อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUITS COURSE

วิชาอุปกรณ์อิเลก็ ทรอนิกสแ์ ละวงจร
ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUITS COURSE

ศรัณย์ บณุ ยบุตร
ภัคพล เลิศพทิ กั ษส์ ิทธ์ิ
ศรปราชญ์ ลมี้ งคลกลุ

ปริญญานพิ นธน์ เี้ ป็นสว่ นหน่ึงของการศึกษาตามหลกั สูตรปรญิ ญาครศุ าสตร์
อตุ สาหกรรม สาขาวิชาอิเล็กทรอนกิ สแ์ ละโทรคมนาคม คณะครศุ าสตรอ์ ตุ สาหกรรม
มหาวิทยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลอสี าน วิทยาเขตขอนแกน่ พ.ศ.2565 ลขิ สทิ ธ์ิของคณะ
ครศุ าสตรอ์ ุตสาหกรรม มหาวิทยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลอีสาน วิทยาเขตขอนแกน่

ก

คำอธิบายรายวชิ า

รหสั วิชา 30-107-051-105 อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร
จุดประสงค์รายวชิ า

1. เพอื่ ให้มคี วามเขา้ ใจหลกั การของอุปกรณ์สารกง่ึ ตัวนำ
2. เพ่ือให้มคี วามรเู้ กย่ี วกับอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนกิ ส์
3. เพือ่ ให้มที กั ษะในการวัดทดสอบและการใชง้ านอปุ กรณ์อิเลก็ ทรอนิกส์
4. เพื่อใหม้ กี จิ นิสัยในการค้นควา้ ความรูเ้ พม่ิ เตมิ และปฏิบตั ิงานด้วยความละเอยี ด

รอบคอบและปลอดภัย
มาตรฐานรายวิชา

1. เข้าใจหลกั การทำงานและการใชง้ านของอุปกรณแ์ ละวงจรอิเลก็ ทรอนิกส์
2. วดั และทดสอบคุณสมบตั แิ ละวงจรใช้งานไดโอด
4. วดั และทดสอบคุณสมบตั แิ ละวงจรใช้งานไทริสเตอร์
5. วดั และทดสอบคุณสมบตั แิ ละวงจรใช้งานไอซี
คำอธบิ ายรายวิชา
ศึกษาและปฏิบัติเกี่ยวกับ โครงสร้างอะตอม สารกึ่งตัวนำ ชนิดพี่ ชนิดเอ็น และพี่เอ็น โครงสร้างสัญลักษณ์
คณุ ลักษณะทางไฟฟา้ และการให้ไบแอสไดโอด ซเี นอรไ์ ดโอด การใชง้ านอุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์ในวงจรต่าง ๆ

ข

คำนำ

โลกในยุคปัจจุบันเทคโนโลยีที่ทันสมัยมีบทบาท มีความสำคัญ ต่อความเป็นอยู่ของคนบน
โลก ประเทศต่างๆ ได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว โดยการนำเทคโนโลยีมาใช้งาน ก่อให้เกิดความ
แปรปรวนของอากาศ และบรรยากาศที่หอ่ หุ้มโลก ส่งผลต่อความรอ้ นที่เพ่ิมขึ้นบนพืน้ โลก ทำให้โลก
เกดิ การเปลีย่ นแปลงไป ผลดงั กล่าวเป็นการบอกให้ทราบว่า เทคโนโลยีท่ที นั สมยั ถึงแม้จะมีประโยชน์
ต่อคนบนโลก แต่กม็ ีโทษตามมาเช่นกัน ทำให้ตอ้ งตระหนักถงึ สิ่งแวดล้อมทห่ี ่อหุ้มโลกตระหนักถึงการ
ใช้ทรัพยากรธรรมชาติ ตลอดจนตระหนักถึงการพัฒนาเทคโนโลยีมาใช้งานหนังสืออุปกรณ์
อิเล็กทรอนิกส์และวงจรเล่มนี้ เป็นหนังสือด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นการศึกษาเกี่ยวกับ
อุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้ทราบถึงคุณสมบัติ และการทำงานของอุปกรณ์
อเิ ล็กทรอนิกส์ต่างๆ ทำใหผ้ ู้เรยี นสามารถใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนดิ ได้อย่างถูกต้องและ
คุ้มค่า เน้ือหาภายในเล่มมีหน่วยบทเรียนทั้งสิ้น 2 หน่วยบทเรียน แต่ละหน่วยบทเรียนประกอบด้วย
เน้อื หา ชว่ ยใหข้ บวนการเรียนรู้ผู้จดั ทำหวงั เป็นอยา่ งยิ่งว่า การนำหนังสือเล่มนี้ไปใช้ในการเรียน และ
ศึกษาหาความรู้จะสามารถเรียนรู้ได้อย่างมีความสุข เกิดความรู้และทักษะไปพร้อม ๆ กัน ย่อมก่อ
ประโยชน์ต่อตวั นกั ศกึ ษา

สารบญั ค
เร่อื ง
คำอธบิ ายรายวชิ า หน้า
คำนำ ก
สารบัญ ข
สารบญั ตาราง ค-จ
สารบัญรูป ฉ
แบบทดสอบก่อนเรยี น ช-ฌ
หนว่ ยท่ี 1 ความรูเ้ บอ้ื งตน้ เก่ยี วกับสารกึ่งตวั นำ ญ-ด
1
1.1 คุณสมบตั ิของตัวนำ ฉนวน และสารกง่ึ ตัวนำ 2-3
3-4
1.2 อะตอม 5
1.3 สารก่งึ ตัวนำบริสทุ ธิ์ 5
1.4 สารก่ึงตัวนำไม่บรสิ ทุ ธิ์ 5
6
1.4.1 ชนิดเอน็ (N-Type) 7
1.4.2 ชนดิ พี (P-Type) 8-10
1.4.3 พาหะขา้ งมากและพาหะขา้ งน้อย 11
1.5 รอยตอ่ พเี อ็น 12
หน่วยที่ 2 ไดโอด 12
2.1 ไดโอด
2.1.1 โครงสร้างและสญั ลกั ษณข์ องไดโอด 12-13
2.2 ไดโอดในอุดมคติ 13
2.3 ไดโอดในทางปฏิบัติ 14
2.4 การไบแอสไดโอด 14
2.4.1 การไบแอสตรง 15
2.4.2 การไบแอสกลับ 16
2.5 เบอรไ์ ดโอดและการแปลความหมาย 17
2.6 การตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์ 17
2.6.1 การวัดหาข้วั ไดโอด 17-18
2.6.2 การตรวจสอบอาการเสียของไดโอด 18
2.7 วงจรเรียงกระแสแบบคร่ึงคล่ืนและแบบเตม็ คลื่น 18-19
2.7.1 วงจรเรยี งกระแสแบบครึ่งคลื่น 20-21
2.7.2 วงจรเรยี งกระแสเต็มคลน่ื

สารบัญต่อ ง
เรือ่ ง
หนา้
2.8 การคำนวณวงจรเรยี งกระแส 22
2.8.1 การคำนวณวงจรเรยี งกระแสแบบครึ่งคล่ืน 22-23
2.8.2 การคำนวณวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น 24
25
2.9 วงจรตัดสญั ญาณ 25
2.9.1 วงจรตดั สัญญาณแบบอนุกรม (Series Clipper Circuit) 26-27
2.9.2 วงจรตดั สัญญาณแบบขนาน (Parallel Clipper Circuit) 28
28
2.10 วงจรปรับระดับสญั ญาณ 28-29
29-30
2.11 วงจรทวีแรงดัน 31
2.12 การทำวงจรทวแี รงดัน 31
32
2.12.1 วงจรทวีแรงดัน 2 เทา่ (Voltage Doublers) 32
2.12.2 วงจรทวแี รงดนั 3 เท่า (Voltage Triple) 32-35
2.12.3 วงจรทวีแรงดัน 4 เทา่ (Voltage Quadrupler) 36
2.13 ซีเนอร์ไดโอด 36-38
2.13.1 โครงสรา้ งและสัญลักษณข์ องซเี นอร์ไดโอด 38-39
2.13.2 กราฟการทำงานของซีเนอร์ไดโอด 39
2.13.3 การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน 40
2.13.4 การอ่านรายละเอียดเบอรซ์ เี นอร์ไดโอด 40-41
2.14 คำนวณหาคา่ แรงดันซีเนอรไ์ ดโอด 41
2.15 ไดโอดเปล่งแสง 41-43
2.15.1 โครงสร้างและสัญลกั ษณข์ องไดโอดเปลง่ แสง 44
2.15.2 ความสัมพันธข์ องวสั ดุ ความยาวคล่ืน สที ่ีเปลง่ แสง 45
2.15.3 การนำไดโอดเปลง่ แสงไปปะยุกต์ใช้งาน 46
2.15.4 ไดโอดเปล่งแสงแบบต่าง ๆ 46
2.16 วาแรกเตอร์ไดโอด
2.16.1 โครงสร้างและสัญลักษณข์ องวาแรกเตอร์ไดโอด
2.16.2 หลักการทำงานของวาแรกเตอร์ไดโอด
2.16.4 การนำวาแรกเตอร์ไดโอดไปใช้งาน

สารบัญตอ่ จ
เรือ่ ง
หนา้
2.17 โฟโตไดโอด 47
2.17.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของโฟโตไดโอด 47
2.17.2 การทำงานของโฟโตไดโอด 47
48
2.18 ทลั เนลไดโอด 48
2.18.1 โครงสรา้ งของทลั เนลไดโอด 49
2.18.2 การนำทัลเนลไดโอดไปใช้งาน 50-57

แบบทดสอบหลงั เรยี น

สารบัญตาราง ฉ
เรื่อง
ตารางท่ี 1.1 เบอรไ์ ดโอดและพิกดั ทางไฟฟา้ สูงสดุ หนา้
ตารางที่ 2.1 ค่าพิกดั ทางไฟฟ้าของซเี นอร์ไดโอดเบอร์ต่าง ๆ 16
ตารางท่ี 2.2 รายละเอยี ดซีเนอร์ไดโอด 35
ตารางท่ี 2.3 ลกั ษณะสมบัติของไดโอดเปลง่ แสง 37
ตารางที่ 2.4 การไบแอสไดโอดแบบสองสี 40
ตารางที่ 2.5 การไบแอสไดโอดแบบสามสี 42
42

