เอกสารประกอบการสอน วชางานพนฐานวงจรอเลกทรอนกส

รหสวชา 3105-0003

โดย นายประหยด แชมจย

สาขางานอเลกทรอนกส

วทยาลยเทคนคก าแพงเพชร สถาบนการอาชวศกษาภาคเหนอ 4

ส านกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา

1

หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

สาระส าคญ

สารกงตวน าคอ วสดทมคณสมบตในการน าไฟฟาอยระหวางตวน ากบฉนวน เมอจะน าไปเปนอปกรณอเลกทรอนกส ตองเตมสารเจอปนลงในสารกงตวน าบรสทธ เพอเพมคณสมบตใหน าไฟฟาไดดขน จงไดสารกงตวน าทเจอปนแลวมา 2 ชนด คอสารเอน (N-Type) และสารพ (P-Type)

ไดโอด คอ อปกรณอเลกทรอนกสประเภทแอคทฟ (Active Device) ผลตจากสารกงตวน า โดยใชสารกงตวน า 2 ชนด คอ สาร P และสาร N มาตอชนกน รอยตอทชนกนจะมสภาพเปนฉนวน การปอนกระแสไฟฟาใหสาร P และสาร N เรยกวาไบแอส เมอใหไบแอสตรง คอตอขวไฟฟาใหตรงกบคณสมบตทางไฟฟาของสารกงตวน านน ท าใหฉนวนบางลงจนกระแสไฟฟาไหลผานได ในทางตรงกนขาม เมอไบแอสกลบจะท าใหฉนวนกวางขนตามแรงดนไบแอส จงมการน าไดโอดไปใชงานทงดานไบแอสตรง และไบแอสกลบ

สาระการเรยนร

1. สารกงตวน า 2. โครงสรางของไดโอด 3. การท างานของไดโอด 4. วงจรการท างานของไดโอด

จดประสงคการเรยนร

1. อธบายความแตกตางของสารกงตวน าชนด P และ N ไดถกตอง 2. เขยนโครงสราง และสญลกษณของไดโอดไดถกตอง 3. อธบายการท างานของไดโอดไดถกตอง 4. ตรวจสอบไดโอดดวยโอหมมเตอรไดถกตอง 5. ประกอบวงจรเรยงกระแสไดถกตอง

2

หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

1.1 บทน า

สสารประกอบดวยโมเลกล และโมเลกลกประกอบดวยอะตอมของธาตตงแต 2 อะตอมขนไป มารวมตวกน การรวมตวกนนนอาจเปนธาตชนดเดยวกนหรอตางชนดกนกได โครงสรางอะตอมประกอบดวยอนภาคมลฐาน 3 อนภาค คอ โปรตอน (Proton) นวตรอน (Neutron) และอเลกตรอน (Electron) โดยมนวเคลยส (Nucleus) เปนแกนกลางของอะตอม นวเคลยสประกอบดวยโปรตอนทมประจเปนบวก และนวตรอนทมประจเปนกลางรวมกน สวนอเลกตรอนเปนอนภาคทมประจเปนลบโคจรรอบ ๆ นวเคลยส จ านวนอเลกตรอนทโคจรรอบนวเคลยสมหลายตว หรอหลายชนวง แตจ านวนอเลกตรอนชนวงนอกสด (Valence Electrons) จะมผลตอประสทธภาพการน าไฟฟา สสารทอเลกตรอนชนวงนอกสดนอยกวา 4 ตว อเลกตรอนจะหลดเปนอเลกตรอนอสระ (Free Electron) ไดงายกวาสสารทมอเลกตรอนวงนอกสด มากกวา 4 ตว ดงนนสสารทเปนตวน าไฟฟา (Conductor) จงมจ านวนอเลกตรอนวงนอกสดนอยกวาสสารทเปนฉนวนไฟฟา (Insulator)

สารกงตวน า เชน เจอรเมเนยม ซลคอน น ามาเปนอปกรณอเลกทรอนกสแทนหลอดสญญากาศเมอจะน าไปใชงาน ตองท าใหสารกงตวน ามคณสมบตน ากระแสไฟฟาได โดยเตมสารเจอปนลงไป (Dope) ท าใหไดสารกงตวน าทน ากระแสไฟฟาไดดขนมา 2 ชนด คอสารกงตวน าทมคณลกษณะทางไฟฟาเปนบวกเรยกวาสาร P และสารกงตวน าทมคณสมบตทางไฟฟาเปนลบเรยกวาสาร N เมอน าสาร P และสาร N มาชนกน ทรอยตอจะมสภาวะเปนฉนวน และเมอตอขวไฟฟาใหตรงคณสมบตของเนอสาร จะเปลยนสภาวะฉนวนทรอยตอใหลดความเปนฉนวนลงจนน ากระแสได ในทางตรงขามเมอตอขวไฟฟาใหตรงขามกบคณสมบตของเนอสารทรอยตอจะเปนฉนวนมากขน จงเรยกอปกรณทท าจากสารกงตวน า 2 ชนดทน ามาชนตอกนนวาไดโอด

ภาพท 1.1 อะตอม http://www.geocities.ws/phaitoon2501/lesson1/l12.html

สบคนเมอ 10 มกราคม 2557

3

1.2 สารกงตวน า

สารกงตวน า (Semiconductor) หมายถง สารทมคาความตานทานอยระหวาง ตวน ากบฉนวน โดยมอเลกตรอนวงนอกสด (Valence Electrons) จ านวน 4 ตว สารกงตวน าบรสทธทนยมน าไปท าเปนอปกรณอเลกทรอนกสกคอ เจอรเมเนยม และซลคอน

ภาพท 1.2 วงโคจรของอเลกตรอน

เจอรเมเนยม (Germanium : Ge) เปนธาตกงโลหะทมเลขอะตอม 32 มอเลกตรอนวงนอกสดจ านวน 4 ตว มคณสมบตก ากงระหวางโลหะ และอโลหะ แตเมอน ามาใชงานมกจะมปญหาเกยวกบการรวไหลของกระแส (Leakage Current)

ซลคอน (Silicon : Si) เปนธาตกงโลหะทมเลขอะตอม 14 มอเลกตรอนชนวงนอกสด จ านวน 4 ตวเปนธาตทมอยมากมายในโลก ใชเปนสวนประกอบหลกในการผลตแกว ซเมนต เซรามก ธาตซลคอนจงถกน ามาใชเปนสารกงตวน าอยางแพรหลาย

อะตอมของธาตเจอรเมเนยม หรอธาตซลคอนจะจบกนเปนผลกในรปของพนธะโควาเลนซ (Covalence Bond) เพอใหอะตอมอยในสภาพเสถยร ตองใชอเลกตรอนรวมกนกบอะตอมขางเคยงอก 4 อะตอม จงจะมอเลกตรอนวงนอกสดครบ 8 ตว

ภาพท 1.3 พนธะโควาเลนซของเจอรเมเนยมและซลคอน

4

สารกงตวน าไมบรสทธ หมายถง การเตมสารเจอปนลงในธาตทบรสทธ เชน เมอเตมสารเจอปนทมจ านวนอเลกตรอนชนวงนอกสด 3 ตวลงไปจะไดสารกงตวน าชนด P และเมอเตมสารเจอปนทมจ านวนอเลกตรอนชนวงนอกสด 5 ตวลงไปจะไดสารกงตวน าชนด N สารเจอปนทมอเลกตรอนชนวงนอกสด 3 ตว ไดแก โบรอน อนเดยม แกลเลยม และอะลมเนยม สวนสารเจอปนทมอเลกตรอนชนวงนอกสด 5 ตว ไดแก ฟอสฟอรส อาเซนค เปนตน

1.2.1 สารกงตวน าชนด P (P-Type Semiconductor) เกดจากการเตมสารเจอปนทมจ านวนอเลกตรอนวงนอกสด 3 ตว เชน โบรอน อนเดยม แกลเลยม อยางใดอยางหนงลงไปในธาตซลคอน หรอธาตเจอรเมเนยม ท าใหอเลกตรอนวงนอกสดของแตละอะตอมแลกเปลยนอเลกตรอนซงกนและกนหรอใชอเลกตรอนรวมกนเพอใหครบ 8 ตว เมอรวมตวกนท าใหอะตอมขาดอเลกตรอนไป 1 ตว เพราะสารเจอปนมอเลกตรอนวงนอกสด 3 ตว จงเทากบมอเลกตรอนเพยง 7 ตว ท าใหเกดชองวางขน เรยกชองวาง หรอสวนทขาดอเลกตรอนวา โฮล (Hole) ซงแปลวาหลม โฮลจะแสดงประจบวกออกมา จงเรยกโฮลวาเปนพาหะขางมาก (Majority Carrier) และเรยกอเลกตรอนวาเปนพาหะขางนอย (Minority Carrier)

