ไดโอด (diode)
ไดโอดเป็นส่วนสําคัญส่นหนึ่งของวงจรอิเลคทรอนิคส์ทั่วไปในสมัยก่อนไดโอด มักจะเป็นแบบหลอดสุญญากาศปัจจุบันความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเป็นไปอย่างรวด เร็วทําให้สิ่งประดิษฐ์ชนิดใหม่ ซึ่งทําด้วยสารกึ่งตัวนําได้เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศไดโอดที่ทํามาจากสาร กึ่งตัวนํามีสองขั้วและมีขนาดเล็กใช้งานได้ง่าย
ชนิดของไดโอด
ไดโอดที่ทําจากสารกึ่งตัวนําแบ่งได้ตามชนิดของเนื้อสารที่ใช้ เช่นเป็นชนิดเยอรมันเนียมหรือเป็นชนิดซิลิกอนนอกจากนี้ไดโอดยังแบ่งตาม ลักษณะตามกรรมวิธีที่ผลิตคือ1. ไดโอดชนิดจุดสัมผัส (Point-contact diode) ไดโอดชนิดนี้เกิดจากการนําสารเยอรมันเนียมชนิด N
มาแล้วอัดสายเล็กๆซึ่งเป็นลวดพลาตินั่ม(Platinum) เส้นหนึ่งเข้าไปเรียกว่าหนวดแมวจากนั้นจึงให้กระแสค่าสูงๆไหลผ่านรอยต่อ ระหว่างสายและผลึกจะทําให้เกิดสารชนิดP ขึ้นรอบ ๆ รอยสัมผัสในผลึก
เยอรมันเนียมดังรูป
ไดโอดชนิดจุดสัมผัส
2. ไดโอดชนิดหัวต่อ P-N (P-N junction diode) เป็นไดโอดที่สร้างขึ้นจากการนําสารกึ่งตัวนําชนิด N
มาแล้วแพร่อนุภาคอะตอมของสารบางชนิดเข้าไปในเนื้อสาร P ขึ้นบางส่วน แล้วจึงต่อขั้วออกใช้งาน
ไดโอดชนิดนี้มีบทบาทในวงจรอิเลคทรอนิคส์ และมีที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลาย
ไดโอดชนิดหัวต่อ P-N
คุณสมบัติของไดโอด
ไดโอดที่ใช้ในวงจรมีสัญลักษณ์ เป็นรูปลูกศรมีขีดขวางไว้ดังรูป
ตัวลูกศรเป็นสัญลักษณ์แทนสารกึ่งตัวนําชนิด P ซึ่งเป็นขั้วอาโนด (ขั้วบวก) ของไดโอด
ลูกศรจะชี้ในทิศทางที่โฮลเคลื่อนทิศส่วนขีดคั่นเป็นสารกึ่งตัวนําชนิด N ซึ่งเป็นขั้วคาโถด (ขั้วลบ)
ดังนั้นเราจะสามารถพิจารณาว่า ไดโอดถูกไบแอสตรงหรือไบแอสกลับได้ง่าย ๆ โดยพิจารณาดูว่า
ถ้าขั้วอาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกมากกว่าราคาโถดแล้ว ไดโอดจะถูกไบแอสตรง ถ้าขั้วอาโนดมี
ศักดาไฟฟ้าเป็นบวกน้อยกว่า คาโถดก็แสดงว่าไดโอดถูกไบแอสกลับ
ไบแอสตรง ไบแอสกลับ
1. มีกระแสไหลผ่านไดโอด 1. มีกระแสไหลผ่านไดโอด
2. ถือว่าไดโอดมีความต้านทานน้อยมาก 2. ถือว่าไดโอดมีความต้านทานสูงมาก
3. โดยทั่วไปถือว่าไดโอดลัดวงจร 3. โดยทั่วไปถือว่าไดโอดเป็ดวงจร
เปรียบเทียบลักษณะสมบัติของไดโอดเมื่อไบแอสตรงและไบแอสกลับ
ลักษณะสมบัติของไดโอดอุดมคติ
ความต้านทานของตัวไดโอด
เนื่องจากความต้านทานของตัวไดโอด ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นจึง
ถือว่า สิ่งประดิษฐ์ ไดโอดมีคุณสมบัติไม่เป็นเชิงเส้น ลักษณะ : สมบัติระหว่างแรงดันและกระแสจะ
เป็นตัวแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของกระแสที่ไหลผ่านตัวไดโอด (ID) กับค่าแรงดันที่ตกคร่อมตัว
ไดโอด (VD) ทั้งในทิศทางไบแอสตรง และไบแอสกลับดังรูป
ลักษณะ สมบัติทางด้านไบแอสตรงจะเริ่มมีกระแสไหลผ่านไดโอดเมื่อใส่แรงดันแก่ไดโอด
ด้วยค่า ๆ หนึ่งแรงดันนี้คือค่าแรงดันที่เราเรียกว่า แรงดันคัทอิน (cut in voltage) ของไดโอด
กราฟลักษณะสัมบัติระหว่างแรงดันและกระแสของวงจรไบแอส
เนื่องจากไดโอดชนิดหัวต่อ P-N แบ่งเป็น 2 ชนิดคือชนิดซิลิกอนและชนิดเยอรมันเนียม
ดังนั้นลักษณะสมบัติทางแรงดันและกระแสของไดโอดทั้งสองชนิด จะเห็นได้ชัดดังในรูป
แรงดันคร่อมตัวไดโอดด้านไบแอสตรง
ค่ากระแสอิ่มตัวย้อนกลับสําหรับซิลิกอนไดโอดกับของเยอรมันเนียมไดโอดยังมี ค่าไม่เท่ากันด้วยซิลิกอนไดโอดมีค่ากระแสอิ่มตัวน้อยกว่าของเยอรมันเนียมได โอดประมาณ 1000 เท่า