ช

สารบัญรปู หน้า
เรอื่ ง 2
รปู ที่ 1.1 อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดต่าง ๆ 3
รูปที่ 1.2 โครงสรา้ งของอะตอม 4
รูปที่ 1.3 ชัน้ ของวงโคจร 5
รปู ท่ี 1.4 การเติมพลวงลงในซิลกิ อน 6
รปู ที่ 1.5 การเติมโบรอนลงในซลิ กิ อน 7
รปู ที่ 1.6 สารกงึ่ ตวั นำชนิด N และชนดิ P ในลกั ษณะพาหะข้างมากและข้างน้อย 8
รปู ท่ี 1.7 รอยต่อพเี อ็น 8
รปู ท่ี 1.8 การเกิดบรเิ วณปลอดพาหะ 9
รูปท่ี 1.9 การไบแอสตรง 9
รูปที่ 1.10 กราฟลักษณะสมบัตไิ บแอสตรงซิลกิ อนไดโอด
10
รูปที่ 1.11 การไบแอสกลบั 10
รปู ท่ี 1.11 กราฟลักษณะสมบัตไิ บแอสกลับซลิ กิ อนไดโอด 12
รปู ที่ 2.1 โครงสรา้ งและสัญลักษณ์ของไดโอด 12
รูปที่ 2.2 ไดโอดในอดุ มคติ 13
รปู ท่ี 2.3 รอยต่อพเี อน็ ขณะยังไม่ไบแอส 14
รูปที่ 2.4 การไบแอสตรงไดโอด 14
รปู ท่ี 2.5 กราฟแสดงความสัมพนั ธ์ระหว่างกระแสและแรงดนั เมอื่ ไดโอดไดร้ บั ใบแอดตรง 15
รปู ท่ี 2.6 การไบแอสกลับไดโอด 15
รปู ที่ 2.7 กราฟแสดงความสัมพันธร์ ะหวา่ งกระแสและแรงดันขณะไบแอสกลบั ไดโอด 17
รูปที่ 2.8 ไดโอดลดั วงจร 17
รปู ท่ี 2.9 ไดโอดขาด 18
รปู ท่ี 2.10 วงจรเรยี งกระแสแบบครงึ่ คลน่ื 18
รูปที่ 2.11 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลนื่ บวก 19
รูปที่ 2.12 วงจรเรียงกระแสครง่ึ คลื่นลบ 20
รูปท่ี 2.13 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลืน่ ใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลางท่ีขดทตุ ยิ ภูมิแบบใช้ไดโอด 2 ตวั 20
รปู ท่ี 2.14 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลนื่ บวก 25
รูปที่ 2.16 วงจรตดั สัญญาณแบบอนกุ รมเมื่อป้อนอินพตุ รูปคลื่นสี่เหลีย่ ม 25
รูปท่ี 2.17 วงจรตัดสัญญาณแบบอนกุ รมเมื่อป้อนอนิ พุตรูปคลืน่ สามเหล่ยี ม 26
รูปท่ี 2.18 วงจรตัดสัญญาณแบบขนานเมื่อป้อนอินพุตรูปคลื่นสีเ่ หลยี่ ม 26
รูปที่ 2.19 วงจรตัดสัญญาณเมือ่ มีแหลง่ จา่ ยแรงดนั อา้ งอิง

สารบัญรปู ซ
เรอื่ ง
รปู ท่ี 2.20 กราฟถ่ายโอน หน้า
รูปท่ี 2.21 กราฟถา่ ยโอน 27
รูปท่ี 2.22 วงจรตัดสญั ญาณแบบมีไบแอสและรปู คลน่ื ท่ีได้ 27
รปู ท่ี 2.23 วงจรปรับระดบั สัญญาณท่ีมคี ลนื่ ไซน์เป็นอินพตุ 27
รปู ที่ 2.24 วงจรทวแี รงดนั 2 เท่าแบบครึ่งคลน่ื 28
รูปท่ี 2.25 วงจรทวแี รงดัน 2 เทา่ แบบเตม็ คลืน่ 29
รปู ท่ี 2.26 วงจรทวแี รงดัน 3 เทา่ แบบคร่ึงคลนื่ 30
รูปที่ 2.27 วงจรทวแี รงดนั 4 เทา่ 31
รูปที่ 2.28 แสดงโครงสรา้ ง รูปรา่ งตัวถัง และสัญลักษณ์ของซเี นอร์ไดโอด 31
รูปท่ี 2.29 กราฟลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอด 32
33
รปู ท่ี 2.30 กราฟลกั ษณะสมบตั ขิ องซีเนอร์ไดโอด 34
รปู ท่ี 2.31 วงจรสมมูลของซีเนอรไ์ ดโอด 35
รูปที่ 2.32 วงจรซีเนอร์ไดโอด 36
รูปที่ 2.33 ไดโอดเปล่งแสง 39
รูปท่ี 2.34 โครงสร้างและสัญลกั ษณ์ของไดโอดเปล่งแสง 40
รปู ที่ 2.35 กราฟลกั ษณะสมบตั ขิ องไดโอดเปล่งแสง 41
รปู ท่ี 2.36 วงจรการต่อใช้งานไดโอดเปลง่ แสง 41
รูปท่ี 2.37 การต่อไดโอดเปล่งแสงสองสี 41
รูปที่ 2.38 การตอ่ ไดโอดเปล่งแสงสามสี 42
รปู ท่ี 2.39 ไดโอดเปลง่ แสงแบบ 7 สว่ น 43
รปู ที่ 2.40 โครงสร้างของไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 สว่ น 43
รูปท่ี 2.41 วาแรกเตอรไ์ ดโอด 44
รูปท่ี 2.42 โครงสรา้ งและสญั ลกั ษณข์ องวาแรกเตอร์ไดโอด 44
รปู ท่ี 2.43 หลกั การทำงานของวาแรกเตอร์ไดโอด 45
รปู ที่ 2.44 กราฟลักษณะสมบัตขิ องวาแรกเตอรไ์ ดโอด 46
รูปท่ี 2.45 การนำวาแรกเตอรไ์ ดโอดไปใชง้ าน 46
รปู ที่ 2.46 โฟโตไดโอด 47
รูปท่ี 2.47 โครงสรา้ งและสญั ลักษณข์ องโฟโตไดโอด 47
รูปที่ 2.48 การไบแอสโฟโตไดโอดและกราฟลักษณะสมบัติ 47
รูปที่ 2.49 ทลั เนลไดโอด 48

สารบญั รปู ฌ
เรอื่ ง
รปู ท่ี 2.50 กราฟลกั ษณะสมบตั ิและสญั ลักษณข์ องทนั เนลไดโอด หน้า
รปู ท่ี 2.51 วงจรผลติ ความถโ่ี ดยใชท้ นั เนลไดโอด 48
รูปที่ 2.52 วงจรไมโครโฟนไร้สายผลิตความถ่ีโดยใช้ทนั เนลไดโอด 49
49

ญ

แบบทดสอบก่อนเรยี น
ความรูเ้ บอื้ งต้นเก่ียวกับสารกึ่งตัวนำและไดโอด

คำสั่ง จงเลือกทำเคร่ืองหมาย x ลงบนตวั เลอื กที่ถกู ต้องทีส่ ุดเพยี งคำตอบเดยี ว

1. วสั ดทุ เ่ี ปน็ สารกง่ึ ตัวนำมีอเิ ล็กตรอนวงนอกสุดกีต่ ัว
ก. 2 ตวั
ข. 3 ตวั
ค. 4 ตวั
ง. 5 ตัว

2. อะตอมประกอบด้วยอะไรบา้ ง
ก. นิวเคลยี ส อิเล็กตรอน นวิ ตรอน
ข. โปรตอน นิวตรอน อเิ ลก็ ตรอน
ค. โปรตอน นวิ เคลยี ส อิเล็กตรอน
ง. นิวเคลียส นวิ ตรอน โปรตอน

3. ข้อใดคือหลักการโดปสาร
ก. การเตมิ อะตอมของสารกึง่ ตัวนำบริสุทธล์ิ งในสารก่งึ ตวั นำไมบ่ ริสทุ ธ์ิ
ข. การเตมิ อะตอมของสารเจือปนลงในสารเจอื ปน
ค. การเตมิ อะตอมของทองแดงลงในเงิน
ง. การเติมอะตอมของสารเจือปนลงในสารก่ึงตวั นำบริสุทธ์ิ

4. ขอ้ ใดคือประจุพาหะข้างมากในสารกึ่งตัวนำชนดิ เอ็น
ก. อิเล็กตรอน
ข. โปรตอน
ค. โฮล
ง. นวิ ตรอน

5. พนื้ ทีบ่ รเิ วณปลอดพาหะ รอยต่อพีเอน็ จะขยายกว้างท่ีสุดเมือ่
ก. ไดโอดมีกระแสไหลมากท่สี ุด
ข. กระแสรว่ั ไหลมีค่าต่ำ
ค. รอยตอ่ พเี อน็ ได้รบั ไบแอสตรง
ง. รอยต่อพีเอน็ ไดร้ บั ไบแอสกลบั

ฎ

6. ข้อใดคือโครงสร้างของไดโอดสารก่ึงตวั นำ
ก.

ข.

ค.

ง.

7. ไดโอดในอุดมคติเปรยี บเสมือนอุปกรณ์ในข้อใด
ก. ตวั ต้านทาน
ข. ฟวิ ส์
ค. ซลิ กิ อนบริสทุ ธ์ิ
ง. สวิตช์

8. ไดโอดในทางปฏบิ ัติจะนำกระแสเม่ือใด
ก. แรงดนั ตกคร่อมไดโอดมากกว่าแรงดนั เสมือน
ข. ไดโอดต้องไดร้ บั ไบแอสกลับเทา่ นั้น
ค. แรงดันตกคร่อมไดโอดต้องมากกวา่ 10V
ง. แรงดันตกคร่อมไดโอดต้องมากกวา่ 50V

9. เมอ่ื ไดโอดไดร้ ับไบแอสกลับ บรเิ วณปลอดพาหะจะเป็นอยา่ งไร
ก. แคบลงเรื่อย ๆ ตามแรงดนั ไบแอสกลบั
ข. ไมแ่ นน่ อน
ค. ขยายกว้างข้ึน
ง. ขน้ึ แคบลงจนเกือบเปน็ ศนู ย์

ฏ

10. ไดโอดเบอร์ 1N4001 บอกพิกดั คือ IF =1A , VRRM =50V , VRMS = 35V อยากทราบว่าไดโอดตวั น้ที นกระแส
สงู สุดเทา่ ไร

ก. 1 A
ข. 3 A
ค. 35 A
ง. 50 A
11. ไดโอดในข้อใดใชง้ านไดไ้ ม่มีอาการเสีย

ก.

ข.

ค.

ง.

ฐ

12. จากรูปภาพ วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลนื่ จะยอมให้สัญญาณแรงดนั ในแต่ละไซเกิลผ่านไดอ้ ยา่ งไร

ก. ไม่ให้ผา่ น
ข. ผ่านไดเ้ ฉพาะคลน่ื ซกี บวก
ค. ผ่านได้เฉพาะคลน่ื ซกี ลบ
ง. ผา่ นไดส้ องซีก ทัง้ ซีกบวกและซกี ลบ

13. จากรูปภาพ วงจรเรยี งกระแสแบบเต็มคลน่ื จะลักษณะสัญญานแบบใดเมื่อสญั ญาณผ่านวงจรแลว้

ก.
ข.
ค.
ง.

