(อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น)

1. Resistor ( ตัวต้านทาน)
2. Transistor ( ทรานซิสเตอร์ )
3. Capacitor ( ตัวเก็บประจุ )
4. Diode ( ไดโอด )
5. Inductor ( ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้า )
6. Diac ( ไดแอก )
7. SCR ( เอสซีอาร์ )
8. Triac ( ไตรแอก )
9. FET ( เฟต )
10. MOSFET ( มอสเฟต )
11. OP-Amp ( ออปแอมป์ )

ไดโอด (diode)

ไดโอดเป็นส่วนสําคัญส่นหนึ่งของวงจรอิเลคทรอนิคส์ทั่วไปในสมัยก่อนไดโอดมักจะเป็นแบบหลอดสุญญากาศปัจจุบันความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเป็นไปอย่างรวดเร็วทําให้สิ่งประดิษฐ์ชนิดใหม่ ซึ่งทําด้วยสารกึ่งตัวนําได้เข้ามาแทนที่หลอดสุญญากาศไดโอดที่ทํามาจากสารกึ่งตัวนํามีสองขั้วและมีขนาดเล็กใช้งานได้ง่าย

ชนิดของไดโอด

ไดโอดที่ทําจากสารกึ่งตัวนําแบ่งได้ตามชนิดของเนื้อสารที่ใช้ เช่นเป็นชนิดเยอรมันเนียมหรือเป็นชนิดซิลิกอนนอกจากนี้ไดโอดยังแบ่งตามลักษณะตามกรรมวิธีที่ผลิตคือ

1. ไดโอดชนิดจุดสัมผัส (Point-contact diode) ไดโอดชนิดนี้เกิดจากการนําสารเยอรมันเนียมชนิด N มาแล้วอัดสายเล็กๆซึ่งเป็นลวดพลาตินั่ม(Platinum) เส้นหนึ่งเข้าไป

เรียกว่าหนวดแมวจากนั้นจึงให้กระแสค่าสูงๆไหลผ่านรอยต่อระหว่างสายและผลึกจะทําให้เกิดสารชนิดP ขึ้นรอบ ๆ รอยสัมผัสในผลึกเยอรมันเนียมดังรูป

ไดโอดชนิดจุดสัมผัส

2. ไดโอดชนิดหัวต่อ P-N (P-N junction diode) เป็นไดโอดที่สร้างขึ้นจากการนําสารกึ่งตัวนําชนิด N
มาแล้วแพร่อนุภาคอะตอมของสารบางชนิดเข้าไปในเนื้อสาร P ขึ้นบางส่วน แล้วจึงต่อขั้วออกใช้งาน
ไดโอดชนิดนี้มีบทบาทในวงจรอิเลคทรอนิคส์ และมีที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลาย

ไดโอดชนิดหัวต่อ P-N

คุณสมบัติของไดโอด

ไดโอดที่ใช้ในวงจรมีสัญลักษณ์ เป็นรูปลูกศรมีขีดขวางไว้ดังรูป

ตัวลูกศรเป็นสัญลักษณ์แทนสารกึ่งตัวนําชนิด P ซึ่งเป็นขั้วอาโนด (ขั้วบวก) ของไดโอด
ลูกศรจะชี้ในทิศทางที่โฮลเคลื่อนทิศส่วนขีดคั่นเป็นสารกึ่งตัวนําชนิด N ซึ่งเป็นขั้วคาโถด (ขั้วลบ)
ดังนั้นเราจะสามารถพิจารณาว่า ไดโอดถูกไบแอสตรงหรือไบแอสกลับได้ง่าย ๆ โดยพิจารณาดูว่า
ถ้าขั้วอาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกมากกว่าราคาโถดแล้ว ไดโอดจะถูกไบแอสตรง ถ้าขั้วอาโนดมี
ศักดาไฟฟ้าเป็นบวกน้อยกว่า คาโถดก็แสดงว่าไดโอดถูกไบแอสกลับ

ไบแอสตรง

1. มีกระแสไหลผ่านไดโอด

2. ถือว่าไดโอดมีความต้านทานน้อยมาก

3. โดยทั่วไปถือว่าไดโอดลัดวงจร

ไบแอสกลับ

1. มีกระแสไหลผ่านไดโอด

2. ถือว่าไดโอดมีความต้านทานสูงมาก

3. โดยทั่วไปถือว่าไดโอดเป็ดวงจร

เปรียบเทียบลักษณะสมบัติของไดโอดเมื่อไบแอสตรงและไบแอสกลับ

ลักษณะสมบัติของไดโอดอุดมคติ

ความต้านทานของตัวไดโอด

เนื่องจากความต้านทานของตัวไดโอด ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นจึงถือว่า สิ่งประดิษฐ์ ไดโอดมีคุณสมบัติไม่เป็นเชิงเส้น ลักษณะ : สมบัติระหว่างแรงดันและกระแสจะ
เป็นตัวแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของกระแสที่ไหลผ่านตัวไดโอด (ID) กับค่าแรงดันที่ตกคร่อมตัวไดโอด (VD) ทั้งในทิศทางไบแอสตรง และไบแอสกลับดังรูป

ลักษณะ สมบัติทางด้านไบแอสตรงจะเริ่มมีกระแสไหลผ่านไดโอดเมื่อใส่แรงดันแก่ไดโอดด้วยค่า ๆ หนึ่งแรงดันนี้คือค่าแรงดันที่เราเรียกว่า แรงดันคัทอิน (cut in voltage) ของไดโอด