ภาพท 1.4 การเกดโฮลของสารกงตวน าชนด P

1.2.2 สารกงตวน าชนด N (N-Type Semiconductor) เกดจากการเตมสารเจอปนทมจ านวน อเลกตรอนวงนอกสด 5 ตว เชน ฟอสฟอรส อาเซนค อยางใดอยางหนงลงไป จะท าใหอเลกตรอนวงนอกสดของแตละอะตอมแลกเปลยนอเลกตรอนซงกนและกน หรอใชอเลกตรอนรวมกนเพอใหไดครบ 8 ตว ผลจากการรวมตวกนนท าใหเหลออเลกตรอน 1 ตว เพราะสารเจอปนมอเลกตรอนวงนอกสด 5 ตว จงมอเลกตรอนรวมเปน 9 ตว เรยกอเลกตรอนทอยนอกวงโคจรจ านวน 1 ตววาอเลกตรอนอสระ ซงจะแสดงประจลบออกมา จงเรยกอเลกตรอนวาเปนพาหะขางมาก และเรยกโฮลวาเปนพาหะขางนอย

5

ภาพท 1.5 การเกดอเลกตรอนอสระของสารกงตวน าชนด N

1.3 รอยตอ P-N

เมอน าผลกของสารกงตวน าชนด N และชนด P มาตอกน เรยกวารอยตอ P-N (P-N Junctions)บรเวณรอยตอจะมสภาพเปนฉนวน โดยทอเลกตรอนอสระในสารกงตวน าชนด N จะเคลอนทขามรอยตอเขาไปรวมตวกบโฮลในสารกงตวน าชนด P ท าใหบรเวณรอยตอปลอดพาหะจงเปนฉนวนไฟฟา หรอดพลชนรจน (Depletion Region) สภาพความเปนฉนวนไฟฟาจะลดลงไดเมอใหแรงดนไฟฟาขวบวกทสาร P และแรงดนไฟฟาขวลบทสาร N แตในทางตรงขามเมอปอนแรงดนไฟฟาขวบวกทสาร N และขวลบทสาร P ฉนวนจะกวางขน เมอเพมแรงดนขนเรอย ๆ จนถงแรงดนพงทลาย (Breakdown Voltage) กระแสจะรวผานรอยตอทอยในสภาวะฉนวนได เมอกระแสรวมปรมาณมากท าใหรอยตอรอน และไดโอดช ารด

ภาพท 1.6 โครงสรางรอยตอ P-N

6

1.4 ไดโอด

ไดโอด (Diode) เปนอปกรณสารกงตวน า โดยน าสาร P และสาร N มาตอชนกน เมอใหไบแอสตรง (Forward Bias) กระแสไฟฟาไหลผานไดโอดได และเมอใหไบแอสกลบ (Reverse Bias) กระแสไฟฟาไหลผานไดโอดไมได ดงนนอตราทนแรงดนของไดโอดจงหมายถง อตราทนแรงดนไฟฟาเมอไบแอสกลบ (Reverse Bias) และปรมาณกระแสของไดโอด หมายถง ปรมาณกระแสทไหลผานรอยตออยางตอเนองเมอใหไบแอสตรง

ภาพท 1.7 ไดโอด

สบคนเมอ 10 มกราคม 2557

ไดโอดมหลายชนดขนอยกบการผลตมาใชงาน มทงใชงานดานไบแอสตรงและไบแอสกลบ เชน 1. ไดโอดเรยงกระแส (Rectifier Diode) ใชเรยงกระแสสลบใหเปนกระแสตรง 2. ไดโอดเปลงแสง (Light Emitting Diode : LED) ใหแสงสวางไดเมอไดรบไบแอสตรง 3. ชอตตกไดโอด (Schottky Diode) เปนไดโอดทมความเรวในการเปนสวตชสงมาก

และมแรงดนตกครอมดานไบแอสตรง ต ากวาไดโอดทวไป 4. ไดโอดทมชวงกลบคนตวเรว (Fast Recovery Diode) ใชกบวงจรจายไฟแบบสวตชง 5. ซเนอรไดโอด (Zener Diode) เปนไดโอดใชงานดานไบแอสกลบ ใชแรงดนตกครอม

ดานไบแอสกลบ ตามคาแรงดนเฉพาะตวของไดโอดเบอรนน ใชในงานควบคมแรงดน เชน วงจรควบคมแรงดน (Regulator Circuit)

6. วาแรกเตอร หรอวารแคปไดโอด (Varactor or Varicap Diode) ใชคณสมบตทเปน ตวเกบประจเมอใหไบแอสกลบ ใชกบวงจรเลอกความถในวทยโทรทศน

7. โฟโตไดโอด (Photo Diode) เปนไดโอดทใชพลงงานแสงท าใหมกระแสรวดานไบแอสกลบ ปรมาณกระแสเพมขนตามความเขมของแสง ใชเปนตวรบสญญาณควบคมดวยแสง

7

1.5 โครงสรางและสญลกษณของไดโอด

ไดโอดเกดจากการน าสารกงตวน าชนด N และ P มาตอกน ซงจดทสารกงตวน าสมผสกนเรยกวา รอยตอ (Junction) อเลกตรอนอสระทมอยมากในสารตวน าชนด N เคลอนทขามไปรวมกบโฮลในสาร P จากปรากฏการณนจงท าใหพนทรอยตอเรยกวา ดพลชนรจน (Depletion Region) ซงเมอเกดชนของรอยตอทเปนฉนวนแลว กจะท าใหไมมการรวมตวระหวางอเลกตรอนอสระ และโฮล ขามรอยตออก เนองจากประจไฟฟาลบทรวมตวในดพลชนรจนจะผลกอเลกตรอนอสระจากสาร N ไมใหเขามารวม จากปฏกรยานจะเปนการปองกนไมให Depletion Region ขยายกวางออกไปอก

ขาทตอกบสารกงตวน าชนด P คอขาแอโนดใชตวยอ A และขาทตอกบสารกงตวน าชนด N คอ ขาแคโทด ใชตวยอ K สญลกษณของไดโอดจะมหวลกศรซงแสดงทศทางการไหลของกระแสโฮล จากขาแอโนดไปสขาแคโทด ตามทศทางของลกศร

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ

ภาพท 1.8 โครงสรางและสญลกษณของไดโอด

1.6 การจดแรงดนไบแอสใหไดโอด

การจดแรงดนไบแอสใหไดโอด คอการจายไฟฟาใหกบรอยตอ P-N เพอกระตนใหสารกงตวน า เปลยนแปลงสภาพภายใน การไบแอสม 2 ลกษณะคอ ไบแอสตรง (Forward Bias) และไบแอสกลบ (Reverse Bias)

1.6.1 ไบแอสตรง หมายถง การตอขวบวกจากแหลงจายไฟฟาใหสารกงตวน าชนด P หรอขวแอโนด และตอขวลบของแหลงจายไฟฟา ใหสารกงตวน าชนด N หรอขวแคโทด เมอใหไบแอสตรง สภาวะดพลชนรจนจะลดลง ท าใหกระแสไฟฟาไหลผานรอยตอได เมอมกระแสไหลผานบรเวณรอยตอจะมแรงดนตกครอม ส าหรบสารกงตวน าท ามาจากซลคอนจะมแรงดนตกครอม 0.6 - 0.7 โวลต และสารกงตวน าทท าจากเจอรเมเนยมจะมแรงดนตกครอม 0.2 - 0.3 โวลต ซงตางจากตวตานทานทปรมาณแรงดนตกครอมแปรตามปรมาณกระแส แตแรงดนตกครอมไดโอดเมอไดรบไบแอสตรงมคาไมถง 1 โวลต

8

ภาพท 1.9 การไบแอสตรงใหกบรอยตอ P-N

การไหลของกระแสไฟฟาผานรอยตอ P-N เรยกได 2 อยาง คอกระแสอเลกตรอน (Electron Current) และกระแสนยม (Conventional Current)

