เซมิคอนดัคเตอร์ ไดโอด
ธรรมชาติของสาร
สารทุกชนิดเมื่อทำให้มีขนาดเล็กที่สุดจะต้องเป็นอะตอมของธาตุที่ ประกอบกันเป็นสารนั้น
อะตอม ประกอบด้วยแกนกลางเป็นนิวเคลียสล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน
อิเล็คตรอนวิ่งวนรอบ ๆ นิวเคลียส เพราะนิวเคลียสมีประจุไฟฟ้าบวก อิเล็คตรอนมีประจุ
ไฟฟ้า ลบ(1.6 x 10 -19 คูลอมบ์) วงโคจรของอิเล็คตรอนเป็นรูปวงรีรอบนิวเคลียส
จำนวนอิเล็คตรอนของอะตอมใช้จำแนกสารเป็นธาตุต่าง ๆ กัน เช่น ธาตุไฮโดรเย็น มี 1
อิ เล็คตรอนโคจร ฮีเลียม มี 2 อิเล็คตรอนโคจร สารที่มีจำนวนอิเล็คตรอนมาก ๆ จะไม่มีวงโคจรทับ
ซ้ำ กัน แต่จะมีย่านวงโคจรเรียกว่า เชลล์ ชื่อ k l m n ของกลุ่มอิเล็คตรอน
อิเล็คตรอนที่อยู่วงใน ๆ จะยึดอยู่กับนิวเครียส ส่วนที่อยู่วงนอกสุดจะหลุดออกจากอะตอม
ได้ ง่าย เรียกว่า วาเล็นซ์อิเล็คตรอน
การใหลของกระแส ไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสาร ในโลหะเช่น ทองแดงอิเล็คตรอน
ที่ อยู่วงนอกสุดจะหลุดจากวงโคจรแล้วเคลื่อนที่ในเนื้อสาร
สารตัวนำกระแส ไฟฟ้า
เรียกสั้น ๆ ว่า ตัวนำ เป็นสารที่มีฟรีอิเล็คตรอนเป็นจำนวนมาก เช่น โลหะทองแดง โลหะ
เงิน โลหะอลูมิเนียม อะโลหะคาร์บอนบางรูปแบบ เป็นต้น ไฟฟ้าใหลผ่านได้สารชนิดนี้ได้อย่างสะดวก
มี ความต้านทานน้อยมาก
สารฉนวนกระแส ไฟฟ้า
เรียกกันว่า ฉนวน เป็นสารที่มีฟรีอิเล็คตรอนน้อยมาก เช่น ยาง พีวีซี กระดาษ เป็นต้น
ไฟ ฟ้าใหลผ่านได้ยาก หรือไม่ใหลเลย มีความต้านทานมาก
ตรวจสอบความ เข้าใจ 1
1 อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าบวกหรือลบ ?
2 วาเลนซ์อิเล็คตรอนอยู่ที่ส่วนใหนของโครงสร้างอะตอม ?
3 ถ้าสารหนึ่งมีความต้านทาน 3 x 10-8 โอห์ม สารนี้เป็นตัวนำหรือฉนวน ?
สารกึ่งตัวนำ กระแสไฟฟ้า
สารกึ่งตัวนำได้แก่สารที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างตัวนำกับฉนวน มีอิเล็คตรอนอยู่ที่เชลล์
นอก สุดจำนวน 4 ตัว จากจำนวนมากที่สุดมีได้ 8 ตัว มีหลายสาร ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ ซิลิกอน และ
เยอร์ มาเนียม เรียกสารเหล่านี้ ว่า สารเตตะวาเลนซ์ เรียกสารเหล่านี้บริสุทธ์ว่า สารกึ่งตัวนำอินทรินซิค
หรือ สารกึ่งตัวนำเนื้อแท้
อะตอมของซิลิคอนและเยอร์มาเนียมจะเกาะกับอะตอมข้างเคียงสร้างตัว เป็นผลึกโดยไม่
มี อิเล็คตรอนตัวใดเหลือเป็นอิเล็คตรอนอิสระเลย หรือทุกอะตอมไม่มีอิเล็คตรอนขาดหรือเกินเลย
วิธีนำไฟฟ้าของ สารกึ่งตัวนำเนื้อแท้
ในสภาวะเย็น ๆ สารกึ่งตัวนำเนื้อแท้ จะไม่มีฟรีอิเล็คตรอนเลย หรือบอนด์ระหว่างอะตอม
ไม่ แตกจากกัน แต่เมื่อ อุณหภูมิเพิ่มขึ้นทำให้บอนด์แตก มีฟรีอิเล็คตรอนและฟรีโฮลเกิดขึ้นเป็นคู่ ๆ
สารกึ่งตัวนำบริสุทธ์จะมีคู่ฟรีอิเล็คตรอนและโฮล แล้วเคลื่อนที่ไปในเนื้อสาร เมื่อคู่ใดมา
พบ จะเกิดการรวมกันขึ้น
ตรวจสอบความคิด
- จะมีกระแสไฟฟ้าใหลหรือไม่ถ้าป้อนความต่างศักย์ไฟฟ้าเข้าที่ ก้อนสารซิลิคอนบริสุทธ์
- มีอิเล็คตรอนอิสระเกิดขึ้นหรือไม่ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป
- ที่อุณหภูมิห้อง 20 องศาเซลเซียส จะมีอิเล็คตรอนอิสระหรือไม่
- จะมีโฮลเกิดขึ้น เท่าจำนวนอิเล็คตรอนอิสระหรือไม่
- โฮลเหล่านี้มีการเคลื่อนที่หรือไม่
โฮลเคลื่อนที่ได้อย่างไร โฮลเคลื่อนที่ได้จากอิเล็คตรอนที่เคลื่อนที่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
ทิ้ง โฮลไว้ข้างหลัง เหมือนกับโฮลเคลื่อนที่ย้อนออกไปจากอิเล็คตรอน
ตรวจสอบความคิด
ก่อนที่จะมีการพบอิเล็คตรอนนักวิทยาศาสตร์อธิบายว่ากระแสไฟฟ้า ใหลจาก
ขั้ว บวกผ่านโหลดไปยังขั้วลบ แต่เมื่อมีการพบอิเล็คตรอน พบว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จาก
ขั้ว ลบผ่านโหลดไปยังขั้วบวก ปัจจุบันเรายอมรับทั้งสองกรณี คือ
1 อิเล็คตรอนใหลจากขั้วลบไปยังขั้วบวก
2 กระแสไฟฟ้าปกติใหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ
ในทางปฏิบัติเราคิดเพียงทางใดทางหนึ่งเท่านั้น
สารกึ่งตัวนำ กระแสไฟฟ้าดัดแปลง
สารกึ่งตัวนำซิลิคอนหรือเยอร์มาเนียมบริสุทธ์เมื่อถูกใส่สารอื่น เจือปนลงไปจะทำให้
เปลี่ยน เป็นสารกึ่งตัวนำดัดแปลง หรือสารกึ่งตัวนำเอ็กซ์เทนซิค มี 2 แบบคือ แบบเอ็นกับแบบพี
สารกึ่งตัวนำ แบบเอ็น
