SCR

โครงสรางและสญลกษณ SCR

SCR เปนอปกรณประเภทสารก�งตวนาโดยมโครงสรางภายในประกอบดวยช%นของสารก�งตวนา 4 ช%น ซ�งไดรบการโดป (Dope) ในปรมาณท�แตกตางกน และมข%วตอใชงาน 3 ข%ว ไดแก อาโนด (A) คาโธด (K) และเกท (G) ดงแสดงในรป

การทางานของ SCR เพ�อใหเขาใจการทางานของ SCR จากรปแสดงการแบงสารก�งตวนาท%ง 4 ช%นของ SCR โดยให พจารณาเปนทรานซสเตอร 2 ตว คอ ทรานซสเตอรชนด NPN และ PNP

รปแสดงการตอวงจรภายในซ�งเปนวงจรแบบ Complementary Latch ซ�งการทาให SCR ทางานเปนสวตซเปดปด น%น จะตองใหไบอสแก SCR ในลกษณะเชนเดยวกบไดโอดโดยใหศกยไฟฟาท�ข%วอาโนดเปนบวกเม�อเทยบกบข%วคาโธด และใหขาเกทเปนขาอนพตท�ทางานในสภาวะ HIGH น%นเอง จะตองไดรบการกระตนโดยใหศกยไฟฟาท�ขาเกทเปนบวกเม�อเทยบกบข%วคาโธด

จากวงจรตวอยางในรป จะเหนวา ข%วอาโนดของ SCR ตอเขากบแหลงจายไฟขนาด + 50 V โดยผานโหลด ( RL ) สวนข%วคาโธดจะตอลงกราวด ( O V ) สาหรบขาเกทซ�งเปนขาอนพตจะไดรบสญญาณควบคมขนาด OV หรอ +5 V เม�อขาเกทไดรบแรงดน O V จะทาให Q1 และ Q2 อยในสภาวะ OFF ในกรณน% SCR จงเสมอนเปดสวตซ ดงแสดงในภาพาขยายในรปท� 13-3 ในทางกลบกนถาขาเกทไดรบแรงดน +5 V กจะทาใหขอเบสของ Q2 มศกยเปนบวกเม�อเทยบกบขาอมตเตอร ดงน%น Q2 จงอยในสภาวะ ON ของ Q2 น% จะทาใหแรงดน OV จากขาอมตเตอรผานไปยง Q1 ซ�งจะทาให Q1 อยในสภาวะ ON ดวยการ ON ของ Q1 จะเปนการเช�อมแหลงจายแรงไฟท�มความเปนบวกสงจากขาอมตเตอรผานมายงขาคอลเลคเตอรและขาเบสของ Q2 ซ�งจะทาให SCR คงสภาวะ ON อย และทาใหมกระแสไฟฟาไหลจากข%วคาโธดผานไปยงข%วอาโนดอยางตอเน�องถงแมจะนาแหลงจายไฟ +5 V ท�ใชกระตนขาเกทในตอนแรกออกกตาม

คณลกษณะของ SCR รปแสดงการใหไบอสท�ถกตองแก SCR สาหรบในรปขยายดานซายมอ แสดงรปลกษณะของ SCR ท%งแบบ Low-power และแบบ High-Power สวนรปขยายดานขวามอเปนกราฟแสดงคณลกษณะท�วไปของ SCR ซ�งกราฟน%จะแสดงความสมพนธระหวางแรงดนไบอสตรงและ

ไบอสกลบท�จายครอมระหวางข%วอาโนดกบข%วคาโธดของ SCR และปรมาณกระแสไฟฟาท�ไหลผานจากข%วคาโธดไปยงข%วอาโนด

พจารณาในสวนนากระแสทางตรงบนกราฟจะเหนวา แรงดนไฟฟาท�ทาให SCR อยในสภาวะ ON เรยกวา แรงดนพงทางตรง (Forward Breakdown Voltage) ซ�งขนาดของแรงดนพงทางตรง หรอแรงดนท�ใชในการปดวงจรของ SCR น% เปนสดสวนผกผนกบปรมาณกระแสไฟฟาท�จายเขาท�ขาเกท น%นคอ SCR จะอยในสภาวะ ON ไดกตอเม�อมกระแสไฟฟาท�มปรมาณมากจายเขาท�ขาเกท แตแรงดนทางตรงท�จายครอมระหวางข%วอาโนดและคาโธดของ SCR จะตองมขนาดเลก แตถาไมมกระแสไฟฟาจายเขาท�ขาเกทเลยกจะตองใหแรงดนทางตรงคามาก ๆ จายครอมระหวางข%วอาโนด และข%วคาโธดของ SCR แทนจงจะทาให SCR อยในสภาวะ ON และเกดการนากระแสไฟฟาข%น และเม�อ SCR อยในสภาวะ ON แลวแลวกระแสไฟฟาท�ไหลผาน SCR จะเปนอสระจากการควบคมของกระแสไฟฟาท�จายเขาท�ขาเกท ซ�งถากระแสทางตรงท�ไหลผานระหวางข%ว คาโธด และอาโนดน% มคาต�ากวาคากระแส Holding Current กจะทาให SCR อยในสภาวะ OFF ท%งน% เน�องจากวา ทรานซสเตอรท%งชนด NPN และ PNP จะไมมปรมาณกระแสไฟฟาเพยงพอท�จะรกษาสภาวะ ON ใหแก SCR ได

ดงน%น จงสรปไดวา การกระตนท�ขาเกทจะทาให SCR อยในสภาวะ ON และเม�อตองการให SCR อยในสภาวะ OFF กทาไดโดยลดแรงดนไฟฟาท�จายครอมระหวางข%วอาโนด และข%วคาโธดซ�งจะมผลทาใหปรมาณกระแสไฟฟาท�ไหลผานจากข%วคาโธดไปยงข%วอาโนดลดลงต�ากวาคากระแส Holding Current

การนา SCR ไปใชงาน SCR ถกนาไปใชมากในงานจาพวกไฟฟากาลง เชน วงจรควบคมความสวาง วงจรควบคมความเรวของมอเตอร วงจรควบคมการชารจแบตเตอร� ระบบควบคมอณหภม และวงจรรกษาระดบกาลง เปนตน จากกราฟแสดงคณลกษณะของ SCR ในรป จะเหนวา SCR นากระแสในทศทางตรงเทาน%น (Forward Direction) ดวยเหตผลน% จงจดให SCR เปนอปกรณจาพวก นากระแสในทศทางเดยว (Unidirectional Device ) ซ�งหมายความวา ถาปอนสญญาณไฟฟา กระแสสลบผาน SCR ขาเกทของ SCR จะตอบสนองสญญาณ และกระตนให SCR ทางานเฉพาะคร� งบวกของสญญาณท�จะทาใหอาโนดเปนบวกเม�อเทยบกบคาโธดเทาน%น ตวอยางในรป แสดงการนา SCR ไปใชวงจรควบคมความสวาง โดยเม�อสวตซ ON/OFF เปดวงจร และเน�องจากไมมกระแสไฟฟาไหลไปยงขาเกทจงทาให SCR อยในสภาวะ OFF หลอดไฟจงยงไมสวาง แตเม�อสวตซ ON/OFF ปดวงจรจะทาใหไดโอด D1 ผานสวนท�เปนแรงดนไฟฟาบวกไปยงขาเกทของ SCR ทกคร% งท�สญญาณไฟฟากระแสสลบอยในชวงคร� งบวกปรมาณของกระแสไฟฟาท�ไหลผาน SCR จะถกควบคมโดยตวตานทานควบคมความสวาง (R1 ) พจารณารปคล�นสญญาณท�ขยายใหเหนในรปท� 13-5 จะเหนวาเม�อคาวความตานทานของ R1 เทากบ 0 (ไมมการลดความสวาง) จะทาใหกระแสไฟฟาท�ไหลไปยงขาเกทมปรมาณสงสด ดงน%น SCR จงอยในสภาวะ ON แบบเตมคร� งบวกของสญญาณไฟฟากระแสสลบท�จายเขามา และกาลงงานเฉล�ยท�สงไปยงหลอดไฟจะมคาสง แตถาคาความตานทานของ R1 เพ�มข%น กระแสไฟฟาท�ขาเกทของ SCR อยในสภาวะ ON ไมเตมคร� งสวนของสญญาณท�เปนบวก ดงน%นกาลงงานเฉล�ยท�สงไปใหหลอดไฟจงมคาลดลงจากตวอยางท�อธบายไปแลวเปนการใชงาน SCR ในวงจรไฟฟากระแสสลบ (AC) ตอไปจะพจารณาการใชงาน SCR ในวงจรไฟฟากระแสตรง (DC) รปแสดงระบบสญญาณเตอนภยในรถยนต เม�อปดสวตซอารมและสวตซรเซท ระบบสญญาณเตอนภยจะคอยรบสญญาณจากสวตซตรวจจบท%ง 4 สวนไดแก บรเวณประต ระบบเคร�องเสยง ฝาปดเคร�องยนต และฝาประโปรงหลง จากน%นจงสงสญญาณไปกระตนการทางาน

ของอปกรณเตอนภยใหทางาน ตวอยางในรปแสดงวงจรการทางานของระบบเตอนภยเม�อเปดประตรถยนต

การเปดประตรถยนตจะทาใหตวเกบประจ C1 ไดรบการชารจประจผานทางไดโอด D และตวตานทาน R1 หลงจากชวงเวลาหน�งผานไปจะทาใหประจไฟฟาท�ชารจเขาไปใน C1 มปรมาณเพยงพอท�จะทาให Q1 ทางาน (ON) และเม�อ Q1 ทางาน กจะผานศกยไฟฟาบวกท�ข%วคอลเลคเตอรซ�งมาจากแบตเตอร�ไปยงข%วอมตเตอร และผานตอไปยงขาเกทของ SCR เม�อขาเกทไดรบการกระตนจากศกยไฟฟาบวกกจะทาให SCR ปดวงจร (ON) และกระตนอปกรณเตอนภยใหทางาน

เน�องจาก SCR เสมอนกบปดสวตซเม�ออยในสภาวะ ON ซ�งจะผานแรงดนไฟฟาขนาด 12 V จากแบตเตอร�ไปยงอปกรณเตอนภย ซ�งสภาวะ ON ของ SCR น%ยงคงอยตอไปโดยไมข%นกบสวตซอารมหรอสวตซตรวจจบอ�นใด และเม�อทาการเปดสวตซรเซท ซ�งซอนภายในรถกทาใหอปกรณเตอนภยหยดทางาน คาของ R1 และ C1 ควรเลอกใหเหมาะสมเพ�อใหมชวงเวลาการหนวงท�พอดการท� Q1 และ SCR จะถกกระตนใหทางาน ซ�งการหนวงเวลาน%กเพ�อใหเจาของ รถยนตเขาไปในรถ และปลดการทางานของระบบเตอนภยโดยการเปดสวตซอารมไดทนเวลา

SCR ไวแสง

SCR ไวแสง ( Light Activated Silicon Controlled Rectifier : LASCR) จะทางานเปนสวตซท�ทางานดวยแสงชนดหน�ง โดยจะมลกษณะการทางานเชนเดยวกบ SCR มาตรฐาน แตมความแตกตางเพยงวาการทางานของ SCRไวแสงจะมความไวแสงมาก ดงน%น จงสามารถใชแสงท�มา

ตกกระทบเปนตวกระตนให SCR ไวแสงทางานได สวนใหญแลว SCR ไวแสงจะมขาเกทตอออกมาดวยเชนกน ดงน%น SCR ไวแสงจงสามารถถกกระตนใหทางานนากระแสไดไดโดยใชคล�นสญญาณไฟฟาไดเชนเดยวกบ SCR มาตรฐานรป แสดงสญลกษณ และรปลกษณะของ SCR ไวแสง

สาหรบการทางานของ SCR ไวแสงน%น จะมความไวตอแสงมากเม�อจดใหขาเกทเปดวงจรลอยไว แตเพ�อเปนการลดความไวในการตอบสนองตอแสงกสามารถทาได โดยตอตวตานทานจากขาเกทเขากบขาคาโธด ตวอยางการใชงานของ SCR ไวแสง เชน วงจรควบคมการเปดประต หรอวงจรสญญาณเตอนภย โดยจะใชเปนตวกระตนการทางานของรเลย ดงแสดงในรป โดยการทางานน%นเม�อการเปดสวตซไฟ แสงจากหลอดไฟจะไปตกกระทบและกระตนให SCR ไวแสงทางาน สงผลใหกระแสท�ไหลผานข%วอาโนดเปนตวกระตนใหรเลยทางานโดยการดงหนาสมผสใหปดลง ซ�งจะทาใหการทางานของระบบครบวงจร มขอสงเกตวาขอดของการใช SCR ไวแสง

น%นก คอ การกระตนใหระบบการทางานจะไมมการเช�อมตอกนทางไฟฟาใด ๆ กบวงจรของระบบเลย

ไตรแอก (TRIAC)

ไตรแอกเปน อปกรณจาพวกสารก�งตวนาท�จดอยในสารก�งตวนาประเภทไทรสเตอรเชน เดยวกบ SCR สามารถนาไปใชกบแรงดนไฟสลบได และจานากระแสไดสองทศทาง ท%งชวงบวกและชวงลบของแรงดนไฟสลบ

รปรางของไตรแอกแบบตาง ๆ ไตรแอกทางานเปนสวตซตอแรงดนไฟสลบ แตจะเปนสวตซทางอเลกทรอนกสท�ดกวาสวตซแบบกลไกท�วไปหลายอยางดง น% 1. ในการควบคมการเปด-ปดวงจรไฟฟาดวยไตรแอกทาไดงาย โดยปอนแรงดนไฟสลบคาต�า ๆ เพยงเลกนอยไปกระตนขาเกท 2. การเปด-ปด ของไตรแอกจะเรวกวาสวตซกลไกลธรรมดาหลายเทา ทาใหการควบคมใหสวตซทางานทาไดรวดเรวข%น 3. ในการเปด -ปดวงจรจะไมมการสมผสกนของหนาสมผส เหมอนสวตซกลไกลธรรมดา จงไมเกดประกายไฟท�จะทาใหเกดเพลงไหมมความปลอดภยในการใชงานมากข%น 4. สามารถนาไปดดแปลงในการใชงานไดอยางกวางขวางมากข%น

สญลกษณและโครงสราง ของไตรแอก โครงสรางของไรแอกจะประกอบดวยสารก�งตวนาตอนใหญ 3 ตอน คอ PNP และในสารก�งตวนาตอนใหญจะมสารก�งตวนาตอนยอยชนด N อก 3 ตอน ตอรวมในสารก�งตวนาชนด P ท%ง 2 ตอน มขาตออออกมาใชงาน 3 ขา เหมอน SCR โดยเรยกขาใชงานตาง ๆ ดงน% ขาแอโนด 2 (ANODE 2) ใชตวยอ A2 หรอเรยกอกอยางวาขาเมน เทอรมนอล 2 (MAIN TERMINAL 2) ใชตวยอ MT2 ขาแอโนด 1 (ANODE) ใชตวยอ A1 หรอเรยกอกอยางวาขาเมน เทอรมนอล 1

(MAIN TERMINAL 1) ใชตวยอ MT1 และขาเกท (GATE) ใชตวยอวา G โครงสรางและสญลกษณ แสดงดงรปท� 3.2

(ก) โครสรางไตรแอก (ข) สญลกษณ ไตรแอก

โครงสรางและสญลกษณของไตรแอก คณสมบตในการทางาน ของไตรแอกจะเหมอนกบการทางาน ของ SCR ทกประการ แตไตรแอกจะทางานไดดกวาท�สามารนากระแสไดท%งแรงดนไฟสลบชวงบวก และแรงดนไฟสลบชวงลบพรอมท%งขา G กสามารถใชแรงดนบวกหรอลบมากระตนกได

การจายไบอสใหไตรแอกทางาน ไตรแอกมคณสมบตทางานไดท%งแรงดนชวงลบและแรง ดนชวงบวก คอ จะนากระแสไดท%ง 2 ทศทาง การนากระแสของ ไตรแอกจะข%นอยกบแรงดนท�ปอนกระตนขา G และแรงดนท�จายใหขา A2 และ A1 เม�อจดการจายไบอสใหตวไตรแอกสามารถท�จะจดไบอสเพ�อใหตวไตรแอกทา งานไดท%งหมด 4 สภาวะดงน% คอ

1. สภาวะท1 1 หรอควอแดรนตท1 1

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ 3.3 แสดงสภาวะการนากระแสของไตรแอกในควอแดรนตท11

จากรปท� 3.3 แสดงสภาวะการนากระแสของไตรแอกในควอแดรนตท� 1 โดยจายแรงดนบวกใหขา A2 จายแรงดนลบใหขา A1 และมแรงดนบวกกระตนขา G จะเปนการจายไบอสเชนเดยวกบ SCR ไตรแอกจะนากระแสทศทางการไหลของกระแสท%งสองจะไหลในทศทางเดยวกน หรอกระแสไหลเสรมกน ทาให IA ไหลมากข%น 2. สภาวะท1 2 หรอควอแดรนตท1 2

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ 3.4 แสดงสภาวะการนากระแสของไตรแอกในควอแดรนต ท1 2

จากรปท� 3.4 จายแรงดนบวกใหขา A2 จายแรงดนลบใหขา A1 และมแรงดนลบกระตนขา G เปนการจายแรงดนกระตนอกแบบหน�งไตรแอกจะนากระแสทศทางการไหลของกระแส ท%งสองจะไหลในทศทางสวนกน หรอกระแสไหลหกลางกน ทาให IA ไหลนอยลง 3. สภาวะท1 3 หรอควอแดรนตท1 3

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ

รปท1 3.5 แสดงสภาวะการนากระแสของไตรแอกในควอแดรนตท1 3

จากรปท� 3.5แสดงสภาวะการนากระแสของไตรแอกในควอแดรนตท� 3 โดยจายแรงดนลบใหขา A2 จายแรงดนบวกใหขา A1 และจายแรงดนลบกระตนขา G เปนการจายแรงดนกระตนอกแบบหน�ง ไตรแอกจะนากระแสทศทางการไหลของกระแสท%งสองจะไหลในทศทางเดยวกน หรอกระแสไหลเสรมกน ทาให IA ไหลมากข%น

4. สภาวะท1 4 หรอควอแดรนตท1 4

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ

รปท1 3.6 แสดงสภาวะการนากระแสของไตรแอกในควอแดรนตท1 4

การจายแรงดนลบให ขา A2 จายแรงดนบวกใหขา A1 และจายแรงดนบวกกระตนขา G เปนการจายไบอสอกแบบหน�งไตรแอกจะนากระแสทศทางการไหลของกระแสท%ง สองจะไหลในทศทางเดยวกน หรอกระแสไหลหกลางกน ทาให IA ไหลนอยลง

รปท1 3.7 แสดงการทางานของไตรแอกในแตละควอแดรนต

การเลอกสภาวะการทางานและการทาใหไตรแอกหยด นากระแส จากรปท� 3.7 แสดงการทางานของไตรแอกท%ง 4 คอวแดรนต สภาวะกระแสเสรมกน คอ ควอแดรนตท� 1 และควอแดรนตท� 3 สภาวะกระแสหกลางคอ ควอแดรนตท� 2 และควอแดรนตท� 4 ไตรแอกเม�อนากระแสแลวจะทาใหหยดนากระแสทาได 2 วธดวยกนเหมอน SCR คอ 1. ตดแหลงจายแรงดน VAA ท�ปอนใหขา A2 และขา A1ของไตรแอกออกช�วคราว 2.ลดแรงดนไบอสท�จายใหขา A2 และขา A1 ลง จนทาใหมกระแสไหลผานตวไตรแอกต�ากวากระแสโฮลด%ง (HOLDING CURRENT) ของไตรแอกตวน%น ๆ

กราฟคณสมบตของไตรแอก การ นากระแสของไตรแอก จะนากระแสได 2 วธ คอ โดยจายแรงดนไบอสใหเฉพาะขา A2 และขา A1 โดยขา G เปดลอยอย ไตรแอกจะนากระแสเม�อเพ�มแรงดนใหขา A2 และขา A1 จนมกระแสไหลผานตวไตรแอกถงคากระแสโฮลด%ง อกวธหน�งโดยจายแรงดนใหขา A2 และขา

A1 และมแรงดนกระตนขา G 1. ไตรแอกนากระแสโดยจายแรงดนเฉพาะขา A2 และขา A1

รปท1 3.8 กราฟคณสมบตของไตรแอกขณะท1ขาเกทเปดลอยอย

การจายแรงดนไบอสใหไตรแอก ไมวาจะจายบวกให A2 จายลบให A1 หรอจายลบให A2 จายบวกให A1 ในคร% งแรกตวไตรแอกจะไมนากระแส เม�อคอย ๆ ปรบจายแรงดน VAA ใหตวไตรแอกเพ�มมากข%นทละนอย กระแสร�วซมจะไหลผานตวไตรแอกเพ�มข%นท�ละนอยตามไปดวย เม�อจายแรงดนถงคา ๆ หน�ง จะมกระแสดร�วซมไหลผานไตรแอกถงคากระแสโฮลด%งของตวไตรแอก ถาไมสามารถจากดคากระแสท�ไหลผานตวไตรแอกได ไตรแอกจะชารดเสยหายทนท จะไดกราฟคณสมบตของไตรแอกท%งควอแดรนตท� 1 และควอแดรนตท� 3 เหมอนกน การทางานของไตรแอกในวธน%จะไมเปนท�นยมใช

2. ไตรแอกนากระแสโดยมแรงดนกระตนขา

รปท� 3.9 กราฟคณสมบตของไตรแอกขณะท�จายแรงดนกระตนท�ขาเกท

จากกราฟท1 3.9 อธบายไดดงนD กราฟในชวงควอแดรนตท� 1 จายแรงดนไบอสใหขา A2 เปนบวก ขา A1 เปนลบ ถาในคร% งแรกยงไมจายแรงดนไบอสกระตนขา G (IGO=0) ไตรแอกจะนากระแสเม�อปอนแรงดนใหขา A2 และขา A1 ถงคาแรงดนเบรคโอเวอร (BREAKOVER VOLTAGE) ถาจายแรงดนใหขา A2 และขา A2 ต�ากวาแรงดนเบรคโอเวอร การนากระแสของตวไตแอกจะตองอาศยแรงดนกระตนท�ขา G เปนบวก ทาใหกระแสเกท IG1 หรอ IG2 ไหล จะมกระแสไหลผานตวไตรแอกถงคากระแสโฮลด%ง ไตรแอกจะทางานไดโดยไมชารดเสยหาย กราฟในชวงควอแดรนตท� 3 ถาใหแรงดนท�ขา A2 และขา A1 ต�ากวาคาแรงดนเบรคโอเวอร การทางานของไตรแอกจะตองมแรงดนลบกระตนขา G มกระแส IG1 หรอ IG2 ไหล ไตรแอกจะนากระแสทนท

รายละเอยดและขดจากด ของไตรแอก

1. แรงดนบลอกก%งสงสดซ% า ๆ (REPETITIVE PEAK BLOCKING VOLTAGE) ใชตวยาง VDRM หรอ VRRM คอ แรงดนคาสงสดท�ปอนใหเฉพาะขา A2 และขา A1 ท�ตวไตรแอกยงไมนากระแส 2. กระแสไปอสตรงสงสดเปน RMS (RMS MAN FORWARD CURRENT) ใชตวยอ IT (RMS)คอคากระแสสงสดเปนRMSท�ไตรแอกแทนไดเม�อมกระแส ไบอสตรงไหลผาน ถากระแสไหลผานไตรแอกเกนกวาคาน%ไตรแอกจะชารดเสยหาย 3.กระแสโฮลด%ง (HOLDING CURRENT) ใชตวยา IH คอคากระแสต�าสดท�ไหลผานตว ไตรแอก ระหวางขา A2 และขา A1 แลวไตรแอกยงคงนากระแสได 4.กระแสกระตนเกท (GATE TRIGGER CURRENT) ใชตวยอ IGT คอกระแสท�ใชกระตนขา G ของไตรแอก เพ�อทาใหไตรแอกทางาน 5.แรงดนกระตนเกท (GATE TRIGGER VOLTAGE) ใชตวยอ VGT คอแรงดนท�ปอนใหขา G เทยบกบขา A1 เพ�อกระตนใหไตรแอกนากระแส 6.กระแสกระตนเกทสงสด (PEAK GATE TRIGGER CURRENT) ใชตวยอ IGTM คอคากระแสกระตนท�ไหลผานเกทคาสงสดยงคงทาใหไตรแอกทางานได 7.ยาน อณหภมในการทางาน (OPERATING JUNCTION TEMPETRATURE RANGE) ใชตวยอ Tj คอ ยานอณหภมตรงยอท�ไตรแอก ทางานไดโดยไมชารดเสยหาย

รปท1 3.10 รปรางของไตรแอกแบบตาง ๆ

การทางานของไตรแอกตอแรง ดนไฟตรง

รปท1 3.11 วงจรปด-เปดการทางานแบบเบDองตน

จากรปท1 3.11อธบายไดดงนD สวตซ S1 ในสภาวะปกตจะตดวงจร และสวตซ S2 ปกตจะตอวงจรเม�อสวตซ S1 เปนการตอวงจร ทาใหมแรงดนบวกมาตกครอมขาบนของ R2 ซ�งถกจายเปนไบอสไปกระตนตนขา G ของไตรแอก ไตรแอกจะนากระแสทาใหหลอดไฟ LP1 ตดสวาง ไตรแอกจะหยดนากระแสตองกดสวตซ S2 ทาใหแหลงจาย VAA ถกตดออก

การทางานของไตรแอกตอแรง ดนไฟสลบ ไตรแอกสามารถนากระแสไดท%งชวงบวกและชวงลบของแรงดน ดงน%นจงมกนยมนาไตรแอกไปใชกบแรงดนไฟสลบ

รปท1 3.12 วงจรของไตรแอกในการทางานตอแรงดนไฟสลบ

จากรปท� 3.12 เปนวงจรไตรแอกในการทางานตอแรงดนไฟสลบ ไตรแอกสามารถนากระแสไดท%งชวงบวกและชวงลบ ซ�งจะข%นอยกบแรงดนไฟสลบท�ไปกระตนขา G และข%นอยกบแรงดนไฟสลบท�จายใหขา A1 และขา A2 โดยทางานไดท%งหมด 4 สภาวะดงไดกลาวมาแลว

ไดแอก DIAC

ไดแอกเปน อปกรณประเภทสารก�งตวนาอกแบบหน�ง ท�มขาเพยง 2 ขา หรอเพยง 2 ข%ว ท�สามารถนาไปใชกบแรงดนไฟสลบได ไดแอถกสรางข%นมาเพ�อนามาใชงานรวมกบไตรแอก โดยนาไปใชเปนอปกรณทรกเกอรหรออปกรณกระตนขาเกทของตวไตรแอก เพ�อเปนการปองกนแรงดนไฟกระโชกจานวนมาก ท�อาจจะปอนเขาขาเกทของไตรแอก จนเปนเหตใหขาเกทของไตรแอกชารดเสยหายทนท โครงสรางและสญลกษณของไดแอก แสดงไวดงรปท� 3.13

รปท1 3.13 โครงสรางและสญลกษณของไดแอก

จากรปท� 3.13 ไดแอกสามารถนาไปใชไดกบแรงดนไฟสลบ สามารถทางานไดท%งแรงดนชวงบวกและแรงดนชวงลบ มขาตอใชงาน 2 ขา คอ ขาแอโนด (ANODE 1) ใชตวยอ A1 หรอเรยกอกอยางหน�งวาขาเมนเทอรมนอล 1 (MAIN TERMINAL 1) ใชตวยอ MT1 และขาแอโนด (ANODE2) ใชตวยอ A2 หรอเรยกอกอยางหน�งวาเขาเมนเทอรมนอล 2 (MAIN TERMINAL 2) ใชตวยอ MT2 แตละขาของไดแอกจะตอรบแรงดนไฟสลบไดเหมอนกน

การทางานของไดแอก

รปท1 3.14 การทางานของไดแอกเม1อจายไบอสบวกใหขา A1 ลบใหขา A2 จากคณสมบตของไดแอกท�วาจะนากระแสเม�อม แรงดนตกครอมตวมนถงคาแรงดนเบรคโอเวอรเทาน%น ดงน%นจากรปท� 3.15 (ก) และ (ข) สมมตวาไดแอกตวน% มแรงดนเบรคโอเวอรท� 32 โวลด แรงดนแหลงจาย VAAจายเขามาเพยง 20 โวลต ต�ากวาแรงดนเบรคโอเวอรของไดแอก ตวไดแอกจะยงไมนากระแส ความตานทานในตวไดแอกสงมาก ทาใหมศกยตกครอมตวไดแอกเทากบแหลงจายแรงดน VAA ท�ปอนเขามา

