำไปใช้งานเฉพาะอย่างในวงจรต่าง ๆ 2.14 คำนวณหาค่าแรงดันซีเนอร์ไดโอด ตั ว อ ย่ างที่ 2.6 จ าก วงจ ร ก ำห น ด ให้ S R = 560 Ω, ZT V = 5.1 V, ZT I = 48 mA, ZK I = 1 mA, ZM I = 177 mA และค่า RZ= 7 Ω จงคำนวณหาค่าแรงดันอินพุตต่ำสุด และแรงดันอินพุตสูงสุดที่ทำให้ซีเนอร์ ไดโอดสามารถรักษาระดับแรงดันคงที่ได้ วิธีทำ Vout = VZ − ΔVZ = VZ − ΔIZTrZ Vout = 5.1V − (48mA)(7Ω) Vout = 4.764V ตอบ ดังนั้น แรงดันอินพุตต่ำสุด in(min) V หาได้จาก V I R V in(min) ZK out = + V (1mA)(560 ) 4.764V in(min) = + Ω V 5.324V in(min) = ตอบ

39 จาก ZM I = 177 mA แรงดันเอาต์พุตหาได้จาก out Z Z Z ZM Z V V V V I r = + = − Δ Δ V 5.1V (177mA)(7 ) out = + Ω V 5.1V 1.239V 6.339V out = + = ตอบ ดังนั้น แรงดันอินพุตสูงสุด in(max) V หาได้จาก V I R V in(max) ZM out = + V (178mA)(560 ) 6.339V in(max) = + Ω V 99.68V 6.339V 106.019V in(max) = + = ตอบ 2.15 ไดโอดเปล่งแสง ไดโอดเปล่งแสงหรือเรียกว่า LED เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์เพื่อแสดงผลต่าง ๆ เช่น สถานะการทำงานของวงจรหรืออุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์แสดงข้อความตัวเลขหรือตัวอักษรประดับ ตกแต่งอาคารสถานที่ใช้เป็นระบบไฟแสงสว่างและไฟจราจรเป็นต้นลักษณะของไดโอดเปล่งแสงดัง รูปที่ 2.33 รูปที่ 2.33 ไดโอดเปล่งแสง

40 2.15.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอดเปล่งแสง รูปที่ 2.34 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอดเปล่งแสง 2.15.2 ความสัมพันธ์ของวัสดุ ความยาวคลื่น สีที่เปล่งแสง และแรงดันไบแอสตรง ตารางที่ 2.3 ลักษณะสมบัติของไดโอดเปล่งแสง ลักษณะสมบัติของไดโอดเปล่งแสง วัสดุสารกึ่งตัวนำ ความยาวคลื่น (Wavelength) สี แรงดันไบแอสตรง ( F V ) ที่กระแสไดโอด 20 mA GaAs 850-940 nm Infra-Red 1.2 V GaAsP 630-660 nm Red 1.8 V GaAsP 605-620 nm Amber 2.0 V GaAsPN 585-595 nm Yellow 2.2 V AIGaP 550-570 nm Green 3.5 V SiC 430-505 nm Blue 3.6 V GaInN 450 nm White 4.0 V จากตารางที่ 2.3 สารที่ใช้ผลิตไดโอดเปล่งแสง ประกอบด้วย - แกลเลียมอาร์เซไนด์Gallium Arsenide (GaAs) - แกลเลียมฟอสไฟด์GalliumPhosphide (GaP) - แกลเลียม อาเซไนด์ ฟอสไฟด์Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) - ซิลิกอนคาร์ไบด์Silicon Carbide (SiC) - แกลเลียมอินเดียมไนไตรด์Gallium Indium Nitride (GalnN) โดยสารแต่ละชนิดจะให้แสงสีที่แตกต่างกัน

41 รูปที่ 2.35 กราฟลักษณะสมบัติของไดโอดเปล่งแสง 2.15.3 การนำไดโอดเปล่งแสงไปปะยุกต์ใช้งาน รูปที่ 2.36 วงจรการต่อใช้งานไดโอดเปล่งแสง 2.15.4 ไดโอดเปล่งแสงแบบต่าง ๆ 1) ไดโอดเปล่งแสงแบบหลากสี รูปที่ 2.37 การต่อไดโอดเปล่งแสงสองสี

