| |
ยอดปรมาจารย์
ภูมิลำเนา : นครพนม
สมาชิกภาพ : สมาชิกทั่วไป
เข้าร่วม : 23 ส.ค. 2550
รวมโพสต์ : 783
ให้สาธุการ : 0
รับสาธุการ : 818,640
รวม: 818,640 สาธุการ
|
|
1. โครงสร้างพื้นฐานของอะตอม
สสารต่างๆ ที่เราพบอยู่ทั่วไปนั้น ถ้าพิจารณาลงไปถึงส่วนประกอบขนาดเล็กที่ประกอบกันเป็นสสารนั้นแล้ว จะพบว่าประกอบด้วยโมเลกุล ซึ่งโมเลกุลเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสารและยังแสดงสมบัติของธาตุนั้นอยู่ได้ ในแต่โมเลกุลจะประกอบด้วยส่วนที่เล็กลงไปอีกเรียกว่าอะตอม จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่อยู่เป็นแกนกลางของอะตอม และมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสนั้น ภายในนิวเคลียสยังประกอบไปด้วยอนุภาคของโปรตรอนและนิวตรอนอยู่รวมกัน อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่รอบนิวเคลียสนั้นเป็นลบ ส่วนโปรตรอนมีประจุเป็นบวก นิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติแล้วอะตอมของธาตุต่างๆ จะเป็นกลางทางไฟฟ้า ในธาตุเดียวกันอะตอมของธาตุนั้นจะมีจำนวนโปรตรอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน
รูปที่ 1 แสดงแบบจำลองโครงสร้างอะตอม
2. วงโคจรของอิเล็กตรอน
จำนวนอิเล็กตรอนที่วิ่งรอบนิวเคลียสจะวิ่งเป็นวงๆ โดยแต่ละวงโคจรจะมีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ไม่เท่ากัน เรียงลำดับจากน้อยไปหามาก แต่ละวงจะสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้จำนวนเท่าใดนั้นคำนวณได้จากสูตร 2N2 โดย N คือลำดับวงโคจรที่ห่างจากนิวเคลียส วงโคจรอิเล็กตรอนที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสจะบอกกำกับไว้เป็นตัวอักษร ซึ่งในวงในสุดที่ติดกับนิวเคลียสจะนับเป็นวงแรกคือวง K และวงที่อยู่ออกห่างไปเรื่อยๆ ก็จะเป็น L,M,N,O,P,Q ตามลำดับ แต่ละวงจะมีอิเล็กตรอนได้สูงสุดตามสูตร 2N2 ดังนั้นวง K ซึ่งเป็นวงที่ 1 จะมีอิเล็กตรอนสูงสุดเท่ากับ 2N2 = 2(1)2 = 2 ตัว,วงที่ 2 L = 8 ตัว , วงที่ 3 M = 18 ตัว ,วงที่ 4 N = 32 ตัว ,วงที่ 5 O = 50 ตัว โดยตั้งแต่วง O เป็นต้นไป จำนวนอิเล็กตรอนที่บรรจุลงไปจะไม่เต็มจำนวนตามสูตรที่ คำนวณได้
รูปที่ 2 แสดงวงโคจรของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส
อะตอมของธาตุแต่ละชนิดมีจำนวนอิเล็กตรอนมากน้อยแตกต่างกัน ซึ่งจะทำให้การบรรจุอิเล็กตรอนลงในแต่ละวงโคจรไม่เต็มจำนวน และมีข้อจำกัดในการบรรจุอิเล็กตรอนลงวงโคจรอย่างหนึ่งคือ อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่วงนอกสุดจะมีอิเล็กตรอนได้มากสุดไม่เกิน 8 ตัว อิเล็กตรอนวงนอกสุดจะอยู่ที่วงใดก็ได้ไม่จำเป็นจะอยู่วง Q เท่านั้น วงที่ถูกบรรจุอิเล็กตรอนเป็นวงสุดท้ายของธาตุเรียกอิเล็กตรอนวงนอกสุดนี้ว่า วาเลนซ์อิเล็กตรอน ( Valence Electron ) วาเลนซ์อิเล็กตรอนในธาตุแต่ละชนิดจะมีจำนวนไม่เท่ากัน
รูปที่ 3 แสดงการจัดอิเล็กตรอนของอะตอมโซเดียมและคลอรีน