จากรปท� 3.15 (ค) และ (ง) เม�อปรบแรงดนจากแหลงจาย VAA ใหไดแอกถงคาแรงดนเบกโอเวอร หรอเกนกวาคาแรงดนเบรคโอเวอร ไดแอกจะนากระแสทาใหคาความตานทานในตวไดแอกต�าลง มกระแสไหลผานตวไดแอกมากคาหน�งข%นอยกบคาแรงดนท�ปอนให เม�อไดแอกนากระแสจะมศกยตกครอมตวมนลดลงจากเดมอกเลกนอย ตามรป 3.15 (ค) และ (ง) แรงดนจะตกครอมตวไดแอกลดลงจากเดมอก 5 โวลต

กราฟคณสมบตของไดแอก

รปท1 3.15 กราฟคณสมบตของไดแอก จากรปท� 3.15 เปนกราฟแสดงคณสมบตของตวไดแอก โดยไดแอกจะสามารถนากระแสไดท%งชวงบวกและชวงลบของแรงดนไฟสลบ การจายแรงดนใหไดแอกในคร% งแรกจะมกระแสไหลผานตวไดแอกนอยมาก เรยกวากระแสร�วซม เม�อเพ�มแรงดนใหตวไดแอกมากข%นจนถงคาแรงดนเบรคโอเวอร (BREAKOVER VOLTAGE) ใชตวยอ VBO จะทาใหมกระแสไหลผานตวไดแอกถงคากระแสเบรคโอเวอร (BREAKOVER CURRENT) ใชตวยอ IBO ตวไดแอกจะนากระแสยอมใหกระแสไหลผานตวมน ทาใหคาความตานทานในตวไดแอกลดลง ย�งจายแรงดนไบอสใหตวไดแอกย�งมากข%น จะย�งทาใหคาความตานทานในตวไดแอกย�งลดลดกระแสจะย�งไหลเพ�มมากข%นเปนลาดบ

ควอดแดรก (QUADRAC) กคอ อปกรณสารก�งตวนาประเภทไทรสเตอรเชนเดยวกบไตรแอกน�นเอง ควอดแดรกถกผลตข%นมาโดยการรวมตวไตรแอก และตวไดแอกเขาไวในตวเดยวกน ลกษณะการตอไดแอกและไตรแอก เปรยบเทยบกบอปกรณควอดแดรก แสดงเปนสญลกษณไดรปท� 3.16

รปท1 3.16 สญลกษณของไดแอกตอกบไตรแอก เปรยบเทยบกบควอดแดรก

เปนสญลกษณของควอแดรก ตวจรงจะมเพยง 3 ขา คอ A2, A1 และ G และลกษณะรปรางท�ว ๆ ไปกเหมอนกบไตรแอกทกประการ

การนาไดแอกและไตรแอกไปใชงาน

1. วงจรหร1ไฟหรอหร1ขดลวดความรอน

รปท1 3.17 วงจรหร1ไฟ

จากรปท� 3.17 เปนวงจรหร�หลอดไฟฟา โดยใชไดแอกและไตรแอกความสวางของหลอดไฟ LP1 จะสวางข%นหรอมดลง จะถกควบคมดวยชดควบคมและหนวงเวลา R1 , R2 และ C1 การทางานดงกลาวทาหใสามารถปรบเปล�ยนความสวางของหลอดไฟ LP1 ไดโดยอาศยการปรบเปล�ยนเวลาและมมเฟสของแรงดนท�จะทาใหไดแอกนากระแส และไปทาใหไดแอกนากระแสกาลงไฟฟาท�ตกครอมหลอดไฟ LP1 จะเปล�ยนแปลงตามไปดวย หลอดไฟ LP1 กจะมความสวางเปล�ยนแปลงไป ถาจะนาวงจรดงกลาวไปหร�ขดลวดความรอนของเตาไฟฟา กระทะไฟฟา กาตมน%าไฟฟา เตารดไฟฟาและอ�น ๆ วงจรกสามารถตอไดเหมอนเดมดงรปท� 3.18

รป ท1 3.18 วงจรหร1ขดลวดความรอน

2. วงจรหร1ไฟแสงสวางท1มชดปองกนสญญาณรบกวน

รปท1 3.19 วงจรหร1ไฟแสงสวางท1มชดปองกนสญญาณรบกวน

จากรปท� 3.19 เปนวงจรหร�ไฟแสงสวางท�มชดปองกนสญญาณรบกวน สวนประกอบวงจรปองกนสญญาณรบกวนคอ C1 และ C2 โดย L1 มคาประมาณ 100 mH ทาหนาท�หนวงกระแสไฟฟาใหไหลเปล�ยนแปลงชาลง เปนการปองกนไมใหกระแสกระโชกในวงจรมากเกนไป L1 จะตออนดบกบหลอดไฟ LP1 ดงน%น L1 จะตองทนกระแสท�ไหลผานวงจรไดดวย สวน C2 ทาหนาท�กาจดความถ�ฮารโมนคสง ๆ ลงการวด ไมสงออกไปรบกวนภายนอก ตวตานทาน R3 ใสไวในวงจรเปนการชวยลดระดบความแรงของแรงดนท�จะปอนใหขา G จากการประจแรงดนของ C1 ตวตานทาน R1, R2 และตวเกบประจ C1 ทาหนาท�เปนชดควบคมและหนวงเวลาแรงดนท�จะไปกระตนท�ขา G การทางานของวงจรจะเหมอนกบวงจรหร�ไฟรปท� 3.18 น�นเอง

FET (Field Effect Transistor)

FET คอ อปกรณสารก�งตวนาท�อาศยสนามไฟฟามาควบคมการไหลของกระแส FET จดอยใน ประเภท Unipolar Device เพราะวากระแสท�ไหลใน Channel เปนการเคล�อนท�ของพาหะประเภทเดยว โดยสรป FET ชนดตาง ๆ แบงไดดงน% 1. FET (Junction Field Effect Transistor) 1.1 N - Channel 1.2 P - Channel 2. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) 2.1 Depletion Type 2.1.1 N - Channel 2.1.1 P – Channel 2.2 Enhancement Type 2.2.1 N - Channel

FET ยอมาจาก Field Effect Transistor เปนอปกรณ Semiconductor ม 3 ขา คอ Gate-

Drain-Source ซ�งทางานโดยการอาศยแรงดนท�ตางกนระหวางขา Gate-Source มาเปด Channel

ระหวางขา Source-Drain ใหยอมใหกระแสไหลผานได วางาย ๆ กคลาย ๆ Relay น�นเอง

เพยงแตวา Relay ใชการเหน�ยวนา เพ�อใหแผนโลหะสองแผนแตะกน แตตว FET ไมมการสมผส

กนของโลหะเฟสเปนทรานซสเตอรชนดหน�ง มโครงสราง แตกตางไปจากทรานซสเตอร ท�วไป

และม ขอด กวาทรานซสเตอรท�วไปหลายประการ คอตอขยายหลายภาคไดด ทางานท� อณหภม

สงได ด มสญญาณรบกวนต�า มอมพแดนซสง เปนตนเฟตแบงออกได 2 ประเภท คอ JFET และ

MOSFET และโครงสรางม 2 ชนด คอ P แชนแนลและ Nแชนแนล MOSFET ยงแบงยอยออก

ไดเปนดพลชน MOSFET และเอนฮานซเมนต MOSFETJFET น%นสวนของเกตเดรนและซอส

ถกตอถงกนท%งหมด การจายไบอสให JFET ทางาน ตองจายไบอสตรงใหขา S จายไบอสกลบให

ขา D กบขา G เทยบกบขา S JFET ทางานเหมอนหลอดสญญากาศดพลชน MOSFET สวนของ

เกตถกแยกออกตางหากสวนเดรนและซอส โดยใชฉนวน SiO2 ค�นไวสวนของเดรนและซอสถก

ตอถงกนดวยฐานรอง ( SS ) ท�เปนสารก�งตวนาชนดเดยวกบสวนเดรและซอส การจายไบอสให

ดพลชน MOSFET ตองจายไบอสตรงใหขา S จายไบอสกลบให ขา D กบขา Gเทยบกบขา S

เหมอนการจายไบอสให JFETเอนฮานซเมนต MOSFET มโครงสรางเหมอนกบดพลชน

MOSFET แตกตางเลกนอยในสวนของเดรนและซอสท�ไมตอถงกน การจายไบอสใหเอนฮานซ

เมนต MOSFET จายไบอสตรงใหขา G กบขาS เทยบกน และจายไบอสกลบใหขา D ทาใหการ

ทางานของเอนฮานซเมนต MOSFET เหมอนการทางานของทรานซสเตอรฟลดเอฟเฟคทรานซ

สเตอรเฟต ( FET ) มาจากช�อเตมวา ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอร( Field Effect Transistor ) เปน

อปกรณสารก�งตวนาชนดข%วเดยว ( Unipolar ) มลกษณะโครงสรางและหลกการทางานแตกตาง

ไปจากทรานซสเตอรเพราะทรานซสเตอรเปนอปกรณสารก�งตวนาชนดสองข%ว การทางานของ

ทรานซสเตอรตองอาศยกระแสชวยควบคมการทางาน ท%งกระแสอเลกตรอนและกระแสโฮล

เฟตเปนอปกรณสารก�งตวนาอกชนดท�นยมนามาใชงานในการขยายสญญาณ

และใชงานในหนาท�ตาง ๆ เชนเดยวกบ ทรานซสเตอรนบวนเฟตย�งมบทบาทเพ�มมากข%นในการนาไปใชงาน เพราะเฟตม คณสมบตหลายประการดกวาทรานซสเตอรสรปเปนขอ ๆ ไดดงนD

• ขบวนการผลตเฟตสามารถนาไปใชการผลต IC ได

• เฟตสามารถตอขยายสญญาณแบบหลายภาคไดด

• เฟตทางานท�อณหภมสงไดดกวาทรานซสเตอร

• สามารถสรางเฟตใหมขนาดเลกลงไดมากกวาทรานซสเตอร

• เฟตไมมผลตอแรงดนตานภายในเม�อนาไปใชเปนสวตช

• อณหภมมผลตอการทางานของเฟตนอยกวาทรานซสเตอรมาก

• คณสมบตโครงสรางบางชนดของเฟตสามารถสรางใหมความไวในการทางานไดดกวา

ทรานซสเตอร

• เฟตมสญญาณรบกวนต�ากวาทรานซสเตอรจงเหมาะสมกบการใชงานในภาคขยายสญญาณ

อตราขยายต�า

• อมพแดนซทางอนพตของเฟตสงประมาณ 100 M ? มากกวาในทรานซสเตอรมาก ซ�งมคาเพยง

ประมาณ 2 k ? เทาน%นการทางานของเฟต ตองใชแรงดนในการควบคมกระแสเหมอนกบการ

ทางานของหลอดสญญากาศน�นคอ กระแสจะถกควบคมดวยสนามไฟฟาท�เกดจากแรงดน ส�งน%

เองเปนเหตใหส�งประดษฐสารก�งตวนาน% มช�อเรยกวา ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอรซ�งม

ความหมายวา ทรานซสเตอรท�ทางานเน�องจากผลของสนามไฟฟา

ทาอยางไรจงจะรวา FET ใชไดหรอไม

กอนอ�นตองขอบอกใหผอานรเสยกอนวา FET น%นคออะไร คาวา FET น%ยอมาจาก Field Effect

Transistor เปน ทรานซสเตอรแบบหน�ง ใชหลกการของสนามไฟฟาท�ไดจาก gate มาเปนตว

ควบคมการไหลของกระแสไฟระหวาง drain และ source คราวน%มาถงคาท�วา ” ทาอยางไรจงจะ

รวา FET ใชไดหรอไม” บางทานอาจจะตอบไดทนทวา ” กเอาไป เชคซ ” ถาตอบแบบน%ผเขยน

รสกวาจะเปน คาตอบท�ยยวนเกนไป ผเขยนมจดประสงคอยากจะใหผอานหรอชาง

อเลกทรอนกสท�วไป ไดรวธเชค FETไมใหชารดเสยหาย ผเขยนรวาชาง สวนมากจะเชค

ทรานซสเตอรแบบธรรมดา เปนทกคน และกแนใจวาสวนมากอกเชนกนท�ไมรวธเชค FETการ

เชค FET คอนขางจะยงยากกวาการเชคทรานซสเตอรแบบธรรมดา กอนเชคจะตองรขอมล

ตอไปน% เสยกอน คอ

1. FET น%นเปนแบบใด JFET หรอ MOSFET

2. ถาเปน JFET เปนแบบ N - Channel หรอ P - Channel

3. ถาเปน MOSFET เปนแบบ Enhancement หรอ Depletion

ขอควรระวงเปนพเศษกคอ อยาพยายามถอดประกอบหรอแตะตอง FET เวนแตวา FET น%นเปน

แบบJFET หรอ Insulated - gate - Protected MOSFET เพราะถาเปนแบบอ�น นอกจากท�กลาวมา

มาน%จะชารดเสยหายจากไฟฟา สถตไดงาย โดยเฉพาะเม�ออากาศแหง เชน ฤดหนาว แผงวงจรท�

มอปกรณพวกน%อยจะมปายเตอนตดไวเสมอ เพ�อใหผเก�ยวของไดระมดระวง จะมตวอกษร ”

ESD” เขยนบอกไวโดยมากจะมพ%นสเหลองตวอกษรสดา โดยเฉพาะ Uninsulated - gate -

Protected MOSFET แลว จะ

ชารดเสยหายทนทถาไมระมดระวงในการจบถอ แตเม�อจาเปนตองจบถอหรอถอด ประกอบเขา

ในวงจรแลว ตองเพ�มความระมดระวงดงน%

1. กอนท�จะประกอบลงในวงจรหรอขณะเกบรกษาไวหรอยงไมไดใชจะตองทาการลดวงจรทก

ขาใหถงกนหมดเสยกอน ดวยเหลกสปรงท�ตดมากบตว MOSFET จากโรงงานผผลต หรอดวย

แผนโฟมท�เปนตวนากไดหามใชพลาสตกแบบ ท�ทาใหเกดไฟฟาสถตไดงายเขามาใกลเปนอน

ขาด เชน สารจาพวกPolystyrene

2. ถาจะจบ MOSFET ออกจากวงจรดวยมอแลว มอจะตองสมผสอยกบศกยไฟฟาท�เปนดน (

ground)ตลอดเวลา ใชสายโลหะท�เปนตวนา เชน สายนาฬการดขอมอไวแลวตอสายท�เปนตว

นาไปคบกบground

3. ปลายหวแรงท�ใชบดกรจะตองตอลงดนดวยเสมอ และหวแรงควรเปนชนดท�ใชไฟ DC จะย�งด

หามถอดประกอบ MOSFET เขาในวงจรขณะมไฟเล%ยงอยตอไปน%จะเปนวธการเชค JFET และ

MOSFET แบบงายท�สด โดยจะเชคความตานทานทางตรง (

forward resistance) และความตานทานในทางกลบ ( reverse resistance) เทาน%น กเพยงพอท�จะร

วา FETน%นใชไดหรอไม

วธเชค FET

1. วดความตานทานทางตรงของ FET แบบ N - Channel โดยใชมาตรวดความตานทานท�ใช

แบตเตอร�กาลงดนต�า ใหต%งระยะไวท�ยาน Rx100 ตอข%วบวก (+) ของสายมาตรวดเขากบ gate ข%ว

ลบ (-) เขาท�drain หรอ source ถาเปนแบบ P - Channel ใหตอสายมาตรวดรงกนขามกบท�กลาว

มาแลว มาตรวดควรช% คาความตานทานท�ไมต�าจนเกนไป

2. วดความตานทานทางกลบของ JFET แบบ N - Channel โดยตอข%วลบ (-) ของสายมาตรวด

ความตานทานเขาท� gate ข%วบวก (+) เขาท� drain หรอ source มาตรวดควรช% คาความตานทานสง

มาก ( แสดงวาใชได) ถาช% คาต�าเกนไป แสดงวารอยตอในตว FET ร�วหรอลดวงจร ( แสดงวาใช

ไมได) ถาเปนแบบ P- Channel ใหตอสาย มาตรวดตรงขามกบท�กลาวมาแลววธเชค MOSFET

การวดคาความตานทานทางตรงและทางกลบ สามารถทาไดโดยใชมาตรวดความตานทานท�ใช

แบตเตอร�กาลงดนต�า การตอสานมาตรวดกเชนเดยวกบวธเชค JFET แตตองใชระยะยาน

Rx1000 หรอระยะสงสด MOSFET แบบ Insulated - gate - Protected จะมความตานทานทางเขา

สงมาก ฉะน%นมาตรวดจะช% คาความตานทานสงมาก ท%งคาความ ตานทานทางตรงและทางกลบ

(แสดงวาใชได) ถามาตรวดช% คาความตานทานต�าเกนไป แสดงวามการร�วของฉนวน ท�ก%น

ระหวาง gate กบ drain หรอ source ( แสดงวาใชไมได) จะเหนวาไมยากเลยท�จะเชค FETผเขยน

หวงเปนอยาง มากวา วธเชค FET แบบน% จะชวยใหชางอเลกทรอนกสท�สนใจทกทาน นาเอาไป

ใชประโยชนไดไมมากกนอยชนดและประเภทของ เฟตในปจจบนเฟตไดถกพฒนาใหสามารถ

ทางานและใชงานกบอปกรณหลายชนดมากข%น ตวเฟตเองกถกพฒนาใหมหลายประเภทและ

ชนดมากข%น เพ�อใหสามารถนาไปใชงานไดเฉพาะเจาะจงมากข%น เกดคณภาพและประสทธภาพ

ในการทางานมากข%น เฟตท�สรางมาใชงานแบงออกไดเปน 2 ประเภท ดงน%

• จงชนฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอร( Junction Field Effect Transistor ) หรอเรยกยอ ๆ วา เจเฟต (

JFET ) แบงออกไดเปน 2 ชนด คอชนดพแชนแนล ( P-Channel ) และชนดเอนแชนแนล ( N-

Channel )

• เมทอลออกไซดเซมคอนดกเตอรฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอร( Metal Oxide Semiconductor

FieldEffect Transistor ) หรอเรยกยอ ๆ วา มอสเฟต ( MOSFET ) แบงยอยออกไดเปน 2 แบบ

คอ

• ดพลชนมอสเฟต ( Depletion MOSFET ) หรอ D – MOSFET แบงออกได2 ชนดคอ P

แชนแนลและชนด N แชนแนล

• เอนฮานซเมนตมอสเฟต ( Enhancement MOSFET ) หรอ E – MOSFET แบงออกไดเปน 2

ชนดคอ ชนด P แชนแนล และชนด N แชนแนลเจเฟตชนดเอนแชนแนล

JFET ชนด N แชนแนลแบบเบ%องตน ประกอบดวยสารก�งตวนาชนด N เปนสารก�งตวนาตอน

ใหญและมสารก�งตวนาชนด P ตอนเลกสองตอน ประกอบรวมดานขาง ใชการตอเช�อมกนแบบ

แพรกระจาย

1. FET (Junction Field Effect Transistor)

หลกการควบคม JFET โดยจดไบอสยอนกลบท�ขา G – S น�นคอ จะไมมกระแสไหลท�ขา G เสมอ สาหรบ N – Channel ใหขา D มศกยสงกวาขา S และสาหรบ P – Channel ใหขา D มศกยต �ากวาขา S จะ เหนไดวา เม�อขา G – S ไดรบไบอสกลบทาใหเกด Depletion ข%นท�ชอง (Channel) เปนผลใหความนาไฟฟา เดรนกบซอรสมคาลดลง กระแสเดรนกจะมคาลดลง ถาไบอสกลบท�ขา G – S มากข%นจนกระท�ง กระแสโครนเทากบศนยพอด คาแรงดนไฟฟาไบอสกลบท�ขา G – S น% เรยกวา “Pinch Off Voltage” (VP) หรอ VGS (OFF) ขอควรระวงในการใช JFET คอ การปอนไบอสตรงท�ขา G – S ถากระแสน%นมคา สงเกนไป ทาใหรอยตอ P – N ระหวางขา G – S เสยหายได

รปท1 3.1 โครงสราง สญลกษณ และวงจรพDนฐานของ JFET ชนด N – Channel

3.2 กราฟลกษณะสมบตการโอนยายและลกษณะสมบตดานเดรนของ JFET ชนด N – Channel

รปท1 3.3 โครงสราง สญลกษณ และวงจรพDนฐานของ JFET ชนด P – Channel

รปท1 3.4 กราฟลกษณะสมบตการโอนยายและลกษณะสมบตดานเดรนของ JFET ชนด P – Channel

สมการ “Saturation Region”

IDSS = กระแสเดรน เม�อ VGS = 0

VP หรอ VGS (OFF) = คาแรงดน VGS ท�ทาให JFET หยดนากระแส สมการน%ใชเฉพาะยาน

อ�มตว โดยท�วไป JEFT แตละเบอรจะบอกคา VP และ IDSS ซ�งเรา สามารถนาไปเขยนกราฟ

ลกษณะสมบตการโอนยายไดโดยไมตองทาการทดลอง โดยใชสมการขางบน

ลกษณะสมบตทางดานเดรนท�นาสนใจคอ สมมตวา เม�อ VGS คงท�ไว แลวปรบคาแรงดนตก

ครอม ระหวางขา D – S เพ�มข%น กจะทาใหกระแสเดรนเพ�มข%น ซ�งลกษณะสมบตในชวงน% JFET

จะเหมอนกบ ตวตานทานคงท�ธรรมดาตวหน�งการทางานในยานน% เรยกวา “ยานโอหมมเตอร”

แตถาเพ�มแรงดนตกครอมขา

D – S ถงจด ๆ หน�ง และเพ�มตอไป กระแสเดรนจะไมเพ�มอก กลาวคอ มคาคงท� น�นคอ JFET

ทางานอย ในยานอ�มตวน�นเอง คาแรงดนตกครอมระหวาง D – S ท�เร�มทาให JFET ทางานใน

ยานอ�มตวเรยกวา “VDS (SAT)” เราสามารถหา VDS (SAT) ไดจาก VDS (SAT) = VGS – VP

ตวอยางการไบอส JFET

Fixed Bias

รปท1 3.5 Fixed Bias

VRE + VGS = VGC แต IG = 0 ทาให VRG = 0 ดวย VGS = VGG = -2 V (VGS ไดรบไบอสกลบ)

Self Bias

จาก เขยนกราฟการโอนยายของ JFET ไดดงน%

รปท1 3.5 Fixed Bias

เน�องจากเราไมทราบ VGS แตจากวงจร VGS = - ID RS นาไปสรางเสน Bias Line หา IDQ จาก

แกสมการจะได IDQ = 9.14 mA และ 95 mA ท� IDQ = 95 mA เปนคาท�ไมถกตองดงน%น IDQ =

9.41 mA และ VGSQ = - IDRS = -9.14 mA 200 Ω = -1.9 V

2. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)

เน�องจากมฉนวน (Insulated) ท�ทามาจาก SiO2 กนระหวางเกตกบชอง (Channel) จงเรยก

MOSFET อกหน�งช�อ คอ “Insulated Gate FET” (IGFET) และจากฉนวนท�ก%นน% เองทาใหไมม

กระแสไหลท�ขา G (Gate)

2.1 Depletion – Type MOSFET (DMOSFET)

2.1.1 DMOFET N - Channel

รปท1 3.6 โครงสราง สญลกษณ วงจรพDนฐาน

รปท1 3.7 กราฟลกษณะการโอนยาย กราฟลกษณะดานเดรน

หลกการทางาน

รป 3.8 การทางานใน Depletion – Mode

จากวงจร รป 3.8 เม�อ VGS เปนลบ ข%วบวกของ EGG จะดงอเลกตรอนอสระของซบสเตรทเขา

มา และผลกโฮลของซบสเตทไปอยบรเวณรอยตอของ N – Channel ขณะเดยวกนข%วลบของ

EGG จะสรางสนาม ไฟฟา ผลกอเลกตรอนอสระของ N – Channel ไปอยบรเวณรอยตอทาให

อเลกตรอนอสระของ N - Channel ขามรอยตอมารวมตวกบโฮลของซบสเตรท ทาให

อเลกตรอนอสระของ N – Channel มจานวนลดลง น�นคอ ค.ต.ท. ของ N – Channel จะสงข%น

กระแสเดรน ID กจะไหลเขาขา D ผาน N – Channel และออกมาท�ขา S ไดนอยลง

รปท1 3.9 การทางานใน Enhancement - Mode

จากวงจรรป 3.9 เม�อ VGS เปนบวก ข%วบวกของ EGG จะสรางสนามไฟฟาผลกโฮล (พาหะสวนนอย)

ของ N – Channel ไปอยบรเวณรอยตอ และข%วลบของ EGG จะผลกพาหะสวนนอย

(อเลกตรอนอสระ) ของสาร P ซบสเตรท ไปอยบรเวณรอยตอ ทาใหพาหะสวนนอยหรอ

อเลกตรอนอสระของสาร P (ซบสเตรท) ขามรอยตอไปรวมตวกบโฮลของ N – Channel ทาให

สภาพความนาของ N – Channel สงข%น (เพราะวาจานวนอเลกตรอนอสระมคามากข%น) กระแส

เดรน ID กจะไหลเขาขา D ผาน N – Channel และ ออกมาท�ขา S มากข%น จากหลกการดงกลาว

แสดงไดดง กราฟลกษณะสมบตโอนยาย สมการของกราฟลกษณะสมบต โอนยายจะเหมอน

ของ JFET คอ

2.1.2 DMOSFET P – Channel

รปท1 3.10 โครงสราง สญลกษณและวงจรพDนฐาน

รปท1 3.11 กราฟลกษณะสมบตการโอนยายและกราฟลกษณะสมบตดานเดรน

หลกการทางาน

DMOSFET P - Channel จะมหลกการทางานเชนเดยวกนกบ DMOSFET N – Channel โดยการ

ไบอสจะตรงขามกน กลาวคอ VDS จะมคาเปนลบ จงตองตอ VSS ดงรป น�นคอ เม�อ

DMOSFET P – Channel นากระแส จากวงจร ID จะอานคาไดเปนลบ โดยท� VGS จะอานคาได

เปนลบ โดยท�ถา VGS ม คาเปนลบ จะทาใหกระแสมประมาณมาก เม�อ VGS = 0 กระแสเดรน

จะเทากบ IDSS ถา VGS เปนบวกกระแส เดรนกจะลดลง จากรปเม�อ VGS = VP = 4 V ทาให

ID = 0 mA สาหรบสมการกจะมลกษณะเชนเดยวกนคอ

การคานวณเบDองตน

ตวอยางท� 1 จงเขยนลกษณะสมบตการโอนยายของ DMOSFET N – Channel เม�อมคา IDSS = 6 mA และ VP

= -3 mA และวงจร 3.12 หาคา VGS, ID , และ VDS

วธทา จาก

VGS -1.5 0 1.5 V

ID 10 5 0 mA

ตารางท1 3.3 เขยน Bias Line

รปท1 3.12 Bias Line

จากกราฟจะได VGS = - 0.15 V และ ID = 5.5 mA

VDS = 18 – ID 1.8 k – ID 300

VDS = 6.45 V

2.2 Enhancement – Type MOSFET (EMOSFET)

2.2.1 EMOSFET N - Channel

รปท1 3.13 โครงสราง สญลกษณและวงจรพDนฐาน

รปท1 3.14 กราฟลกษณะสมบตการโอนยาย กราฟลกษณะสมบตดานเดรน

หลกการทางาน

จากโครงสรางจะพบวา EMOSFET N – Channel จะไมมชองสาหรบกระแสไหลผาน ระหวาง

ขา Dc และขา S การควบคม ให EMOSFET นากระแส ทาไดโดยให VGS มคาเปนบวก (ขา G

มศกยไฟฟาสงกวาขา S และ SS) และใหขา D มศกยสงกวาขา S จากรป ก ข%วบวกของ EGG จะ

ตออยกบแทงโลหะของขา G ซ�งทา ใหอเลกตรอนอสระซ�งเปนพาหะสวนนอยของ P Substrate

มารวมกนท�บรเวณ SiO2 ท�ก%นระหวาง Substrate กบแทงโลหะขา G ซ�งอเลกตรอนอสระเหลาน%

จะทาหนาท�เปน Channel หรอเรยกวา “Induced Channel” ดงน%นกจะมกระแสเดรนไหลเขาขา D

ผาน Induced Channel และขา S ถาแรงดนท�ตกครอมขา G – S (VGS) นอยไป กระแสเดรนกจะ

ยงไมไหล จนกวา VGS จะมสงถงปรมาณคา ๆ หน�ง เรยกวา “Threshold Voltage” (VT) กจะให

มกระแสเดรนไหลผานได (ดไดจากกราฟลกษณะสมบตการโอนยาย) ความสมพนธ ของ ID กบ

VGS สามารถเขยนไดดงน% ID = β( VGS - VT)2 (แตกตางจาก DMOSFET และ JFET) β คอ

คาคงท�ซ�งข%นอยกบโครงสรางของ EMOSFET ถาเราทราบวา VT และ ID(ON) และ VGS(ON)

