หน่วยที่ 3
เฟต (FET)
หัวข้อเรื่อง
3.1 เจเฟต
3.1.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเจเฟต
3.1.2 หลักการทำงานและคุณลักษณะสมบัติของเจเฟต
3.1.3 การจัดวงจรไบแอสเจเฟต
1. วงจรไบแอสคงที่
2. วงจรไบแอสช่วย
3. วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดัน
3.1.4 การอ่านคู่มือเจเฟตและแปลความหมาย
3.1.5 การนำเจเฟตไปประยุกต์ใช้งาน
1. วงจรเจเฟตสวิตช์
2. วงจรขยายสัญญาณเจเฟต
3.1.6 การวัดและทดสอบเจเฟต
3.2 มอสเฟต
3.2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของมอสเฟต
3.2.2 หลักการทำงานและคุณลักษณะสมบัติของมอสเฟต
3.2.3 การจัดวงจรไบแอสดีมอสเฟต
1. วงจรไบแอสคงที่
2. วงจรไบแอสช่วย
3. วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดัน
3.2.4 การจัดวงจรไบแอสอีมอสเฟต
1. วงจรไบแอสคงที่
2. วงจรไบแอสช่วย
3. วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดัน
3.2.5 การอ่านคู่มือเจเฟตและการแปลความหมาย
3.2.6 การนำมอสเฟตไปประยุกต์ใช้งาน
1.วงจรมอสเฟตสวิตช์
2. วงจรขยายสัญญาณมอสเฟต
3.2.7 การวัดและทดสอบมอสเฟต
47
แนวคิดสำคัญ
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า ซึ่งนิยมเรียกกันว่า เฟต (FET ย่อมาจาก Field Effect Transistor) เป็น
ทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่งซึ่งมีหลักการทำงานด้วยสนามไฟฟ้าควบคุมการไหลของกระแส ซึ่งมีความแตกต่างจาก
การทำงานของทรานซิสเตอร์ทั่วไปคือ เฟตจะใช้แรงดันที่ขาเกตมาควบคุมกระแสที่ไหลที่ขาเดรนคุณสมบัติที่ดี
ของเฟตที่ดีกว่าทรานซิสเตอร์คือ มีเสถียรภาพในการขยายคงที่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิขยายความถี่ที่
มีแบนด์วิดท์กว้าง ขยายความถี่สูงได้ดีกว่าทรานซิสเตอร์ เฟตมีหลายรูปแบบ แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่คือ
1. J-FET (Junction Field Effect Transistor)
2. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
สมรรถนะย่อย
1. แสดงความรู้เกี่ยวกับเฟต
2. วัดและทดสอบคุณลักษณะทางไฟฟ้าของเฟต
จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
1. อธิบายความหมายของเจเฟตได้ถูกต้อง
2. เขียนโครงสร้างและสัญลักษณ์ของเจเฟตได้ถูกต้อง
3. อธิบายหลักการทำงานของมอสเฟตได้ถูกต้อง
4. เขียนโครงสร้างและสัญลักษณ์ของมอสเฟตได้ถูกต้อง
บทนำ
เฟต (FET ย่อมาจาก Field Effect Transistor) เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่งซึ่งมีหลักการ ทำงานด้วย
สนามไฟฟ้าควบคุมการไหลของกระแส ซึ่งมีความแตกต่างจากการทำงานของทรานซิสเตอร์ ทั่วไปคือ เฟตจะ
้
ใช้แรงดันที่ขาเกตมาควบคุมกระแสที่ไหลที่ขาเดรน โดยแรงดันที่จ่ายให้ที่ขาเกตจะไปทำ ให้เกิดสนามไฟฟา
ภายในสารกึ่งตัวนำที่เป็นรอยต่อ พี-เอ็น ในบริเวณที่ขาเกต เมื่อเพิ่มแรงดันไบอัสที่ขาเกตกับขาซอร์สมากขึ้น
จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากขึ้นส่งผลให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลระหว่างขาเดรนกับขาซอร์สลดน้อยลง เฟ
ตจึงเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แรงดันเกตควบคุมกระแสเดรนกับกระแสซอร์ส แต่ในขณะที่ทรานซิสเตอร์จะใช้กระแสที่
เบสควบคุมกระแสที่คอลเลคเตอร์กับกระแสอิมิตเตอร์
คุณสมบัติที่ดีของเฟตที่ดีกว่าทรานซิสเตอร์คือ มีเสถียรภาพในการขยายคงที่ภายใต้การเปลี่ยนแปลง
อุณหภูมิขยายความถี่ที่มีแบนด์วิดท์กว้าง ขยายความถี่สูงได้ดีกว่าทรานซิสเตอร์ และเฟต มีการทำงาน
คล้ายคลึงกับหลอดสุญญากาศ เป็นต้น
เฟตมีหลายรูปแบบ แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่คือ
1. J-FET (Junction Field Effect Transistor)
2. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
48
3.1 เจเฟต ( J-FET : Junction Field Effect Transistor)
เจเฟต (JFET) หรือเฟตแบบรอยต่อเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำมี 3 ขา คือขาซอร์ส (Source : S) ขา
เดรน (Drain :D) และขาเกต (Gate : G) แบ่งตามลักษณะโครงสร้างได้ 2 ชนิดคือ
เจเฟตชนิดเอ็นแชนแนล (N-Channel)
เจเฟตชนิดพีแชนแนล (P-Channel)
3.1.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเจเฟต
เจเฟตชนิดเอ็นแชนแนล (N-Channel) มีโครงสร้างเบื้องต้น ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด
ี
เอ็น (N) เป็นสารตอนใหญ่ และมีสารกึ่งตัวนำชนิดพ (P) ตอนเล็กสองตอนประกบร่วมด้านข้าง ใช้การเชื่อมกัน
แบบแพร่กระจาย (Diffused) โครงสร้างและสัญลักษณ์แสดงดังรูปที่ 3.1
(ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ ์
รูปที่ 3.1 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์เจเฟตชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.1 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์เจเฟตชนิด N-Channel ในรูปที่ 3.1 (ก) เป็นโครงสร้าง
ของเจเฟตชนิด N-Channel ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำตอนใหญ่ชนิดเอ็น มีขาต่อออกมาใช้งาน 2 ขาคือขา
เดรน (Drain) และขาซอร์ส (Source) แชนแนลของเจเฟตดูที่ขาเดรน และขาซอร์สซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด
เอ็น จึงเป็นชนิด N-Channel และมีสารกึ่งตัวนำตอนย่อย 2 ตอนชนิดพีต่อชนด้านซ้ายด้านขวามีสายต่อเชื่อม
ั
ถึงกน ต่อขาออกมาเป็นขาเกต (Gate)
จากรูปที่ 3.1 (ข) เป็นสัญลักษณ์ของเจเฟตชนิด N-Channel ที่ขาเกตมีหัวลูกศรชี้เข้าแสดงชนิดของ
สารกึ่งตัวนำที่ใช้ทำขาเกตเป็นสารชนิดพี ส่วนขาเดรนและขาซอร์สเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดตรงข้าม คือสารกึ่ง
ี
ตัวันำชนิดเอน เจเฟตชนิดพีแชนแนล (P-Channel) เบื้องต้น ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพ (P) เป็นสารกึ่ง
็
ตัวนำตอนใหญ่ และมีสารกึ่งตัวนำชนิดเอน (N) ตอนเล็กสองตอน ประกบร่วมด้านข้าง ใช้การเชื่อมต่อกันแบบ
็
แพร่กระจายโครงสร้างและสัญลักษณ์แสดงดังรูปที่ 3.2
49
(ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ ์
รูปที่ 3.2 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์เจเฟตชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.2 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์เจเฟตชนิด P-Channel ในรูปที่ 3.2 (ก) เป็นโครงสร้าง
ของเจเฟตชนิด P-Channel ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำตอนใหญ่ชนิดพีมีขาต่อออกมาใช้งาน 2 ขา คือ ขาเดรน
และขาซอร์ส เป็นขาที่บอกถึงแชนแนลของเจเฟตว่าเป็นชนิดพีแชนแนล เพราะขาเดรนและขาซอร์สเป็นสารกึ่ง
ตัวนำชนิดพีและมีสารกึ่งตัวนำตอนย่อย 2 ตอน ชนิดเอ็นต่อชนกัน ด้านซ้ายด้านขวา มีสายต่อเชื่อมถึงกัน ต่อ
ขาออกมาเป็นขาเกต
ในรูปที่ 3.2 (ข) เป็นสัญลักษณของเจเฟตชนิด P-Channel ที่ขาเกต มีหัวลูกศรชี้ออกเพราะว่าสารกึ่ง
์
ตัวนำที่ใช้ทำขาเกตว่าเป็นสารชนิดเอ็น ส่วนขาเดรนและขาซอร์สเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดตรงข้าม
3.1.2 หลักการทำงานและคุณลักษณะสมบัติของเจเฟต
หลักการทำงาน
1. การจ่ายแรงดันไบแอสให้กับเจเฟตชนิด N-Channel
โครงสร้างของเจเฟตแตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์จึงทำให้การจ่ายแรงดันไบแอสและการ
ทำงานของเจเฟต มีความแตกต่างไปด้วยการจ่ายแรงดันไบแอสให้เจเฟตทำงานต้องจ่ายแรงดันไบแอสถูกต้อง
ตามที่เจเฟตชนิด N-Channel ต้องการดังนี้ จ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้กับ
ขาเดรนและขาเกต เทียบกับขาซอร์ส การจ่ายไบแอสให้เจเฟตชนิด N-Channel เแสดงดังรูปที่ 3.3
50
D
I D
G
I G
S
รูปที่ 3.3 แสดงการจ่ายไบแอสเบื้องต้นให้เจเฟตชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.3 แสดงการจ่ายไบแอสเบื้องต้นให้เจเฟตชนิด N-Channel แรงดันไบแอสที่จ่ายให้เพื่อให้
เจเฟตชนิด N-Channel นำกระแสและควบคุมการนำกระแสได้ต้องจ่ายแรงดันไบแอสดังนี้จ่ายแรงดัน VDD
ขั้วบวกให้ขาเดรน เป็นไบแอสกลับและขวลบให้ขาซอร์ส เป็นไบแอสตรง ส่วนแรงดัน VGG จ่ายขั้วลบให้ขาเกต
ั้
เป็นไบแอสกลับ เทียบกับขาซอร์ส
การทำงานของวงจรอธิบายได้ดังนี้ขณะที่จ่ายแรงดันไบแอสให้เฉพาะขาเดรน กับขาซอร์ส ด้วย
แหล่งจ่ายแรงดัน VDD ส่วนขาเกตเปิดลอยไว้จะมีกระแสเดรน (ID) ไหลผ่านระหว่างขาเดรนกับขาซอร์ส สูง
มากค่าหนึ่งและไหลคงที่ตลอดเวลาการจำกัดค่ากระแสเดรน (ID) ทำได้โดยต่อตัวต้านทานอนดับกับวงจรถ้า
ั
ต้องการควบคุมการไหลของกระแสเดรน (ID) ต้องจ่ายแรงดันไบแอสกลับ เป็นลบด้วยแหล่งจ่ายแรงดัน VGG
ให้กับขาเกตเทียบกับขาซอร์ส ทำให้เกิดค่าดีพลีชันริจินขึ้นระหว่างรอยต่อพีเอ็น ดีพลีชันริจินนี้ทำให้สารชนิด
เอ็น บริเวณรอยต่อพีเอ็นแคบลง เกิดการขัดขวางการไหลของกระแสเดรน (ID) จากขาเดรนไปขาซอร์ส ให้ไหล
ผ่านได้น้อยลง ถ้าจ่ายไบแอสกลับให้ขาเกตมากขึ้น ดีพลีชันริจินระหว่างรอยต่อพีเอ็นจะยิ่งกว้างขึ้น ทำให้เกิด
แรงต้านทานการไหลของกระแสเดรน (ID) มากขึ้น กระแสเดรน (ID) จะไหลได้น้อยลงอีก นั่นคือเกิดค่าความ
ต้านทานระหว่างขาเดรน กับขาซอร์สเพิ่มมากขึ้น ค่าความต้านทานนี้เปลี่ยนแปลงไปได้ตามค่าแรงดันไบแอส
กลับ ที่ขาเกตกบัขาซอร์ส มีผลต่อกระแสเดรน (ID) ไหลเปลี่ยนแปลงตามไปด้วยกระแสเดรน (ID) ที่ไหล
เปลี่ยนแปลงนี้สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน VGG ที่จ่ายให้
2. การจ่ายแรงดันไบแอสให้เจเฟตชนิด P-Channel
การจ่ายไบแอสให้เจเฟตชนิด P-Channel ทำงานต้องจ่ายแรงดันไบแอสถูกต้องตามที่เจเฟต
ชนิด P-Channel ต้องการดังนี้คือจ่ายไบแอสตรงให้ขาซอร์สจ่ายไบแอสกลับให้ขาเดรน และขาเกตเทียบกับขา
ซอร์ส การจ่ายไบแอสให้เจเฟตชนิด P-Channel แสดงดังรูปที่ 3.4
51
D I
D
G
I
G
S
รูปที่ 3.4 แสดงการจ่ายไบแอสเบื้องต้นให้เจเฟตชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.4 แสดงการจ่ายไบแอสเบื้องต้นให้เจเฟตชนิด P-Channel แรงดันไบแอสที่จ่ายให้เพื่อให้
เจเฟตชนิด P-Channel นำกระแสและควบคุมการนำกระแสได้ต้องจ่ายแรงดันไบแอสดังนี้จ่ายแรงดัน VDD
ขั้วลบให้ขาเดรนเป็นไบแอสกลับและขั้วบวกให้ขาซอร์ส เป็นไบแอสตรง ส่วนแรงดัน VGG จ่ายขั้วบวกให้ขา
เกตเป็นไบแอสกลับเทียบขาซอร์ส
การทำงานของวงจรอธิบายได้ดังนี้ขณะที่จ่ายแรงดันไบแอสให้เฉพาะขาเดรน กับขาซอร์ส ด้วย
แหล่งจ่ายแรงดัน VDD ส่วนขาเกตเปิดลอยไว้ จะมีกระแสเดรน (ID) ไหลผ่านระหว่างขาซอร์สกับขาเดรน สูง
มากค่าหนึ่งและไหลคงที่ตลอดเวลาการจำกัดค่ากระแสเดรน (ID) ทำได้โดยต่อตัวต้านทานอนดับกับวงจรถ้า
ั