จากรูปที่ 3 เป็นการจัดเรียงอิเล็กตรอนของโซเดียม (Na) ซึ่งมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 11 ตัว อิเล็กตรอนจะถูกบรรจุอยู่ชั้นที่ 1 จำนวน 2 ตัว ชั้นที่ 2 จำนวน 8 ตัว ชั้นที่ 3 จำนวน 1 ตัว ส่วนคลอรีนมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 17 ตัว การเรียงตัวของอิเล็กตรอนเป็น 2, 8, 7 ตามลำดับวาเลนซ์อิเล็กตรอนหรืออิเล็กตรอนวงนอกสุดจะเป็นตัวบ่งบอกถึงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของสสารหรือธาตุต่างๆ ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ ตัวนำไฟฟ้า , สารกึ่งตัวนำ และฉนวนไฟฟ้า โดยจะกำหนดจากสสารหรือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนดังนี้
ตัวนำไฟฟ้า จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวน 1 - 3 ตัว
สารกึ่งตัวนำ จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวน 4 ตัว
ฉนวนไฟฟ้าจะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนจำนวน 5 - 8 ตัว
2.1 ตัวนำไฟฟ้า ( Conductor )
ตัวนำไฟฟ้าคือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 1 - 3 ตัว ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถหลุดออกจากอะตอมได้โดยง่ายเมื่อมีพลังงานหรือแรงมากระทำเพียงเล็กน้อย นำกระแสไฟฟ้าได้ดี ธาตุเหล่านี้เช่น ทองคำ, เงิน , ทองแดง, อลูมิเนียม, เหล็ก, สังกะสี เป็นต้น
2.2 สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า ( Semi Conductor )
ธาตุที่จัดเป็นจำพวกสารกึ่งตัวนำไฟฟ้า คือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ซึ่งมีคุณสมบัติอยู่กึ่งกลางระหว่างตัวนำไฟฟ้าและฉนวนไฟฟ้า ธาตุกึ่งตัวนำไฟฟ้านี้จะนิยมนำไปใช้ผลิตเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ธาตุที่จัดว่าเป็นสารกึ่งตัวนำได้แก่ คาร์บอน ซิลิคอน เยอรมันเนียม ดีบุก ตะกั่ว แต่ที่นิยมนำไปผลิตเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มี 2 ชนิด คือ ซิลิคอน( Si) และเยอรมันเนียม (Ge)
2.3 ฉนวนไฟฟ้า ( Insulator )
ธาตุที่จัดเป็นจำพวกฉนวนไฟฟ้า คือธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 - 8 ตัว ซึ่งอิเล็กตรอนไม่สามารถหลุดออกจากอะตอมได้โดยง่าย จะต้องใช้พลังงานสูงมากๆ มากระทำอิเล็กตรอนจึงหลุดออกได้ กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ยาก มีค่าความต้านทานไฟฟ้าสูงมาก ฉนวนเหล่านั้น เช่น ไมก้า, แก้ว,พลาสติก,ไม้แห้ง เป็นต้น
3. สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์
สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ คือ ธาตุกึ่งตัวนำที่ยังไม่ได้เติมสารเจือปน (Doping )ใดๆ ลงไป ธาตุกึ่งตัวนำที่นิยมนำไปทำเป็นสารกึ่งตัวนำในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็คือ ธาตุกึ่งตัวนำซิลิกอน และธาตุกึ่งตัวนำเยอรมันเนียม ธาตุทั้งสองชนิดนี้จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว แต่อิเล็กตรอนทั้งหมดจะไม่เท่ากัน โดยซิลิคอนจะมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 14 ตัว ส่วนเยอรมันเนียมจะมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 32 ตัว ต่อหนึ่งอะตอม
รูปที่ 4 แสดงการใช้อิเล็กตรอนวงนอสุดร่วมกันครบ 8 ตัวของอะตอมซิลิคอนและเยอรมันเนียม
โครงสร้างอะตอมของธาตุซิลิกอนและโครงสร้างอะตอมของธาตุเยอรมันเนียมเมื่ออยู่รวมกันหลายๆ อะตอมจะจับกันเป็นผลึกในรูปของพันธะโควาเลนซ์ (Covalence Bond) ดังนั้นหนึ่งอะตอมจะต้องใช้อิเล็กตรอนร่วมกันกับอะตอมข้างเคียง 4 อะตอม จึงจะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8 ตัว เพื่อให้อะตอมอยู่ในสภาพเสถียร