สารกึ่งตัวนำบริสุทธ์ถูกเจือปนด้วยสารที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว หรือสารเพนตา
วา เลนซ์ จะมีอิเล็คตรอน 4 ตัวของสารเจือปนบอนด์กันกับ อิเล็คตรอนของสารกึ่งตัวนำ ทำ ให้มี
ฟรี อิเล็คตรอนเกิดขึ้น 1 ตัว เคลื่อนที่อยู่ในสารกึ่งตัวนำดัดแปลงนี้ การที่มีฟรีอิเล็คตรอนอยู่และ
อิ เล็คตรอนมีประจุไฟฟ้าลบ ทำให้มีการเรียกสารกึ่งตัวนำดัดแปลงนี้ว่า แบบเอ็น วิธีเจือปนสารอื่น
เข้า ไปในสารกึ่งตัวนำเนื้อแท้นี้เรียกว่า การโด๊ป(doping) สารที่นำมาเจือปน เช่น อาเซนิค ฟอสฟอรัส
และ แอนติโมนี
สารกึ่งตัวนำ แบบพี
สารกึ่งตัวนำบริสุทธ์ถูกเจือปนด้วยสารที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว หรือสารไตร
วา เลนซ์ จะมีอิเล็คตรอนเพียง 3 ตัวของสารเจือปนบอนด์ กันกับอิเล็คตรอนของสารกึ่งตัวนำ
ทำ ให้ขาดอิเล็คตรอนไป 1 ตัว สำหรับบอนด์กับสารกึ่งตัวนำเกิดเป็นโฮลขึ้นในสารกึ่งตัวนำดัด
แปลง นี้ โฮลนี้เสมือนมีการ เคลื่อนที่ได้เมื่อมีอิเล็คตรอนใกล้เคียงมาบอนด์ด้วยทำให้อะตอมใกล้
เคียง เกิดโฮลขึ้นโฮลเดิมจะหายไป การที่มีฟรีโฮลในเนื้อสาร และโฮลมีประจุไฟฟ้าบวกเพราะขาด
อิ เล็คตรอน ทำให้มีการเรียกสารกึ่งตัวนำดัดแปลงนี้ว่า แบบพี สารที่นำมาเจือปน ได้แก่ อลูมิเนียม
แกลเลียม และโบรอน
ตรวจสอบความคิด
สารกึ่งตัวนำแบบเอ็นไม่ใช่ก้อนวัตถุที่มีแต่ประจุไฟฟ้าลบ แต่เป็นวัตถุที่มีประจุ
ไฟฟ้า ลบเคลื่อนที่ได้หรือประจุไฟฟ้าพาหะชนิดลบ
สารกึ่งตัวนำแบบพี ไม่ใช่ก้อนวัตถุที่มีแต่ประจุไฟฟ้าบวก แต่เป็นวัตถุที่มีโฮล
เคลื่อน ที่ได้หรือประจุไฟฟ้าพาหะชนิดบวก
ประจุพาหะหลัก ประจุพาหะรอง
สารกึ่งตัวนำแบบเอ็น มีฟรีอิเล็คตรอนเป็นประจุพาหะหลัก แต่จะมีโฮลเกิดขึ้นบ้างเล็ก
น้อย เป็นพาหะที่ไม่ต้องการเรียกว่า ประจุพาหะรอง สำหรับสารกึ่งตัวนำพี อิเล็คตรอนจะเป็นประจุ
พาหะ รอง และโฮลเป็นประจุพาหะหลัก
วิธีนำไฟฟ้าของ สารกึ่งตัวนำกระแสไฟฟ้าดัดแปลง
เมื่อนำสารกึ่งตัวนำดัดแปลงแบบเอ็น ต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟฟ้าประจุพาหะหลักคือ
อิ เล็คตรอนจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก ส่วนประจุพาหะรองคือโฮลจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วลบ
ตรวจสอบความ เข้าใจ 2
1 มีวาเลนอิเล็คตรอนจำนวนเท่าใดในเตตะวาเลนเยอร์มาเนียม
2 ซิลิคอนบริสุทธ์นำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องหรือไม่
3 ถ้าชิ้นเยอร์มาเนียมพื้นฐานที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียสมีอิเล็คตรอนอิสระจำนวน
3 x 1028 ตัว จะมีโฮลเกิดขึ้นเท่าใด
4 จงวาดรูปแสดงชื้นเยอร์มาเนียมแบบพีต่อกับความต่างศักย์ไฟฟ้า แสดงให้เห็นพาหะ
ประจุ ไฟฟ้าหลักและพาหะประจุไฟฟ้ารองมีการเคลื่อนใหวอย่างไร
ไดโอดแบบรอยต่อ พีเอ็น
ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ให้กระแสไฟฟ้าใหลไปเพียงทางเดียวเหมือนถนน วันเวร์
สารกึ่งตัวนำบริสุทธ์ถูกโด๊บให้ครึ่งหนึ่งเป็นแบบเอ็น อีกครึ่งหนึ่งเป็นแบบพี ก็จะเกิด
เป็น ไดโอดรอยต่อพีเอ็นขึ้น
ประจุไฟฟ้าพาหะอิเล็คตรอนและโฮลจากทั้งสองจะเข้ามารวมกันที่รอย ต่อ เกิดเป็นผนัง
กั้น ประจุไฟฟ้าระหว่างซีกเอ็นกับซีกพีของไดโอด เรียกว่า ย่านดีปลีชั่นหรือเลเยอร์ ใกล้ ๆ เลเยอร์
ซีก พี จะมีประจุบวกอยู่น้อย ซีก เอ็น จะมีประจุลบอยู่น้อย ความกว้างของย่านนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของ
ได โอด ซิลิคอนไดโอดมีขนาดประมาณ 0.6 V เยอร์มาเนียมมีขนาดประมาณ 0.3 V
การไบอัสไดโอด แบบรีเวอร์ส
ป้อนขั้วลบแหล่งจ่ายไฟฟ้าเข้าด้านพีและขั้วบวกเข้าด้านเอ็นของได โอด ขั้วลบจะดึงโฮล
เข้า มาหาและขั้วบวกจะดึงอิเล็คตรอนเข้ามาหา ทำให้เลเยอร์กว้างขึ้นกว่าเดิม เป็นผลให้ความต้านทาน
ของ ใดโอดสูงขึ้นเป็นอย่างมาก จนกระแสไฟฟ้าใหลผ่านไม่ได้หรือผ่านน้อยที่สุด
การไบอัสไดโอด แบบฟอร์เวอร์ส
ป้อนขั้วบวกแหล่งจ่ายไฟฟ้าเข้าด้านพีและขั้วลบเข้าด้านเอ็นของได โอด ขั้วบวกจะผลัก
โฮ ลออกไปและขั้วลบจะผลักอิเล็คตรอนออกไปหา ทำให้เลเยอร์แคบกว่าเดิม เป็นผลให้ความต้าน
ทาน ของไดโอดลดลงเป็นอย่างมาก ทำให้กระแสไฟฟ้าใหลผ่านไดโอดได้มาก ๆ
กราฟคุณสมบัติ ของไดโอด
เมื่อไบอัสไดโอดแบบฟอร์เวอส์สจนเกินแบริเออร์ของไดโอด ของซิลิคอนไดโอดประมาณ
