ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า(FET)

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า(FET)

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าหรือเฟต (Field Effect Transistor : FET) เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดพิเศษมีรอยต่อเดียว (Unipolar Devices) ทางานแตกต่างจากทรานซิสเตอร์ชนิดสองรอยต่อ(BJTS) ตรงที่การควบคุมกระแสให้ไหลผ่านเฟต ควบคุมโดยป้อนแรงดันที่เกตของเฟต แรงดันเกตนี้จะทาหน้าที่ควบคุมปริมาณของสนามไฟฟ้าระหว่างรอยต่อให้เพิ่มขึ้นหรือลดลง เพื่อบังคับประมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านรอยต่อเฟตจึงได้ชื่อว่าทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า เฟตแบ่งออกตามลักษณะโครงสร้างใหญ่ๆ ได้ 4 ชนิดคือ JFET (Junction FET) และ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) ซึ่งจะได้ศึกษาโดยละเอียดต่อไป ข้อดีของเฟตที่เห็นได้ชัดเจนคือ ความต้านทานอินพุตมีค่าสูงมาก (เมกะโอห์ม)ทาให้สามารถใช้แรงดันเพียงเล็กน้อยควบคุมการทางานของเฟตได้

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าชนิดรอยต่อ , เจเฟต

เจเฟตเมื่อพิจารณาตามโครงสร้างดังแสดงในรูปที่ 4.1 จะพบว่าเฟตมี 4 ชนิดคือ เจเฟต n-แชนเนล (n-channel) ดังรูป(a) และ p-แชนเนล (p-channel) ดังรูป(b) เจเฟตนั้นมี 3 ขาคือ ขาเดรน (Drain,D) , ขาเกต (Gate , G) และขาซอร์ส (Source , S) เจเฟตชนิด n-channel ชิ้นสารn จะต่อขาเดรนและขาซอร์สสาหรับขาเกตจะเป็นชิ้นสารชนิด p ดังรูป (a) ส่วนเจเฟตชนิด p-channel นั้นขาเดรนของขาซอร์สจะเป็นชิ้นสารชนิด p แต่ขาเกตจะเป็นชนิด n

รูปที่ 4.1 โครงสร้างของเจเฟตชนิด n-channel และชนิด p-channel

โครงสร้างของเจเฟตชนิด n-channel และชนิด p-channel

การทำงานของเจเฟต

จะทำงานได้โดยป้อนแรงดันไบแอสที่เดรนและซอร์สโดยแหล่งจ่าย VDD ให้ขั้วบวกกับเดรนและขั้วลบกับซอร์ส สาหรับเกตของเจเฟตจะให้ไบแอสกลับ โดยเจเฟตชนิด n-channel จะมีเกตเป็น p ดังนั้นแรงดันไบแอสที่เกต VGG ต้องให้ขั้วลบกับเกตและขั้วบวกกับซอร์ส ดังรูปที่ 4.4

แสดงการไบแอสเจเฟต n-channel

การทำงานของเจเฟตนั้นเมื่อให้ไบแอสกลับที่เกต (VGS = VGG) ดังรูปที่ 4.3 (a) จะเกิดสนามไฟฟ้าที่รอยต่อพี-เอ็นจานวนหนึ่งทาให้ช่องทางเดินของกระแสในสาร n(n-channel) ระหว่างเดรนกับซอร์สแคบลง กระแสเดรน (ID) จะไหลจากเดรนไปสู่ซอร์สได้จานวนหนึ่ง ถ้าปรับค่าแรงดัน VGS ให้มีค่าไบแอสกลับมานี้ ผลคือสนามไฟฟ้าที่รอยต่อจะมีปริมาณมากขึ้นทาให้ช่องทางเดินกระแสแคบลง เป็นผลให้กระแสเดรน(ID) มีปริมาณลดลง ดังรูปที่ 4.3(b) แต่ถ้าปรับค่าแรงดัน V ให้มีค่าไบแอสน้อยลงจะทาให้ช่องทางเดินของกระแสระหว่างเดรนกับซอร์สมีขนาดกว้างขึ้นทาให้กระแสเดรน (ID )ไหลได้มากขึ้น ดังรูปที่ 4.3(c) แสดงว่าสามารถควบคุมปริมาณกระแสเดรน( ID )ที่ไหลผ่านเจเฟตได้โดยการควบคุมแรงดันไบแอสกลับที่เกตของเจเฟต