ฑ

14. ข้อใดคา่ ของ Vdc ของวงจรเรียงกระแสต่อไปน้ี

ก. 2.6V
ข. 3.6V
ค. 4.8V
ง. 5.2V
15. ข้อใดค่าของ Vdc ของวงจรเรยี งกระแสต่อไปนี้

ก. 17.5V
ข. 16.2V
ค. 18.4V
ง. 25.45V
16. จากรูปเป็นวงจรตดั สญั ญาณในข้อใด

ก. แบบผสม
ข. แบบอนกุ รม
ค. แบบขนาน
ง. แบบมี R ต่อรว่ ม

ฒ

17. วงจรปรับระดบั สัญญาณนำไปใชใ้ นงานในข้อใด
ก. ปรับระดบั เสียง
ข. ปรบั ค่าความตา้ นทาน
ค. ปรับระดบั สัญญาณอินพตุ
ง. ปรับระดบั สญั ญาณเอาต์พุต

18. ขอ้ ใดคอื หนา้ ท่ีวงจรทวีแรงดนั
ก. วงจรกำเนดิ ไฟ DC ได้แรงดนั สงู จ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ไดโอดและตัวตา้ นทาน
ข. วงจรกำเนดิ ไฟ DC ได้แรงดันสงู จ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ไดโอดและตวั เก็บประจุ
ค. วงจรกำเนิดไฟ DC ได้แรงดันสงู จ่ายกระแสต่ำ โดยใชต้ ัวตา้ นทานและตวั เกบ็ ประจุ
ง. วงจรกำเนดิ ไฟ DC ได้แรงดนั สูงจ่ายกระแสต่ำ โดยใช้ทรายซิสเตอรแ์ ละไดโอด

19. จากรูปถา้ ป้อน Vin=12V , Voutจะเท่ากบั ข้อใด

+ Vout = 3Vin -

C1 C3

10µ

Vin D2 D1 D3

C2

10µ

Voltage Tripler

ก. 12 V

ข. 24 V
ค. 36 V
ง. 48 V
20. จากขอ้ 19 จดั เปน็ วงจรในขอ้ ใด
ก. วงจรทวีแรงดัน 2 เท่า
ข. วงจรทวแี รงดัน 3 เท่า
ค. วงจรทวีแรงดนั 4 เท่า
ง. วงจรเรียงกระแสเต็มคลนื่
21. ขอ้ ใดคือค่าแรงดันซีเนอร์ไดโอด
ก. vcc
ข. vDC
ค. vT
ง. vz

ณ

22. ถา้ ต้องการซีเนอรไ์ ดโอด 9.1V ขนาด 0.5W จะต้องเลือกใชซ้ เี นอร์ไดโอดเบอร์ใด
ก. 1N5239
ข. 1N4001
ค. 1N5238
ง. 1N4739

23. จากวงจรกำหนดให้ RS= 560 Ω , VZT=5.1 V, IZT= 48 mA , IZK= 1 mA, IZM= 177 mA และคา่ rZ=
7 Ω จงคำนวณหาคา่ แรงดนั เอาท์พุต

ก. 4.764 V
ข. 6.422 V
ค. 5.324 V
ง. 4.325 V
24. จากข้อ 23 จงคำนวณหาคา่ แรงดันอินพุตต่ำสดุ
ก. 4.764 V
ข. 6.422 V
ค. 5.324 V
ง. 4.325 V
25. ข้อใดคือวสั ดทุ ี่ใช้ผลิตสารกง่ึ ตัวนำชนิดพเี อ็นไดโอดแปล่งแสงสแี ดง
ก. ซิลกิ อนคาร์ไบด์
ข. เจอร์เมเนียม
ค. แกลเลียม อาเซไนด์ ฟอสไฟด์
ง. ฟอสฟอรสั

ด

26. ไดโอดแปลงแสงแบบ 7 สว่ น (7-segment) ทแี่ สดงลดังรปู มไดโอดตวั ใดทำงาน

ก. b และ c
ข. a และ c
ค. a และ b
ง. g และ f
27. การปรบั ค่าความจขุ องวาแรกเตอร์ไดโอดทำไดโ้ ดยวธิ ใี ด
ก. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้
ข. การลดพื้นที่ของแผ่นตวั นำท้งั สอง
ค. การไบแอสตรง
ง. การไบแอสกลับ
28. จากคณุ สมบตั แิ ละลักษณะของวาแรกเตอร์ไดโอด นยิ มนำไปใชก้ ับวงจรใด
ก. วงจรทวแี รงดัน
ข. วงจรชาร์จแบตเตอรี่
ค. วงจรจนู ความถอี่ ตั โนมตั ิ
ง. วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น
29. การนำโฟโตไดโอดไปใช้งานต้องไบแอสแบบใด
ก. การไบแอสกลบั
ข. การไบแอสข้นึ อยกู่ ับเบอร์ของโฟโตไดโอด
ค. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับกไ็ ด้ตรง
ง. การไบแอส
30. การนำทนั เนลไดโอดไปใชง้ านตอ้ งไบแอสแบบใด
ก. การไบแอสกลับ
ข. การไบแอสข้นึ อยกู่ ับเบอร์ของทันเนลไดโอด
ค. การไบแอสตรง
ง. การไบแอสตรงหรือไบแอสกลับก็ได้

1

2

หน่วยที่ 1 ความรู้เบอ้ื งตน้ เก่ียวกบั สารกึ่งตัวนำ
บทนำ

อปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ เช่น ไดโอด ซเี นอร์ไดโอดทรานซิสเตอร์ วงจรรวม และอน่ื ๆ ล้วนมี
โครงสร้างท่ปี ระกอบด้วยสารก่ึงตัวนำแทบทงั้ สนิ้ ดังนั้น การศึกษาในวิชาอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนกิ สแ์ ละวงจรน้ี
นักศึกษาจะต้องมีความรู้ความเข้าใจโครงสร้างและการทำงานของอุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกส์ และในเบอ้ื งตน้ มี
ความจำเปน็ จะต้องเรยี นรแู้ ละทำความเขา้ ใจเกยี่ วกับโครงสร้างของอะตอม วัสดุสารกงึ่ ตวั นำ ซ่ึงเป็นพ้ืนฐานใน
การทำความเขา้ ใจการทำงานของอปุ กรณ์อิเล็กทรอนกิ สต์ า่ ง ๆ และเพื่อนำไปใช้งานในโอกาสตอ่ ไป ตวั อย่าง
ของอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนกิ ส์ แสดงดังรูปท่ี 1.1

(ก) ไดโอด (ข) ไดโอดบริจด์ (ค) ไดโอดเปล่งแสง

(ง) ไดโอดเปล่งแสงแบบ 7 ส่วนและแบบจุด (จ) ทรานซิสเตอร์ (ช) วงจรรวม

รปู ท่ี 1.1 อุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์ชนิดตา่ ง ๆ

จากรปู ท่ี 1.1 แสดงอุปกรณ์อเิ ลก็ ทรอนิกสต์ า่ ง ๆ ประกอบด้วยไดโอด ไดโอดบรดิ จ์ ไดโอดเปลง่ แสง
ทรานซสิ เตอร์ วงจรรวมหรือทีเ่ รยี กว่า ไอซี อุปกรณ์บางชนิดอาจจะมรี ูปร่างและตวั ถงั ที่คล้ายคลงึ กัน ดังน้นั
การนำไปใชง้ านจงึ ตอ้ งศึกษาโครงสร้าง และสัญลักษณ์ทีป่ รากฏในวงจร หลักการทำงานกราฟลักษณะ
คณุ สมบตั ิ รายละเอยี ดจากคู่มือผผู้ ลติ การนำไปใช้งานในวงจรต่าง ๆ เพ่ือใช้ประโยชนใ์ นการซ่อมอปุ กรณ์
เครอื่ งใช้ไฟฟา้ ต่าง ๆ รวมทงั้ เป็นพนื้ ฐานการศึกษาในระดับทส่ี ูงขนึ้ ต่อไป

1.1 คุณสมบตั ขิ องตวั นำ ฉนวน และสารกึง่ ตัวนำ
สสารท่มี ีอยบู่ นโลกนี้มีมากมายหลายชนิด หากแบ่งสสารน้นั ตามสถานะ จะแบ่งสสารออกได้ 3 สถานะ

คือ ของแข็ง ของเหลว และแกส๊ แตถ่ า้ แบ่งสสารตามคุณสมบัติทางไฟฟ้า จะแบ่งออกได้เปน็ 3 ชนิดเชน่ กนั
กลา่ วคือ

ฉนวน (Insulator) สารทเ่ี ป็นฉนวนในอะตอมจะมีอเิ ลก็ ตรอนวงนอกสุด 5-8 ตัว จำเปน็ ต้องใช้
อิเล็กตรอนวงนอกสดุ เกือบทงั้ หมดยดึ เหนย่ี วอะตอมอนื่ ๆ ดงั น้ันจงึ เหลืออิเลก็ ตรอนอิสระในการพาประจุน้อย
มาก ตวั อยา่ งวัสดทุ ่ีเปน็ ฉนวน ไดแ้ ก่ ไม้แห้ง ยาง พลาสตกิ ไมกา เปน็ ต้น

3

ตวั นำ (Conductor) สารทีเ่ ปน็ ตัวนำในอะตอมจะมีอิเลก็ ตรอนวงนอกสุด 1-3 ตัว สารทมี่ ี
อิเล็กตรอนวงนอกสุดเพียงตวั เดยี ว เมื่อมแี รงมากระทำเพยี งเล็กน้อยก็จะหลุดออกจากวงโคจรได้ง่ายกลายเป็น
อิเลก็ ตรอนอสิ ระเคลื่อนท่ไี ปมาในช้ินสาร ตัวอย่างวัสดุท่ีเป็นตวั นำ ไดแ้ ก่ เงนิ ทองแดง อลูมิเนยี ม เหล็ก เป็น
ต้น

สารก่ึงตวั นำ (Semiconductor) สารทเ่ี ป็นสารกึ่งตวั นำในอะตอมจะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตวั
โดยอเิ ลก็ ตรอนวงนอกสุดจะจับกนั แบบเดยี วกับฉนวน แตถ่ ้าอุณหภูมสิ ูงขึน้ จะทำให้การยึดเหน่ียวของอะตอม
ขาดลง ทำให้อิเล็กตรอนอสิ ระพาประจุมากขน้ึ ตวั อย่างวัสดุทเ่ี ป็นสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน เจอร์เมเนยี ม ซ่ึง
นำไปผลติ สารกึ่งตัวนำ เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ เป็นต้น

1.2 อะตอม
อะตอม (Atom) คือ อนภุ าคทเ่ี ลก็ ที่สดุ ของธาตุ ไมส่ ามารถแบ่งแยกลงไปได้อกี ซึง่ ยังบ่งบอกความ