0.6 โวลต์ เยอร์มาเนียม 0.3 โวลต์ ไดโอดจะนำกระแสไฟฟ้า แต่ถ้า ไบอัสไดโอดแบบรีเวอร์สจะไม่มี
กระแส ไฟฟ้าใหล แต่ถ้าโวลเต็จสูงถึงจุดหนึ่งคือจุดทำลายกระแสไฟฟ้าจะใหลผ่านไดโอดจำนวนมาก
จน ไดโอดเสียไป คือนำกระแสไฟฟ้าทั้งสองด้าน เรียกว่า ช๊อต หรือไม่นำกระแสไฟฟ้าเลย เรียกว่า ขาด
ปฏิบัติการที่ 1
ไดโอดฟอร์เวอส์ไบอัส
อุปกรณ์และเครื่องมือ
ซิลิคอนไดโอดสำหรับสัญญาณไฟฟ้า
ซิลิคอนไดโอดสำหรับไฟฟ้ากำลัง
แหล่งจ่ายไฟฟ้าดีซีปรับค่าได้
ดิจิตัลมัลติมิเตอร์
ตัวต้านทาน 4.7k โอห์ม(4k7)
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรใช้ไดโอดสัญญาณ
2 ใช้ดิจิตัลมัลติมิเตอร์วัดโวลเต็จคร่อมไดโอดปรับแรงดันให้ ได้ 0.45V
3 วัดกระแสไฟฟ้าผ่านไดโอด
4 ทำการทดลองใช้ช่วงแรงดันไฟฟ้า 0.4 - 0.7 V บันทึกผลลงตารางข้างล่าง
V
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
ได โอดสัญญาณ
I
ได โอดกำลัง
I
ผลการทดลอง
1 เขียนกราฟคุณสมบัติทางด้านฟอร์เวอร์สของไดโอดทั้งสองบนแกน เดียวกัน
2 คำนวณค่าความต้านทานของไดโอดทั้งสองที่ 0.6 V
ความสำคัญ ของ ประจุพาหะรอง
พาหะประจุรองทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าใหลผ่านไดโอด ซึ่งเป็นกระแสไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์
พาหะ ประจุไฟฟ้ารองจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ทำให้กระแสไฟฟ้าไม่พึงประสงค์มากขึ้น จนถึง
อุณหภูมิ ไดโอดไม่สามารถจะทำงานได้ สำหรับเยอร์มาเนียม 80 องศาเซลเซียส ซิลิคอน 160 องศา
เซลเซียส ทำให้มีความจำเป็นจะต้องใช้ตัวระบาย ความร้อนออกจากตัวไดโอด
การเลือกใช้งาน ไดโอด
การเลือกใช้ไดโอดจะต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้
1 วงจรต้องการใช้ไดโอดสัญาณหรือไดโอดกำลัง(กระแสสูงหรือกระแส ต่ำ)
2 กระแสฟอร์เวอส์สูงสุดเป็นเท่าไร
3 ฟอร์เวอส์โวลเต็จสูงสุดเป็นเท่าไร
4 โวลเต็จทำลายสูงสุดเป็นเท่าไร
ปฏิบัติการที่ 2
ไดโอดรีเวอส์ไบอัส
อุปกรณ์และเครื่องมือ
ซิลิคอนไดโอดสัญญาณ
เยอร์มาเนียมไดโอด
ไมโครแอมมิเตอร์ความไวสูง
เทอร์โมมิเตอร์
เครื่องเป่าผม
แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าตรง
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรใช้เยอร์มาเนียมไดโอด เช่น OA47, OA90, OA91
2 ตั้งแหล่งจ่ายไฟฟ้าเป็น 20V บันทึก กระแสไฟฟ้ารีเวอส์ควรจะอยู่ราว ๆ 5 - 10 uA
3 ให้ความร้อนแก่ไดโอดด้วยเครื่องเป่าผมแล้วสังเกตการเปลี่ยน แปลงกระแสไฟฟ้ารีเวอส์
4 วัดและบันทึกกระแสรั่วใหลแปรตามอุณหภูมิ ช่วง 20 - 50 องศาเซลเซียส
T(ซํ)
20
25
30
35
40
45
50
Irev
5 ทำการทดลองเหมือนเดิมกับซิลิคอนไดโอด
ผลการทดลอง
1 เปรียบเทียบกระแสรีเวอส์ไบอัสของซิลิคอนกับเยอร์มาเนียมได โอด
2 ใดโอดชนิดใด มีค่าเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิมากกว่า
การเลือกใช้ ซิลิคอนไดโอดและเยอร์มาเนียมไดโอด
การ ใช้ข้อมูลจากโรงงานผู้ผลิต
IF คือ กระแสไฟฟ้าฟอร์เวอส์สูงสุด
IF(AV) คือ กระแสไฟฟ้าสูงสุดรวมทั้งส่วนที่เป็นเอซีด้วย
VF คือ โวลเต็จคร่อมไดโอด
VRRM คือ รีเวอส์ไบอัสโวลเต็จสูงสุดก่อนจะถูกทำลาย
PIV คือ พีคอินเวอส์ไบอัสโวลเต็จ เหมือน VRRM
ตัวอย่าง 1
IF = 60 mA
VRRM = 40 V
VF กำหนดด้วยตัวไดโอดเอง
IF(ABV) ไม่ต้องคำนึงถึงเพราะไม่ เอซี ผสมอยู่
จะต้องเปิดตารางคู่มือของไดโอด ให้ตัวไดโอดมีค่าใกล้เคียงที่สุด
ตัวอย่าง 2
วงจรเรียงกระแสไฟฟ้าแบบครึ่งคลื่น 240 V ต้อง การกระแสไฟฟ้า 12 A ใช้ไดโอดอะไร
IF(AB) = 12 A
VRRM = ระวัง 240 V a.c. เป็นค่า r.m.s. จากไฟฟ้าบ้าน ได้พีคโวลเต็จเป็น 240
x 1.414 = 340 V หรือสูงกว่า
ใช้ ไดโอดเบอร์ BYX42 -600 เหมาะที่สุดเพราะ กระแสสูงสุด 12 A โวลเต็จสูงสุดเป็น 600 V
รายการ
ซิลิคอน ไดโอด
เยอร์ มาเนียมไดโอด
โว ลเต็จตกคร่อม
0.6
0.3
อุณหภูมิ สูงสุด
160 องศา เซลเซียส
80 องศา เซลเซียส
กระ แสรั่วใหล
ปานกลาง
น้อย มาก
การประยุกต์ใช้ ไดโอดทางปฏิบัติ
วงจรป้องกัน
วงจรป้องกันการ ผิดขั้วบวกลบ
เครื่องใช้อิเล็คทรอนิกส์ถ้าต่อแหล่งจ่ายไฟให้ผิดขั้ววงจรภายใน จะชำรุดทันที จำเป็นต้องมี
วงจร สำหรับป้องกันจ่ายไฟผิดขั้ว ได โอดเป็นอุปกรณ์นำกระแสไฟฟ้าทางเดียวจึงใช้ทำหน้าที่นี้ได้ดี
วงจรป้องกันโว ลเต็จเกิน หรือแบคอีเอ็มเอฟ