กจะทราบคา C ได ID (ON) และ VGS(ON) คอ คา ID และ VGS คาหน�งบนกราฟลกษณะ

สมบตการโอนยาย สาหรบลกษณะ ดานเดรน การท�จะทาให EMOSFET ทางานยานอ�มตวน%น

จะตองทาให VDS VDS(SAT) ซ�ง VDS(SAT) = VGS - VT

2.2.2 EMOSFET P - Channel

รปท1 3.15 โครงสราง สญลกษณและวงจรพDนฐาน

รปท1 3.16 กราฟลกษณะสมบตการโอนยายและกราฟลกษณะ

หลกการทางาน

จะมหลกการทางานเหมอนกบ EMOSFET N – Channel โดย VGS มคาเปนลบ (จะทาใหเกด

Induced P – Channel ได) และ VDS มคาเปนลบ สมการตาง ๆ กใชเหมอนกนทกประการ

MOSFET

มอสเฟต (องกฤษ: metal–oxide–semiconductor field-effect transistor: MOSFET) เปน

ทรานซสเตอร ท�ใชอทธพลสนามไฟฟาในการควบคมสญญาณไฟฟา โดยใชออกไซดของโลหะ

ในการทาสวน GATE นยมใชในวงจรดจตอล โดยนาไปสรางลอจกเกตตางๆเพราะมขนาดเลก

โครงสรางของ MOSFET

MOSFET ประกอบดวยสามสวน คอ

� GATE เปนสวนท�ทามาจากออกไซดของโลหะ โดยสรางใหเกดความตางศกยตกครอมระหวางแผนสองแผนเพ�อ สรางสนามไฟฟาเพ�อควบคมการเขาออกของสญญาณไฟฟา

� SORCE เปนสวนขาเขาของสญญาณ

� DRAIN เปนสวนขาออกของสญญาณ

ประเภทของ MOSFET

� N MOS (negative MOSFET) เปนทรานซสเตอรประเภท NPN เม�อมความตางศกยเปนบวก (สนามไฟฟาแรง) สญญาณไฟฟาจงจะไหลจาก sorce ไป drain ได

� P MOS (positive MOSFET) เปนทรานซสเตอรประเภท PNP เม�อมความตางศกยต �าหรอเปนลบ (สนามไฟฟาออน) สญญาณไฟฟาจงจะไหลจาก sorce ไป drain ได

สญลกษณในทางดจตอล

MOSFET ในทางดจตอลถกมองวาเปนสวตซ โดย nMOS จะเปนสวตซท�เม�อสญญาณเขาเปน "1" สวตซกจะปด ถาไมสวตซกยงเปดอย (normal opened switch) สวน pMOS จะเปนสวตซท�เม�อสญญาณเขาเปน "1" สวตซกจะเปด ถาไมสวตซกจะปดอย (normal closed switch) และสญลกษณท�วไปจะมสามขา ขากลางเปน gate สวนอกสองขาคอ sorce และ drain โดยใชใน nMOS เปนหลกเพ�อส�อสญลกษณเดยวกบทรานซสเตอรท�วไปคอ ไฟขา base ไหล ขา Collector จะตอกบ Emittor สวน pMOS กจะใส bubble ท�ขา gate การทางานของ MOSFET

� nMOS เม�อปลอยความตางศกยสง จะเกดสนามไฟฟาในทศลงอยางแรง โฮลใน p-type จะถกผลกลงมาอยดานลาง (ตามรปท�ประกอบขางบน) ประกอบกบมอเลกตรอนอสระบางสวนถกดดข%นไปดานบน สงผลใหบรเวณดานบนมอเลกตรอนอสระมากจนเปน n-type ไดเรยกวา channel สญญาณไฟฟากจะไหลผานชวง channel น% ซ� งเปน n-type เหมอนกบ drain และ sorce ไดโดยใชอเลกตรอนอสระเปนพาหะ

� pMOS จะทางานกลบกบ nMOS โดยเม�อปลอยความตางศกยต �า (โดยมากมกจะตดลบ) จะเกดสนามไฟฟาในทศข%นอยางแรง อเลกตรอนอสระใน n-type จะถกผลกลงมาอยดานลาง ประกอบกบมโฮลบางสวนถกดดข%นไปดานบน สงผลใหบรเวณดานบนมโฮลมากจนเปน

� p-type ไดเรยกวา channel สญญาณไฟฟากจะไหลผานชวง channel น% ซ� งเปน p-type เหมอนกบ drain และ sorce ไดโดยใชโฮลเปนพาหะ

มอสเฟท (MOSFET)

มอสเฟทจะแบงออกเปน 2 ชนด คอ ด พลช�น (Depletion) และ เอนชานซเมนต (Enhancement)

แตละประเภทยงแบงออกเปน 2 แบบ คอ แบบแชนแนล n และ แบบแชนแนล p

มอสเฟทประเภท ดพลช�นหรอดมอสเฟท (D-MOSFET) ท%ง 2 แบบจะทางานได 2 โหมด คอ

โหมด (Depletion Mode) และ โหมดเอนฮานเมนต (Enhancement Mode) กลาวคอ ถาจาย

แรงดนลบใหกบดมอสเฟทแชนแนล n จะทางานในโหมดดพลช�น แตถาจายแรงดนบวกจะ

ทางานในโหมดเอนชานซเมนต สวนดมอสเฟทแชนแนล p กจะทางานคลายกนเม�อ ไดรบ

แรงดนท�มข%วตรงขามกบแบบแชนแนล n

มอสเฟทประเภทเอนชานซเมนตหรออมอสเฟท (E-MOSFET)มโครงสรางบางอยางคลายกบ

มอสเฟทแบบดพลช�น แตจะทางานไดเฉพาะโหมดเอนชานซเมนตเทาน%น

ดมอสเฟทแบบแชนแนล n

โครงสรางของดมอสเฟทแบบแชนแนล n เปนดงรป

ดมอสเฟทแบบแชนแนล n ประกอบข%นจากแผนผลกฐาน p (p-substrate) ท�เปนสารก�งตวนาทา

จากซลกอนข%ว D และข%ว S ตอกบบรเวณท�มการกระตนหรอโดยใหเปนบรเวณสารก�ง

ตวนา n (n-doped region) ท%งสองสวนน%จะเช�อมกบแชนแนล n สาหรบข%ว G จะตอกบวสดผว

นอกท�เปนโลหะโดยมซลคอนไดออกไซด (SiO2) ก%นแชนแนล n กบข%ว G (ซลคอนได

ออกไซดเปนฉนวนประเภทไดรอเลคทรค) เม�อมสนามไฟฟาจายเขามาท�ช%นของ SiO2 กจะสราง

สนามไฟฟาตานและสรางช%นฉนวน

ข%นภายในตวเองเพ�อก%นข%วเกทกบแชนแนล แสดงวา ไมมการตอโดยตรงระหวางข%ว G กบ

แชนแนลของมอสเฟท ข%นท�เปนฉนวน SiO2 จะทาให Zi มคาสงตามความตองการได

นอกจากน%บางคร% งจะตอแผนผลกจากฐานเขากบแหลงจายจงมข%วเพ�มข%นมา เรยกวา ข%วผลกฐาน

SS (Substrat : SS) ทาใหม ข%วเพ�มเปน 4 ข%ว และจากขางตน จงสรปความหมายของคาวา MOS

ในช�อมอสเฟท (ทรานซสเตอรสนามไฟฟาโลหะออกไซดสารก�งตวนา) ไดดงน%

- โลหะ (Metal, M) หมายถง บรเวณสาหรบการตอข%ว D, S และ G กบวสดผวนอก

- ออกไซด (Oxide, O) หมายถง ซลคอนไดออกไซด ( SiO2 )

- สารก�งตวนา (Semiconductor, S) หมายถง โครงสรางพ%นฐานในบรเวณแพรกระจายของ

สารก�งตวนาชนด p และสารก�ง ตวนาชนด n

การทางานและคณสมบตเบDองตน (Basic Operation and Characteristics )

กาหนดให VGS ในรป (a) มคาเปนศนย แลวจาย VD ท�ข%ว D และ S ข%ว D สามารถดงดด

อเลกตรอนอสระ (e) ผานแชนแนลn

และทาใหกระแส ID = IS = IDSS ไหลผานแชนแนล n ได (คลายกบการไหลของ

กระแสไฟฟาในแชนแนลของเจเฟสขณะ VGS = 0 V)

ถาจาย VGS ท�มคาเปนลบใหกบข%วเกท (รป b) เชน -1 V ความตางศกยท�ข%วเกทจะผลกดนให

อเลกตรอนอสระเคล�อนไปยง

แผนผลกฐาน p และดงดดโลหะจากแผนผลกฐาน p ทาใหอเลกตรอนและโลหะรวมตวกนใหม

(Recombination Process) จงเกดการลดจานวน

อเลกตรอนอสระในแชนแนล n ท�มไวสาหรบการนากระแส เม�อมคา VGS เปนลบมากเทาใดก

จะเกดการรวมตวกนใหมมากข%นเทาน%นและ

อเลกตรอนอสระท�แชนแนล n กจะมจานวนลดลง จงกลาวไดวาถา VGS เปนลบมากข%น ID จะ

มคานอยลง เขยนเปนคณลกษณะได

ดงรปตอไปน% การทางานขณะ VGS เปนลบน% เราเรยกวา การทางานในโหมดดพลช�น

ถาจาย VGS ท�มคาเปนบวกใหกบข%วเกทความตางศกยท�ข%วเกทจะดงดดอเลคตรอนจาก ผลกฐาน

p มายงบรเวณช%น SiO2 ทาให

พาหะนากระแสและสภาพนากระแสของแชนแนลเพ�มข%น ดงน%นกระแส ID จงเพ�มข%นจนมคา

มากกวา IDSS การทางานขณะ VGS

เปนบวกน% เราเรยกวา การทางานในโหมดเอนÎานซเมนต

ดมอสเฟทแบบ แชนแนล p

โครงสรางของดมอสเฟทแบบแชนแนล p มลกษณะตรงขามกบรปของดมอสเฟท

แบบแชนแนล n คอประกอบดวยแผนผลก

ฐาน n และแชนแนล p ดงรป

จากการเปรยบเทยบคณลกษณะของดมอสเฟทแบบแชนแนล กบดมอสเฟทแบบแชนแนล p

(ตามรป b และ c) เราพบวา ทศทางของกระแสข%วแรงดนตาง ๆ กลบกนทาใหคณลกษณะ

กลบกนดวย ID จะเร�มเพ�มข%นจากจด Cutoff ท� VGS = Vp และขณะท� VGS ม คาเปนบวกลดลง

ID จะเพ�มข%นจนถง IGSS และเพ�มอยางตอเน�องจนเลยคา IGSS เม�อ VGS มคาเปนลบเพ�มข%น

ยงคงใชสมการของชอคเลย ไดแต ควรระวงเคร�องหมาย VGS และ Vp ในสมการใหถกตอง (คอ

จะตองมเคร�องหมายเปนบวก)

สญลกษณ (Symbols)

สญลกษณของดมอสเฟทแบบแชนแนล n และ p เปนดงรป

ถาสงเกตใหดจะเหนวา สญลกษณส�อความหมายถงโครงสรางแทจรงของอปกรณ ชองวาง

ระหวางข%ว G กบข%ว D (ท�ตอกบข%ว S) แสดงวาไมมการตอกนโดยตรงระหวางข%วท%งสาม

เน�องจากมฉนวนกนท�ข%ว G สวนข%วผลกฐาน SS ในมอสเฟท บางคร% งม บางคร% งไมม จงเขยน

สญลกษณไดท%ง 2 แบบ คอ กรณท�มข%ว SS และในกรณไมมข%ว SS ในการวเคราะหลาดบตอไป

มก จะไมมข%ว SS ดงน%น สญลกษณท�อยขางลางจะเปนสญลกษณท�ใชท�ว ๆ ไป

อมอสเฟทแบบแชนแนล n

โครงสรางเบ%องตนของอมอสเฟทแบบเชนแนล n เปนดงรป

อมอสเฟทแบบเชนแนล n ประกอบข%นจากแผนผลกฐาน p ท�เปนสารก�งตวนาทาจากซลคอน ข%ว

D และข%ว S ตอกบ บรเวณท�มการกระตน n โดยผานวสดผวนอกท�เปนโลหะ นอกจากน%บางคร% ง

จะตอแผนผลกฐาน p เขากบแหลงจายจง มข%ว SS เพ�มข%นมาคลายกบดมอสเฟทถาสงเกตรป ให

ดจะเหนไดวาไมมเสนทางเช�อมหรอไมมแชนแนล (no-channel) ระหวางบรเวณท�มการกระตน

n ท%ง 2 แหง น�คอความแตกตางเบ%องตนระหวางโครงสรางของอมอสเฟทและดมอสเฟท

การทางานและคณลกษณะเบDองตน

กาหนดให VGS = 0V และจาย VDS ท�มคาเปนบวกใหกบข%ว S กบข%ว D โดยข%ว SS ตอรวม

กบข%ว S ดงรป จะเกดจากไบอสกลบท�รอยตอ p-n (บรเวณท�มการกระตน n กบผลกฐาน p)

[เน�องจากไมมเสนทางเช�อม หรอ แชนแนลระหวางข%ว D

และข%ว S ทาใหเกดการตานการไหลของอเลกตรอน] กระแส ID=0 แตกตางจาก ดมอสเฟทและ

เจเฟทซ�งม ID=IDSS

ถาจาย VDS และVGS ท�มคาเปนบวกดงรป ทาใหข%ว D และข%ว G มความตางศกยเปนบวกการท�

ข%ว G มความตางศกยเปน บวกน%จะผลกดนใหโหละในผลกฐาน p เขาไปสบรเวณภายในผลก

ฐาน p และดงดดอเลกตรอนในผลกฐานp (เปน พาหะขางนอยรวมตว

อยในบรเวณใกลกบผวของ SiO2) ซ�งมคณลกษณะเปนฉนวนและปองกนอเลกตรอนไมให

ดงดด ไปยงข%วเกท ขณะท� VGS เพ�มข%น การรวมตวของอเลกตรอนใกลกบช%นของ SiO2 กเพ�ม

มากข%นตามลาดบขณะเดยวกนบรเวณท�มการ กระตน n เกดการเหน�ยวนาจากแรงดง VGS ทาให

มอเลกตรอนหรอ ID (มทศทางตรงขามกบอเลกตรอน)ไหลระหวาง ข%ว D กบข%ว S ระดบ VGS

ทาให ID ไหลเราเรยกวา แรงดนเรสโทลด (Threshold Voltage;VT) ในสเปคกาหนดให VT เปน

VGS( Th )

ถาเพ�ม VGS ใหสงข%น ID กจะเพ�มข%นดวย แตถา VGS มคาคงท� และ เพ�มคา VDS จะทาให ID

ถงจดอ�มตว (เชน เดยวกบดมอสเฟท) เน�องจากข%วบวกของ VDS ดงดดอเลกตรอน จงจะทาให

ปลายของชองทางเหน�ยวนาบรเวณใกลข%ว D แคบลง

ใกล [Pinch-Off (Beginning)] ดงรป (a) เม�อนา KVL มารวมพจารณา จะไดแรงดนไฟฟา

ระหวางข%ว D กบข%ว G (VDG)

ดงน%

VDG = VDS - VGS-------------------- สมการท� 1

ถากาหนดให VGS = 8 V และ VDS = 2 V กจะได VDG = -6 V แตถาเพ�ม VGS เปน 5 V คา

VDG จะเปน -3 V (ตาม สมการท� 1 ) การลดลงของ VDG ทาใหแรงดงดด ( จากข%วบวกของ

VDS ) ท�มตออเลกตรอนอสระในบรเวณชองทางเหน�ยวนาลดลง

ดวย ทาใหชองทางเหน�ยวนาแคบลง ถาความกวางของชองทางดงกลาวลดลงเร�อย ๆ จนกระท�ง

ถง ID กจะถงจดอ�มตว ดงท�ไดอธบายในดมอสเฟท คณลกษณะของข%วเครนของมอสเฟทใน รป

(a) เปนดงรป (b) ขณะ VT = 2 V ท� VGS = 8 V ทาใหเกด VDS อ�มตว (VDSsat) = 6 V ทา

ใหไดความสมพนธระหวาง VDSsat กบ VGS ดงน%

VDSsat = VGS - VT ----------------------- สมการท� 2

สมการท� 2 ทาใหทราบวา เม�อ VT คงท�และ VGS ย�งสงข%นเทาใด VDSsat กย�งสงข%นเทาน%น ใน

รป (b) ขณะท� VT เปน 2 V ณ ตาแหนงน% ID = 0 mA ดงน%นจงทาใหทราบวา ถา VGS มคาต�า

กวา VT คา ID ของ อมอสเฟทจะเปนศนยหรอไมมกระแสไหลน�นเอง

ถาคา VGS เพ�มข%นจาก VT เปน 8 V จะทาใหระดบการอ�มตวของ ID เพ�มข%นจาก 0 mA เปน 10

mA แตเน�องจากชวง ของ VGS มระยะหางไมเทากน ดงน%น ID ท�เพ�มข%น จงมความสมพนธกบ

VGS ในลกษณะไมเปนเชงเสนดงสมการตอไปน%

ID = k (VGS –VT ) 2 ------------------------ สมการท� 3

เม�อ k เปนคาคงท�ของโครงสรางอมอสเฟท ซ�งหาคาไดจาก

k = ID (on) / ( VGS (on) - VT )2 --------------------สมการท� 4

เม�อ ID(on) และ VGS(on) เปนกระแสและแรงดนท�ทาใหเกดจดเฉพาะคณลกษณะของมอสเฟท

สมมตแทนคา ID(on) = 10 mA ขณะ VGS = 8 V ลงในสมการท� 4 จะได k = 0.278 * 10-3

A/V2 แทนคา k ในสมการท� 3 เพ�อหาคา ID สาหรบคณลกษณะในรป (b) โดยสมมต VGS = 4

V จะได ID = 1.11 mA สาหรบการวเคราะหไฟฟากระแสตรงของอมอสเฟท จะใชคณลกษณะ

ถายโอนดงรปตอไปน%ในการแกปญหา

ภาพถายโอนในรป แตกตางจากถายโอนท�กลาวในตอนตน ๆ เพราะวาอมอสเฟทแบบ

แชนแนล n จะม ID เพ�มข%นไมไดจนกวา VGS = VT สมมตวาเราจะเขยนถายโอนท�ม k =

0.5*10-3 A/V2 และ VT = 4 V เม�อนาสมการท� 3 มารวม

พจารณา จะได ID = 0.5*10-3( VGS - 4 V )2

อมอสเฟทแบบแชนแนล p

โครงสรางของอมอสเฟทแบบแชนแนล p มลกษณะตรงขามกบแบบแชนแนล p

กลาวคอ ข%ว D และข%ว S ตอกบผลกฐาน n และบรเวณท�มการกระตน p(p-doped regions) แตข%ว

ของแรงดนและทศทาง

กระแสตรงขามกบแบบแชนแนล n นอกจากน% คณลกษณะของเคอรฟถายโอน กจะแสดงคาท�

ดานตรงขาม

สญลกษณ (Symbol)

สญลกษณของอมอสเฟทแบบแชนแนล p และแชนแนล n เปนดงรป

จะเหนไดวาสญลกษณแสดงโครงสรางแทจรงของอปกรณเสนประเช�อมระหวาง ข%ว D กบ ข%ว S

แสดงวาไมม

แชนแนลระหวางข%วท%งสอง (ขณะไมไดรบการไบอส) ซ�งเปนความแตกตางประการเดยว

ระหวางสญลกษณของดมอสเฟทกบอมอสเฟท

พยท ( PUT)

โปรแกรมเมเบลยนจงช1นทรานซสเตอร (PROGRAMMABLE UNIJUNCTION

TRANSISTOR) หรอยอ ๆ วา พยท (PUT) เปนอปกรณจาพวกสารก�งตวนาท�จดอยในกลมของ

โทรสเตอร PUT มคณสมบตท�ดกวา UJT หลายอยางตามช�อของตวมนคอ สามารถโปรแกรม

และกาหนดคาได

โครงสรางและสญลกษณ ของพยท

PUT เปนสารก�งตวนาชนด 4 ตอน PNPN มโครงสรางเบ%องตนเหมอนกบ SCR มขาตอ

ออกมาใชงาน 3 ขา คอ สารชนด P ตอนนอกเปนขาแอโนด (A) สารชนด N ตอนนอกเปนขา

แคโถด (K) และสารชนด N ตอนในเปนขาเกท (G) โครงสรางและสญลกษณของ PUT แสดงดง

รปท� 5.1

รปท1 5.1 แสดงโครงสรางและสญลกษณของ PUT

นอกจากโครงสรางและ สญลกษณจะคลายกน SCR แลว PUT ยงมวงจรสมมลยท�เขยน

ออกมาไดคลายกบ SCR แตกตางเพยงขา G ถกตอออกจากขา B ของทรานซสเตอร PNP

รปท1 5.2 วงจรสมมลยของ PUT

ถงแมวาท%งโครงสราง สญลกษณ และวงจรสมมลย จะคลายกบ SCR แตหลกการทางาน

และหลกการใชงานจะเหมอนกบ UJT โดยนาไปใชในวงจรรแลกเชช�นออสซลเลเตอรได

เหมอนกบ UJT และมขอดกวา UJT ตรงท�สามารถกาหนดอนทรซก สแตนออฟ เรโซ (n) ได

จากแรงดนภายนอกจากตวตานทาน หรอจากวงจรตวตานทาน

เปรยบเทยบวงจรทางานของ พซยทและยเจท

รปท1 5.3 เปรยบเทยบวงจรคลายกนระหวาง UJT กบ PUT

จากรปท� 5.3 เปนการเปรยบเทยบวงจรคลายคลงกนระหวาง UJT กบ PUT ในวงจรรปท� 5.3 (ก)

เปนวงจรสมมลยของ UJT ประกอบดวย RB1, RB2 เปนความตานทานภายในตว UJT และ

ไดโอดท�เกดข%นตรงรอยตอ PN สวนวงจรรปท� 5.3 (ข) ทรานซสเตอร Q1, Q2 ตอวงจรตามรป ม

ขาออกมา 3 ขา คอ ขา A, ขา K, และขา G เปนวงจรสมมลยของ PUT และตอ R1, R2 เพ�มเขาไป

เพ�อให PUT มคณสมบตในการทางานเหมอน UJT โดยเขยนขาออกมา 3 ขา โดยเทยบแตละขา

ไดเหมอนของ UJT เม�อ UJT ทางานความตานทานของ RB1 จะลดลงอยางรวดเรว โนทานอง

เดยวกนเม�อ PUT นากระแสคาความตานทานระหวางขา C และขาE ของ Q2 จะลดคาต�าลงจน

เกอบลดวงจร ทาใหคาความตานทาน R1 ท�ตอขนานอยมผลไปดวยคณสมบตตวหน�งของ UJT

ท�สาคญคอคา n เปนคาท�ถกกาหนดจากคาความตานทาน RB1 และ RB2 เขยนเปนสมการได

ดงน%

n = RB1/RB1+RB2 ……………(5.1)

คา n น%จะถกกาหนดในรายละเอยดของ UJT แตละเบอร จะมคาอยในยานหน�ง เชน 0.56~0.75

หรอ 0.7 ~0.85 คาเหลาน% เปนคาท�ถกกาหนดมาไมสามารถเปล�ยนแปลงได นอกจากน%นคา RBB

เปนคาท�ไดจากผลบวกของ RB1+RB2 กจะถกนามาในยานหน�ง เชน 4.7KeV~9.1KV ไม

สามารถเปล�ยนแปลงได ถาเปนตว PUT เราสามารถควบคมคา RBB และn ไดในชวงท�ตองการ

โดยการกาหนดคา R1 และ R2 เขยนเปนสมการไดดงน%

RBB = R1+R2 …………….(5.2)

n= R1/R1+R2 .....…. (5.3)

จากสมการดงกลาวทาใหคา RBB และ n เปนคาท�สามารถควบคมและกาหนดไดจากผใช ชวย

ทาใหการทางานมประสทธภาพมากข%นการจายไบอสให PUT ทางาน

รปท1 5.4 วงจร PUT จรงท1ตอใชงาน

จากรปท� 5.4 เปนวงจร PUT จรง ท�ตอใชงาน คอ R1 ปรบเปล�ยนคาไดเพ�อจายไบอสใหขา

A มศกยตกครอม PUT เปน VA และ R2, R3 เปนวงจรแบงแรงดนจายไบอสใหขา G มศกยตก

ครอมขา G เปน VG สามารถหาคาแรงดนตกครอม VG ในขณะกระแสเกท (IG) = 0 ไดดงน%

VG = (R3/R2+R3)VBB

VG = nVBB ……………(5.4)

เม�อ n = R3/R2+R3 ...………(5.5)

แรงดนท�ตกครอมขา A กบขา K หาไดจากสมการดงน%

VA = VD+VG ……………(5.6)

น�นคอคาแรงดนสงสดท�จะมผล ทาให PUT ทางาน หาไดจากสมการดงน%

VP = VD+VG

เม�อ VD = แรงดนตรงรอยตอของไดโอด Si มคาประมาณ 0.7V

VG = nVBB

VP = 0.7+nVBB ………...…(5.7)

หรอ VP = 0.7+VG

สมการตาง ๆ ก�กลาวมาจะคลายกบสมการของ UJT ในบทท� 4 เน�องจากคณสมบตในการทางาน

ของ PUT คลายกบคณสมบตของ UJT น�นเอง

รปท1 5.5 วงจรสมบรณมลยของเทฟวนนท1ขDวตอขา G ตามรปท1 5.4

จากรปท� 5.5 เปนวงจรสมมลยของเทฟวนนท�ข%วตอขา G ตามรปท� 5.4 จะเขยนแทน

ผลรวมของ R2 และ R3 ดวย RS และเขยนแทนแรงดนท�ตกครอมขา G (VG) ดวยแรงดน VS

สามารถเขยนเปนสมการไดดงน%

Rs = R2R3/R2+R3 ……………..(5.8)

VS = nVBB ..……………(5.9)

กราฟคณสมบตของพยท

รปท1 5.6 วงจรทดสอบเพ1อหากราฟคณสมบตของ PUT

รปท1 5.7 กราฟคณสมบตของ PUT แสดงความสมพนธระหวาง VA และ IA

จากรปท� 5.7 เปนกราฟคณสมบต�ของ PUT แสดงความสมพนธระหวาง VA กบ IA จาก

กราฟถกแบงสภาวะการทางานออกเปน 3 ชวงคอ ชวงไมทางาน ชวงความตานทานเปนลบ และ

ชวงทางานอธบายไดดงน% กราฟชวงไมทางาน เปนกราฟชวงท�เร�มจายแรงดนใหท�ขา A คอย ๆ

เพ�มข%นจากคาไปหาคาสง ในชวงน%ตว PUT ยงไมทางานความตานทานระหวางขา A และ ขา K

สง ทาใหมคากระแสไหลผาน PUT ต�ามาก มเพยงกระแสร�วซมไหลผาน PUT เลกนอย ตองเพ�ม

แรงดน VA ให PUT ถงคาแรงดน VP

กราฟชวงความตานทานเปนลบ เปนกราฟชวงท�จายแรงดน VA ให PUT ถงคาแรงดน VP

หรอ คาแรงดนท�ทาให PUT เร�มทางาน กระแสไหลผาน PUT ชวงน% เรยกวากระแส IP คาความ

ตานทานในตว PUT เร�มลดลง ทาใหมกระแส IA ไหลผาน PUT มากย�งข%นเปนลาดบ คาความ

ตานทานในตว PUT จะลดลงจนถงคาต�าสด มแรงดนตกครอม PUT เทากบ VV และมกระแส

ไหลผานเทากบ IV ในชวงน%ย�งเพ�มแรงดน VA ให PUT จะย�งทาให PUT มคาความตานทานใน

ตวลดลง มเพยงกระแสไหลผานมากข%น

กราฟชวงทางาน เปนกราฟชวงท�ถอวา PUT ทางาน เร�มจากจดท�แรงดนตกครอม PUT

เทากบ VV และกระแสไหลผาน PUT เทากบ IV หลงจากชวงน% เปนตนไปถาย�งเพ�มแรงดน VA

ให PUT มากข%นอก จะมแรงดนตกครอม PUT เพ�มข%นอกเลกนอย แตละกระแสไหลผาน PUT

เพ�มข%นอก จนถงคาแรงดน VF จะมกระแสไหลผาน IF ซ�งถอวาเปนชวงอ�มตวของ PUT

รายละเอยดและขดจากด ของ PUT

1. กระแสร�วซมจากการไบอสกลงระหวางเกทกบแอโนด (IGAO) เปนคากระแสร�วซมท�

ไหลจากขา G ไปยงขา A ของ PUT โดยไบอสท�จายเปนไบอสกลบ และขา K เปดลอยไว

2. กระแสร�วซมจากการไบอสกลบระหวางเกทกบแคโถด (IGKS) เปนคากระแสร�วซมท�

ไหลจากขา G ไปขา K ของ PUT โดยไบอสท�จายเปนไบอสกลบ ขณะท�ขา A ถกซอนตกลง

กราวนด

3. กระแสแอโนดท�จดยอด (IP) เปนกระแสแอโนดท�ทาให PUT เร�มทางาน สามารถท�จะ

ควบคมกระแส IP ไดโดยเลอกคา RS ท�เหมาะสม

4. กระแสแอโนดท�จดต�าสด (IV) เปนคาของกระแสแอโนดท�อยระหวางสภาวะชวงความ

ตานทานเปนลบ และสภาวะทางาน สามารถท�จะควบคมกระแส IV ไดเชนเดยวกบคา IP

5. แรงดนออฟเซท (VT) เปนผลตางของแรงดนท�แอโนดขณะกาลงเร�มนากระแสซ�งเรยกวา

VP กบแรงดนท�ขา G(VS)