เปน็ คุณสมบตั ิของธาตุนั้นอยู่ เชน่ อะตอมของทองแดง อะตอมของซิลิกอน เปน็ ตน้
1.2.1 โครงสรา้ งของอะตอม
ในสสารประกอบดว้ ยอะตอมหลายๆอะตอมรวมกันและในแตล่ ะอะตอมจะประกอบดว้ ย

แกนกลางทเี่ รยี กว่า นิวเคลยี ส และวงโคจรของอเิ ลก็ ตรอน แสดงดงั รูปท่ี 1.2

รูปท่ี 1.2 โครงสรา้ งของอะตอม

4

1.2.2 ชั้นของวงโคจร
อะตอมของธาตุประกอบด้วยช้นั ของวงโคจรจำนวน 7 ชนั้ คือชน้ั K L M N O P และ Q

ตามลำดบั ลักษณะของวงโคจรอเิ ลก็ ตรอน แสดงดังรูปที่ 1.3

นวิ เคลียร์

รูปที่ 1.3 ชน้ั ของวงโคจร

จากรูปที่ 1.3 ชั้นของวงโคจรโครงสร้างของอะตอมประกอบด้วยแกนกลางของวงโคจร
เรียกว่านิวเคลียสภายในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนโดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่ในวงโคจร
จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่โคจรในแต่ละชั้นจะมีจำนวนไม่เท่ากันจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละวงโคจรหาได้จาก
จำนวนอเิ ล็กตรอนสูงสุดเท่ากบั 2 * ลำดับของชัน้ ของวงโคจรกลา่ วคือ

ช้นั K มีจำนวนอเิ ลก็ ตรอนสงู สดุ คือ 2 x (1)2= 2 x 1 = 2
ชั้น L มจี ำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดคือ 2 x (2)2 = 2 x 4 = 8
ชั้น M มีจำนวนอเิ ล็กตรอนสงู สดุ คือ 2 x (3)2 = 2 x 9 = 18
ชั้น N มจี ำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดคือ 2 x (4)2 = 2 x 16 = 32

การบรรจุอิเล็กตรอนในวงโคจรแต่ละชั้นอันดับแรกจะต้องบรรจุอิเล็กตรอนในชั้นเคให้เต็ม
แล้วบรรจลุ งในชนั้ ถดั ไปคอื L, M, N ตามลำดับ แต่มขี ้อยกเว้น เชน่ อะตอมของเงนิ มีเลขอะตอม คือ 47 ดงั นั้น
การบรรจอุ ิเล็กตรอนในแต่ละชนั้ จะเป็นดงั น้ี คือ K = 2, L = 8, M = 18, N = 18 ปกติ คอื 32 ดงั น้ัน จะบรรจุ
ในชั้น O = 1 เป็นตน้ หมายเหตุ จำนวนอเิ ล็กตรอนแตล่ ะวงโคจรรวมต้องเทา่ กับเลขอะตอม

1.2.3 คณุ สมบัตทิ างไฟฟ้าของอะตอม
โปรตอน มีจำนวนมากกว่า อเิ ล็กตรอนอะตอมจะคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นบวก
อเิ ลก็ ตรอน มจี ำนวนมากกวา่ โปรตอน อะตอมจะมีคุณสมบัติทางไฟฟา้ เปน็ ลบ
นวิ ตรอน มีคุณสมบัติทางไฟฟา้ เป็นกลาง จำนวนของนิวตรอนจึงไม่ส่งผลทางไฟฟ้าให้แก่
อะตอม

5

1.3 สารกึง่ ตัวนำบริสทุ ธ์ิ
สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ คือ สารหรือธาตุที่ไม่ไดม้ ีการเติมสารเจือปน ใด ๆ ลงไป คุณลักษณะเฉพาะของ

สารกึ่งตัวนำบรสิ ุทธสิ์ ามารถเปล่ยี นแปลงไดโ้ ดยการเตมิ อะตอมของสารเจอื ปนเข้าไปในสารก่งึ ตัวนำบรสิ ุทธ์ิ ซ่ึง
เรียกว่า กระบวนการโดป (Doping process) สารกึ่งตัวนำที่นิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ส่วน
ใหญ่ทำมาจาก ธาตุซิลิกอน และธาตุเจอร์เมเนียม จะยึดติดกันเป็นผลึก(Crystal) เช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์
ไอซี เป็นต้น ธาตุทั้งสองชนิดนี้ จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนวงนอกสุด 4 ตัว แต่อิเล็กตรอนทั้งหมดจะไม่เท่ากัน
โดยซลิ ิกอนจะมอี ิเล็กตรอนท้ังหมด 14 ตวั ส่วนเยอรมนั เนียมจะมีอเิ ล็กตรอนทั้งหมด 32 ตัว ตอ่ หนง่ึ อะตอม

1.4 สารกง่ึ ตัวนำไมบ่ รสิ ุทธ์ิ
1.4.1 ชนดิ เอน็ (N-Type)
สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนิดเอ็น เกิดจากการเติมสารเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว

เช่น ฟอสฟอรสั สารหนู และพลวง ลงในซิลิกอน (Si) และเยอรมนั เนยี ม (Ge) โดยมีลักษณะแสดงดังรูปที่ 1.4

รปู ท่ี 1.4 การเติมพลวงลงในซิลิกอน

จากรูปที่ 1.4 การเติมพลวงลงในสารกึ่งตวั นําบริสุทธิ์ซิลกิ อนผล ที่เกิดจากการโควาเลนซ์ทำ
ใหอ้ ิเล็กตรอนรวมตัวกันกบั อะตอมข้างเคยี งมีอิเลก็ ตรอนเกนิ มา 1 ตวั ซงึ่ เรียกอิเล็กตรอนน้วี ่าอิเล็กตรอนอิสระ
มีสภาพทางไฟฟ้าเป็นลบ ดังนั้นหากให้พลังงานภายนอก เช่น หม้อแรงดันไฟฟ้า จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่
ซง่ึ เกดิ กระแสไฟฟา้ ไหลในสารกง่ึ ตวั นำได้

6

1.4.2 ชนิดพี (P-Type)
สารก่งึ ตัวนำไม่บริสุทธิ์ชนดิ พี เกดิ จากการเติมสารเจือปนทีม่ ีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัวได้แก่

โบรอน อลูมเิ นียม และแกลเลียม ลงในซิลกิ อน (Si) และเยอรมันเนยี ม (Ge) โดยมีลักษณะแสดงดงั รูปที่ 1.5

รูปที่ 1.5 การเตมิ โบรอนลงในซลิ ิกอน
จากรูปที่ 1.5 การเติมโบรอนลงในสารกึ่งตัวนําบริสุทธิ์ซิลิกอน ผลที่เกิดจากการโควาเลนซ์
ทำใหอ้ ิเล็กตรอนรวมกันกับอะตอมข้างเคยี ง โดยอเิ ล็กตรอนขาด 1 ตวั เกดิ เป็นช่องว่างที่ เรยี กว่า โฮล มีสภาพ
ทางไฟฟ้าเปน็ บวก

7

1.4.3 พาหะข้างมากและพาหะขา้ งน้อย
สารกึ่งตัวนําชนิด N และชนิด P เป็นสารกึ่งตัวนําที่ผลิตขึ้นมาจากการเติมธาตุเจือปน ต่าง

ชนิดลงไปในธาตุซิลิคอน (Si) หรือธาตุเจอร์เมเนียม (Ge) ทำให้สารกึ่งตัวนําที่ได้มีจำนวนโฮล และ
อิเล็กตรอนอิสระเกิดขึ้นแตกต่างกัน สารกึ่งตัวนําชนิด N มีจำนวนอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าโฮล และ
อิเล็กตรอนอสิ ระเกิดขน้ึ แตกตา่ งกัน สว่ นในสารก่งึ ตัวนาํ ชนดิ P มจี ำนวนโฮล มากกว่าอิเลก็ ตรอนอสิ ระ ทงั้ โฮล
และอิเล็กตรอนอิสระทำใหเ้ กดิ กระแสไฟฟา้ ไหล ถูกเรยี กว่า พาหะ (Carrier) ในสารกึง่ ตวั นํามที ัง้ พาหะข้างมาก
(Majority Carrier) และพาหะข้างน้อย (Minority Carrier) พาหะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของสารกึ่ง
ตัวนํา สารกง่ึ ตวั นําชนิด P และชนดิ N ในลกั ษณะพาหะข้างมากและพาหะขา้ งน้อย แสดงดังรูปท่ี 1.6

พาหะข้างมาก พาหะขา้ งนอ้ ย 1 อะตอมธาตเุ จือปน อิเล็กตรอนอสิ ระ

---+--+ ++-- + - + - + -
-+--+-- +- +- +- +-
--+--+-
(ข)โครงสรา้ งใหม่วสารกึ่งตัวนำชนิด N
(ก)สารก่ึงตวั นำชนดิ N

พาหะขา้ งมาก พาหะข้างน้อย 1 อะตอมธาตเุ จอื ปน โล

+ - ++ - ++ +--+ - + - + - +
- ++ - ++ - -+ -+ -+ -+
+++ -++ -

(ค)สารกง่ึ ตวั นำชนดิ P (ง)โครงสร้างใหมว่ สารก่งึ ตวั นำชนิด P

รปู ที่ 1.6 สารก่ึงตวั นำชนดิ N และชนิด P ในลกั ษณะพาหะขา้ งมากและข้างน้อย

8

1.5 รอยต่อพีเอน็
เม่ือนาํ สารกึ่งตัวนำชนิดพีและสารกงึ่ ตัวนําชนิดเอน็ มาต่อกนั จะเรยี กวา่ รอยต่อพีเอน็

(PN Junction) โดยมลี กั ษณะดงั รปู ท่ี 1.7

รูปท่ี 1.7 รอยต่อพีเอ็น

จากรูปท่ี 1.7 จะเกิดการเคลือ่ นที่ของอเิ ลก็ ตรอนอสิ ระในสารก่ึงตวั นําชนดิ เอน็ ท่ีอยใู่ กล้บริเวณรอยตอ่
และเคลื่อนท่ขี ้ามรอยต่อมารวมกับโฮลในสารกึ่งตวั นําชนิดพี ทำให้อิเลก็ ตรอนอิสระและโฮลท่บี รเิ วณรอยตอ่
หายไป เรียกว่า บรเิ วณปลอดพาหะ (Depletion Region) ดังรปู ท่ี 1.8

