ไดโอด (DIODE)
ไดโอด เป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ p-n สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียว
ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode ; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด p และ แคโธด (Cathode ; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด n ดังรูป
ไดโอดใน ทางอุดมคติ (Ideal Diode)
ไดโอดในอุดมคติมีลักษณะเหมือนสวิทช์ที่สามารถนำกระแสไหล ผ่านได้ในทิศทางเดียว
จากภาพถ้าต่อขั้วแบตเตอรีให้เป็นแบบไบอัสตรงไดโอดจะเปรียบเป็น เสมือนกับสวิทช์ที่ปิด (Close Switch) หรือไดโอดลัด วงจร (Short Circuit) Id ไหลผ่านไดโอดได้ แต่ถ้าต่อขั้วแบตเตอรีแบบไบอัสกลับ ไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนสวิทช์เปิด (Open Switch) หรือ เปิดวงจร (Open Circuit) ทำให้ Id เท่า กับศูนย์
ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode)
ไดโอดในทางปฏิบัติมีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยที่ บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง ดังนั้น ถ้าต่อไบอัสตรงให้กับไดโอดในทางปฏิบัติก็จะเกิด แรงดันเสมือน (Ge >= 0.3V ; Si >= 0.7V ) ซึ่งต้านแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเพื่อ การไบอัสตรง ดังรูป
ขนาดของแรงดันเสมือนจึงเป็นตัวบอกจุดทำงาน ดังนั้น จึงเรียก แรงดันเสมือน อีกอย่างหนึ่งว่า แรงดันในการเปิด (Turn-on Voltage ; Vt )
กรณีไบอัสกลับ เราทราบว่า Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น แต่ก็ยังมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายที่รอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง แต่ก็ยังมีกระแสรั่วไหลอยู่จำนวนหนึ่ง เรียกว่า กระแสรั่วไหล (Leakage Current) เมื่อ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นเรื่อยๆ กระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดทีไดโอดนำกระแสเพิ่มขึ้นมาก ระดับกระแสที่จุดนี้ เรียกว่า กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ (Reverse Saturation Current ; Is ) แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้ เรียกว่า แรงดันพังทลาย (Breakdown Voltage) และถ้าแรงดันไบกลับสูงขึ้นจน ถึงจุดสูงสุดที่ไดโอดทนได้ เราเรียกว่า แรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ถ้าแรงดันไบอัสกลับสูงกว่า Vz จะเกิดความร้อนอย่างมากที่รอยต่อของไดโอด ส่งผลให้ไดโอดเสียหายหรือพังได้ แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เราเรียกว่า แรงดันพังทลายอวาแลนซ์ (Avalance Breakdown Voltage) ดังนั้น การนำไดโอดไปใช้งานจึงใช้กับการไบอัสตรงเท่านั้น
ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects)
จากการทดลองพบว่า Is ของ Si จะมีค่าเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่า ทุกๆ ครั้งที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส ขณะที่ Ge ม ีค่า Is เป็น 1 หรือ 2 micro-amp ที่ 25 องศาเซลเซียส แต่ที่ 100 องศาเซลเซียสจะมีค่า Is เพิ่มขึ้นเป็น 100 micro-amp ระดับ กระแสไฟฟ้าขนาดนี้จะเป็นปัญหาต่อการเปิดวงจรเรื่องจากได้รับการไบอัสกลับ เพราะแทนที่ Id จะมีค่าใกล้เคียงศูนย์ แต่กลับนำกระแสได้จำนวนหนึ่งตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)
ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่นำกระแสได้เมื่อได้รับไบ อัสกลับ และระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไป ใช้งานได้เรียกว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz)
จากภาพ ทำให้ทราบว่าการใช้งานซีเนอร์ไดโอดเราจะต่อแบบ ไบอัสกลับ
กราฟแสดงคุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอด จะเห็นได้ว่าขณะไบอัสซีเนอร์ไดโอด แรงดันไบอัสกลับ (Vr) จะมีค่าน้อยกว่า Vz เล็กน้อย
ไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดหรือ วงจรที่ต้องการแรงดันคงที่ เช่น ประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง หรือโวลเท จเรกูเลเตอร์
ไดโอดวาแรกเตอร์หรือ วาริแคป (Varactor or Varicap Diode)
ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคปเป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษ คือ สามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อ (Ct) ได้โดยการปรับค่าแรงดันไบอัสกลับ ไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไปและมีลักษณะ ดังรูป
ขณะแรงดันไบอัสกลับ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มีค่าต่ำ Depletion Region จะแคบลงทำให้ Ct ครงรอบต่อมีค่าสูง แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับ Vr ให้สูงขึ้น Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น ทำให้ Ct มีค่าต่ำ
จากลักษณะดังกล่าว เราจึงนำวาริแคปไป ใช้ในวงจรปรับความถี่ เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ (Automatic Fine Tunning ; AFC) และวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ (Variable Bandpass Filter) เป็นต้น
แอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED)
LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์ (Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟ ต์ (Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำ ชนิด p และ n แทนสาร Si และ Ge มีสัญลักษณ์ ดังรูป
สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลใน เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข,นาฬิกา เป็นต้น
โฟโต ไดโอด (Photo Diode)
โฟโต ไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้น ให้ไดโอดทำงาน
การต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะ เป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานใน ทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสีย ก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสง สว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง มีสัญลักษณ์ ดังรูป
ไดโอดกำลัง (Power Diode)
ไดโอดกำลัง เป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไป เพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสุงได้ เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแส ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น
จากรูป แสดงให้เห็นรูปร่างและพิกัดกระแสของไดโอดกำลังหลายๆ ประเภท จะเห็นได้ว่าพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมป์ ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูง โดยทั่วไปนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความรัอน (Heat Sinks) เพื่อ เพิ่มพื้นที่ระบายความรัอนภายในตัวไดโอดกำลัง
