ทรานซิสเตอร์ (TRANSISTOR) คือ
สิ่งประดิษฐ์ทําจากสารกึ่งตัวนํามีสามขา (THREE LEADS) กระแสหรือแรงเคลื่อน เพียงเล็กน้อยที่ขาหนึ่งจะควบคุมกระแสที่มีปริมาณมากที่ไหลผ่านขาทั้งสอง ข้างได้หมายความว่าทรานซิสเตอร์เป็นทั้งเครื่องขยาย (AMPLIFIER) และสวิทซ์ทรานซิสเตอร์ทรานซิสเตอร์ชนิดสองรอยต่อเรียกด้วยตัวย่อว่า BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR)
ทรานซิสเตอร์ (BJT) ถูกนําไปใช้งานอย่างแพร่หลาย เช่น วงจรขยายในเครื่องรับวิทยุและรี่องรับโทรทัศน์หรือนําไปใช้ในวงจรอิเล็ก ทรอนิกส์ที่ทําหน้าที่เป็นสวิทซ์ (Switching) เช่น เปิด-ปิด รีเลย์ (Relay) เพื่อ
ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ เป็นต้น
ดูรูป transistor แบบต่างๆด้านขวา–>
โครงสร้างของทรานซิสเตอร์โครงสร้างของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย สารกึ่งตัวนํา 2 ชนิด ประกบกัน 3 ชั้นวางสลับกันระหว่าง
สาร P (P-type) และ สาร N (N-type) จากนั้นต่อขาออกมาใช้งานลักษณะการซ้อนกันนี้ ถูกนํามาแบ่งเป็น
ชนิดของทรานซิสเตอร์ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN โครงสร้างของมันก็คือ สาร P ประกอบด้วยสาร N ทั้งสองข้าง ดังรูปที่2(ก)
จากนั้นต่อขาจากสารกึ่งตัวนําทั้งสามชั้นออกใช้งาน ขาที่ต่อจากชั้นสารที่อยู่ตรงกลางเรียกว่า ขาเบส
(B,Base) ส่วนขาริมทั้งสอง คือขาคอลเล็กเตอร์ (C,Collector) และขาอีมิตเตอร์ (E,Emitter)
ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP โครงสร้างประกอบด้วย สาร N ประกบด้วยสาร P ขาที่ต่อออกจากชั้นสารที่
อยู่ตรงกลางเรียกว่า ขาเบส (B) สองขาที่เหลือคือ ขาคอลเล็กเตอร์ (C) และขาอีมิตเตอร์ (E) ดังรูปที่ 2 ข
รูปที่ 2 โครงสร้างของทรานซิสเตอร์
ถึงแม้สารที่ถูกต่อขาเป็นขา C และ E เป็นชนิดเดียวกันก็ตาม แต่ที่จริงแล้วคุณสมบัติทางไฟฟ้าของมัน
ต่างกัน เพราะฉะนั้นจึงจําเป็น อย่างยิ่งในเวลาประกอบทรานซิสเตอร์ลงในโครงงานต้องดูตําแหน่งขาให้ถูกต้อง ถ้าคุณประกอบผิดก็อาจทําให้วงจรที่คุณสร้างเสียหายได้ความแตกต่างของ 2 ชนิด
ทรานซิสเตอร์มีสองชนิดเป็นการแบ่งทางโครงสร้างของมัน ทีนี้เราก็จะมาดูกันว่าทรานซิสเตอร์ ทั้ง
สองชนิดนี้มันเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร ด้วยโครงสร้างที่แตกต่างกันนี้ พอจะเปรียบเทียบได้กับ
ไดโอดสองตัวต่อกัน ซึ่งทําให้เราเข้าใจโครงการสร้างของมันดีขึ้น
ในรูปที่ 3 ได้แสดงทิศทางของกระแสที่ไหลเข้าออกจากตัวทรานซิสเตอร์ สังเกตได้ว่า กระแสไหลจาก
ทิศทางของหัืวลูกศรของทรานซิสเตอร์ (กระแสในที่นี้หมายถึง กระแสนิยมที่ไหลจากขั้วบวกไปขั้วลบ)
ทรานซิสเตอร์ทั้งสองชนิดมีทิศทางการไหลของ กระแสกลับกัน จากรูปกล่าวได้ว่า กระแสที่ไหลผ่านขา E
จะมีค่าเท่ากับกระแสที่ขา C รวมกับที่ขา B เป็นกระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ แต่กระแสที่ขา C เท่ากับ
กระแสที่ขา B คูณด้วยอัตราขยายของทรานซิสเตอร์ (hFE) ดังสมการในรูปที่ 3 เพราะฉะนั้นกระแสที่ไหล