เมื่อสวิตช์ตัดกระแสไฟจะมีแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้น เพราะอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้ายุบตัวลงตาม
กระแส ไฟฟ้าที่ถูกตัด มีทิศกลับ ขั้วกับแรงดันไฟฟ้าเดิมเรียกว่า แรงดันย้อนกลับ สามารถทำลาย
ทรานซิสเตอร์ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ได้ จึง ใช้ไดโอดต่อให้นำไฟฟ้าเมื่อเกิดแรงดันย้อนกลับ แต่ไม่นำกระ
แส ไฟฟ้าเมื่อทำงานตามปกติ เพราะต่อขั้วให้ไม่นำกระแสปกติ แต่นำกระแสย้อนกลับ
ปฏิบัติการที่ 3
ทดสอบไดโอด
อุปกรณ์และเครื่องมือ
มัลติมีเตอร์
ซิลิคอนและเยอร์มาเนียมไดโอด
วิธีทดลอง
ต่อไดโอดข้างแคโทดเข้าขั้วบวกของมัลติมิเตอร์(ขั้วที่เป็นไฟบวก) และแอโนดเข้าที่ขั้วลบ
ของ มัลติมิเตอร์ ปรับมัลติมิเตอร์ให้วัดความต้านทาน จะได้ค่าความต้านสูงจนอ่านไม่ได้ถ้าไดโอดตัวนี้
ทำ งานปกติ
ต่อไดโอดข้างแอโนดเข้าขั้วบวกของมัลติมิเตอร์(ขั้วที่เป็นไฟบวก) และแคโทดเข้าที่ขั้วลบ
ของ มัลติมิเตอร์ ปรับมัลติมิเตอร์ให้วัดความต้านทาน จะได้ค่าความต้านต่ำมาก แต่อ่านค่าได้ถ้าไดโอด
ตัว นี้ทำงานปกติ
วงจรป้องกัน ไฟฟ้ากระชากทางลบ
ปฏิบัติการที่ 4
V
VL
V1
V2
V3
Germanium
Silicon
ไดโอดเรียง กระแสไฟฟ้า
ไดโอดนำกระแสไฟฟ้าทางเดียว ถ้าป้อนไฟฟ้ากระแสสลับผ่านไดโอดจะมีกระแสไฟฟ้าเพียง ซีก
เดียว ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ผ่านไดโอดไปได้
ไดโอดเรียง กระแสไฟฟ้าครึ่งคลื่น
ต่อขั้วแอโนดเข้าที่ไฟฟ้ากระแสสลับจะมีไฟฟ้าใหลออกเพียงซีกบวก ซีกเดียวไปทางขั้วแคโทดของ
ได โอด ไดโอดจึงทำหน้าที่เรียง ไฟฟ้ากระแสสลับซีกบวกให้ต่อกัน ขั้วทางออก(แคโทด)ของไดโอดจึงเป็นขั้ว
บวก ของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงจากไฟฟ้ากระแสสลับ ส่วนอีกสายหนึ่งของไฟฟ้ากระแสสลับก็จะเป็นขั้ว
ลบ ของแหล่งจ่ายไฟฟ้านี้
ตรวจสอบความคิด
ไฟ ดีซี เป็นเส้นตรง ดีซี โวลเต็จมีขั้วเดี่ยว คือ 0 V และขั้วบวก
ความ ถี่เอ้าพุทของไฟฟ้ากระแสสลับ 50 Hz คือ 50 Hz
ไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จากวงจรนี้ไม่เรียบ มีใช้งานบ้างเหมือนกันเช่น เครื่องประจุแบตเตอรี่
การทำให้กระแส ไฟฟ้าตรงเรียบ
ดีซีไม่เรียบสามารถทำให้เรียบขึ้นได้โดยการต่อคาปาซิเตอร์คร่อม ทางออก คาปาซิเตอร์จะทำ
หน้าที่ ประจุไฟฟ้าไว้เมื่อไดโอดนำกระแสไฟฟ้าและคายประจุออกเมื่อไดโอดหยุดนำกระแส ไฟฟ้า ทำให้ได้
กระแส ไฟฟ้าที่มีโวลเต็จไม่เป็นลูก ๆ คลื่น แต่จะเริ่มแบนราบลงมา ลูก ๆ คลื่นเหล่านี้จะมีความถี่เท่ากับ
ไฟฟ้า กระแสสลับเดิม ถ้าเพิ่มขนาด ของคาปาซิเตอร์ขึ้นความสามารถในการประจุและคายประจุจะเพิ่มขึ้น
ทำ ให้กระแสไฟฟ้าดีซี ที่ได้เรียบยิ่งขึ้น ส่วนที่ไม่เรียบเป็นคลื่นของไฟฟ้าดีซีหรือเรียกว่ามีส่วนที่เป็น เอซี
อยู่ ด้วยนี้เรียกว่า ริบเปิลโวลเต็จ
ปฏิบัติการที่ 5
วงจร ขลิบสัญญาณด้วยไดโอด
อุปกรณ์และเครื่อง
1 สโคป 2 บีม
2 เครื่องกำเนิดสัญญาณ
3 47k โอห์ม
4 ซิลิคอนไดโอดเล็ก ๆ
5 แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรตามรูปแรก
2 ป้อนสัญญาณไซน์ขนาด 1kHz 8.0Vp-p เข้า อินพุทและเข้าสโคปเส้นหนึ่ง
3 วาดรูปลูกคลื่นอินพุทและเอ้าพุทจากระดับ 0V และระดับที่ถูกขลิบไป
4 ทำเหมือนเดิม สำหรับวงจรในรูปที่ 2 และ ที่ 3
5 วงจรรูปที่ 3 ให้อธิบายสิ่งที่เกิด ขึ้นเมื่อ
ก. ไดโอดซ้ายขาด ข. ไดโอดขวาลัดวงจร ค. R 10k โอห์มขาด
6 ต่อวงจรตามรูปที่ 4
7 ป้อนอินพุทด้วยคลื่นไซน์ 1kHz 10Vp-p ปรับแหล่งจ่ายไฟให้เกิดการขลิบทางลบขนาด
ก. 2.0 V ข. 4.0 V
8 หาวิธีทำให้เกิดการขลิบระดับที่ต้องการโดยไม่ใช้แหล่งจ่าย ไฟปรับค่าได้
การเรกูเลท
แหล่งจ่ายไฟที่ดีจะต้องมีโวลเต็จคงที่ มีริบเปิลน้อยที่สุด
การเลือกใช้ไดโอดสำหรับวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น นั้นจะต้องคำนึงถึงโวลเต็จ
สูง สุดฟอร์เวอส์
ถ้าโวลเต็จแหล่งจ่ายเป็น 10 VRMS
โวลเต็จพีคจะเป็น 10 x 1.414 = 14.14 V
ทำให้จะต้องใช้ไดโอดที่มี VRRM มากกว่า 14.14 V
เมื่อซีกบวกประจุไฟฟ้าเข้าคาปาซิเตอร์ฟิลเตอร์ของวงจรแหล่งจ่าย ไฟฟ้าเสร็จ
แล้ว ซีกลบของไฟฟ้าจากหม้อแปลงจะปรากฏที่ไดโอดและอีกด้านหนึ่งของไดโอดยังคงต่อ
อยู่ กับขั้วของคาปาซิเตอร์ที่ประจุไฟฟ้าบวกไว้เต็ม ทำให้โวลเต็จคร่อมไดโอดกลับขั้วจาก
