(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 )

ทรานซิสเตอร์ (Transistor )

รูปที่ 1 transistor แบบต่างๆ

ทรานซิสเตอร์ (TRANSISTOR) คือ สิ่งประดิษฐ์ทําจากสารกึ่งตัวนํามีสามขา (THREE LEADS) กระแสหรือแรงเคลื่อน เพียงเล็กน้อยที่ขาหนึ่งจะควบคุมกระแสที่มีปริมาณมากที่ไหลผ่านขาทั้งสองข้างได้หมายความว่าทรานซิสเตอร์เป็นทั้งเครื่องขยาย (AMPLIFIER) และสวิทซ์ทรานซิสเตอร์ทรานซิสเตอร์ชนิดสองรอยต่อเรียกด้วยตัวย่อว่า BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR) ทรานซิสเตอร์ (BJT) ถูกนําไปใช้งานอย่างแพร่หลาย เช่น วงจรขยายในเครื่องรับวิทยุและรี่องรับโทรทัศน์หรือนําไปใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ทําหน้าที่เป็นสวิทซ์ (Switching) เช่น เปิด-ปิด รีเลย์ (Relay) เพื่อควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ เป็นต้น

โครงสร้างของทรานซิสเตอร์โครงสร้างของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย สารกึ่งตัวนํา 2 ชนิด ประกบกัน 3 ชั้นวางสลับกันระหว่างสาร P (P-type) และ สาร N (N-type)

จากนั้นต่อขาออกมาใช้งานลักษณะการซ้อนกันนี้ ถูกนํามาแบ่งเป็นชนิดของทรานซิสเตอร์ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN โครงสร้างของมันก็คือ สาร P ประกอบด้วยสาร N ทั้งสองข้าง ดังรูปที่2(ก) จากนั้นต่อขาจากสารกึ่งตัวนําทั้งสามชั้นออกใช้งาน ขาที่ต่อจากชั้นสารที่อยู่ตรงกลางเรียกว่า ขาเบส(B,Base) ส่วนขาริมทั้งสอง คือขาคอลเล็กเตอร์ (C,Collector) และขาอีมิตเตอร์ (E,Emitter) ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP โครงสร้างประกอบด้วย สาร N ประกบด้วยสาร P ขาที่ต่อออกจากชั้นสารที่อยู่ตรงกลางเรียกว่า ขาเบส (B) สองขาที่เหลือคือ ขาคอลเล็กเตอร์ (C) และขาอีมิตเตอร์ (E) ดังรูปที่ 2 ข

รูปที่ 2 โครงสร้างของทรานซิสเตอร์

ถึงแม้สารที่ถูกต่อขาเป็นขา C และ E เป็นชนิดเดียวกันก็ตาม แต่ที่จริงแล้วคุณสมบัติทางไฟฟ้าของมันต่างกัน เพราะฉะนั้นจึงจําเป็นอย่างยิ่งในเวลาประกอบทรานซิสเตอร์

ลงในโครงงานต้องดูตําแหน่งขาให้ถูกต้อง ถ้าคุณประกอบผิดก็อาจทําให้วงจรที่คุณสร้างเสียหายได้ความแตกต่างของ 2 ชนิดทรานซิสเตอร์มีสองชนิดเป็นการแบ่ง

ทางโครงสร้างของมัน ทีนี้เราก็จะมาดูกันว่าทรานซิสเตอร์ ทั้งสองชนิดนี้มันเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร ด้วยโครงสร้างที่แตกต่างกันนี้ พอจะเปรียบเทียบได้กับ
ไดโอดสองตัวต่อกัน ซึ่งทําให้เราเข้าใจโครงการสร้างของมันดีขึ้นในรูปที่ 3 ได้แสดงทิศทางของกระแสที่ไหลเข้าออกจากตัวทรานซิสเตอร์ สังเกตได้ว่า กระแสไหลจาก
ทิศทางของหัวลูกศรของทรานซิสเตอร์ (กระแสในที่นี้หมายถึง กระแสนิยมที่ไหลจากขั้วบวกไปขั้วลบ) ทรานซิสเตอร์ทั้งสองชนิดมีทิศทางการไหลของ กระแสกลับกัน จากรูปกล่าวได้ว่า กระแสที่ไหลผ่านขา E จะมีค่าเท่ากับกระแสที่ขา C รวมกับที่ขา B เป็นกระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ แต่กระแสที่ขา C เท่ากับกระแสที่ขา B

คูณด้วยอัตราขยายของทรานซิสเตอร์ (hFE) ดังสมการในรูปที่ 3 เพราะฉะนั้นกระแสที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ จึงถูกควบคุมโดยกระแสที่ไหลผ่านขา B นั่นเอง