รูปที่ 1.8 การเกิดบริเวณปลอดพาหะ

เมื่อเกิดบริเวณปลอดพาหะที่รอยต่อ จะทำให้อะตอมสารกึ่งตัวนําที่บริเวณใกล้รอยต่อสูญเสียความ
เปน็ กลางทางไฟฟ้า โดยสารก่ึงตวั นําชนิดที่จะได้รับอิเลก็ ตรอนเพิ่มข้นึ ทำให้โฮลหายไปและอะตอมของสาร ก่ึง
ตัวนำชนิดเอ็นจะสูญเสียอิเล็กตรอนอิสระไป ดังนั้นจะพบว่าอะตอมของสารกึ่งตัวนําทั้งสองสูญเสียความ
สมดุลทางไฟฟ้า นั่นคือ อะตอมในสารกึ่งตัวนําชนิดที่จะมีประจุลบ ทำให้อะตอมของสารกึ่งตัวนําชนิดพีท่ี
รอยต่อแสดงอำนาจประจุไฟฟ้าเปน็ ลบ และอะตอมของสารกึ่งตวั นําชนดิ เอ็นมีประจุบวกมากกว่าประจุลบ ทำ
ให้อะตอมของสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็นบริเวณรอยต่อแสดงอำนาจประจุไฟฟ้าบวก เป็นผลทำให้เกิดความ ต่าง
ศักย์ขึ้นระหว่างอะตอมของสารกึ่งตัวนําชนิดพีและชนิดเอ็นที่บริเวณรอยต่อ เรียกว่า แนวขวางกั้นศักย์
(Potential Hill) หรืออาจเรียกว่า Potential Barrier

9

การใหไ้ บแอสรอยต่อพีเอน็
เมื่อนำแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าป้อนให้กับรอยต่อพีเอ็น โดยสามารถทำได้ 2 แบบคือ คือ ถ้า

ศักย์ไฟฟ้าที่สารพีสูงกว่าสารเอ็นเรียกว่า การไบแอสตรง (Forward Bias) และถ้าศักย์ไฟฟ้าที่สารที่ต่ำกว่า
ศักยไ์ ฟฟ้าที่สารเอ็น เรยี กว่า การไบแอสกลับ (Reverse Bias) โดยแตล่ ะแบบมรี ายละเอยี ดดงั นี้

1. การไบแอสตรง (Forward Bias) หมายถึง การปอ้ นแรงดันไฟฟ้าบวกของแหลง่ จ่ายให้กับ
สารกึง่ ตัวนําชนิดพี และแรงดันไฟฟ้าลบให้กับสารกึ่งตัวนําชนดิ เอน็ ดังรูปที่ 1.9

รูปท่ี 1.9 การไบแอสตรง
จากรูปที่ 1.9 ผลของการไบแอสตรง คือ ทำให้ขั้วลบของแหล่งจ่ายผลักอิเล็กตรอนอิสระให้
เคลื่อนที่เข้าหารอยต่อ ในขณะเดียวกันโฮลที่อยู่ใกล้รอยต่อจะดึงอิเล็กตรอนให้เคลื่อนท่ีข้ามรอยตอ่ ไปรวมกับ
โฮล
กระแสไบแอสตรง (Forward Current : If) กับแรงดันไบแอสตรง (Forward Voltage : Vf)
ที่ตกคร่อมรอยต่อพีเอ็น สำหรับซิลิกอนไดโอด มีค่าโดยประมาณคือ 0.7 V กราฟลักษณะไบแอสตรงดังรูปท่ี
1.10

รูปที่ 1.10 กราฟลกั ษณะสมบัติไบแอสตรงซลิ กิ อนไดโอด

10

2. การไบแอสกลับ (Reverse Bias) หมายถึง การป้อนแรงดนั ไฟฟ้าบวกของแหล่งจ่ายให้กับ
สารกึ่งตัวนาํ ชนดิ เอน็ และแรงดนั ไฟฟ้าลบให้กบั สารกง่ึ ตวั นำชนิดพี ดงั รปู ที่ 1.11

รปู ท่ี 1.11 การไบแอสกลบั
จากรูปที่ 1.11 ผลของการไบแอสกลับ คือ บริเวณปลอดพาหะจะขยายพื้นที่ออก ดังนั้น
กระแส จงึ ไหลผ่านรอยตอ่ พีเอน็ ไม่ได้
เนื่องจากประจุพาหะข้างมากไม่สามารถเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อได้ แต่จะมีพาหะข้างน้อย
สามารถเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อได้ โดยประจุลบของสารกึ่งตัวนําชนิดที่จะถูกดงึ ข้ามรอยต่อไปรวมกบั ประจุ บวก
ของสารกึ่งตัวนําชนิดเอ็น และเคลื่อนท่ีไปขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดนั ผ่านไปที่สารกึง่ ตวั นําชนดิ พีการเคลื่อนท่ี
ของประจุซึ่งเป็นพาหะข้างน้อยเท่านั้นที่จะสามารถเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อได้ จึงเกิดกระแสที่มีค่าน้อย เรียกว่า
กระแสรัว่ ไหล มหี น่วยเป็น μA
กระแสไบแอสกลบั (Reverse Current : IR) กบั แรงดนั ไบแอสกลับ (Reverse Voltage : VR
ทต่ี กครอ่ มรอยตอ่ พเี อ็น กราฟลักษณะสมบัตไิ บแอสกลับ ดังรปู ที่ 1.11

รปู ท่ี 1.11 กราฟลกั ษณะสมบตั ไิ บแอสกลบั ซิลิกอนไดโอด

11

12

หน่วยที่ 2 ไดโอด
2.1 ไดโอด

ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำมาจากสารก่ึงตัวนำจำพวกซิลิกอน หรือเจอร์เมเนียม อย่างใด
อยา่ งหนึง่ เชน่ ถ้าเปน็ สารกึง่ ตัวนำซลิ ิกอน กจ็ ะนำเอาสารก่งึ ตวั นำซลิ ิกอนชนิด P และ N มาตอ่ ชนกัน โดยจะ
ใชว้ ธิ กี ารปลกู ผลึกหรือวิธีการแพรส่ ารเจือปนลงไปในแท่งสารกึ่งตวั นำบริสุทธ์ิ ใหด้ ้านหนึง่ เป็นสารชนิด P และ
อีกดา้ นหน่ึงเป็นสารชนดิ N สิ่งท่ไี ด้จะกลายเปน็ อุปกรณท์ ่เี รยี กวา่ ไดโอดชนดิ รอยตอ่ P-N

2.1.1 โครงสรา้ งและสัญลักษณข์ องไดโอด
โครงสรา้ งของไดโอดประกอบดว้ ยสารกึ่งตัวนำชนิดพี และสารกงึ่ ตัวนำชนิดเอ็น ที่ได้กล่าว

โดยโครงสรา้ งของไดโอดแสดงดังรปู ท่ี 2.1

รปู ท่ี 2.1 โครงสรา้ งและสญั ลักษณ์ของไดโอด

จากรูปที่ 2.1 แสดงโครงสรา้ งของไดโอดประกอบด้วยสารกง่ึ ตัวนำชนิดพี และสารกึง่ ตัวนำชนิดเอ็น มี
2 ขั้วคือ ขั้วแอโนดและขั้วแคโทด เนื่องจากไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ยอมให้กระแสไหลผ่านได้ในทิ ศทางเดียว
ดังนน้ั สญั ลักษณข์ องไดโอดข้วั แอโนดจะแทนดว้ ยหัวลูกศร ซ่ึงหมายถงึ ทิศทางการไหลของกระแส

2.2 ไดโอดในอดุ มคติ
ไดโอดในอุดมคติ คือ ไดโอดที่สมมติขึ้น เพื่อจำลองการทำงานของไดโอดและเพื่อให้เข้าใจการทำงาน

ของไดโอดมากยิ่งขึ้น โดยจะเปรียบเสมือนไดโอดเป็นสวิตช์ตัวหนึ่ง ลักษณะของไดโอดในอุดมคติ
แสดงดงั รปู ที่ 2.2

VD Short circuit

+ - ID

VD ID(limited by circuit) 0V

+ (a)

Open circuit

ID = 0
(b)

รปู ที่ 2.2 ไดโอดในอุดมคติ

13

จากรูปท่ี 2.2 เม่ือไดโอดได้รับไบแอสตรง (Forward Bias) กล่าวคือ ศักย์ไฟฟ้าทีแ่ อโนดสูงกว่าแคโทด
เปรียบเสมือนไดโอดลัดวงจร (Short Circuit) หรือสวิตช์ปิดวงจร (Close Switch) ซึ่งจะมีกระแสไหลผ่านตัว
ไดโอด และถ้าไดโอดได้รับไบแอสกลับ (Reverse Bias) หรือสวิตช์เปิดวงจร (Open Switch) เปรียบเสมือน
ไดโอดเปดิ วงจร (Open Circuit) กระแสจะไม่สามารถไหลผ่านไดโอดได้ ดงั นัน้ หากนำไปเขียนกราฟไดโอด ใน
อุดมคติ โดยใหก้ ระแสไหลผ่านไดโอด คือ แกนตง้ั แทนดว้ ย 1) และแรงดันตกคร่อมไดโอด คือ แกนนอน แทน
ด้วย V, ดังรูปที่ 2.2 ในกรณีไดโอดในอุดมคติจะสมมติให้ไดโอดไม่มคี ่าความต้านทาน หมายถึง ไม่มีแรงดันตก
ครอ่ มตัวไดโอด

2.3 ไดโอดในทางปฏบิ ัติ

ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode) จะแตกต่างจากไดโอดในอุดมคติ กล่าวคือ ไดโอดในทาง

ปฏิบัตินั้นจะมีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยหรือพาหะข้างน้อยที่บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง และ

ไดโอดในทางปฏบิ ตั ิไดโอดจะมคี า่ ความตา้ นทานคา่ ๆ หนงึ่ ดังน้นั ถ้าให้ไบแอสตรง ไดโอดในทางปฏบิ ตั จิ ะ เกิด

แรงดันตกคร่อมไดโอดค่าหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า แรงดันเสมือน โดยเจอร์เมเนียมไดโอดจะมีค่าแรงดันเสมือน

ประมาณ 0.3 V และซิลิกอนไดโอดจะมีแรงดันเสมือนประมาณ 0.7 V และจะใช้ค่าแรงดันเสมือนนี้ในการ

คำนวณเกี่ยวกับไดโอดในโอกาสต่อไป ดังนั้น ขณะที่ยังไม่มีการไบแอสไดโอดจะเปรียบเสมือนค่าความต่าง

ศักยภ์ ายใน (Built in Potential) รอยต่อพีเอ็นขณะยงั ไมม่ ีการให้ไบแอสมลี ักษณะดงั รูปท่ี 2.3

PN-junction

N-------re-----gi----on----- ----- P-region R

+++++ + + +++ + +
+ + + + +
++ + + +

Ir Zero Bias

Built-in
Potential
0.3-0.7V
If

รูปท่ี 2.3 รอยต่อพเี อ็นขณะยังไม่ไบแอส

ถ้าต้องการให้ไดโอดในทางปฏิบัตินำกระแสนั้น สามารถทำได้โดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าค่า ๆ หนึ่งซึ่ง
จะต้องมีค่ามากกว่าแรงดันเสมือน ให้ตกคร่อมไดโอด โดยที่แรงดันเสมือนอาจเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า แรงดันใน
การเปดิ (Turn on Voltage : VT) โดยท่คี า่ VT ของไดโอดคือ