เดิม เป็น 2 เท่าของโวลพีค ซึ่งเป็นการไบอัสไดโอดแบบรีเวอส์ด้วยโวลเต็จขนาด 14.14
x2 = 28.28 โวลต์ ทำให้ไดโอดจะต้องมีโวลเต็จทำลายสูงกว่านี้
สิ่งสำคัญอีกอันหนึ่งของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นคือเมื่อ ซีกลบปรากฏที่
ได โอดจะไม่มีกระแสไฟฟ้าป้อนเข้าวงจร ทำให้มีวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นถูกคิดขึ้นมา
ไดโอดเรียง กระแสไฟฟ้าเต็มคลื่นชนิดต่างเฟส
วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นชนิดต่างเฟส ใช้หม้อแปลงไฟฟ้าช่วยกลับเฟส
ของ ไฟฟ้ากระแสสลับ ทำให้หม้อ แปลงต้องมี 3 ขั้ว คือ ขั้วเฟสแรก ขั้วกึ่งกลาง ขั้วเฟส
หลัง โดยไฟฟ้ากระแสสลับที่ขั้วเฟสแรกจะมี เฟสตรงข้ามกับขั้วเฟสหลังเมื่อเทียบกับขั้วกึ่ง
กลาง
ลักษณะการทำงาน
เมื่อลูกคลื่นบวกไปที่ขั้วเฟสแรกจะผ่านไดโอดตัวแรกออกไปที่ เอ้าพุทเมื่อลูกคลื่น
บวก ผ่านไป ก็จะมีลูกคลื่นลบมาแทนที่ลูกคลื่นลบนี้ผ่านไดโอดแรกไม่ได้ จากการกลับเฟสของ
หม้อ แปลงไฟฟ้า ขณะนี้ขั้วเฟสหลังจะมีลูกคลื่นบวกมาถึงและผ่านไดโอดตัวหลังออกไปที่เอ้าพุท
ต่อ จากลูกคลื่นบวกลูกแรก ทำให้ 1 ลูกคลื่นไฟฟ้ากระแส สลับมีลูกคลื่นซีกบวกปรากฏที่เอ้าพุท 2
ลูก ทำให้ดีซีเอ้าพุทไม่เรียบมีความถี่เป็น 2 เท่าของอินพุท ถ้าความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับอินพุทเป็น
50 Hz ความถี่ของดีซีเอ้าพุทไม่เรียบ เป็น 100 Hz ความถี่ที่สูงขึ้นนี้เป็นผลดีต่อการฟิลเตอร์
ให้ กระแสไฟฟ้าเรียบ เพราะคาปาซิเตอร์สามารถนำไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงได้ดีกว่าไฟฟ้า
กระแส สลับความถี่ต่ำกว่า
การทำให้กระแส ไฟฟ้าตรงเรียบสำหรับการเรียงกระแสไฟฟ้าเต็มคลื่น
วงจรฟิลเตอร์ที่ใช้สำหรับกรองเอาเอซีที่มากับดีซีหรือริบเปิลออก ได้แก่วงจรความ
ถี่ ต่ำผ่าน หรือโลพาสฟิลเตอร์ ประกอบ ด้วยตัวต้านทานต่ออนุกรมกับเครื่องใช้ไฟฟ้าดีซี และ
คา ปาซิเตอร์ต่อขนานกับเครื่องใช้ไฟฟ้าดีซีนี้ ตัวต้านทานจะกั้นทั้งเอซีและดีซี ส่วนคาปาซิเตอร์
จะ กั้นดีซีและยอมให้เอซีผ่าน ทำให้ดีซีผ่านออกไปทางเอ้าพุทได้มากส่วนเอซีจะถูกคา ปาซิเตอร์
แยก ออกไม่ให้ออกไปที่เอ้าพุท
แหล่งจ่ายไฟดีซีแบบนี้ไม่ดีนัก เนื่องจากโวลเต็จเอ้าพุทไม่คงที่ เปลี่ยนไปตามกระ
แส เอ้าพุท ถ้ากระแสมากโวลเต็จ ตกคร่อมตัวทานในวงจรโลพาสฟิลเตอร์จะมาก ทำให้โวลเต็จ
เอ้าพุ ทต่ำลง ในทางกลับกันถ้า กระแสน้อยโวลเต็จตกคร่อมตัวทานในวงจรโลพาสฟิลเตอร์จะ
น้อย ทำให้โวลเต็จเอ้าพุทสูงขี้น
ตรวจสอบความ เข้าใจ 3
1 ไดโอดที่ใช้ในวงจรเอซี 40 VRMS จะต้องเป็น PAD5 หรือไม่
2 ทำไมเยอร์มาเนียมไดโอดจึงมีใช้ในงานอุตสาหกรรมน้อย
3 เขียนวงจรเรียงกระแสไฟฟ้าแบบครึ่งคลื่นซีกลบ
ซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอดใช้เงื่อนใขจุดทำลายของไดโอดมาใช้ประโยชน์
ซีเนอร์ไดโอดไม่นำกระแสไฟฟ้าเมื่อไบอัสแบบรีเวอส์ ถ้าไบอัสโวลเต็จต่ำกว่าที่
กำหนด แต่ถ้าไบอัสโวลเต็จสูงถึงจุดที่กำหนดได โอดจะนำกระแสมาก จนทำให้ไบอัสโวลเต็จ
ลด ต่ำลงไม่เกินกว่าที่กำหนด
ปฏิบัติการที่ 6
วงจร เรียงกระแสครึ่งคลื่น
อุปกรณ์และเครื่องมือ
สโคป 2 บีม
หม้อแปลงไฟฟ้าเอ้าพุทโวลเต็จต่ำ
ซิลิคอนไดโอดกำลัง
คาปาซิเตอร์ 10 - 33 uF
ตัวต้านทาน 1k ,4.7k, 10k
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรโดยไม่ต้องต่อคาปาซิเตอร์
2 สังเกตรูปคลื่นโวลเต็จทางเข้าและทางออกบนสโคป(แชลแนล A และ B)
3 วาดรูปคลื่นทั้งสอง จากระดับ 0V และ พีคโวลเต็จ
4 ต่อคาปาซิเตอร์ แล้ววาดรูปคลื่นโวลเต็จทางออก วัดและบันทึกขนาดของริบเปิลโวลเต็จ
5 ทำซ้ำสำหรับค่าความต้านทานให้ครบทุกค่า
ผลการทดสอง
1 มีเงื่อนใขอะไรที่จะทำให้ริบเปิลโวลเต็จเป็นศูนย์
2 แนะนำวิธีลดขนาดริบเปิลโวลเต็จสำหรับโหลด 1k
ตรวจสอบความคิด
จากคู่มือซีเนอร์ไดโอดมีแสดงย่านขอบเขตการควบคุมโวลเต็จอย่างไร 10V ซีเนอร์
ได โอด จะควบคุมได้ 10V พอดีหรือไม่
รายละเอียด เฉพาะของซีเนอร์ไดโอด
จากคู่มือซีเนอร์ไดโอด จะมีค่ารายละเอียดเฉพาะอยู่ 2 ค่า คือ
1 ซีเนอร์โวลเต็จปานกลาง (Vz)
2 ซีเนอร์เพาเวอร์สูงสุด (Pz(max))
การคำนวณกระแส ไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด
จาก กำลัง = โวลเต็จ x กระแส
P = V x I