รูปที่ 5 แสดงการใช้อิเล็กตรอนวงนอกสุดร่วมกันครบ 8 ตัว ของอะตอมซิลิกอนและเยอรมันเนียม
4. สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์
สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ คือการนำเอาธาตุซิลิคอนหรือธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธิ์มาเติมเจือปนลงไป โดยใช้ธาตุเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว หรือธาตุเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว ลงไปในอัตราส่วน 108: 1 คือธาตุกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ 108 ส่วนต่อสารเจือปน 1 ส่วน ซึ่งจะทำให้ได้สารกึ่งตัวนำใหม่ขึ้นมา คือถ้าเติมธาตุเจือปนที่วาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวลงไป ตัวนำชนิดเอ็น แต่ถ้าเติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว ลงไปจะได้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว ที่นำมาใช้เป็นธาตุเจือปนเช่นโบรอน อินเดียม แกลเลียม และอลูมิเนียม ส่วนธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวที่นำมาใช้เป็นธาตุเจือปน เช่น ฟอสฟอรัส อาเซนิค
4.1 สารกึ่งตัวนำชนิด N ( N Type Semiconductor )
สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นเป็นสารกึ่งตัวนำที่ได้จากการเติมสารเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่น ฟอสฟอรัส อาเซนิค อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในธาตุซิลิคอนหรือเยอรมันเนียมบริสุทธิ์ จะทำให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกัน หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ทำให้เหลืออิเล็กตรอน 1 ตัว ที่ไม่สามารถจับตัวกับอะตอมข้างเคียง เรียกอิเล็กตรอนตัวนี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งจะแสดงประจุลบออกมา
รูปที่ 6 แสดงโครงสร้างการจับตัวกันของอิเล็กตรอนวงนอกสุดระหว่าง Si กับ P ในสารกึ่งตัวนำชนิด N Type
4.2 สารกึ่งตัวนำชนิดพี (P-Type)
สารกึ่งตัวนำชนิดพีเป็นสารกึ่งตัวนำที่ได้จากการเติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว เช่น โบรอน อินเดียม แกลเลียม อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในธาตุซิลิคอนหรือธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธิ์ จะทำให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกันหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ส่วนอะตอมของธาตุเจือปนจะขาดอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว เพราะธาตุเจือปนมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว เรียกส่วนที่ขาดอิเล็กตรอนนี้ว่าโฮล ซึ่งแปลว่า หลุม หรือ รู โฮลนี้จะแสดงประจุบวกออกมา
รูปที่ 7 แสดงโครงสร้างการจับตัวกันของอิเล็กตรอนวงนอกสุดระหว่าง Si กับ Br ใน
สารกึ่งตัวนำชนิด P Type
5. ไดโอด
ไดโอด เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ที่ได้จาการนำเอาสารกึ่งตัวนำชนิดพี และสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น มาต่อชนกัน ได้เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำหนึ่งรอยต่อ ในการต่อสารกึ่งตัวนำชนิดพี และเอ็นนั้น มิใช่เพียงการนำมาติดกันเท่านั้น แต่จะต้องใช้วิธีปลูกผลึก หรือวิธีการแพร่สารเจือปนลงไปในสารกึ่งตัวนำบริสุทธ์ ไดโอดจะมีลักษณะโครงสร้างดังรูปที่ 8