เจอรเ์ มเนียมไดโอด VT = 0.3 V
ซิลกิ อนไดโอด VT = 0.7 V

14

2.4 การไบแอสไดโอด
การไบแอสไดโอด คือการป้อนแรงดันให้กับไดโอด เพื่อให้ไดโอดทำงานตามที่ต้องการแบ่งออกเป็น

2 ลกั ษณะ คือการไบแอสตรง และการไบแอสกลับ โดยการไบแอสแต่ละแบบสามารถอธบิ ายได้ดงั นี้
2.4.1 การไบแอสตรง
การไบแอสตรง หมายถึง ศักย์ทีแ่ อโนดสูงกว่าแคโทด หรอื ขวั้ บวกแหลง่ จา่ ยป้อนให้กบั แอโนด

และข้ัวลบของแหล่งจ่ายปอ้ นให้กับแคโทด โดยการไบแอสตรงแสดงดังรปู ท่ี 2.4

รปู ที่ 2.4 การไบแอสตรงไดโอด
จากรปู ที่ 2.4 เมื่อจา่ ยไบแอสตรงไดโอด ผลท่เี กดิ ข้นึ คอื บริเวณปลอดพาหะอาจจะแคบมาก
กล่าวคอื ค่าความต้านทานของไดโอดจะต่ำลง ดังนัน้ กระแสจงึ ไหลผ่านไดโอดได้ และแรงดันตกคร่อมไดโอดจะ
มีคา่ ตำ่ ประมาณ 0.7 V
หากนำกระแสท่ีไหลผา่ นไดโอดและแรงดนั ทต่ี กครอ่ มไดโอดไปเขยี นกราฟความสัมพันธ์ของ
กระแสและแรงดนั จะได้กราฟดงั รปู ที่ 2.5

รูปท่ี 2.5 กราฟแสดงความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งกระแสและแรงดนั เมอื่ ไดโอดไดร้ บั ใบแอดตรง
จากกราฟ IF คอื กระแสทไี่ หลผา่ นไดโอด

VF คอื แรงดันทีต่ กครอ่ มไดโอด

15

2.4.2 การไบแอสกลบั
การไบแอสกลับ หมายถงึ การท่ขี ้ัวแอโนดของไดโอดได้รับศักยไ์ ฟฟ้าต่ำกว่าแคโทด กรณีน้ีจะ

ทำให้บรเิ วณปอดพาหะขยายกว้างขน้ึ ลักษณะการไบแอสกลับ แสดงดงั รปู ท่ี 2.6

รูปท่ี 2.6 การไบแอสกลบั ไดโอด
จากรูปที่ 2.6 การไบแอสกลับไดโอด เนื่องจากจะมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายตรงบริเวณ
รอยตอ่ อยู่จำนวนหนึง่ ทำใหม้ ีกระแสจำนวนหน่ึงไหลผา่ นไดโอดได้ ซง่ึ ปรมิ าณกระแสนี้มคี า่ น้อยมาก ซง่ึ การวัด
มหี นว่ ยไดเ้ ปน็ ไมโครแอมป์ และเรยี กกระแสนีว้ ่ากระแสรั่วไหล
เม่ือเพิม่ แรงดนั ไบแอสกลับมากขึ้นเร่ือย ๆ ปริมาณกระแสรั่วไหลจะเพ่ิมมากขน้ึ เชน่ กัน จนถึง
จดุ ทไ่ี ดโอดนำกระแสเพ่ิมมากข้ึนถึงจุด ๆ หน่งึ เรยี กวา่ กระแสอิ่มตวั ย้อนกลับ โดยแรงดันไฟฟ้าที่จุดน้ีเรียกว่า
แรงดนั พงั ทลายกราฟแสดงความสมั พันธข์ ณะไบแอสกลับไดโอด แสดงดงั รูปที่ 2.7

รูปที่ 2.7 กราฟแสดงความสัมพนั ธ์ระหวา่ งกระแสและแรงดนั ขณะไบแอสกลับไดโอด
จากรูปที่ 2.7 ถ้าจ่ายแรงดันไบแอสกลับสูงขึ้นจนถึงจุดสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ จะเรียก

แรงดันที่จุดนี้ว่าแรงดันพังทลายซีเนอร์ และถ้าแรงดันไบแอสกลับสูงกว่า VZ จะเกิดความร้อนสะสมขึ้นท่ี
รอยต่อพเี อ็นของไดโอดมากขึน้ เร่ือย ๆ ซงึ่ จะส่งผลให้ไดโอดได้รบั ความเสยี หายได้

16

2.5 เบอร์ไดโอดและการแปลความหมาย
การกำหนดเบอร์ไดโอดโดยทั่วไปจะขนึ้ ตน้ ด้วย 1N และตวั เลขเรียงลำดับไป ยกตัวอยา่ งเชน่ 1N60,

1N4148, 1N4001, และ 1N5408 เป็นต้น ด้วยไดโอดแตล่ ะเบอร์มีคุณลักษณะทางไฟฟา้ แตกตา่ งกนั
สามารถดจู ากคูม่ ือการใช้งาน หรอื รายละเอยี ดทางเทคนิค ซ่ึงกำหนดมาจากบริษทั ผ้ผู ลิตไดโอดตวั อย่างเบอร์
ไดโอด แสดงดังตารางที่ 1.1

ตารางท่ี 1.1 เบอร์ไดโอดและพิกดั ทางไฟฟ้าสูงสดุ

MAXIMUM RATINGS ( TA = 25℃ unless otherwise noted)

PARAMETER SYMBOL 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 UNIT

Maximum repetitive peak VRRM 50 100 200 400 600 800 1000 V
reverse voltage

Maximum RMS voltage VRMS 35 70 140 280 420 560 700 V

Maximum DC blocking voltage VDC 50 100 200 400 600 800 1000 V

Maximum average forward

rectified current 0.375 (9.5 IF(AV) 1.0 A

mm) lead length at TA = 75℃

จากตารางที่ 1.1 พิกัดทางไฟฟ้าสูงสุดซึ่งทดสอบที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสโดยพิกัดทางไฟฟ้าที่
จำเปน็ ตอ้ งทราบ พออธิบายได้ดังนค้ี อื

1. แรงไบแอสกลับสูงสุด คือแรงดันไบอัสกลับสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ โดยแสดงเป็นแรงดันพีค
สงู สุด เช่นเบอร์ 1N4001 เทา่ กับ 50 V และเบอร์ 1N4007 = 1000 V เป็นต้น ค่าแรงดนั ไบแอสกลับสูงสุดใน
บางคร้งั เรยี กว่า แรงดนั ย้อนกลับพีค

2. แรงดันที่ใช้งานจริงสูงสุด คือแรงดันสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ เป็นค่าแรงดันที่ใช้งานจริง ซึ่ง
สามารถวดั ได้ดว้ ยเอซโี วลตม์ เิ ตอร์ เชน่ เบอร์ 1N4001 เท่ากับ 35 V และเบอร์ 1N4007 = 700 V เป็นต้น

3. แรงดันไฟตรงสูงสุด คือแรงดันสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ โดยเป็นแรงดันเฉลี่ยวัดได้โดยใช้ดีซี
โวลตม์ เิ ตอร์ เช่นเบอร์ 1N4001 เทา่ กบั 50 V และเบอร์ 1N4007 = 1000 V เป็นต้น

4. กระแสไบแอสตรงสูงสุด คือกระแสสูงสุดที่ไหลผ่านไดโอด โดยที่ไดโอดสามารถทนได้โดยเป็น
กระแสเฉลี่ยวัดได้ โดยใช้ดีซีแอมมิเตอร์ จากตารางที่ 1.1 ไดโอดทุกเบอร์ตั้งแต่เบอร์ 1N4001 ถึงเบอร์
1N4007 ทนกระแสไดเ้ ทา่ กับ 1 A

17

2.6 การตรวจสอบไดโอดด้วยมัลติมเิ ตอร์
การตรวจสอบไอโอด มีจุดประสงค์เพื่อต้องการทราบขัว้ ไดโอด และถ้าต้องการทราบว่าไดโอดตัวน้นั

ใช้งานไดห้ รอื ไมน่ ้นั ให้นำแอนะลอกมิเตอร์ หรอื มิเตอร์แบบเข็มชี้มาวัด การใชโ้ อหม์ มเิ ตอร์มรี ายละเอียดดงั นี้
2.6.1 การวัดหาข้วั ไดโอด
ใช้แอนะลอกมิเตอร์ ตงั้ ยา่ นวดั Rx1 วัดคา่ ไดโอดแลว้ คา่ อา่ นความต้านทานท่ไี ด้ และสลับสาย

วัดอีกครั้งหน่ึง ถ้าไดโอดได้รบั ไบแอสตรงจะอ่านค่าได้ประมาณ 5-10 โอห์ม แต่ถ้าไดโอดไดร้ ับไบแอสกลับ จะ
อ่านคา่ ได้เทา่ กบั ∞ โอห์ม

2.6.2 การตรวจสอบอาการเสียของไดโอด
อาการเสียของไดโอด แบ่งออกเป็น 3 ลักษณะ คือ
1. ไดโอดลดั วงจร เข็มมเิ ตอร์จะกระดิกช้ีคา่ เท่ากนั สองครั้ง ทั้งในขณะทำการวัดแบบไบแอส

ตรงและไบแอสกลบั

รูปที่ 2.8 ไดโอดลัดวงจร
2. ไดโอดขาด ไม่วา่ จะวดั ไบแอสตรงหรือไบแอสกลับเขม็ มิเตอรจ์ ะไม่กระดิกเลย

รูปท่ี 2.9 ไดโอดขาด
3. ไดโอดรั่ว ทำการวัดค่าความต้านทานไดโอดที่ดา้ นไบแอสกลับ ถ้าเป็นซิลิกอนไดโอดเข็มช้ี
จะแสดงค่าอินฟินิตี้ แต่ถ้าเป็นเจอร์เมเนียมไดโอดเข็มชี้จะแสดงค่าความต้านทานท่ีประมาณ 400 kΩ - 500
kΩ น่ันคือเจอร์เมเนียมไดโอดจะมีคา่ กระแสรว่ั ไหลมากกว่าซิลิกอนไดโอด

18

ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้ว และนับเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดแรกที่ช่าง
อเิ ล็กทรอนกิ ส์จะตอ้ งเข้าใจโครงสร้างและการทำงาน เพ่อื นำไปใชใ้ นวงจรตา่ ง ๆ เชน่ วงจรเรงี กระแส หรอื ภาค
จ่ายไฟในงานอิเล็กทรอนิกส์ ดังนั้น การนำไดโอดไปใช้งานควรศึกษาคู่มือจากบริษัทผู้ผลิต เพื่อป้องกันไม่ให้
ไดโอดได้รับความเสียหาย
2.7 วงจรเรียงกระแสแบบคร่งึ คลนื่ และแบบเต็มคล่ืน