ต้องการควบคุมการไหลของกระแสเดรน (ID) ต้องจ่ายแรงดันไบแอสกลับเป็นบวกด้วยแหล่งจ่ายแรงดัน VGG
ให้กับขาเกตเทียบกับขาซอร์ส ทำให้เกิดค่าดีพลีชันริจินขึ้นระหว่างรอยต่อพเอ็น ดีพลีชันริจินนี้ทำให้สารชนิดพ ี
ี
บริเวณรอยต่อพีเอ็นแคบลงเกิดการขัดขวางการไหลของกระแสเดรน (ID) จากขาซอร์สไปขาเดรน ให้ไหลผ่าน
ได้น้อยลง ถ้าจ่ายไบแอสกลับให้ขาเกตมากขึ้น ดีพลีชันริจินระหว่างรอยต่อพีเอ็นจะยิ่งกว้างขึ้น ทำให้เกิดแรง
ต้านทานการไหลของกระแสเดรน (ID) มากขึ้น กระแสเดรน (ID) จะไหลได้น้อยลงอีกนั่นคือเกิดค่าความ
ต้านทานระหว่างขาเดรน กับขาซอร์สเพิ่มมากขึ้น ค่าความต้านทานนี้เปลี่ยนแปลงไปได้ตามค่าแรงดันไบแอส
กลับที่ขาเกตกับขาซอร์ส มีผลต่อกระแสเดรน (ID) ไหลเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย กระแสเดรน (ID) ที่ไหล
เปลี่ยนแปลงนี้สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน VGG ที่จ่ายให้
คุณลักษณะสมบัติของเจเฟต
คุณลักษณะสมบัติของเจเฟต เป็นกราฟแสดงคุณสมบัติการทำงานของเจเฟต เมื่อทำการจ่ายแรงดัน
ไบแอสให้กับเจเฟตที่ระดับแตกต่างกัน แสดงดังรูปที่ 3.5 ทำให้มีกระแสไหลผ่านเจเฟตและแรงดันตกคร่อม
เปลี่ยนแปลงในวงจรโดยกราฟคุณสมบัติของเจเฟต จะแสดงค่ากระแสเดรน (ID) และแรงดันตกคร่อมขาเดรน
52
และขาซอร์ส คือ VDS เมื่อทำการเปลี่ยนค่าแรงดันตกคร่อมที่ขาเกตเทียบกับขาซอร์ส หรือ VGS จะทำให้มี
กระแสเดรน (ID) ไหลเปลี่ยนแปลงไปด้วย
I
D
D
G
V
DS
V S
GS
(ก) วงจรทดลองหากราฟคุณสมบัติ (ข) กราฟคุณสมบัติ
รูปที่ 3.5 แสดงการหากราฟคุณสมบัติของเจเฟตชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.5 (ก) แสดงวงจรทดลองหากราฟคุณสมบัติของเจเฟตชนิด N-Channel และรูปที่ 3.5 (ข)
แสดงกราฟคุณสมบัติจากการวัดค่ากระแสเดรน (ID) แรงดันตกคร่อม VDS และแรงดัน VGS กราฟคุณสมบัติ
ของเจเฟตเกิดจากการกำหนดให้แรงดัน VGS มีค่าคงที่ระดับหนึ่ง จากนั้นปรับแรงดันแหล่งจ่าย VDD ให้
ค่าแรงดันตกคร่อม VDS เปลี่ยนระดับแรงดันจากน้อยไปหามากทำให้กระแสเดรน (ID) ไหลเปลี่ยนแปลงทำ
การวัดและบันทึกค่าแรงดัน VDS และกระแสเดรน (ID) ไว้ เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน VGS ไปอีกระดับหนึ่งจะส่งผล
ในการเปลี่ยนแปลงระดับแรงดัน VDS และกระแสเดรน (ID) จากนั้นนำค่าแรงดัน VDS และกระแสเดรน (ID)
ไปเขียนกราฟคุณสมบัติได้ดังรูปที่ 3.6 (ข) และเมื่อทำการปรับค่าแรงดัน VGG ถึงค่าหนึ่งที่ทำให้เกิด
สนามไฟฟ้าที่ช่อง (Channel) มีค่าความนำไฟฟ้าระหว่างขาเดรน กับขาซอร์ส ลดลงจนกระแสเดรน (ID) ไม่
ไหลหรือกระแสเดรน (ID) เท่ากับศูนย์พอดีค่าแรงดันไบแอสกลับนี้เรียกว่า “Pinch Off Voltage” (VP) หรือ
VGS (Off) และถ้าให้แรงดันที่ขาเกต และขาซอร์สของเจเฟตมีค่าเป็น 0 โวลต์ (VGS= 0 V) จะมีกระแสไหล
ผ่านเจเฟตคงที่ค่าหนึ่งเรียกว่า กระแส IDSS แสดงดังรูปที่ 3.6
53
V
DS
(ก) การเขียนกราฟ V = 0V (ข) สภาวะเมื่อ I มีค่าเท่ากับศูนย์พอดี
D
GS
รูปที่ 3.6 แสดงสภาวะการทำงานของเจเฟต
จากรูปที่ 3.6 แสดงสภาวะการทำงานของเจเฟต โดยสามารถเขียนเป็นกราฟคุณสมบัติได้เมื่อ VGS =
0 และการเกิดดีพลีชันริจินจนทำให้กระแส ID ไม่ไหลหรือ Pinch Off ในส่วนกราฟคุณสมบัติของเจเฟตชนิด
P-Channel จะมีลักษณะเหมือนกับ เจเฟตชนิด N-Channel แต่จะมีความแตกต่างในส่วนขั้วแรงดัน ไบแอสที่
จ่ายให้กับวงจรซึ่งวงจรการทดลอง และกราฟคุณสมบัติแสดงดังรูปที่ 3.7
I D
D
G
V DS
V GS S
(ก) วงจรทดลองหากราฟคุณสมบัติ (ข) กราฟคุณสมบัติ
รูปที่ 3.7 แสดงการหากราฟคุณสมบัติของเจเฟตชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.7 แสดงวงจรทดลองหากราฟคุณสมบัติของเจเฟตชนิด P-Channel และกราฟคุณสมบัต
จากการทดลองและการวัดค่าต่าง ๆ เช่นเดียวกับการทดลองเจเฟตชนิด N-Channel จากนั้น นำค่าแรงดัน
VDS และกระแส ID ไปเขียนกราฟคุณสมบัติได้ดังรูปที่ 3.7 (ข) ค่ากระแส IDSS ในกราฟคุณสมบัติคือ
ค่ากระแสอิ่มตัว (Saturation Current) ที่ไหลผ่านระหว่างขาเดรนและขาซอร์ส เมื่อค่าแรงดัน VGS มีค่า
ั
เท่ากบศูนย์โวลต์ (VGS= 0 V)
54
3.1.3 การจัดวงจรไบแอสเจเฟต
การจัดวงจรไบแอสให้เจเฟต เป็นการจัดวงจรจ่ายแรงดันไบแอสที่ถูกต้องให้เจเฟตเพื่อให้
เจเฟตสามารถทำงานนำกระแสได้ ลักษณะและแบบวงจรไบแอสของเจเฟตแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดด้วยกัน คือ
1. ไบแอสคงที่ (Fixed Bias)
2. ไบแอสตัวเอง (Self Bias)
3. ไบแอสแบบแบ่งแรงดัน (Voltage Divider Bias)
1. วงจรไบแอสคงที่ของเจเฟต
วงจรไบแอสคงที่ของเจเฟตทั้งชนิด N-Channel และ P-Channel ต้องจัดแรงดันไบแอสให้เหมือนกัน
คือต้องจ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายแรงดันไบแอสกลับ ให้ขาเดรน และขาเกตเทียบกับขาซอร์ส
ตลอดเวลา เจเฟตจึงสามารถทำงานได้การจัดวงจรไบแอสคงที่เบื้องต้นของเจเฟตแสดงดังรูปที่ 3.8
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิดชนิด P-Channel
รูปที่ 3.8 วงจรไบแอสคงที่แบบเบื้องต้นของเจเฟต
จากรูปที่ 3.8 แสดงวงจรไบแอสคงที่แบบเบื้องต้น ของเจเฟตทั้งชนิด N-Channel และชนิด P-
Channel มีแรงดัน VGG ค่าคงที่จ่ายเป็นไบแอสกลับ ให้ขาเกตโดยผ่าน R1 ทำหน้าที่จำกัด กระแสที่ไหลผ่าน
ขาเกต ค่าแรงดัน VGG ค่าคงที่เป็นตัวกำหนดให้มีกระแส ID ไหลผ่านวงจรที่ค่าคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา เมื่อมี
สัญญาณไฟกระแสสลับป้อนเข้ามาที่อินพุตขาเกต สัญญาณไฟกระแสสลับนี้จะไปทำให้ระดับแรงดัน VGS
เปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลง ส่งผลต่อกระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามไปด้วยเกิดศักย์ตก
คร่อม R2 เป็นสัญญาณไฟกระแสสลับส่งออกเอาต์พุต การจ่ายไบแอสแบบคงที่นี้ไม่ค่อยเป็นที่นิยมใช้งาน
เพราะต้องมีแหล่งจ่ายแรงดันถึง 2 ชุด เกิดความไม่สะดวกต่อการจัดวงจรทำงาน
55
2. วงจรไบแอสตัวเองของเจเฟต
วงจรไบแอสตัวเองของเจเฟตทั้งชนิด N-Channel และชนิด P-Channel ต้องจ่ายแรงดันไบแอสให้
เหมือนกันคือ ต้องจ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขาเดรน และขาเกตเทียบกับขา
ซอร์สตลอดเวลา สามารถจัดแหล่งจ่ายแรงดันไบแอสให้วงจรเพียงชุดเดียว โดยมีการวงจรแตกต่างจากแบบ
ไบแอสตัวเอง ลักษณะวงจรไบแอสตัวเองแบบเบื้องต้นของเจเฟต แสดงดังรูปที่ 3.9
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิดชนิด P-Channel
รูปที่ 3.9 วงจรไบแอสตัวเองแบบเบื้องต้นของเจเฟต
จากรูปที่ 3.9 แสดงวงจรไบแอสตัวเองแบบเบื้องต้นของเจเฟต ทั้งชนิด N-Channel และชนิด P-
Channel การจ่ายแรงดันไบแอสให้วงจรใช้แหล่งจ่ายแรงดัน VDD เพียงชุดเดียว ใช้ตัวต้านทาน R1 มีค่าความ
ต้านทานสูงต่อกับขาเกตและกราวด์ เพื่อกำหนดแรงดันไบแอสที่จ่ายให้ขาเกตมีค่าน้อยกว่า ขาซอร์สเพราะมี
กระแสไหลผ่าน R1 น้อยย่อมมีศักย์ตกคร่อมน้อย ส่วนขาซอร์สมีตัวต้านทาน R3 ต่อระหว่างขาซอร์สกับกราวด์
มีค่าความต้านทานต่ำทำให้มีกระแสไหลผ่านมากเกิดศักย์ตกคร่อม R3 มากเทียบศักย์ตกคร่อมระหว่างขาเกต
กับขาซอร์สได้แรงดัน VGS จ่ายให้ขาเกตเป็นไบแอสกลับ คือ แรงดัน VGS ของเจเฟตชนิดเอ็นแชนแนลจ่ายให้
ขาเกตเป็นลบ ส่วนแรงดัน VGS ของเจเฟตชนิดพีแชนแนลจ่ายให้ขาเกตเป็นบวก มีค่าคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา
เกิดกระแส ID ไหลผ่านขาเดรนและขาซอร์สคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลาเช่นกัน เมื่อมีสัญญาณไฟกระแสสลับ
ป้อนเข้ามาที่อินพุตขาเกต ทำให้ระดับแรงดัน VGS เปลี่ยนแปลงควบคุมให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลง เกิด
ศักย์ตกคร่อม R2 เป็นสัญญาณออกเอาต์พุตขณะที่กระแส ID ไหลผ่านเจเฟตเปลี่ยนแปลง ทำให้ศักย์ตกคร่อม
R3 เปลี่ยนแปลงตามไปด้วยจึงใส่ตัวเก็บประจุ C3 เพื่อกำจัดสัญญาณไฟสลับทิ้งไป เหลือเฉพาะระดับแรงดัน
56
ไฟกระแสตรงตกคร่อม R3 ช่วยทำให้อัตราการขยายสัญญาณของวงจรเพิ่มขึ้น เกิดความคงที่ในการขยาย
สัญญาณ
3. วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดนัของเจเฟต
วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันของเจเฟตทั้งชนิด N-Channel และชนิด P-Channel ต้องจ่ายแรงดัน
ไบแอสให้เหมือนกัน ต้องจ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขาเดรน และขาเกตเทียบ
กับ ขาซอร์สตลอดเวลา สามารถจัดแหล่งจ่ายแรงดันไบแอสให้วงจรเพียงชุดเดียวโดยมีการจัดวงจรแตกต่างไป
ั
จากวงจรไบแอสตัวเอง ทำให้วงจรมีการทำงานคงที่มากขึ้นและมีอตราขยายสัญญาณในวงจรเพิ่มมากขึ้น การ
จัดวงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดัน เบื้องต้นของเจเฟต แสดงดังรูปที่ 3.10
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิดชนิด P-Channel
รูปที่ 3.10 วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันเบื้องต้นของเจเฟต
จากรูปที่ 3.10 แสดงวงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันเบื้องต้นของเจเฟต ทั้งชนิด N-Channel และชนิด
P-Channel มีตัวต้านทาน R1 และ R2 จัดเป็นวงจรแบ่งแรงดัน ตัวต้านทาน R1 ทำหน้าที่จ่ายแรงดันไบแอส
กลับให้ขาเกต ส่วน R2 ทำหน้าที่จำกัดกระแสที่ไหลผ่านวงจรทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมขาเกตเทียบกับกราวด์
็
คือแรงดัน VG เจเฟตชนิดเอน แชนแนลค่าแรงดัน VG เป็นบวก เจเฟตชนิดพีแชนแนลค่าแรงดัน VG เป็นลบ
เมื่อเจเฟตนำกระแสมีกระแส ID ไหลผ่าน R4 เกิดแรงดันตกคร่อม R4 เทียบกราวด์คือแรงดัน VS ถ้าเป็นชนิด
ั
เอ็นแชนแนลแรงดัน VS มีค่าเป็นบวก มีศกย์บวกสูงกว่าศักย์บวกของแรงดัน VG เกิดเป็นแรงดัน VGS ที่ขาเกต
เป็นบวกที่ขาซอร์สเป็นลบ แรงดัน VGS ที่ได้จ่ายแรงดันเป็นไบแอสกลับให้ขาเกตของเจเฟต มีสัญญาณตก
คร่อมตัวต้านทาน R3 เป็นสัญญาณส่งออกเอาต์พุต ส่วนตัวเก็บประจุ C3 ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันที่ขาซอร์ส
(VS) ให้คงที่เพื่อควบคุมอัตราขยายสัญญาณของวงจรเจเฟตให้ทำงานคงท ี่
57
3.1.4 การอ่านคู่มือเจเฟตและแปลความหมาย
เนื่องจากเจเฟตมีมากมายหลายเบอร์ในที่นี้ขอยกตัวอย่างเบอร์ 2N5457, 2N5458, 2N5459 ซึ่ง
รายละเอียดเบื้องต้น มีดังนี้
ข้อมูลทั่วไปของเจเฟต คือ เจเฟตชนิด N-Channel ที่นำไปใช้ในวงจรขยายทั่ว ๆ ไปมีตัวถัง 2 แบบ
คือ TO-92 และ SOT-23
2N5457 MMBF5457
2N5458 MMBF5458
2N5459 MMBF5459
N-channel General Purpose Amprifier
รูปที่ 3.11 ตัวถังและการจัดตำแหน่งขา
ตารางท 3.1 ค่าพิกัดสูงสุดของเจเฟต เบอร์ 2N5457
ี่
Rating Symbol Value Unit
Drain – Source Voltage V DS 25 Vdc
Drain – Gate Voltage V DG 25 Vdc