ลักษณะสมบัติและพารามิเตอร์ของเจเฟต

เพื่อศึกษาลักษณะสมบัติของเจเฟต ให้พิจารณารูปที่ 4.5(a) เพื่อไบแอสเจเฟตโดยต่อขั้วบวกของ VDD เข้าที่เดรน และต่อแรงดันที่เกตของเจเฟตให้มีค่า 0 โวลต์ (VGS = 0 V) จะมีกระแสไหลผ่านเจเฟตคงที่ค่าหนึ่งเรียกว่ากระแส IDSS (Drain to Source Current with Gate Shorted) ดังรูปที่4.5 (b) ในย่านระหว่างจุด B และ C ของกราฟในรูป(b) นี้ ถ้าปรับค่าแรงดัน VDDเพื่อให้ VDS เปลี่ยนแปลงไป กระแส ID ที่ไหลผ่านเดรนของเจเฟตจะคงที่ เราจึงเรียกการทางานในย่าน BC นี้ว่าย่านกระแสคงที่ (Constant Current Region)

การไบแอสเจเฟต

        การไบแอสตนเอง (Self-Bias) หมายถึงการไบแอสเกตของเจเฟตด้วยตัวต้านทาน RG ต่อลงจุดดิน นั้นคือ VG = 0 V ซึ่งปกติเจเฟตจะต้องได้รับไบแอสกลับที่เกต ในกรณีการไบแอสตนเองนี้ กระแส IGSS จะเป็นเพียงกระแสไหลซึ่งมีค่าน้อยมาก การไบแอสตนเองของเจเฟตทั้งชนิด n-channel และชนิด p-channel แสดงในรูปที่ 4.6 และ เมื่อ VG = 0 V จะทาให้แรงดันตกคร่อม RG = 0 V เช่นกัน

แสดงวงจร Self Bias ของเจเฟตชนิด n และ p-channel

เฟตชนิดออกไซด์ของโลหะ (มอสเฟต)

มอสเฟตแตกต่างจากเจเฟตที่โครงสร้างภายในเจเฟตนั้น ระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแส(channel) มีโครงสร้างเป็นรอยต่อพี-เอ็น แต่มอสเฟตนั้นระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแสมีโครงสร้างเป็นชั้น (Layer) ของซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO4) มอสเฟตมี 4 ชนิดคือ มอสเฟตชนิดดีพลีทชัน (Depletion,D) และมอสเฟตชนิดเอนฮานซ์เมนต์ (Enhancement,E)

มอสเฟตชนิดดีพลีทชัน (Depletion MOSFET , D-MOSFET)

รูปที่ 4.7 คือโครงสร้างพื้นฐานของดีมอสเฟต ถ้าเป็นชนิด n-channel ช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรนและซอร์ส จะเป็นสารกึ่งตัวนาชนิด n และมีวัสดุฐานรอง (Substrate) เป็นสารกึ่งตัวนาชนิดตรงข้าม (p) ดังรูปที่ 4.7 (a) สาหรับ D-MOSFET ชนิด p-channel จะมีช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรนและซอร์สเป็นสารชนิด p และมีวัสดุฐานรองเป็นสารชนิด n ดังรูปที่ 4.7(b) และมีเกตติดอยู่ระหว่างช่องทางเดินกระแส โดยมีซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO4) เป็นฉนวนกั้นระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแส

แสดงโครงสร้างพื้นฐานของ D-MOSFET

 แสดงการทำงานของดีมอสเฟตชนิด n-channel

-เอนฮานซ์เมนต์โหมด (Enhancement Mode) คือการไบแอสเกตของดีมอสเฟตด้วยแรงดันบวกดังแสดงในรูปที่ 4.8(b) จะเห็นว่าที่เกตของดีมอสเฟตจะได้รับประจุบวกจากแหล่งจ่าย VGG ทาให้ในแชนเนลของดีมอสเฟตเป็นประจุลบ ทาให้ช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรนกับซอร์สไม่มีประจุชนิดตรงข้ามกับแชนเนลคอยบีบแชนเนลให้แคบลง ทาให้กระแสเดรน (ID) ไหลได้จานวนมาก และถ้าให้ VGG = 0 V จะทาให้กระแสเดรน (ID) ไหลได้น้อยลงเพราะประจุลบในแชนเนลมีค่าลดลงเป็นศูนย์สัญลักษณ์ของดีมอสเฟตทั้งชนิด n-channel และชนิดp-channel

เอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต (Enhancement MOSFET , E-MOSFET)

มอสเฟตชนิดเอนฮานซ์เมนต์นี้ทางานได้ในลักษณะ ของเอนฮานซ์เมนต์ฌหมดเพียงลักษณะเดียวเท่านั้น ไม่สามารถทางานในดีพลีทชันโหมดได้ โครงสร้างของอีมอสเฟตแตกต่างจากดีมอสเฟสตรงที่ช่องทางเดินกระแสของอีมอสเฟตจะถูกสร้างขึ้นโดยการไบแอสที่เกต ในสภาวะที่เกตไม่มีไบแอสจะไม่มีช่องทางเดินกระแสเชื่อมต่อระหว่างเดรนกับซอร์ส ดังแสดงในรูปที่4.10(a) เป็นอีมอสเฟตชนิด n-channel จะเห็นว่าส่วนเดรนและซอร์สเป็นสารกึ่งตัวนาชนิดเอ็น (n-type) แต่ไม่มีแชนเนลต่อถึงกัน มีสารชนิดพีเป็นวัสดุฐานรองและระหว่างเกตกับวัสดุฐานรองมีซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO4) เป็นฉนวนกั้นกลาง

ขอขอบคุณเว็ป :
 https://sites.google.com/site/transmitterfet/home/thransistexr/thransistexr-snam-fifa-fet

หลักการทำงาน Switching Power Supply

Switching Power Supply

สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย (Switching Power Supply) เป็นแหล่งจ่ายไฟตรงคงค่าแรงดันแบบหนึ่ง และสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟจากไปสลับโวลต์สูง ให้เป็นแรงดันไฟตรงค่าต่ำ เพื่อใช้ในงานอิเลคทรอนิกส์ได้เช่นเดียวกันแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น (Linear Power Supply) ถึงแม้เพาเวอร์ซัพพลายทั้งสองแบบจะต้องมีการใช้หม้อแปลงในการลดทอนแรงดันสูงให้เป็นแรงดันต่ำเช่นเดียวกัน แต่สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจะต้องการใช้หม้อแปลงที่มีขนาดเล็ก และน้ำหนักน้อย เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้น อีกทั้งสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายยังมีประสิทธิภาพสูงกว่าอีกด้วย

       ในปัจจุบันสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายได้เข้ามามีบทบาทกับชีวิตเราอย่างมาก เครื่องใช้อิเลคทรอนิกส์ขนาดเล็กซึ่งต้องการแหล่งจ่ายไฟที่มีกำลังสูงแต่มีขนาดเล็ก เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องโทรสาร และ โทรทัศน์ จำเป็นจะต้องใช้สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย แนวโน้มการนำสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายมาใช้ในเครื่องใช้อิเลคทรอนิกส์ทุกประเภทจึงเป็นไปได้สูง การศึกษาหลักการทำงานและการออกแบบสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจึงเป็นสิ่งจำเป็นที่ไม่อาจหลีกเลี่ยงได้สำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องกับงานอิเ ลคทรอนิกส์ทุกประเภท
        สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายโดยทั่วไปมีองค์ประกอบพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน และไม่ซับซ้อนมากนัก ดังแสดงในรูปที่1 หัวใจสำคัญของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลายจะอยู่ที่คอนเวอร์เตอร์ เนื่องจากทำหน้าที่ทั้งลดทอนแรงดันและคงค่าแรงดันเอาต์พุตด้วย องค์ประกอบต่างๆ ทำงานตามลำดับดังนี้

