AJAMANGALA UNIVERSITY of TECHNOLOGY SRIVIJAYAMUTSV, ELECTRONIC ENGINEERINGR

Electronics Circuit Analysis

อาจารยผสอน : อภรกษ เสอเดช

การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส

Email : apirak.su@rmutsv.ac.th

Website : www.suadet.yolasite.com

AJAMANGALA UNIVERSITY of TECHNOLOGY SRIVIJAYAMUTSV, ELECTRONIC ENGINEERINGR

Diode, BJT, and MOSFET

ทบทวนอปกรณอเลกทรอนกส

AJAMANGALA UNIVERSITY of TECHNOLOGY SRIVIJAYAMUTSV, ELECTRONIC ENGINEERINGR

DIODE

ไดโอด

A. Suadet Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET 4

ลกษณะตวถงของไดโอดทมขายทวไป

A. Suadet 5

1. ไดโอดเรกตฟาย (Rectifier Diode)

ไดโอดประเภทนจะใชในวงจรเรยงกระแส (Rectifier) หรอวงจรแปลงไฟสลบเปนไฟตรงนนเอง

โดยไดโอดทพบเหนกนสวนใหญจะเปนไดโอดประเภทน

ชนดของไดโอด (DIODE)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 6

2. ไดโอดกาลง (Power Diode)

ไดโอดประเภทนจะมลกษณะเปนโลหะขนาดใหญ เพอชวยในการระบายความรอนภายในตว

สวนใหญจะใชในงานแหลงจายกาลง ซงมกระแสสง

ชนดของไดโอด (DIODE)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 7

3. ซเนอรไดโอด (Zener Diode)

เปนไดโอดทออกแบบมาเปนพเศษโดยจะทางานในสภาวะไบอสกลบและมคณสมบตใน การ

รกษาระดบแรงดนไฟฟาตกครอมตวมนใหมคาคงท จงนยมใชในวงจรรกษาระดบ

แรงดนไฟฟา (Voltage Regulator)

ชนดของไดโอด (DIODE)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 8

4. ไดโอดดเทคเตอร (Detector Diode)

ไดโอดประเภทนจะใชในวงจรเครองรบ - สงวทย โดยใชเปนตวแยกสญญาณวทย หรอ

ลดสญญาณรบกวน

ชนดของไดโอด (DIODE)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 9

5. ไดโอดเปลงแสง (Light Emitting Diode, LED)

แอลอด (LED) เปนไดโอดทออกแบบมาเปนพเศษโดยเมอไดรบแรงดนไบอสตรง จะเปลงแสง

ออกมาได ซงมทง สแดง เขยว ฟา สม เหลอง ฯลฯ ตามสารทใชทา มกใชในสวนของการแสดงผล

ในวงจรอเลกทรอนกส เพราะกนไฟนอยกวาหลอดมาก

ชนดของไดโอด (DIODE)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 10

6. ไดโอดรบแสง (Photo Diode)

ไดโอดทออกแบบมาเพอปรบเปลยนคาตามความเขมของแสงทเขามา โดยจะมลกษณะเปนชอง

หนาตางเลก ๆ ไวใชในการรบแสง ซงอาจเปนแสงสวางธรรมดาหรอแสงอนฟาเรด มกใชกบ

วงจรตรวจจบสญญาณ หรอในวงจรควบคมระยะไกล หรอท เรยกวา รโมท

ชนดของไดโอด (DIODE)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 11

คณสมบตของไดโอดในทางอดมคต

• ไดโอดเปนอปกรณทม 2 ขา อนไดแก

- ขาแอโนด (Anode) ทางานเปนขวบวก

- ขาแคโธด (Cathode) ทางานเปนขวลบ

- ถาไบอสตรง→ไดโอดทางาน→เสมอนลดวงจร (short)

- ถาไบอสกลบ→ไดโอดไมทางาน→เสมอนเปดวงจร (open)

สญลกษณและการทางานของไดโอด

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 12

ตวอยางการประยกตใชงาน : วงจรเรคตไฟเออร

เมอแรงดนเปนซกบวก ไดโอดยอมใหกระแสไหลผานได และดงนน

แรงดนเอาตพตจะมเฉพาะทเปน บวก

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 13

ตวอยางการประยกตใชงาน : วงจรลอจกเกทไดโอด

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 14

คณลกษณะของไดโอดรอยตอ

กราฟความสมพนธระหวางกระแส-แรงดนของไดโอด

(1) ยานการทางานไบอสตรง

โดยทแรงดน v > 0

(2) ยานการทางานไบอสกลบ

โดยทแรงดน -VZK<v < 0

(3) ยานการทางานพงทลาย

โดยทแรงดน v < –VZK

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 15

สมการกระแสของไดโอด

• ยานการทางานไบอสตรง (Forward-Bias Region)