6. แรงดนท�แอโนดและแคโถดชวงทางาน (VF) เปนแรงดนในสภาวะท� PUT ทางานในชวง

อ�มตว

รปท� 5.8 ตาแหนงขาตาง ๆ ของ PUT

ขอควรระวงในการใชพยท

1. แรงดนระหวางขา A กบขา K คาสงมคาประมาณ 6 40V

2. แรงดนไบอสกลบท�ขา G กบขา A คาสงสด โดยจายแรงดนตามรปท� 5.9 มคาประมาณ

40V

3. แรงดนระหวางขา G กบขา K คาสงสด แบงออกเปน 2 สวนคอ สวนท�แรงดนขา G มศกย

เปนบวก เทยบกบขา A มคาประมาณ+40V และสวนท�แรงดนขา G มศกยเปนลบเทยบกบขา A

มคาประมาณ –50V โดยท�วไปการจายแรงดนท�ขา G กบขา K น% ไมนยมใหขา G มศกด� เปนลบ

เม�อเทยบกบขา K

4. กระแสแอโนดสงสด มกจะเปนกระแส มการไหลเปนชวงแบบไมตอเน�อง

5. กระแสแอโนดแบบตอเน�อง จะเปนคากระแสแอโนดขณะไบอสตรง โดยไหลผานตว

PUT แบบตอเน�อง มกจะบอกคาสงสดไว

6. กระแสเกทแบบตอเน�อง มกจะบอกคากระแสเกทขณะไบอสตรงคาสงสดไวโดยไหล

แบบตอเน�อง ท�ไมทาให PUT ชารดเสยหาย

7. การสญเสยกาลงงาน เปนคากาลงงานท�สญเสยไปของ PUT ในขณะท� PUT ทางาน

วงจรรแลกเซช1นออ สซลเลเตอรใชพยท

วงจรรแลกเซช�นออสซลเลเตอร เปนวงจรกาเนดความถ�รปฟนเล�อย และรปพลซ

(ก) วงจรรแลกเซช�นออสซลเลเตอรใช PUT

รปท� 5.9 วงจรและรปสญญาณของรแลกเซช�นออสซลเลเตอร

จากรปท� 5.9 (ก) เปนวงจรรแลกเซช�นออสซลเลเตอร โดยใช PUT เปนตวกาเนดความถ�

R1 C1 เปนวงจรกาหนดคาเวลาคงท� เพ�อจายไบอสตรงใหขา A ทาให PUT ทางาน R2 และ R3

เปนวงจรแบงแรงดน R3 เปนไบอสตรงใหขา G R2 ทาหนาท�จากดกระแสท�จะไหลผาน PUT

เม�อวงจรทางานจะทาใหไดสญญาณออกเอาทพทท�จดตาง ๆ ตามรปท� 5.9 (ข) อธบายไดดงน% เม�อ

เร�มจายแรงดน VBB เขาวงจร จะมแรงดนตกครอม R3 จายเปนแรงดน VG ไบอสใหขา G ของ

PUT ตว PUT ยงไมทางาน เน�องจาก C1 ยงไมไดประจแรงดน ทาใหขา A ยงไดรบไบอสกลบ

ตวเกบประจ C1 เร�มประจแรงดนไวบนบวกลางลบ คอย ๆ จายศกยบวกใหขา A มากข%น

จนกระท�ง C1 ประจแรงดนถงคาแรงดน VG+VD หรอ VG+0.7V เปนคาแรงดนท�ขา A เร�ม

ไดรบไบอสตรง PUT ทางาน ทาใหคาความตานทานระหวางขา A กบขา K ลดลงอยางรวดเรว

C1 จะคายประจผาน R4 แรงดนท�ประจไวของ C1 ลดลง PUT จะนากระแสจนกวามกระแสไหล

ผานนอยจนไมสามารถนากระแสได PUT จะหยดนากระแส C1 จะเร�มประจแรงดนใหมอกคร% ง

การทางานจะเปนเชนน%ตลอดเวลา

ตวตาน ทาน R1 จะเปนตวกาหนดการประจของ C1 ใหชาหรอเรว คาความตานทาน R1 หาได

จากสมการดงน%

VBB-Vp/Ip>R1> VBB-Vv/Iv …………………(5.10)

ยเจท (UJT)

ยเจท (UJT) ยอมาจาก “ย นจงช�น ทรานซสเตอร” (UNIJUNCTION TRANSISTOR)

เปนอปกรณสารก�งตวนาท�มโครงสรางเปนสารก�งตวนาชนดเอน (N) แทงหน�งแลวทาการตอข%ว

เขาท�ปลายของสารก�งตวนาน%น จากน%นนาแทงสารก�งตวนาชนดพ (P) มาตอใหเกดรอยตอท�

บรเวณตรงกลางแทงสารก�งตวนาชนดเอน (N) คอนไปทางบนเลกนอย ตรงรอยตอสารก�งตวนา

ชนดเอน (N) และสารก�งตวนาชนดพ (P) จะเสมอนกบเปนไดโอดตวหน�งและตอขาออกจาก

ปลายท%งสาม โดยขาท�ตอออกจากสารก�งตวนาชนด P จะเปนขาอม ตเตอร (E) สวนขาท�ตอ

ออกจากแทงสารก�งตวนาชนด N ท�ใกลกบสารก�งตวนาชนด P เรยกวาขาเบส2 (B2) และขาท�

เหลอคอ ขาเบส1 (B1) การใชงานจะเปนตวกาเนดสญญาณไปกระตนเอสซอารหรอไทร

แอค

แสดงโครงสรางและสญลกษณของยเจท

แสดงวงจรเทยบเทาของยเจท

UJT : เปนอปกรณท�ทาหนาท�กระตน (Triger) ใหกบ SCR หรอ TRIAC และยงใชงานในวงจร

ผลตความถ� (OSC) วงจรกาเนดสญญาณ ฟนเล�อย วงจรควบคมเฟส วงจรหนวงเวลา

ก. สญลกษณ UJT

ข. โครงสรางของ UJT

ค. วงจรสมมลย

ง. การไบอส

การให BIAS B2 ใหมศกด� (+) เม�อเทยบกบขา B1

มกระแส IE ไหลหรอม (VP = VD + VA) UJT จะทางาน

คา RBB สภาพ OFF สง ประมาณ 5K ถง 10 KOhm ทาใหสญเสยกาลงงานนอย

มกระแสทรกต�ามากเพยง 2-10 uA

RBB : INTERBASE RESISTANCE

RBB = RB1 + RB2 ................( 1 )

RBB ~ 5K - 10KOhm

RB1 > RB2

RB1 : VARIABLE เปล�ยนคาได 5K ถง 50 โอหม

RB2 : FIXED คงท�

* RBB เปล�ยนคาตามอณหภม อณหภมสงข%น RBB เพ�มข%น ประมาณ 1% / ◌C

VBB = VB1 + VB2 ................( 2 )

INTRINSIC STAN-OFF RATIO

n = อตา (ETA)

n = RB1 / (RB1+RB2) = RB1 / (RBB ................( 3 )

IE = 0

VA = VRB1 = nVBB ................( 4 )

VA = nVBB = (RB1 x RBB) / RBB ................( 5 )

IE = 0

VP = VD + VA ................( 6 )

VP = VD +n VBB ................( 7 )

* VP เปนแรงดนสงสดท�ทาให IE ไหล UJT ทางาน

POWER DISSIPATION (การสญเสยกาลงงาน)

VP = (VBB)2 / RBB ................( 8 )

คณสมบต ของ UJT

วงจร ทดสอบ

CHARACTERISTIC OF UJT

กราฟ แสดงความสมพนธ VE และ IE

กาหนดให

RBB = ความตานทาน ภายในของ UJT ระหวางขา B2 - B1 (RBB = RB1 + RB2) ประมาณ 4K -

10Kohm

VBB = แรงดนตกครอมขา B2 และ B1

n = อตราสวนอนทรนซก สแตนออฟ อยระหวาง (0.5 - 0.75)

VE -

VP = เปนแรงดนปอน ใหขา E จนทาให DIODE ทางาน (VP = VD + VA)

VD = เปนแรงดนตกครอม DIODE ประมาณ 0.35 - 0.7 V ใน UJT

IE = กระแสท�ขา E ของ UJT มไมเกน 50 mA PEAK ประมาณ 2A

IE0 = คากระแสไบอสกลบท�ขา E จาก B2 ไป E โดย B1 เปดวงจร

VV = เปนแรงดนต�าสด (VOLLAY POINT) ระหวางขา E กบ B1

IV = คอคากระแสท�ไหลในขณะท�แรงดน ขา E มคา VV (4 - 6 mA) min ---->

IP = คอคากระแสท�ขา E ในขณะแรงดนมคา VP (0.4 - 5 uA)

การนา UJT ไปใชงาน

วงจร RELAXATION

R3 : LOAD

[R3 ~ 0.28 RBB / nVBB] -------> ปกนไมนยมตอ R3 ซ�งทาให I ไหลนอยลง

CURRENT LIMITER

[R3 ~ 0.015 VBB RBBn]

R3 ~ 0.7 VRBB / nVBB] : R3 << R3

หาคา R1 จากกราฟ

[VR1 + VE = VBB]

IR1 x R1 = VBB - VE

R1(max) = (VBB - VE) / IR1

(VBB - VP) / IP

Rmax < (VBB - VP) / IP ...............( * )

AT THE VOLLAY POINT IE = IV AND VE = VV

VBB = IR1R1 + VE ---------------- (1)

VBB = IVR1 + VV ---------------- (2)

[R1(min) = (VBB - VV) / IV] ---------------- ( * )

R1(min) > (VBB - VV) / IV ---------------- ( * )

VBB - VP) / IP > R1 > VBB - VV) / IV ---------------- ( * )

VP = VD + [{(RB1 / R2) VBB} / (RBB + R2)] )

VP ~ VD +n VBB

V0 ขณะ UJT "OFF" (หาแรงดนจากการแบงแรงดน DEVIDER)

V0 ขณะ UJT "ON"

[V0(max) = VR2 = (R2 x VA) / (RRB1 + R2) ]

V0(max) = [R2 x (VP - VD)] / (RRB1 + R2) ---------------- ( * )

รป คล1นแรงดนของวงจร

R2(max)<= VGK(min) / IBB ---------------- ( * )

ถา R2 มคามากไป แรงดนตกครอมจะทาให SCR "ON" ตลอดเวลา เพราะฉะน%น ตองต�ากวา

VGK(min) จาก RBB >> (R2 + R3) ; เม�อ UJT "ON" RBB ลดลง IBB จะเพ�มข%น เพราะฉะน%น

R2(max) ~ [ VGK(min) x RBB] / VBB ---------------- ( * )

EXAMPLE

IF VBB = 25 V , VGK(min) = 0.3 V , n = 0.6 , RBB = 4 KOhm จงหา R2(max) , R3

SOLOTION

[R2(max) ~ [ VGK(min) x RBB] / VBB]

[R2(max) ~ (0.3V x 4K) / 25V = 48 Ohm

R3 ~ 028 RBB / nVBB = (0.28 x 4K) / (0.6 x 25) = 74.6 Ohm

การหาคา ความถ1ในวงจร RELAXATION OSC

จากรปคล�น C สามารถกาหนดไดดงน%

VC (CHARGE)

= VV + [(VBB - VV)(1 - et/RC)]

= VV + [(VBB - VV) -(VBB - VV)et/RC]

= VBB - (VBB - VV)et/RC

เม�อ VC = VP , t = t1

และ [VP = VBB - (VBB - VV)et/RC]

หรอ [(VP - VBB) / (VBB - VV) = -et/RC

และ [et/RC = (VBB - (VP) / (VBB - VV)]

ทาให e หมดไปโดยการใช loge หรอ ln

logee-t/RC = loge[(VBB - (VP) / (VBB - VV)]

[-t1/R.C] = loge[(VBB - (VP) / (VBB - VV)]

ทา ( - ) ใหหมดไป

t1 = RC ln[(VBB - (VV) / (VBB - VP)] ---------------- ( 1 )

เวลาระหวาง t1 ---> t2

VC(discharge) = VPe-t/RC

VC = VPe-t/(RB1+RB2)C

ให t1 เทยบเปน t = 0

(VC = VV) , ให (t = t2)

VV = VPe-t2/(RB1+RB2)C

VV / VPe = e-t2/(RB1+RB2)C

e-t2/(RB1+RB2)C = VV / VPe

เพราะฉน%น ทา e ใหหมดไปโดยใช loge

logee-t2/(R

B1+R

B2)C = logeVV / VP

-t2 = (RB1+RB2) .C ln(VV / VP)

ทา ( - ) ใหหมดไป กลบเศษ ln เปนสวน

t2= (RB1+RB2) .C ln(VP / VV) ...............( 2 )

จาก

T = t1 + t2

และ

FOSC = 1/T = 1/t1 + t2 .............( * )

ถาให

t1 >> t2 เพราะฉน%น T ประมาณ t1

T = RC ln[(VBB - VV) / (VBB - VP)]

เม�อ

VBB >> VV

T = RC ln[VBB / (VBB - VP)]

หารดวย VBB

T = RC ln{ 1 / [1 - (VP / VBB)]}

จาก n = VP / VBB

เพราะฉน%น

T ~ RC ln[1 / (1 - VBB)] ..............( 3 )

หรอ

f ~ 1 / { RC ln[ 1 / (1 - n)]} ................( 4 )

คาบเวลา

T = RC ln[ 1 / (1 - n)] ................( 1 )

หรอ

T = 2.3 RC log10[1 / (1 - n)] ................( 2 )

ถา n = 0.63 จะได ln[1 / (1 - n)] ~ 1

T ~ RC ................( 3 )

สาหรบ UJT # 2N2646 , # 2N2647

R3 ~ 10,000 / nVBB ................( 4 )

สาหรบ UJT # 2N489 , # 2N1671A , # 2N2160

R3 ~ [0.4 RBB / n VBB] + { [1 - n) . R2] / n } ................( 5 )

ถาม R3 หาคา R2 ไปทรก SCR ไดจาก

[R2 / (R3 + RBB + R2)] x VBB <= VGT(min) ................( 6 )

ไอซตDงเวลา 555 (555 Timer IC )

ไอซต%งเวลา 555 เปนไอซท�ทาหนาท�กาเนดสญญาณตามเวลาท�ออกแบบไว โดยสามารถ

กาหนดไดดวยตวอปกรณภายนอก ไอซต% งเวลา 555 สามารถกาเนดสญญาณ อะสเตเบ%ล

(Astable) โมโนสเตเบล (Monostable) และประยกตใชงานดานอ�นๆ ท�เก�ยวกบการต%งเวลาไดด

ไอซต%งเวลา 555 วงจรต%งเวลาท�มความเท�ยงตรงคอนขางสง จาเปนตองใชวงจรโมโนสเต

เบล ซ� งสวนมากนยมใชไอซเบอร 74121,74122,74123 อยางไรกตาม การควบคมการจดชนวน

(Trigger) ของสญญาณอนพตไอซตระกล 74 สามารถกระทาไดยาก และมเง�อนไขมาก แตถา

การหนวงเวลานานกวาคร� งนาท และโหลดตองการกระแสจะตองใชเวลาเบอร 555

ในการใชงานของวงจรโมโนสเตเบล (Monostable) จะแบงเปน 2 สภาวะ คอสภาวะท�

คงท� และสภาวะท�ไมคงท� โดยปกตวงจรโมโนสเตเบล จะอยในสภาวะคงท� จนกวาจะมสญญาณ

จดชนวนเขามากระตน จากน%นเอาทพตจะเปล�ยนสภาวะจากเดม เกดการหนวงเวลาดวยคาของ

เวลาท�แนนอน และกลบเขาสสภาวะปกตเชนเดม

ไอซท�นยมนามาสรางเปนวงจรต%งเวลาไดดท�สดเบอรหน� งคอ ไอซเบอร 555 เพราะม

คณสมบตในการหนวงเวลาท�ด และนานพอสมควร

1.คณสมบตของไอซ 555 แตละขา

1.1 ขา1 กราวด(Ground)

1.2 ขา 2 ทรกเกอร (Trigger) เปนขาท�มความไวหรอแรงดนท�มคา 1/3 ของแหลงจาย

Vcc และจะเกดการจดชนวนของอนพต ทาใหเอาทพตเปล�ยนจากระดบต�าเปนระดบสง

โดยท�วไปความกวางของพลซท�จะมาจดชนวนอนพตไดน%นตองมคาเวลา มากกวา 1 uS ข%น

ไป หลงจากจดชนวนอนพตแลว ทาใหเกดการหนวงเวลาของสญญาณหลายไมโครวนาท ซ� ง

จะทาใหไดคาความกวางต�าสดมคา 10 uS ขนาดของแรงดนท�เหมาะในการจดชนวนน% มคา

ระหวาง + Vcc และกราวด สาหรบกระแสจดชนวนท�ตองการน%นมคา 500 uA

1.3 ขา 3 เอาทพต (Output) แรงดนเอาทพตท�เกดข%นสาหรบเอาทพตระดบสง ม

ศกยไฟฟาต�ากวา +Vcc ประมาณ 1.7 v สาหรบเอาทพตระดบต�าน%น จะข%นอยกบแลงจายไฟท�

ปอน เชน ท� +Vcc= 5 V เอาทพต ระดบต�าจะมคาประมาณ 0.25V ท� 5 mA และท� +Vcc =15V

เอาทพตระดบต�าจะมคาประมาณ 2 V ท� 100mA

1.4 ขา 4 รเซต (Reset) เม�อตองการใหเอาตพตอยในระดบต�า ตองปอนศกยไฟฟาท�ขาน%

ประมาณ 0.7 V โดยกระแสซงกมคา 0.1 mA คาของเวลาประวงในการทาใหเอาตพตเปล�ยนเปน

ระดบต�ามคา 0.5 ตS ซ� งคาน% เปนคาเปนคาต�าสดของความกวางของพลสท�จะมาควบคมขาน% ใน

กรณทไมตองการใชขาน%กควรตอเขากบ +VCC

1.5 ขา 5 กระแสซงก ท�เขามาขาน%สามารถรบไดใกลเคยงกบเอาตพต ดงน%นคาแรงดนท�ม

คา 2/3 +VCC ซ�งเปนแรงดนระดบสงท�ใชในการเปรยบเทยบ ปกตในการทางานขาน%จะไมถกใช

แตควรใชตวเกบประจคา 0.01ตF ตอลงกราวดเพ�อไมใหถกรบกวนจากสญญาณรบกวนขณะ

ทางาน

1.6 ขา 6 เทรสโฮล (Threshold) ถาศกยไฟฟาท�ขาน% สงถง 2/3 ของ+ Vcc จะเปนระดบท�

มความไวตอการเปล�ยนแปลง คอจะทาใหสภาวะเอาทพตเปล�ยนแปลงจากระดบสงและระดบต�า

1.7 ขา 7 ดสชารจ (Discharge) ขาน% ตอกบขาคอลเลกเตอร ของทรานซสเตอรซ� งอย

ภายในตวไอซ โดยขาอมเตอรตอวงกราวด ทรานซสเตอรน% จะทาหนาท�กาหนดเวลาของระดบ

เอาทพต ถา เอาทพตอยในระดบต� า ทรานซสเตอรน% จะมความตานทานต� า ในขณะท�

ทรานซสเตอรมความตานทานต�า ตวเกบประจจะสามารถคายประจผานทรานซสเตอรน%ได

1.8 ขา 8 ไฟเลDยง (+Vcc) ตองการแหลงจายไฟตรงท�มศกยบวก มคาอยระหวาง 5 โวลท

ถง 15 โวลท แมวาจะทางานในชวงแรงดนท�ตางกน แตละชวงของเวลาทางานท�เปล�ยนไปยงคง

มคานอยมาก คอ รอยละ 0.1 ตอการเปล�ยนแปลงแรงดน 1 โวลท

การทางานของวงจรท% งแบบโมโนสเตเบล (Monostable) และแบบอะสเตเบล

(Astable)ทรานซสเตอรตวน% จะทาหนาท�เปนสวตซ เพ�อควบคมการเกบประจและคายประจ ตว

ตานทานและตวเกบประจเปนตวกาหนดเวลาเม�อทรานซสเตอรทางานในภาวะ อ�มตวศกยไฟฟา

ท�ขา 7 น% มคา 100 mA ท�กระแสซงก 5 mA หรอนอยกวา เม�อทรานซสเตอรทางานสภาวะออฟ

จะมกระแสไหลผานขา 7 น%ประมาณ 20 nA คณสมบตของขา 7 น% เปนตวจากดคาของตวเกบ

ประจและตวตานทาน คอจะตองมคาไมมากจนเกนไป เพราะกระแสท�ร�วไหลผานตวตานทาน

มาประจ (Charge) ท�ตวเกบประจ ตองมคามากกวากระแสร�วไหลของทรานซสเตอร(Transistor)

2.วงจรอะสเตเบลโดยใชไอซ 555

t1 = 0.693(Rt1+Rt2)Ct t2 = 0.693Rt2Ct

T = 0.693(Rt1+2Rt2)Ct

เม1อ t1 = ชวงเวลาท1มคามาก (ON) t2 = ชวงเวลาท1มคานอย (OFF)

T = เวลารวมทDงหมด (t1+t2)

3.การทางานของวงจร

1. เม�อปอนแหลงจาย +VCC เขาวงจรจะมกระแสไฟฟาสวนหน�งไหลผาน Rt1และ Rt2

มาประจท� Ct ทาใหแรงดนท�ตกครอม Ct มคาสงข%นจนถง 1/3 ของแหลงจาย +Vcc ขา 2 ซ� งม

ความไวตอแรงดนน% จะจดชนวน ( Trigger ) ทาใหเอาทพต เปล�ยนจากระดบต�า ( Low ) เปน

ระดบสง ( High ) ทนท

2. แรงดนท�ตกครอม Ct จะมคาสงข%นเร�อยจนมระดบแรงดน 2/3 ของแหลงจาย +Vcc ขา

6 ซ�งมความไวตอแรงดนน% จะตรวจจบทาใหเอาทพท เปล�ยนจากระดบสงเปนระดบต�าและเปน

ผลทาใหขา 7 มความตานทานต�า Ct จะคายประจผาน Rt2 ท�ตออยกบขา 6 มความไวตอระดบ

ของศกยไฟฟาขนาดน%ดวย จงทาใหเอาทพท เปล�ยนจากระดบต�าเปนระดบสงอกคร% ง

3. การท�เอาตพต ( Output ) เปล�ยนจากระดบของศกยไฟฟาต�าเปนระดบสงทาใหขา 7 ม

ความตานทานสงตวเกบประจ Ct ประจ ผาน Rt1 และ Rt2 ใหมอกคร% งซ� งท%งหมดน%กเปนหน�ง

รอบของการทางาน

4.การเลอกใชตวตานทานและตวเกบประจในวงจรตDงเวลา

1. กาหนด Rt ไมใหมคาต�ากวา 10k เพราะตองการประหยดพลงงานและไมตองการให

ความกวางของพลซแคบเกนไป

2. คาต�าสดของตวเกบประจมคา 100 PF น%นกาหนดข%นมาเพ�อปองกนผลท�อาจจะเกด

จากความจคาง

3. คาสงสดของ Rt กาหนดจากระแสร�วไหลของเทรสโฮล (Treshole) รวมกบกระแส

ร�วไหลท�ขาดสชารจ (Dischage) และกระแสร�วไหลของตวเกบประจดงน%นการกาหนดคา ของ

Rt ตองทาใหกระแสไหลผานมคามากกวากระแสเทรสโฮล รวมกบกระแสร�วไหลท�ขาดสชารจ

และกระแสร�วไหลท�ตวเกบประจอยางนอย 1 เทา (สาหรบวงจรท�ตองการความเท�ยงตรงสงควร

มคามากกวา 100 เทา)

4. คาสงสดของตวเกบประจถกจากดอยท�คากระแสร�วไหลไมใชคาความจ แตคาของ

กระแสร�วไหลน%นข%นอยกบชนดของตวเกบประจและการใชงานดวย โดยท�วไปตว

5. สาหรบงานโดยท�วไป สมประสทธ� ตออณหภมของตวตานทานท�ใชควรใชอยในชวง

200 ถง 500 ppm/C ท%งชนดคารบอนและคารบอนฟลม ใชคาผดพลาด ถง รอยละ10

6. สาหรบงานท�ตองการความเท�ยงตรงสง ตวตานทานควรใชชนดฟลมโลหะ ท�มคา

ความผดพลาด ถง รอยละ 5 สมประสทธ� ตออณหภมมคา 25 ถง 100 ppm/C

7. โดยท�วไปตวตานทานท�ใชมกมคาอยระหวาง 100 โอหม ถง 1 เมกะโอหม แตถา

ตองการใชคาความตานทานสงมากกวาน%น ควรใชตวตานทานท�มความแนนอนละเสถยรภาพ

ตออณหภมด ซ�งหาไดยากและราคาแพง

8. ตวตานทานท�ใชกาหนดคาเวลา ควรหลกเล�ยงการใชตวตานทานชนดปรบคาได

โดยเฉพาะอยางย�งแบบคารบอน ถาจาเปนตองใชใหอยในชวงแคบๆ เพราะวามคาสมประสทธ�

ตออณหภมสง ในกรณท�ตองการใหปรบไดชวงกวาง ควรใชตวตานทานชนดปรบคาไดแบบ

เซอรเมต แตถาใชตวตานทานชนดน% จะมคาความตานทานต�า ในกรณแหลงจายไฟมคามาก ไม

ควรใหตวตานทานชนดน% รบพลงงานเกน 1 ใน 5 ของอตรากาลงท�จะทนได

9. ตวเกบประจไมควรใชขนาดใหญ และควรใชคาผดพลาดไมเกนรอยละ 5 มกระแส

ร�วไหลต�า มสมประสทธ� ตออณหภมต�า และไดอเลกตรกมการดดกลนด

ตวเกบประจท�มกระแสร�วไหลต�าน%น สามารถประจไฟฟาจากแหลงจายกระแสคงท� ท�ม

คา 1 uA ได ซ�งหมายความวากระแสร�วไหลของตวเกบประจเอง มคานอยกวาแหลงจายกระแสท�

จายใหตวเกบประจ ซ�งจะตองนอยกวาตลอดเง�อนไขของแรงดนขณะทางาน

10. ตวเกบประจจะตองสามารถประจและคายประจได เม�อปลายข% วท% งสองตอถง

กน ไดอเลกตรกตองไมเกบพลงงานคางขณะทาการประจ ซ� งถามการเกบพลงงานไวหลาย

เปอรเซนตแลว จะเปนผลเสยในการต%งเวลา คอเวลาท�ต%งจะไมเร�มจากศนย ควรหลกเล�ยงการใช

ตวเกบประจท�มไดอเลกตรกดดกลนสง ในวงจรต%งเวลาซ� งรวมท%งตวเกบประจชนดกระดาษ,

เซรามคและไมกาบางชนด ซ� งมการดดกลนของไดอเลกตรกสงถงรอยละ 3 ถง 5 ตวเกบประจท�

ควรใช ไดแก พลาสตกฟลม , โพล�สไตรน ,โพล�คาบอเนต สาหรบตวเกบประจชนดโพล�คาบอ

เนตมการดดกลนของไดอเลกตรกนอยกวา รอยละ 1 และตวเกบประจชนดโพล�สไตรน หรอ

พารล�รน จะมการดดกลนของไดอเลกตรกนอยกวารอยละ0.1 สาหรบตวเกบประจท�มไดอเลก

ตรกแบบเทฟลอนย�งเหมาะกบวงจรต%งเวลา แตราคาคอนขางแพง

10.1โพล�สไตรน(Polystyrene) ถอวาเปนไดอเลกตรกท�ดท�สด เม�อเทยบกบความเช�อถอ

และราคา แตมขอจากด คอ สามารถใชกบอณหภมท�ไมเกนกวา 85 องศา และคาตวเกบประจไม

เกน 1 uF คาความผดพลาดไมเกนรอยละ 1 คาสมประสทธ� ตออณหภมเปนเชงเสน ซ� งทาให

สามารถทาการชดเชยโดยใชเทอรมสเตอรไดถาจาเปน

10.2 พาล�รน (Palyrene) เปนตวเกบประจท�มไดอเลกตรกเหมอนยเน�ยนคารไบต มคา

ต%งแต 0.001uF คาผดพลาดไมเกนรอยละ 1 คาผดพลาดรอยละ 0.5 คาสมประสทธ� ตออณหภม

เปนเชงเสนมคา 200 30 ppm/C ใชงานท�อณหภม -55 c ถง 125 c

10.3 โพล�คาบอเนต (Polycabonate) เปนตวเกบประจท�สามารถใหคาความจได หลาย

10uF คาสมประสทธ� ตออณหภมไมเปนเชงเสนเทากบตวเกบประจชนดโพล�สไต รน หรอพาล�

รน ซ� งไมสามารถชดเชยไดงาย สาหรบการทางานในชวงอณหภม 0c ถง 70 c ไมจาเปนตองทา

การชดเชย คาผดพลาดของตวเกบประจชนดน% รอยละ 1

11. ตวเกบประจชนดอเลกโทรลตรก (Electrolytic Capacitor) ไมควรใชเน�องจากมคา

ผดพลาดมากเสถยรภาพไมด ยกเวนจะใชในวงจรท�ไมตองการความแนนอน แทนตาอเลกโทรล

ตก (Tanta Electroly Capacitor) สามารถใชงานในวงจรต%งเวลาไดด แตตองอยในชวงอณหภม 0

ถง 50 c การทางาน อาศยแรงดน จะชวยควบคมกระแสร�วไหลสาหรบตวเกบประจชนดน% เพราะ

กระแสของตวเกบ ชนดน% มคาหลายไมโครแอมป ซ� งจาเปนตองลดชวงของการใชงานของตว

ตานทานลง

5.ไอซเบอร 555 ท1ใชในการคา

ไอซเบอร 555 ท�ใชในทางการคาจะใชทางานในชวงอณหภมระหวาง 0 0 C ถง 70 0C ในการต%งเวลาอยางงายโดยใชวงจรโมโนสเตเบ%ล หาคาบเวลาโดยใชสมการ T = 1.1