กระแสอเลกตรอน เปนการเคลอนทของอเลกตรอน จากขวลบของแหลงจายไฟฟา VB ผานสารกงตวน าชนด N และผลกอเลกตรอนอสระซงเปนพาหะขางมาก ใหเคลอนทขามรอยตอผานสารกงตวน าชนด P ไปยงขวบวกของแหลงจายไฟ ท าใหไดเปนกระแสอเลกตรอน

ภาพท 1.10 ทศทางการไหลของกระแสอเลกตรอน

กระแสนยม เปนการเคลอนทของโฮล จากขวบวกของแหลงจายไฟ ผานสารกงตวน าชนด P และผลกโฮลซงเปนพาหะขางมากในสารกงตวน าชนด P ใหเคลอนทขามรอยตอผานสารกงตวน าชนด N เกดเปนกระแสโฮล พจารณาจากทศทางการเคลอนทจะเคลอนจากขวบวกไปยงขวลบ เมอกลาวถงทศทางการเคลอนทของกระแสไฟฟา จะกลาวถงการเคลอนทจากขวบวกซงมศกยสงกวาไปยงขวลบซงมศกยต ากวา มากกวาการกลาวถงกระแสอเลกตรอน จงเรยกวา กระแสนยม

ภาพท 1.11 ทศทางการไหลของกระแสนยม

9

1.6.2 ไบแอสกลบ หมายถง การตอขวลบของแหลงจายไฟฟากบสารกงตวน าชนด P หรอแอโนด และตอขวบวกของแหลงจายไฟฟากบสารกงตวน าชนด N หรอแคโทด เมอรอยตอ P-N ไดรบไบแอสกลบบรเวณดพลชนรจนจะกวางขน

ภาพท 1.12 การจายไบแอสกลบใหกบรอยตอ P-N

เมอรอยตอ P-N ไดรบไบแอสกลบ อเลกตรอนอสระในสาร N จะถกขวบวกของแหลงจายไฟดงไป และอเลกตรอนจากแหลงจายไฟจะไหลเขาไปรวมตวกบโฮลทสาร P ท าใหบรเวณปลอดพาหะกวางขน จงไมมกระแสไหลขามรอยตอ P-N เมอไดรบไบแอสกลบ

ภาพท 1.13 รอยตอ P-N เมอไดรบไบแอสกลบ

กระแสรวไหลเมอไบแอสกลบ (Leakage Current) ปรมาณกระแสรวไหลขนอยกบ ชนดของสารกงตวน า เชน ซลคอนมคากระแสรวไหลนอย สวนเจอรเมเนยมมคากระแสรวไหลมาก และคากระแสรวไหลนยงขนอยกบคาแรงดนไบแอสกลบทจายใหไดโอด เมอแรงดนไบแอสกลบมคามาก กระแสจะรวไหลมาก ถาจายแรงดนไบแอสกลบมคานอยกระแสจงรวไหลนอย

10

1.7 คณลกษณะทางไฟฟาของไดโอด

คณลกษณะทางไฟฟาขนอยกบการจายแรงดนไบแอสใหตวไดโอด แบงเปน 2 สภาวะคอ ไบแอสตรง และไบแอสกลบ เมอไดรบไบแอสตรงจะมกระแสไหลผานไดโอดได (Forward Current) แตปรมาณแรงดนตองสงกวาคาแรงดนเรมตน คอ ไดโอดชนดเจอรเมเนยมจะมแรงดน 0.3 โวลต และไดโอดชนดซลคอนจะมแรงดน 0.7 โวลต เรยกวาคาแรงดนคตอน (Cut In Voltage) ในทางตรงกนขามเมอจายแรงดนไบแอสกลบใหไดโอด จะไมมกระแสไหลผานไดโอด แตอาจจะมกระแสรวเพยงเลกนอยในหนวยไมโครแอมป เมอเพมแรงดนไบแอสกลบใหสงจนถงคาแรงดนพงทลาย (Breakdown-Voltage) จะท าใหมกระแสรวไหลผานไดโอดได การน ากระแสในสภาวะนรอยตอ P-N จะช ารดเสยหาย และมกระแสไหลผานรอยตอ P-N จ านวนมาก

ภาพท 1.14 กราฟคณลกษณะทางไฟฟาของไดโอด http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html

สบคนเมอ 10 กมภาพนธ 2557

11

1.8 การทดสอบไดโอดดวยมลตมเตอร

วดทดสอบโดยใชมลตมเตอรชนดเขม กอนท าการวดตองทราบโครงสรางของมลตมเตอรเมอใชวดคาความตานทาน เชน มลตมเตอรซนวา (Sanwa) เมอตงยานวดโอหมจะใชแหลงจายไฟฟาจากแบตเตอรภายใน ขวบวกของแบตเตอรภายในผานออกทางสายขวลบของมลตมเตอร และขวลบของแบตเตอรภายในผานออกทางสายขวบวกของมลตมเตอร เมอวดไดโอดดานไบแอสตรงใหตงยานวด R x 1 หรอ R x 10 ใชสายด าตอทขาแอโนด และสายสแดงตอทขาแคโทด เมอวดซลคอนไดโอดเขมมเตอรจะชทคาความตานทานต าประมาณ 70 Ω สวนในการวดดานไบแอสกลบใหตงมลตมเตอรทยานวด R x 10 k เพอวดคากระแสรวไหล โดยสายของมลตมเตอรตอกบขาไดโอดสลบขวจากการวดครงแรก จะเหนวาเขมของมลตมเตอรจะไมขน คอชทคาความตานทานสงมาก (Infinity)

ภาพท 1.15 การวดและทดสอบไดโอดดวยมลตมเตอรแบบเขม

แสดงความหมายจากการวดไดโอดทช ารด ดวยมลตมเตอรแบบเขม มความหมายดงน 1. ไดโอดขาด หมายถง รอยตอ P-N ขาดจากกน ท าใหกระแสไฟฟาไหลผานไดโอดไมได

จะวดคาความตานทานไดสงทงในกรณไบแอสตรงและไบแอสกลบ 2. ไดโอดลดวงจร หมายถง รอยตอระหวางสารกงตวน า P-N เกดการพงทลายเขาหากน

ไดโอดจะน ากระแสไดทงแบบไบแอสตรงและไบแอสกลบ จะวดคาความตานทานไดต าทงในกรณไบแอสตรง และไบแอสกลบ

3. ไดโอดรว หมายถง มกระแสผานไดโอดดานไบแอสกลบ เมอวดไดโอดดานไบแอสกลบใหตงยานวดโอหมมเตอรสงสด เชน R x 10 k ในกรณทเปนซลคอนไดโอดสภาพด เขมของโอหมมเตอรจะไมขน หากเหนวาเขมมเตอรกระดกเลกนอยแสดงวาซลคอนไดโอดรว

12

1.9 คมอการใชงานไดโอด

การน าไดโอดมาใชงาน จะตองทราบขอมลรายละเอยดของไดโอดแตละเบอรจากคมอการใชงาน (Data Sheet) ในคมอจะบอกชนดของสารกงตวน าทใช ประเภทของสารกงตวน าทผลต คณสมบตเฉพาะของไดโอดแตละเบอร คาสงสด เชน แรงดนไบแอสกลบ กระแสทไหลผานเมอไบแอสตรง อณหภมในการใชงาน และคณสมบตทางไฟฟาตามตวอยาง คมอไดโอดเบอร 1N4001 - 1N4007 และคมอไดโอดเบอร 1N5400 - 1N5408

ภาพท 1.16 คมอไดโอดเบอร 1N4001 - 1N4007 ทมา http://www.diodes.com สบคนเมอ 17 กมภาพนธ 2557

13

ภาพท 1.17 คมอไดโอดเบอร 1N5400 - 1N5408 ทมา http://www.diodes.com สบคนเมอ 17 กมภาพนธ 2557