Reverse Gate – Source Voltage V GSR -25 Vdc
Gate Current IG 10 mAdc
Total Device Dissipation @ TA = 25°C PD 310 mW
Derate above 25°C 2.82 mW/ °C
Operating Junction Temperature TJ 135 °C
Storage Temperature Range T stg -65 to +150 °C
58
จากตารางที่ 3.1 เป็นข้อมูลรายละเอียดของเจเฟตเบอร์ 2N5457 พบว่าค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ เดรน – เกต
ั
ั
สูงสุด (VDS) เท่ากบ 25 โวลต์ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ เกต–ซอร์ส สูงสุด (VGS) เท่ากบ – 25โวลต์ กระแสไบแอส
ั
ตรงที่เกตสูงสุด (IGF) เท่ากบ 10 มิลลิแอมป์ และอุณหภูมิที่รอยต่อขณะใช้งาน อยู่ในช่วง -55 ถึง + 150 องศา
เซลเซียส
ตารางท 3.2 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของเจเฟต เบอร์ 2N5457
ี่
2N5457, 2N5458
Characteristic Symbol Min T y p Max Unit
OFF CHARACTERISTICE
Gate – Source Breakdown Voltage V(BR)GSS -25 - - Vdc
(IG = -10 mAdc, VDS = 0)
Gate Reverse Current I GSS - - -1.0 nAdc
(VGS = -15 Vdc, VDS = 0) - - -200
(VGS = -15 Vdc, VDS = 0,TA = 100°C)
Gate – Source Cutoff Voltage 2N5457 V GS(off) -0.5 - -6.0 Vdc
(VDS = 15 Vds, iD =10 nAdc) 2N5458 -1.0 - -7.0
Gate – Source Voltage V GS - -2.5 - Vdc
(VDS = -15 Vdc, iD =100 mAdc) 2N5457 - -3.5 -
(VDS = -15 Vdc, iD =200 mAdc) 2N5458
ON CHARACTERISTICE
Zera - Gate – Voltage Drain Current (Note 1) 2N5457 IDSS 1.0 3.0 5.0 mAdc
(VDS = 15 Vdc, VGS = 0) 2N5458 2.0 6.0 9.0
DYNAMIC CHARACTERISTICE
Forward Transfer Admittance (Note 1) 2N5457 |Y fs| 1000 3000 5000 mmhos
(VDS = 15 Vdc, VGS = 0, f = 1kHz) 2N5458 1500 4000 5500
Output Admittance Common Source (Note 1) |Y os| - 10 50 mmhos
(VDS = 15 Vdc, VGS = 0, f = 1kHz)
Input Capacitance Ciss - 4.5 7.0 pF
(VDS = 15 Vdc, VGS = 0, f = 1kHz)
Reverse Transfer Capacitance Ciss - 1.5 3.0 pF
(VDS = 15 Vdc, VGS = 0, f = 1kHz)
ั
จากตารางที่ 3.2 พบว่าค่าพิกัดกระแสไบแอสกลับที่เกต (IGSS) เท่ากบ –1 นาโนแอมป์ ที่อุณหภูมิ 25
องศาเซลเซียสและเพิ่มขึ้น -200 นาโนแอมป์ ทุกๆ 100 องศาเซลเซียส ค่าพิกัดแรงดันเกต –ซอร์สคัตออฟ
(VGS(off)) ผู้ผลิตจะบอก 2 ค่ามาให้คือค่าต่ำสุดคือ –0.5 โวลต์และค่าสูงสุดคือ -6.0 โวลต์
ทรานส์คอนดัคแตนซ์ (Transconductance :gm) คือความสามารถในการนำกระแสที่เอาต์พุต ค่า
gm หาได้จากการเปลี่ยนแปลงกระแสเดรนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน เกต – ซอร์ส ( Gate source
59
voltage) มีหน่วยเป็น ซีเมนส์ (Semens : S) ค่าทรานส์คอนดัคแตนซ์บางครั้งเรียกว่าฟอร์เวิด ทรานส์เฟอร์
แอดมิตแตนซ์ (Forward Transfer Admittance : yfs) จากตารางที่ 3.2 เบอร์ 2N5457 อ่านค่าได้ต่ำสุด
1,000 ไมโครโมห์ (µmhos) และค่าได้สูงสุด 5,000 ไมโครโมห์ (µmhos) ค่าความจุ (Ciss) ที่เกิดขึ้นที่เดรนกับ
ซอร์ส เมื่อจัดวงจรเป็นคอมมอนซอร์ส คือ 4.5 พิโกฟารัด (Type) และ 7 พิโกฟารัด (Max) ซึ่งค่าเหล่านี้จะมี
ผลเมื่อนำเฟตไปใช้งานที่ความถี่สูงและในวงจรสวติชิ่ง
3.1.5 การนำเจเฟตไปประยุกต์ใช้งาน
1. วงจรเจเฟตสวิตช์
(ก) วงจร (ข) สัญญาณ
รูปที่ 3.12 สวิตช์เจเฟตชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.12 การทำงานของวงจรเจเฟตสวิตช์อฺธิบายได้ดังนี้ในช่วงเวลา t0- t1 ไม่มีสัญญาณพัลส์
เข้ามาที่อินพุต Ei ทำให้ขา G ไม่มีไบแอสจ่ายให้เจเฟตชนิด N-Channel นำกระแสมีกระแส ID ไหลผ่านค่าสูง
เจเฟตทำงานถึงจุดอิ่มตัวเป็นสวิตช์ในสภาวะต่อวงจร (ON) ในช่วงเวลา t1- t2 มีสัญญาณพัลส์ลบป้อนเข้ามาที่
อินพุต Ei ทำให้ขา G ได้รับไบแอสกลับที่รอยต่อขา G กับขา S (VDS) รอยต่อเกิดค่าความต้านทานสูงต้านการ
ไหลของกระแส IDไม่ให้ไหลเจเฟตทำงานที่จุดคัตออฟเป็นสวิตช์ในสภาวะตัดวงจร (OFF) การทำงานของ
เจเฟตสวิตช์ ชนิด N-Channel วัดสัญญาณออกเอาต์พุต EO ได้ตามรูปที่ 3.12 (ข)
60
2. วงจรขยายสัญญาณเจเฟต
รูปที่ 3.13 วงจรขยายสัญญาณที่ใช้เจเฟตชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.13 เป็นวงจรขยายสัญญาณที่ใช้เจเฟตชนิด N-Channel จัดวงจรแบบคอมมอนซอร์ส
สัญญาณอินพุตป้อนเข้าที่ขา G เทียบกับขา S เอาต์พุตออกที่ขา D เทียบกับขา S อินพุตอิมพีแดนซ์ (Zi) สูง
มาก เอาต์พุตอิมพีแดนซ์ (ZO) มีค่าสูงแต่ต่ำกว่าอินพุตอิมพีแดนซ์เฟสของสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตต่างกน
ั
180 องศา ใช้เป็นวงจรขยายสัญญาณทวไปให้คุณภาพดีด้านการขยายแรงดันและขยายกำลัง
ั่
3.1.6 การวัดและทดสอบเจเฟต
การตรวจสอบว่าเจเฟตดีหรือเสีย (กรณีทราบขาต่างๆของเจเฟต) เมื่อทราบตำแหน่งขาของเจเฟต ให้
ตั้งย่านวัดโอห์มมิเตอร์ไว้ที่ Rx10 จากนั้นทำการปรับศูนย์โอห์ม โดยนำปลายสายแตะกัน ปรับปุ่ม Zero Adj.
็
ให้เข็มมิเตอร์ชี้ที่ศูนย์โอห์ม จากโครงสร้างของเจเฟตขา G กับขา S และขา G กับขา D เป็นรอยต่อพีเอน
เหมือนไดโอด ดังนั้นถ้าทำการวัดค่าความต้านทานระหว่างขา G กับขา S หรือขา G กับขา D จะได้ค่าความ
ต้านทานสูงและทำการสลับข้างจะได้ค่าความต้านทานต่ำข้างหนึ่ง จากนั้นทำการวัดความต้านทานระหว่างขา
D กับขา S สลับข้างแล้วจะได้ค่าความต้านทานเท่ากัน แสดงว่าเจเฟตดีการวัดทดสอบเจเฟต มีขั้นตอนการวัด
ดังรูปที่ 3.14
61
(ก) ตั้งย่านวัด x10 และปรับศูนย์โอห์ม (ข) ตำแหน่งขาเจเฟต
(ค) วัดคู่ขา G-S ได้ค่าความต้านทาน 750 โอห์มหนึ่งข้างสลับสายแล้ววัดไม่ขึ้นหนึ่งข้าง
ั้
(ง) วัดคู่ความต้านทาน D-S ได้ค่าความต้านทานเท่ากันทงสองครั้งคือ 210 โอห์ม
รูปที่ 3.14 การวัดและทดสอบเจเฟตด้วยโอห์มมิเตอร์
จากรูปที่ 3.14 แสดงการวัดและทดสอบเจเฟตเบอร์ 2N3819 เป็นเจเฟตชนิด N-Channel สรุปผล
การวัดได้ดังตารางที่ 3.3
62
ี่
ตารางท 3.3 การวัดและทดสอบเจเฟตเบอร์ 2N3819 ชนิด N-Channel ด้วยโอห์มมิเตอร์
ขาที่ต่อสายวัดสีแดง (ไฟลบ) ขาที่ต่อสายสีดำ (ไฟบวก) ผลการวัดที่ได้จากมลติมิเตอร์
ั
ขา G ขา S เข็มไม่ขึ้น
ขา S ขา G 750 โอห์ม
ขา G ขา D เข็มไม่ขึ้น
ขา D ขา G 750 โอห์ม
ขา G ขา D 210 โอห์ม
ขา D ขา S 210 โอห์ม
การตรวจสอบเจเฟต (กรณีไม่ทราบขา) มีลำดับขั้นตอนดังนี้
1. ให้ตั้งย่านวัดโอห์มมิเตอร์ไว้ที่ Rx10 จากนั้นทำการปรับศูนย์โอห์ม โดยนำปลายสายแตะ
กันปรับปุ่ม Zero Adj. ให้เข็มมิเตอร์ชี้ที่ศูนย์โอห์ม
2. วัดหาขา D กับ S โดยสลับสายวัดของมิเตอร์วัด 2 ครั้งขาของเจเฟตคู่ใดวัด 2 ครั้งแล้วได้
ั
ค่าความต้านทานเท่ากนแสดงว่า เป็นขา D กับ S ขาที่เหลือคือขา G
63
สรุป
เจเฟต (JFET) เป็นเฟตแบบรอยต่อ มี 3 ขา คือขาซอร์ส (Source : S) ขาเดรน (Drain :D) และขาเกต
(Gate : G) แบ่งตามลักษณะโครงสร้างได้ 2 ชนิดคือ เจเฟตชนิดเอ็นแชนแนล (N-Channel) และเจเฟตชนิดพ ี
แชนแนล (P-Channel) สัญลักษณ์ของเจเฟตชนิด P-Channel ที่ขาเกต มีหัวลูกศรชี้ออกเพราะว่า สารกึ่ง
ตัวนำที่ใช้ทำขาเกตว่าเป็นสารชนิดเอ็น ส่วนสัญลักษณ์เจเฟตชนิด N-Channel ที่ขาเกต มีหัวลูกศรชี้เข้า
เพราะว่า สารกึ่งตัวนำที่ใช้ทำขาเกตว่าเป็นสารชนิดพี
การจ่ายแรงดัน ไบแอสเจเฟตเบื้องต้น เจเฟตชนิด N-Channel และชนิด P-Channel ต้องจ่ายแรงดัน
ไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้กับขาเดรนกับขาเกต เทียบกับขาซอร์ส
คุณลักษณะสมบัติของเจเฟต เป็นกราฟแสดงคุณสมบัติการทำงานของเจเฟต เมื่อทำการจ่ายแรงดัน
ไบแอสให้กับเจเฟตที่ระดับแตกต่างกันทำให้มีกระแสไหลผ่านเจเฟตและแรงดันตกคร่อมเปลี่ยนแปลงในวงจร
โดยกราฟคุณสมบัติของเจเฟต จะแสดงค่ากระแสเดรน (ID) และแรงดันตกคร่อมขาเดรน และขาซอร์ส คือ
VDS
การจัดวงไบแอสเจเฟตแบ่งออกได้ 3 แบบคือไบแอสคงที่ (Fixed Bias) ไบแอสตัวเอง (Self Bias)
และไบแอสแบบแบ่งแรงดัน (Voltage Divider Bias) ในการจัดวงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันจะมีเสถียรภาพ
และมีอัตราขยายสัญญาณที่ดี
เจเฟตมีให้เลือกใช้งานหลายเบอร์และแต่ละเบอร์มีความแตกต่างกัน ดังนั้น ในการนำเจเฟตไปใช้งาน
จำเป็นต้องรู้ข้อมูลรายละเอียดของเจเฟตเบอร์ต่างๆ เพื่อให้สามารถให้ใช้งานได้อย่างถูกต้องเหมาะสม
ื
การศึกษาข้อมูลจากคู่มอของเจเฟตจะทำให้ทราบเกี่ยวกับค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ เดรน – เกตสูงสุด (VDS) ค่า
แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ เกต–ซอร์สสูงสุด (VGS) ค่ากระแสไบแอสตรงที่เกตสูงสุด (IGF) ค่ากระแสไบแอสกลับ ที่
เกต( IGSS) และอุณหภูมิที่รอยต่อขณะใช้งาน เป็นต้น
เจเฟตมีคุณสมบัติที่ดีกว่าทรานซิสเตอร์หลายประการแต่สามารถนำไปใช้งานได้หลายหน้าที่
เช่นเดียวกับ ทรานซิสเตอร์โดยถูกนำไปใช้งานด้าน วงจรสวิตช์วงจรขยายสัญญาณต่างๆ เพราะสามารถทำงาน
ที่อุณหภูมิสูงได้ดี การขยายสัญญาณแบบหลายภาคได้ดี
ี่
การวัดและทดสอบเจเฟตในกรณีททราบขาแล้วนั้น ทำได้โดยใช้โอห์มมิเตอร์ตั้งย่าน Rx10 วัดขา Gกับ
ขา S และขา G กับขา D อย่างละ 2 ครั้งโดยการสลับสายของมิเตอร์จะได้ค่าความต้านทานสูงค่าหนึ่งและต่ำ
้
อีกค่าหนึ่งแสดงว่า เจเฟตดีถาได้ตรงข้ามแสดงว่าเจเฟตเสีย
64
3.2 มอสเฟต
มอสเฟต (MOSFET) เป็นเฟตอีกชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างแตกต่างไปจากเจเฟต (JFET) โดยสิ้นเชิง
ึ้
ึ้
เพราะส่วนที่สร้างขนมาเป็นขาเกต (G) ของมอสเฟต ถูกสร้างขนมาต่างหากโดยไม่ต่อร่วมกับส่วนที่เป็นขาเดรน
(D) และขาซอร์ส (S) แยกตัวเป็นอิสระ มีฉนวนคั่นกลางแยกขา G ออกจากขา D และขา S ส่วนที่เป็นขา D
และขา S ถูกสร้างขึ้นบนฐานรองสารกึ่งตัวนำหรือซับสเตรต (Sustrate :SS) ขบวนการผลิตมอสเฟตเป็น
ขบวนการเดียวกบัการผลิตไอซี (IC)
มอสเฟต (MOSFET) ที่ผลิตขึ้นมาใช้งาน แบ่งออกได้ 2 แบบคือ
1. ดีพลีชั่นมอสเฟต (Depletion MOSFET) ใช้อักษรย่อ D – MOSFET แบ่งย่อยได้เป็น 2
ชนิดคือ ชนิด P – Channel และ N – Channel
2. เอ็นฮานซ์เมนต์มอสเฟต (Enhancement MOSFET ใช้อักษรย่อ E-MOSFET แบ่งย่อยได้
เป็น 2 ชนิดคือ ชนิด P – Channel และ N – Channel
3.2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของมอสเฟต
D – MOSFET ชนิด N – Channel เป็น MOSFET ที่ส่วนขา D และขา S ผลิตจากสาร กึ่งตัวนำชนิด
N ถูกสร้างขึ้นบนฐานรอง (SS) ชนิด P สารกึ่งตัวนำส่วนที่เป็นขา D และขา S ถูกต่อถึงกันด้วยฐานรองที่เป็น
สารกึ่งตัวนำชนิดเดียวกับสารส่วนขา D และขา S ขา G ถูกแยกออกไปต่างหากโดยถูกฉนวนซิลิคอนได
ออกไซด์ (Silicon Dioxide) หรือ SiO2 คั่นกลางขา G มีโครงสร้างเป็นแผ่นโลหะตัวนำมีคุณสมบัติเสมือนเป็น