กำ ลังซีเนอร์ = ซีเนอร์โวลเต็จ x กระแสซีเนอร์
Pz = Vz x Iz
Iz = Pz / Vz
ถ้า กำหนดให้ Pz(max) จะได้
Iz(max) = Pz(max) / Vz
เช่น BZY88.C20(20V 400mW Zener diode)
Iz(max) = (400 x 10-3)/20
= 20 x 10-3
= 20 mA
เทคนิคการออก แบบที่ 1
วงจร เรียงกระแสเต็มคลื่น
จุดประสงค์
1 สร้างวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นพร้อมทั้งทำให้เรียบ
2 เขียนรายงานการทดสอบตลอดทั้งวงจร
อุปกรณ์และเครื่องมือ
สโค ป
หม้อ แปลงไฟฟ้า 220V - 12V 0V 12V
ซิลิคอน ไดโอดกำลัง 2 ตัว
คา ปาซิเตอร์ 22 uF
คา ปาซิเตอร์ 10 uF
ตัว ต้านทาน 270, 820, 1k, 2.2k, 3.3k, 4.7k, 6.8k, 8.2k, 10k
มัลติมิเตอร์
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นใช้ตัวต้านทานโหลด 10k
2 วัดและวาดรูป เอซี อินพุท
3 ตัดคาปาซิเตอร์ออก วาดรูป ดีซี เอ้าพุทคร่อม R โหลด แสดงระดับ 0V และค่าพีค ตามเวลา
และ ความถี่
4 ต่อคาปาซิเตอร์เข้าวงจร วาดรูปและวัด ดีซี เอ้าพุท แสดงระดับ ดีซี และริบเปิลโวลเต็จ
5 เปลี่ยนค่า R โหลด วัดและบันทึกค่าริบเปิล และ เอ้าพุท โวลเต็จ นำไปเขียน กราฟ
ก ริบเปิลโวลเต็จกับกระแสโหลด
ข ดีซี เอ้าพุท โวลเต็จกับกระแสโหลด
6 ที่ R โหลด 1k จงอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นต่อรูปคลื่นเอ้าพุทโวลเต็จและริบเปิล เมื่อ
ก ไดโอดตัวบนขาด(o/c)
ข ไดโอดตัวล่างซ๊อต(s/c)
ค คาปาซิเตอร์ตัวใกล้ไดโอดขาด(o/c)
รายงานการทดสอบ ประกอบด้วย
1 วงจรไฟฟ้า
2 บรรยายการทำงานของวงจรสั้น ๆ
3 วาดรูปคลื่นแสดง สัญญาณอินพุท เอ้าพุทของวงจรเรียงกระแส เอ้าพุททีมีวงจรทำให้เรียบ
และ ฟิลเตอร์
4 รายละเอียดเฉพาะ เช่น เอ้าพุทโวลเต็จ แอมปลิจูดของริบเปิล กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลง
เทียบ กับกระแสโหลด
5 รายการเกี่ยวกับเรกลูเลชั่นของเครื่องจ่ายไฟจากเอ้าพุทไม่ มีโหลดและโหลดเต็ม โดยโหลด
เต็ม ได้แก่ตัวต้านทาน 1k
โหลด เรกลูเลชั่น = (ดีซี เอ้าพุท โวลเต็จเปลี่ยนแปลง/ดีซี เอ้าพุท ไม่มีโหลด) x 100 %
6 รายการตรวจสอบพื้นฐาน
7 จากผลการทดสอบ แสดงให้เห็นคุณภาพของวงจร รวมทั้งการนำไปประยุกต์ใช้และขีด
จำกัด ต่าง ๆ
ปฏิบัติการที่ 7
การ ใช้งานซีเนอร์ไดโอด
อุปกรณ์และเครื่องมือ
แหล่งจ่ายไฟดีซีปรับค่าได้
ดีซี โวลมิเตอร์
ตัวต้านทาน 470 โอห์ม
ซีเนอร์ไดโอด 5.6V 400mW
ซีเนอร์ไดโอด 8.2V 400mW
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรใช้ซีเนอร์ 5.6V
2 บันทึก Vout เมื่อ Vin เป็น 0 - 15 V ทุกช่วง 0.5V
3 ทดลองซ้ำใช้ ซีเนอร์ไดโอด 8.2 V
ผลการทดลอง
1 เขียนกราฟ เอ้าพุทโวลเต็จกับอินพุทโวลเต็จของซีเนอร์ไดโอดทั้งสองบนแกนเดียวกัน
2 จากผลที่ได้ แสดงเอ้าพุทโวลเต็จที่เปลี่ยนไปเกิดขึ้นเมื่อย่านอินพุทอยู่ระหว่าง
ก 5 - 8 V ข 9 - 12 V
3 หาว่ากระแสสูงสุดที่ยอมให้ผ่านซีเนอร์ไดโอดทั้งสองเป็น เท่าไร
ตรวจสอบความคิด
มีกระแสสูงสุดของซีเนอร์ แต่มีกระแสต่ำสุดของซีเนอร์หรือไม่ สังเกตกราฟ
คุณสมบัติ ที่จุดทำลาย พบเป็นรูปมน แสดง ว่าจะต้องระมัดกระแสต่ำสุดของซีเนอร์เหมือน
กัน แม้จะมีค่าน้อยมากก็ตาม ในการคำนวณมักจะคิดว่า
Iz(min) = 0
การประยุกต์ใช้ งานซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอดมีโวลเต็จทำลายปานกลาง โดยซีเนอร์ไม่เป็นอันตราย
วงจรป้องกันโว ลเต็จเกิน
ถ้าป้อนโวลเต็จเกินจุดทำลายของซีเนอร์ เช่น 12V ซีเนอร์จะทะลาย ให้กระแสใหล
หลอม ละลายฟิวส์ให้ขาดได้
วงจรกำหนดขอบ เขตหรือวงจรตัดริมโวลเต็จส่วนเกิน
ซีเนอร์จะทะลายที่ 5.6 V ทำให้เอ้าพุทโว ลเต็จไม่ขึ้นไปสูงกว่านี้ได้
วงจรรักษาระดับ โวลเต็จให้อยู่ในขอบเขตที่รับได้
เมื่อไฟอินพุทมีการเปลี่ยนแปลงมาก จะใช้ซีเนอร์ไดโอดมาช่วยรักษาระดับโวลเต็จ
ให้ อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้
Vout เท่ากับ ซีเนอร์โวลเต็จ
ถ้า ZD1 = 8.2 V
Vout = 8.2 V
Vout = Vz
วงจรจะทำงานแบบแบ่งกระแส คือ
It = Iz + IL
ถ้า Iz = 20 mA
IL = 10 mA
แล้ว It = 20 mA + 10 mA
= 30 mA
ถ้าตัดโหลดออกไป จะมีกระแสใหลผ่านซีเนอร์เท่าไร
Iz = It - IL
It = 30 mA
IL = 0 A
Iz = 30 - 0
= 30 mA
It = Iz เมื่อ IL = 0
It = IL เมื่อ Iz = 0
ตรวจสอบความคิด
ถ้า จ่ายไฟ(Vs) 12V ให้ซีเนอร์ขนาด(Vz) 10V ที่เหลือ 2V จะไปที่ใหน?