14

จากคมอไดโอดเบอร 1N4001 – 1N4007 เปนซลคอนไดโอดททนกระแสไบแอสตรงได 1 A และไดโอดเบอร 1N5401 – 1N5407 เปนซลคอนไดโอดททนกระแสไบแอสตรงได 3 A สวนอตราทนแรงดนไบแอสกลบมตงแต 50 V ถง 1,000 V ตามล าดบ คมอไดบอกขอมลคณสมบตเฉพาะ เชน เปนไดโอดทมกระแสรวต า เมอใหกระแสไบแอสตรงจะมแรงดนตกครอมต า ทนตออณหภมในการบดกรไดสง คาพกดทส าคญอน ๆ มรายละเอยด ดงน

VRRM คอ คาแรงดนไบแอสกลบสงสดทเกดทกไซเคลของไฟฟากระแสสลบ (Maximum Peak Repetitive Reverse Voltage) หรอคา PIV ทไดโอดท างานไดโดยไมช ารด เชน ไดโอดเบอร 1N4001 คอ 50 V และ 1N4007 คอ 1 kV สวนเบอร 1N5400 คอ 50 V และ 1N5408 คอ 1 kV

VR คอ คาแรงดนไบแอสกลบสงสดทไดโอดทนไดโดยไมไดรบความเสยหาย

VR(RMS) คอ คาแรงดนไบแอสกลบสงสดแบบ RMS ทไดโอดไดรบและท างานได ซงต ากวาคาแรงดนยอนกลบสงสด ประมาณ 30%

IO คอ คากระแสเฉลยกระแสสงสดทไหลผานไดโอดเมอไดรบไบแอสตรง

IFSM คอ คากระแสชวขณะสงสดไมเกน 8.3 มลลวนาท ทางดานไบแอสตรง ซงไดโอดทนไดโดยไมไดรบความเสยหาย

1.10 วงจรเรยงกระแส

วงจรเรยงกระแส (Rectifier) เปนวงจรแปลงไฟฟากระแสสลบ (AC) ใหเปนไฟฟากระแสตรง (DC) โดยทวไปมอย 2 แบบ คอ วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier Circuit) และวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave Rectifier Circuit) คาแรงดนเมอเปลยนไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรงเปนคาแรงดนเฉลย (Average value : VAV) ไดจากการน ารปคลนไซนมาเฉลยเพอหาคาแรงดนไฟฟาสงสด (Maximum Voltage : VM)

1.10.1 วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier Circuit) ใชไดโอดตวเดยว ท าหนาทกนแรงดนไฟสลบโดยยอมใหพลส (Pulse) ในชวงไบแอสตรงผานไดโอดไปได และตดพลสในชวงทเปนไบแอสกลบ ท าใหไดแรงดนเอาตพตเปนชวง ๆ จะเปนพลสชวงบวกหรอชวงลบ ขนอยกบการจดวงจรไดโอด พลงงานจงหายไปครงหนง และไฟฟากระแสตรงทไดจากวงจรนยงน าไปใชงานในวงจรอเลกทรอนกสไมได เพราะเปนไฟตรงทมพลงงานเปนชวง ๆ จงตองมวงจรกรอง (Filter Circuit) โดยใชตวเกบประจ เกบประจไวในชวงทมกระแสผานได และคายประจในชวงทไมมกระแสไหลผานท าใหไดไฟตรงทเรยบขน วงจรเรยงกระแสแบบนจายกระแสไฟไดนอยจงเหมาะทจะน าไปใชกบวงจรทตองการแรงดนสง กระแสต า

15

ภาพท 1.18 วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน

การท างานของวงจร เมอจายแรงเคลอนไฟฟากระแสสลบ เขาทางขดปฐมภม (Primary) คอขา 1 และขา 2 หมอแปลงจะเหนยวน ากระแสมายงขดทตยภม (Secondary) คอขา 3 และขา 4 เฟสของสญญาณเขา กบเฟสของสญญาณออก จะตางกนอย 180 องศา เมอขา 1 ไดรบเฟสลบขา 2 เปนเฟสบวก ท าใหขา 3 เปนเฟสบวก ขาแอโนด (A) ของไดโอดไดรบแรงดนซกบวก ขาแคโทด (K) กจะไดรบแรงดนซกลบ เปนผลใหไดโอดไดรบไบแอสตรง ไดโอดน ากระแส มกระแสไหลผานโหลด (Load) ครบวงจรทขา 4 มแรงดนซกบวกตกครอมทโหลด (RL) วงจรเรยงกระแสแบบครงคลนยงจดวงจรเปนครงคลนลบได ดวยการกลบขวไดโอด และกลบขวตวเกบประจ ซงวงจรครงคลนลบกจะไดเอาตพตเปนแรงดนไฟลบ การใชวงจรเรยงกระแสแบบน จะไดไฟกระแสตรงออกมาในลกษณะพลสครงคลนเทานน เมอเปรยบเทยบแรงดนอนพตกบแรงดนเอาตพตทไดจะเหนวามประสทธภาพต า คอประมาณรอยละ 40 จะไดกระแสออกมาทเอาตพตเพยงชวงบวก หรอลบของไฟสลบเทานน แรงดนไฟตรงเฉลยค านวณหาไดจากสมการ

สมการแสดงคาแรงดน คาแรงดนเฉลยค านวณไดจากสมการ

Vout = 0.318Vin

เมอ Vout คอ คาแรงดนไฟตรงเฉลยทตกครอม RL

Vin คอ คาแรงดนสงสดของรปคลนท ขดทตยภมของหมอแปลง

16

แตแรงดนไฟตรงทไดยงไมเรยบ จะมลกษณะเปนพลส (Pulse D.C.) การน าไปใชงานจะตอง ท าไฟกระแสตรงใหเรยบ (Filter) โดยใชตวเกบประจท าใหแรงดนทไดเรยบขน ตวเกบประจฟลเตอรจะเกบประจในชวงทพลส DC มคาแรงดนเพมสงขน และจะคายประจในชวงทพลสทมคาแรงดนลดลงหรอไมมพลส จะเปนไปในลกษณะเชนนตอไป หากตวเกบประจมคามากแรงดนไฟตรงทไดกจะเรยบขนแตหากตวเกบประจมคามากเกนไป เมอเรมจายไฟ ในขณะทตวเกบประจไมมประจ จะมกระแสจ านวนมากไหลกระโชกเขาตวเกบประจ อาจท าใหไดโอดช ารดได

ภาพท 1.19 แสดงรปคลนแบบครงคลนเมอใชตวเกบประจกรองแรงดน

1.10.2 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave Rectifier Circuit) วงจรจะใหไฟฟากระแสสลบผานไดทงชวงบวก และชวงลบ โดยใชไดโอด 2 ตว รวมกบหมอแปลงแบบทมขากลาง (Center Tap : CT) หมอแปลงท าหนาทจดเฟสใหตางกน 180 องศา ขากลางของหมอแปลง คอขาทเปนจดกงกลางของการพนขดลวด (CT) ตามภาพท 1.20 เมอวดแรงดนทปลายขดลวดระหวางขา 3 กบขา 4 จะไดแรงดน 18 V

ภาพท 1.20 วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบใชหมอแปลงมขากลาง (CT)

การท างานของวงจร เมอขา 3 ของหมอแปลงมแรงดนเปนบวก ขา 4 ของหมอแปลงมแรงดนเปนลบ ขากลาง (CT) เปนลบเมอเทยบกบขา 3 ไดโอด D1 ไดรบไบแอสตรง กระแสไหลผานได ท าใหเกดแรงดนตกครอมทโหลด RL เปนคลนรปไซนครงคลน ในชวงเวลาตอมาขา 3 ของหมอแปลงมแรงดนเปนลบ ขา 4 ของหมอแปลงมแรงดนเปนบวก ขากลาง (CT) เปนลบเมอเทยบกบขา 4 ไดโอด D2 กจะ

17

ไดรบไบแอสตรงกระแสไหลผานได แสดงวาคลนไซนเวฟถกใชเตมทงสองลกคลน เรยกวา ฟลเวฟ แรงดนไฟตรงเฉลยค านวณไดจากสตร VDC = 1.414 VAC เมอเรยงกระแสแลวน าไปผานวงจรกรองโดยใชตวเกบประจ ในชวงทไดโอดน ากระแสตวเกบประจจะเกบประจไวแรงดนจะสงขน และคายประจในชวงทไดโอดไมน ากระแสชวงคายประจนแรงดนจะลดลงตามล าดบ แรงดนไฟตรงทไดเมอผานการกรองแรงดนแลวจะมคาเพมขนจากเดม

วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนนน ไดโอดทง 2 ตวจะสลบกนท างานตวละครงไซเคลท าใหไดกระแสออกมาครบทงซกบวก และซกลบ

ภาพท 1.21 แสดงรปคลนแบบเตมคลน เมอใชตวเกบประจกรองแรงดน

1.10.3 วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ (Full Wave Bridge Rectifier Circuit) วงจรแบบบรดจนจะใชไดโอด 4 ตว และหมอแปลงไฟฟาไมตองมขากลาง แตกระแสตองผานไดโอดทตออนกรมกนถง 2 ตว ท าใหมแรงดนตกครอมไดโอดเพมขน

ภาพท 1.22 วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ

การท างานของวงจรบรดจ ไดโอดจะน ากระแสครงละ 2 ตว โดยเมอขา 3 ของหมอแปลง เปนลบ ขา 4 ของหมอแปลงเปนบวก D1 และ D4 ไดรบไบแอสตรง น ากระแสไปทโหลดได เมอขา 3 ของหมอแปลงเปนบวก ขา 4 ของหมอแปลงเปนลบ D2 และ D3 ไดรบไบแอสตรงน ากระแสได วงจรบรดจจงน ากระแสไปใชงานครบทงสองไซเคล

วงจรเรยงกระแสเตมคลนทงแบบมขากลาง (CT) และแบบบรดจจะใหแรงดนเอาตพต ครบทงซกบวก และซกลบ คาเฉลยของแรงดนเอาตพตจงมคาเปน 2 เทาของแรงดนไฟตรงทไดจากวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน เหมาะทจะน าไปจายไฟใหกบวงจรอเลกทรอนกส

18

1.10.4. วงจรเรยงกระแสแบบทวคณแรงดน (Voltage Multiplier) คอ วงจรแปลงไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง แลวเพมแรงดนขนเปนทวคณ วงจรประเภทนจายกระแสต าแตใหแรงดนสง วงจรทวคณแรงดนกมทงแบบครงคลน และเตมคลน

ภาพท 1.23 วงจรเรยงกระแสทวคณแรงดนแบบครงคลน

การท างานของวงจรตามภาพท 1.23 เมอไฟกระแสสลบเขามา ขา 1 เปนลบ ขา 2 เปนบวก ไดโอด D1 น ากระแส ตวเกบประจ C1 เกบประจ และเมอ ขา 1 เปนบวก ขา 2 เปนลบ แรงดนทเขามาจะอนกรมกบตวเกบประจ C1 ไดโอด D2 น ากระแส แรงดนทตวเกบประจจะตออนกรมกบแรงดน ทไดจากหมอแปลง เปนแรงดนเสรมกน ไปเกบทตวเกบประจ C2 จะไดแรงดนไฟฟากระแสตรงเปน 2 เทา

ภาพท 1.24 วงจรเรยงกระแสทวคณแรงดนแบบเตมคลน

การท างานของวงจรตามภาพท 1.24 เมอไฟกระแสสลบเขามา ขา 1 เปนบวก ขา 2 เปนลบไดโอด D1 น ากระแส ตวเกบประจ C1 เกบประจ และเมอขา 1 เปนลบขา 2 เปนบวก ไดโอด D2 น ากระแส ตวเกบประจ C2 เกบประจ จากวงจรตวเกบประจ C1 และ C2 ตออนกรมกนกจะไดแรงดนไฟฟากระแสตรงเปน 2 เทา สวน R1 เปนตวตานทานคาต า ๆ ประมาณ 3 - 10 โอหม ตอไวเพอปองกนกระแสสงสดชวขณะ หรอกระแสไฟกระชากไหลผานไดโอดเขาตวเกบประจเพอปองกนไดโอดช ารด เนองจากกระแสเกน

19

1.11 วงจรกรองกระแส

วงจรกรองกระแส (Filter Circuit) เปนวงจรกรองไฟกระแสตรงทผานไดโอดมาแลว แตยงมลกษณะเปนพลส ใหเปนไฟกระแสตรงทเรยบสม าเสมอ โดยใชตวเกบประจ เกบกระแสไฟในชวงแรงดนสงของพลส กระแสจะไหลเขา (Charge) ในตวเกบประจ เมอผานชวงสงสดของพลสไปแลวแรงดนเรมตก ตวเกบประจจะคายประจออกท าใหกระแสไฟสม าเสมอ เรยกวากรองกระแส เมอมการจายกระแสเพมขน การคายประจอาจจะไมเพยงพอตองเพมคาความจขนอก เพอไมใหแรงดนมการกระเพอม (Ripple) วงจรกรองกระแสทมการปองกนสญญาณรบกวนจากไฟกระแสสลบ อาจจะตองใสขดลวด เรยกวา โชกคอยล (Choke Coil) ตามวงจรในภาพท 1.25 ก าหนดไว 10 เฮนร สวนตวเกบประจ C1 ท าหนาทเกบ และคายประจรกษาแรงดนในการสลบขวของไฟกระแสสลบใหคงท สวน C2 ท าหนาทรกษาระดบแรงดนใหคงทอนเนองมาจากโหลดดงกระแสไมสม าเสมอ

ภาพท 1.25 วงจรกรองกระแส

แรงดนกระเพอม (Ripple Voltage) อาจเกดขนไดเนองจากใชตวเกบประจมคานอย เชน ในวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนทใชตวเกบประจมคานอย ชวงแรงดนสงการเกบประจไมพอเพยงท าใหในชวงการคายประจแรงดนจงลดต าลงเรว จงเกดคาแรงดนกระเพอมมาก แตถาใชตวเกบประจในวงจรกรองกระแสมคาสงขนคาแรงดนกระเพอมจะมคาต าลง ดงนนวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน จงมคาแรงดนกระเพอมต า และใชตวเกบประจทมคานอยกวาวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน แรงดนกระเพอมเนองจากตวเกบประจมคานอย แรงดนกระเพอมเนองจากตวเกบประจทมคามาก

ภาพท 1.26 ลกษณะของแรงดนกระเพอม

20

สรป

สารกงตวน าในอปกรณอเลกทรอนกสผลตมาจากธาตซลคอน และเจอรเมเนยม สารกงตวน าทง 2 ชนดนจะมอเลกตรอนวงนอกสด 4 ตว แตมชนวงไมเทากน โดยซลคอนม 3 วง มอเลกตรอนทงหมด 14 ตว สวนเจอรเมเนยมม 4 วง มอเลกตรอนทงหมด 32 ตว สารกงตวน าชนด N ไดมาจากการเตมสารเจอปนทมอเลกตรอนวงนอกสด 5 ตว ลงไปในธาตซลคอน หรอเจอรเมเนยมบรสทธซงจะไดสารกงตวน าทมประจลบ สวนสารกงตวน าชนด P ไดมาจากการเตมธาตเจอปนทมอเลกตรอนวงนอกสด 3 ตว ลงไปในธาตซลคอนหรอธาตเจอรเมเนยมบรสทธ ซงจะไดสารกงตวน าทมประจบวก สารกงตวน าทเตมธาตเจอปนแลวจะน ากระแสไดด สารกงตวน าทง 2 ชนดนน าไปท าอปกรณอเลกทรอนกสไดมากมาย

ไดโอดเปนอปกรณอเลกทรอนกสทสรางมาจากสารกงตวน า 2 ชนด คอ สารกงตวน าชนด P และ สารกงตวน าชนด N ไดโอดม 2 ขา คอขาแอโนด และขาแคโทด การจดแรงดนไบแอสใหไดโอดม 2 วธ คอ ไบแอสตรง และไบแอสกลบ เมอไดรบไบแอสตรงไดโอดจะน ากระแส แตเมอไดรบไบแอสกลบไดโอดจะไมน ากระแส เมอจายไบแอสตรงใหเจอรเมเนยมไดโอด จะตองจายแรงดนตงแต 0.3 V ขนไป และถาเปนซลคอนไดโอดจะตองจายแรงดน 0.7 V ขนไปไดโอดจงจะน ากระแส คณประโยชนของไดโอด คอ ใชท าวงจรแปลงไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง ใชในวงจรควบคมแรงดน เปนไดโอดเปลงแสง ใชเปนตวเกบประจเปลยนคาไดเมอเปลยนคาแรงดนไบแอสกลบ เปนตน

21

แบบฝกหดท 1 หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

ค าชแจง จงตอบค าถามตอไปนใหสมบรณ (20 คะแนน) 1. สารกงตวน าชนด P และ N แตกตางกนอยางไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

2. สารกงตวน าทใชท าไดโอดมกชนด อะไรบาง (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

3. เมอไดโอดไดรบไบแอสตรง และไดรบไบแอสกลบ มการท างานตางกนอยางไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

4. การใหไบแอสตรง และไบแอสกลบใหไดโอด ตองปอนกระแสไฟฟาอยางไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

5. ดพลชนรจน (Depletion Region) คออะไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

6. แรงดนพงทลาย (Breakdown Voltage) คออะไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

7. ไดโอดเบอร 1N4007 ทนกระแสไบแอสตรง และทนแรงดนไบแอสกลบ สงสดไดเทาไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

8. ไดโอดเบอร 1N5400 ทนกระแสไบแอสตรง และทนแรงดนไบแอสกลบ สงสดไดเทาไร (2 คะแนน)

..........................................................................................................................................................................................................................