สารกึ่งตัวนำชนิดเดียวกับฐานรอง (SS) ลักษณะโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ D – MOSFET ชนิด N –
Channel แสดงดังรูปที่ 3.15
(ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ์
รูปที่ 3.15 โครงสร้างและสัญลักษณ D – MOSFET ชนิด N – Channel
์
65
จากรูปที่ 3.15 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ D – MOSFET ชนิด N – Channel (สังเกตจาก
สารที่ใช้ผลิตขา D กับขา S) รูปที่3.15 (ก) เป็นโครงสร้างของ D – MOSFET ชนิด N – Channel ฐานรองใช้
สารชนิด P มีสารชนิด N ผลิตเป็นขา D กับขา S และสารกึ่งตัวนำที่อยู่ระหว่างสารที่ใช้ผลิตขาขา D กับขา S
เป็นสารชนิดเดียวกับขา D และขา S คือมีอิเล็กตรอนอิสระมากกว่าปกติขา G เป็นแผ่น โลหะวางอยู่บนฉนวน
ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) การทำงานของขา G ใช้สนามไฟฟ้าจากขา G ไปควบคุมการทำงาน
ส่วนรูปที่3.15 (ข) เป็นสัญลักษณ์ของ D – MOSFET ชนิด N – Channel ขา G เขียนแยกออก
ั
ต่างหากไม่ต่อกับขาใด ส่วนขา D กับขา S เขียนต่อเป็นเส้นเดียวกัน แสดงให้ทราบว่าขาทงสองต่อถึงกนภายใน
ั้
สัญลักษณ์หัวลูกศรถูกแสดงไว้ที่ฐานรอง หัวลูกศรชี้เข้าบอกให้ทราบว่า เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P หรือบวกการ
ต่อใช้งานขาฐานรอง (SS) ต่อเข้ากับขา S เสมอขาต่อออกมาใช้งานจริงจึงมีเพียง 3 เท่านั้น คือขา G ขา D และ
ขา S
D – MOSFET ชนิด P– Channel เป็น MOSFET ที่ส่วนของขา D กับขา S ผลิตจากสารเป็นสารกึ่ง
ตัวนำชนิด P ถูกสร้างขึ้นบนฐานรอง (SS) ชนิด N สารกึ่งตัวนำส่วนที่เป็นขา D และขา S ถูกต่อถึงกันด้วย
ฐานรองที่เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเดียวกับขา D และขา S นั้นคือสารส่วนที่เป็นขา D กับขา S ต่อถึงกนส่วนขา G
ั
ถูกแยกออกไปต่างหากโดยถูกฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (Silicon Dioxide) หรือ SiO2 คั่นกลางโครงสร้างและ
สัญลักษณ์ของ D – MOSFET ชนิด P– Channel แสดงดังรูปที่ 3.16
(ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ์
์
รูปที่ 3.16 โครงสร้างและสัญลักษณ D–MOSFET ชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.16 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ D-MOSFET ชนิด P– Channel (ดูที่สารผลิตขา D
กับขา S) รูปที่ 3.16 (ก) เป็นโครงสร้างของ D-MOSFET ชนิด P– Channel ฐานรองใช้สารชนิด N มีสารชนิด
P ผลิตเป็นขา D กับขา S และสารกึ่งตัวนำที่อยู่ระหว่างสารที่ใช้ผลิตเป็นขา D และขา S เป็นชนิดเดียวกับขา
D และขา S คือมีโฮลมากกว่าปกติขา G เป็นแผ่นโลหะวางอยู่บนฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) การทำงาน
ของขา G ใช้สนามไฟฟ้าจากขา G ไปควบคุมการทำงาน
66
ส่วนรูปที่ 3.16 (ข) เป็นสัญลักษณ์ของ D – MOSFET ชนิด P– Channelขา G เขียนแยกออกต่างหาก
ไม่ต่อกับขาใด ส่วนขา D กับขา S เขียนต่อเป็นเส้นเดียวกัน แสดงให้ทราบว่าขาทั้งสองต่อถึงกัน ภายใน
สัญลักษณ์หัวลูกศรถูกแสดงไว้ที่ฐานรอง หัวลูกศรชี้ออกบอกให้ทราบว่า เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N หรือลบ การ
ต่อใช้งานขาฐานรอง (SS) ต่อเข้ากับขา S เสมอขาต่อออกมาใช้งานจริงจึงมีเพียง 3 เท่านั้น คือขา G ขา D และ
ขา S
E-MOSFET ชนิด N – Channel เป็นมอสเฟตที่ส่วนของขา D กับขา S ผลิตจากสารชนิด N ถูกสร้าง
ขึ้นบนฐานรอง (SS) ชนิด P สารส่วนที่เป็นขา D กับขา S ไม่ต่อถึงกัน เพราะมีฐานรองที่เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด
ตรงข้ามกับขา D กับขา S คั่นอยู่ส่วนขา G ถูกแยกออกมาต่างหากมีฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) คั่นอยู่
โครงสร้างและสัญลักษณ์ของ E-MOSFET ชนิด N – Channel แสดงดังรูปที่ 3.17
(ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ์
รูปที่ 3.17 โครงสร้างและสัญลักษณ E–MOSFET ชนิด N–Channel
์
จากรูปที่ 3.17 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ E-MOSFET ชนิด N–Channel (ดูที่สารใช้ผลิตขา
D กับขา S) รูปที่ 3.17 (ก) เป็นโครงสร้างของ E-MOSFET ชนิด N–Channel ฐานรองใช้สารชนิด P มีสาร
ชนิด N ผลิตเป็นขา D กับขา S และสารกึ่งตัวนำที่อยู่ระหว่างสารที่ใช้ผลิตเป็นขา D และขา S เป็นชนิดตรง
ข้าม ทำให้ขา D และขา S ถูกแยกออกจากกน ขา G เป็นแผ่นโลหะวางอยู่บนฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2)
ั
การทำงานของขา G ใช้สนามไฟฟ้าจากขา G ไปควบคุมการทำงาน
ส่วนรูปที่ 3.17 (ข) เป็นสัญลักษณ์ของ E–MOSFET ชนิด N–Channel ขา G เขียนแยกออกต่างหาก
ไม่ต่อกับขาใด ส่วนขา D กับขา S เขียนต่อเป็นเส้นประแสดงให้ทราบว่าขาทั้งสองภายในไม่ต่อถึงกันสัญลักษณ์
หัวลูกศรถูกแสดงไว้ที่ฐานรอง หัวลูกศรชี้เข้าบอกให้ทราบว่าเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P หรือบวกการต่อใช้งานขา
ฐานรอง (SS) ต่อเข้ากับขา S เสมอขาต่อออกมาใช้งานจริงจึงมีเพียง 3 เท่านั้น คือขา G ขา D และขา S
ึ้
E-MOSFET ชนิด P–Channel เป็นมอสเฟตที่ส่วนของขา D กับขา S ผลิตจากสารชนิด P ถูกสร้างขน
บนฐานรอง (SS) ชนิด N สารส่วนที่เป็นขา D กับ ขา S ไม่ต่อถึงกัน เพราะมีฐานรองที่เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด
67
ตรงข้ามกับขา D กับขา S คั่นอยู่ส่วนขา G ถูกแยกออกมาต่างหากมีฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2) คั่นอยู่
โครงสร้างและสัญลักษณ์ของ E-MOSFET ชนิด P–Channel แสดงดังรูปที่ 5.4
(ก) โครงสร้าง (ข) สัญลักษณ์
รูปที่ 3.18 โครงสร้างและสัญลักษณ E – MOSFET ชนิด N – Channel
์
จากรูปที่ 3.18 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ E-MOSFET ชนิด P–Channel (ดูที่สารใช้ผลิตขา
D กับขา S) รูปที่ 3.18 (ก) เป็นโครงสร้างของ E-MOSFET ชนิด P–Channel ฐานรองใช้สารชนิด N มีสาร
ชนิด P ผลิตเป็นขา D กับขา S และสารกึ่งตัวนำที่อยู่ระหว่างสารที่ใช้ผลิตเป็นขา D และขา S เป็นชนิดตรง
ข้าม ทำให้ขา D และขา S ถูกแยกออกจากกัน ขา G เป็นแผ่นโลหะวางอยู่บนฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO2)
การทำงานของขา G ใช้สนามไฟฟ้าจากขา G ไปควบคุมการทำงาน
ส่วนรูปที่ 3.18 (ข) เป็นสัญลักษณ์ของ E – MOSFET ชนิด P–Channel ขา G เขียนแยกออกต่างหาก
ไม่ต่อกับขาใด ส่วนขา D กับขา S เขียนต่อเป็นเส้นประแสดงให้ทราบว่า ขาทั้งสองภายในไม่ต่อถึงกัน
สัญลักษณ์หัวลูกศรถูกแสดงไว้ที่ฐานรอง หัวลูกศรชี้ออกบอกให้ทราบว่า เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N หรือลบ การ
ต่อใช้งานขาฐานรอง (SS) ต่อเข้ากับขา S เสมอขาต่อออกมาใช้งานจริงจึงมีเพียง 3 เท่านั้น คือขา G ขา D และ
ขา S
3.2.2 หลักการทำงานและคุณลักษณะสมบัติของมอสเฟต
หลักการทำงาน
1. การจ่ายแรงดันไบแอสให้ D–MOSFET ชนิด N–Channel
การจ่ายแรงดันไบแอสให้ D–MOSFET เหมือนกับการจ่ายแรงดันไบแอสให้เจเฟต คือ จ่าย
แรงดันไบแอสตรงให้ขา S จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขา D กับขา G เทียบขา S ลักษณะวงจรจ่ายแรงดันไบแอส
เบื้องต้น แสดงดงัรูปที่ 3.19
68
(ก) วงจรรูปโครงสร้าง (ข) วงจรรูปสัญลักษณ์
รูปที่ 3.19 วงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ D–MOSFET ชนิด N–Channel
จากรูปที่ 3.19 แสดงวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ D–MOSFET ชนิด N–Channel การทำงาน
ของวงจรเป็นดังนี้จ่ายแรงดัน VDD ให้เฉพาะขา D กับขา S ตัว D–MOSFET ทำงานมีกระแส ID ไหลผ่าน
ระหว่างขา D กับขา S สูงมากค่าหน่ึงคงที่ตลอดเวลาการควบคุมการทำงานของ D–MOSFET ให้เกิดการ
เปลี่ยนแปลง ทำได้โดยการจ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขา G เทียบกับขา S (VGG) ศักย์ลบที่ขา G จะไปผลักให้
อิเล็กตรอนอิสระอยู่ระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เคลื่อนที่ห่างออกมาและดึงโฮลเข้าไปแทนที่ส่งผลให้
สารกึ่งตัวนำระหว่างรอยต่อขา D กับขา S เปลี่ยนแปลงไปเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P ต้านการไหลของกระแส ID
ให้ไหลผ่านจากขา D ไปขา S ได้น้อยลง
การปรับเปลี่ยนค่าแรงดันไบแอสกลับ VGG มีผลให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลง จ่าย VGG ให้มาก
ศักย์ลบที่ขา G มากผลักอิเล็กตอนอิสระระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เคลื่อนที่ห่างออกมาจำนวนมาก ดึง
โฮลเข้าไปแทนที่มาก สภาพสารระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เปลี่ยนไปเป็นสารชนิด P มากขึ้นต้านการ
ไหลของกระแส ID ให้ไหลได้ยิ่งน้อยลง ในทางตรงข้ามถ้าจ่ายแรงดันไบแอสกลับที่ขา D กับขา S ให้ยิ่งน้อยลง
ศักย์ลบที่ขา G น้อยลง ผลักอิเล็กตรอนอิสระระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เคลื่อนที่ห่างออกมาจำนวน
น้อย ดึงโฮลเข้าไปแทนที่น้อย สภาพสารระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เปลี่ยนไปเป็นสารชนิด P น้อยลง
ต้านกระส ID ได้น้อยลง กระแส ID ไหลได้มากขึ้น สามารถควบคุมการทำงานของ D–MOSFET ชนิด N–
Channel ได้เหมือนกับการทำงานของเจเฟต ชนิด N – Channel
2. การจ่ายแรงดันไบแอสให้ D–MOSFET คือจ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขา S จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้
ขา D กับขา G เทียบกับขา S ลักษณะวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้น แสดงดังรูปที่ 3.20
69
(ก) วงจรรูปโครงสร้าง (ข) วงจรรูปสัญลักษณ์
รูปที่ 3.20 วงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้น ให้ D-MOSFET ชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.20 แสดงวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ D-MOSFET ชนิด P-Channelการทำงาน
ของวงจรเป็นดังนี้จ่ายแรงดันไบแอส VDD ให้เฉพาะขา D กับขา S ตัว D-MOSFET ทำงานมีกระแส ID ไหล
ผ่าน ระหว่างขา S กับขา D สูงมากค่าหนึ่งคงที่ตลอดเวลาการควบคุมการทำงานของ D-MOSFET ให้เกิดการ
เปลี่ยนแปลง ทำได้โดยจ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขา G เทียบกับขา S (VGG) ศักย์บวกที่จ่ายให้ขา G จะไปผลัก
ให้โฮลอยู่ระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับ S เคลื่อนที่ห่างออกมาและดึงอิเล็กตรอนอิสระเข้าไปแทนที่ ส่งผลให้
สารกึ่งตัวนำระหว่างรอยต่อขา D กับขา S เปลี่ยนแปลงเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N ต้านการไหลของกระแส ID