รูป 1 องค์ประกอบพื้นฐานของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย

        แรงดันไฟสลับค่าสูงจะผ่านเข้ามาทางวงจร RFI ฟิลเตอร์ เพื่อกรองสํญญาณรบกวนและแปลงเป็นไฟตรงค่าสูงด้วยวงจรเรกติไฟเออร์ เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์จะทำงานเป็นเพาเวอร์คอนเวอร์เตอร์โดยการตัดต่อแรงดันเป็นช่วงๆ ที่ความถี่ประมาณ 20-200 KHz จากนั้นจะผ่านไปยังหม้อแปลงสวิตชิ่งเพื่อลดแรงดันลง เอาต์พุตของหม้อแปลงจะต่อกับวงจรเรียงกระแส และกรองแรงดันให้เรียบ การคงค่าแรงดันจะทำได้โดยการป้อนกลับคาแรงดันที่เอาต์พุตกลับมายังวงจรควบคุม เพื่อควบคุมให้เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์นำกระแสมากขึ้นหรือน้อยลงตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่เอาต์พุต ซึ่งจะมีผลทำให้แรงดันเอาต์พุตคงที่ได้ รูปที่ 2 แสดงวงจรซึ่งแบ่งส่วนตามองค์ประกอบหลักในรูป 1 เพื่อเป็นตัวอย่าง

Switching Power Supply จะประกอบด้วย 3 ส่วนใหญ่ๆ คือ

·         วงจรฟิลเตอร์และเรกติไฟเออร์ ทำหน้าที่แปลงแรงดันไฟสลับเป็นไฟตรง

·         คอนเวอร์เตอร์ ทำหน้าที่แปลงไฟตรงเป็นไฟสลับความถี่สูง และแปลงกลับเป็นไฟตรงโวลต์ต่ำ

·         วงจรควบคุม ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของคอนเวอร์เตอร์ เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตตามต้องการ

การคงค่าแรงดันจะทำโดยการป้อนค่าแรงดันที่ Output กลับมายังวงจรควบคุม เพื่อควบคุมให้การนำกระแสมากขึ้นหรือน้อยลงตามการเปลี่ยนแปลงของแรงดันที่ Output ซึ่งจะมีผลทำให้แรงดัน Output คงที่ได้

ภาพวงจร Switching Power Supply

การจำแนกประเภทของ Switching Power Supply นั้นจะพิจารณาจากรูปแบบของคอนเวอร์เตอร์ที่ใช้ ซึ่งรูปแบบของคอนเวอร์เตอร์นั้นมีมากมาย แต่ที่จะกล่าวถึงนี้จะเป็นรูปแบบคอนเวอร์เตอร์ที่นิยมใช้กันในอุตสาหกรรมของสวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย ซึ่งจะมีด้วยกัน 5 รูปแบบดังนี้

Flyback Converter

เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ Q1 ทำหน้าที่เป็นเหมือนสวิตช์ และจะนำกระแสตามคำสั่งของพัลส์สี่เหลี่ยมที่ป้อนให้ทางขาเบสเมื่อ Q1 นำกระแส ไดโอด D1 จึงอยู่ในลักษณะถูกไบแอสกลับและไม่นำกระแส จึงทำให้มีการสะสมพลังงานที่ขดปฐมภูมิของหม้อแปลง T1 แทน เมื่อ Q1 หยุดนำกระแส สนามแม่เหล็ก T1 จะยุบตัวทำให้เกิดการกลับขั้วแรงดันที่ขดปฐมภูมิและขดทุติยภูมิ