โว ลเต็จที่เหลือจะตกคร่อมตัวต้านทาน Rs
ถ้า Vs สูงจะเกิดอะไรขึ้น
ค่า Vz จะคงที่ แต่โวลเต็จตกคร่อม Rs จะสูงขึ้น
ถ้า Vs สูงถึง 14V Vz ยังคงที่ 10V โวลเต็จตกคร่อม Rs จะสูงขึ้นเป็น
Vs - Vz = 14 - 10
= 4V
ค่า Rs มีความสำคัญมากเพราะเป็นตัวจำกัด กระแสเอ้าพุท
การคำนวณค่า Rs
1 หากระแสโหลด IL
IL = Vout / RL
และ Vout = Vz
ได้ IL = Vz / RL
= 6.8 /390
= 17.4 mA
2 กระแสโหลด IL สามารถ ประมาณได้ว่าคงที่ เพราะค่า RL คงที่
3 หากระแสสูงสุดของซีเนอร์ Iz(max)
Iz(max) = Pz(max) / Vz
= (400 x 10-3)/6.8
= 58.8 mA
4 เมื่อไม่มีโหลดกระแส 58.8 mA จะใหล ผ่านซีเนอร์ไดโอด
It = Iz
5 Rs เป็นตัวกำหนดกระแส แม้ไม่ต่อ Rs กระแส จะมากกว่า 58.8 mA ไม่ได้
6 Rs = (Vs(max) - Vz) / Iz(max)
= (13 - 6.8) / 58.8 mA
= 105.4 โอห์ม
7 ค่าที่ใกล้ที่สุดคือ 120 โอห์ม
8 คำนวณค่ากระแสซีเนอร์เมื่อ Vs(max)
Vs(max) = 13 V
Iz = (Vs(max) - Vz) / Rs
= (13 - 6.8) /120
= 51.6 mA
9 ก หา Iz เมื่อ Vs = 10V IL = 17.4 mA คงที่
It = (Vs - Vz) / Rs
= (10 - 6.8) / 120
= 26.6 mA
Iz = It - IL
= 26.6 mA - 17.4 mA
= 9.2 mA
ข หา Iz เมื่อ Vs = 13V
It = (Vs - Vz) / Rs
= (13 - 6.8) / 120
= 51.6 mA
Iz = 51.6 mA - 17.4 mA
= 34.2 mA
10 หากำลังของ Rs
จาก P = I2R
R = 120 โอห์ม
It(max) = 51.6 mA
P = (51.6 x 10-3)2 x 120
= 0.319 W
ใช้ ตัวต้านทาน 0.5 W พอดี
ปฏิบัติการที่ 8
การ ใช้ซีเนอร์ไดโอดเป็นลิมิตเตอร์
อุปกรณ์และเครื่องมือ
สโคป 2 บีม
เครื่องกำเนิดสัญญาณ
ซีเนอร์ไดโอด 5.6V 400mW
ซีเนอร์ไดโอด 3.9V 400mW
วิธีทดลอง
1 ต่อวงจรข้างบน
2 ต่อเครื่องกำเนิดสัญญาณ ปรับไปที่ 1 kHz 40Vp-p แบบไซน์
3 ต่อสโคปเข้าที่อินพุทและเอ้าพุท
4 วาดรูปคลื่นของอินพุทและเอ้าพุทเริ่มจาก 0V และระดับที่ถูกขลิบ
5 อธิบายว่าจะเกิดอะไรขึ้น ถ้า
ก ซีเนอร์ตัวบนขาด ข ซีเนอร์ตัวบนช๊อต ค ซีเนอร์ตัวล่างขาด ง ซีเนอร์ตัวล่างช๊อต
เทคนิคการออก แบบที่ 2
ซี เนอร์ไดโอด
ต้องการออกแบบแหล่งจ่ายไฟโวลเต็จคงที่ 7.5 V d.c. 100 mA จากแหล่งจ่าย
ไฟ ดีซีที่มีโวลเต็จไม่คงที่ระดับ 11V - 14.6V
วางแผน
1 เขียนวงจรเบื้องต้น
2 สิ่งที่กำหนดให้
Vs = 11 - 14.6V
Vout = Vz = 7.5V
IL = 100mA
3 สิ่งที่ต้องการรู้ คือ It
คิดว่า Iz(min) = 0
ทำให้ได้ It = IL = 100mA
สำหรับ Rs เป็นตัวกำหนดค่ากระแสที่ใหล ผ่านซีเนอร์ไดโอดเมื่อไม่มีโหลด จะต้องมีกระแส
100mA สำหรับจ่ายให้โหลดได้ทุกกรณี เมื่อ Vs = 11V และ Vs = 14.6V
กรณีแย่ที่สุดคือ Vs(min) = 11V
คำนวณ ค่า Rs สำหรับ Vs(min)
Rs = (Vs(min) - Vz) / It
= (11.0 - 7.5) / 100 x 10-3
= 35 โอห์ม
ค่า ที่ใกล้เคียงที่สุดคือ 33 โอห์ม
ตรวจสอบกระแสใหลเท่าไรเมื่อใช้ค่า 33 โอห์ม
It = (Vs(min) - Vz) / Rs
= (11.0 - 7.5) / 33
= 106 mA
ค่า นี้สูงกว่า 100mA ทำให้ค่า 33 โอห์มเหมาะสม ได้
Rs = 33 โอห์ม
ถ้า Vs(max) 14.6V จะเป็นอย่างไร
It = (Vs(max) - Vz) / 33
= (14.6 - 7.5) / 33
= 215.1mA
ใน ภาวะแย่สุด คือ Vs ต่ำสุด ไม่ต่อโหลดเลย กระแสซีเนอร์เป็น
Iz = It = 215.1mA
กำลัง ของซีเนอร์(Pz) เป็น
Pz = Iz x Vz
= 215.1 x 10-3 x 7.5
= 1.61 W
การเลือกอุปกรณ์
ซี เนอร์ 7.5V 1.61W จากคู่มือน่าจะเป็นเบอร์ BZX70C7V5(7.5V 2.5W)
กำลัง ของ Rs ภายใต้เงื่อนใขแย่ที่สุด กระแสใหลผ่านซีเนอร์ 215.1mA
P = I2R
= (215.1 x 10-3)2 x 33
= 1.526W
นั่น คือจะต้องใช้ R 33 โอห์ม 2 วัตต์ หรือวัตต์มากกว่านี้
ตรวจสอบความคิด
ซีเนอร์ไดโอดสามารถรักษาระดับโวลเต็จให้คงที่ได้ แม้กระแสโหลดจะเปลี่ยนแปลง
และ Vs คงที่ เพราะว่า It = Iz + IL ถ้า IL ลดลง จะทำให้ Iz