รูปที่ 8 แสดงโครงสร้างไดโอด
สารกึ่งตัวนำชนิดพี ซึ่งมีโฮลเป็นพาหะส่วนใหญ่มาเชื่อมต่อกับสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็นพาหะส่วนใหญ่ ( พาหะ คืออิเล็กตรอนหรือโฮลที่เคลื่อนที่ ) จะทำให้อิเล็กตรอนของสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น เคลื่อนที่ผ่านรอยต่อเข้าไปหาโฮลในสารกึ่งตัวนำชนิดพี และก็เสมือนกับว่าโฮลในสารกึ่งตัวนำชนิดพี เคลื่อนที่ข้ามรอยต่อเข้าไปหาสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น การเคลื่อนที่ของพาหะส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นบริเวณใกล้รอยต่อพีเอ็น ในบริเวณใกล้รอยต่อนี้จะเป็นบริเวณปลอดพาหะเพราะมีแต่โฮลกับอิเล็กตรอนเท่านั้น ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าขึ้น สนามไฟฟ้านี้จะต้านการเคลื่อนที่ของพาหะส่วนใหญ่ของสารกึ่งตัวนำทั้งสองไม่ให้เคลื่อนที่ผ่านรอยต่อ เรียกสภาวะนี้ว่าสภาวะสมดุล ในสภาวะสมดุลนี้ที่รอยต่อสารกึ่งตัวนำชนิดซิลิคอน จะมีความต่างศักย์ที่บริเวณปลอดพาหะประมาณ 0.2 โวลต์ ศักย์ไฟฟ้านี้จะมีค่าลดลงเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
5.1 สัญลักษณ์ของไดโอด
สัญลักษณ์ของไดโอดประกอบด้วยหัวลูกศรเป็นขาแอโนด ใช้อักษรย่อ A และอีกด้านหนึ่งเป็นแคโทด ใช้อักษรย่อ K หัวลูกศรนั้นแสดงให้เห็นว่ากระแสโฮลจะไหลจากขาแอโนดไปสู่ขาแคโทด (ในสภาวะได้รับไบอัสตรง ) ดังแสดงในรูปที่ 9
รูปที่ 9 แสดงสัญลักษณ์ของไดโอดและการให้ไบอัสไดโอด
การจะนำไดโอดไปใช้งานจะต้องมีการจ่ายไบอัสหรือจัดแรงไฟให้ตัวไดโอด เพื่อให้ไดโอดนำกระแสและหยุดนำกระแส สามารถจ่ายไบอัสทั้งสองวิธีคือ ไบอัสตรง และไบอัสกลับ
5.2 ไบอัสตรง ( Forward Bias )
การให้ไบอัสตรงกับไดโอดก็คือ การจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้ตัวไดโอดแบบตรงกับสารกึ่งตัวนำคือจ่ายแรงไฟที่มีศักย์บวกให้สารกึ่งตัวนำชนิดพี (สารพีมีศักย์เป็นบวก ) และจ่ายแรงไฟที่มีศักย์เป็นลบให้กับสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (สารเอ็นมีศักย์เป็นลบ )
รูปที่ 10 แสดงการจ่ายไบอัสตรงให้ไดโอด
เมื่อไดโอดได้รับไบอัสตรง โดยต่อศักย์บวกของแหล่งจ่ายไฟฟ้าเข้ากับขา A และศักย์ลบกับขา K ไฟลบจะไปผลักอิเล็กตรอนอิสระในสารชนิดเอ็นให้เคลื่อนที่ได้ ในเวลาเดียวกันไฟบวกที่จ่ายให้สารชนิดพีดึงดูดอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่เข้ามาหา และจะผลักโฮลให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้าอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านสารชนิดพีเข้าศักย์ไฟบวกของแหล่งจ่าย และเคลื่อนที่ผ่านแหล่งจ่ายไปยังขา K ของสารชนิดเอ็นเกิดกระแสไหลผ่านไดโอด แรงดันไบอัสตรงที่จ่ายให้ไดโอดจะต้องจ่ายแรงดันไบอัสมากกว่า ศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมอยู่ตรงรอยต่อ ค่าแรงดันนี้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ใช้ผลิตไดโอด ไดโอดที่ผลิตจากสารเยอรมันเนียมจะมีแรงดัน 0.2 V ส่วนไดโอดที่ผลิตจากสารซิลิคอนจะมีแรงดัน 0.6 V ดังนั้นการจ่ายแรงดันไบอัสตรงจะต้องจ่ายให้มากกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ตกคร่อมรอยต่อ ซึ่งเมื่อไดโอดนำกระแสแล้วก็จะมีแรงดันตกคร่อมรอยต่อไดโอดเท่ากับ 0.2 V ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม และเท่ากับ 0.6 V ในไดโอดชนิดซิลิคอน