RtCt ซ�งจะมคาความผดพลาดรอยละ 1 ( ไมรวมคาความผดพลาดอนเกดจาก Rt , Ct ) สวน

วงจรอะสเตเบ%ลมคาความผดพลาดประมาณรอยละ 2 สาหรบวงจรโมโนสเตเบ%ล ผลจากการ

เปล�ยนแปลงอณหภมทาใหเวลาผดพลาดไป 50 ppm/0C หรอรอยละ 0.005/0C สวน

วงจรอะสเต เบ%ลผดพลาดประมาณ 150 ppm/0C และผลของการเปล�ยนแปลงแรงดนท�ปอน

ใหกบวงจรสามารถทาใหเวลาผดพลาดไป รอยละ 0.1/V กระแสเอาตพตท%งซงกและซอรสม

คา 20 mA ไอซเบอร 555 น% กนกระแสประมาณ 3 mA ท� 5 V หรอ 10 mA ท� 15 V ( ไมรวม

กระแสโหลด )

อยางไรกตามยงมไอซเบอร 755 ซ�งมไอซต%งเวลาแบบซมอส สามารถใชแทนไอซต%ง

เวลาเบอร 555 ไดโดยตรงในวงจรเกอบท%งหมด แตมขอดเหนอกวาไอซเบอร 555 ดงน%

1. กนไฟนอยกวามาก คอ ดงกระแสในภาวะปกตไมมากกวา 0.3 mA ( 555 ดงกระแส

ไมมากกวา 15 mA )

2. ใชไดกบแรงดนไฟเล%ยงไดกวางมาก คอ จาก +2 V ถง +18 V ( 555 ใชไดกบ +4.5 V

ถง +15 V )

3. ใชงานเปนวงจรอะสเตเบ%ล ( Astable ) ไดกบความถ�สง ไดไมนอยกวา 500 KHZ

4. อนพตท%งหมดเชน ขาทรกเกอร ( Tigger ) ขารเซต ( Reset ) ขาเทรสโฮล (

Tresshold) ดงกระแสนอยมาก คอ เพยงประมาณ 0.02 เทา น%น ( 555 ถงประมาณ 2

) จงทาใหใชคาความตานทานและตวเกบประจในสวนต%งเวลาไดสงมาก ดงน%นจงสามารถ

ออกแบบวงจรต%งเวลาไดนานกวา 555 ธรรมดามาก

5. ระหวางการเปล�ยนแปลงสภาวะของเอาตพต ( Output ) จะดงกระแสเสรจจาก

แหลงจายไฟนอยมาก คอ เพยง 2 – 3 mA เทา น%น ดงน%นจงไมจาเปนตองมตวเกบประจตอท�

ขา 5 และครอมไฟเล%ยงเพ�อรกษาแรงดนใหคงท�ดงเชน วงจร 555 ท�วๆไป จงสามารถประหยด

ตวเกบประจไปได 2 ตวเลยทเดยว และไมเกดสญญาณไปรบกวนมาก อยางไรกตามเวลาใชงาน

ไอซ 555 กตองระวงเชนเดยวกบไอวซมอสอ�นๆ คอ อยาใหแรงดนอนพต ( V ) ท�ขา

ตางๆ ในภาวะใดๆ มคาสงกวาแรงดนไฟเล%ยงท�กบตวไอซเกนกวา 0.3 V และไมต�ากวา - 0.3

V มฉะน%นไอซจะเสยหายไดและถาเปนไปไดควรเปดไฟเล%ยง วงจรไอซเบอรน% ไวกอนจะปอน

แรงดนอนพตเขาท�ขาตางๆ ของไอซดวย

ไอซเรกกเลเตอร (IC Regulator)

1.เรกกเลเตอรแบบขนาน (Shunt Regulator)

การทางานของวงจรเรกกเลเตอรแบบขนานดงรปท� 1 โดยมแรงดนอนพท VIN จายใหกบ

วงจร มตวตานทาน RS ทาหนาท�ในการจากดกระแสท�จะไหลผานวงจรท%งหมด ตวตานทานท�

ปรบคาได RP จะทาการปรบคาเองโดยอตโนมตเพ�อใหแรงดนท�เอาทพทคง ท�ตลอด สมการของ

แรงดนเอาทพท VO = VIN – RS (IO + IP)

รป ท� 1 แสดงแผนผงการทางานของเรกกเลเตอรแบบขนาน

ตวอยางของวงจรประเภทน%ไดแกวงจรเรกกเลเตอรท�ใชตวตานทานตอกบซ เนอรไดโอด

ซ�ง RP ในท�น%กคอซเนอรไดโอดน�นเอง

2. เรกกเลเตอรแบบอนกรม (Series Regulator)

หลกการทางานของเรกกเลเตอรแบบอนกรมน% แสดงในรปท� 2 โดยมการจายแรงดนท�ยง

ไมไดมการเรกกเลทไปยง RP โดย RP จะปรบคาความตานทานของตวเองไดอตโนมต ทาใหเกด

แรงดนตกครอมท� RP คาหน� ง จะไดแรงดนเอาทพทเทากบ แรงดนอนพทลบดวยแรงดนตก

ครอมในตวเรกกเลเตอร ซ� งผลของการปรบคา RP ท�ถกตอง กจะทาใหไดแรงดนเอาทพทตามท�

ตองการ และจากหลกการทางานของเรกกเลเตอรชนดน% เองท�ไดนามาประยกตทาเปนไอซ เรก

กเลเตอรเบอรตางๆ ท%งเบอร 78XX เบอร 79XX และ อ�นๆ อก

รป ท� 2 แสดงแผนผงการทางานของเรกกเลเตอรแบบอนกรม

3. แผนผงวงจรพDนฐานของเรกกเลเตอรแบบอนกรม

แผนผงวงจรพ%นฐานของเรกกเลเตอรชนดน% สามารถแบงออกได 3 ภาค ดงแสดงในรปท�

3 ประกอบไปดวย

1.วงจรแรงดนอางอง (Voltage Referent) ซ� งเปนสวนท�เปนอสระตอท%งอณหภมและ

แรงดนท�จายใหกบเรกกเล เตอร

2.วงจรขยายความผดพลาด (Error Amplifier) ทาหนาท�คอยเปรยบเทยบแรงดน ระหวาง

แรงดนอางองและสดสวนของแรงดนเอาทพท ท�ปอนกลบมาท�ขาอนเวอรต%งของออปแอมป

3.ซรสพาสทรานซสเตอร (Series Transistor) ทาหนาท�จายกระแสเอาทพทใหเพยงพอ

กบความตองการองโหลด

เม�อปอนแรงดนอนพทใหกบไอซเรกกเลเตอร แรงดนเอาทพทจะถกปอนมายงอนพท

โดย R1 และ R2 ทาหนาท�เปนวงจรแบงแรงดน ซ� งแรงดนท�ตกครอม R2 จะเปนสดสวนกบ

แรงดนท�เอาทพท วงจรขยายความผดพลาดจะทาหนาท�รกษาสดสวนของแรงดนอางองกบ

แรงดนท�ตก ครอม R2 ใหเทากน

ถาแรงดน VR2 มากกวา VREF วงจรขยายความผดพลาดจะลดระดบการขยายสญญาณ

เอาทพท ทาใหทรานซสเตอรจายกระแสลดลงเปนผลใหแรงดนเอาทพทท�จายใหโหลดลดลง

ดวย

ถาแรงดน VR2 นอยกวา VREF วงจรขยายความผดพลาดจะเพ�มระดบการขยายสญญาณ

เอาทพท ทาใหทรานซสเตอรจายกระแสเพ�มข%น เปนผลใหแรงดนเอาทพทท�จายใหโหลดเพ�มข%น

ดวย

รป ท� 3 แสดงแผนผงวงจรพ%นฐานของเรกกเลเตอรแบบอนกรม

4.ไอซเรกกเลเตอรสามขาชนดจายแรงดนคงท1

ไอซเรกกเลเตอรภายในประกอบดวยวงจรเรกกเลเตอรแบบอนกรม มขาตอใชงาน 3 ขา

ประกอบดวยขา อนพท เอาทพท และกราวด ซ� งจะจายแรงดนคาใดคาหน�งโดยเฉพาะ โดยรวม

เอาสวนของวงจรปอนกลบท�ประกอบดวย R1 และ R2 ดงรปท� 3 เขาไวเปนสวนหน�งของไอซ

ซ�งจดน% น�เองท�แตกตางไปจากไอซเรกกเลเตอรท�ปรบคาได

รป ท� 4 แสดงการตอไอซเรกกเลตอรใชงานแบบงายๆ

จดเดนของไอซเรกกเลเตอรคาคงท�น% คอ สามารถตอวงจรไดงายไมตองตออปกรณ

ภายนอกเพ�มเตมมากนก ตวอยางวงจรการใชงาน ดงแสดงในรปท� 4 ในการตอวงจรบางคร% ง

จาเปนตองตอไอซเรกกเลเตอรหางจากแหลงจายไฟ อนพทเกน 5 เซนตเมตร จงควรใสตวเกบ

ประจอเลกทรอไลต ขนาดประมาณ 10 ไมโครฟารด สกตวไวดานอนพท เพ�อปองกนการเกดออ

สซลเลตท�ความถ�สง ซ�งจะทาใหวงจรขาดเสถยรภาพ เอาทพทท�ออกจากไอซเรกกเลเตอร จะได

แรงดนเอาทพทท�เรยบพอสมควรอยแลว แตอาจจะใสตวเกบประจท�มคาประมาณ 100 ไมโคร

ฟารด เพ�อชวยปรบปรงแรงดนใหเรยบข%น ถงแมวาแรงดนไอซเรกกเลเตอรชนดน%จะใหแรงดน

เอาทพทคงท� มเบอรใหเลอกแรงดนเอาทพทไดคงท�หลายเบอรเชน 5 V, 5.2 V, 6V, 8V, 10V,

12V, 15V, 18V และ 24V กระแสเอาทพทต%งแต 10 มลลแอมปถง 3 แอมป และมใหเลอกท%ง

ชนดเรกกเลเตอรไฟบวกและเรกกเลเตอรไฟลบ

รป ท� 5 แสดงตาแหนงขาของ IC Regulator เบอร 78xx และ 79xx

ตารางสรปรวมเบอรไอซเรกกเลเตอร

เบอร แรงดน

เอาทพท

อณหภม

รอยตอ*

กระแส

เอาทพท

สงสด

(mA)

กระแส

สงสดเม1อ

มโหลด

(mA)

แรงดน

อนพท

แรงะดน

ตกครอม

เรกกเลเตอรกระแสบวกคงท1 100 mA

78L26 2.6 C 100 50 4.8 to 35 2.2

78L05 5.0 C 150 60 7.2 to 35 2.2

78L62 6.2 C 175 80 10.4 to 35 2.2

78L82 10.2 C 175 80 10.4 to 35 2.2

78L09 9.0 C 188 90 11.2 to 35 2.2

78L12 12 C 250 100 14.2 to 35 2.2

เรกกเลเตอรกระแสบวกคงท1 500 mA

78M05 5.0 M 50 50 10.0 to 35 2.5

78M05 5.0 C 100 100 7.5 to 35 2.5

78M06 6.0 M 60 60 10.0 to 35 2.5

78M06 6.0 C 100 120 10.5 to 35 2.5

78M08 10.0 M 60 80 11 to 35 2.5

78M08 10.0 C 100 160 10.5 to 35 2.5

78M12 12 M 60 120 15 to 35 2.5

เรกกเลเตอรกระแสลบ คงท1 500 mA

78M05 -5.0 M 50 100 -7.5 to -35 2.5

78M05 -5.0 C 50 100 -7.3 to -35 2.5

78M06 -6.0 M 60 120 -10.5 to -

35

2.3

78M06 -6.0 C 60 120 -10.3 to -

35

2.5

78M08 -10.0 M 80 160 -10.5 to -

35

2.5

78M08 -10.0 C 80 160 -10.3 to -

35

2.3

78M12 -12 M 80 240 14.5 to -

35

2.5

78M12 -12 C 80 240 -14.3 to -

35

2.3

เรกกเลเตอรกระแสบวกคงท1 1.0A

7805 5.0 M 50 50 10.0 to 35 3.0

7805 5.0 C 100 100 7.5 to 35 2.5

7806 6.0 M 60 60 9.0 to 35 3.0

7806 6.0 C 120 120 10.5 to 35 2.5

7808 10.0 M 80 80 11 to 35 3.0

7808 10.0 C 160 160 10.5 to 35 2.5

7812 12 M 120 120 15 to 35 3.0

เรกกเลเตอรกระแสลบคงท1 1.0A

7905 -5.0 M 50 50 -7.8 to -35 2.8

7905 -5.0 C 100 100 -7.3 to -35 2.3

7906 -6.0 M 60 60 -10.8 to -

35

2.8

7906 -6.0 C 120 120 -10.3 to -

35

2.3

7908 -10.0 M 80 80 10.8 to -

35

2.8

7908 -10.0 C 160 160 10.2 to -

35

2.3

7912 -12 M 120 120 14.8 to -

35

2.8

เรกกเลเตอรกระแสบวกคงท1 3.0A

LM123 5.0 M 25 100 7.5 to 20 2.5

LM223 5.0 M 25 100 7.5 to 20 2.5

* C = C To + C

M = C To + C

ไอซออปแอมป (Op-Amp I.C)

1. คณสมบตของออปแอมป

ออปแอมป (Op-Amp) เปนช�อยอสาหรบเรยกวงจรขยายท�มาจาก Operating Amplifier

เปนวงจรขยายแบบตอตรง (Direct couled amplifier) ท�มอตราการขยายสงมากใชการปอนกลบ

แบบลบไปควบคมลกษณะการทางาน ทาใหผลการทางานของวงจรไมข%นกบพารามเตอรภายใน

ของออปแอมป วงจรภายในประกอบดวยวงจรขยายท�ตออนกรมกน ภาคคอ วงจรขยายดฟเฟอ

เรนเชยลดานทางเขา วงจรขยายดฟเฟอเรนเชยลภาคท�สอง วงจรเล�อนระดบและวงจรขยายกาลง

ดานทางออก สญลกษณท�ใชแทนออปแอมปจะเปนรปสามเหล�ยม ไอซออปแอมปเปนไอซท�

แตกตางไปจากลเนยรไอซท�วๆ ไปคอไอซออปแอมปมขาอนพท 2 ขา เรยกวาขาเขาไมกลบเฟส

(Non-Inverting Input) หรอ ขา + และขาเขากลบเฟส (Inverting Input) หรอขา – สวนทางดาน

ออกมเพยงขาเดยว เม�อสญญาณปอนเขาขาไมกลบเฟสสญญาณทางดานออกจะมเฟสตรงกบ

ทางดานเขา แตถาปอนสญญาณเขาท�ขาเขากลบเฟส สญญาณทางออกจะมเฟสตางไป 180 องศา

จากสญญาณทางดานเขา

รป ท� 1 แสดงสญลกษณออปแอมป

คณสมบตของออปแอมปในทางอดมคต

1.อตราขยายมคาสงมากเปนอนนตหรอ อนฟนต% (AV = )

2.อนพทอมพแดนซมคาสงมากเปนอนนต (Zi = )

3.เอาทพทอมพแดนซมคาต�ามากเทากบศนย (Zo = 0)

4.ความกวางของแบนดวท (Bandwidth) ในการขยายสงมาก (BW = )

5.สามารถขยายสญญาณไดท%งสญญาณ AC และ DC

6.การทางานไมข%นกบอณหภม

เม�อศกษาคณสมบตของออปแอมปในอดมคตแลวพบวา ออปแอมปไดรวมขอดของ

วงจรขยายไวไดอยางครบถวน เน�องจากมอตราขยายเปนอนนตและสามารถขยายสญญไดท%งไฟ

กระแสสลบและไฟ กระแสตรง การนาไปใชงานในบางคร% งเม�อตองการลดอตราการขยายก

สามารถกระทาไดโดยการ ปอนกลบ (Feed Back) เพ�อมาลดอตราการขยายลง และขอดอก

ประการหน�งกคอ อมพแดนซทางอนพทมอมพแดนซสงมาก จงทาใหเหมอนไมมกระแสอนพท

ไหลเลยลกษณะเชนน% จงทาใหวงจรทางอนพท ไมโหลดวงจรสงกาลงในสวนหนา เชนเดยวกน

ท�เอาทพทมอมพแดนซเปนศนยสามารถนาไปเช�อมตอกบวงจร อ�นไดด

2. วงจรขยายแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier)

รป ท� 2 วงจรขยายออปแอมปแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier)

ในวงจรขยายออปแอมปน%นสามารถท�จะกาหนดอตราการขยายของวงจรไดโดยการใช

วงจรเนกาทฟฟดแบค (Negative Feedback) เม�อเราปอนสญญาณเขาทางขากลบเฟส (ขา - )

แรงดนดานทางออกจะมมมเฟสตางไปจากแรงดนทางเขา 180 องศา ซ� งมลกษณะตรงขาม

สญญาณตรงกนขามน%จะถกปอนกลบผาน R2 เขามายงขาอนเวอรต%งอกคร% งหน�ง ตรงจดน%จะทา

ใหสญญาณเกดการหกลางกนอตราการขยายกจะลดลง ถาตวตานทานท�เปนตวปอนกลบมคา

มาก จะทาใหสญญาณปอนกลบมขนาดเลกอตราการขยายออกจงสง ถาตวตานทานท�ปอนกลบม

คานอยสญญาณปอนกลบไปไดมากอตราการขยายกจะ ลดลง ฉะน%นอตราสวนของความ

ตานทาน R1 และ R2 จะเปนตวกาหนดอตราการขยายของวงจรโดยไมข%นกบอตราการขยายของ

ออปแอมป ซ�งสามารถหาอตราการขยายแรงดนไดจากสตร

3. วงจรขยายแบบไมกลบเฟส (Non-Inverting Amplifier)

วงจรขยายน% เปนวงจรขยายอกแบบหน� งท�ตองการเฟสในการขยายเปนเฟสเดยวกน

ดงน%นการปอนสญญาณอนพทจงตองปอนเขาท�ขาอนพทไมกลบเฟส (+) ซ� งเม�อขยายออกท�

เอาทพทแลวจะไดสญญาณเอาทพทท�มเฟสเหมอนเดม ดงน%นในวงจรขยายแบบไมกลบเฟสน%

การปอนกลบเพ�อลดอตราการขยายจงยงคง ตองปอนไปยงขาอนเวอรต%ง (-) เพ�อใหเกดการ

หกลางของสญญาณกนภายในตวไอซออปแอมป โดยสามารถหาอตราการขยายของวงจรไดจาก

สตร

รป ท� 3 วงจรขยายออปแอมปแบบไมกลบเฟส (Non-Inverting Amplifier)

4. วงจรบฟเฟอร (Buffer)

วงจรบฟเฟอรหรอวงจรกนชน เปนวงจรท�ใชเช�อมวงจรสองวงจรเขาดวยกน เชนระบบ

ไอซท�ตางตระกลกนหรอทรานซสเตอรท�ไมแมทช�งอมพแดนซกน คอวงจรท�จาเปนตองใช

บฟเฟอรเพราะคณสมบตของออปแอมปทางเอาทพทอมพ แดนซต �า เม�อเช�อมตอกบวงจรอ�น

แลวจะไมทาใหวงจรอ�นมผลแตกตางไปจากเดม วงจรบฟเฟอรน%นจะมอตราการขยายเทากบ 1

รป ท� 4 วงจรบฟเฟอร

5. วงจรกรองสญญาณความถ1ต1า (Low Pass Filter)

รป ท� 5 วงจรกรองความถ�เบ%องตน

การใชวงจรกรองแบบอารซ (RC Filter) เขามาเปนเนกาทฟฟดแบค (Negative

Feedback) การขยายสญญาณของออปแอมปจะกรองเอาความถ�เฉพาะบางความถ�ออกไปเทาน%น

ซ�ง สามารถหาความถ�ท�ใชงานไดจากสตร

และสามารถท�จะประยกตใชงานวงจรน% ในวงจรกรองความถ�ตางๆ ไดเชน ภาคกรอง

ความถ� ไอเอฟ วงจรดกจบความถ� วงจรออสซลเลเตอร และในเคร�องเสยงกยงใชเปนระบบแยก

ความถ�ของเคร�องขยายแบบไบแอมปและ ไตรแอมป ซ� งวงจรแยกความถ�แบบน% เปนวงจรช%น

สงข%นไป เราเรยกวงจรแยกความถ�วา “แอคตฟฟลเตอร” (Active Filter) ซ�งสามารถจดวงจรแอค

ตฟฟลเตอรไดดงรป ท� 6

รป ท� 6 วงจรแอคตฟฟลเตอร

ไดโอดแบบใชความรอนและไดโอดแบบสภาวะแกส

สญลกษณของไดโอดแบบใชความ จากดานบนถงดานลางคอข%วบวก (anode), ข%วลบ

(cathode) และไสความรอน (heater filament)

ไดโอดแบบใชความรอนเปนหลอดสญญากาศ ภายในประกอบไปดวยข% วไฟฟา

(electrode) ลอมรอบดวยสญญากาศภายในหลอดแกว คลายๆ กบหลอดไส (incandescent light

bulb)

ในไดโอดแบบใชความรอนน%น กระแสจะไหลผานไสความรอนและใหความรอนแกข%ว

ลบหรอข%วแคโทด ซ� งข%วไฟฟาจะทามาจากแบเรยมและสตรอนเชยมออกไซด ซ� งเปนออกไซด

ของโลหะ แอลคาไลนเอรท ซ� งมสภาวะงาน (work function) ต �า (บางคร% งจะใชวธใหความรอน

โดยตรง โดยการใชไสหลอดเปนทงสเตน แทนไสความรอนกบข%วแคโทด) ความรอนอนเกดมา

จากการสงผานความรอนของอเลกตรอนไป สสญญากาศ ข%นตอไปคอข%วบวกหรอข%วแอโนดท�

ลอมรอบไสความรอนอยจะทาหนาท�เปน ประจบวก น�นจะเกดการสงผานอเลกตรอนดวยไฟฟา

สถตย อยางไรกตามอเลกจะไมถกปลอยไปโดยงายจากข%วแอโนดเม�อเราตอกลบข%ว เพราะ

ข%วแอโนดไมมความรอน ดงน%นไดโอดแบบใชความรอนจะทาใหอเลกตรอนไหลทศทางเดยว

สาหรบครสตศตวรรษท� 20 ไดโอดแบบใชความรอนถกใชในสญญาณอนาลอก และใช

เรยงกระแสในแหลงจายกาลงมากมาย ทกวนน% ไดโอดท�เปนหลอดสญญากาศในกตาร ไฟฟา

และเคร�องขยายเสยงแบบ ไฮ-เอน รวมท%งอปกรณท�ใชแรงดนสงๆ

ไดโอดแบบสารก1งตวนา

ไดโอดเทยบกบสญลกษณของไดโอดแบบสารก�งตวนา (บนสด) โดยแคบสดาแสดงฝ�งท�

เปนข%วแคโทด

ไดโอดชนดสาร ก�งตวนาแบบใหมๆ มกจะใชผลกสารก�งตวนาจาพวกซลกอนท�ไม

บรสทธ� โดยทาการ เจอสารใหเกดฝ�งลบและฝ�งบวก โดยฝ�งลบจะมประจลบคออเลกตรอน

มากกวาเรยกวา "สารก�งตวนาชนด n (n-type semiconductor)" สวนฝ�งบวกจะมประจบวกหรอ

โฮลเรยกวา "สารก�งตวนาชนด p (p-type semiconductor)" โดยไดโอดแบบสารก�งตวนาเกดมา

จากการนาสารก�งตวนาท%งสองชนดน%มาตดดวย วธการพเศษ โดยสวนท�สารก�งตวนาท%งสอง

ชนดอยตดกนน%นเรยกวา "รอยตอ p-n (p-n junction)" ไดโอดชนดน%จะยอมใหอเลกตรอนไหล

ผานจากสารก�งตวนาชนด n ไปยงสารก�งตวนาชนด p เทาน%น จงเรยกฝ�งท�มสารก�งตวนาชนด n

วาแคโทด และฝ�งท�มสารก�งตวนาชนด p วาแอโนด แตถาพดถงทศทางของกระแสสมมตท�ไหล

สวนทางกบกระแสอเลกตรอนน%น จะเหนวากระแสสมตจะไหลจากข%วแอโนดหรอสารก�งตวนา

ชนด p ไปยงข%วแคโทดหรอสารก�งตวนาชนด n เพยงทศทางเดยวเทาน%น

ไดโอดแบบสารก�งตวนาอกรปแบบหน�งท�สาคญกคอ ไดโอดชอททก% (Schottky diode)

ซ�งมหนาสมผสระหวางโลหะกบสารก�งตวนามากกวารอยตอ p-n

คณลกษณะ เฉพาะของกระแสและแรงดน

พฤตกรรมของไดโอดแบบสารก�งตวนาในวงจรจะกอใหเกดคณลกษณะ เฉพาะของ

กระแสและแรงดน (current-voltage characteristic) หรอเรยกวากราฟ I-V (กราฟดานลาง)

รปรางของเสนโคงถกกาหนดจากสงผานประจผานเขตปลอดพาหะ (depletion region หรอ

depletion layer) ซ�งอยใยรอยตอ p-n

กราฟคณสมบตเฉพาะของกระแสและแรงดนของรอยตอ p-n ของไดโอด

สมการ ของไดโอดชอททกD

สมการของไดโอดชอททก%ในอดมคตหรอกฎของไดโอด (ช�อชอททก%ไดมาจากวลเลยม

เบรดฟอรด ชอททก% ผรวมประดษฐทรานซสเตอร "ไมใช"วล เตอร เฮอรมานน ชอททก% ผ

ประดษฐเทโทรด) ไดใหสมการท�แสดงถงกราฟคณลกษณะเฉพาะของกระแสและแรงดนเอาไว

วา

เม�อ

I คอกระแสท�ไหลผานไดโอด

IS คอกระแสอ�มตวเม�อทาการไบอสกลบ

VD คอแรงดนท�ตกครอมไดโอด

VT คอคาความตางศกยอนเน�องมาจากความรอน

n คอคาตวประกอบอดมคต (ideaity factor) หรอคาตวประกอบคณภาพ (quality factor)

หรอสมประสทธ� การสงผาน (emission coefficient) ท%งน% คาตวประกอบอดมคตมคาอยท�

1 ถง 2 ข%นอยกบกระบวนการผลตและวสดท�นามาใชเปนสารก�งตวนา ในหลายกรณ

สามารถประมาณคาเทากบ 1 ได (ดงน%นคา n จงอาจถกละไว)

คาความตางศกยอนเน�องมาจากความรอน(thermal voltage) VT มคาประมาณ 25.85 mV

ท�อณหภม 300 K ซ� งเปนอณหภมหองปฏบตการณ แตเรากสามารถหาคาดงกลาวเม�ออณหภม

อ�นๆได จากสตร:

เม�อ

k คอคาคงท�ของโบลตซมานน มคาเทากบ 1.3806503 -23 × J K−1

T คออณหภมสมบรณท�รอบตอ p-n

q คอประจของอเลกตรอน มคาเทากบ 1.602176487 -19 × C

สมการของไดโอดชอททก% ในอดมคตหรอกฎของไดโอดน% นเกดมาจากการอาง

สมมตฐานของกระบวนการเกดการกระแสไฟฟาในไดโอดวา (เน�องจากสนาม ไฟฟา) เปนการ

ลอยผาน, การแพร, และการรวมความรอนอกคร% ง (thermal recombination-generation)

นอกจากน%ยงสนนษฐานวากระแสจากการรวมตวอกคร% ง (recombination-generation , R-G) .

