TOP

21.1.4 ไดโอด ( Diode )

image   image

           ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ที่ออกแบบและควบคุมทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้า มันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจึงอาจถือว่าไดโอดเป็นวาล์วตรวจสอบแบบอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนึ่ง ซึ่งนับเป็นประโยชน์อย่างมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้เป็นเรียงกระแสไฟฟ้าในวงจรภาคจ่ายไฟ เป็นต้น

image

          ไดโอดตัวแรกเป็นอุปกรณ์หลอดสูญญากาศ (vacuum tube หรือ valves) แต่ทุกวันนี้ไดโอดที่ใช้ทั่วไปส่วนใหญ่ผลิตจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน หรือ เจอร์เมเนียม

          ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ p – n สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียว ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด p และ แคโธด (Cathode; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด n

         ไดโอดเกิดจากการนำสารกึ่งตัวนำชนิด N ติดเข้ากับสารกึ่งตัวนำชนิด P เชื่อมสายไฟเข้ากับขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อยังไม่มีการให้แรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนอิสระจาก N จะเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปที่ P เกิดโซนดีพลีชั่น (depletion) ขึ้น โซนนี้เปรียบเทียบได้กับกำแพงป้องกันการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ถ้าโซนนี้มีขนาดใหญ่ขึ้น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระจะยากขึ้น และอาจทำให้อิเล็กตรอนหยุดการเคลื่อนที่ได้

image           อย่างไรก็ตามถ้าควบคุมให้โซนนี้เล็กลง การเคลื่อนที่ก็จะง่ายขึ้น  อิเล็กตรอนอิสระจาก N เคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปลงหลุมที่ P ทำให้เกิดโซนดีพลีชั่น เป็นฉนวนกั้นการไหลของอิเล็กตรอน เพื่อจะทำให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านโซนนี้ได้ง่ายขึ้น เราต้องทำให้โซนนี้แคบลง โดยการต่อขั้ว N ของไดโอดเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่ และขั้วบวกเข้ากับขั้ว P

image

          ทำให้อิเล็กตรอนอิสระใน N ถูกดันด้วยแรงดันทางไฟฟ้า ส่วนโฮลขั้ว P จะถูกดันด้วยแรงทางไฟฟ้าเช่นเดียวกัน ถ้าเราให้แรงดันทางไฟฟ้ามากพอ โซนนี้จะแคบจนหายไป และอิเล็กตรอนอิสระสามารถเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อได้อย่างง่ายดาย เหมือนกับไม่มีแรงเสียดทาน หรือความต้านทาน
          ในทางกลับกัน ถ้าต่อขั้วลบเข้ากับ P และขั้วบวกเข้ากับ N การไหลของอิเล็กตรอนจะเป็นไปได้ยาก เพราะการเคลื่อนที่เป็นไปในทิศทางตรงกันข้าม โซนดีพลีชั่นจะหนาขึ้น เป็นกำแพงกั้นการไหลของกระแส
ไฟฟ้า อิเล็กตรอนและโฮลไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

image 
          รูปร่างของไดโอดโดยทั่วไปทางปลายด้านบนของรูปที่แสดงขีดคาดแสดงว่าเป็นขั้วลบ (-) หรือ แคโทด (k) และขั้วด้านที่ไม่ได้แสดงอะไรเป็นเครื่องหมายอันนี้จะเป็นขั้ว (+) หรือแอโนด

image          image

การต่อไดโอด

ไดโอดนั้นจะมีการต่อวงจรได้ 2 แบบดังนี้ คือ

alt

      การจ่ายไบอัสตรงขั้ว ( Forward Bias  )                การจ่ายไบอัสกลับขั้ว ( Revers Bias ) 

การต่อแบบไบอัสตรง ถ้าต่อแบบนี้จะมีกระแสไหลผ่านตัวไดโอด
การต่อแบบไปอัสกลับ ถ้าต่อแบบนี้กระแสจะไม่ไหลผ่านตัวไดโอด ถือว่าไดโอดเปิดวงจร
และมีค่าความต้านทานสูงมาก

ประเภทของไดโอด

1. ไดโอดธรรมดา (normal  diode )
2. ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)
3. ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode)
4. แอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED)
5. โฟโต้ไดโอด (Photo Diode)
6. ไดโอดกำลัง (Power Diode)

1. ไดโอดธรรมดา (normal  diode )

image      image 

           มีรูปร่างหลายแบบแต่ที่นิยมใช้ในวงจรอิเลคทรอนิกส์จะมี 2 ขั้วลักษณะคล้ายตัวต้านทาน ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าให้ไหลไปทางเดียวคือกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านไดโอดได้ถ้าต่อขั้ว P กับขั้ว
บวกและ N กับขั้วลบ แต่ความต้านทานของไดโอดไม่คงที่  เพราะความสัมพันธ์ระหว่างกระแส กับความต่างศักดิ์ที่คร่อมไดโอดไม่เป็นเส้นตรง 

2. ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)

  image   image

          ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่นำกระแสได้เมื่อได้รับไบอัสกลับ และระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานได้เรียกว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ซีเนอร์ไดโอดจะมีแรงดันไบอัสกลับ (Vr)น้อยกว่า Vz เล็กน้อย ไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดหรือวงจรที่ต้องการแรงดันคงที่ เช่น ประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง หรือโวลเทจเรกูเลเตอร์

3. ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode)

image    image  
image  

          ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคปเป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษ คือ สามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อ (Ct) ได้โดยการปรับค่าแรงดันไบอัสกลับ ไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไป ขณะแรงดันไบอัสกลับ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มีค่าต่ำ Depletion Region จะแคบลงทำให้ Ct ครงรอบต่อมีค่าสูง แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับ Vr ให้สูงขึ้น Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น ทำให้ Ct มีค่าต่ำ จากลักษณะดังกล่าว เราจึงนำวาริแคปไปใช้ในวงจรปรับความถี่ เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ (Automatic Fine Tunning ; AFC) และวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ (Variable Bandpass Filter) เป็นต้น

4. ไดโอดเปล่งแสงหรือแอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED)

image       image

          LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์ (Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์ (Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p และ n แทนสาร Si และ Ge สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข,นาฬิกา เป็นต้น

5. โฟโต้ไดโอด (Photo Diode)

image image image

          โฟโต้ไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้นให้ไดโอดทำงาน การต่อโฟโต้ไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานในทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง

6. ไดโอดกำลัง (Power Diode)

   image imageimage

          ไดโอดกำลัง เป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไป เพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสุงได้ เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแส ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมป์ ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูง โดยทั่วไปจึงนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความรัอน (Heat Sinks)เพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความรัอนภายในตัวไดโอดกำลัง

ที่มา : http://th.wikipedia.org
ที่มา : http://www.repair-rectifier.com/en_diode.htm

Leave a Reply

Your email is never published nor shared.

You may use these HTML tags and attributes:<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>