9. จงเขยนเขยนโครงสราง และสญลกษณของไดโอด (2 คะแนน)

โครงสราง สญลกษณ 10. จงเขยนรปคลน ทไดจากวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน และเตมคลน (2 คะแนน)

ครงคลน เตมคลน

22

แบบฝกหดท 2 หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

ค าชแจง ใหวาดวงจรเรยงกระแสทง 5 วงจร ตามชอทก าหนดให (20 คะแนน) 1. เขยนโครงสราง และสญลกษณของไดโอด 2. จงเขยนวงจร Bridge Rectifier (4 คะแนน)

2. จงเขยนวงจร Full Wave Rectifier (4 คะแนน) 3. จงเขยนวงจร Dual Polarity Supply (4 คะแนน) 4. จงเขยนวงจรเรยงกระแสทวคณแรงดนแบบครงคลน (4 คะแนน) 5. จงเขยนวงจรเรยงกระแสทวคณแรงดนแบบเตมคลน (4 คะแนน)

23

แบบทดสอบกอนเรยน หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

ค าชแจง จงเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว แลวท าเครองหมาย X ลงในกระดาษค าตอบ (ขอละ 1 คะแนน คะแนนเตม 10 คะแนน) ใหเวลาส าหรบการท าแบบประเมน 10 นาท

1. สารกงตวน าทมอเลกตรอน 32 ตว มอเลกตรอนวงนอกสด 4 ตว ตรงกบสารในขอใด ก. โบรอน ข. ฟอสฟอรส ค. เจอรเมเนยม ง. ซลคอน จ. สารหน

2. โครงสรางไดโอดคอขอใด ก. สารกงตวน าซลคอนและเจอรเมเนยมตอกน ข. สารกงตวน าชนด P ตอกน 2 ชน ค. สารกงตวน าซลคอนและสาร P ตอกน ง. สารกงตวน าซลคอนและสาร N ตอกน จ. สารกงตวน าชนด P และชนด N ตอกน

3. การจายไบแอสตรงใหไดโอดคอขอใด ก. จายไฟบวกใหขาแคโทด และจายไฟลบใหขาแอโนด ข. จายไฟบวกใหขาแอโนด และจายไฟลบใหขาแคโทด ค. จายไฟบวกใหสารกงตวน าชนด N และจายไฟลบใหสารกงตวน าชนด P ง. จายไฟบวกใหสารกงตวน าชนด N และชนด P จ. จายไฟลบใหสารกงตวน าชนด N และชนด P

4. คณลกษณะทางไฟฟาของซลคอนไดโอด เมอใหไบแอสตรงเรมมกระแสไหลผานทแรงดนในขอใด ก. 0.1 V ข. 0.3 V ค. 0.5 V ง. 0.7 V จ. 0.9 V

24

5. วงจร Bridge Rectifier ใชไดโอดจ านวนเทาไร ก. ใชไดโอด 1 ตว ข. ใชไดโอด 2 ตว ค. ใชไดโอด 3 ตว ง. ใชไดโอด 4 ตว จ. ใชไดโอด 5 ตว

6. ไดโอดรกษาระดบแรงดนคอขอใด ก. Rectifier Diode ข. Zener Diode ค. Signal Diode ง. Bridge Diode จ. Photo Diode

7. สญญาณเอาตพตของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนคอขอใด ก. ข. ค. ง. จ.

8. วงจรเรยงกระแสแบบทวแรงดนใชคณสมบตของอปกรณในขอใด ก. หมอแปลง และ คาปาซเตอร ข. หมอแปลง และ ตวตานทาน ค. ไดโอด และ คาปาซเตอร ง. ตวตานทาน และ คาปาซเตอร จ. หมอแปลง และ ไดโอด

9. ไดโอดในวงจรเรยงกระแสคอไดโอดชนดใด ก. Laser Diode ข. Zener Diode ค. Signal Diode ง. Photo Diode จ. Rectifier Diode

25

10. สญลกษณของไดโอดเรยงกระแสคอขอใด ก. ข. ค. ง. จ.

26

แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

ค าชแจง จงเลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงค าตอบเดยว แลวท าเครองหมาย X ลงในกระดาษค าตอบ (ขอละ 1 คะแนน คะแนนเตม 10 คะแนน) ใหเวลาส าหรบการท าแบบประเมน 10 นาท

1. โครงสรางไดโอดคอขอใด ก. สารกงตวน าซลคอนและเจอรเมเนยมตอกน ข. สารกงตวน าชนด P ตอกน 2 ชน ค. สารกงตวน าชนด N ตอกน 2 ชน ง. สารกงตวน าซลคอนและสาร P ตอกน จ. สารกงตวน าชนด P และชนด N ตอกน

2. จากภาพการตรวจสอบไดโอดดวยโอหมมเตอรขอใดถกตอง

ก. ครงท 1 ไบแอสกลบ ข. ครงท 1 ไดโอดลดวงจร ค. ครงท 1 ไบแอสตรง ง. ครงท 2 ไบแอสตรง จ. ครงท 2 ไดโอดขาด

3. คณลกษณะทางไฟฟาของซลคอนไดโอด เมอใหไบแอสตรงเรมมกระแสไหลผานทแรงดนในขอใด ก. 0.1 V ข. 0.3 V ค. 0.5 V ง. 0.7 V จ. 0.9 V

27

4. การจายไบแอสตรงใหไดโอดคอขอใด ก. จายไฟบวกใหขาแคโทด และจายไฟลบใหขาแอโนด ข. จายไฟบวกใหขาแอโนด และจายไฟลบใหขาแคโทด ค. จายไฟบวกใหสารกงตวน าชนด N และจายไฟลบใหสารกงตวน าชนด P ง. จายไฟบวกใหสารกงตวน าชนด N และชนด P จ. จายไฟลบใหสารกงตวน าชนด N และชนด P

5. ไดโอดรกษาระดบแรงดนคอขอใด ก. Rectifier Diode ข. Zener Diode ค. Signal Diode ง. Bridge Diode จ. Photo Diode

6. วงจรเรยงกระแสแบบทวแรงดนใชคณสมบตของอปกรณในขอใด ก. หมอแปลง และ คาปาซเตอร ข. หมอแปลง และ ตวตานทาน ค. ไดโอด และ คาปาซเตอร ง. ตวตานทาน และ คาปาซเตอร จ. หมอแปลง และ ไดโอด

7. วงจร Bridge Rectifier ใชไดโอดจ านวนเทาไร ก. ใชไดโอด 1 ตว ข. ใชไดโอด 2 ตว ค. ใชไดโอด 3 ตว ง. ใชไดโอด 4 ตว จ. ใชไดโอด 5 ตว

8. ไดโอดในวงจรเรยงกระแสคอไดโอดชนดใด ก. Laser Diode ข. Zener Diode ค. Signal Diode ง. Photo Diode จ. Rectifier Diode

28

9. สญลกษณของไดโอดเรยงกระแสคอขอใด ก. ข. ค. ง. จ.

10. สญญาณเอาตพตของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนคอขอใด ก. ข. ค. ง. จ.