D1 ก็จะอยู่ในลักษณะถูกไบแอสตรง พลังงานที่สะสมในขดปฐมภูมิของหม้อแปลงก็จะถูกถ่ายเทออกไปยังขดทุติยภูมิและมีกระแสไหลผ่านไดโอด D1 ไปยังตัวเก็บประจุเอาต์พุต Co และโหลดได้ ค่าของแรงดันทีเอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์จะขึ้นอยู่กับค่าความถี่การทำงานของ Q1, ช่วงเวลานำกระแสของ Q1 และอัตราส่วนจำนวนรอบของหม้อแปลงและค่าของแรงดันที่อินพุต

Flyback Converter มีโครงสร้างของวงจรไม่ซับซ้อน นิยมในงานที่ต้องการกำลังไฟฟ้าด้านออกต่ำๆ โดยอยู่ในช่วงไม่เกิน 150W อุปกรณ์น้อยและมีราคาถูก ข้อเสียคือจะมีแกนแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะรองรับกำลังไฟฟ้าด้านออกที่เพิ่มขึ้นได้ แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสวิตซ์ของวงจรฟลายแบ็กยังมีค่าสูง

Forward Converter

มีลักษณะใกล้เคียงกับ Flyback Converter แต่พื้นฐานการทำงานจะแตกต่างกันตรงที่หม้อแปลงใน Forward Converter จะทำหน้าที่ส่งผ่านพลังงานในช่วงที่เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์นำกระแส

Forward Converter นิยมใช้กับกำลังไฟฟ้าที่มีขนาด 100 - 200W การเชื่อมต่อสำหรับการควบคุมสวิตช์และการส่งออกของขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงและการแก้ไขและการกรองวงจรซับซ้อนกว่า Fly back Converter แกนแม่เหล็กของหม้อแปลงไฟฟ้าจะมีขนาดเล็ก ข้อเสียจะมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสวิตซ์มีค่าสูงและต้นทุนในการผลิตสูง

Push - Pull Converter

คอนเวอร์เตอร์แบบนี้จะเปรียบเสมือนการนำ Forward Converter สองชุดมาทำงานร่วมกัน โดยผลัดกันทำงานในแต่ละครึ่งคาบเวลาในลักษณะกลับเฟส เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ในวงจรยังคงมีแรงดันตกคร่อมในขณะหยุดนำกระแสค่อนข้างสูงเช่นเดียวกับ Fly back Converter และ Forward Converter

Push - Pull Converter เป็นคอนเวอร์เตอร์ที่จ่ายกำลังได้สูงซึ่งจะอยู่ในช่วง 200-1000W ข้อเสียจะมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสวิตซ์มีค่าสูงและปัญหาแกนแม่เหล็กเกิดการอิ่มตัว เนื่องจากความไม่สมมาตรของฟลั๊กในแกนแม่เหล็ก ซึ่งจะมีผลต่อการพังเสียหายของเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ได้ง่าย

Half - Bridge Converter

เป็นคอนเวอร์เตอร์ที่อยู่ในตระกูลเดียวกับ Push - Pull Converter แต่ลักษณะการจัดวงจรจะทำให้เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ในวงจรมีแรงดันตกคร่อมขณะหยุดนำกระแสเพียงค่าแรงดันอินพุตเท่านั้น ทำให้ลดข้อจำกัดเมื่อใช้กับระบบแรงดันไฟสูงได้มาก รวมทั้งยังไม่มีปัญหาการไม่สมมาตรของฟลักซ์ในแกนเฟอร์ไรต์ของหม้อแปลงได้ด้วย

Half - Bridge Converter นิยมใช้กับพิกัดกำลังไฟฟ้าขนาดกลาง มีข้อดีเหมือนวงจรพุช - พูล ยกเว้นค่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสวิตซ์จะมีค่าเท่ากับ vs เท่านั้น

Full - Bridge Converter

คอนเวอร์เตอร์ชนิดนี้ในขณะทำงานจะมีแรงดันตกคร่อมขดปฐมภูมิเท่ากับแรงดันอินพุต แต่แรงดันตกคร่อมเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์มีค่าเพียงครึ่งหนึ่งของแรงดันอินพุตเท่านั้น และค่ากระแสสูงสุดที่เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวนั้น มีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของค่ากระแสสูงสุดใน Half - Bridge Converter ที่กำลังขาออกเท่ากัน เนื่องจากข้อจำกัดด้านเพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ลดน้อยลงไป