ให้ไหลผ่านจากขา S ไปขา D ได้น้อยลง
การปรับเปลี่ยนค่าแรงดันไบแอสกลับ VGG มีผลให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลง จ่าย VGG ให้มาก
ศักย์บวกที่ขา G มาก ผลักโฮลระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เคลื่อนที่ห่างออกมาจำนวนมาก ดึง
อิเล็กตรอนอิสระเข้าไปแทนที่มาก สภาพสารระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เปลี่ยนไปเป็นสารชนิด N มาก
ขึ้นต้านการไหลของกระแส ID ให้ไหลได้ยิ่งน้อยลง ในทางตรงข้ามถ้าจ่ายแรงดันไบแอสกลับที่ขา D กับขา S
ให้ยิ่งน้อยลง ศักย์บวกที่ขา G น้อยลง ผลักโฮลระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เคลื่อนที่ห่างออกมาจำนวน
น้อย ดึงอิเล็กตรอนอิสระเข้าไปแทนที่น้อย สภาพสารระหว่างรอยต่อส่วนขา D กับขา S เปลี่ยนไปเป็นสาร
ชนิด N น้อยลง ต้านกระส ID ได้น้อยลง กระแส ID ไหลได้มากขึ้น สามารถควบคุมการทำงานของ D–
MOSFET ชนิด P– Channel ได้เหมือนกับการทำงานของเจเฟต ชนิด P–Channel
3. การจ่ายไบแอสที่ถูกต้องให้ E-MOSFET ต้องจ่ายแรงดันไบแอสดังนี้จ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขา G
กับขา S เทียบกันจ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขา D เทียบขา S ลักษณะวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้น แสดงดัง
รูปที่ 3.21
70
(ก) วงจรรูปโครงสร้าง (ข) วงจรรูปสัญลักษณ์
รูปที่ 3.21 วงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ E-MOSFET ชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.21 แสดงวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ E-MOSFET ชนิด N-Channel การทำงาน
ี
ของวงจรเป็นดังนี้จ่ายแรงดันไบแอส VDD ให้เฉพาะขา D กับขา S ตัว E-MOSFET ยังไม่ทำงานไม่มกระแส ID
ไหล เพราะสารกึ่งตัวนำส่วนที่เป็นขา D กับขา S ไม่ต่อถึงกันมีฐานรอง (SS) เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดตรงข้ามคน
ั่
อยู่คือ E-MOSFET ไม่ทำงาน เมื่อจ่ายแรงดันบวก VGG ให้ขา G เทียบกับขา S เป็นการจ่ายไบแอสตรงให้ขา G
และขา S ศักย์บวกที่ขา D ผลักให้โฮลบริเวณสารกึ่งตัวนำที่คั่นอยู่ระหว่างสารที่ผลิตเป็นขา D และขา S
เคลื่อนที่ห่างออกไป ดึงอิเล็กตรอนอิสระเข้าไปแทนที่ ส่งผลให้สารกึ่งตัวนำบริเวณนี้เปลี่ยนสภาพจากชนิด P
เป็นชนิด N เชื่อมต่อสารที่ผลิตเป็นขา D และขา S ถึงกนเกิดกระแส ID ไหล
ั
การปรับเปลี่ยนค่าแรงดัน ไบแอสตรง VGG มีผลให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลงถ้าจ่าย VGG น้อย
ศักย์บวกที่ขา G น้อย ผลักโฮลออกไปได้น้อย ดึงอิเล็กตรอนอิสระเข้าไปแทนที่น้อยสารกึ่งตัวนำที่คั่นระหว่าง
สารที่ผลิตเป็นขา D และขา S เปลี่ยนสภาพเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N น้อยเกิดกระแส ID ไหลน้อย ถ้าจ่าย VGG
มาก ศักย์บวกที่ขา G มาก ผลักโฮลออกไปได้มากดึงอิเล็กตรอนอิสระเข้าไปแทนที่มาก สารกึ่งตัวนำที่คั่น
ระหว่างสารที่ผลิตเป็นขา D และขา S เปลี่ยนสภาพเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N มาก เกิดกระแส ID ไหลมาก
สามารถควบคุมการทำงานของ E-MOSFET ชนิด N-Channel ได้เหมือนกับการทำงานของ NPN
ทรานซิสเตอร์
4. การจ่ายไบแอสให้ E-MOSFET ต้องจ่ายแรงดันไบแอสดังนี้จ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขา G กับขา S
เทียบกัน จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขา D เทียบขา S ลักษณะวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้น แสดงดังรูปที่
3.22
71
(ก) วงจรรูปโครงสร้าง (ข) วงจรรูปสัญลักษณ์
รูปที่ 3.22 วงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ E-MOSFET ชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.22 แสดงวงจรจ่ายแรงดันไบแอสเบื้องต้นให้ E-MOSFET ชนิด P-Channel การทำงาน
ของวงจรเป็นดังนี้จ่ายแรงดันไบแอส VDD ให้เฉพาะขา D กับขา S ตัว E-MOSFET ยังไม่ทำงานไม่มกระแส ID
ี
ไหลเพราะสารกึ่งตัวนำส่วนที่เป็นขา D กับขา S ไม่ต่อถึงกันมีฐานรอง (SS) เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดตรงข้ามคั่น
อยู่คือ E-MOSFET ไม่ทำงาน เมื่อจ่ายแรงดันลบ VGG ให้ขา G เทียบกับขา S เป็นการจ่ายไบแอสตรงให้ขา G
และขา S ศักย์ลบที่ขา D ผลักให้อิเล็กตรอนอิสระบริเวณสารกึ่งตัวนำที่คนอยู่ระหว่างสารที่ผลิตเป็นขา D และ
ั่
ขา Sเคลื่อนที่ห่างออกไป ดึงโฮลเข้าไปแทนที่ส่งผลให้สารกึ่งตัวนำบริเวณนี้เปลี่ยนสภาพจากชนิด N เป็นชนิด
Pเชื่อมต่อสารที่ผลิตเป็นขา D และขา S ถึงกนเกิดกระแส ID ไหล
ั
การปรับเปลี่ยนค่าแรงดันไบแอสตรง VGG มีผลให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลงถ้าจ่าย VGG น้อย ศักย์
ที่ขา G น้อยผลักอิเล็กตรอนอิสระออกไปได้น้อย ดึงโฮลเข้าไปแทนที่น้อยสารกึ่งตัวนำที่คั่นระหว่างสารที่ผลิต
้
เป็นขา D และขา S เปลี่ยนสภาพเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P น้อย เกิดกระแส ID ไหลน้อยถาจ่าย VGG มาก ศักย์
ลบที่ขา G มาก ผลักอิเล็กตรอนอิสระออกไปได้มากดึงโฮลเข้าไปแทนที่มาก สารกึ่งตัวนำที่คั่นระหว่างสารที่
ผลิตเป็นขา D และขา S เปลี่ยนสภาพเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P มากเกิดกระแส ID ไหลมาก สามารถควบคุม
การทำงานของ E-MOSFET ชนิด P-Channel ได้เหมือนกับการทำงานของ PNP ทรานซิสเตอร์
คุณลักษณะสมบัติของมอสเฟต
กราฟคุณสมบัติของ D-MSFET เป็นกราฟบอกคุณสมบัติการทำงาน เมื่อจ่ายแรงดันไบอัสให้
วงจร D-MOSFET ในระดับที่แตกต่างกันทำให้เกิดกระแส ID และแรงดันตกคร่อม VDS เปลี่ยนแปลงไป เมื่อ
ปรับเปลี่ยนแรงดัน ที่ตกคร่อมขา G กับขา S (VGS) เป็นลำดับ
72
1.กราฟ D-MOSFET ชนิด N-Channel
(ก) วงจร (ข) กราฟคุณสมบัติ
รูปที่ 3.23 การหากราฟคุณสมบัติของ D-MOSFET ชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.23 แสดงหาการหากราฟคุณสมบัติของ D-MOSFET ชนิด N-Channel และกราฟ
คุณสมบัติเพื่อหาค่ากระแส ID แรงดัน VDS และ VGS กราฟคุณสมบัติหาได้โดยกำหนดให้แรงดัน VGS มี
ค่าคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา ทำการปรับเปลี่ยนระดับแรงดัน VDS เป็นลำดับจากค่าน้อยไปค่ามาก ทำให้เกิด
กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลง วัดและบันทึกค่าแรงดัน VDS และกระแส ID ไว้เป็นลำดับทำการปรับเปลี่ยน
แรงดัน VGS ไปอีกระดับหนึ่ง และปรับเปลี่ยนระดับแรงดัน VDS เป็นลำดับจากค่าน้อยไปค่ามาก ทำให้กระแส
ID ไหลเปลี่ยนแปลงไปอีกระดับหนึ่ง ทำเช่นนี้หลายๆ ค่าเมื่อนำมาเขียนกราฟคุณสมบัติได้กราฟคุณสมบัติ
ออกมาดังรูปที่ 3.23 (ข)
กระแส IDSS ในกราฟคุณสมบัติคือ ค่ากระแสอิ่มตัวที่ไหลระหว่างเดรนและซอร์สขณะงดจ่ายแรงดัน
ไบแอสใหเกต หรือเมื่อค่าแรงดัน VGS เป็นศูนย์โวลต์
2.กราฟ D-MOSFET ชนิด P-Channel
(ก) วงจร (ข) กราฟคุณสมบัติ
73
รูปที่ 3.24 การหากราฟคุณสมบัติของ D-MOSFET ชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.24 แสดงหาการหากราฟคุณสมบัติของ D-MOSFET ชนิด P-Channel และกราฟ
คุณสมบัติเพื่อหาค่ากระแส ID แรงดัน VDS และ VGS กราฟคุณสมบัติหาได้ในลักษณะเดียวกันกับ D-
MOSFET ชนิด N-Channel แตกต่างกันที่ขั้วจ่ายแรงดันที่จ่ายให้วงจรต้องเป็นขั้วตรงข้าม คือ จ่ายแรงดัน
VDD ให้ขา D เป็นลบให้ขา S เป็นบวกและจ่ายแหล่งจ่ายแรงดัน VGG ให้ขา G เป็นบวกเทียบกับขา S ทำการ
ทดลองหาค่ากระแส ID แรงดัน VDS และ VGS หาได้ในลักษณะเดียวกัน นำค่าที่วัดได้มาเขียนกราฟคุณสมบัติ
ได้กราฟคุณสมบัติออกมาดังรูป 3.24 (ข)
3.กราฟ E-MOSFET ชนิด N-Channel
(ก) วงจร (ข) กราฟคุณสมบัติ
รูปที่ 3.25 การหากราฟคุณสมบัติของ E-MOSFET ชนิด N-Channel
จากรูปที่ 3.25 แสดงหาการหากราฟคุณสมบัติของ E-MOSFET ชนิด N-Channel และกราฟ
คุณสมบัติเพื่อหาค่ากระแส ID แรงดัน VDS และ VGS กราฟคุณสมบัติหาได้โดยกำหนดให้แรงดัน VGS มี
ค่าคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา ทำการปรับเปลี่ยนระดับแรงดัน VDS เป็นลำดับจากค่าน้อยไปค่ามาก ทำให้เกิด
กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลง มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับแรงดัน VDS ทำการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน
VGS หลาย ๆ ค่าจะได้กระแส ID และแรงดัน VDS หลายค่า นำค่าที่ได้มาเขียนกราฟคุณสมบัติได้กราฟ
คุณสมบัติออกมาดังรูปที่ 3.25 (ข)
74
4.กราฟ E-MOSFET ชนิด P-Channel
(ก) วงจร (ข) กราฟคุณสมบัติ
รูปที่ 3.26 การหากราฟคุณสมบัติของ E-MOSFET ชนิด P-Channel
จากรูปที่ 3.26 แสดงหาการหากราฟคุณสมบัติของ E-MOSFET ชนิด P-Channel และกราฟ
คุณสมบัติเพื่อหาค่ากระแส ID แรงดัน VDS และ VGS กราฟคุณสมบัติหาได้ในลักษณะเดียวกันกับ E-MOSFET
ชนิด N-Channel แตกต่างกันที่ขั้วจ่ายแรงดันที่จ่ายให้วงจรต้องเป็นขั้วตรงข้าม คือจ่ายแรงดัน VDD ให้ขา D
เป็นลบให้ขา S เป็นบวกและจ่ายแหล่งจ่ายแรงดัน VGG ให้ขา G เป็นลบเทียบกับขา S ทำการทดลองหา
ค่ากระแส ID แรงดัน VDS และ VGS หาได้ในลักษณะเดียวกัน นำค่าที่วัดได้มาเขียนกราฟคุณสมบัติได้กราฟ
คุณสมบัติออกมาดังรูป 3.26 (ข)
3.2.3 การจัดวงจรไบแอสดีมอสเฟต
การจัดวงจรไบแอสให้มอสเฟตเป็นการจัดวงจรจ่ายแรงดันไบแอสที่ถูกต้องให้มอสเฟตเพอให้
ื่
มอสเฟตสามารถทำงานนำกระแสได้ลักษณะและแบบวงจรไบแอสของมอสเฟตแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดด้วยกัน
คือ
1. ไบแอสคงที่ (Fixed Bias)
2. ไบแอสตัวเอง (Self Bias)
3. ไบแอสแบบแบ่งแรงดัน (Voltage Divider Bias)
วงจรไบแอสทั้ง 3 ชนิดสามารถนำไปใช้งานได้กับมอสเฟต ทั้งดีพลีชันมอสเฟต (D-MOSFET )
และเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต (E-MOSFET) แต่ต้องกำหนดศักย์และค่าแรงดันที่ถูกต้องเหมาะสมให้กับวงจร
มอสเฟตก็สามารถทำงานตามที่ต้องการได้
75
1. วงจรไบแอสคงที่ของดีพลีชันมอสเฟต
็
วงจรไบแอสคงที่ของดีพลีชันมอสเฟต ทั้งชนิดเอนแชนแนลและชนิดพีแชนแนล ต้องจัด
แรงดันไบแอสให้ถูกต้อง คือจ่ายไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายไบแอสกลับ ให้ขาเดรนและขาเกตเทียบกับขาซอร์
สเสมอ ดีพลีชัน มอสเฟตจึงสามารถทำงานได้การจัดวงจรวงจรไบแอสคงที่ของดีพลีชันมอสเฟต แสดงดังรูปที่
3.27
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิด P-Channel
รูปที่ 3.27 วงจรไบแอสคงที่แบบเบื้องต้นของดีพลีชันมอสเฟต (D-MOSFET)