42 ตารางที่ 2.4 การไบแอสไดโอดแบบสองสี ไดโอดเปล่งแสง จุดต่อ AC + - LED 1 ON OFF ON LED 2 OFF ON ON สี เขียว แดง เหลือง รูปที่ 2.38 การต่อไดโอดเปล่งแสงสามสี ตารางที่ 2.5 การไบแอสไดโอดแบบสามสี แสงสีที่เปล่งออกมา สีแดง สีส้ม สีเหลือง สีเขียว กระแส LED 1 0 5 mA 9.5 mA 15 mA กระแส LED 2 10 mA 6.5 mA 3.5 mA 0

43 2) ไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วน รูปที่ 2.39 ไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วน (ก) คอมมอนแคโทด (ข) คอมมอนแอโนด รูปที่ 2.40 โครงสร้างของไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วน

44 2.16 วาแรกเตอร์ไดโอด ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป เป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษ คือ สามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อ (Ct) ได้โดยการปรับค่า และจ่ายแรงดันไบอัสกลับ ไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไป ขณะ แรงดันไบอัสกลับ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มีค่าต่ำ Depletion Region จะแคบลงทำให้ Ct ตรงรอยต่อมี ค่าสูง แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับ Vr ให้สูงขึ้น Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น ทำให้ Ct มีค่าต่ำ จาก ลักษณะดังกล่าว เราจึงนำวาริแคปไปใช้ในวงจรปรับความถี่ เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ (Automatic Fine Tunning ; AFC) และวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ (Variable Bandpass Filter) เป็นต้น รูปที่ 2.41 วาแรกเตอร์ไดโอด 2.16.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของวาแรกเตอร์ไดโอด (ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ์ รูปที่ 2.42 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของวาแรกเตอร์ไดโอด

45 2.16.2 หลักการทำงานของวาแรกเตอร์ไดโอด รูปที่ 2.43 หลักการทำงานของวาแรกเตอร์ไดโอด เมื่อจ่ายไบแอสกลับให้กับไดโอดมากขึ้น บริเวณปลอดภาหะจะขยายกว้างมากขึ้น ทำให้ความ หนาหรือฉนวนไดอิเล็กตริกเปลี่ยนแปลง จากหลักการของตัวเก็บประจุ เมื่อระยะห่างระยะแผ่นเพลตมากขึ้น จะ ทำให้ค่าความจุลดลง โดยค่าความจุจะมากขึ้นหรือน้อยลง ขึ้นอยู่กับ 3 ตัวแปร ดังสมการคือ A C d e = เมื่อ A คือ พื้นที่ของแผ่นตัวนำทั้งสอง e คือ ค่าคงที่ของฉนวนหรือไดอิเล็กตริก D คือระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง

46 2.16.3 กราฟลักษณะสมบัติของวาแรกเตอร์ไดโอด รูปที่ 2.44 กราฟลักษณะสมบัติของวาแรกเตอร์ไดโอด 2.16.4 การนำวาแรกเตอร์ไดโอดไปใช้งาน วาแรกเตอร์นำไปใช้งานในวงจรจูนความถี่ โดยวาริแคปหรือวาแรกเตอร์ จะใช้แทนตัวเก็บ ประจุปรับค่าได้ เพื่อเปลี่ยนแปลงความถี่ในวงจรเรโซแนนซ์ ดังสมการคือ 1 f 2 LC = p รูปที่ 2.45 การนำวาแรกเตอร์ไดโอดไปใช้งาน

47 2.17 โฟโตไดโอด โฟโตไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้น ให้ไดโอดทำงาน การต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงาน ในทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของ แสง รูปที่ 2.46 โฟโตไดโอด 2.17.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของโฟโตไดโอด รูปที่ 2.47 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของโฟโตไดโอด 2.17.2 การทำงานของโฟโตไดโอด รูปที่ 2.48 การไบแอสโฟโตไดโอดและกราฟลักษณะสมบัติ