กราฟลักษณะสัมบัติระหว่างแรงดันและกระแสของวงจรไบแอส
เนื่องจากไดโอดชนิดหัวต่อ P-N แบ่งเป็น 2 ชนิดคือชนิดซิลิกอนและชนิดเยอรมันเนียม
ดังนั้นลักษณะสมบัติทางแรงดันและกระแสของไดโอดทั้งสองชนิด จะเห็นได้ชัดดังในรูป

แรงดันคร่อมตัวไดโอดด้านไบแอสตรง
ค่ากระแสอิ่มตัวย้อนกลับสําหรับซิลิกอนไดโอดกับของเยอรมันเนียมไดโอดยังมีค่าไม่เท่ากันด้วยซิลิกอนไดโอดมีค่ากระแสอิ่มตัวน้อยกว่าของเยอรมันเนียมไดโอดประมาณ 1000 เท่า
สําหรับค่าแรงดันคัทอินทั้งของซิลิกอนและเยอรมันเนียมจะมีค่าไม่เท่ากัน ค่าแรงดันคัทอิน
ของซิลิกอนไดโอดมีค่าประมาณ 0.6 โวลท์ ส่วนของเยอรมันเนียมไดโอดมีค่าประมาณ 0.2 โวลท์

คุณลักษณะสมบัติระหว่างแรงดันและกระแสของไดโอด
ความต้านทานในตัวไดโอดพอที่จะแบ่งออกตามชนิดของแรงดันที่ให้กับตัวไดโอด ซึ่งแยกออกเปนความต้านทานทางไฟตรงหรือทางสรรคติกและความต้านทานไฟสลับ

ความต้านทานทางไฟตรง (static resistance)
จากลักษณะสมบัติแรงดันและกระแสของไดโอดจะไม่เป็นลักษณะเชิงเส้น ดังนั้นความต้านทานในตัวไดโอดจึงไม่คงที่ จากกฎของโอห์มจะได้ความต้านทานทางไฟตรง ที่จะงดทํางานขณะไม่มีสัญญาณอื่นใดเข้ามาเป็น

แสดงค่าความต้านทานในไดโอดทางไฟตรง

ความต้านทานทางไฟสลับ (dynamic resistance) เมื่อไดโอดทํางานในขณะที่มีค่าสัญญาณแรงดันไฟสลับขนาดเล็ก ๆ ป้อนเข้ามาค่าความต้านทานที่เกิดขึ้น

ที่ไดโอดจะเกิดการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาค่าความต้านทานนี้จะแตกต่างจากความต้านทานทางไฟตรงเราเรียกค่าความต้านทานนี้ว่า ความต้านทานทางไฟสลับ

การหาค่าความต้านทานทางไฟสลับหาค่าได้จากค่าอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อมตัวไดโอดที่เปลี่ยนไปกับค่าการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลในตัวไดโอด เนื่องจากการทํางานของไดโอดเมื่อมีสัญญาณเข้ามา ณ จุดที่ไดโอดทํางานก็จะมีค่าไม่คงที่ไม่แน่นอน เกิดการเปลี่ยนแปลงตามลักษณะสมบัติ แต่เมื่อคิดการเปลี่ยนแปลงกระแสไบแอสตรง

ค่าเล็ก ๆ ของกระแสและแรงดันแล้วจะสามารถหาค่าความต้านทานทางไดนามิคหรือความต้านทานต่อไฟสลับได้ดังรูป

แสดงการหาความต้านทานทางไฟสลับ

การหาค่าความต้านทานนี้อาจทําได้โดยการใช้สูตร Rac เท่ากับ= ช่วงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อมไดโอดช่วงการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านไดโอด
ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects) จากการทดลองพบว่า Is ของ Si จะมีค่าเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่า ทุกๆ ครั้งที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศา
เซลเซียส ขณะที่ Ge ม ีค่า Is เป็น 1 หรือ 2 micro-amp ที่ 25 องศาเซลเซียส แต่ที่ 100 องศาเซลเซียส
จะมีค่า Is เพิ่มขึ้นเป็น 100 micro-amp ระดับกระแสไฟฟ้าขนาดนี้จะเป็นปัญหาต่อการเปิดวงจรเรื่องจากได้รับการไบอัสกลับ เพราะแทนที่ Id จะมีค่าใกล้เคียงศูนย์ แต่กลับนํากระแสได้จํานวนหนึ่งตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ซีเนอร์ไดโอด (Zener diode) ไดโอดธรรมดาเมื่อทําการไบรแอสกลับจนถึงค่าแรงดันพังจะทําให้เกิดการเสียหายได้ ซีเนอร์ไดเอดเป็นซิลิกอนไดโอด

ชนิดพิเศษที่กระแสย้อนกลับสามารถไหลเฉลี่ยทั่วพื้นที่รอยต่อของไดโอด จึงสามารถทนกระแสย้อนกลับได้สูงมาก ดังนั้นซีเนอร์ไดโอดจึง
สามารถใช้ควบคุมแรงดันโดยใช้แรงดันที่ตกคร่อมตัวมันเองเป็นตัวควบคุมสัญลักษณ์ของตัวซีเนอร์ไดโอดเขียนได้ดังรูป

สัญญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด

ซีเนอร์ไดโอดทางอุดมคติจะควบคุมแรงดันได้ต่อเมื่อถูกไบแอสกลับกล่าวคือ จะมีกระแสไหลผ่านไดโอดได้ดีต่อเมื่อไบแอสกลับจนถึงค่าแรงดันซีเนอร์เท่านั้น สําหรับกรณีไบแอสตรงซี
เนอร์ไดโอดจะทําหน้าที่เหมือนไดโอดธรรมดาคือเสมือนเป็นตัวลัดวงจร

ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดทางอุดมคติ ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดจริง ๆ