จากรูปที่ 3.27 เป็นวงจรไบแอสคงที่แบบเบื้องต้นของดีพลีชันมอสเฟตทั้งชนิดเอ็นแชนแนลและชนิดพ ี
แชนแนล การจัดวงจรไบแอสมีแรงดัน VGG ค่าคงที่จ่ายเป็นไบแอสกลับให้ขาเกต โดยผ่านตัวต้านทาน R1
จำกัดค่าแรงดันตกคร่อมให้ขาเกตเกิดแรงดัน VGS เป็นแรงดันไบแอสให้ขาเกตกับขาซอร์สควบคุมให้ดีพลีชัน
มอสเฟตทำงาน มีกระแส ID ไหลคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา ถ้ามีสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับป้อนเข้ามาที่อินพต
ุ
ิ่
ของขาเกต (Ei) จะทำให้ระดับแรงดัน VGS เปลี่ยนแปลงเพมขึ้นหรือลดลง เป็นผลต่อกระแส ID ที่ไหลในวงจร
เปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามไปด้วย เกิดศักย์ไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน R2 เป็นสัญญาณไฟฟา
้
กระแสสลับส่งออกเอาต์พุต (Eo)
2. วงจรไบแอสตัวเองของดีพลีชันมอสเฟต
วงจรไบแอสตัวเองของดีพลีชันมอสเฟตทั้งชนิดเอนแชนแนลและชนิดพีแชนแนล ต้องจัด
็
แรงดันไบแอสให้ถูกต้องคือจ่ายไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายไบแอสกลับ ให้ขาเดรนและขาเกตเทียบกับขาซอร์
สเสมอ ดีพลีชันมอสเฟตจึงสามารถทำงานได้การจัดวงจรวงจรไบแอสตัวเองของดีพลีชันมอสเฟต แสดงดังรูปที่
3.28
76
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิด P-Channel
รูปที่ 3.28 วงจรไบแอสตัวเองเบื้องต้นของดีพลีชันมอสเฟต
จากรูปที่ 3.28 แสดงวงจรไบแอสตัวเองเบื้องต้นของดีพลีชันมอสเฟตทั้งชนิดเอนแชนแนลและชนิดพ ี
็
แชนแนล จากวงจรใช้แหล่งจ่ายแรงดัน VDD เพียงชุดเดียว มีตัวต้านทาน R1 ต่อระหว่างขาเกตกบักราวด์ทำ
หน้าที่กำหนดค่าแรงดันให้ขาเกตมีค่าพอเหมาะ ส่วนตัวต้านทาน R3 ที่ต่อระหว่างขาซอร์สกับกราวดท์ ทำ
หน้าที่กำหนดแรงดันให้ขาซอร์ส เมื่อเทียบศักย์ไฟฟ้าระหว่างขาเกตกับขาซอร์สจะได้แรงดัน VGS จ่ายเป็น
ไบแอสกลับให้ขาเกตเทียบกับขาซอร์ส ถ้าเป็นดีพลีชันมอสเฟตชนิดเอ็นแชนแนล แรงดัน VGS ที่ขาเกตมีศักย์
เป็นลบ ที่ขาซอร์สมีศักย์เป็นบวก ถ้าเป็นดีพลีชันมอสเฟตชนิดพีแชนแนล แรงดัน VGS ที่ขาเกตมีศักย์เป็นบวก
ที่ขาซอร์สมีศักย์เป็นลบ เป็นแรงดันคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา เกิดกระแส ID ไหลผ่านขาเดรนกับขาซอร์สคงที่
ตลอดเวลาเช่นกัน เมื่อมีสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับป้อนเข้ามาทางอินพุต (Ei) ทำให้ระดับแรงดัน VGS
เปลี่ยนแปลงควบคุมให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลง มีแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน R2 เปลี่ยนแปลง ได้
สัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับส่งออกเอาต์พุต (Eo) ในขณะที่กระแส ID ไหลผ่านวงจรเกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดัน
ที่ตกคร่อม R3 ตามไปด้วย ดังนั้นจึงต้องใส่ตัวเก็บประจุ C3 เพื่อกำจัดสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่ต้องการ
ทิ้ง เหลือเฉพาะแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงตกคร่อมตัวต้านทาน R3 ทำให้อัตราการขยายสัญญาณของวงจร
เพิ่มขนเกิดความคงที่ในการขยายสัญญาณ
ึ้
3. วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันของดีพลีชันมอสเฟต
วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันของดีพลีชันมอสเฟตทั้งชนิดเอ็นแชนแนลและชนิดพีแชนแนล มี
ลักษณะการจัดแรงดันไบแอสให้ขาต่างๆ เหมือนวงจรไบแอสช่วยของดีพลีชัน มอสเฟตการจัดวงจรมีส่วนที่
77
ั
แตกต่างคือ มีตัวต้านทาน R1, R2 ถูกจัดเป็นวงจรแบ่งแรงดันช่วยให้วงจรมีความคงที่มากขึ้น และเพิ่มอตรา
การขยายสัญญาณในวงจรมากขน วงจรวงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันของดีพลีชันมอสเฟต แสดงดังรูปที่ 3.29
ึ้
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิด P-Channel
รูปที่ 3.29 วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันเบื้องต้นของดีพลีชันมอสเฟต
จากรูปที่ 3.29 แสดงวงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันเบื้องต้นของดีพลีชันมอสเฟต ทั้งชนิดเอ็นแชนแนล
และชนิดพีแชนแนล มีตัวต้านทาน R1 และ R2 ต่อเป็นวงจรแบ่งแรงดัน ตัวต้านทาน R1 ทำหน้าที่จ่ายแรงดัน
ไบแอสกลับให้ขาเกต ส่วนตัวต้านทาน R2 ทำหน้าที่จำกัดกระแสที่ไหลผ่านวงจร ทำให้เกิดศกย์ไฟฟาตกคร่อม
้
ั
ขาเกตเทียบกับกราวด์ (VG) ชนิดเอ็นแชนแนล VG เป็นบวก ชนิดพีแชนแนล VG เป็นลบ ดีพลีชันมอสเฟต
ทำงานมีกระแส ID ไหลผ่านตัวต้านทาน R4 เกิดศักย์ตกคร่อมตัวต้านทาน R4 เทียบกับกราวด์ (VS) ถ้าเป็น
ชนิดเอ็นแชนแนล VS เป็นบวกมีศักย์สูงกว่าศักย์บวกที่ VG เกิดเป็นศักย์ VGS ที่ขาเกตเป็นลบที่ขาซอร์สเป็น
บวก ส่วนชนิดพีแชนแนล VS เป็นลบมีศักย์สูงกว่าศักย์ลบที่ VG เกิดเป็นศักย์ VGS ที่ขาเกตเป็นบวกทขาซอร์ส
ี่
เป็นลบ แรงดัน VGS ที่ได้มีลักษณะเป็นไบแอสกลับป้อนให้ขาเกตของดีพลีชันมอสเฟต ตัวต้านทาน R3 เป็น
ภาระรับสัญญาณตกคร่อมส่งออกเอาต์พุต (Eo) ตัวเก็บประจุ C3 ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันที่ขาซอร์ส (VS) ให้
คงที่เพื่อควบคุมอัตราการขยายสัญญาณของวงจรให้การทำงานมีความคงที่ตลอดเวลา
3.2.4 การจัดวงจรไบแอสอีมอสเฟต
1. วงจรไบแอสคงที่ของเอนฮานซ์มอสเฟต
วงจรไบแอสคงที่ของเอนฮานซ์มอสเฟตทั้งชนิดเอ็นแชนแนลและชนิดพีแชนแนล ต้องจัด
แรงดันไบแอสให้ถูกต้อง คือจ่ายไบแอสตรงให้ขาซอร์ส จ่ายไบแอสกลับให้ขาเดรนและขาเกตเทียบกับขาซอร์ส
เสมอ เอนฮานซ์มอสเฟตจึงสามารถทำงานได้การจัดวงจรวงจรไบแอสคงที่ของเอนฮานซ์มอสเฟต แสดงดังรูปที่
3.30
78
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิด P-Channel
รูปที่ 3.30 วงจรไบแอสคงที่แบบเบื้องต้นของเอนฮานซ์มอสเฟต (E-MOSFET)
รูปที่ 3.30 เป็นวงจรไบแอสคงที่แบบเบื้องต้นของเอนฮานซ์มอสเฟต (E-MOSFET) ทั้งชนิด
เอ็นแชนแนลและชนิดพีแชนแนลการจัดไบแอสมีแหล่งจ่าย VGG จ่ายแรงดันคงที่เป็นไบแอสตรงให้ขาเกตโดย
ผ่านตัวต้านทาน R1 เป็นตัวจำกัดค่าแรงดันให้ขาเกตเกิดแรงดัน VGS เป็นแรงดันไบแอสให้ขาเกตกับขาซอร์ส
ควบคุมให้เอนฮานซ์มอสเฟตทำงาน มีกระแส ID ไหลคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา ถ้ามีสัญญาณไฟกระแสสลับ
ุ
ป้อนเข้ามาทางอินพต (Ei) สัญญาณไฟกระแสสลับนี้จะทำให้ระดับแรงดัน VGS เปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลง
เป็นผลต่อกระแส ID ที่ไหลในวงจรเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามไปด้วย เกิดศักย์ไฟฟ้าตกคร่อมตัว
ต้านทาน R2 เป็นสัญญาณไฟกระแสสลับส่งออกเอาต์พุต (Eo)
แรงดัน VGS ที่ตกคร่อมขาเกตและขาซอร์สมีผลต่อการทำงานของเอนฮานซ์มอสเฟตโดยตรง เพราะ
เอนฮานซ์มอสเฟต ขณะจ่ายแรงดันไบแอสให้เฉพาะขาเดรนและขาซอร์ส โดยไม่จ่ายแรงดันไบแอสให้ขาเกต
เอนฮานซ์มอสเฟตจะไม่นำกระแส แรงดัน VGS จึงทำหน้าที่เป็นตัวกำหนดการนำกระแสของเอนฮานซ์มอส
เฟต
2. วงจรไบแอสตัวเองของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต
ี
วงจรไบแอสตัวเองของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟตทั้งชนิดเอนแชนแนลและชนิดพแชนแนล ต้อง
็
จัดแรงดันไบแอสให้กับขาต่างๆ เหมือนกับการจัดวงจรไบแอสคงที่ของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต ทุกประการ
แตกต่างเพียงใช้อุปกรณ์ประกอบร่วมในวงจรและการจัดวงจรที่เปลี่ยนแปลงไป วงจรไบแอสตัวเองของเอน
ฮานซ์เมนต์มอสเฟตแสดงดังรูปที่ 3.31
79
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิด P-Channel
รูปที่ 3.31 วงจรไบแอสตัวเองเบื้องต้นของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต
จากรูปที่ 3.31 แสดงวงจรไบแอสตัวเองของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟตทั้งชนิดเอ็นแชนแนลและชนิดพ ี
แชนแนล มีตัวต้านทาน R1 ต่อระหว่างขาเกตกับขาเดรน เพื่อกำหนดแรงดันไบแอสตรงจ่ายให้ขาเกต (VG)
ชนิดเอ็นแชนแนล VG เป็นบวกและชนิดพีแชนแนล VG เป็นลบ เอนฮานซ์เมนต์มอสเฟตทำงานนำกระแส มี
กระแส ID ไหลผ่านขาซอร์สและตัวต้านทาน R3 เกิดศักย์ไฟฟ้าตกคร่อม R3 คือแรงดัน VS ออกมาเกิดการ
เปรียบเทียบศักย์ไฟฟากันระหว่างแรงดัน VG และ VS ได้แรงดัน VGS ออกมาเป็นแรงดันไบแอสตรงให้ขาเกต
้
เทียบกับขาซอร์ส แรงดัน VGS ของเอ็นแชนแนลที่ขาเกตเป็นบวกที่ขาซอร์สเป็นลบ และแรงดัน VGS ของพ ี
แชนแนล ที่ขาเกตเป็นลบที่ขาซอร์สเป็นบวก ควบคุมให้กระแส ID ไหลในวงจรคงที่ตลอดเวลา เมื่อมี
สัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับป้อนเข้ามาทางอินพุต (Ei) ทำให้ระดับแรงดัน VGS เปลี่ยนแปลงควบคุมให้กระแส
ID ไหลเปลี่ยนแปลง เกิดศักย์ตกคร่อมตัวต้านทาน R2 ตัวต้านทาน R2 เป็นภาระรับสัญญาณไฟฟ้ากระแสลับ
ส่งออกเอาต์พุต (Eo) ขณะที่กระแส ID ไหลผ่านวงจรเกิดการเปลี่ยนแปลง จะทำให้ศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมขา
เดรนกับกราวด์ (VD) และศักย์ที่ตกคร่อมตัวต้านทาน R3 (VS) เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย ส่งผลให้แรงดัน VGS
เปลี่ยนแปลง จึงใส่ตัวเก็บประจุ C3 เพื่อกำจัดสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับที่ขาซอร์สทิ้งลงกราวด์เหลือเฉพาะ
แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงตกคร่อมตัวต้านทาน R3 มีค่าคงที่ช่วยทำให้อัตราการขยายสัญญาณของวงจรเพิ่มขึ้น
เกิดความคงที่ในการขยายสัญญาณ
3. วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดนัของเอนฮานซ์เมนตม์อสเฟต
วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต ทั้งชนิดเอ็นแชนแนลและชนิดพ ี
แชนแนล มีการจ่ายแรงดันไบแอสเหมือนวงจรไบแอสตัวเองของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟตแต่มีความแตกต่างใน
ส่วนของการจัดวงจรของอุปกรณ์ร่วม เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการทำงานของวงจรสูงขึ้น การจัดวงจร
ไบแอสแบบแบ่งแรงดันของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต แสดงดังรูปที่ 3.32
80
(ก) ชนิด N-Channel (ข) ชนิด P-Channel
รูปที่ 3.32 วงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันเบื้องต้นของเอนฮานซ์เมนตม์อสเฟต
จากรูปที่ 3.32 แสดงวงจรไบแอสแบบแบ่งแรงดันเบื้องต้นของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต ทั้งชนิด
เอ็นแชนแนลและชนิดพีแชนแนล มีตัวต้านทาน R1 และ R2 ต่อเป็นวงจรแบ่งแรงดัน ตัวต้านทาน R1 ทำ
หน้าที่จ่ายแรงดันไบแอสตรงให้ขาเกต ส่วนตัวต้านทาน R2 ทำหน้าที่จำกัดกระแสที่ไหลผ่านวงจร ทำให้เกิด