48 2.18 ทัลเนลไดโอด ทันเนลไดโอด (tunnel diode) ต่างจากไดโอดธรรมดาตรงที่ลักษณะสมบัติแรงดันและกระแสบางช่วง เป็นแบบต้านทานลบ กล่าวคือเมื่อเพิ่มแรงดันเกิดค่าค่าหนึ่งแทนที่กระแสจะสูงขึ้นกลับลดลง รูปที่ 2.49 ทัลเนลไดโอด 2.18.1 โครงสร้างของทัลเนลไดโอด (ก) กราฟลักษณะสมบัติของทันเนลไดโอด (ข) สัญลักษณ์ของทันเนลไดโอด รูปที่ 2.50 กราฟลักษณะสมบัติและสัญลักษณ์ของทันเนลไดโอด

49 2.18.2 การนำทัลเนลไดโอดไปใช้งาน R1 Tunnel Diode R2 R C L + - รูปที่ 2.51 วงจรผลิตความถี่โดยใช้ทันเนลไดโอด รูปที่ 2.52 วงจรไมโครโฟนไร้สายผลิตความถี่โดยใช้ทันเนลไดโอด ไดโอดชนิดพิเศษที่กล่าวมาในข้างต้น ได้แก่ ไดโอดเปล่งแสงใช้ในการแสดงผลต่าง ๆ วาแรกเตอร์ไดโอด เปลี่ยนค่าความจุเมื่อไบแอสกลับ โฟโตไดโอดใช้ตรวจจับแสง และทัลเนลไดโอด ใช้ในวงจรผลิตความถี่ เป็นต้น ดังนั้นในการนำไดโอดเหล่านี้ไปใช้งาน ต้องเข้าใจลักษณะสมบัติของไดโอดแต่ละแบบ เพื่อให้สามารถใช้งานได้ อย่างมีประสิทธิภาพ

50 แบบทดสอบหลังเรียน ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำและไดโอด คำสั่ง จงเลือกทำเครื่องหมาย x ลงบนตัวเลือกที่ถูกต้องที่สุดเพียงคำตอบเดียว 1. วัสดุที่เป็นสารกึ่งตัวนำมีอิเล็กตรอนวงนอกสุดกี่ตัว ก. 2 ตัว ข. 3 ตัว ค. 4 ตัว ง. 5 ตัว 2. การนำทันเนลไดโอดไปใช้งานต้องไบแอสแบบใด ก. การไบแอสกลับ ข. การไบแอสขึ้นอยู่กับเบอร์ของทันเนลไดโอด ค. การไบแอสตรง ง. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้3. อะตอมประกอบด้วยอะไรบ้าง 3. อะตอมประกอบด้วยอะไรบ้าง ก. นิวเคลียส อิเล็กตรอน นิวตรอน ข. โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน ค. โปรตอน นิวเคลียส อิเล็กตรอน ง. นิวเคลียส นิวตรอน โปรตอน 4. การนำโฟโตไดโอดไปใช้งานต้องไบแอสแบบใด ก. การไบแอสกลับ ข. การไบแอสขึ้นอยู่กับเบอร์ของโฟโตไดโอด ค. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้ตรง ง. การไบแอส 5. ข้อใดคือหลักการโดปสาร ก. การเติมอะตอมของสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ลงในสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ ข. การเติมอะตอมของสารเจือปนลงในสารเจือปน ค. การเติมอะตอมของทองแดงลงในเงิน ง. การเติมอะตอมของสารเจือปนลงในสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์

51 6. จากคุณสมบัติและลักษณะของวาแรกเตอร์ไดโอด นิยมนำไปใช้กับวงจรใด ก. วงจรทวีแรงดัน ข. วงจรชาร์จแบตเตอรี่ ค. วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ ง. วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น 7. ข้อใดอธิบายเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ได้ถูกต้อง ก. การเติมสารเจือปนลงในสารกึงตัวนำบริสุทธิ์โดยสารที่เติมต้องมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว ข. การเติมสารซิลิกอนลงในสารเยอรมันเนียมเพื่อให้เกิดเป็นกึ่งตัวนำที่ไม่บริสุทธิ์ ค. การเติมสารฟอรัสที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัวลงในสารพลวงเพื่อให้เกิดเป็นสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ ง. การเติมสารเยอรมันเนียมลงในสารเยอรมันเนียมเพื่อให้เกิดเป็นสารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ 8. การปรับค่าความจุของวาแรกเตอร์ไดโอดทำได้โดยวิธีใด ก. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้ ข. การลดพื้นที่ของแผ่นตัวนำทั้งสอง ค. การไบแอสตรง ง. การไบแอสกลับ 9. พื้นที่บริเวณปลอดพาหะ รอยต่อพีเอ็น จะขยายกว้างที่สุดเมื่อ ก. ไดโอดมีกระแสไหลมากที่สุด ข. กระแสรั่วไหลมีค่าต่ำ ค. รอยต่อพีเอ็นได้รับไบแอสตรง ง. รอยต่อพีเอ็นได้รับไบแอสกลับ

