ไดโอดและทรานซิสเตอร์

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

1

สาระสํ าคัญ

สารกึ่งตัวนํ า คือ สารที่มีสภาพระหวางตัวนํ ากับฉนวน นํ าไปใชในการสรางอุปกรณทางอิเล็กทรอนิกสตางๆ เชน ไดโอด ทรานซิสเตอร ฯลฯ การคนพบสารกึ่งตัวนํ านับเปนการคนพบที่ย่ิงใหญ จนอาจกลาวไดวาเปนการปฏิวัติอตุสาหกรรมอิเล็กทรอนิกสเลยทีเดียว

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

2

ผลการเรียนรูที่คาดหวัง

บอกคํ าจํ ากัดความของสารกึ่งตัวนํ าได อธิบายความแตกตางระหวางสารกึ่งตัวนํ าชนิด P และ ชนิด N ได

บอกโครงสรางและเขียนสัญลักษณของไดโอดทรานซิสเตอรได อธบิายหลักการทํ างานของไดโอดและทรานซิสเตอรได ยกตัวอยางการนํ าไดโอดและทรานซิสเตอรไปใชงานได สามารถตรวจสอบไดโอดและทรานซิสเตอรดวยมัลติมิเตอรได บอกชื่อและหนาที่ของไดโอดชนิดตางๆได บอกชื่อและหนาที่ของทรานซิสเตอรชนิดตางๆได

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

3

ตัวนํ า สารกึ่งตัวนํ า ฉนวน

รูปที่ 7.1 แสดงโครงสรางของสสารแตละประเภท

สารกึ่งตัวนํ า บริสุทธิ์ (Intrinsic Semiconductor) จะมีสภาพการนํ าไฟฟาที่ไมดี เพราะอิเล็กตรอนวงนอกจะจับตัวรวมกนั โดยใชอิเล็กตรอนรวมกัน เพื่อใหเกิดภาวะเสถียร เสมือนมีอเิลก็ตรอนวงนอก 8 ตัวจึงไมเหมาะตอการใชงาน ดังนั้นในทางปฏิบตัิจึงมีการเติมสารอื่นเขาไป เพื่อใหเกิดสภาพนํ าไฟฟาที่ดีกวาเดิมเหมาะกับการใชงาน โดยการเติมสารหรือที่เรียกกันทับศัพทวา การโดป(Doping) สารนั้น จะมีได 2 ลักษณะคือ

สารกึ่งตัวนํ าคืออะไร

นิวเคลียสอิเล็กตรอน

สารกึ่งตัวนํ า ชนิด P และ ชนิด N

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

4

เติมสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอก 3 ตัว เชน อลูมิเนียม หรือแกลเลียม ลงไป ทํ าใหเกิดสภาวะขาดอิเล็กตรอนคือจะมีที่วางของอิเล็กตรอนซึ่งเรียกวา โฮล (Hole) มากกวาจํ านวนอิเล็กตรอนอิสระ ดวยเหตุที่โฮลมีสภาพเปนประจุไฟฟาบวกและเปนพาหะสวนใหญของสาร สวนอิเล็กตรอนจะเปนพาหะสวนนอย เราจึงเรียกสารก่ึงตัวนํ าประเภทนี้วา สารกึ่งตัวนํ าชนิด P (P-type Semiconductor)

เติมสารที่มีอิเล็กตรอนวงนอก 5 ตัว เชน สารหนู หรือ ฟอสฟอรัส ลงไป ทํ าใหเกิดสภาวะมีอิเล็กตรอนอิสระมากกวาจํ านวนของโฮล ดวยเหตุที่อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟาลบและเปนพาหะสวนใหญ สวนโฮลเปนพาหะสวนนอยของสารเราจึงเรียกวาเปน สารกึ่งตัวนํ าชนิด N (N-type Semiconductor)

รูปที่ 7.2 แสดงสารกึ่งตัวนํ าชนิด P และ ชนิด N

Nโฮล

อิเล็กตรอน

P

อิเล็กตรอนโฮล

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

5

รปูที่ 7.3 แสดงโครงสรางของรอยตอ P-N

รูปที่ 7.4 แสดงการไบอัสตรง

รอยตอ PN

บริเวณปลอดพาหะ(Depletion Region)

การไบอัสรอยตอ PN

กระแสอิเล็กตรอน กระแสอิเล็กตรอนแบตเตอรี่

โฮล อิเล็กตรอน

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

6

ในทางตรงกันขามหากเราทํ าการจายแรงดันสลับดาน โดยใหขั้วบวกของแบตเตอรี่ตอเขากับสารกึ่งตัวนํ าชนิด N และตอขั้วลบเขากับสารกึ่งตัวนํ าชนิด P จะท ําใหมีการฉุดรั้งอิเล็กตรอนไมใหขามมายังฝงตรงขาม ทํ าใหไมเกิดกระแสไหล เราเรียกลักษณะการตอแรงดันในลักษณะนี้วา การไบอัสกลับ (Reveres Bias)