สูง ขึ้น และถ้า IL สูงขึ้น จะทำให้ Iz ลดลง
เมื่อ RL สูงสุด วงจรขาด IL = 0
Iz = It
และ
It = Iz(max)
Iz = 1W / 5.6v
= 178.6mA
Rs = (Vs - Vz) / Iz(max)
= (10 -5.6)/178.6 x 10-3
= 24.6 โอห์ม
อุปกรณ์ ใกล้เคียงที่สุดคือ 27 โอห์ม
ที่ Rs = 27 โอห์ม
Iz = (10 - 5.6) / 27
= 163mA
จาก It = Iz + IL
ได้ Iz = It - IL
= 163mA - 50mA
= 113mA
ถ้า IL เพิ่มขึ้นเป็น 60mA Iz จะลดลง
Iz = 163mA - 60mA
= 103mA
ถ้า IL ลดลงเป็น 40mA Iz จะเพิ่มขึ้น
Iz = 163mA - 40mA
= 123mA
ตลอด เวลา It จะคงที่เสมอ
ตรวจสอบความคิด
จากที่กล่าวมาหมายความว่า IL มี ค่าเพิ่มขึ้นไปได้อย่างไม่จำกัด
แต่ ความจริงไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากซีเนอร์ในอุดมคติมีค่า Iz(min) = 0 เมื่อ Iz = 0
It = 163mA ทำให้
IL = It - I
= 163mA
ค่า IL เป็น 163mA เป็นค่ากระแสโหลดสูงสุด
คำนวณ ค่า RL(min)
IL = 163mA = It
Vout = 5.6V
ได้ RL(min)= Vout / It
= 5.6V / 163 x 10-3A
= 34 โอห์ม
ตรวจสอบความ เข้าใจ 4
1 จากคู่มือไดโอดจงหา
ก กระแส ฟอร์เวิอส์สูงสุดของ BAV10
ข ค่า PIV ของ 1N916
2 กระแสสูงสุดของซีเนอร์ไดโอดต่อไปนี้เป็นเท่าไร
ก BZX85C6V8
ข BZY93C36
3 ซีเนอร์ไดโอด 15V 1W ใช้ในวงจรรักษาระดับโวลเต็จดีซี 25V เปลี่ยนแปลง +-25% จะ
ต้อง ใช้ค่า Rs เท่าไร
4 จงวาดรูปกราฟคุณสมบัติฟอร์เวอส์และรีเวอส์ของซีเนอร์ไดโอด 20V 400mW ที่กระแส
สูง สุด
ทบทวนเรื่องได โอด
1 ไดโอดเป็นประตูทางเดียวของกระแสไฟฟ้า
2 สัญลักษณ์พื้นฐานของไดโอดแสดงถึงทิศทางการใหลของกระแสไฟฟ้า ปกติ
3 สารกึ่งตัวนำที่นำมาใช้งานมากคือ ซิลิคอน กับ เยอร์มาเนียม
4 ไดโอดจะนำกระแสไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อป้อนไฟฟ้าบวกให้แก่แอโนด สูงกว่าแคโทดเกินกว่า
0.6V สำหรับซิลิคอนไดโอด และ 0.3V สำ หรับเยอร์มาเนียมไดโอด
5 ไดโอดจะมีความต้านทานสูงมากเมื่อไบอัสแบบรีเวอส์ และต่ำมากเมื่อไบอัสแบบฟอร์เวอส์
6 ไดโอดจะพังเมื่อ
ก ให้รีเวอส์ไบอัสสูงกว่า VRRM(max) ของไดโอด
ข กระแสไฟฟ้าใหลผ่านมากกว่ากระแสสูงสุดที่กำหนดให้
ค ทำงานจนเกิดความร้อนสูงเกิน ทำให้ต้องตัวระบายความร้อน
7 งานที่ใช้ไดโอดมากที่สุดคืองานเรียงกระแสไฟฟ้า
8 ซีเนอร์ไดโอดทำงานที่จุดทำลายของไดโอด
9 ซีเนอร์ไดโอดต่อทำงานแบบรีเวอส์ไบอัส
10 ซีเนอร์ไดโอดประยุกต์ใช้กับงานต่อไปนี้คือ
ก ป้องกันโว ลเต็จสูงเกินไป
ข วงจรขลิบ สัญญาณไฟฟ้า
ค แหล่งโวลเต็จ อ้างอิงของวงจรไฟฟ้า
ง วงจรรักษาระ ดับโวลเต็จคงที่อย่างง่าย
เฉลยตรวจสอบ ความเข้าใจ
ตรวจ สอบความเข้าใจ 1
1 ประจุไฟฟ้าลบ 2 เชลล์นอกสุด 3 สารตัวนำไฟฟ้า
ตรวจ สอบความเข้าใจ 2
1 มีวาเลนซ์อิเล็คตรอน 4 ตัว 2 ใช่ 3 มีความร้อนเกิดขึ้นเมื่อเกิดการรวมกันของคู่อิเล็คตรอน
กับ โฮลในธาตุเยอร์มาเนียมบริสุทธ์ 4
ตรวจ สอบความเข้าใจ 3
1 พีคโวลเต็จของไฟ 40Vrms คือ 40 x 1.414 = 56.56V แต่ PAD5 มี VRRM(max)
เพียง 45V ใช้ในงานนี้ไม่ได้
2 เยอร์มาเนียมทนความร้อนได้แค่อุณหภูมิต่ำ(80องศาเซลเซียส) ถ้าใช้ไดโอดกำลังจะต้องมี
กระ แสใหลผ่านมากทำให้เกิดความร้อนจะต้องใช้ตัวระบายความร้อนใหญ่เป็นปัญหา จึงต้องใช้
ซิลิคอน ไดโอดเป็นส่วนใหญ่
ตรวจ สอบความเข้าใจ 4
1 ก BAV10 มี It = 200mA ข 1N916 มี PIV = VRRM(max) = 100V
2 ก BZX85C6V8 เป็นซีเนอร์ไดโอด 6.8V 1.3W It(max) = 1.3/6.8 = 191mA
ข BZY93C36 เป็นซีเนอร์ไดโอด 36V 20W It(max) = 20/36 = 555mA
3 20 % ของ 25V = 5V ได้ Vs(min)= 25 - 5 = 20V Vs(max) = 25 + 5 = 30V
กระแสสูงสุดของซีเนอร์ It(max) = 1/15 = 66.6mA
Vs = (Vs(max) - Vz)/ It(max)= (30 - 15) / 66.6 x 10-3 = 225.2 โอห์ม
ค่า ใกล้เคียงที่สุดคือ 270 โอห์ม
4