2.7.1 วงจรเรยี งกระแสแบบครึ่งคลน่ื
วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น (Half Wave Rectifier) เป็นวงจรที่ใช้เปลี่ยนไฟฟ้า

กระแสสลบั เป็นไฟฟ้ากระแสตรง โดยใชไ้ ดโอดหนงึ่ ตวั ทำหน้าท่เี ปน็ ตัวเรียงกระแส แสดงดงั รูปที่ 2.10

รูปที่ 2.10 วงจรเรียงกระแสแบบคร่งึ คลืน่
จากรูปท่ี 2.10 การทำงานของวงจร เพือ่ ให้ง่ายสมมติให้ไดโอดไม่มีคา่ ความต้านทาน
เรยี กว่า ไดโอดในอุดมคติ เมอื่ มสี ญั ญาณไซน์ซีกบวกเข้ามาทต่ี วั ไดโอด ขาแอโนดไดร้ ับศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าแคโทด
หรือไดโอดได้รับไบแอสตรง จะมีกระแสไหลผ่านไดโอด ดังนั้นแรงดันที่เอาต์พุต Vo มีค่าเท่ากับ Vm ต่อมา
สัญญาณซา้ ยซีกลบ ไดโอดได้รับไบแอสกลบั จะไมม่ ีกระแสไหลผา่ นไดโอด ดงั นั้นแรงดนั ท่เี อาต์พตุ เท่ากบั ศนู ย์
2.7.1.1 วงจรเรียงกระแสครึ่งคล่ืนบวก

วงจรเรียงกระแสคร่ึงคลื่นบวก จะยอมให้แคค่ ลนื่ ซีกบวกผ่าน และปิดกนั
คลืน่ ซีกลบ หรือไมย่ อมให้คล่ืนซีกลบผ่าน

รปู ท่ี 2.11 วงจรเรยี งกระแสคร่งึ คล่นื บวก

19

2.7.1.2 วงจรเรยี งกระแสครง่ึ คล่นื ลบ
วงจรเรียงกระแสครึ่งคลืน่ ลบ จะยอมให้แค่คลื่นซีกลบผ่าน และปิดกันคลน่ื

ซกี บวก หรอื ไมย่ อมใหค้ ลื่นซีกบวกผา่ น

รูปท่ี 2.12 วงจรเรียงกระแสครึ่งคลน่ื ลบ

การหาคา่ เฉลย่ี หาได้จากสมการคอื

แรงดนั ไฟเฉล่ียหาได้จาก Vdc = Vav = Vp = 0.318Vp = 0.45Vrms ....……………….(2.1)
 ………………….(2.2)
Vp =1.414Vrms ………………….(2.3)

กระแสไฟฟ้าเฉลี่ยหาได้จาก Idc = Iav = Im = 0.318Im = 0.45Irms

กรณีที่คิดแรงดนั ตกคร่อมไดโอดจะได้

Vdc  0.318(Vm − Vk )
โดยที่

Vk = 0.7V สำหรับซิลิกอนไดโอด

ค่า PIV (Peak Inverse Voltage) ของไดโอด หมายถึง ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ตกคร่อมไดโอดขณะ
ไดโอดไบแอสกลับ

ค่าแรงดันย้อนกลับพีค เป็นพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่มีความสำคัญต่อการออกแบบวงจรเรียงกระแสซึ่งจะ
ชว่ ยให้การเลือกใช้งานไดโอดอยา่ งปลอดภัยพิจารณาจาก

PIV ≥ Vm สำหรบั วงจรเรียงกระแสแบบครง่ึ คลนื่

20

2.7.2 วงจรเรยี งกระแสเต็มคลื่น
วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นแบบใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลางต่อการที่ขดทุติยภูมิ แบบใช้

ไดโอด 2 ตวั ในการเรยี งกระแสร่วมกับหม้อแปลงมีแท็ปกลางเพ่ือให้ไดส้ ัญญาณเอาต์พตุ ทัง้ จากคร่ึงไซเกลิ บวก
และครึ่งไซเกิลลบ ขนาดแรงดันที่ได้ทางเอาต์พุตจะมากกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นประมาณ 2 เท่า
สญั ญาณรปู คล่นื ที่ได้ทางเอาตพ์ ตุ จะมีความต่อเนื่องมากกว่าวงจรเรยี งกระแสแบบครึ่งคลน่ื

AC

รปู ที่ 2.13 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลนื่ ใชห้ ม้อแปลงมีแท็ปกลางทีข่ ดทตุ ิยภูมิแบบใช้ไดโอด 2 ตวั
จากรูปวงจรที่ 2.13 ซึ่งก่อนอื่นต้องเข้าใจก่อนว่าที่ขุดทุติยภูมิของหม้อแปลงสัญญาณไฟ AC

จะมเี ฟสตรงขา้ มกนั เสมอกลา่ วคอื ถ้าขดดา้ นบนเป็นสัญญาณซกี บวก ดังนัน้ ขดดา้ นล่างจะต้องเป็นซีกลบ
2.7.2.1 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นบวก

รปู ที่ 2.14 วงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลน่ื บวก
2.7.2.2 วงจรเรยี งกระแสเต็มคลืน่ ลบ

รปู ที่ 2.15 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคล่นื บวก

21

การหาค่าเฉลยี่ หาได้จากสมการคือ

แรงดันไฟเฉลย่ี หาได้จาก Vdc = Vav = 2Vp = 0.636Vp = 0.90Vrms ....................(2.7)
 ................... (2.8)
2Im
กระแสไฟฟ้าเฉลยี่ หาไดจ้ าก Idc = Iav =  = 0.636Im = 0.90Irms ................... (2.9)

กรณีทค่ี ดิ แรงดนั ตกครอ่ มไดโอดจะได้

Vdc  0.636(Vp − 2Vk )

โดยท่ี

Vk = 0.7V สำหรบั ซลิ กิ อนไดโอด

ค่า PIV (Peak Inverse Voltage) ของไดโอด หมายถึง คา่ แรงดันไฟฟ้าสงู สุดที่ตกคร่อมไดโอดขณะ
ไดโอดไบแอสกลบั

คา่ แรงดันยอ้ นกลบั พคี เป็นพกิ ดั แรงดันไฟฟ้าที่มีความสำคัญต่อการออกแบบวงจรเรียงกระแสซง่ึ จะ
ช่วยให้การเลือกใชง้ านไดโอดอยา่ งปลอดภยั พจิ ารณาจาก

PIV ≥2 Vp สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบครง่ึ คลืน่

22

2.8 การคำนวณวงจรเรียงกระแส
2.8.1 การคำนวณวงจรเรยี งกระแสแบบครง่ึ คล่นื
ตวั อยา่ งท่ี 2.1 จงคำนวณหาแรงดันไฟตรง Vdc และเขียนรูปคลนื่ อนิ พตุ และเอาต์พุต

วิธีทำ

แรงดนั ไฟเฉล่ียหาได้จาก Vdc = Vav = Vp = 0.318Vp = 0.45Vrms

Im
กระแสไฟฟา้ เฉลย่ี หาได้จาก Idc = Iav =  = 0.318Im = 0.45Irms

คำนวณหา Vm หรือ Vp

Vp = Vrmsx 2 = 6Vx1.414 = 8.485V

คำนวณหา Vdc หรอื Vav Vm

Vdc = Vav = = 0.318x8.485V = 2.698V

23

ตวั อย่างที่ 2.2 จงคำนวณหาค่าของ Vdc , Idc และกำลงั ไฟฟ้าท่ีโหลด (PR ) กำหนดให้ Vrms = 220V

วธิ ีทำ
Vp = Vrmsx 2 = 220Vx1.414 = 311.08V

Vdc = 0.318xVp = 0.318x311.08V = 98.92V

Idc = Vdc = 98.92V = 0.989A
R 100Ω

PR = VdcxIdc = 98.92Vx0.989A = 97.85W

24

2.8.2 การคำนวณวงจรเรยี งกระแสแบบเตม็ คลืน่
ตัวอย่างท่ี 2.3 จงคำนวณหาคา่ ของ Vdc

220V/ 12V D1 +
50Hz RL Vdc
0 D2
12V -

วิธีทำ

แรงดนั ไฟเฉลยี่ หาได้จาก Vdc = Vav = Vp = 0.318Vp = 0.45Vrms

Im
กระแสไฟฟา้ เฉลย่ี หาไดจ้ าก Idc = Iav =  = 0.318Im = 0.45Irms

คำนวณหา Vm หรือ Vp

Vp = Vrmsx 2 = 12Vx1.414 = 16.968V

คำนวณหา Vdc หรือ Vav

Vdc = Vav = Vp 2 = 0.636x16.968V = 10.79V
π

25

2.9 วงจรตดั สญั ญาณ
วงจรตัดสัญญาณ (Clipper Circuit) เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ตัดสัญญาณอินพุตบางส่วนที่ไม่ต้องการ

ออกไป เพื่อให้ได้ขนาดของสัญญาณเอาต์พุตตามที่ต้องการ โดยที่สัญญาณเอาต์พุตที่ได้เกิดจากผลรวม หรือ
ผลต่างของสัญญาณอินพุตกับแหล่งจ่ายอ้างอิง วงจรตัดสัญญาณแบ่งออกเป็น 2 แบบคือ แบบอนุกรม และ
แบบขนาน แต่ละแบบพอสรปุ ได้ดังน้ี

2.9.1 วงจรตดั สัญญาณแบบอนุกรม (Series Clipper Circuit)
วงจรตัดสัญญาณแบบอนุกรม คือ วงจรที่ต่อไดโอดอนุกรมกับโหลดซึ่งมีลักษณะเหมือนกับ

วงจรเรียงกระแสครง่ึ คลน่ื ลักษณะการต่อวงจรตดั สัญญาณแบบอนกุ รม แสดงดังรปู ที่ 2.16

Vi + Vo t

V Vi +V

0 t- R Vo
-V
-

รปู ท่ี 2.16 วงจรตดั สญั ญาณแบบอนกุ รมเมื่อป้อนอนิ พุตรูปคลืน่ สเี่ หลี่ยม

Vi + Vo t

V Vi +V

0 t- R Vo
-V
-

รปู ท่ี 2.17 วงจรตัดสญั ญาณแบบอนกุ รมเม่ือปอ้ นอินพุตรูปคลื่นสามเหลย่ี ม

จากรูปที่ 2.16 และรูปที่ 2.17 การทำงานคือ เมื่อมีสัญญาณอินพุตซีกบวกเข้ามา ไดโอดจะ
ได้รับไบแอสตรง ซึง่ จะนำกระแส และเมอื่ สัญญาณซกี ลบผา่ นเข้ามาไดโอดไดร้ บั ไบแอสกลับซ่ึงจะไม่ นำกระแส
สัญญาณที่เอาต์พุตเท่ากับศูนย์ ในการอธิบายจะสมมติให้ไดโอดเป็นไดโอดอุดมคติ ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุตท่ี
ไดจ้ ะมสี ญั ญาณซีกบวกเทา่ นัน้ จะผ่านไปท่ีเอาต์พตุ