สําหรับค่าแรงดันคัทอินทั้งของซิลิกอนและเยอรมันเนียมจะมีค่าไม่เท่ากัน ค่าแรงดันคัทอิน
ของซิลิกอนไดโอดมีค่าประมาณ 0.6 โวลท์ ส่วนของเยอรมันเนียมไดโอดมีค่าประมาณ 0.2 โวลท์
คุณลักษณะสมบัติระหว่างแรงดันและกระแสของไดโอด
ความต้านทานในตัวไดโอดพอที่จะแบ่งออกตามชนิดของแรงดันที่ให้กับตัวไดโอด ซึ่งแยก
ออกเปนความต้านทานทางไฟตรงหรือทางสรรคติกและความต้านทานไฟสลับ
ความต้านทานทางไฟตรง (static resistance)
จากลักษณะสมบัติแรงดันและกระแสของไดโอดจะไม่เป็นลักษณะเชิงเส้น ดังนั้นความต้านทานใน
ตัวไดโอดจึงไม่คงที่ จากกฎของโอห์มจะได้ความต้านทานทางไฟตรง ที่จะงดทํางานขณะไม่มีสัญญาณอื่น
ใดเข้ามาเป็น
แสดงค่าความต้านทานในไดโอดทางไฟตรง
ความต้านทานทางไฟสลับ (dynamic resistance) เมื่อไดโอดทํางานในขณะที่มีค่าสัญญาณ
แรงดันไฟสลับขนาดเล็ก ๆ ป้อนเข้ามาค่าความต้านทานที่เกิดขึ้นที่ไดโอดจะเกิดการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
ค่าความต้านทานนี้จะแตกต่างจากความต้านทานทางไฟตรงเราเรียกค่าความต้านทานนี้ว่า ความต้านทาน
ทางไฟสลับการหาค่าความต้านทานทางไฟสลับหาค่าได้จากค่าอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อม
ตัวไดโอดที่เปลี่ยนไปกับค่าการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลในตัวไดโอด เนื่องจากการทํางานของไดโอด
เมื่อมีสัญญาณเข้ามา ณ จุดที่ไดโอดทํางานก็จะมีค่าไม่คงที่ไม่แน่นอน เกิดการเปลี่ยนแปลงตามลักษณะ
สมบัติ แต่เมื่อคิดการเปลี่ยนแปลงกระแสไบแอสตรงค่าเล็ก ๆ ของกระแสและแรงดันแล้วจะสามารถหาค่า
ความต้านทานทางไดนามิคหรือความต้านทานต่อไฟสลับได้ดังรูป
แสดงการหาความต้านทานทางไฟสลับ
การหาค่าความต้านทานนี้อาจทําได้โดยการใช้สูตร Rac เท่ากับ
= ช่วงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อมไดโอด
ช่วงการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านไดโอด
ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects)
จากการทดลองพบว่า Is ของ Si จะมีค่าเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่า ทุกๆ ครั้งที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศา
เซลเซียส ขณะที่ Ge ม ีค่า Is เป็น 1 หรือ 2 micro-amp ที่ 25 องศาเซลเซียส แต่ที่ 100 องศาเซลเซียส
จะมีค่า Is เพิ่มขึ้นเป็น 100 micro-amp ระดับกระแสไฟฟ้าขนาดนี้จะเป็นปัญหาต่อการเปิดวงจรเรื่อง
จากได้รับการไบอัสกลับ เพราะแทนที่ Id จะมีค่าใกล้เคียงศูนย์ แต่กลับนํากระแสได้จํานวนหนึ่ง
ตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
ซีเนอร์ไดโอด (Zener diode) ไดโอดธรรมดาเมื่อทําการไบรแอสกลับจนถึงค่าแรงดันพังจะ
ทําให้เกิดการเสียหายได้ ซีเนอร์ไดเอดเป็นซิลิกอนไดโอดชนิดพิเศษที่กระแสย้อนกลับสามารถไหล
เฉลี่ยทั่วพื้นที่รอยต่อของไดโอด จึงสามารถทนกระแสย้อนกลับได้สูงมาก ดังนั้นซีเนอร์ไดโอดจึง
สามารถใช้ควบคุมแรงดันโดยใช้แรงดันที่ตกคร่อมตัวมันเองเป็นตัวควบคุมสัญลักษณ์ของตัวซี
เนอร์ไดโอดเขียนได้ดังรูป
สัญญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอดทางอุดมคติจะควบคุมแรงดันได้ต่อเมื่อถูกไบแอสกลับกล่าวคือ จะมีกระแส
ไหลผ่านไดโอดได้ดีต่อเมื่อไบแอสกลับจนถึงค่าแรงดันซีเนอร์เท่านั้น สําหรับกรณีไบแอสตรงซี
เนอร์ไดโอดจะทําหน้าที่เหมือนไดโอดธรรมดาคือเสมือนเป็นตัวลัดวงจร
ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดทางอุดมคติ ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดจริง ๆ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น