ผ่านทรานซิสเตอร์ จึงถูกควบคุมโดยกระแสที่ไหลผ่านขา B นั่นเอง
รูปที่ 3 อธิบายทิศทางการไหลของกระแสในทรานซิสเตอร์ทั้งสองชนิด
ประเทศญี่ปุ่นผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่ของโลก ใช้รหัสบอกชนิดของทรานซิสเตอร์ โดย
ดูจากเบอร์ทรานซิสเตอร์จาก ตัวอักษรที่ตามหลัง 2S… เช่น 2SC1815 เป็นทรานซิสเตอร์ชนิด NPN ใช้ใน
ย่านความถี่สูง นอกจากอักษร C แล้วยังมีอักษรตัวอื่น อีกด้วยดังนี้
A : PNP ใช้ในย่านความถี่สูง
B : PNP ใช้ในย่านความถี่ต่ํา
C : NPN ใช้ในย่านความถี่สูง
D : NPN ใช้ในย่านความถี่ต่ํา
ถ้าเป็นทรานซิสเตอร์ของผู้ผลิตในอเมริกา เบอร์ของทรานซิสเตอร์จะขึ้นต้นด้วย 2N และตามด้วย
หมายเลข (หมายเลข 2 ที่นําหน้าเบอร์ หมายถึง 2 รอยต่อ)
ทรานซิสเตอร์ถูกนําไปใช้ในวงจรต่างๆ อย่างมากมาย ด้วยหลักการให้กระแสที่ขา B เป็นตัวควบคุมกระแส
ที่ไหลผ่านทางขา C และ E ที่เห็นและคุ้นเคยกันมากที่สุดอย่างหนึ่งคือ วงจรขยายเสียง และส่วนใหญ่โครงงานในวารสารอิเล็กทรอนิกส์สมัครเล่น ก็ใช้ทรานซิสเตอร์ เพราะฉะนั้นควรจะทําความเข้าใจเรื่องราว
เกี่ยวกับตัวมันให้ดี
ในบางวงจรอาจเห็นว่าทรานซิสเตอร์ ถูกเปรียบเทียบกับสวิตช์หรืออาจจะเป็นตัวขยาย เป็นเพราะเรา
สามารถจัดไบแอส
* ให้มันทํางานเหมือนกับเลือกว่าให้มันเป็นสวิตช์หรือตัวขยายก็ได้
* การไบแอส : การทําให้สิ่งประดิษฐ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่ในสภาพที่พร้อมจะทํางานได้ พูดง่ายๆ ก็คือ
การป้อนแรงดันให้กับขาต่างๆ ของอุปกรณ์จนมีช่วงทํางานที่เหมาะสม
รูปลักษณ์รูปร่างหน้าตาของทรานซิสเตอร์แสดงดังรูปที่ 3 พวกทรานซิสเตอร์กําลังหรือ ทรานซิสเตอร์ที่ทน
กําลังได้สูงๆ (สังเกตได้จากตัวถัง ที่เป็นโลหะ) พวกนี้จะต้องมีการระบายความร้อนที่ดี เพราะพวก
ทรานซิสเตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่ออุณหภูมิที่ตัวมันสูงเกินที่กําหนด ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้จึงจําเป็น
จะต้องติดแผ่นระบายความร้อน (heat sink) เสมอ เมื่อใช้งาน เช่น ทรานซิสเตอร์ในภาคสุดท้ายของเครื่อง
ขยายเสียง จําเป็นจะตัองติดแผ่นระบายความร้อน
รูปที่ 4 แสดงรูปร่างของทรานซิสเตอร์กับตําแหน่งขา
ทรานซิสเตอร์มีรูปร่างหน้าตาแตกต่างกัน แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่าขาไหนเป็นขา B , C และ E
โดยทั่วไปผู้ผลิตอาจจะไม่เขียน หรือพิมพ์ติดไว้บนตัวทรานซิสเตอร์ แต่อาจจะมีรหัสหรือสัญลักษณ์ให้เป็น
ที่สังเกต หรือไม่ก็เป็นเปิดดูตําแหน่งจากได้จากคู่มือของตัวมัน แต่ควรจะตรวจสอบอีกทีด้วยการวัดด้วย
โอห์มมิเตอร์
ในการประกอบโครงงานที่ใช้ทรานซิสเตอร์นั้น คุณควรจะตรวจสอบดูขาของทรานซิสเตอร์ให้ ถูกต้องเสียก่อน จึงลงมือประกอบ และข้อควรระวังอีกประการหนึ่งคือ การบัดกรีความร้อนจากปลายหัวแร้ง
อาจทําให้ทรานซิสเตอร์เสียได้ เพราะฉะนั้นจึงไม่ควรบัดกรีทรานซิสเตอร์แช่ไว้นานๆ จนทําให้มันร้อน
เรื่องทรานซิสเตอร์ก็จบลงด้วยประการฉะนี้แหละครับ ถ้าสนใจรายละเอียดเพิ่มเติม ก็หาอ่านได้ใน
หนังสือเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป
การทดสอบทรานซิสเตอร์ด้วยโอห์มมิเตอร์
ความผิดพลาดที่เกิดจากทรานซิสเตอร์ที่พบเสมอคือ การจัดวงจร และการเป็ดวงจรระหว่างรอยต่อของสาร
กึ่งตัวนําของทรานซิสเตอร์
จากรูปจะเห็นว่า ถ้าให้ไบอัสกลับแก่อิมิตเตอร์ไดโอดและคอลเลคเตอร์ไดโอดของทรานซิสเตอร์ความ ต้านทานจะมีค่าสูง แต่ถ้าความต้านทานมีค่าต่ำให้สันนิษฐานว่ารอยต่อระหว่างขาของทรานซิสเตอร์ เกิดลัดวงจร ในทํานองเดียวกันถ้าไบอัสตรงแล้ววัดค่าความต้านทานได้สูงก็ให้สันนิษฐานว่า รอยต่อระหว่างขาเกิดลัดวงจร
การทดสอบเพื่อหาตําแหน่งขาทรานซิสเตอร์
ในการพิสูจน์หาตําแหน่งของทรานซิสเตอร์ โดยการสังเกตดูว่า ขาใดอยู่ใกล้กับขอบเดือยเป็นขา E
ขาที่อยู่ตรงข้ามเป็นขา C ส่วนตําแหน่งกลางคือขา B
การทดสอบหาชนิดของทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP
1. เลือกขาตําแหน่งกลาง แล้วสมมุติให้เป็นขาเบส จากนั้นนําสายวัด(–) ของโอห์มมิเตอร์มาแตะที่ขาเบส
ส่วนสายวัด ( + ) ให้นํามาแตะกับสองขาที่เหลือ
2. ถ้าความต้านทานที่อ่านได้จากการแตะขาทั้งสองมีค่าต่ำ สรุปได้ทันทีว่า ขาที่ตําแหน่งกลางเป็นขาเบส
และทรานซิสเตอร์ที่ทําการวัดนี้เป็นชนิด PNP
3. สําหรับขาอิมิตเตอร์ คือ ขาที่อยู่ใกล้ตําแหน่งเดือย และขาที่เหลือคือขาคอลเลคเตอร์นั่นเอง
4. ถ้าความต้านทานที่อ่านได้มีค่าสูงให้สลับสายวัด
5. ถ้าความต้านทานที่อ่านได้จากการแตะขาทั้งสองมีค่าต่ำ สรุปได้ทันที ขาตําแหน่งกลางคือขาเบส และเป็น
ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN
6. ถ้าหากว่าความต้านทานต่ําไม่ปรากฏในทั้งสองกรณี ให้เปลี่ยนเลือกขาอื่นเป็นขาเบส แล้วทําตามขั้นตอน
เดิม
ข้อจํากัดในการทํางาน (Limits of Operation)
เราทราบว่าเคอร์ฟคุณลักษณะของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย 3 บริเวณ(ไม่รวมบริเวณเบรกดาวน์) คือ
บริเวณแอกตีฟ, คัตออฟ และอิ่มตัว ถ้าต้องการได้สัญญาณเอาต์พุตที่ดีที่สุด ไม่เพี้ยนหรือบิดเบี้ยว ต้อง
กําหนดบริเวณการทํางาน ให้อยู่ในย่านแอกตีฟเท่านั้น
จากหัวข้อที่ผ่านมา ทําให้ทราบว่าการนําทรานซิสเตอร์ไปใช้งานโดยไม่เกิดความเสียหายนั้น จะต้องมี
ค่า IC ต่ํากว่า IC(max) และค่า VCB ต่ํากว่าVCB(max)นอกจากนั้นค่า VCE ที่ใช้งานต้องต่ำกว่า VCE(max) ด้วย
เคอร์ฟคอลเลคเตอร์ เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่าง IC กับ VCE เส้นแนว ตั้งของเคอร์ฟที่ตําแหน่ง
VCE(sat) และ VCE(max) เป็นส่วนหนึ่งที่กําหนดขอบเขตการทํางานของทรานซิสเตอร์ในบริเวณแอก
ตีฟ ตําแหน่ง VCE(sat) เป็นตัวกําหนดค่า VCE ต่ําสุดที่ใช้งานได้ คือบอกให้ทราบว่าการทํางาน ของ
ทรานซิสเตอร์ตั้งแต่ค่านี้เป็นต้นไปไม่อยู่ในบริเวณอิ่มตัว ส่วนตําแหน่ง VCE(max) เป็นตัวกําหนดค่า VCE สูงสุด
ที่ใช้งานได้ คือบอกให้ทราบว่าการ ทํางานของทรานซิสเตอร์ไม่อยู่ในบริเวณเบรกดาวน์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น