รูปที่ 7.5 แสดงการไบอัสกลับ

โฮล อิเล็กตรอน

เขตปลอดประจุ

อิออนบวกอิออนลบ

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

7

จากคุณลักษณะของรอยตอ PN ของสารกึ่งตัวนํ า เราจึงนํ ามาสรางอุปกรณที่เรียกวา ไดโอดขึ้น โดยเรียกขั้วที่ตอกับสาร P วา อาโนด(Anode) และเรียกขั้วที่ตอกับสาร N วา คาโถด(Cathode) โดยจะมีรูปลักษณะและสัญลักษณดังรูปที่ 7.6

รปูที่ 7.6 แสดงรูปลักษณะ และ สัญลักษณ ของไดโอด

ไดโอด

สํ าน

8

ไดส

1.

การตรวจสอบไดโอด

ักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

วิธกีารตรวจสอบไดโอดวาดีหรือเสียและตรวจสอบขั้วของโอดท ําไดโดยอาศัยคุณสมบัติของการไบอัสไดโอด โดยามารถทํ าไดดังนี้ คือ

1. ใชมัลติมิเตอรตั้งยานวัดโอหม R X 12. ใชปลายสายวัดตอเขากับขั้วตอแตละดานของไดโอด3. สังเกตเข็มมิเตอรวาขึ้นหรือไม4. จากนั้นทํ าการสลับขั้วสายวัดแลวสังเกตเข็มมิเตอรอีกครั้ง

รปูที ่7.7 แสดงการตรวจสอบไดโอดดวยมิเตอร

การปองกันการตอแบตเตอรี่ผิดขั้ว

9

วงจรอิเล็กทรอนิกส

+

-

วงจรอิเล็กทรอนิกส

+

การปองกันการตอแบตเตอรี่ผิดขั้ว

ตอถูกขั้ว กระแสไหลวงจรทํ างาน

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ

รูปที่ 7.9 แสดงการ

การแปลงไฟสลับเปนไฟตรง

รปูที่ 7.10 แสดงการ

ตอผิดขั้ว กระแสไมไหลวงจรไมทํ างาน

โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

ตอแบตเตอรี่เขากับวงจร

แปลงไฟสลับเปนไฟตรง

สํ าน

10

ไดไดไดซไดได

ไดโอดชนิดตางๆ

ักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

โอดดเีท็คเตอร ( Detector Diode)โอดเรก็ตฟิาย (Rectifier Diode)โอดกํ าลัง ( Power Diode)ีเนอรไดโอด ( Zener Diode)โอดเปลงแสง (Light Emitting Diode)โอดรับแสง (Photo Diode)

รปูที่ 7.11 แสดงไดโอดประเภทตางๆ

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

11

1. ในการใชงานไบอสัตรงจะตองมีตัวตานทานจํ ากัดกระแสตอไวเสมอ 2. การใชงานในสภาวะไบอัสกลับจะตองระวังไมใหไดโอดไดรับแรงดันไบอสักลับเกินกวาคาแรงดันไบอัสกลับสูงสุดที่ทนได 3. การใชงานไดโอดเปลงแสงหรือแอลอีดี จะตองระวังไมใหกระแสเกินกวา 20 mA 4. ไมควรใหแอลอดีีไดรับแรงดันไบอัสกลับ

5. คาแรงดนัที่ตกครอมแอลอีดีในสภาวะทํ างานจะแตกตางกันไปตามสารที่ใชทํ า

ขอควรระวังในการใชงานไดโอด

สํ านัก

12

ชน

ทรานซิสเตอร

พิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

ทรานซิสเตอร (Transistor) เปนอุปกรณอิเล็กทรอนิกสิดหนึ่ง ที่สรางมาจากสารกึ่งตัวนํ า 3 ช้ิน มาเชื่อมตอกัน คือ

ช้ินแรก เรียกวา อิมิตเตอร (Emitter)ช้ินที่สอง เรียกวา เบส (Base) จะเปนชิ้นสารบางๆช้ินที่สาม เรียกวา คอลเล็กเตอร (Collector)