52 10. ไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วน (7-segment) ที่แสดงดังรูปมีไดโอดตัวใดทำงาน ก. b และ c ข. a และ c ค. a และ b ง. g และ f 11. ข้อใดคือโครงสร้างของไดโอดสารกึ่งตัวนำ ก. ข. ค. ง.

53 12. ข้อใดอธิบายไดโอดเปล่งแสง แสงสีแดงได้ถูกต้อง ก. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการนำซิลิกอนคาร์ไบด์และเจอร์เมเนียมมาผสมกัน ข. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้เจอร์เมเนียมเป็นสารที่ใช้ผลิต ค. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้แกลเลียม อาเซไนด์ ฟอสไฟด์เป็นสารที่ใช้ผลิต ง. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้ฟอสฟอรัสเป็นสารที่ใช้ผลิต 13. ไดโอดในอุดมคติเปรียบเสมือนอุปกรณ์ในข้อใด ก. ตัวต้านทาน ข. ฟิวส์ ค. ซิลิกอนบริสุทธิ์ ง. สวิตช์ 14. ถ้าต้องการซีเนอร์ไดโอด 9.1V ขนาด 0.5W จะต้องเลือกใช้ซีเนอร์ไดโอดเบอร์ใด ก. 1N5239 ข. 1N4001 ค. 1N5238 ง. 1N4739 15. ไดโอดในทางปฏิบัติจะนำกระแสเมื่อใด ก. แรงดันตกคร่อมไดโอดมากกว่าแรงดันเสมือน ข. ไดโอดต้องได้รับไบแอสกลับเท่านั้น ค. แรงดันตกคร่อมไดโอดต้องมากกว่า 10V ง. แรงดันตกคร่อมไดโอดต้องมากกว่า 50V 16. 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

54 17. จากข้อ 16 จงคำนวณหาค่าแรงดันอินพุตต่ำสุด ก. 4.764 V ข. 6.422 V ค. 5.324 V ง. 4.325 V 18. เมื่อไดโอดได้รับไบแอสกลับ บริเวณปลอดพาหะจะเป็นอย่างไร ก. แคบลงเรื่อย ๆ ตามแรงดันไบแอสกลับ ข. ไม่แน่นอน ค. ขยายกว้างขึ้น ง. ขึ้นแคบลงจนเกือบเป็นศูนย์ 19. ไดโอดเบอร์ 1N4001 บอกพิกัดคือ F I =1A , RRM V =50V , RMS V = 35V อยากทราบว่าไดโอดตัวนี้ทนกระแส สูงสุดเท่าไร ก. 1 A ข. 3 A ค. 35 A ง. 50 A 20. ข้อใดอธิบายไดโอดเปล่งแสง แสงสีแดงได้ถูกต้อง ก. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการนำซิลิกอนคาร์ไบด์และเจอร์เมเนียมมาผสมกัน ข. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้เจอร์เมเนียมเป็นสารที่ใช้ผลิต ค. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้แกลเลียม อาเซไนด์ ฟอสไฟด์เป็นสารที่ใช้ผลิต ง. แสงสีแดงจากไดโอดเปล่งแสงเกิดจากการใช้ฟอสฟอรัสเป็นสารที่ใช้ผลิต