ศักย์ไฟฟ้าตกคร่อมขาเกตเทียบกับกราวด์ (VG) ชนิดเอ็นแชนแนล VG เป็นบวก ชนิดพีแชนแนล VG เป็นลบ
เอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต เมื่อนำกระแสจะมีกระแส ID ไหลผ่าน R4 เกิดศกย์ไฟฟ้าตกคร่อม R4 เทียบกบักราวด์
ั
(VS) ถ้าเป็นชนิดเอ็นแชนแนล VS เป็นบวก มีศักย์บวกต่ำกว่าศักย์บวกที่ VG เกิดการเปรียบเทียบศักย์ไฟฟา
้
ออกมาเป็นแรงดัน VGS ที่ขาเกตเป็นบวกที่ขาซอร์สเป็นลบ ส่วนชนิดพีแชนแนล VS เป็นลบมีศักย์ลบต่ำกว่า
ศักย์ลบที่ VG เกิดการเปรียบเทียบศักย์ไฟฟ้าออกมาเป็นแรงดัน VGS ที่ขาเกตเป็นลบที่ขาซอร์สเป็นบวก ได้
แรงดัน VGS เป็นไบแอสตรงป้อนให้ขาเกตของเอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต ตัวต้านทาน R3 เป็นภาระรับสัญญาณ
ตกคร่อมเป็นสัญญาณส่งออกเอาต์พุต (Eo) ตัวเก็บประจุ C3 ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันที่ขาซอร์ส (VS) ให้คงที่
เพื่อควบคุมอัตราขยายสัญญาณของวงจรให้การทำงานมีความคงทตลอดเวลา
ี่
3.2.5 การอ่านคู่มือเจเฟตและการแปลความหมาย
เนื่องจากมอสเฟตมีมากมายหลายเบอร์ในที่นี้ขอยกตัวอย่างเบอร์ EC-10 N16/20 & EC-10 P16/20
ซึ่งมีรายละเอียดเบื้องต้น ดังนี้
ข้อมูลทั่วไปของมอสเฟต คือ EC-10 N16/20 เป็นมอสเฟตชนิด N-Channel และ EC-10 N16/20
เป็นมอสเฟตชนิด N-Channel ที่นำไปใช้ในวงจรขยายเสียง มีตัวถังแบบ TO
81
EC-10 N16/20 & EC-10P16/20
HIGH POWER 125W
HIGH QUALITY AUDIO AMPLIFIER APPLICATIONS
N & P CHANNEL LATERAL MOSFETs
รูปที่ 3.33 ตัวถังและตำแหน่งขา
ตารางที่ 3.3 พิกัดสูงสุดของมอสเฟต เบอร์EC-10 N16/20
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (EC-10)16 (EC-10)20
(TC=25°C unless otherwise stated)
V Drain – Source Voltage 160V 200V
DSX
V Gate – Source Voltage ±14
GSS
I Continuous Drain Current 8A
D
I D(PK) Body Drain Diode 8A
P Total Power Dissipation @ (T case = 25°) 125W
D
T Storage Temperature Range -55 to 150°C
stg
82
T Maximum Operating Junction Temperature 150°C
j
R0JC Thermal Resistance Junction case 1.0°C/W
จากตารางที่ 3.3 พบว่า
ั
1. ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ เดรน – ซอร์สสูงสุด (VDS) เท่ากบ 160 V
2. ค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เกต - ซอร์สสูงสุด (VGS) เท่ากบ ±14 V
ั
ั
3. กระแสเดรนไหลต่อเนื่องสูงสุด (ID) เท่ากบ 8 A
4. กำลังสูญเสียรวมสูงสุดที่อุณหภูมิห้อง 25º (PD) เท่ากบ 125W
ั
5. อุณหภูมิที่รอยต่อขณะใช้งานอยู่ในช่วง -55 ถึง +150 องศาเซลเซียส
ี่
ตารางท 3.4 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของมอสเฟต เบอร์EC-10 N16/20
STATIC CHARACTERISTICS (TC=25°C unless otherwise stated)
Characteristic Test Conditions MIN TYP MAX UNIT
BV Drain – Source VGS=-10V (EC-10)16 160 V
DSX
Breakdown Voltage ID=10mA (EC-10)20 200 V
BV Gate – Source VDS=0 IG=±100µA ±14 V
GSS
Breakdown Voltage
V GS(OFF) Gate – Source Cut-off VDS=10V ID=100mA 0.15 1.5 V
Voltage
V DS(SAT)* Drain– Source VGD=0 ID=8A 12 V
Saturation Voltage
I Drain– Source Cut-off VDS=160V
DSX
Current (EC-10)16 10
VGS=-10V mA
VDS=200V 10
(EC-10)20
Yfs* Forward Transfer VDS=10V ID=3A 0.7 2 S
Admittance
83
จากตารางที่ 3.4 พบว่า
1. ค่าพิกัดแรงดันเบรกดาวน์ที่ เดรน - ซอร์ส (BVDS) ต่ำสุด 160 V
2. ค่าพิกัดแรงดันเบรกดาวน์ที่ เกต - ซอร์ส (BVGS) ต่ำสุด 200 V
3. ค่าพิกัดแรงดัน เกต – ซอร์สคัตออฟ (VGS(OFF)) ผู้ผลิตจะบอกมา 2 ค่ามาให้คือค่าต่ำสุด คือ
0.15 V และค่าสูงสุดคือ 1.5 V
4. ค่าพิกัดแรงดัน เดรน – ซอร์ส (VDS(SAT)) ในสภาวะอิ่มตัวสูงสุด 12 V
5. ค่าพิกัดกระแสเดรน – ซอร์สคัตออฟ (IDS) สูงสุด 10 mA
ั
6. ค่าอตราขยายความนำฟอร์เวิด (Forward Transfer Admittance) ใช้อักษรย่อ Yfs ณ จุดทดสอบ
ั
ป้อนแรงดัน VDS เท่ากับ 10 V กระแส ID เท่ากับ 3A จะได้ค่าอตราขยายความนำฟอร์เวิดต่ำสุด 0.7 ซีเมนต์
(S) และค่าสูงสุด 2 ซีเมนต์ (S)
ตารางที่ 3.5 ลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของมอสเฟต เบอร์EC-10 N16/20
DYNAMIC CHARACTERISTICS (TC=25°C unless otherwise stated)
Characteristic Test Conditions N-Channel P-Channel UNIT
Ciss Input Capacitance 500 700
Coss Output Capacitance VDS=10V 300 300 pF
Crss Reverse Transfer F=1MHz 10 25
Capacitance
t on Ture-on Time VDS=20V 100 120 ns
t off Ture-off Time ID=7A 50 60
จากตารางที่ 3.5 พบว่า
ค่าความจุ (Ciss) ทางด้านอินพุตที่เกิดขึ้นเมื่อต่อวงจรถ้าเป็นชนิด N-Channel คือ 500 pF และถ้า
เป็นชนิด P-Channel คือ 700 pF
ค่าความจุ (Coss) ทางด้านเอาต์พุตที่เกิดขึ้นเมื่อต่อวงจร ทั้งชนิด N-Channel ชนิด P-Channel คือ
300 pF
3.2.6 การนำมอสเฟตไปประยุกต์ใช้งาน
1.วงจรมอสเฟตสวิตช์
สวิตช์มอสเฟต (MOSFET Switch) เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งใช้ MOSFET เป็น
อุปกรณ์หลักในการทำงาน การจัดวงจรแสดงดังรูปที่ 5.20
84
(ก) วงจร (ข) สัญญาณ
รูปที่ 3.34 วงจรสวิตช์มอสเฟต (MOSFET Switch)
จากรูปที่ 3.34 แสดงวงจรสวิตช์ D-MOSFET ชนิด N–Channel และสัญญาณที่วัดได้การทำงานของ
ั
วงจรคือในช่วงเวลา t0 – t1 ไม่มีสัญญาณพลส์ใดๆ ป้อนเข้ามาที่อินพุต Ei ขา G ไม่มีไบแอสจ่ายให้ทำให้ D–
MOSFET ชนิด N–Channel นำกระแส มีกระแส ID ไหลผ่านค่าสูงสุด D–MOSFET ทำงานถึงจุดอิ่มตัวเป็น
สวิตช์ต่อวงจร (ON) ในช่วงเวลา t1 – t2 มีสัญญาณพัลส์ลบป้อนเข้ามาที่อินพุต Ei ทำให้ได้รับไบแอสกลับที่
รอยต่อขา G กับขา S (VGS) เกิดการเหนี่ยวนำสนามไฟฟ้าระหว่างรอยต่อขา D และขา S ให้มีคุณสมบัติเป็น
สารกึ่งตัวนำชนิดตรงข้ามกับสารกึ่งตัวนำที่ขา D กับขา S เกิดแรงต้านการไหลของกระแส ID กระแส ID หยุด
ไหล D–MOSFET ทำงานถึงจุดคัตออฟ เป็นสวิตช์ในสภาวะตัดวงจร (OFF)
85
2. วงจรขยายสัญญาณมอสเฟต
รูปที่ 3.35 วงจรขยายสัญญาณเสียงใช้มอสเฟต
จากรูปที่ 3.35 วงจรขยายสัญญาณเสียงใช้มอสเฟตทำหน้าที่ขยายกำลังทำงานร่วมกับไบโพลาร์
ทรานซิสเตอร์การทำงานทางอินพุตถูกป้อนผ่านตัวเก็บประจุ C2 โดยใช้ทรานซิสเตอร์ Q1 กับ Q2 ที่ต่อกัน
แบบดาริงตัน (Darlington) ทำหน้าที่เป็นปรีแอมป์ขยายสัญญาณเสียงทางอินพุต ส่วนวงจรด้านเอาต์พุตใช้
เพาว์เวอร์มอสเฟต (Power MOSFET) ทรานซิสเตอร์ Q3 กับ Q4 สัญญาณถูกขยายเป็นเอาต์พุตผ่านทางตัว
เก็บประจุ C4 ออกไปยังลำโพง
3.2.7 การวัดและทดสอบมอสเฟต
การทดสอบมอสเฟตด้วยโอห์มมิเตอร์ โดยใช้มัลติมิเตอร์ยี่ห้อ SANWA รุ่น YX-361TR เริ่มแรกให้จับ
ตัวมอสเฟตหงายขึ้นแสดงดังรูปที่ 7-13
86
(ก) รูปร่างมอสเฟต (ข) ตำแหน่งขามอสเฟต
รูปที่ 3.36 แสดงรูปร่างและตำแหน่งขามอสเฟต
กรณีที่ทราบตำแหน่งขาการวัดนี้เป็นตัวอย่างการวัดมอสเฟตชนิด N-Channel เบอร์ 10N16 โดย
ปรับย่านวัดโอห์มมิเตอร์ไว้ที่ย่านวัด Rx1k ทำการปรับศูนย์โอห์มและทำการวัดโดยมีขั้นตอนดังนี้
ลำดับที่ 1 ทำการวัดระหว่างขาเกต กับขาซอร์ส โดยตั้งมัลติมิเตอร์ย่านวัดโอห์ม Rx1k วัดสลับสายไป
มาจะต้องได้ค่าความต้านทานสูงมากอินฟินิตี้ (∞) ทั้งสองครั้ง
รูปที่ 3.37 แสดงการวัดระหว่างขา G กับขา S
ลำดับที่ 2 ทำการวัดระหว่างขาเดรน กับขาซอร์ส โดยตั้งย่านวัดโอห์ม Rx1 โดยต่อสายสีแดงที่ขา
ซอร์สและสายสีดำที่ขาเดรนผลการวัดเข็มมิเตอร์ไม่ตีขึ้นจากนั้นย้ายสายสีดำจากขาเดรนไปแตะที่ขาเกต แล้ว
87
ย้ายสายสีดำกลับมาแตะที่ขาเดรนอีกครั้งผลการวัดเข็มมิเตอร์จะตีขึ้นเกือบสุดสเกลจากนั้นค่อยๆ ลดลงจนสุด
แสดงดังรูปที่ 3.38
รูปที่ 3.38 แสดงการวัดระหว่างขา S กับขา D และวัดระหว่างขา S กับขา G
ลำดับที่ 3 ทำการวัดระหว่างขาเดรนกับขาซอร์สผลการวัดเข็มมิเตอร์จะขึ้นข้างไม่ขึ้นข้าง หรือวัดได้
ความต้านทานต่ำข้างหนึ่งและสลับอีกด้านหนึ่งค่าความต้านทานสูงมากเป็นอินฟินิตี้ (∞) และถ้าขั้นตอนใดไม่
เป็นไปตามนี้แสดงว่ามอสเฟตเสีย ส่วนการวัดมอสเฟตชนิด P-Channel จะทำการวัดได้เช่นเดียวกับชนิด N-
Channel เพียงสลับสายวัดเท่านั้นก็จะให้ผลเหมือนกัน
กรณีไม่ทราบขามอสเฟตการวัดหาขาต่าง ๆ ของมอสเฟตทำได้ดังนี้
ลำดับที่ 1 การวัดหาขาเกต ให้ตั้งมัลติมิเตอร์ไปที่ย่านการวัดค่าความต้านทาน Rx1k หรือ Rx10k ทำ
การวัดขาของมอสเฟตทีละคู่จนครบ 6 ครั้งจะพบว่ามีอยู่ 1 คู่ที่ไม่ว่าจะวัดอย่างไรก็จะมีความต้านทานต่ำนั้น
หมายความว่าขาคู่นั้นคือขาเดรน และขาซอร์ส ส่วนขาที่เหลือคือ ขาเกต เพราะมอสเฟตถูกสร้างให้ขาเกตเป็น
ขาลอยคือไม่มีการต่อขาเกตเขากับเนื้อสารใดๆ ดังนั้น เมื่อวัดเทียบกับขาอื่นๆ เข็มมิเตอร์จึงไม่ตีขน
้
ึ้
ลำดับที่ 2 การหาขาเดรน และขาซอร์ส ตั้งมัลติมิเตอร์ไปที่ย่านการวัดค่าความต้านทาน Rx1k หรือ
Rx10k วัดคร่อมไปที่ขาเดรน และขาซอร์ส เข็มมิเตอร์จะตีขึ้น จากนั้นให้ย้ายสายวัดสายใดสายหนึ่งไปแตะที่ขา
เกต แล้วนำกลับมาจับที่ขาเดิมแล้วสังเกตเข็มของมิเตอร์ดังนี้ คือ ถ้าค่าความต้านทานที่วัดได้มีค่าลดลงจากเดิม
88
จนใกล้ศูนย์แสดงว่า ขานั้นคือขาเดรน และถ้าค่าความต้านทานที่วัดได้มีค่าเพิ่มขึ้นจากเดิม แสดงว่าขานั้นคือ
ขาซอร์ส
การวัดมอสเฟตว่า ดีหรือเสีย โดยลักษณะอาการเสียของมอสเฟตมีอยู่ 3 แบบ คือ
่
แบบที่ 1 โครงสร้างภายในลัดวงจรลักษณะแบบนี้เมื่อทำการวัด 6 ครั้งจะมีมากกว่า1 คู่ที่มีคา
ึ้
ความต้านทานต่ำหรือเข็มตีขนมากกว่า 1 คู่
แบบที่ 2 โครงสร้างภายในขาดลักษณะแบบนี้เมื่อทำการวัด 6 ครั้ง จะไม่มีคู่ใดเลยที่วัดแล้วมี
ค่าความต้านทานต่ำหรือเข็มมิเตอร์ไม่ตีขึ้นเลย
แบบที่ 3 โครงสร้างภายในบกพร่องโดยวัดคร่อมที่ขาเดรน และขาซอร์ส จำนวน 1 ครั้ง เข็ม
ี
มิเตอร์ชี้ค่าความต้านทานต่ำจากนั้นนำสายวัดที่ขาเดรน มาแตะที่ขาเกต แล้วนำกลับไปแตะที่ ขาเดรน อกครั้ง
ให้สังเกตเข็มมิเตอร์ถ้าค่าความต้านทานมีค่าลดลงจากเดิมจนถึงใกล้กับศูนย์ จากนั้นเข็มมิเตอร์จะค่อยๆ ตีขึ้น
ค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นจนใกล้เท่าเดิมแสดงว่า มอสเฟตตัวนั้นดี แต่ถ้าแตะที่ขาเกตแล้วค่าความต้านทานไม่
เปลี่ยนแปลงแสดงว่า มอสเฟตตัวนั้นโครงสร้างภายในเสีย
สรุป
มอสเฟตเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานโดยใช้แรงดันจำนวนน้อยในรูปสนามไฟฟ้าไปควบคุม
กระแส มี 3 ขา คือขาเกต (G) ขาเดรน (D) และขาซอร์ส (S) มี 2 แบบคือ D-MOSFET กับ E-MOSFET และ
แบ่งย่อยได้ 2 ชนิด คือ ชนิด P-Channel และ N-Channel ในการจ่ายแรงดันไบแอสให้มอสเฟตจะต้องจ่าย