29

ใบงานท 1 หนวยท 1

ชอวชา งานพนฐานวงจรอเลกทรอนกส สอนครงท 1 ชอหนวย สารกงตวน าและไดโอด เวลา 2 ชวโมง

ชองาน วดคาแรงดนตกครอมไดโอด จดประสงคใบงาน รายการสอน

1. เพอใหวดตรวจสอบไดโอดดวยโอหมมเตอร ไดถกตอง

2. เพอใหประกอบวงจรลงแผงประกอบวงจร ไดถกตอง

3. เพอใหวดคาแรงดนตกครอมไดโอดไดถกตอง

1. แผงประกอบวงจรใชประกอบวงจรอเลกทรอนกส เพอการทดลอง

2. การเชอมตอตวน าอยภายในตามรป แสดงต าแหนงการเชอมตอภายใน

3. การประกอบวงจรอนกรม

เครองมอ / วสดอปกรณ

1. แผงประกอบวงจร (Proto Board) 2. มลตมเตอร (Multimeter) 3. แหลงจายไฟฟา 6 โวลต 4. ไดโอด เบอร 1N4148 : 4 ตว

5. ไดโอดเบอร 1N60 : 4 ตว 6. ไดโอดเปลงแสง (LED): 1 ตว 7. ตวตานทาน 300Ω : 1 ตว

ล าดบขนการปฏบตงาน 1. ศกษาแผงประกอบวงจร (Proto Board) 2. ประกอบวงจร และวดคา บนทกผลสงผสอน 3. เกบอปกรณเขาทเดม

แสดงต าแหนง ตวน าทอยภายในแผงประกอบวงจร ดวยเสนทลากทบชองเสยบสาย

30

เสยบตอไดโอดลงแผงประกอบวงจร ตามวงจรท 1

วงจรท 1 เปนวงจรอนกรม ใชซลคอนไดโอด เบอร 1N4148 จ านวน 4 ตว 1. เสยบอปกรณตามวงจรท1 2. วดแรงดนทจด TP1 และ TP2 (TP1 เปนขวบวก) วดได..............โวลต 3. วดแรงดนทจด TP1 และ TP3 วดได..................โวลต 4. วดแรงดนทจด TP1 และ TP4 วดได....................โวลต 5. แรงดนทตกครอมไดโอดทง 4 ตว วดได...................โวลต 6. แรงดนทตกครอมตวตานทาน วดได.....................โวลต 7. แรงดนทตกครอม LED วดได............โวลต

31

เสยบตอไดโอดลงแผงประกอบวงจร ตามวงจรท 2

วงจรท 2 เปนวงจรอนกรม ใชเจอรเมเนยมไดโอด เบอร 1N60 จ านวน 4 ตว 1. เสยบอปกรณตามวงจรท1 2. วดแรงดนทจด TP1 และ TP2 (TP1 เปนขวบวก) วดได..............โวลต 3. วดแรงดนทจด TP1 และ TP3 วดได................โวลต 4. วดแรงดนทจด TP1 และ TP4 วดได...................โวลต 5. แรงดนทตกครอมไดโอดทง 4 ตว วดได.....................โวลต 6. แรงดนทตกครอมตวตานทาน วดได....................โวลต 7. แรงดนทตกครอม LED วดได.....................โวลต

ขอเสนอแนะ

1. กอนตอแหลงจายไฟฟาเขาวงจร ควรตรวจสอบการประกอบวงจรใหถกตองกอน 2. แรงดนทตกครอมอปกรณทกตวรวมกนควรเทากบแหลงจาย

32

การประเมนผลภาคปฏบต 1. สงเกตจากการปฏบตงาน ความสนใจ ตงใจท างาน 2. ตรวจใหคะแนนจากผลงานทสง ตามเกณฑทก าหนด

ล าดบ รายการประเมนผลภาคปฏบต ระดบผลงาน

ดมาก ด ปานกลาง พอใช แกไข 1 การเตรยมเครองมอ อปกรณ 2 ความตงใจในการปฏบตงาน 3 การปฏบตงานตามขนตอน 4 ความถกตองของผลงาน 5 ความเรยบรอยของผลงาน รวม

เกณฑการวดและการแปลความหมายของระดบคะแนน ดมาก = 5 คะแนน ท าไดดเยยม สม าเสมอ ไมตองแนะน า ด = 4 คะแนน ท าไดด ไมตองแนะน า ปานกลาง = 3 คะแนน ท าไดด เมอมการแนะน า พอใช = 2 คะแนน ท าพอใชได ตองแนะน า แกไข = 1 คะแนน ท าเองไมได ตองบอกทละขนตอน

33

ใบงานท 2 หนวยท 1

ชอวชา งานพนฐานวงจรอเลกทรอนกส สอนครงท 2

ชอหนวย สารกงตวน าและไดโอด เวลา 2 ชวโมง

ชองาน ประกอบวงจรเรยงกระแสแบบทวคณแรงดน จดประสงคใบงาน รายการสอน

1. วดหาขาไดโอดไดถกตอง 2. ประกอบวงจรการท างานไดโอดไดถกตอง 3. ประกอบวงจรทวคณแรงดนไดถกตอง 4. วดคาแรงดนในวงจรไดถกตอง

1. การตอตวเกบประจอนกรมกบแหลงจายหรออนกรมกน ท าใหแรงดนเสรมกน

2. ไดโอดน ากระแสไปเกบทตวเกบประจได ในขณะทไดโอดไดรบไบแอสตรง

3. การวดแรงดน ตงมเตอรยานวด 50 VDC เครองมอ / วสดอปกรณ

1. หมอแปลงขนาดเลก 220 V – 12 V 1 A 2. มลตมเตอร (Multimeter) 3. แผงประกอบวงจร (Proto Board) 4. สายตอวงจร

5. ไดโอดเบอร 1N4001 : 2 ตว 6. ตวตานทานแบบคาคงท 500Ω : 2 ตว 7. ตวเกบประจ 220 µF : 2 ตว

ล าดบขนการปฏบตงาน

1. เตรยมเครองมอและอปกรณตามวงจร วงจรท 1 วงจรท 2 2. ตออปกรณตามวงจรท 1 ลงบนแผงประกอบวงจร 3. วดแรงดนไฟฟาจากหมอแปลง ทางดาน Secondary ทตอเขาวงจรได ..................VAC 4. วดแรงดนตกครอม C1 ได.................VDC แรงดนตกครอม C2 ได……………VDC 5. วดแรงดนทขาเอาตพต ได....................VDC 6. ตออปกรณตามวงจรท 2 ลงบนแผงประกอบวงจร ใชแรงดนจากขด Secondary ของหมอแปลง 7. วดแรงดนตกครอม C1 ได.................VDC แรงดนตกครอม C2 ได……………VDC 8. วดแรงดนทขาเอาตพต ได....................VDC

34

ขอเสนอแนะ 1. ถาตอไดโอดผดขวจะท าใหตวเกบประจรวหรอช ารดไดเนองจากไดรบแรงดนผดขว 2. แรงดนทตกครอม C จะเทากบแหลงจาย

การประเมนผลภาคปฏบต 1. สงเกตจากการปฏบตงาน ความสนใจ ตงใจท างาน 2. ตรวจใหคะแนนจากผลงานทสง ตามเกณฑทก าหนด

ล าดบ รายการประเมนผลภาคปฏบต ระดบผลงาน

ดมาก ด ปานกลาง พอใช แกไข

1 การเตรยมเครองมอ อปกรณ

2 ความตงใจในการปฏบตงาน

3 การปฏบตงานตามขนตอน

4 ความถกตองของผลงาน

5 ความเรยบรอยของผลงาน

รวม

เกณฑการวดและการแปลความหมายของระดบคะแนน ดมาก = 5 คะแนน ท าไดดเยยม สม าเสมอ ไมตองแนะน า ด = 4 คะแนน ท าไดด ไมตองแนะน า ปานกลาง = 3 คะแนน ท าไดด เมอมการแนะน า พอใช = 2 คะแนน ท าพอใชได ตองแนะน า แกไข = 1 คะแนน ท าเองไมได ตองบอกทละขนตอน

35

การประเมนคณธรรม จรยธรรม สงเกตพฤตกรรม จากการเขาเรยน และปฏบตงาน ความสนใจ ตงใจท างาน