สมการความสมพนธระหวางกระแส-แรงดนของไดโอดมคาประมาณเทากบ

VT คอ แรงดนทขนอยกบอณหภม (ประมาณ 25 mV ทอณหภมหอง)

IS คอ กระแสอมตว (อยในชวง 10-15 A)

k คอ คาคงทของ Boltzmann มคาเทากบ = 8.62 × 10–5 eV/K หรอ 1.38 × 10–23 J/K

T คอ คาอณหภมสมบรณ (องศา K = 273 + อณหภมในองศา C)

q คอ ขนาดของประจอเลกตรอน มคาเทากบ 1.60 × 10–19 coulomb

โดยท

(1)

(2)

/ 1Tv VSi I e

TkTVq

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 16

จากสมการ (1) สาหรบ i >> IS เราสามารถประมาณสมการกระแสไดโอด โดยอยในรปของเอกซ

โปเนนเชยล ไดดงน

ความสมพนธนสามารถแสดงอยในรปสมการลอกการธมไดดงน

โดยท ln แสดงถง ลอกการธมธรรมชาต (ลอกฐาน e)

(3)

(4)

/ Tv VSi I e

lnTS

iv VI

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 17

• ยานการทางานไบอสกลบ (Reverse-Bias Region)

เมอใหแรงดน v มคาเปนลบ และมคานอยทสดเทากบ VT (25 mV) เทอมเอกซโปเนนเชยล สมการ (1) จะมคานอยเมอเทยบกบ 1 ดงนนเรา

สามารถประมาณสมการกระแสของไดโอดไดเปน

ซงเปนชวงทกระแสคอนขางมคาอมตว โดยประมาณเทากบ IS (saturation current)

• ยานการทางานพงทลาย (Breakdown Region) ในชวงพงทลายขนาดของแรงดนไบอสกลบจะสงเกนกวาคาแรงดนคาหนงตามคณสมบตของไดโอดซงถกเรยกวา แรงดนพงทลาย

(breakdown voltage) จากกราฟแรงดนทจดน คอ VZK โดยท Z ยอมาจาก Zener และ K ยอมาจาก Knee (จดของแรงดนทเสนกราฟชนขนอยาง

รวดเรว)

ในชวงพงทลายกระแสไบอสกลบจะเพมขนอยางรวดเรว โดยจากกราฟคณลกษณะกระแส-แรงดนของไดโอด ในชวงนเกอบเปนเสนตรง

ทางแนวตง (vertical line)

หมายเหต : ชวงนอาจถกใชในการรกษาระดบแรงดน (voltage regulation)

(5)Si I

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 18

คณลกษณะการทางานของไดโอดในยานไบอสตรง

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 19

พจารณาสญญาณขนาดเลกของไดโอด

• ไดโอดถกไบอสใหทางานทไบอสตรง จากกราฟคณลกษณะทางดานกระแส-แรงดน สญญาณเอซจะเสรมไปกบคาทางดซ

แรงดนตกครอมไดโอด เทากบ

แทนในสมการกระแสไดโอดจะได

• ภายใตเงอนไขสญญาณขนาดเลก

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 20

...!3!2

132 xxxIi DD

กระจายสมการอนกรม Taylor

โดย x = vd/VT

...!3!2

132

xxxex

ถาสมมตให x << 1 หรอ vd << VT เราสามารถประมาณสมการขางบนไดวา

1 DD D D d

T

Ii I x I vV

จะได

กระแสดซ กระแสเอซ

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 21

จากความสมพนธของสญญาณกระแส id กบสญญาณแรงดน vd จะไดคา ความนาสญญาณ

ขนาดเลก (gd) และสวนกลบ ซงเปนความตานทานสญญาณขนาดเลก (rd) ของไดโอด ดงน

dDd d d d

T d

vIi v g vV r

D D

D Dd

T D i I

I igV v

1/D D

T Dd

D D i I

V irI v

DD D d D d

T

Ii I v I iV

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 22

ดาตาชทของไดโอด (Diode Datasheet)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET

A. Suadet 23

ดาตาชทของไดโอด (Diode Datasheet)

ดาตาชท จะแสดงขอมลพนฐานทจาเปนในการเลอกใชงานไดโอดไดอยาง

ถกตอง ซงควรอานและเขาใจในตวเลขทสาคญ 4 คา คอ

1. แรงดนตกครอมเมอนากระแส (Forward Voltage Drop)

2. กระแสเฉลยเมอไดโอดไดรบไบแอสตรง (Average forward Current)

3. กระแสไบแอสกลบสงสด (Peak Reverse Current)

4. แรงดนเบรกดาวน (Breakdown Voltage)

Electronic Circuit Analysis : Reviews of Diode, BJT and MOSFET