5.3 ไบอัสกลับ ( Reverse Bias )
ไบอัสกลับเรียกว่า รีเวิร์สไบอัส เป็นการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับไดโอดแบบกลับขั้วคือจ่ายศักย์ไฟบวกให้สารชนิดเอ็นจ่ายศักย์ไฟลบให้สารชนิดพีจะมีผลให้เกิดการทำงานดังนี้
รูปที่ 11 แสดงการจ่ายไบอัสกลับให้ไดโอด
ศักย์ไฟบวกที่จ่ายให้ขา K จะดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระในสารชนิดเอ็นเคลื่อนตัวออกห่างรอยต่อส่วนศักย์ไฟลบที่จ่ายให้ขา A จะดึงโฮลจากสารชนิดพีเคลื่อนตัวออกห่างรอยต่อเช่นกันทำให้รอยต่อกว้างมากขึ้นอิเล็กตรอนวิ่งไม่ครบวงจร ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในตัวไดโอด แต่อาจจะมีกระแสรั่วไหล ( Leakage Current ) บ้างเล็กน้อย โดยค่ากระแสรั่วไหลในไดโอดที่ผลิตจากสารเยอรมันเนียมจะมากกว่าไดโอดที่ผลิตจากสารซิลิคอน
5.4 ลักษณะสมบัติของไดโอด
แม้ว่าไดโอดในอุดมคติจะมีลักษณะคล้ายดังสวิตซ์ทางไฟฟ้า คือเมื่อเราให้ไบอัสตรงจะเหมือนกับสวิตซ์ปิดวงจร ( ON ) แต่ถ้าให้ไบอัสกลับจะเหมือนกับสวิตซ์เปิดวงจร ( OFF ) ซึ่งไดโอดเมื่อได้ไบอัสตรงจะมีกระแสไหลผ่านไดโอดได้สูง และมีแรงดันตกคร่อมไดโอดอยู่เล็กน้อยประมาณ 0.2 หรือ 0.6 โวลต์ ส่วนขณะที่ไบอัสกลับจะมีกระแสไหลผ่านน้อยมากเพียงไม่กี่ไมโครแอมป์ แสดงดังกราฟรูปที่ 12
รูปที่ 12 แสดงกราฟลักษณะสมบัติของไดโอดชนิดรอยต่อ
5.5 กราฟแสดงลักษณะสมบัติของไดโอด
สามารถหาได้จากการจ่ายไบอัสตรงและไบอัสกลับให้กับไดโอด เมื่อไดโอดได้รับไบอัสตรงจะเกิดกระแสไหลผ่านไดโอดได้ในทิศทางจากสารชนิดพีไปยังสารชนิดเอ็น(กระแสนิยม)กระแสดังกล่าวเรียกว่า กระแสไบอัสตรง ดังรูปที่ 12
จากกราฟแสดงคุณสมบัติของไดโอดเมื่อจ่ายไบอัสตรงกับไดโอดในช่วงเริ่มแรกไดโอดจะยังไม่นำกระแสเพราะแรงดันไบอัสตรงยังไม่สามารถทำลายโพเทนเชี่ยล ( Potentail ) ( ศักย์ไฟฟ้าตรงรอยต่อ PN ) เราต้องให้แรงดันไฟฟ้าไบอัสตรงกับไดโอดจนถึงค่าแรงดันคัทอิน ( Cutin Voltage ) จึงจะทำให้โพเทนเชี่ยลลดลง อันจะทำให้ไดโอดนำกระแสได้ เช่น เยอรมันเนียมไดโอดจะต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.2 โวลต์ และซิลิกอนไดโอดต้องให้แรงดันคัทอินประมาณ 0.6 โวลต์ ดังนั้นถ้าจ่ายแรงดันไบอัสตรงให้กับไดโอดมากกว่าแรงดันคัทอินขึ้นไปแล้วไดโอดจะสามารถนำกระแสได้ โดยมรีกระแส IF ไหลผ่านไดโอด
ในทำนองเดียวกันเมื่อจ่ายแรงดันไบอัสกลับให้ไดโอด จะไม่มีกระแสไหลผ่านในวงจร มีเพียงกระแสรั่วไหลเพียงเล็กน้อยไหลผ่านไดโอด ซึ่งกระแสดังกล่าวมีจำนวนน้อยมากเป็นไมโครแอมป์ เปรียบได้ว่าขณะไดโอดได้รับไบอัสกลับ จะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดหรือไม่มีกระแสนั่นเอง แต่ถ้าเพิ่มแรงดันไบอัสกลับให้สูงมากขึ้นจนถึงค่าแรงดันหนึ่งเรียกว่า แรงดันพังทลาย ( Breakdown Voltage ) ซึ่งไดโอดจะนำกระแสได้ ในสภาวะนี้รอยต่อพีเอ็นของไดโอดจะทะลุและมีกระแสไหลผ่านรอยต่อพีเอ็นจำนวนมาก ในการใช้งานทั่วไปจะไม่ยอมให้แรงดันไบอัสกลับแก่ไดโอดเกินค่าแรงดันพังทลายของไดโอด