รูปที่ 3 อธิบายทิศทางการไหลของกระแสในทรานซิสเตอร์ทั้งสองชนิด

ประเทศญี่ปุ่นผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์รายใหญ่ของโลก ใช้รหัสบอกชนิดของทรานซิสเตอร์ โดยดูจากเบอร์ทรานซิสเตอร์จาก ตัวอักษรที่ตามหลัง 2S… เช่น 2SC1815 เป็นทรานซิสเตอร์ชนิด NPN ใช้ในย่านความถี่สูง นอกจากอักษร C แล้วยังมีอักษรตัวอื่น อีกด้วยดังนี้
A : PNP ใช้ในย่านความถี่สูง
B : PNP ใช้ในย่านความถี่ต่ำ
C : NPN ใช้ในย่านความถี่สูง
D : NPN ใช้ในย่านความถี่ต่ำ

ถ้าเป็นทรานซิสเตอร์ของผู้ผลิตในอเมริกา เบอร์ของทรานซิสเตอร์จะขึ้นต้นด้วย 2N และตามด้วยหมายเลข (หมายเลข 2 ที่นําหน้าเบอร์ หมายถึง 2 รอยต่อ)
ทรานซิสเตอร์ถูกนําไปใช้ในวงจรต่างๆ อย่างมากมาย ด้วยหลักการให้กระแสที่ขา B เป็นตัวควบคุมกระแสที่ไหลผ่านทางขา C และ E ที่เห็นและคุ้นเคยกันมากที่สุดอย่างหนึ่งคือ

วงจรขยายเสียง และส่วนใหญ่โครงงานในวารสารอิเล็กทรอนิกส์สมัครเล่น ก็ใช้ทรานซิสเตอร์ เพราะฉะนั้นควรจะทําความเข้าใจเรื่องราวเกี่ยวกับตัวมันให้ดี
ในบางวงจรอาจเห็นว่าทรานซิสเตอร์ ถูกเปรียบเทียบกับสวิตช์หรืออาจจะเป็นตัวขยาย เป็นเพราะเราสามารถจัดไบแอส

* ให้มันทํางานเหมือนกับเลือกว่าให้มันเป็นสวิตช์หรือตัวขยายก็ได้

* การไบแอส : การทําให้สิ่งประดิษฐ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่ในสภาพที่พร้อมจะทํางานได้ พูดง่ายๆ ก็คือการป้อนแรงดันให้กับขาต่างๆ ของอุปกรณ์จนมีช่วงทํางานที่เหมาะสม
รูปลักษณ์รูปร่างหน้าตาของทรานซิสเตอร์แสดงดังรูปที่ 3 พวกทรานซิสเตอร์กําลังหรือ ทรานซิสเตอร์ที่ทนกําลังได้สูงๆ (สังเกตได้จากตัวถัง ที่เป็นโลหะ) พวกนี้จะต้องมีการระบายความร้อนที่ดี เพราะพวกทรานซิสเตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่ออุณหภูมิที่ตัวมันสูงเกินที่กําหนด ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้จึงจําเป็น
จะต้องติดแผ่นระบายความร้อน (heat sink) เสมอ เมื่อใช้งาน เช่น ทรานซิสเตอร์ในภาคสุดท้ายของเครื่องขยายเสียง จําเป็นจะตัองติดแผ่นระบายความร้อน

รูปที่ 4 แสดงรูปร่างของทรานซิสเตอร์กับตําแหน่งขา

ทรานซิสเตอร์มีรูปร่างหน้าตาแตกต่างกัน แล้วเราจะรู้ได้อย่างไรว่าขาไหนเป็นขา B , C และ E โดยทั่วไปผู้ผลิตอาจจะไม่เขียน หรือพิมพ์ติดไว้บนตัวทรานซิสเตอร์ แต่อาจจะมีรหัสหรือสัญลักษณ์ให้เป็นที่สังเกต หรือไม่ก็เป็นเปิดดูตําแหน่งจากได้จากคู่มือของตัวมัน แต่ควรจะตรวจสอบอีกทีด้วยการวัดด้วยโอห์มมิเตอร์

ในการประกอบโครงงานที่ใช้ทรานซิสเตอร์นั้น คุณควรจะตรวจสอบดูขาของทรานซิสเตอร์ให้ ถูกต้องเสียก่อน จึงลงมือประกอบ และข้อควรระวังอีกประการหนึ่งคือ การบัดกรีความร้อนจากปลายหัวแร้งอาจทําให้ทรานซิสเตอร์เสียได้ เพราะฉะนั้นจึงไม่ควรบัดกรีทรานซิสเตอร์แช่ไว้นานๆ จนทําให้มันร้อน

เรื่องทรานซิสเตอร์ก็จบลงด้วยประการฉะนี้แหละครับ ถ้าสนใจรายละเอียดเพิ่มเติม ก็หาอ่านได้ในหนังสือเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป

การทดสอบทรานซิสเตอร์ด้วยโอห์มมิเตอร์

ความผิดพลาดที่เกิดจากทรานซิสเตอร์ที่พบเสมอคือ การจัดวงจร และการเป็ดวงจรระหว่างรอยต่อของสาร
กึ่งตัวนําของทรานซิสเตอร์

จากรูปจะเห็นว่า ถ้าให้ไบอัสกลับแก่อิมิตเตอร์ไดโอดและคอลเลคเตอร์ไดโอดของทรานซิสเตอร์ความต้านทานจะมีค่าสูงแต่ถ้าความต้านทานมีค่าต่ำให้สันนิษฐานว่ารอยต่อระหว่าง

ขาของทรานซิสเตอร์เกิดลัดวงจร ในทํานองเดียวกันถ้าไบอัสตรงแล้ววัดค่าความต้านทานได้สูงก็ให้สันนิษฐานว่ารอยต่อระหว่างขาเกิดลัดวงจร

การทดสอบเพื่อหาตําแหน่งขาทรานซิสเตอร์

ในการพิสูจน์หาตําแหน่งของทรานซิสเตอร์ โดยการสังเกตดูว่า ขาใดอยู่ใกล้กับขอบเดือยเป็นขา E ขาที่อยู่ตรงข้ามเป็นขา C ส่วนตําแหน่งกลางคือขา B
การทดสอบหาชนิดของทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP
1. เลือกขาตําแหน่งกลาง แล้วสมมุติให้เป็นขาเบส จากนั้นนําสายวัด(–) ของโอห์มมิเตอร์มาแตะที่ขาเบส ส่วนสายวัด ( + ) ให้นํามาแตะกับสองขาที่เหลือ
2. ถ้าความต้านทานที่อ่านได้จากการแตะขาทั้งสองมีค่าต่ำ สรุปได้ทันทีว่า ขาที่ตําแหน่งกลางเป็นขาเบส และทรานซิสเตอร์ที่ทําการวัดนี้เป็นชนิด PNP
3. สําหรับขาอิมิตเตอร์ คือ ขาที่อยู่ใกล้ตําแหน่งเดือย และขาที่เหลือคือขาคอลเลคเตอร์นั่นเอง
4. ถ้าความต้านทานที่อ่านได้มีค่าสูงให้สลับสายวัด
5. ถ้าความต้านทานที่อ่านได้จากการแตะขาทั้งสองมีค่าต่ำ สรุปได้ทันที ขาตําแหน่งกลางคือขาเบส และเป็นทรานซิสเตอร์ชนิด NPN
6. ถ้าหากว่าความต้านทานต่ำไม่ปรากฏในทั้งสองกรณี ให้เปลี่ยนเลือกขาอื่นเป็นขาเบส แล้วทําตามขั้นตอนเดิม

ข้อจํากัดในการทํางาน (Limits of Operation)

เราทราบว่าเคอร์ฟคุณลักษณะของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย 3 บริเวณ(ไม่รวมบริเวณเบรกดาวน์) คือ บริเวณแอกตีฟ, คัตออฟ และอิ่มตัว ถ้าต้องการได้สัญญาณเอาต์พุตที่ดีที่สุด ไม่เพี้ยนหรือบิดเบี้ยว ต้องกําหนดบริเวณการทํางาน ให้อยู่ในย่านแอกตีฟเท่านั้นจากหัวข้อที่ผ่านมา ทําให้ทราบว่าการนําทรานซิสเตอร์ไปใช้งานโดยไม่เกิดความเสียหายนั้น จะต้องมี
ค่า IC ต่ำกว่า IC(max) และค่า VCB ต่ำกว่าVCB(max)นอกจากนั้นค่า VCE ที่ใช้งานต้องต่ำกว่า VCE(max) ด้วยเคอร์ฟคอลเลคเตอร์ เกิดจากความสัมพันธ์ระหว่าง IC กับ VCE เส้นแนว ตั้งของเคอร์ฟที่ตําแหน่ง VCE(sat) และ VCE(max) เป็นส่วนหนึ่งที่กําหนดขอบเขตการทํางานของทรานซิสเตอร์ในบริเวณแอกตีฟ ตําแหน่ง VCE(sat) เป็นตัวกําหนดค่า VCE ต่ำสุดที่ใช้งานได้ คือบอกให้ทราบว่าการทํางาน ของทรานซิสเตอร์ตั้งแต่ค่านี้เป็นต้นไปไม่อยู่ในบริเวณอิ่มตัว ส่วนตําแหน่ง VCE(max) เป็นตัวกําหนดค่า VCE สูงสุด
ที่ใช้งานได้ คือบอกให้ทราบว่าการ ทํางานของทรานซิสเตอร์ไม่อยู่ในบริเวณเบรกดาวน์