นเขตปลอดพาหะไมมนยสาคญใดๆ น�นหมายความวาสมการของไดโอดชอททก%ไมตองคานวณ

ผลของกระบวนการท�เก�ยว ของกบการพงทลายเม�อกระแสยอนกลบและโฟตอนท�ชวยใหเกด R-

G

พฤตกรรมของสญญาณขนาดเลก

ในการออกแบบวงจร แบบจาลองของสญญาณขนาดเลกจากพฤตกรรมของไดโอดถก

นามาใชงานอยบอยคร% ง

แบบจาลองสญญาณขนาดเลก (Small-signal model) เปนเทคนคการวเคราะหทาง

วศวกรรมไฟฟา ท�อาศยการประมาณพฤตกรรมของอปกรณทางไฟฟาท�ไมมความเปนเชงเสน

ดวยสมการเชงเสน ความเปนเชงเสนน% ข%นอยกบจดไบอสกระแสตรง (DC bias point) ของ

อปกรณ (น�นกคอระดบของ แรงดน/กระแส ท�แสดงออกเม�อไมมสญญาณท�ถกนามาใช) และ

สามารถทาใหถกตองไดดวยการมองท�จดน% อกดวย

ความตานทาน

เม�อใชสมการชอททก%ไดโอด คาความตานสญญาณขนาดเลก (rD) ของไดโอดสามารถ

เขามาเก�ยวกบจดปฏบตการณ (Q-point) ท�กระแสไบอสกระแสตรง (IQ) และแรงดนใชงานท�จด

ปฏบตการณ (VQ)[9] แรกเร�มเดมทคาความนาสญญาณขนาดเลก (gD) ถกต%งข%น น�นคอประจ

ไฟฟาในกระแสไฟฟาท�ไหลในไดโอดท�เกดมาจากการเปล�ยนแปลง เลกๆ ของแรงดนท�ตก

ครอมไดโอดหารดวยแรงดนตกครอมไดโอดน%น ดงสมการ

การประมาณคาเกดมาจากการอนมานวากระแสไบอส IQ น%นมากพอท�จะทาใหคาตว

ประกอบ (factor) ของสวนท�ละเลยไดจากสมการชอททก% มคาเทา 1 โดยการประมาณน% มความ

ถกตองแมแรงดนจะมคาต�า เพราะแรงดนอนเน�องมาจากความรอน (thermal voltage)

ท�อณหภม 300 เคลวน (27 องศาเซลเซยส) ดงน%น VQ / VT มแนวโนมมากข%น

หมายความวาตวช%กาลงมคาสงมาก

แตไมใชกบคาความตานทานสญญาณขนาดเลก rD ซ� งเปนสวนกลบของคาความนา

สญญาณขนาดเลก คาความตานทานสญญาณขนาดเลกไมข%นอยกบไฟฟากระแสสลบ แตจะ

ข%นอยกบไฟฟากระแสตรงเทาน%น ดงสมการ

ความเกบประจ

ประจไฟฟาจะนาพากระแสไฟฟา IQ ตามสตร

Q = IQτF + QJ

เม�อ τF คอเวลาท�ประจเคล�อนท�ไป:[9] สวนแรกตอประจท�เคล�อนท�ผานไดโอดแลวเกด

กระแส IQ ไหลผานไดโอด ท� สวนท�สองคอประจท�เกบสะสมอยท�รอยตอ p-n จงมคณลกษณะ

คลายกบตว ตานทานงายๆ มคข%วทางไฟฟาท�มประจตรงขามกน ประจน%นถกกกเกบท�ไดโอด

อาศยแคแรงดนท�ตกครอมตวมนเพยงแคน%น โดยไมคานงถงกระแสไฟฟาท�ไหลผาน

การหาคาความเกบประจของไดโอด CD หาไดจากสมการ

เม�อ คอคาความเกบประจท�รอยตอ p-n โดยประจในสวนแรกเรยกวา คา

ความ เกบประจแพร (diffision capacitance) เพราะเก�ยวของกบกระแสท�แพรตรงรอยตอของ

ไดโอด

การฟD นตวกลบ

ชวงทายของการไบอสตรงของไดโอดแบบสารก�งตวนา จะเกดกระไหลไฟฟาท�ไหล

ยอนกลบในชวงระยะเวลาส%นๆ ตวอปกรณจะยงไมสามารถปองกนกระแสไหลยอนกลบได

เตมท�จนกระท�งกระแส ท�เกดไหลยอนกลบน%นไดส%นสดลง[10]

ผลกระทบท�เกดข%นน%นมความสลกสาคญเม�อมการสวตช�ง (switching) ของกระแสท�สง

และรวดเรวมาก (di/dt มคา 100 A/µs หรอมากกวาน%น)[11] คาท�แนนอนของ "เวลาฟ% นตวกลบ

(reverse recovery time)" tr (อยในชวงเวลาเปนนาโนวนาท) อาจจะเคล�อนยาย "ประจฟ% นตวกลบ

(reverse recovery charge)" Qr (อยในชวงนาโนคลอมป) ออกจากไดโอด ในระยะเวลาระหวาง

ฟ% นตวน%ไดโอดจะสามารถทางานในทศทางตรงขามได แนนอนวาในความเปนจรงผลกระทบน%

มความสาคญในการพจารณาความสญเสยท� เกดข%นอนเน�องมาจากไดโอดไมเปนอดมคต[12]

อยางไรกตามอตราการแกวง (slew rate) ของกระแสไฟฟาน%นรนแรงมาก (di/dt มคา 10 A/µs

หรอนอยกวาน%น) ผลกระทบน%ยงอยในเกณฑท�ปลอดภยจงละเลยไวได[13] ในการใชงานไดโอด

สวนใหญจงไมมผลกระทบท�สาคญมากนก

กรณท�กระแสไหลยอนกลบอยางฉบพลนเม�อประจไฟฟาท�ถกเกบสะสมปลอด พาหะ

แลวจะนาไปใชประโยชนในข%นตอนการฟ% นตวของไดโอดสาหรบกาเนดสญญาณ พลสส% น

โดยเฉพาะ

ประเภทของไดโอดแบบสารก1งตวนา

ไดโอดเปลงแสงหรอแอลอด(Light Emitting Diode ; LED)

LED เปนไดโอดท�ใชสารประเภทแกลเล�ยมอารเซนไนตฟอสไฟต (Gallium Arsenide

Phosphide ; GaAsP) หรอสารแกลเล�ยมฟอสไฟต (Gallium Phosphide ; GaP) มาทาเปนสารก�ง

ตวนาชนด p และ n แทนสาร Si และ Ge สารเหลาน% มคณลกษณะพเศษ คอ สามารถเรองแสงได

เม�อไดรบไบอสตรง การเกดแสงท�ตว LED น% เราเรยกวา อเลกโทรลมนเซนต

(Electroluminescence) ปจจบนนยมใช LED แสดงผลในเคร�องมออเลกทรอนกส เชน เคร�องคด

เลข, นาฬกา เปนตน

โฟโตไดโอด (Photo Diode)

โฟโตไดโอด เปนไดโอดท�อาศยแสงจากภายนอกผานเลนซ ซ� งฝงตวอยระหวางรอยตอ

p-n เพ�อกระตนใหไดโอดทางาน การตอโฟโตไดโอดเพ�อใชงานจะเปนแบบไบอสกลบ ท%งน%

เพราะไมตองการใหโฟโตไดโอดทางานในทนททนใด แตตองการใหไดโอดทางานเฉพาะเม�อม

ปรมาณแสงสวางมากพอตามท�กาหนดเสย กอน กลาวคอ เม�อเลนซของโฟโตไดโอดไดรบแสง

สวางจะเกดกระแสร�วไหล ปรมาณกระแสร�วไหลน% เพ�มข%นตามความเขมของแสง

ไดโอดกาลง (Power Diode)

ไดโอดกาลงเปนไดโอดท�ออกแบบใหบรเวณรอยตอมชวงกวางมากกวาไดโอดท�วไป

เพ�อนาไปใชกบงานท�มกาลงไฟฟาสง กระแสสงและทนตออณหภมสงได เชน ประกอบเปน

วงจรเรยงกระแสในอเลกทรอนกสกาลงเปนตน จะเหนไดวาเม�อพกดกระแสไฟฟามคาหลาย

รอยแอมป ทาใหไดโอดมอณหภมขณะทางานสง โดยท�วไปจงนยมใชรวมกบตวระบาย

ความรอน (Heat Sinks)เพ�อเพ�มพ%นท�ระบายความรอนภายในตวไดโอดกาลง

ไดโอดวาแรกเตอรหรอวารแคป (Varactor or Varicap Diode)

ไดโอดวาแรกเตอรหรอวารแคปเปนไดโอดท�มลกษณะพเศษ คอ สามารถปรบคาคาปาซ

แตนซเช�อมตอ (Ct) ไดโดยการปรบคาแรงดนไบอสกลบ ไดโอดประเภทน% มโครงสราง

เหมอนกบไดโอดท�วไป ขณะแรงดนไบอสกลบ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มคาต�า Depletion

Region จะแคบลงทาให Ct ครงรอบตอมคาสง แตในทางตรงขามถาเราปรบ Vr ใหสงข%น

Depletion Region จะขยายกวางข%น ทาให Ct มคาต�า จากลกษณะดงกลาว เราจงนาวารแคปไป

ใชในวงจรปรบความถ� เชน วงจรจนความถ�อตโนมต (Automatic Fine Tunning ; AFC) และ

วงจรกรองความถ�ซ�งปรบชวงความถ�ไดตามตองการ (Variable Bandpass Filter) เปนตน

ซเนอรไดโอด (Zener Diode)

ซเนอรไดโอดเปนอปกรณสารก�งตวนาท�นากระแสไดเม�อไดรบไบอสกลบ และระดบ

แรงดนไบอสกลบท�นาซเนอรไดโอดไปใชงานไดเรยกวา ระดบแรงดนพงทลายซเนอร (Zener

Breakdown Voltage ; Vz) ซเนอรไดโอดจะมแรงดนไบอสกลบ (Vr)นอยกวา Vz เลกนอย

ไดโอดประเภทน% เหมาะท�จะนาไปใชควบคมแรงดนท�โหลดหรอวงจรท�ตองการแรง ดนคงท�

เชน ประกอบอยในแหลงจายไฟเล%ยง หรอโวลเทจเรกเลเตอร

ไดโอดในทางอดมคต

ไดโอดในอดมคต (Ideal Diode) มลกษณะเหมอนสวตชท�สามารถนากระแสไหลผานได

ในทศทางเดยว ถาตอข%วแบตเตอร�ใหเปนแบบไบอสตรงไดโอดจะเปรยบเปนเสมอนกบสวตชท�

ปด (Close Switch) หรอไดโอดลดวงจร (Short Circuit) Id ไหลผานไดโอดได แตถาตอข%วแบ

ตเตอรแบบไบอสกลบ ไดโอดจะเปรยบเปนเสมอนสวตชเปด (Open Switch) หรอเปดวงจร

(Open Circuit) ทาให Id เทากบศนย

ไดโอดในทางปฏบต

ไดโอดในทางปฏบต (Practical Diode) มการแพรกระจายของพาหะสวนนอยท�บรเวณ

รอยตออยจานวนหน�ง ดงน%น ถาตอไบอสตรงใหกบไดโอดในทางปฏบตกจะเกด แรงดนเสมอน

(Ge >= 0.3V ; Si >= 0.7V) ซ� งตานแรงดนไฟฟาท�จายเพ�อการไบอสตรง ขนาดของแรงดน

เสมอนจงเปนตวบอกจดทางาน ดงน%น จงเรยก "แรงดนเสมอน" อกอยางหน�งวา "แรงดนในการ

เปด" (Turn-on Voltage ; Vt )

กรณไบอสกลบ เราทราบวา Depletion Region จะขยายกวางข%น แตกยงมพาหะขางนอย

แพรกระจายท�รอยตออยจานวนหน� ง แตกยงมกระแสร�วไหลอยจานวนหน�ง เรยกวา กระแส

ร�วไหล (Leakage Current) เม�อเพ�มแรงดนไฟฟาข%นเร�อยๆ กระแสร�วไหลจะเพ�มข%นจนถงจดท

ไดโอดนากระแสเพ�มข%นมาก ระดบกระแสท�จดน% เรยกวา "กระแสอ�มตวยอนกลบ" (Reverse

Saturation Current ; Is ) แรงดนไฟฟาท�จดน% เรยกวา แรงดนพงทลาย (Breakdown Voltage)

และถาแรงดนไบอสสงข%นจนถงจดสงสดท�ไดโอดทนได เราเรยกวา "แรงดนพงทลายซเนอร"

(Zener Breakdown Voltage ; Vz) ถาแรงดนไบอสกลบสงกวา Vz จะเกดความรอนอยางมากท�

รอยตอของไดโอด สงผลใหไดโอดเสยหายหรอพงได แรงดนไฟฟาท�จดน% เราเรยกวา แรงดน

พงทลายอวาแลนซ (Avalance Breakdown Voltage) ดงน%น การนาไดโอดไปใชงานจงใชกบการ

ไบอสตรงเทาน%น

ผล กระทบของอณหภม (Temperature Effects)

จากการทดลองพบวา Is ของ Si จะมคาเพ�มข%นเกอบ 2 เทา ทกๆ คร% งท�อณหภมเพ�มข%น

10 องศาเซลเซยส ขณะท� Ge มคา Is เปน 1 หรอ 2 ไมโครแอมป ท� 25 องศาเซลเซยส แตท� 100

องศาเซลเซยสจะมคา Is เพ�มข%นเปน 100 micro-amp ระดบกระแสไฟฟาขนาดน%จะเปนปญหา

ตอการเปดวงจรเร�องจากไดรบการไบอส กลบ เพราะแทนท� Id จะมคาใกลเคยงศนย แตกลบ

นากระแสไดจานวนหน�งตามอณหภมท�เพ�มข%น

ทรานซสเตอร ( Transister)

ประวตความเปนมาของทรานซสเตอร

ในชวงเวลากอนป พ.ศ. 2490 ประมาณ 40 ป หลอดสญญากาศเปนอปกรณ

อเลกทรอนกสท�มการพฒนาและนามาใชงานมากท�สด การใชงานหลอดสญญากาศมปญหาใน

การใชงานมากเชน กาลงไฟฟาสญเสยมาก มขนาดใหญ ชารดงาย กรรมวธผลตยงยาก เปน

ตน เม�อความตองการใชงานมากข%นหลอด สญญากาศย�งมปญหามากข%น จงไดมผคดคน

ส�งประดษฐใหมๆ ทางดานอเลกทรอนกสมาใชงานแทนหลอดสญญากาศ

ในปลายป พ.ศ. 2490 บรษทเบลลเทเลโฟนจากด (Bell Telephone CO.,LTD.) โดย จอหน บาร

ดน (John Bardeen) วลเลยม แบรดฟอร ชอคเลย (William Bradford Shockly) และวอลเตอร

ฮอรส แบรทเทน (Walter House Bratain) ไดทดลองวงจรขยายดวยทรานซสเตอรตวแรกท�

หองทดลองของบรษทเบลลเทเลโฟน เปนสาเรจ ทรานซสเตอรซ� งเปนอปกรณสารก�งตวนาเม�อ

เปรยบเทยบกบหลอดสญญากาศก คอ มขนาดเลก น%าหนกเบา ไมตองมตวใหความรอน ม

โครงสรางแขงแรงทนทาน กาลงไฟฟาสญเสยนอย ประสทธภาพสง สามารถทางานไดทนทเม�อ

จายไฟให

ทรานซสเตอรเปนอปกรณเซมคอนดคเตอรชนดไบโพลาร ซ�งความหมายของไบโพลาร

คอ อปกรณหลายข%วตอ ทรานซสเตอรไดจากการนาเอาสารก�งตวนาชนดพและชนดเอนมาตอ

เรยงกน

2. ชนดของทรานซสเตอร

การแบงชนดของทรานซสเตอรสามารถแบงออกไดหลายวธแลวแตผผลตวาการ แบง

ชนดของทรานซสเตอรจะยดถอรปลกษณแบบไหน ถาแบงในรปของการใชงานกจะแบง

ออกเปน ทรานซสเตอรท�ทาหนาท�สวทช�ง ทรานซสเตอรกาลง ทรานซสเตอรความถ�สง ฯลฯ การ

แบงอกวธหน�งซ�งนยมใชกนมากในยคแรกๆ คอ การแบงโดยใชสารท�นามาสรางเปนเกณฑซ�ง

สามารถแบงออกได 2 ประเภทคอ

2.1 เยอรมนเนยมทรานซสเตอร (Germanium transistor) เปนทรานซสเตอรยคแรกๆ และ

เปนชนดท�มกระแสร�วไหลมากจงไมคอยมผนยมใช

2.2 ซลกอนทรานซสเตอร (Silicon Transistor) เปนทรานซสเตอรท�มประสทธภาพสง ม

กระแสร�วไหลนอย (Leakage Current) เปนทรานซสเตอรท�ใชกนมากในยคปจจบน

3. โครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอร

เน�องจากทรานซสเตอรถกสรางข%นมาจากสารก�งตวนาชนดพ (P) และเอน (N) ซ�งนามาตอ

กน 3 ช%น ทาใหเกดรอยตอข%นระหวางเน%อสาร 2 รอยตอ หรอเรยกวาจงช�น (Junction) โดยท�สาร

ท�อยตรงกลางจะเปนคนละชนดกบสารท�อยหวและทาย มขาตอออกมาสาหรบนาไปใชงาน 3 ขา

ดงน%นทรานซสเตอรจงแบงออกเปน 2 ชนดตามโครงสรางของสารท�นามาใชคอ

1. ทรานซสเตอรชนด พ เอน พ (PNP)

2. ทรานซสเตอรชนด เอนพเอน (NPN)

ทรานซสเตอรชนด NPN

เปนทรานซสเตอรท�สรางจากสารก�งตวนาชนด N ชนด P และชนด N มาตอเรยงกน

ตามลาดบ แลวตอสายออกมา 3 สาย เพ�อเปนขาตอกบวงจรสารก�งตวนาชนด P ซ� งอย ตรง

กลางจะเปนจดรวม สารก�งตวนาชนด N จะทาหนาท�จายอเลกตรอนซ�งจะไหลเปนกระแสใน

วงจรสวนน% เราเรยกวา อมตเตอร อเลกตรอนจะเคล�อนท�ผานสารก�งตวนาชนด P ซ�งเราเรยกวา

เบสสวนเบสน%จะเปนตวคอยควบคมอเลกตรอนใหไหลไปยงสาร ก�งตวนาชนด N ถดไปไดมาก

หรอนอยอเลกตรอนสวนท�ผานเบสมากจะเคล�อนท�มายงสารก�ง ตวนาชนด N ซ�งเราเรยกวา

คอลเลคเตอร และกลายเปนกระแสไหลในวงจรภายนอกตอไป

รป ท1 1 โครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด NPN

ทรานซสเตอรชนด PNP

คอทรานซสเตอรท�สรางจากสารก�งตวนาชนดพ ชนดเอน และชนดพ มาเรยงกน

ตามลาดบแลวตอสายจากแตละช%นสวนออกมาเปน 3 สายเพ�อตอกบวงจรสารก�งตวนาเอนจะ

เปนจดรวม

รป ท1 2 โครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด PNP

4. ขาของทรานซสเตอร

1. ขาคอลเลคเตอร (Collector) เรยกยอๆ วาขา C เปนขาท�มโครงสรางในการโดปสาร

ใหญท�สด

2. ขาอ มตเตอร (Emitter) เรยกยอๆ วาขา E เปนขาท�มโครงสรางใหญรองลงมาและจะ

อยคนละดานกบขาคอลเลคเตอร

3. ขา เบส (Base) เรยกยอๆ วาขา B เปนสวนท�อยตรงกลางระหวาง C และ E มพ%นท�

ของโครงสรางแคบท�สดเม�อเทยบกบอก 2 สวน เม�อจาแนกลกษณะการตอตว

ทรานซสเตอรจงคลายกบการนาเอาไดโอด 2 ตวมาตอกน

5. การทางานของทรานซสเตอร

จากการศกษาเก�ยวกบการไหลของกระแสภายในวงจรสารก�งตวนา การท�เราจะทาใหเกด

การไหลของกระแสหรอใหทรานซสเตอรทางานไดน%น จาเปนจะตองใหไบอสและกระแสท�

ปรากฎทางดานเอาทพทเราตองสามารถควบคม คาของกระแสไดดวยจงจะทาใหทรานซสเตอร

ขยายสญญาณไดตามความตองการ

การอธบายการทางานของทรานซสเตอรจาเปนจะตองเขาใจการไหลในรปของโฮลและ

อเลกตรอน รวมถงการไบอสดวยซ�งการไบอสเปนวธการท�จะทาใหทรานซสเตอรพรอมท� จะ

ทางานน�นเอง ในกรณของทรานซสเตอรม 3 ขา การปองกนแรงเคล�อนท�เหมาะสมหรอไบอส

ท�ถกตองจะทาใหทรานซสเตอรทางานได

เม�อพจารณาโครงสรางของทรานซสเตอรแลวจะสามารถจดรปแบบการขยายสญญาณ

โดยตองมอนพทและเอาทพท เม�อใหขาหน�งเปนอนพทขาหน�งเปนเอาทพท ขาท�เหลอกจะตองเปน

จดรวม (Common) อนพทกบเอาทพท จากหลกการดงกลาวเรากาหนดใหระหวาง B กบ E เปน

อนพท (Input) และระหวาง B กบ C เปนเอาทพท (Out put) ดงน%นจะสามารถจดรปแบบ การ

ขยายได 3 แบบหรอ 3 คอมมอน

เน�องจากวตถประสงคของทรานซสเตอรสรางมาจากหลกการท�ตองการใหกระแส

ทางดานอนพทไปควบคมกระแสเอาทพท ดงน%นจะตองไบอสทางดานเอาทพทเปนไบอสแบบ

ยอนกลบ (Reverse Bias) ถาใหไบอสตรงจะทาใหทางดานเอาทพทเปนอสระไมครบวงจร

เอาทพท ทางดานอนพทจะใหไบอสตรง (Forward Bias) และแรงเคล�อนท�มาไบอสน%ไมจาเปน

จะตองเปนแรงเคล�อนไฟฟาท�มคาสง แตอยางไร เพราะถาใหกระแสอนพทสงเกนไปจะทาให

กระแสเอาทพทเกดการอ�มตว

รป ท1 3 การจดอนพทและเอาทพท

6. การใหไบอสทรานซสเตอร

ทรานซสเตอรท%งชนด NPN และ PNP เม�อนาไปใชงานไมวาจะใชในวงจรขยายสญญาณ

หรอทางานเปนสวตชจะตองทาการจดแรงไฟให เหมาะสมหรอเรยกวาการใหไบอส

(Bias) ใหทรานซสเตอรกอน ทรานซสเตอรจงจะทางานไดโดยใชหลกการไบอสดงน%

1. ไบอส ตรง (Forward Bias) ใหกบรอยตอระหวางอมตเตอรกบเบส

2. ไบอส กลบ (Reverse Bias) ใหกบรอยตอระหวางคอลเลคเตอรกบเบส

การใหไบอสทรานซสเตอรชนด NPN

รป ท1 4 การใหไบอสของทรานซสเตอรชนด NPN

จาก วงจร

B1 และ B2 เปนแรงดนไฟฟาปอนเปนไบอสใหขาตางๆ ของทรานซสเตอร NPN

B1 เปนไบอสตรงระหวาง B-E ความตานทานระหวาง B-E จะต�ามาก

B2 เปนไบอสกลบระหวาง B-C ความตานทานระหวาง B-C จะสงมาก

ฉะน%นกระแสอเลกตรอนจะไหลในวงจร B-E ครบวงจรและอเลกตรอนในสารก�งตวนาชนด

N จะเขา ประจในสาร P ทนททนใด จงเกดแรงดนผลกดนใหอเลกตรอนเล�อนตวไปขา C

กระแสอเลกตรอนจะผาน B1-B2 ครบวงจรทางขา E

จากรปท� 4 สาหรบทรานซสเตอรชนด NPN กเชนกน การใหไบอสทางดานอนพทเปนแบบ

ฟอรเวรดไบอสใหไบอสทางเอาทพทเปนแบบ รเวรสไบอส ในลกษณะเชนน%ถาใชกระแสนยม

เปนกจะไดทศทางการไหลของกระแสทางอนพท จากขาเบสไปยงอมตเตอร อยางไรกตามเราได

ทราบแลววาท�ขาเบสน%นถกโดปไวแคบมากจงทาใหประจ สวนใหญไมสามารถท�จะไหลไปได

จะตองใหรเวรสไบอสระหวางเบสกบคอ ลเลคเตอรเปนบวกมากๆ เพ�อผลกประจเหลาน% ให

เคล�อนท�ไปยงอมตเตอร เชนเดยวกนถาดจากทศทางการไหลของกระแสแลวสามารถสรปไดวา

IE = IB + IC

การไลทศทางการไหลของกระแสอกแบบหน�งซ�งนยมไลจากข%วลบไปหาข%วบวกซ�ง เรา

เรยกวา การไลแบบกระแสอเลกตรอนน%น ทศทางของกระแสจะทวนหวลกศรของสญลกษณ

ทรานซสเตอร แตผลท�ออกมาจะเหมอนกนทกประการท%งน% เพราะการไหลของกระแส ไบโพลารก

คอ การแลกเปล�ยนประจกนระหวางโฮลกบอเลกตรอนน�นเอง

การใหไบอสทรานซสเตอรชนด PNP

รปท1 5 การใหไบอสทรานซสเตอรชนด PNP

จากวงจร

B1 และ B2 เปนแรงดนไฟฟาปอนเปนไบอสใหขาตางๆ ของทรานซสเตอร PNP

B1 เปนไบอสตรงระหวาง B-E ความตานทานระหวาง B-E จะต�ามาก

B2 เปนไบอสกลบระหวาง B-C ความตานทานระหวาง B-C จะสงมาก

ฉะน%นกระแสอเลกตรอนจะไหลในวงจร B ไป E สนามไฟฟาลบใน N จงลดต�าลง

อเลกตรอนจากขา C จงผาน B ไป E ผาน B2-B1 ครบวงจร ลกษณะการทางานในตวของ

ทรานซสเตอร PNP คลายกบหลมหรอโฮลทางขา E ว�งผาน B ไปยงขา C รบเอาอเลกตรอนหรอ

ไฟ ลบจาก B1 จงทาใหเกดกระแสอเลกตรอนไหลครบ วงจร

จากรปท� 5 เม�อใหเบสกบอมตเตอรไดรบไบอสแบบฟอรเวรด ทาใหมกระแสไหลจากอมต

เตอรไปยงเบส (ตามทศทางหวลกศร) ซ�งเราเรยก วา กระแสเบส ยอดวย IB กระแสท�ไหลมคา

ประมาณ 2-5 % ของคากระแสท%งหมด เน�องจากท�ขาเบสน%นสารท�โดปมพ%นท�นอยมากจงทาให

ประจจานวนมากของ โฮลมารออยท�ขาเบส ถาใหไบอสระหวางเบสกบคอ ลเลคเตอรแบบรเวร

สมากๆ จะทาใหมกระแสไหลจากคอลเลคเตอรไปยงอมตเตอรได เรยกวา กระแสคอลเลคเตอร

ยอดวย IC กระแสท�ไหลจะมคาประมาณ 95-98 % ของกระแสท%งหมดซ�งสามารถสรปไดวา

IE = IC + IB

IE คอ กระแสอมตเตอรมคาเทากบ 100 %

IC คอ กระแสคอลเลคเตอร มคาเทากบ 95-98 %

IB คอ กระแสเบส มคาเทากบ 2-5 %

VBE คอ แรงไฟไบอสหรอศกยตก ครอมระหวางเบสกบอมตเตอรในขณะท�

ทรานซสเตอร ทางานปกต

Bias ของเยอรมนเนยมทรานซสเตอรมคา 0.2-0.3 โวลท

Bias ของซลคอนทรานซสเตอร มคา 0.6-0.7 โวลท

ทรานซสเตอร (TRANSISTORS)