26

2.9.2 วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน (Parallel Clipper Circuit)
วงจรตัดสัญญาณแบบขนาน คือ วงจรที่ไดโอดต่อขนานกับจุดเอาต์พุต ลักษณะการจัดวงจร

ตัดสญั ญาณแบบขนาน แสดงดังรปู ท่ี 2.18

Vi + R Vo

V Vi +V t

0 t- Vo
-V
-0

-V

รูปที่ 2.18 วงจรตัดสญั ญาณแบบขนานเม่ือป้อนอินพุตรูปคล่นื ส่ีเหลยี่ ม

วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิงต่อร่วมกับวงจร ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุต
จะตอ้ งพิจารณาระดับแรงดนั ท่ีตอ่ อยูแ่ ละสญั ญาณอินพตุ ท่ีปอ้ นเขา้ สู่วงจร

ตัวอยา่ งที่ 2.4 วงจรตดั สญั ญาณเมื่อมแี หล่งจ่ายแรงดันอา้ งองิ ดังรูปท่ี 2.19

R

D
Vi Vo
VR

รูปท่ี 2.19 วงจรตัดสัญญาณเมื่อมีแหล่งจา่ ยแรงดันอ้างอิง

จากรปู ท่ี 2.19 วงจรตดั สญั ญาณเม่ือมแี หลง่ จ่ายแรงดันอ้างองิ การทำงานคือ ถ้าสัญญาณ อนิ พตุ (Vi)
มีขนาดน้อยกว่า VRไดโอดจะไดร้ ับไบแอสกลับ ดงั นนั้ ไดโอดจะไม่นำกระแส แรงดนั เอาต์พุต มคี ่าเท่ากบั
แรงดนั อินพุต ดงั สมการคือ

Vi = VR เมือ่ Vi < VR
ถ้า Vi > VR ไดโอดจะได้รบั ไบแอสตรง ดงั นนั้ จะได้ Vo = VR ดังนั้น กราฟถ่ายโอนจะได้ดัง

รปู ที่ 2.20

27

Vo Transfer characteristic

VR Output signal
O VR VI

Input signal

รปู ที่ 2.20 กราฟถ่ายโอน

ตวั อย่างท่ี 2.5 วงจรตดั สัญญาณดังรปู ท่ี 2.21

Vo

R VR2 Output signal
VI
VR1
VR1 VR2
Vi D1 D2 Input signal
Vo
VR1 VR2

รปู ที่ 2.21 กราฟถ่ายโอน

BIASED NEGATIVE CLIPPER

R

+ Vmax D RL + Vmax
- Vmax -V
V -
+

INPUT WAVEFORM BIASED POSITIVE CLIPPER
+ Vmax
- Vmax R

D RL + Vmax
- Vmax
V +
-

INPUT WAVEFORM OUTPUT WAVEFFORM

รูปที่ 2.22 วงจรตัดสญั ญาณแบบมไี บแอสและรูปคลนื่ ท่ีได้

28

2.10 วงจรปรับระดับสัญญาณ
วงจรปรับระดับสัญญาณ (Clamper Circuit) คือ วงจรที่ทำหน้าที่นำเอาแรงดันไฟตรงไปผสมเข้ากับ

สัญญาณไฟสลับ เพื่อทำให้ได้สัญญาณเอาต์พุตตามต้องการ ลักษณะของวงจรปรับระดบั สัญญาณแสดง ดังรูป
ท่ี 2.23

Vi

20V + + (V)
C
Vo
Vi R Vo
t +30
0 - - 10V -
+ 0
-10V
-20V t

รปู ที่ 2.23 วงจรปรับระดับสัญญาณท่ีมีคลนื่ ไซน์เป็นอนิ พุต

จากรูปที่ 2.23 ป้อนคลื่นไซน์ ขนาด 40 V, โดยวงจรประกอบด้วยไดโอดและแหล่งจ่ายแรงดันขนาด
10 V ดังนั้น สัญญาณเอาต์พุต จะยกระดับรูปคลื่นไซน์ซีกบวกเท่ากับ +30 V และสัญญาณคลื่นไซน์ซีกลบ
เทา่ กับ –10 V

การประยุกต์ใช้งานวงจรปรบั ระดับสัญญาณ เช่น ในเครื่องรับโทรทัศนเ์ พื่อตัง้ ระดับแสงให้กับจอภาพ
เนื่องจากสัญญาณภาพที่ส่งมาจากเครื่องส่งโทรทัศน์จะประกอบด้วยสัญญาณภาพและสัญญาณควบคุม แต่
เนื่องจากการแสดงผลที่จอภาพจะต้องให้แสดงผลเพียงสัญญาณภาพเพียงอย่างเดียว โดยการตั้งระดับ
สัญญาณตั้งแต่ระดับดำ (Black Level) ไปถึงระดับขาว (White Level) หากสัญญาณต่ำกว่าระดับดำ เช่น
สัญญาณลบเส้นสะบัดกลับหรือสัญญาณซิงโครไนซ์ซึ่งควบคุมการสแกน ซึ่งเป็นสัญญาณที่ไม่ต้องการให้ ไป
ปรากฏที่จอภาพ จึงอาศยั การทำงานของวงจรปรับระดับสัญญาณ

29

2.11 วงจรทวีแรงดนั
วงจรทวแี รงดนั (Voltage Multiplier) คอื วงจรท่สี ามารถกำเนดิ แรงดนั ไฟฟ้ากระแสตรงขนาด

แรงดนั ไดส้ งู ขึ้นแต่จ่ายกระแสไฟฟ้าได้ค่าต่ำ ๆ โดยใช้ไดโอดและตัวเกบ็ ประจเุ พื่อทำใหแ้ รงดันอนิ พุตของวงจร
สูงขน้ึ หลายเท่าตัว โดยนาํ ไปใช้งานลักษณะตา่ ง ๆ เชน่ ในวงจรสรา้ งแรงดันไฟสงู ในเครื่องรับโทรทศั นเ์ ครื่อง
กรองอากาศบริสุทธ์ิ (Lonizer) ไม้ตียุง เปน็ ตน้

2.12 การทำวงจรทวแี รงดนั
2.12.1 วงจรทวแี รงดัน 2 เท่า (Voltage Doublers)
วงจรทวแี รงดัน 2 เทา่ โดยทวั่ ไปแบง่ ออกได้ 2 แบบ คือ แบบครง่ึ คลนื่ และแบบเตม็ คลื่นโดย

แตล่ ะแบบมีรายละเอยี ดดงั นี้
1. วงจรทวีแรงดนั 2 เทา่ แบบครง่ึ คล่ืน ดังรูปท่ี 2.24

C1 Reverse Biased
Vp -0.7V
D2
+ + Vm - Vp -

Vm D1 2Vm C2
+
-

(ก) การทำงานเมอ่ื ไซเกลิ บวก

C1 D2
+ + Vm - -
Vm
- D1 C2 2Vp
-Vp +

(ข) การทำงานเม่ือไซเกิลลบ
รปู ที่ 2.24 วงจรทวแี รงดัน 2 เทา่ แบบคร่งึ คลนื่

30

จากรูปที่ 2.24 วงจรทวแี รงดัน 2 เท่าแบบครึ่งคลืน่ เมื่อสัญญาณซีกบวกเข้ามา D1 ได้รับ ไบแอสตรง
ส่วน D2 ได้รับไบแอสกลับ แต่เมื่อสัญญาณซีกลบเข้ามา D1 ได้รับไบแอสกลับ ส่วน D2 ได้รับ ไบแอสตรง
ดังน้นั แรงดนั เอาตพ์ ุต เท่ากับ

แรงดนั เอาต์พตุ หาได้จาก vc1 − vc2 + vP = 0
vc2 = vP + vc และ vc1 = vP

แรงดันเอาต์พตุ หาได้จาก vO = vc2 = vP + vP = 2vP

2. วงจรทวีแรงดัน 2 เทา่ แบบเตม็ คลื่นดงั รูปท่ี 2.25

D1 Reverse Biased +
+ D1
+
0V C1 -

- +

0V - - C1

+
2P

C2 +
D2 C2
Reverse Biased
D2 -
(ก) การทำงานเมอ่ื ไซเกลิ บวก
(ข) การทำงานเมือ่ ไซเกิลลบ

รปู ท่ี 2.25 วงจรทวีแรงดนั 2 เท่าแบบเตม็ คล่นื

จากรปู ท่ี 2.25 เมือ่ สญั ญาณซีกบวกเข้ามา D1 ได้รับไบแอสตรง สว่ น D2 ไดร้ ับไบแอสกลับ
แต่ เมอ่ื สัญญาณซกี ลบเขา้ มา D1 ได้รับไบแอสกลับ ส่วน D2 ได้รบั ไบแอสตรง ดังนน้ั แรงดนั เอาตพ์ ตุ เท่ากับ
Vo= 2P

31

2.12.2 วงจรทวแี รงดัน 3 เท่า (Voltage Triple)

วงจรทวแี รงดัน 3 เท่า โดยทวั่ ไปแบ่งออกได้ 2 แบบ คอื แบบครง่ึ คล่ืนและแบบเต็มคลน่ื โดย
วงจรทวีแรงดนั 3 เท่าแบบคร่งึ คล่นื มีรายละเอียดดังน้ี (ส่วนวงจรทวีแรงดัน 3 เทา่ แบบเต็มคลื่น จะไมข่ อ กล่าว
รายละเอียดในท่นี ้ี) วงจรทวแี รงดนั 3 เท่าแบบคร่งึ คล่นื ดังรูปท่ี 2.26

+ Vout = 3Vin -

C1 D2 C3 D3
C2
Vin 10µ

D1

10µ

Voltage Tripler

รูปท่ี 2.26 วงจรทวแี รงดนั 3 เทา่ แบบครง่ึ คลน่ื

2.12.3 วงจรทวแี รงดนั 4 เท่า (Voltage Quadrupler) ดงั รปู ที่ 2.27

C1 C3

Vin D2 10µ D3 D4
C2 C4
+ D1
10µ
10µ
-
Voltage Quadrupler
Vout = 4Vin

รปู ท่ี 2.27 วงจรทวแี รงดัน 4 เท่า

จากรูปที่ 2.27 สามารถหาแรงดันเอาต์พุต เทา่ กับ Vo= 4Vin
การนำวงจรทวีแรงดนั ไปประยกุ ต์ใชง้ าน ได้แก่ วงจรสร้างแรงดนั ไฟสูงในเคร่ืองรบั โทรทัศน์
เคร่ืองกรองอากาศบรสิ ทุ ธ์ิ (Lonizer) วงจรไม้ตียงุ เป็นต้น