55 21. ข้อใดอธิบายวิธีการตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ได้ถูกต้อง ก. ให้ตั้งย่านวัดมัลติมิเตอร์ไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ และในการวัด ครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสกลับมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ดังครั้งที่1 ข. ให้ตั้งย่านวัดมัลติมิเตอร์ไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะไม่แสดงค่าที่วัดได้ และในการ วัดครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสกลับมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ดังครั้งที่1 ค. ให้ตั้งย่านวัดมัลติมิเตอร์ไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้ และในการวัด ครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสกลับมัลติมิเตอร์จะไม่แสดงค่า ง. ให้ตั้งย่านวัดมัลติมิเตอร์ไปที่ Diode ทำการวัดไบแอสตรงมัลติมิเตอร์จะไม่แสดงค่าที่วัดได้ และในการ วัดครั้งที่ 2 ทำการวัดไบแอสตรงอีกครั้งมัลติมิมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าที่วัดได้

56 22. ไดโอดแปลงแสงแบบ 7 ส่วน (7-segment) ที่แสดงลดังรูปมไดโอดตัวใดทำงาน ก. b และ c ข. a และ c ค. a และ b ง. g และ f 23. จากรูปภาพ วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นจะยอมให้สัญญาณแรงดันในแต่ละไซเกิลผ่านได้อย่างไร ก. ไม่ให้ผ่าน ข. ผ่านได้เฉพาะคลื่นซีกบวก ค. ผ่านได้เฉพาะคลื่นซีกลบ ง. ผ่านได้สองซีก ทั้งซีกบวกและซีกลบ 24. ข้อใดเป็นการนำวงจรทวีแรงดันไปใช้งาน ก. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรเครื่องรับวิทยุเพื่อใช้ในการรับสัญญาณ ข. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรควบคุมมอเตอร์สามเฟสเพื่อให้มอเตอร์ทำงาน ค. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรสร้างแรงดันไฟสูงในเครื่องรับโทรทัศน์ ง. การนำวงจรทวีแรงดันไปประยุกต์ใช้งานได้แก่ วงจรสร้างความร้อนในเครื่องทำน้ำอุ่น

57 25. จากรูปภาพ วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นจะลักษณะสัญญานแบบใดเมื่อสัญญาณผ่านวงจรแล้ว ก. ข. ค. ง. 26. ข้อใดคือหน้าที่วงจรทวีแรงดัน ก. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ไดโอดและตัวต้านทาน ข. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุ ค. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ ง. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ทรายซิสเตอร์และไดโอด 27. ข้อใดค่าของ dc V ของวงจรเรียงกระแสต่อไปนี้ ก. 2.6V ข. 3.6V ค. 4.8V ง. 5.2V

58 28. ข้อใดอธิบายหลักการทำงานวงจรปรับระดับสัญญาณได้ถูกต้อง ก. เป็นวงจรที่ทำหน้าปรับระดับเสียงก่อนที่จะนำสัญญาณเอาต์พุตไปเข้าเครื่องขยายเสียง ข. เป็นวงจรที่ทำหน้าปรับค่าความต้านทานเพื่อให้ได้อินพุตและเอาต์พุตตามที่ต้องการ ค. เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ปรับสัญญาณอินพุตให้ได้ขนาดตามที่ต้องการก่อนที่เข้าสู่วงจรและสัญญาณจะออก เอาต์พุต ง. เป็นวงจรที่ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับสัญญาณไฟสลับ ทำให้ได้สัญญาณเอาต์พุต ตามต้องการ 29. ข้อใดค่าของ dc V ของวงจรเรียงกระแสต่อไปนี้ ก. 17.5V ข. 16.2V ค. 18.4V ง. 25.45V 30. ข้อใดเป็นหลักการทำงานของวงจรตัดสัญญาณ ก. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก โดยไดโอดนี้จะทำหน้าที่ตัดยอดสัญญาณอินพุตบางส่วนออกไป และ สัญญาณเอาต์พุตที่ได้เกิดจากผลรวมหรือผลต่างของสัญญาณอินพุต ข. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับสัญญาณไฟสลับเพื่อทำให้ ได้สัญญาณเอาต์พุตตามต้องการ ค. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก โดยใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุเพื่อทำให้แรงดันอินพุตของวงจร สูงขึ้น หลายเท่าตัว ง. เป็นวงจรที่มีไดโอดเป็นตัวหลัก โดยใช้ไดโอดทวีแรงดัน 2 เท่าโดยทั่วไปแบ่งออกได้ 2 แบบ คือ แบบ ครึ่งคลื่นและแบบเต็มคลื่น