ทรานซสเตอรเปนอปกรณอเลกทรอนกสซ� งมรอยตอของสารก�งตวนา pn จานวน 2 ตาแหนง จง

มช�อเรยกอกอยางหน�งวา ทรานซสเตอรรอยตอไบโพลาร (Bipolar Junction Transistor(BJT))

ประเภทของทรานซสเตอร (Type of Transistors)

ทรานซสเตอรแบงตามโครงสรางได 2 ประเภท คอ ทรานซสเตอรแบบ npn (npnTransistor)

และทรานซสเตอรแบบ pnp (pnp Transistor)

ทรานซสเตอรแบบ npn ประกอบดวยสารก�งตวนาชนด n จานวน 2 ช%นตอเช�อมกบสารก�งตวนา

ชนด p จานวน 1 ช%น แสดงสญลกษณเปนดงรป ทรานซสเตอรแบบ pnp ประกอบดวยสารก�ง

ตวนาชนด p จานวน 2 ช%นตอเช�อมกบสารก�งตวนาชนด n จานวน 1 ช%น แสดงสญลกษณเปน

ดงรป

กระแสและแรงดนของทรานซลเตอร (TransistorCurrent and Voltage)

เน�องจากทรานซสเตอรเปนอปกรณท�มข%ว 3 ข%ว คอ ข%วคอลเลคเตอร (Collector), ข%วเบส

(ÚBase;B) และข%วอมเตอร (Emitter;E) จงมกระแสและแรงดนทรานซสเตอรหลายคา ดงน%

กระแสของทรานซสเตอร

ทรานซสเตอรเปนอปกรณซ�งถกควบคมดวยกระแสเบส [Base Current; IB] กลาวคอ

เม�อ IB มการเปล�ยนแปลงแมเพยง เลกนอยกจะทาใหกระแสอมเตอร [Emitter Current; IE] และ

กระแสคอลเลคเตอร [Collector Current; IC] เปล�ยนแปลงไปดวย นอกจากน%ถาเราเลอกบรเวณ

การทางาน (Operating Region) หรอทาการไบอสท�รอยตอของทรานซสเตอรท%ง 2 ตาแหนง ให

เหมาะสม กจะได IE และ IC ซ�งมขนาดมากข%นเม�อเทยบกบ IB

จากรป เม�อจายสญญาณกระแส ac ท�ข%วเบส (ib) หรอท�ดานอนพตของทรานซสเตอรกจะไดรบ

สญญาณเอาตพตท�ข%ว E (ie) และท�ข%ว C (ic) มขนาดเพ�มข%น ตวประกอบหรอแฟกเตอรททาให

กระแสไฟฟา จากข%วเบสไปยงข%วคอลเลคเตอรของทรานซสเตอรมคาเพ�มข%นเรยกวา อตราขยาย

กระแสไฟฟา (Current Gain) ซ�งแทนดวยอกษรกรก คอ เบตา (Beta ) ถาตองการหาปรมาณ IC

ของทรานซสเตอร กเพยงแตคณ IB ดวยพกด Beta

เขยนเปนสมการไดคอ

IC = Beta* IB สมการท1 1

IE = IB + IC สมการท1 2-a

IC ~ IE สมการท1 2-b

แรงดนของทรานซสเตอร

ขณะตอทรานซสเตอรเพ�อใชกบงานจรง มแรงดนไฟฟาหลายประการเกดข%น ดงน%

VCC , VEE, และVBB เปนแรงดนไฟฟาจากแหลงจายไฟฟากระแสตรง

VC, VB และ VE เปนแรงดนไฟฟาท�วดไดจากข%ว C, B และ E

VCE , VBE และVCB เปนแรงดนไฟฟาท�วดไดระหวางข%วท�ระบตามตวหอย

โครงสรางและการทางานของทรานซสเตอร

(Transistor Construction and Operation)

ไดกลาวมาแลววาทรานซสเตอรประกอบดวยสารก�งตวนา 3 ช%นตอเช�อมกน ดงน%นจงม

รอยตอ pn จานวน 2 ตาแหนงดงรป

ตาแหนงท�อมตเตอรกบเบสเช�อมกนเปนรอยตอ pn เรยกวา รอยตออมเตอร-เบส (Emitter Base

Juntion) สวนตาแหนงท� คอลเลคเตอรกบเบสตอเช�อมกนเรยกวา รอยตอคอลเลคเตอร-เบส

(Collector Base Juntion) เขยนแทนไดดวย คาเทยบเคยงของไดโอด เม�อนาหลกการ มารวม

พจารณา ทาใหทราบวาการท�จะนาทรานซลเตอรไปใชงานไดน%นตองตอแรงดน ไฟฟาเพ�อทา

การไบอสท�รอยตอหรอไดโอดเทยบเคยงท%งสอง เน�องจากทรานซลเตอร ม 3 ข%ว การตอ

แรงดนไฟฟาท�ข%วเพ�อใหทราน ซสเตอรทางานจงเปนไปได 3 แบบคอ

การใหทรานซสเตอรทางานท�บรเวณคตออฟ (Cut-off Region)

การใหทรานซสเตอรทางานท�บรเวณอ�มตว (Saturation Region)

การใหทรานซสเตอรทางานท�บรเวณแอกตฟ (Active Region)

ในการอธบายถงการทางานท�บรเวณตาง ๆ ของทรานซสเตอรน%น จะเร�มตนจากกรณไมมการตอ

แรงดนท�ข%ว ของทรานซสเตอร หรอกรณไมไดรบการไบอส

กรณไมไดรบการไบอส

ขณะทรานซสเตอรไมไดรบการไบอส จะเกดบรเวณปลอดพาหะ (Depletion Region) ท�

รอยตอท%งสอง

การทางานท1บรเวณคตออฟ

การตอแหลงจายไฟฟาใหทรานซสเตอรทางานในบรเวณคตออฟเปนการไบอสกลบ ท�

รอยตอท%ง 2 ตาแหนง ซ�งจะทาใหกระแสท�ไหลผานข%วท%งสามมคาใกลศนย

จากการตอวงจรในลกษณะดงกลาวบรเวณปลอดพาหะท%งสองบรเวณจะขยายกวางข%น

จงมเพยงกระแสยอน กลบ (Reverse Current) กระแสร�วไหลปรมาณต�ามากเทาน%นท�ไหลจาก

คอลเลคเตอรไปยงอมตเตอรได

การทางานท1บรเวณอ1มตว

จากสมการ ท11 ทาใหทราบวาถาคา IB เพ�มข%น IC กจะเพ�มข%นดวย เม�อ IC เพ�มข%นจนถง

คาสงสด หรอ

เรยกวา ทรานซสเตอรเกดการอ�มตว ณ ตาแหนงน% คา IC จะเพ�มตามคา IB ไมไดอกแลว

การหาคา IC ทาไดโดยใช VCC หารดวยผลรวมของความตานทานท�ข%วคอลเลคเตอร (RC)

กบความตานทาน ท�ข%วอมตเตอร(RE) ดงรป

สมมตขณะท� VCE ของทรานซสเตอรมคา 0 V (สภาพในอดมคต) IC จะข%นอยกบคา VCC, RC

และ RE ดงน% IC = VCC / ( RC+RE )

การตอแหลงจายไฟฟาใหทรานซสเตอรทางานในบรเวณอ�มตว เปนการไบอสตรงท�รอยตอท%ง 2

ตาแหนง ของทรานซสเตอร ดงรป

สมมตคา VCE ของทรานซสเตอรขณะอ�มตว มคา 0.3 V (ซ�งต �ากวา VBE ท�มคา0.7 V) บรเวณ

รอยตอคอลเลคเตอร-เบส จะไดรบการไบอสตรงดวยผลตางระหวางแรงดน VBE กบ VCE

(เทากบ 0.4 V) กระแสไฟฟา IE, IC และ IB จะมทศทาง

ดงรป

การทางานท1บรเวณแอกตฟ

การตอแหลงจายไฟฟาใหทรานซสเตอรทางานในบรเวณแอกตฟเปนการแอกตฟเปน การ

ไบอสตรงท�รอยตอ อมตเตอร-เบส และไบอสกลบท�รอยตอคอลเลคเตอร-เบส ดงรป

การอธบายหลกการทางานของทรานซสเตอรในบรเวณน%จะงายข%น ถาพจารณาเฉพาะ

รอยตออมตเตอร-เบส โดยแทนดวยสญลกษณของไดโอด ดงรป b [สมมต VBE มคามาก

พอท�จะทาใหไดโอดทางาน (Si ประมาณ 0.7 V และGe ประมาณ 0.3 V)]

รอยตอคอลเลคเตอร-เบสไดรบการไบอสกลบ ทาใหบรเวณปลอดพาหะกวางกวาท�

รอยตออมตเตอร-เบสซ�ง ไดรบการไบอสตรง ดงน%น ความตานทานท�เบส (RB) จงมคาสง เม�อ

พจารณาในรปของไดโอดจะเหนวา IB เปนกระแสท�มคาต�ามาก เม�อเทยบกบกระแส

คอลเลคเตอร (IC) และเปนสวนหน�งของ IE ดงน%น IE สวนใหญจงเปนกระแส IC ซ�งผาน

รอยตอคอลเลคเตอร- เบส ของทรานซสเตอร

คาพกดของทรานซสเตอร

คาพกดของทรานซสเตอรมหลายประเภท ในหวขอน%จะกลาวถงคาพกดเฉพาะบางประเภทอน

เปนพ%นฐาน สาคญสาหรบการนาทรานซสเตอรไปใชวานใหไดประสทธภาพสงสด และ

หลกเล�ยงไมใหเกดความเสยหายใด ๆ ซ�งไดแก พกดเบตา

ไฟฟากระแสตรง, พกดอลฟาไฟฟากระแสตรง, พกดกระแสไฟฟาสงสด และพกดแรงดนไฟฟา

สงสด

เบตาไฟฟากระแสตรง (DC BETA)

พกดเบตาไฟฟากระแสตรงของทรานซสเตอรซ�งมกเรยกส%น ๆ วาเบตา เปนอตราสวนของ

IC ตอ IB เขยน เปนสมการไดดงน% คอ

Beta = IC / IB สมการท1 3

วงจรทรานซสเตอรสวนมากมสญญาณอนพตจายใหข%วเบส และสญญาณเอาตพตออกจากข%ว

คอลเลคเตอร เบตาของทรานซสเตอรจงเปนสญลกษณแทนอตราขยายกระแส dc (dc Current

Gain) ของทรานซลเตอร

จากสมการ 1 และ 3 หาคากระแสอมตเตอรได ดงน%

IC = Beta * IB สมการท1 4

IE = IB + IC

= IB+ Beta*

IE = IB (1+Beta) สมการท1 5

เราใชเบตาและกระแสไฟฟาท�ข%วใดข%วหน�งหาคากระแสไฟฟาท�ข%วอ�น ๆ ได

อลฟาไฟฟากระแสตรง (DC Alpha)

พกดอลฟาของทรานซสเตอร ซ�งมกเรยกส%น ๆ วา อลฟา คอ อตราสวน IC ตอ IE เขยน

เปน สมการได ดงน%

Alpha = IC / IE สมการท1 6

เม�อนากฎกระแสไฟฟาของเคอรชอฟฟมารวมพจารณา จะเหนไดวาความสมพนธระหวาง

กระแสไฟฟาท� ข%วท%งสามของทรานซสเตอรเปนดงสมการ 1 คอ

IE = IB+IC

IC = IE-IB

เน�องจาก IC มคาต�ากวา IE (เปนปรมาณเทากบ IBดงน%น Alpha หรอ IC/IE จงมคาต�า

กวา I จากสมการท� 6 ทาใหได

IC = Alpha * IE สมการท1 7

จากความสมพนธดงกลาว หาคา IB ไดดงน%

IB = IE- IC

= IE- (Alpha* IE)

IB = IE(1-Alpha) สมการท1 8

ความสมพนธคระหวางอลฟาและเบตา (The Relationship Between Alpha and Beta)

โดยท�วไปสเปคของทรานซสเตอรจะระบคาเบตา แตจะไมมคาอลฟาเน�องจากมกใชคาเบ

ตาสาหรบการคานวณในวงจรทรานซสเตอรมากกวาอลฟาแตในบางคร%จาเปนตองหาคาอลฟา

เพ�อคานวณคาอ�นตอไป จงมวธการหาคาอลฟาในเทอมของเบตา โดยเร�มตนจาก Alpha = IC /

IE

เขยนสมการใหมโดยใชสมการ ท�4 แทนคา IC และสมการ ท�5 แทนคา IE

Alpha = Beta / ( 1+ Beta ) สมการท1 9

IE = ( Beta + 1)*IB สมการท1 10

พกดกระแสไฟฟาสงสด

สเปคของทรานซสเตอรระบคาพกดสงสดของกระแสคอลเลคเตอร [IC(max)] ไวเสมอ

IC (max) หมายถง กระแสคอลเลคเตอรสงสดท�ทรานซสเตอรทนไดโดยไมทาใหเกดความรอน

จน ทรานซสเตอร เสยหาย ดงน%นการนาทรานซสเตอรไปใชงานตองระวงไมใหคา IC สงกวา

IC(max) คา IC(max) จะข%นอยกบคากระแสเบสสงสด[IB(max)] ดงน%

IB(max) = IC(max) / Beta (max) สมการท1 11

พกดแรงดนไฟฟาสงสด

สเปคของทรานซสเตอรสวนมากจะระบคาพกดสงสดของแรงดนท�ข%วคอลเล คเตอร-เบส [VCB

(max) ] VCB(max) หมายถง แรงดนไบอสกลบท�ใชกลบท�ใชกบรอยตอคอลเลคเตอร-เบสได

โดยไมทาให ทรานซสเตอรเสยหาย ดงน%นการนาทรานซลเตอรไปใชงานจงตองระวงไมให

VCB สงกวา VCB(max)

การจดโครงสรางของทรานซสเตอรพDนฐาน (Basic Transistor Configuration)

เราทราบวาโครงสรางของทรานซสเตอรมจานวนท%งหมด 3 ข%ว จงจดโครงสรางใหอยใน

รปวงจรได 3 แบบ คอ

*วงจรอมตเตอรรวม

*วงจรคอลเลคเตอรรวม

*วงจรเบสรวม

*วงจรอมตเตอรรวม (Common Emitter)

วงจรอมตเตอรรวม เปนวงจรท�มการจายอนพตใหกบข%วเบสและมเอาตพตออกมาจากข%ว

คอลเลคเตอร

ช�ออมตเตอรรวมเปนนยแสดงวาแหลงจายแรงดนไฟฟาท%งสองมจดตอรวม กบข%วอมตเตอร

วงจรอมตเตอรรวมมอตราขยายกระแสและอตราขยายแรงดนไฟฟาสงและมการ เล�อนเฟส

แรงดน ac อนพตไปยงเอาตพต เปนมม 180 องศา

วงจรคอลเลคเตอรรวมหรอวงจรตามสญญาณอมตเตอร

(Common Collector or Emitter Follower)

วงจรคอลเลคเตอรรวมหรอวงจรตามสญญาณอมตเตอรเปนวงจรท�มการจายอนพต ให ข%ว

เบสและเอาตพตออกจากข%วอมตเตอร

วงจรคอลเลคเตอรรวมมอตราขยายกระแสไฟฟาสง แตอตราขยายแรงดนไฟฟาต�า แรงดน ac

อนพตกบแรงดน ac เอาตพตจะ inphase กน

วงจรเบสรวม (Common Base)

วงจรเบสรวม เปนวงจรท�มการจายอนพตใหข%วอมตเตอร และเอาตพตออกจากข%วคอลเลคเตอร

ช�อเบสรวมเปนนยแสดง ใหทราบวาข%วเบสเปนจดตอรวมกบแหลงจายแรงดนไฟฟาท%งสอง

วงจรเบสรวม ใชมากในงานท�ตองการความถ�สง มอตราขยายกระแสไฟฟาต�า อตราขยาย

แรงดนไฟฟา สง และแรงดน ac อนพตกบแรงดน ac เอาตพต Inphase กน

เคอรฟคณลกษณะของทรานซสเตอร (Transistor Characteristic Curves)

ในหวขอน%จะพจารณาเคอรฟคณลกษณะท�ใชอธบายการทางานของทรานซลเตอร ซ�ง

ประกอบ ดวยเคอรฟคอลเลคเตอรเคอรฟเบส (ไมพจารณาเคอรฟของอมตเตอร เน�องจากม

คณลกษณะเหมอนกลคอลเลคเตอร) และเคอรฟาเบตา

เคอรฟคอลเลคเตอร (Collector Curves)

เคอรฟคอลเลคเตอรแสดงความสมพนธระหวาง IC IB และ VCE ดงรป สงเกตไดวา

เคอรฟแบง ออกเปน 3 สวน คอ

- บรเวณอ�มตว (Saturation Region) คอบรเวณท�มคา VCE ต�ากวาแรงดนท�สวนโคงของเคอรฟ

(Knee Voltage; VK) ซ�งเปนระดบแรงดนไฟฟาท�ทาใหทรานซสเตอรเร�มทางาน

บรเวณแอกตฟ (Active Region) คอบรเวณท�มคา VCE อยระหวาง VK ถงแรงดนพงทลายหรอ

แรงดนเบรกดาวน (Breakdown Voltage; VBR)

บรเวณเบรกดาวน (Breakdown Region) คอบรเวณท�มคา VCE มากกวา VBR ข%นไป

ถาเราเพ�มคา IB จาก 100 uA เปน 150 uA กจะไดเคอรฟเปนดงรป และหากเปล�ยแปลง IB หลาย

ๆ คากจะไดเคอรฟคอลเลคเตอร ดงรป

เคอรฟเบส (Base Curves)

เคอรฟเบสของทรานซสเตอรแสดงความสมพนธระหวาง IB กบ VBE ดงรป จะเหนไดวา

เคอรฟน% มลกษณะคลายกลเคอรฟของไดโอดขณะไดรบไบอสตรง

เคอรฟเบตา (Beta Curves)

เคอรฟเบตาแสดงลกษณะท�เบตาไฟฟากระแสตรงเปล�ยนแปลงตามอณหภมและIC ดงรป

จะเหนไดวาขณะอณหภม(T) = 100 C ◌ เบตาจะมคามากกวาขณะอณหภม(T)= 25 C ◌

นอกจากน%แบตายงลดลงเม�อ IC เปล�ยนแปลงต�ากวาและสงกวาคาท�กาหนดไวอกดวย

ขอจากดในการทางาน (Limits of Operation)

เราทราบวาเคอรฟคณลกษณะของทรานซสเตอรประกอบดย 3 บรเวณ(ไมรวมบรเวณเบรก

ดาวน) คอบรเวณแอกตฟ, คตออฟ และอ�มตว ถาตองการไดสญญาณเอาตพตท�ดท�สด ไมเพ%ยน

หรอบดเบ%ยว ตองกาหนดบรเวณการทางาน ใหอย ในยานแอกตฟเทานDน

จากหวขอท�ผานมา ทาใหทราบวาการนาทรานซสเตอรไปใชงานโดยไมเกดความเสยหายน%น

จะตองมคา IC ต�ากวา IC(max) และคา VCB ต�ากวาVCB(max)นอกจากน%นคา VCE ท�ใชงาน

ตองต�ากวา VCE(max) ดวย

เคอร ฟคอลเลคเตอร เกดจากความสมพนธระหวาง IC กบ VCE เสนแนว ต%งของเคอรฟท�

ตาแหนง VCE(sat) และ VCE(max) เปนสวนหน�งท�กาหนดขอบเขต การทางานของ

ทรานซสเตอรในบรเวณแอกตฟ ตาแหนง VCE(sat) เปนตวกาหนดคา VCE ต�าสดท�ใชงานได

คอบอกใหทราบวาการทางาน ของทรานซสเตอรต%งแตคาน% เปนตนไปไมอยในบรเวณอ�มตว

สวนตาแหนง VCE(max) เปนตวกาหนดคา VCE สงสดท�ใชงานได คอบอกใหทราบวาการ

ทางานของทรานซสเตอรไมอยในบรเวณเบรกดาวน

ตวบงบอกขอบเขตการใชงานของทรานซสเตอรนอกเหนอจาก VCE(sat)และ VCE(max) คอ

กาลงสญเสยสงสด PC(max) ซ�งหาคาไดจาก

PC(max) = VCE(max)* ICE(max)

สาหรบคณลกษณะของทรานซลเตอรในรป

PC(max) = (20V)(50mA) = 300mW

เม�อทราบคา PC (max) กจะสามารถเขยนเคอรฟกาลงสญเสยสงสดท�มความสมพนธกบเสน

แนวต%งของเคอรฟท�ตาแหนง VCE(sat)และ VCE(max) ไดโดยเลอกคา VCE และ IC ท�

เหมาะสมแลวแทนลงในสมการ

PC(max) = VCE IC สมการท1 12

สาหรบกรณน%

PCman = VCEIC = 300mW

เลอกคา IC(max) = 50 mA และแทนคาลงในสมการขางตน

VCEIC = 300 mW

VCE(50 mA) = 300 mW

VCE = 6V

เลอกคา VCE(max) = 20V แทนคาลงในสมการเดม

(20V)IC = 300mW

IC = 15mA

เลอกคา IC = 25 mA

VCE(25mA) = 300mW

VCE = 12V

จากคาท�ไดนามาเขยนเคอรฟ PC(max)เปนเสนโคงประ สาหรบบรเวณคตออฟคอบรเวณท� IC

มคาเทากบกระแสร�วไหล(ICO) เปนบรเวณท�ไมเหมาะสม กบการใชงาน เพราะจะทาใหได

สญญาณเอาตพตท�เพ%ยนหรอบดเบ%ยว สวนบรเวณท�อยภายในกรอบเสนประ เรยกวา บรเวณ

แอกตฟ ถาตองการใหทรานซสเตอร ทางานในบรเวณดงกลาวตองม

ICO <= IC <= IC(max)

VCE(Sat) <= VCE <= VCE(max)

VCEIC <= PC(max) สมการท1 13

ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอร (Field Effect Transister)

ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอร หรอ เฟท เปนทรานซสเตอรชนดพเศษท�ทางานแบบยนโพลาร

(Uni-polar) ซ�งตางจากทรานซสเตอรธรรมดาท�เปนอปกรณไบโพลาร (Bi-polar) กระแสท�

เกดข%นของทรานซสเตอรธรรมดาไดมาจากการทางานโดยการแลกเปล�ยนระ หวางโฮลกบ

อเลกตรอน สวนเฟททางานโดยใหกระแสไหลทางเดยวเทาน%นเอง เราจงเรยกวาเฟทเปน

อปกรณยนโพลาร

ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอรเปนท�นยมแพรหลายกนในปจจบนเน�องจากวาเฟทม

คณสมบตคลายกบหลอดสญญากาศ คอ ทางานโดยจะใชแรงเคล�อนไฟฟาทางอนพทไปควบคม

กระแสทางดานเอาทพท ผดกบทรานซสเตอรธรรมดาท�ใชกระแสควบคมกระแส ดงน%น

ทรานซสเตอรจงมอนพทอมพแดนซอยในระดบกลางเทาน%น ในขณะท�เฟทมอนพทอมพแดนซ

สงมากทาใหมขอดตอวงจรขยายเสยงเปนอยาง มาก วงจรขยายเสยงในปจจบนถาตองการ

คณภาพจงหนมาเลอกใชเฟท (FET)

การทางานของ ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอรหรอเฟท อาศยหลกการเปล�ยนแปลงสนามไฟฟา

(Field) โดยใชแรงเคล�อนสนามไฟฟาเพยงเลกนอยเปนตวควบคม ส�งน% เองท�ทาใหส�งประดษฐ

สารก�งตวนาชนดน% ถกเรยกวา “ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอร”

ฟลดเอฟเฟคทรานซสเตอรหรอเฟท สามารถแบงออกเปน 2 ชนดใหญๆ คอ1. เจเฟท (J-

FET) เปนทรานซสเตอรท�ประกอบมาจากหวตอ P-N การทางาน ของเฟทชนดน%จะใชหลกการ

พองตวของสนามไฟฟาในรปของดพลช�นตรงชวงรอย ตอ พ-เอน

2. มอสเฟท (MOS-FET) เปนเฟทท�มโครงสรางแตกตางไปจากเจเฟท เพราะท�ขาเกตจะม

ฉนวนก%น การทางานจะใชการเหน�ยวนาของสนามไฟฟาแทนท�จะใชการพองตวของดพลช�น

โดย ตรง

1. โครงสรางทรานซสเตอรสนามไฟฟาชนดรอยตอเจเฟต

เจเฟต (Junction Field Effect Transistor) เม�อพจารณาคามโครงสรางดงรปท� 1 จะ

พบวาเจเฟตม 2 ชนด คอ เจเฟตชนดเอนแชนแนล ดงรปท�1 ก. และชนด พแชนแนล ดงรปท�

1 ข. เจเฟตน%นมขาตอใชงาน 3 ขา คอ ขาเดรน (D) ขาเกต (G) และขาซอรส (S) เจเฟตชนด

เอนแชนแนลช%นสารชนดเอนจะเปนขาเดรนและขาซอรส สาหรบขาเกตจะเปนช%นสารชนดพ

ดงรปท�1 ก. สวนเจเฟตชนดพแชนแนลน%น ขาเดรนและขาซอรสจะเปนช%นสารชนดพ สาหรบ

ขาเกตจะเปนช%นสารชนดเอน ดงรปท�1 ข.