ล าดบ รายการประเมนคณธรรม จรยธรรม ระดบคะแนน

ดมาก ด พอใช แกไข

1 การแตงกาย

2 การตรงตอเวลา

3 การมระเบยบวนย ความอดทนอดกลน

4 การมสมมาคารวะ เปนผน า ผตาม ทด

5 ความตงใจในการท ากจกรรมกลม

6 การมมนษยสมพนธและเปนทยอมรบในกลม

7 ความซอสตยสจรต

8 ความประหยด

9 ความคดรเรมสรางสรรค

10 ความสนใจ ใฝร รวม

เกณฑการวดและการแปลความหมายของระดบคะแนน ดมาก ระดบคะแนน 4 ประพฤตปฏบตตนถกตองสม าเสมอ ไมตองตกเตอน ด ระดบคะแนน 3 ประพฤตปฏบตตนถกตอง แตตองคอยตกเตอนบาง พอใช ระดบคะแนน 2 ประพฤตปฏบตตนถกตอง เมอตกเตอนอยเสมอ แกไข ระดบคะแนน 1 ประพฤตปฏบตตนไมถกตองแมตกเตอนแลว

36

เฉลยแบบฝกหดท 1 หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

จงตอบค าถามตอไปน 1. สารกงตวน าชนด P และ N แตกตางกนอยางไร (2 คะแนน)

อะตอมของสารกงตวน าชนด P ขาดอเลกตรอนไป 1 ตว ท าใหเกด โฮล (Hole) ซงจะแสดงประจบวกออกมา สวน อะตอมของสารกงตวน าชนด N มอเลกตรอนเกน 1 ตว ท าใหเกดอเลกตรอนอสระ ซงจะแสดงประจลบออกมา

2. สารกงตวน าทใชท าไดโอดมกชนด อะไรบาง เจอรเมเนยม (Germanium) และซลคอน (Silicon).

3. เมอไดโอดไดรบไบแอสตรง และไดรบไบแอสกลบ มการท างานตางกนอยางไร (2 คะแนน) เมอไดรบไบแอสตรงกระแสจะไหลผานไดโอดได และเมอไดรบไบแอสกลบกระแสจะไหลผานไดโอดไมได

4. การใหไบแอสตรง และไบแอสกลบใหไดโอด ตองปอนกระแสไฟฟาอยางไร (2 คะแนน) ไบแอสตรง คอปอนแรงดนขวบวกใหกบสาร P หรอขาแอโนด (A) ขวลบใหสาร N หรอแคโทด (K) ไบแอสกลบ คอปอนแรงดนขวบวกใหกบสาร N หรอขาแคโทด (K) ขวลบใหสาร P หรอแอโนด (A)

5. ดพลชนรจน (Depletion Region) คออะไร บรเวณรอยตอ P N ทปลอดพาหะ มสภาพเปนฉนวนไฟฟา

6. แรงดนพงทลาย (Breakdown Voltage) คออะไร แรงดนไฟฟาดานไบแอสกลบทสงจนท าใหกระแสไฟฟาไหลได ท าใหไดโอดช ารด

7. ไดโอดเบอร 1N4007 กระแสไบแอสตรง และทนแรงดนไบแอสกลบ สงสดไดเทาไร (2 คะแนน) กระแส 1 แอมป แรงดน 1000 โวลต

8. ไดโอดเบอร 1N5400 กระแสไบแอสตรง และทนแรงดนไบแอสกลบ สงสดไดเทาไร (2 คะแนน) กระแส 3 แอมป แรงดน 50 โวลต

9. จงเขยนเขยนโครงสราง และสญลกษณของไดโอด (2 คะแนน) 10. จงเขยนรปคลน ทไดจากวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน และเตมคลน (2 คะแนน)

37

38

เฉลยแบบฝกหดท 2 หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

ค าชแจง ใหวาดวงจรเรยงกระแสทง 5 วงจร ตามชอทก าหนดให (20 คะแนน) 1. วงจร Bridge Rectifier (4 คะแนน) 2. วงจร Full Wave Rectifier (4 คะแนน)

3. วงจร Dual Polarity Supply (4 คะแนน) 4. วงจรเรยงกระแสทวคณแรงดนแบบครงคลน (4 คะแนน) 5. วงจรเรยงกระแสทวคณแรงดนแบบเตมคลน (4 คะแนน)

39

เฉลยแบบทดสอบกอนเรยน หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

1. ค 2. จ 3. ข 4. ง 5. ง 6. ข 7. ก 8. ค 9. จ

10. ก

เฉลยแบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

1. จ 2. ค 3. ง 4. ข 5. ข 6. ค 7. ง 8. จ 9. ก

10. ก

40

เฉลยใบงานท 1 หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

วงจรท 1 เปนวงจรอนกรม ใชซลคอนไดโอด เบอร 1N4148 จ านวน 4 ตว 1. เสยบอปกรณตามวงจรท 1 2. วดแรงดนทจด TP1 และ TP2 (TP1 เปนขวบวก) วดได........0.66......โวลต 3. วดแรงดนทจด TP1 และ TP3 วดได.........1.3..........โวลต 4. วดแรงดนทจด TP1 และ TP4 วดได.........1.9...........โวลต 5. แรงดนทตกครอมไดโอดทง 4 ตว วดได.........2.6..........โวลต 6. แรงดนทตกครอมตวตานทาน วดได.........1.5............โวลต 7. แรงดนทตกครอม LED วดได......1.9......โวลต

วงจรท 2 เปนวงจรอนกรม ใชเจอรเมเนยมไดโอด เบอร 1N60 จ านวน 4 ตว 1. เสยบอปกรณตามวงจรท1 2. วดแรงดนทจด TP1 และ TP2 (TP1 เปนขวบวก) วดได........0.55......โวลต 3. วดแรงดนทจด TP1 และ TP3 วดได......1.5..........โวลต 4. วดแรงดนทจด TP1 และ TP4 วดได........2...........โวลต 5. แรงดนทตกครอมไดโอดทง 4 ตว วดได........2.3.............โวลต 6. แรงดนทตกครอมตวตานทาน วดได...............1.8......โวลต 7. แรงดนทตกครอม LED วดได.........1.9............โวลต

เฉลยใบงานท 2 หนวยท 1 สารกงตวน าและไดโอด

3. วดแรงดนไฟฟาจากหมอแปลง ทางดาน Secondary ทตอเขาวงจรได ......12....VAC 4. วดแรงดนตกครอม C1 ได.....15.....VDC แรงดนตกครอม C2 ได…30…VDC 5. วดแรงดนทขา Output ได......30.....VDC 6. ตออปกรณตามวงจรท 2 ลงบนโปรโตบอรด ใชแรงดนจากขด Secondary ของหมอแปลง 7. วดแรงดนตกครอม C1 ได.......15.....VDC แรงดนตกครอม C2 ได…15……VDC 8. วดแรงดนทขา Output ได......30......VDC

41

เอกสารอางอง

ชงชย ศรสรตน และวระศกด สวรรณเพชร. อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร. นนทบร : บรษทศนยหนงสอเมองไทย, 2556.

บญธรรม ภทราจารกล. งานไฟฟาและอเลกทรอนกสเบองตน. กรงเทพฯ : บรษท ซเอดยเคชน จ ากด, 2556.

พนธศกด พฒมานตพงศ. งานไฟฟาและอเลกทรอนกสเบองตน. กรงเทพฯ : ส านกพมพ ศนยสงเสรมวชาการ, 2556.

พนธศกด พฒมานตพงศ. อเลกทรอนกสอตสาหกรรม. กรงเทพฯ : ส านกพมพ ศนยสงเสรมอาชวะ, 2557.

วระศกด สวรรณเพชร และชงชย ศรสรตน. อปกรณอเลกทรอนกสและวงจร. นนทบร : บรษทศนยหนงสอเมองไทย, 2557.

เอกสารอเลกทรอนกส (ออนไลน) http://makeitatyourlibrary.org/technology/basic-electronics#.U8OSpVV9lOI http://www.diode.krubpom.com/home.htm http://www.diodes.com http://www.eeweb.com/blog/andrew_carter/the-basics-of-inductor http://www.eleccircuit.com http://www.kpp.ac.th/elearning/elearning3/book-07.html http://www.learningelectronics.net http://www.neutron.rmutphysics.com/physicsboard/forum/index.php?topic=689.0 http://www.oknation.net/blog/win34531/2007/12/06/entry-2 http://www2.tatc.ac.th/e-learning/story9.html