แรงดันไบแอสตรงให้ขา S จ่ายแรงดันไบแอสกลับให้ขา D กับขา G เทียบกับขา S
การจัดวงจรไบแอสให้มอสเฟตแบ่งได้ 3 แบบ คือ ไบแอสคงที่ (Fixed Bias) ไบแอสตัวเอง (Self Bias)
และไบแอสแบ่งแรงดัน (Voltage Divider Bias) การนำมอสเฟตไปต่อวงจรใช้งานจำเป็นที่จะต้องศึกษา
เกี่ยวกับรายละเอยดข้อมูลทางไฟฟาที่เกี่ยวข้องกบตัวของมอสเฟต จากคู่มือ (Data Sheet) เพื่อจะได้ทราบค่า
ั
้
ี
ต่างๆ เช่น ค่าแรงดันที่ขาเกตกับขาซอร์ส (VGS) แรงดันสูงสุดที่ขาเดรนกับขาเกต (VDG) แรงดันเกต –
ซอร์สคัตออฟ (VGS(OFF)) ค่ากระแสเดรน – ซอร์สคัตออฟ (IDS) สูงสุด ค่ากำลังสูญเสียรวมสูงสุดที่
อุณหภูมิห้อง 25º (PD) และรายละเอียดต่างๆ
มอสเฟตสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลายอย่าง เช่นนำไปต่อเป็นวงจรสวิตช์วงจรจรขยาย
สัญญาณ วงจรผสมสัญญาณ วงจรกำเนิดความถี่ เป็นต้น
การวัดและทดสอบมอสเฟตด้วยโอห์มมิเตอร์ในกรณีที่ทราบขามอสเฟตแล้วสามารถวัดทดสอบมอส
เฟตดีหรือเสียได้โดยใช้โอห์มมิเตอร์ตั้งย่านวัด Rx1k วัดที่ขาทั้ง 3 ของมอสเฟตจะทำให้ทราบว่ามอสเฟตดีหรือ
เสีย ในกรณีที่ไม่ทราบขามอสเฟตต้องวัดหาขาเกตก่อนโดยใช้โอห์มมิเตอร์ตั้งย่านวัด Rx1 วัดค่าความต้านทาน
ที่ขา G กับขา S และขา G กับขา D อย่างละ 2 ครั้งโดยสลับขั้วของมิเตอร์จะได้ค่าความต้านทานเท่ากันทั้งสอง
ครั้ง
89
คิวอาร์โค้ด
แบบทดสอบหลังเรียนหน่วยที่ 3
ใบงานที่ 7 ใบงานที่ 8 ใบงานที่ 9
วีดีโอประกอบการเรียน
หน่วยที่ 4
อุปกรณ์ไทริสเตอร ์
หัวข้อเรื่อง
4.1 เอสซีอาร์
4.1.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์
4.1.2 วงจรสมมูลของ SCR
4.1.3 คุณสมบัติและหลักการทำงานของเอสซีอาร์
4.1.4 การไบแอส SCR
4.1.5 การวัดและตรวจสอบเอสซีอาร์
4.1.6 วงจรใช้งานเบื้องต้นของเอสซีอาร์
4.2 ไตรแอค
4.2.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไตรแอค
4.2.2 วงจรสมมูลของไตรแอค
4.2.3 คุณสมบัติและหลักการทำงานของไตรแอค
4.2.4 การไบแอสไตรแอค
4.2.5 การวัดและตรวจสอบไตรแอค
4.2.6 วงจรใช้งานเบื้องต้นของไตรแอค
4.3 ไดแอค
4.3.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดแอค
4.3.2 คุณสมบัติและหลักการทำงานของไดแอค
4.3.3 การไบแอสไดแอค
4.3.4 การวัดและตรวจสอบไดแอค
4.3.5 วงจรใช้งานเบื้องต้นของไดแอค
4.4 ยูเจที
4.4.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของยูเจที
4.4.2 วงจรสมมูลของยูเจที
4.4.3 คุณสมบัติและหลักการทำงานของยูเจที
4.4.4 การไบแอสยูเจที
4.4.5 การวัดและตรวจสอบยูเจที
4.4.6 วงจรใช้งานเบื้องต้นของยูเจที
91
แนวคิดสำคัญ
ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำนวน 4 ชิ้น คือ P-N-P-N ได้แก่ เอสซีอาร์ ไตรแอก ไดแอก ยูเจ
ที เป็นต้น ไทริสเตอร์นำไปใช้งานอย่างกว้างขวาง เช่น การควบคุมกำลังงาน วงจรจ่ายไฟ วงจรควบคุมการ
ทำงานของมอเตอร์ วงจรอินเวอร์เตอร์ วงจรคอนเวอร์เตอร์ เป็นต้น
สมรรถนย่อย
1. แสดงความรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์ไทริสเตอร์
2. วัดและทดสอบคุณลักษณะทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ไทริสเตอร์
จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
1. อธิบายความหมายของไทริสเตอร์ได้ถูกต้อง
2. เขียนโครงสร้างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์ได้ถูกต้อง
3. อธิบายหลักการทำงานของเอสซีอาร์ได้ถูกต้อง
4. เขียนโครงสร้างและสัญลักษณ์ของไตรแอกได้ถูกต้อง
5. อธิบายหลักการทำงานของไตรแอกได้ถูกต้อง
6. เขียนโครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดแอกได้ถูกต้อง
7. อธิบายหลักการทำงานของไดแอกได้ถูกต้อง
8. เขียนโครงสร้างและสัญลักษณ์ของยูเจทีได้ถูกต้อง
9. อธิบายหลักการทำงานของยูเจทีได้ถูกต้อง
บทนำ
ไทริสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สี่ชั้นสามขั้ว โดยแต่ละชั้นประกอบด้วยวัสดุประเภทNหรือ
ประเภทPสลับกันเช่น PNPN เทอร์มินอลหลักที่มีป้ายกำกับว่าแอโนดและแคโทดอยู่ทั่วทั้งสี่ชั้น เทอร์มินอล
ควบคุมที่เรียกว่าเกทนั้นติดอยู่กับวัสดุประเภท P ใกล้กับแคโทด การทำงานของไทริสเตอร์สามารถเข้าใจได้ใน
ื่
แง่ของทรานซิสเตอร์สองขั้วแบบคู่ที่แน่นหนาซึ่งจัดเรียงไว้เพอทำให้เกิดการกระทำการล็อคตัวเอง
92
4.1 เอสซีอาร์
รูปที่ 4.1 เอสซีอาร์
เอสซีอาร์ (SCR: Silicon Control Rectifier) เป็นอุปกรณ์ของโซลิดสเตท (Solid-State) เป็นอุปกรณ์
จำพวกไทริสเตอร์ (Thyristor) มีโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำต่อชนกัน ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด – ปิดวงจรทาง
ุ
อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ข้อดีของอุปกรณ์นี้คือไม่มีการเคลื่อนของหน้าสัมผัสเพราะเป็นอปกรณ์สารกึ่งตัวนำจึง
ทำให้ไม่เกิดประกายไฟที่หน้าสัมผัสส่งผลให้มีความปลอดภัยสูง
ในงานอุตสาหกรรมจะได้ยินในชื่อของ SCR Power Controller, SCR Power Regulator มีหน้าที่ใน
้
้
การควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟา โดยส่วยใหญ่มักนำไปใช้ในการควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟาสำหรับงานโหลด
Heater ที่มีกระแสสูงๆ นอกจากนั้นยังนำไปใช้ในงานด้านการควบคุม เตาหลอมที่ใช้ความร้อนสูงๆ, เทอร์
โมสตัท, เทมเพอร์เรเจอร์คอนโทรลเลอร์, มอเตอร์ เป็นต้น
4.1.1 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์
เอสซีอาร์ (SCR: Silicon Control Rectifier) เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ผลิตขึ้นมาจากสารกึ่ง
ตัวนำชนิดซิลิคอน โครงสร้าง SCR ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N ต่อชนกันทั้งหมด 4 ตอน
เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P 2 ตอน และสารกึ่งตัวนำชนิด N 2 ตอนต่อเรียงสลับกัน ขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขา คือ
ขาแอโนด ( Anode ) ขาแคโทด ( Cathode ) และขาเกต ( Gate ) โครงสร้างและสัญลักษณ์ของ SCR แสดง
ดังรูป
93
(ก) โครงสร้างจริง
(ข) โครงสร้างเบื้องต้น (ค) สัญลักษณ ์
รูปที่ 4.2 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของ SCR
จากรูป (ก) เป็นโครงสร้างจริงของ SCR แสดงส่วนประกอบทั้งสารกึ่งตัวนำ 4 ตอนและส่วนประกอบ
ที่ใช้ต่อขาของ SCR ออกมาใช้งาน การผลิต SCR แบบนี้เป็นแบบอัลลอยดิฟฟิวส์ (Alloy Diffused) ผลิตโดย
ใช้ธาตุเจือปนเคลือบที่ผิวของธาตุเดิม และให้ความร้อนผ่านธาตุดังกล่าว จะเกิดการเปลี่ยนสภาพเป็นสารเจือ
ปนชนิด N และชนิด P ขึ้นมา บางตอนก็ใช้การต่อชนของสารกึ่งตัวนำชนิดตรงข้าม เมื่อได้ครบสารกึ่งตัวนำ 4
ตอน จึงนำไปต่อเชื่อมขาออกไปภายนอก ลักษณะของโครงสร้างเป็น SCR ชนิดทนกระแสได้สูง
ส่วนรูป (ข) เป็นโครงสร้างเบื้องต้นของ SCR ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำ 4 ตอน PNPN ต่อชนกัน ต่อ
ขาออกมาใช้งาน 3 ขา คือ ขาแอโนด (A) ต่อออกจากสารชนิด P ตอนนอก ขาเกต (G) ต่อออกมาจากสารชนิด
P ตอนใน และขาแคโทด (K) ต่ออกมาจากสารชนิด N ตอนนอก
สัญลักษณ์ของ SCR แสดงดังรูป (ค) เป็นสัญลักษณ์ที่คล้ายกับสัญลักษณ์ของไดโอด คือมีด้าน
สามเหลี่ยมเป็นขาแอโนด ( A ) ด้านขีดเป็นขาแคโทด ( K ) ส่วนที่เพิ่มขึ้นมาที่ขาไดโอดไม่มคือ ขาเกต ( G ) ต่อ
ี
ออกมาจากส่วนขีดของขาแคโทด
94
4.1.2 วงจรสมมูลของ SCR
ในการอธิบายการทำงานของ SCR เพื่อให้เกิดความเข้าใจได้ง่าย และมองเห็นหลักการทำงาน
ของ SCR จึงเขียนลักษณะโครงสร้างของ SCR ใหม่ ให้เป็นโครงสร้างเทียบเท่า และวงจรสมมูลของ SCR ซึ่งอยู่
ในรูปของทรานซิสเตอร์ 2 ตัวต่อชนกัน เป็นทรานซิสเตอร์ชนิด PNP หนึ่งตัว โครงสร้างเทียบเท่าและวงจร
สมมูลของ SCR แสดงดังรูป
(ก) โครงสร้าง (ข) โครงสร้างจริงถูกแบ่งออก
(ค) โครงสร้างเทียบเท่า (ง) วงจรสมมูล
รูปที่ 4.3 โครงสร้างเทียบเท่าและวงจรสมมูลของ SCR
จากรูป เป็นโครงสร้างเทียบเท่าและวงจรสมมูลของ SCR สามารถแยก SCR ออกได้ เหมือนกับ
ทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ต่ออยู่ด้วยกัน (ดังรูป ค) Q1 เป็นทรานซิสเตอร์ชนิด PNP และ Q2 เป็นทรานซิสเตอร์
ชนิด NPN ต่อวงจรร่วมกัน (ดังรูป ง) สาร P ตอนนอกเป็นขา E ของ Q1 ต่อออกมาเป็นขา A ขา B ของ Q1
ต่อร่วมกับขา C ของ Q2 และสาร N ทั้งคู่ ขา C ของ Q1 ต่อรวมกับขา B ของ Q2 เป็นสาร P ทั้งคู่ ต่อออกมา
มาเป็นขา G และสาร N ตอนนอกเป็นขา E ของ Q2 ต่อออกมาเป็น K เมื่ออธิบายการทำงานของ SCR ในรูป
ทรานซิสเตอร์ต่อชนกันทำให้มองเห็นการทำงานได้ชัดเจน และง่ายต่อการทำความเข้าใจ
95
4.1.3 คุณสมบัติและหลักการทำงานของเอสซีอาร์
รูปที่ 4.4 การฟคุณสมบัติทางไฟฟ้าของ SCR
จากรูป จะเห็นว่าเมื่อ SCR จะนำกระแสได้ ก็ต่อเมื่อได้รัรับการฟอร์เวิร์ดไบอัสด้วยแรงดันระดับหนึ่ง
มีการกระตุ้นหรือจุดชนวนที่ขาเกต SCR หรืออีกกรณีหนึ่งคือเมื่อมีแรงดันตกคร่อมระหว่าง แอโนดและแคโธด
สูงถึงค่าหนึ่งจนกระทั่งถึงระดับแรงดันฟอร์เวิร์ดเบรคดาวน์ SCR ก็จะนำกระแสได้เองโดยไม่ต้องมีการกระตุ้น
หรือ จุดชนวน
สิ่งที่กล่าวมาข้างต้น เป็นเพียงหลักการทำงานพื้นฐานของเอสซีอาร์ ซึ่งจะเห็นได้ว่าเป็นอุปกรณ์ ที่
สามารถนำไปใช้งานได้อย่างง่าย ๆ แต่ข้อสำคัญคือการเลือกใช้เอสซีอาร์ ให้เหมาะกับงานที่ต้องการซึ่งจะพบว่า
ในการเลือกใช้เอสซีอาร์แต่ละเบอร์นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเฉพาะของแต่ละเบอร์ เช่น ค่าแรงดันและกระแสสูง
สุดที่จะทนได้ ค่าความไวของเกตและค่ากระแสโฮลดิ้งในตาราง ได้แสดงถึงคุณสมบัติต่าง ๆ เหล่านี้ของเอสซี
อาร์เบอร์ต่าง ๆ ที่นิยมใช้โดย PIV คือค่าแรงดันสูงสุดที่จะทนได้, Vgt / Igt คือแรงดัน / กระแสที่ใช้ในการทริก
ที่เกตและ Ih คือกระแสโฮลดิ้ง
SCR ถูกนำไปใช้มากในงานจำพวกไฟฟ้ากำลัง เช่น วงจรควบคุมความสว่าง วงจรควบคุมความเร็วของ
มอเตอร์ วงจรควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ ระบบควบคุมอุณหภูมิ และวงจรรักษาระดับกำลัง เป็นต้น
คุณลักษณะของ SCR นั้น จะนำกระแสในทิศทางตรงเท่านั้น (Forward Direction) ด้วยเหตุผลนี้จึงจัด
ให้ SCR เป็นอุปกรณ์จำพวก นำกระแสในทิศทางเดียว (Unidirectional Device ) ซึ่งหมายความว่า ถ้าป้อน
สัญญาณไฟฟ้า กระแสสลับผ่าน SCR ขาเกทของ SCR จะตอบสนองสัญญาณ และกระตุ้นให้ SCR ทำงาน
เฉพาะครึ่งบวกของสัญญาณที่จะทำให้อาโนดเป็นบวกเมอเทียบกับคาโธดเท่านั้น ตัวอย่างการนำเอสซีอาร์ไปใช้
ื่
งานอย่างง่ายคือ การนำเอสซีอาร์ไปใช้ในการเปิด – ปิดหลอดไฟ
The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search