5.6 การทดสอบไดโอดด้วยโอห์มมิเตอร์
การตรวจหาขาของไดโอดหรือการตรวจสอบว่าไดโอดนั้นใช้งานได้หรือไม่ ทำได้อย่างง่ายโดยการใช้โอห์มิเตอร์ เนื่องจากไดโอดนั้นเมื่อได้รับแรงไฟไบอัสตรงจะยอมให้กระแสไหลผ่าน แสดงว่าค่าความต้านทานของไดโอดมีค่าต่ำ ( โดยทั่วไปค่าความต้านทานนี้เรียกว่า ความต้านทานด้านไบอัสตรง ปกติมีค่าประมาณ 70 ) แต่เมื่อไดโอดได้รับแรงไฟไบอัสกลับจะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดเหมือนกับว่าความต้านทานของไดโอดมีค่าสูงมาก ( โดยทั่วไปค่าความต้านทานของไดโอดเมื่อได้รับไบอัสกลับ จะมีค่าอยู่ระหว่าง 500 K ถึง
การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์แบบแอนะลอก กระทำได้โดยการตั้งย่านวัดความต้านทานในย่าน R x 10 เพื่อวัดความต้านทานไบอัสตรง โดยต่อขั้วไฟบวก ( มิเตอร์ตระกูล Sanwa ไฟบวกจะออกจากขั้วลบของมิเตอร์ ) ของมิเตอร์เข้ากับขาแอโนด และต่อขั้วไฟลบของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถด จะเห็นว่าเข็มของมิเตอร์ชี้ไปที่ค่าความต้านทานต่ำประมาณ 70 จากนั้นให้ปรับย่านวัดไปย่าน R x 10K เพื่อวัดความต้านทานไบอัสกลับของไดโอด โดยต่อขั้วมัลติมิเตอร์กลับจากเดิม คือ ต่อไฟบวกของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถดและต่อขั้วไฟลบของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแอโนด เข็มมัลติมิเตอร์จะชี้ที่ค่าความต้านทานสูงมาก ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิก ) หรือค่าอนันต์ ( Infinity , ) ในไดโอดชนิดซิลิกอน และประมาณ 500 K ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม
การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล ให้ตั้งย่านวัดไดโอด โดยวัดขั้วทั้งสองของไดโอดด้วยไบอัสตรง คือ ให้ขั้วไฟลบ ( มิเตอร์ดิจิตอล ขั้วไฟลบออกจากขั้วลบของมิเตอร์ ) ของมิเตอร์ต่อกับแคโถดและขั้วไฟบวกของมิเตอร์ต่อกับขาแอโนด มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันตกคร่อมรอยต่อของไดโอด ( แรงดันคัทอิน ) โดยแสดงค่าแรงดัน 0.6 ในไดโอดชนิดซิลิกอนและแสดงค่า 0.2 ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม
การวัดและตรวจสอบไดโอด จะมีพิจารณากันอยู่ 3 ลักษณะ คือ
1. ไดโอดขาด ( Open ) หมายถึง รอยต่อระหว่างสารพี-เอ็นเปิดออกจากกัน ทำให้ไดโอดไม่สามารถนำกระแสได้ ทั้งในกรณีไบอัสตรงและไบอัสกลับ ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิกทั้งสองครั้ง )
2. ไดโอดลัดวงจร ( Shot ) หมายถึง รอยต่อระหว่างสารพี-เอ็นเกิดการพังทลายเข้าหากัน ไดโอดจะนำกระแสทั้งในกรณีไบอัสตรงและไบอัสกลับ ( เข็มมิเตอร์ขึ้นทั้งสองครั้ง )
3. ไดโอดรั่วไหล ( Leakage ) หมายถึง การวัดไดโอดในลักษณะไบอัสกลับ โดยใช้ค่าแรงดันจากโอห์มมิเตอร์ซึ่งมีค่าแรงดันต่ำกว่าค่าแรงดันพังทลายของไดโอด ก็มีกระแสไหลแล้ว ไดโอดชนิดเยอรมันเนียมเมื่อถูกไบอัสกลับจะมีค่าความต้านทานประมาณ 400 K - 500 K ซึ่งมีกระแสรั่วไหลมากกว่าไดโอดชนิดซิลิกอน โดยไดโอดชนิดซิลิกอนเมื่อถูกไบอัสกลับจะมีค่าความต้านทานเป็นอนันต์ ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิก )
|
|
|