Full - Bridge Converter จะสามารถให้กำลังไฟฟ้าที่มีค่าสูงตั้งแต่ 500 - 1000W

ขอบคุณที่มาเว็ป : http://www.siam-automation.com

ไอโอด (diode)

ไดโอด (DIODE)

ไอโอด คือ เป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ p-n สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียว ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode ; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด p และ แคโธด (Cathode ; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด n

ภาพที่ 1 แสดงชนิดของไดโอด

รูปร่างของไดโอด

จะเห็นตัวถังของไดโอดโดยทั่วไป ซึ่งมีอยู่หลายแบบ ขึ้นกับชนิด พิกัดกำลังไฟฟ้า ตัวถังของไดโอดบางชนิด สามารถสังเกตขาแคโธดได้ง่ายๆจากขีดที่แต้มไว้ 

ภาพที่ 2 รูปร่างของไดโอด

สัญลักษณ์

ภาพที่ 3 สัญลักษณ์ของไดโอด

การทำงานของไดโอด
                ไดโอดจะทำงานได้ต้องต่อแรงดันไฟให้กับขาของไดโอด การต่อแรงดันไฟให้กับไดโอด เรียกว่า การให้ไบแอส (BIAS)การให้ไบแอสแก่ไดโอดมีอยู่ 2 วิธีคือ
1.  การให้ไบแอสตามหรือเรียกว่า ฟอร์เวิร์ดไบแอส (FORWARD BIAS) การให้ไบแอสแบบนี้คือ ต่อขั้วบวกของแรงดันไฟตรงเข้ากับสารกึ่งตัวนำประเภทพีและต่อขั้วลบของแรงดัน   ไฟตรงเข้ากับสารกึ่งตัวนำประเภทเอ็น การต่อไบแอสตามให้กับไดโอดจะทำให้มีกระแสไหลผ่านตัวไดโอดได้ง่ายเหมือนกับไดโอดตัวนั้นเป็นสวิตซ์อยู่ในลักษณะต่อทำให้สารกึ่งตัวนำประเภทพีและสารกึ่งตัวนำประเภทเอ็นมีค่าความต้านทานต่ำ กระแสไฟจึงไหลผ่านไดโอดได้
2.   การไบแอสอุปกรณ์ไดโอดย้อนกลับ หรือที่เรียกว่า Reverse Bias ซึ่งการไบแอสในลักษณะนี้จะเป็นการกำหนดให้ขั้ว A (Anode) ที่มีลักษณะของสารเป็นสาร P มีค่าของแรงดันน้อยกว่าขั้ว K (Cathode) ที่มีลักษณะของสารเป็นสาร N ซึ่งจากลักษณะดังกล่าวนี้ก็จะทำให้ไดโอดนั้นไม่สามารถที่จะนำกระแสได้ และจากลักษณะของการไบแอสนี้นั้นมันก็จะเป็นลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ไดโอดในทางอุดมคติ

 (Ideal Diode)

ไดโอดในทางอุดมคติ (Ideal Diode) 

ไดโอดในอุดมคติมีลักษณะเหมือนสวิทช์ที่สามารถนำกระแสไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว

ภาพที่ 4 ไดโอดในอุดมคติ

จากภาพถ้าต่อขั้วแบตเตอรี่ให้เป็นแบบไบอัสตรงไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนกับสวิทช์ที่ปิด (Close Switch) หรือไดโอดลัดวงจร (Short Circuit) Id ไหลผ่านไดโอดได้ แต่ถ้าต่อขั้วแบตเตอรี่แบบไบอัสกลับ ไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนสวิทช์เปิด (Open Switch) หรือเปิดวงจร (Open Circuit)ทำให้ Id เท่ากับศูนย์

ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode) 

ไดโอดในทางปฏิบัติมีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยที่บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง ดังนั้น ถ้าต่อไบอัสตรงให้กับไดโอดในทางปฏิบัติก็จะเกิด แรงดันเสมือน (Ge >= 0.3V ; Si >= 0.7V ) ซึ่งต้านแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเพื่อการไบอัสตรง ดังภาพ

ภาพที่ 5 ไดโอดในทางปฏิบัติ

ขนาดของแรงดันเสมือนจึงเป็นตัวบอกจุดทำงาน ดังนั้น จึงเรียก แรงดันเสมือน อีกอย่างหนึ่งว่า แรงดันในการเปิด (Turn-on Voltage ; Vt ) กรณีไบอัสกลับ เราทราบว่า Depletion Regionจะขยายกว้างขึ้น แต่ก็ยังมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายที่รอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง แต่ก็ยังมีกระแสรั่วไหลอยู่จำนวนหนึ่ง เรียกว่า กระแสรั่วไหล(Leakage Current) เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นเรื่อยๆ กระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดทีไดโอดนำกระแสเพิ่มขึ้นมาก ระดับกระแสที่จุดนี้ เรียกว่า กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ (Reverse Saturation Current ; Is ) แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้ เรียกว่า แรงดันพังทลาย (Breakdown Voltage) และถ้าแรงดันไบกลับสูงขึ้นจนถึงจุดสูงสุดที่ไดโอดทนได้ เราเรียกว่า แรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ถ้าแรงดันไบอัสกลับสูงกว่า Vz จะเกิดความร้อนอย่างมากที่รอยต่อของไดโอด ส่งผลให้ไดโอดเสียหายหรือพังได้ แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เราเรียกว่า แรงดันพังทลายอวาแลนซ์ (Avalance Breakdown Voltage) ดังนั้น การนำไดโอดไปใช้งานจึงใช้กับการไบอัสตรงเท่านั้น

คุณลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของไดโอด

คุณสมบัติของไดโอด

ไดโอดถือได้ว่าเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำพวกสารกึ่งตัวนำตัวแรกที่ถูกผลิตขึ้นมาใช้งานจัดเป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่มีบทบาทสำคัญในระบบอิเล็กทรอนิกส์ โดยต้องเข้าไปเกี่ยวข้องกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ตั้งแต่วงจรขนาดเล็กมีอุปกรณ์ไม่กี่ตัว ไปจนถึงวงจรขนาดใหญ่มีอุปกรณ์จำนวนมากเป็นร้อยเป็นพันตัว เป็นเพราะว่าคุณสมบัติในการทำงานของตัวไดโอดทำงานได้ง่ายใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ ได้ดี โดยระบบการต่อวงจร การจ่ายแรงดันไบอัส และการทำงานสะดวกรวดเร็ว ด้วยหลักการทำงานพื้นฐานของไดโอดถือว่าไอโอดเป็นสวิตช์ชนิดหนึ่ง ตรงกับความต้องการในการใช้งานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์เกือบทั้งหมด ทำให้ไดโอดถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายทั่วไป

การทำงานของไดโอดขึ้นอยู่กับสภาวะการจ่ายแรงดันไบอัสให้ตัวไดโอด สภาวะการจ่ายแรงดันไบอัสให้ตัวไดโอดแบ่งได้เป็น 2 สภาวะคือ สภาวะไบอัสตรง ( forward bias ) เป็นสภาวะจ่ายแรงดันไบอัสถูกขั้วให้ตัวไดโอด ทำให้ไดโอดทำงานนำกระแส และสภาวะไบอัสกลับ (reverse bias) เป็นสภาวะจ่ายแรงดันไบอัสกลับขั้วให้ตัวไดโอด ทำให้ไดโอดไม่ทำงานหยุดนำกระแส ลักษณะไบอัสเบื้องต้นแสดง

                                                          ภาพที่ 6 การทำงานของไดโอด

ขอขอบคุณบล็อค http://nattha-ch.blogspot.com