รป ท1 1 แสดงโครงสรางเจเฟตชนดเอนแชนแนลและชนดพแชนแนล

2. การจดไบอสใหเจเฟต

เม�อปอนแรงดนไบอสท�ขาเดรนและขาซอรสโดยแหลงจาย VDD ใหข%วบวกกบขาเดรน (D) และ

ข%วลบกบขาซอรส (S) สวนขาเกต (G) กบขาซอรส (S) จะใหไบอสกลบซ�งเจเฟตชนด

เอนแชนแนล ขาเกตเปนสารก�งตวนาชนดพ (P-Type) ดงน%นแรงดนไบอสท�ขาเกต VGG ตองให

ไฟลบกบขาเกตและไฟบวกกบขาซอรสดงรปท� 2

รปท1 2 แสดงการไบอสเจเฟตชนดเอนแชนแนล

เม�อใหไบอสกลบท�ขาเกตเม�อเทยบกบขาซอรส (VGS) จะเกดสนามไฟฟาท�รอยตอพ –

เอน ท%งสองดานข%นทาใหชองทางเดนของกระแสในสารเอน (เน%อสารสวนใหญ) ระหวางขา

เดรนกบขาซอรสแคบลง กระแสเดรน (ID) จะไหลจากขาเดรนไปสขาซอรสไดจานวนหน�ง

ถาปรบคาแรงดนระหวางขาเกตกบขาซอรส (VGS) ใหมคาไบอสกลบนอยลงจะทาให

ชองทางเดนของกระแสระหวางขาเดรนกบขาซอร สมขนาดกวางข%น ทาใหกระแสเดรนไหลได

สะดวกและมากข%น จากสภาวะดงกลาวทาใหสามารถควบคมปรมาณกระแสเดรน (ID) จะไหล

ผานเจเฟตได โดยการควบคมแรงดนไบอสกลบท�ขาเกตกบขาซอรสของเจเฟต

3. สญลกษณของเจเฟต

สญลกษณของเจเฟตชนดเอนแชนแนลน%น หวลกศรท�ขาเกตจะช% เขา แตชนดพแชนแนล หว

ลกศรท�ขาเกตจะช%ออก แสดงในรปท� 3

รปท1 3 แสดงสญลกษณของเจเฟตชนด N-Channel และ P-Channel

4. ลกษณะสมบต ของเจเฟต

ลกษณะสมบตของเจเฟตใหพจารณาในรปท� 4 เม�อเจเฟตเปน N-Channel โดยใหขา D

มศกยสงกวาขา S และสาหรบเจเฟตชนด P-Channel ให ขา D มศกยต �ากวาขา S เม�อขา G-S ให

ไบอสกลบทาใหเกดสนามไฟฟาข%นท�ชอง (Channel) เปนผลใหความนาไฟฟาระหวางขา D กบ

S ลดลง กระแสเดรน ID กม คาลดลง ถาไบอสกลบท�ขา G-S มากข%นจนกระท�งกระแสเดรน

เทากบศนยพอดคาแรงดนไบอสกลบน% เรยกวา “Pinch Off Voltage” (VP) หรอ VGS(Off) และถา

ใหแรงดนท�ขา G-S ของเจเฟต ใหมคา 0 โวลต (VGS = 0 V) จะมกระแสไหลผานเจเฟตคงท�คา

หน�งเรยกวากระแส IDSS ดงรปท� 4

รป ท1 4 กราฟลกษณะสมบตการโอนยายและลกษณะสมบตดานเดรนของเจเฟตชนด N-

Channel

ในการหาคากระแสเดรน ID ยานทางานหรอยานแอคทฟ เม�อแรงดนระหวางเดรนกบซอรส

VDS คงท�ในแตละคาท�พจารณาหาไดจาก

IDSS = กระแสอ�มตวระหวางเดรนกบซอรส เม�อ VGS = 0

VGS = แรงดนระหวางเกตกบซอรส

VP = แรงดนพนออฟหรอแรงดนระหวางเกตกบซอรส (VGS (Off)) ท�ทาให ID = 0

ลกษณะสมบตอกอยางหน�งเม�อ VGS คง ท� เพ�มคาแรงดน VDS ข%นเร�อยๆ กจะทาใหกระแสเดรน

เพ�มข%น ซ�งลกษณะสมบตน% เจเฟตจะเหมอนกบตวตานทานคงท�ตวหน�ง การทางานในยานน%

เรยกวา “ยานโอหมมก” แตถาเพ�มคาแรงดน VDS ข%นเร�อยๆ ถงจดๆ หน�ง กระแสเดรน (ID) จะไม

เพ�มอกหรอมคาคงท� น�นคอเจเฟตทางานอยในยานอ�มตวคาแรงดน VDS น% เรยกวา VDS (Sat)

สามารถหาไดจาก

5. เฟตชนดออกไซดของโลหะ (มอสเฟต)

มอสเฟตแตกตางจากเจเฟตท�โครงสรางภายในเจเฟตน%น ระหวางเกตกบชองทางเดน

กระแสมโครงสรางเปนรอยตอพ-เอนแตมอสเฟตน%นระ หวางเกตกบชองทางเดนกระแสม

โครงสรางเปนช%นของซลกอนไดออกไซด มอสเฟตม 2 ชนดคอ มอสเฟตดพลช�นและมอสเฟต

เอนฮานซเมนต

6.มอสเฟตชนดดพลช1น

โครงสรางพ%นฐานของดมอสเฟตแสดงดงรปท� 5 ถาเปนชนดเอนแชนแนลชองทางเดน

กระแสระหวางเดรนและซอรสจะเปนสารก�งตว นาชนดเอนและมวสดรองฐานเปนสารก�งตวนา

ชนดตรงขาม ดงรปท� 5 ก. สาหรบดมอสเฟตชนดพแชนแนล จะมชองทางเดนกระแสระหวาง

เดรนและซอรสเปนสารชนดพและมวสดรองเปนสาร ชนดเอน ดงรปท� 5 ข. และมเกตตดอย

ระหวางชองทางเดนกระแสโดยมซลกอนไดออกไซดเปนฉนวนก%น ระหวางเกตกบชองทางเดน

กระแสเน�องจากดมอสเฟตทางานไดใน 2 ลกษณะคอ ดพลช�นโหมดดวยการควบคมกระแส

เดรนดวยแรงดนเกตท�เปนลบและเอน ฮานซเมนตโหมด โดยการใชแรงดนเกตท�เปนบวก

ควบคมการไหลของกระแสเดรน

ก. ข.

รป ท1 5 แสดงโครงสรางพDนฐานของดมอสเฟต

7. เอนฮานซเมนตโหมด

คอการไบอสเกตของดมอสเฟตดวยแรงดนบวก ดงรปท� 6 ก. จะเหนวาเกตของ

ดมอสเฟตจะไดรบประจบวกจากแหลงจาย VGG ทาใหในแชนแนลของดมอสเฟตเปนประจลบ

ทาใหชองทางเดนกระแสระหวางแดรนกบซอรสไมมประจชนดตรงกนขามกบแช นแนลคอย

บบแชนแนลใหแคบลงทาใหกระแสเดรนไหลไดนอยลง เพราะประจลบในแขนแนลมคาลดลง

เปนศนย สญลกษณของดมอสเฟตท%งชนดเอนแชนแนลและชนดพแชนแนลดงรปท� 6

ก. ข.

รป ท1 6 แสดงสญลกษณของดมอสเฟต N-Channel และ P-Channel

8. คณลกษณะการถายโอนของดมอสเฟต

กราฟคณลกษณะการถายโอนของดมอสเฟตชนดเอนแชนแนลและพแชนแนล แสดง

ดงรปท� 7 ก.,ข. ตามลาดบท�จด VGS = 0 V ของกราฟจะไดคาของ ID = IDSS และเม�อ ID = 0 V จะ

ไดคา VGS (Off) จะเปนกรณเอนแชนแนล, VGS (Off) = -VGS และกรณพแชนแนล , VGS (Off) = + VGS

ดงรปท� 7

ก. ข.

รป ท1 7 แสดงกราฟคณลกษณะการถายโอนของดมอสเฟตทDงสองชนด

9. การวดและทดสอบเจเฟตดวยโอหมมเตอร

การตรวจสอบเจเฟตวาดหรอเสยดวยใชโอหมมเตอร กรณท�รตาแหนงขาแลวใหต%ง

ตาแหนงการวดไปท�สเกล R x 10 เน�องจากท�เกตและซอรสและเกตกบเดรนเปนรอยตอพ-เอน

เหมอนไดโอด ดงน%นถาวดคาความตานทานท�เกตกบซอรส หรอเกตกบเดรนคร% งหน�งแลว

กลบข%วมเตอร วดท�ตาแหนงเดมอกคร% งจะไดคาความตานทานต�าหน�งคา กบคาความ

ตานทานสงหน�งคา ถาวดระหวางซอรสกบเดรนแลวกลบข%ววดใหม อกคร% งจะไดคาความ

ตานทานเทากนท%งสองคร% ง ถาวดไดตามน%แสดงวาเจเฟตยงใชงานได

ในกรณท�ไมรขาของเฟตและตองการวดหาขาของเฟตโดยไมเปดคมอโดย วธ การวด

ขาเปนคๆ ( โดยใสสเกล R x 10 เหมอน ) พรอมท%งกลบข%วของมเตอร ถาคใดกลบข%วแลว

วดไดคาความตานทานเทากน 2 คร% ง ขาคน%นคอ ขาซอรสกบเดรนโดยขารวมเปนขาเกต ถา

ขารวมเปนศกยไฟบวกจากมเตอร แสดงวาเปนแบบเอนแชนเนล ถาขารวมเปนศกยไฟลบ

จากมเตอรแสดงวาเปนแบบพแชนเนล แตไมสามารถท�จะแยกไดวาขาใดเปนขาซอรสและขา

เดรน นอกจากจะเปดดจากหนงสอคมอหรอทดลองใหไบอส สาหรบขาซอรสและเดรนน%

เจเฟตบางดตวอาจใชสลบกนได แตบางเบอรกมโครงสรางท�ไมสามารถทาเชนน%ได

เทอรมสเตอรและวารสเตอร

1.โครงสรางและสญลกษณของเทอรมสเตอร

เทอรมสเตอรมาจากคาวา Thermo + Resistor คาวา Thermo น%นหมายถง ความรอน

ดงน%น เทอรมสเตอรจงเรยกอกอยางหน�งวา “ตวตานทานความรอน” (Thermal Resistor) เปน

อปกรณสาร ก�งตวนาท�ทามาจากโลหะออกไซด เชน แมงกานส, นกเกล, โคบอลด, ทองแดงและ

ยเรเนยม เปนตน โดยสารเหลาน%จะมความไวตอการเปล�ยนแปลงของอณหภมดงน%น ไทรสเตอร

จงมคณสมบตท�เปล�ยนแปลงคาความตานทานตามอณหภมโดยใชตว ยอ “TH”

รป ท1 1 แสดงสญลกษณและรปรางของเทอรมสเตอร

เทอรมสเตอรโดยท�วไปจะมลกษณะเปนเมดลกปดขนาดเลกๆ จนถงขนาด 1 น%ว และอกแบบจะ

เปนแบบแทงยาวประมาณ 1/4 – 2 น%ว สวนคาความตานทานของเทอรมสเตอรน%นจะมคา

โดยประมาณอยในชวง

2. ชนดของเทอรมสเตอร

1. NTC (Negative Temperature Coefficient) เปนเทอรมสเตอรแบบท�คาความ

ตานทานจะลดลงเม�ออณหภมสงข%น

2. PTC (Positive Temperature Coefficient) เปนเทอรมสเตอรแบบท�คาความ

ตานทานจะเพ�มข%นเม�ออณหภมสงข%น

รป ท1 2 แสดงกราฟคณสมบตของเทอรมสเตอรชนด NTC และ PTC

3. วารสเตอร (Varistor)

วารสเตอร (Varistor) หรอนยมเรยกช�อยอ VDR (Voltage Dependence Resistor) คอ

ตวตานทานท�แปรคาตามคาแรงดน วารสเตอรจดเปนตวตานทานท�ไมเปนเชงเสนโรงสราง

ภายในลตมาจากสาร ก�งตวนา ซลกอนคารไบด (Sic) , สงกะสออกไซด (Zno2) หรอไททาเนยม

ออกไซด (Tio2) โดยบดสารเหลาน% ใหเปนเซรามก

รป ท1 3 แสดงสญลกษณและรปรางของวารสเตอร

ลกษณะเดนของตวตานทานท�แปรคาตามแรงดนน% คอ คณสมบตระหวางความ

ตานทานตอแรงดนน%นจะสมมาตรกนและไมข%นกบข%วของ แรงดนดวย ดงรปท� 4 ถงแมวาใน

ความเปนจรงแลวหนาสมผสเด�ยวใดๆ ของสารท�ใชทาตวตานทานจะยอมใหกระแสไหลผานได

ทางเดยวกตาม แตการกระจายอยางไมเปนระเบยบของหนาสมผสจานวนมากซ�งตออนกรมและ

ขนาน กนมผลทาใหเกดการเรยงกระแสในทศทางตรงกนขามมจานวนเทาๆ กน ดงน%นตว

ตานทานชนดน% จงสามารถนาไปใชงานท�เก�ยวกบไฟกระแสสลบ ซ�งไดโอดท�นยมนามาใช

ปองกนไมสามารถใชงานได การทางานของวารสเตอรน%นสามารถทาความเขาใจไดงายโดย

พจารณาวาเปนซ เนอรไดโอดสองตวตอหลงชนกน เม�อคาแรงดนท�ปอนใหวารสเตอรต�ากวา

คาท�กาหนดไว กระแสจะไหลไดนอยเน�องจากคาความตานทานท�สง เม�อแรงดนเพ�มข%นคาความ

ตานทานจะลดลงและกระแสจะเพ�มข%นเปนลกษณะ คล�น เอกซโพเนนเชยล (Exponential) ดง

รปท� 4

รป ท1 4 กราฟความสมพนธแรงดน ความตานทานและกระแสของวารสเตอร

สวนผสม ชวง

แรงดน

การนาไปใชงาน

สงกะสออกไซด

(Zno)

0.025 50 – 500

V

การจดสญญาณรบกวนท�เปนพลสกาลง

งานสง

ซลกอนคารไบด

(SiC)

0.3 5 – 25 KV การใชงานตอเน�อง เชน ในวงจรรกษา

ระดบแรงดน

ไททาเนยมออกไซด

(TiO2)

0.25 27 – 70 V ปองกนอปกรณท�มระดบแรงดนต�า

ตาราง ท1 1 วารสเตอรชนดตางๆ

ความสมพนธระหวางคาแรงดน (V) และกระแส (I) ของวารสเตอรสามารถอธบายไดดวย

สมการ

เม�อ V คอ คาของแรงดนไฟฟา มหนวยเปนโวลต (V)

I คอ คากระแสไฟฟา มหนวยเปนแอมแปร (A)

C และ เปนคาคงท�ของสารท�ใชทาตวตานทาน

ในทางปฏบตคาของ C อยในชวง 14 จนถง 3000 การเลอกใชชนดของวารสเตอร

ใหเหมาะสมกบงานน%น ไมจาเปนท�เราตองรคณสมบตของมนอยางแทจรงเพยงแตรขอมล

บางอยางเชน

1. ระดบแรงดนชวงท�วารสเตอรเร�มทางาน ซ�งความแหลมของชวงแรงดนน% เปน

คณสมบตท�ข%นอยกบสารท�ใชทา ยกตวอยางเชน วารสเตอรท�ทาจากสงกะสออกไซด

จะมชวงแรงดนท�แหลมกวาชนดท�ทาจากซลกอนคารไบด สวนวารสเตอรท�ทาจาก

ไททา เนยมออกไซดจะมชวงแรงดนคอนขางต�า ประมาณ 2.7 โวลต แรงดนชวงท�วารสเตอร

เร�มทางานน%จะถกกาหนดมา สาหรบคากระแสท�เหมาะสมซ�งข%นอยกบคาของวารสเตอร

2. คา คงท�น% มคานอยมากสาหรบวารสเตอรท�ทาจากสงกะสออกไซด ซ�งหมายความ

วา ถงแมวาจะเพ�มคาแรงดนเปนจานวนนอยแตจะกอใหเกดการเพ�มข%น ของกระแส

อยางมากมาย

3. การใชงานอยางตอเน�อง ซ�งมความสาคญเม�อใชวารสเตอรในวงจรรกษาระดบ

แรงดนหรอวงจรท�ม อตราการสงพลสอยางเรวมาก

การประยกตใชงาน

วารสเตอรน%นถกนาไปใชในการกาจดสญญาณรบกวนท�เปนพลสกาลงงานสงโดย

เฉพาะเชน พลสรบกวนท�เกดจากฟาผา หรออ�นๆ ท�เกดข%นในวงจรท�มตวเหน�ยวนาถกเปดวงจร

การตดตอน%อาจจะเปนผลจากสวตช ฟวสหรอจากสารก�งตวนาท�เปนไทรสเตอร เราอาจจะคดวา

ไมมปญหาเกดข%นเน�องจากอปกรณน%จะเปดวงจรเฉพาะจดท� แรงดนของแหลงจายไฟฟาเทากบ

ศนย ดงน%นจงไมนาท�จะมแรงดนเหน�ยวนาเกดข%น ในขณะเดยวกบท�กระแสลดลงต�ากวาคายด

ซ�งเปนคากระแสท�จาเปนสาหรบรกษาใหไทรสเตอรยงคงนากระแสอย คากระแสยดมคาไม

เทากบศนย จงทาใหเกดแรงเคล�อนไฟฟาเหน�ยวนาจานวนเลกนอยข%นในหลายๆ กรณ พลงงาน

สนามแมเหลกซ�งเทากบ 1/2 LI2 จะถกกระจายผานไดโอดและสวนของความตานทานท�เกดจาก

การเหน�ยวนาดวยตว เองโดยท� I เปนคากระแสในขณะตดวงจรและ L เปนคาความเหน�ยวนา

ท%งหมดของวงจรเน�องจากคาความเหน�ยวนาดวยตวเอง สวนใหญแลวจะเปนการควบคม

ทางดานไฟกระแสสลบจงทาใหไมสามารถใชไดโอด ได ดงน%นวารสเตอรจงเปนหนทางเดยวท�

จะแกไขปญหาน%ได

รป ท1 6 เม1อฟวสตดวงจรแรงดนของแหลงจายไฟจะสงขDนทนททนใด ถาไมมการปองกนไว

อปกรณตางๆ อาจเสยหายได

ส1งท1ควรคานงในการเลอกใชวารสเตอรสาหรบงานเฉพาะ คอ

1. แรงดนท�เปนยอด ซ� งอปกรณท�ถกปองกนสามารถทนไดโดยไมเกดการเสยหาย

น%นจะตองเลอกวา รสเตอรท�มคาแรงดนเร�มทางานต�ากวาแรงดนท�เปนยอดน%

2. คาแรงดนสงสด (VP) ท�ตกครอมวารสเตอรภายใตเง�อนไขปกต (ในงานเก�ยวกบ

ไฟกระแสสลบคา VP = 1.414 Vrms) เปนส�งท�ตองจาไววากระแสท�ไหลผานวารสเตอรท�ระดบ

แรงดนขนาดน%จะ ตองต�ากวา 1 มลลแอมป

3. คากระแสทรานซสเตอรสงสด

4. คากาลงงานท�กระจายในตววารสเตอร ระหวามสญญาณรบกวนเกดข%นเม�อตว

วารสเตอร ตอครอมตวเหน�ยวนาอยคากาลงงานน%จะตองนอยกวา 1/2 LI2

5. การกระจายกาลงงานเฉล�ยโดยเฉพาะอยางย�ง ถาอตราสงพลสมคาสงหรอถา

แรงดนเร�มทางานไมสงเกนกวาคาแรงดน ปฏบตงานในสภาวะปกต

อปกรณโฟโต

1. โฟโตไดโอด(Photo Diode)

โฟโต ไดโอด (Photo Diode) เปนอปกรณเชงแสงชนดหน�ง ท�ประกอบดวยสารก�งตวนา

ชนด P และสารก�งตวนาชนด N รอยตอจะถกหอหมดวยวสดท�แสงผานได เชน กระจกใส โฟโต

ไดโอดจะมอย 2 แบบ คอแบบท�ตอบสนองตอแสงท�เรามองเหน และแบบท�ตอบสนองตอแสง

ในยานอนฟาเรด ในการรบใชงานจะตองตอโฟโตไดโอดในลกษณะไบอสกลบ

โฟโต ไดโอด (Photo Diode) จะยอมใหกระแสไหลผานไดมากหรอนอยน%นข%นอยกบ

ปรมาณความเขมของแสง เม�อโฟโตไดโอดไดรบไบอสกลบ (Reverse Bias) ดวยแรงดนคาหน�ง

และมแสงมาตกกระทบท�บรเวณรอยตอ ถาแสงท�มาตกกระทบมความยาวคล�นหรอแลมดาท�

เหมาะสมจะมกระแสไหลในวงจร โดยกระแสท�ไหลในวงจร จะแปรผกผนกบความเขมของ

แสงท�มาตกกระทบ ลกษณะท�วไปขณะไบอสตรง (Forward Bias ) จะยงคงเหมอนกบไดโอด

ธรรมดาคอยอมใหกระแสไหลผานได

รป ท1 1 แสดงสญลกษณ และการไบอสใชงาน

โฟโตไดโอดเม�อเทยบกบ LDR (ตวตานทานท�แปรคาตามแสง) แลวโฟโตไดโอดมการ

เปล�ยนแปลงคาความตานทานเรวกวา LDR มาก จงนยมนาไปประยกตงานในวงจรท�ตองการ

ความเรวสง เชน เคร�องนบส�งของ, ตวรบรโมทคอนโทรล, วงจรกนขโมยอนฟาเรดเปนตน

เน�องจากโฟโตไดโอดใหคาการเปล�ยนแปลงของกระแสตอแสงต�า คออยในชวง 1-10 ต

A เทาน%น ดงน%นการใชงานโฟโตไดโอดจงตองมตวขยายกระแสเพ�มเตม ผผลตจงหนมาใช

ทรานซสเตอรเปนตวขยายกระแสเพ�มเตมอยในตวถงเดยว กน ซ�งเรยก วาโฟโตทรานซสเตอร

(Photo Transistor)

2. โฟโตทรานซสเตอร (Photo Transistor)

โฟโตทรานซสเตอร (Photo Transistor) จะประกอบดวยโฟโตไดโอดซ�งจะตออย

ระหวางขาเบสกบคอลเล คเตอร ของทรานซสเตอร ดงรป 2 กระแสท�เกดข%นจากาการ

เปล�ยนแปลงของแสงจะถกขยายดวยทรานซสเตอร (Transistor) ในการใชงานโฟโต

ทรานซสเตอร รอยตอระหวางเบส-อมตเตอร (Base-Emitter) จะตอ ไบอสกลบ (Reverse Bias)

ท�รอยตอน% เองเปนสวนท�ทาใหเกดการแปลงคากระแสท�ข%นอยกบความเขม แสง

รป ท1 2 แสดงสญลกษณ โครงสราง และวงจรสมมล ของโฟโตทรานซสเตอร

เม�อไบอสกลบ (Reverse Bias) ท�รอยตอระหวางเบสกบคอลเลคเตอร (Base-Collecter)

และมแสงตกกระทบท�บรเวณรอยตอ กระแสอนเน�องจากแสง (IP) จะถกขยายดวยอตราขยาย

ของทรานซสเตอรเปนกระแสอมตเตอร (IE) และถาไบอสตรงท�ขาเบสดวยกระแสเบส (IB) จาก

ภายนอกกจะถกขยายรวมกบกระแสเน�องจากแสง (IP) ดวย

ถา ให IP = กระแสท�เกดข%นเน�องจากแสง

IB = กระแสเบสท�มาจาก ภายนอก

IE = กระแสอมตเตอร

hfe = อตราขยายของทรานซสเตอร

จากสมการของทรานซสเตอรคอ

IC = hfeIB

และ

IE = IC + ( IB IP )

จะได

IE = IC + ( IB IP ) hfe + I

จะเหนไดวากระแส IE เปล�ยนแปลงตามกระแส IP ดวยอตราขยายถง hfe+1 เทาซ�งถา IP ม

คาเปล�ยนแปลงจาก 1-10ตA และทาให hfe มคาประมาณ 100 จะไดคา IE เปล�ยนแปลงจาก 100

ตA ถง 1mA

อตราขยายกระแสย�งสงจะทาใหผลตอบสนองตอแสงจะไวข%น คา hfe สงๆ จะตองทา

ใหรอยตอระหวางเบสกบคอลเลกเตอรมพ%นท�มาก แตกทาใหกระแสร�วไหลสงข%นดวย เพราะ

รอยตอจะถกไบอสกลบ (Revese Bias)

3. โฟโตดารลงตนทรานซสเตอร (Photo DaringtonTransistor)

โฟโตดารลงตนทรานซสเตอร (Photo DaringtonTransistor) คอโฟโตทรานซสเตอร 2

ตวตอรวมกนในลกษณะวงจรดารลงตน คอตอในลกษณะขาอมตเตอร(Emitter) ของตวหน�งจะ

ตอเขากบเบส (Base) ของตวถดไป ลกษณะการตอเชนน%จะทาใหทรานซสเตอรมอตราการขยาย

สงข%นอกมาก

รปท1 3 แสดงสญลกษณ และโครงสรางของโฟโตดารลงตนทรานซสเตอร

ออปโตคปเปลอร (Opto-Coupler)

อปกรณเช�อมตอทางแสง(Opto-Isolator) หรอท�เรยกวาออปโตคปเปลอร (Opto-Coupler)

เปนอปกรณอเลกทรอนกสท�ใชในการเช�อมตอทางแสงโดยใชหลกการเปล�ยนสญญาณไฟฟา

เปนสญญาณแสง และเปล�ยนกลบจากแสงเปนไฟฟาตามเดม ใชสาหรบการเช�อมตอสญญาณ

ระหวางสองวงจรท�ตองการแยกทางไฟฟาอยางเดด ขาดเพ�อปองกนการรบกวนกนทางไฟฟา

แบงออกเปนหลายชนดแตละชนดจะประกอบดวย LED สงแสงซ�งปตจะเปนชนดอนฟาเรดและ

ตวรบแสงท�เปนโฟโตทรานซสเตอรหรอโฟโตไดโอด โดยจะถกผลตรวมอยในตวเดยวกน

1. โครงสรางสญลกษณอปกรณเช1อมตอทางแสง

โครงสรางสญลกษณอปกรณเช�อมตอทางแสงจะเหมอนกบอปกรณประเภทโฟโต แตจะ

เพ�มอปกรณสงแสงอนฟาเรดคอไดโอดเปลงแสงอนฟาเรดเขาไปอกหน�งตว เชนโฟโต

ทรานซสเตอรจะเพ�มไดโอดเปลงแสงอนฟาเรดเขาไปอกหน�งตวจะได ออปโตทรานซสเตอร

อปกรณออปโตตวอ�นกเชนเดยวกน

รป ท1 1 แสดงสญลกษณอปกรณเช1อมตอทางแสงชนดตางๆ

ปจจบนอปกรณเช�อมตอทางแสงถกสรางข%นมาในรปของไอซ 6 ขาปดทบภายใน ดานอนพตจะ

เปนแอลอดอนฟาเรด (LED Infared) สวนทางดานเอาทพตน%นจะเปนอปกรณประเภทโฟโต

ชนด ตางๆ ซ�งมอยมากมายเชน โฟโตไดโอด

2. วงจรใชงานออปโตคปเปลอร

จากรปท� 2 ปนวงจรใชงานเบ%องตนของออปโตคปเปลอรโดยมไดโอดเปลงแสงเปนอนพต

และโฟโตทรานซสเตอรเปนเอาทพตของวงจร เม�อมกระแสไหลผาน LED โดยม R1 เปนตว

จากดกระแส LED จะสองแสงไปท�โฟโตทรานซสเตอร ทาใหโฟโตทรานซสเตอร นากระแสม

แรงดนเอาทพตตกครอมท� R2 ซ�งจะเหนไดวาเอาทพตของวงจรจะถกควบคมโดยอนพตโดยท%ง

อนพตและเอาทพตแยกกนทางไฟฟาโดยส%นเชง วงจรน% นยมนาไปใชในวงจรควบคมแรงดน

แหลงจายไฟสวตช�งในเคร�องรบ โทรทศน วงจรควบคมไฟว�งวตตสง เปนตน

รป ท1 2 แสดงวงจรใชงานออปโตคปเปลอรเบDองตน

หวใจสาคญของอปกรณเช�อมตอทางแสงน%นคอ “ Cerrent Transfer Ratio” (CTR) ซ�งกหมายถง

อตราสวนระหวางกระแสอนพต (Iin) ตอกระแสเอาทพต(Iout) ดงน%นสามารถเขยนสมการไดดงน%

CTR = IIN/IOUT

คาถาม

1. ขอใดคอขอดของ PUT ท1ดกวา UJT

ก. โปรแกรมและกาหนดคาได

ข. เลอกคาอนทรนซก สแตนออฟเรโชได

ค. เลอกคาความตานทานระหวางเบสได

ง. ถกทกขอ

2.วงจรสมมลยของ PUT จะคลายกบอปกรณตวใด

ก. DIAC

ข. TRIAC

ค. SCR

ง. UJT

3.จากรปท1 5.4ตว PUT จะทางานเม1อไร

ก. ให R1 มความตานทานมาก R3 มความตานทานนอย

ข. ให R1 มความตานทานมาก R2 มความตานทานนอย

ค. ให R1 มความตานทานนอย R3 มความตานทานมาก

ง. ใหม R1 ไมมความตานทานเลย R2 มความตานทานมาก

4.ไดแอก ( DIAC )มการนากระแสไดก1ทศทาง

ก. ทศทางเดยว

ข. 2 ทศทาง

ค. 3ทศทาง

ง. ไมมขอใดถกตอง

5.ไตรแอกเม1อทางานเปนสวตซจะดกวาสวตซแบบกลไกในขอใด

ก. ทางานไดรวดเรว

ข. ไมมการสมผสกนของหนาสมผส

ค. ทาใหทางานไดงายและรวดเรว

ง. ถกทกขอ

6.จากรปท1 3.17 ตวไดแอกจะทางาน เม1อไดรบการจายแรงดนจากอปกรณตวใด

ก. R1

ข. R2

ค. C1

ง. R1และ R2

7. SCR ถกนาไปใชมากในงานจาพวกไฟฟากาลง เชนงานอะไรบาง

ก. วงจรควบคมความเรวของมอเตอร

ข. วงจรควบคมเวลา

ค. วงจรควบคมสนญาณไฟจราจร

ง. ไมมขอใดถกตอง

8.ควอดแดรก แตกตางจากไตรแอกในขอใด

ก. การใชงานไมตองตอไดแอก

ข. ทางานไดท%งแรงดนไฟตรงและไฟสลบ

ค. แรงดนกระตนขา G เปนบวกหรอลบกได

ง. ถกทกขอ

9.UJT ใชในงานอะไรไดบาง

ก. วงจรกาเนดสญญาณ ฟนเล�อย

ข. วงจรควบคมเฟส

ค. วงจรหนวงเวลา

ง. ถกทกขอ

10. ภาพนDเปนวงจรใด

ก. วงจรไฟจราจร

ข. วงจรหนวงเวลา

ค. วงจรหร1ไฟ

ง. วงจรไฟสลบ