รปูที่ 7.12 แสดงโครงสรางของทรานซิสเตอร

รอยตอ PN ระหวางเบส กับ อิมิตเตอร

รอยตอ PN ระหวาง เบสกับ คอลเล็กเตอร

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

13

โครงสรางของทรานซิสเตอรชนิด PNP และ NPN

สญัลักษณ ของทรานซิสเตอรชนิด PNP และ NPN

PNP NPN

สํ านัก

14

รูปที่ 7.14 แสดงการทํ างานของทรานซิสเตอร

VCE+-

รอยตอ PN เบส-อิมิตเตอร

รอยตอ PN เบส-คอลเล็ก

-+

VBE

การไบอัส

พิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

ไบอัสคงที่(Fixed Bias)

ไบอัสแบบแบงแรงดัน(Voltage Divider Bias)

ไบอัสตัวเอง(Self Bias)

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

15

การตรวจวาทรานซิสเตอรดีหรือเสีย1. กอนอื่นตองทราบกอนวา ทรานซิสเตอรเปนประเภทอะไร และขาใดเปนขา

อะไร ถาทรานซิสเตอร เปนชนิด NPN ใหตอขั้วลบของมิเตอรไวที่ขาคอลเล็กเตอร ใหตอขั้วบวกไวที่ขาอิมิตเตอร แตถาเปนชนิดPNP ใหสลับกันคือ ตอขั้วบวกของมิเตอรไวที่ขาคอลเล็กเตอรและตอขั้วลบไวที่ขาอิมิตเตอร

2. ต้ังมัลติมิเตอรในยานวัดโอหม R X 103. ดูเข็มของมิเตอรวาขึ้นหรือไม ถาขึ้นแสดงวาอาจชอตหรือมีกระแสรั่วไหลสูง4. จากนั้นใชนิ้วมือแตะระหวางขาคอลเล็กเตอรและขาเบส(แทนตัวตานทาน Rb)5. สงัเกตวาเข็มขึ้นจากเดิมหรือไม ถาขึ้นแสดงวาใชได โดยถาขึ้นสูงแสดงวาอัตรา

ขยายกระแสสูง (ในการวัดเพื่อเปรียบเทียบอัตราการขยายกระแสของทรานซิสเตอรแตละตัว ควรใชอุปกรณการวัดทรานซิสเตอรที่ใหมากับมัลติมิเตอร จะชวยใหมีความเที่ยงตรงมากยิ่งขึ้น)

การตรวจสอบทรานซิสเตอร

สํ านักพิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

16

การตรวจหาขาและชนิดของทรานซิสเตอร1. ต้ังมัลติมิเตอรยานวัดโอหม R X 102. ตรวจสอบหาขาเบสของทรานซิสเตอร โดยพิจารณาทรานซิสเตอรในลักษณะ

ของไดโอดดังรูป

รูปที่ 7.16 แสดงการตรวจหาขาเบสของทรานซิสเตอร

3. ใชขาใดขาหนึ่งเปนหลัก โดยสมมุติใหเปนขาเบส แลวตอสายวัดไว จากนั้นใชสายวัดอีกเสน แตะที่ขาทั้งสองที่เหลือ ถามิเตอรขึ้น ทั้ง 2 ครั้ง แสดงวามีแนวโนมที่จะเปนขาเบส จากนั้นใหสลับสายวัดแลวลองทํ าซํ้ าตามเดิมอีกครั้ง ถาไมขึน้ทั้งสองขา แสดงวาเปนขาเบสแนนอน

4. เมื่อหาขาเบสไดก็จะรูชนิดของทรานซิสเตอรคือ ถาในสภาวะขึ้นทั้ง 2 ขา ขั้วบวกของมิเตอรตออยูกับขาเบส แสดงวา เปนทรานซิสเตอร PNP แตถาเปนขั้วลบตออยูที่ขาเบสตอนเข็มมิเตอรขึ้น 2 ครั้ง แสดงวาเปนชนิด NPN

5. หลงัจากหาขาเบสไดแลวใหลองหาขาคอลเล็กเตอรและอิมิตเตอร ตามหลักการไบอัสทรานซิสเตอร เชนเดียวกับวิธีหาวาทรานซิสเตอรดีหรือเสีย ถาตอถูกตอง เข็มจะขึ้นสูงเมื่อใชนิ้วมือแตะระหวางขา เบสและคอลเล็กเตอร

PNP NPN

สํ าน

17

ทททโฟ

การนํ าไปใชงาน

ัก

แสดงการนํ าทรานซิสเตอรไปตอเปนวงจรสวิตช

รรร

LED

2N2002

R1220

LDR R3

R2100k

9 V

BATTERY

ทรานซิสเตอรชนิดตางๆ

พิมพศูนยสงเสริมอาชีวะ โดยบุญสืบ โพธิ์ศรี

านซิสเตอรสัญญาณตํ่ า (Small Signal Transistor)านซิสเตอรกํ าลัง (Power Transistor)านซิสเตอรชนิดทํ างานความถี่สูงโตทรานซิสเตอร (Photo Transister)