ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 1
บทท 2 สารกงตวนาและไดโอด• แนวความคดของอะตอม
• การนาไฟฟาในของแขง
• ความเขาใจเกยวกบคณสมบตของตวนา สารกงตวนาและฉนวน
• แผนภาพแถบพลงงาน
• สารกงตวนาบรสทธและไมบรสทธ
• กลไกการนากระแสในสารกงตวนาบรสทธ
• รอยตอ PN
• สมการไดโอด
• การไบแอส
• วงจรสมมลไดโอด
• การวเคราะหวงจรไดโอด
• การประยกตใชงาน
• ไดโอดชนดตางๆ
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 2
บทท 2 สารกงตวนาและไดโอด
Part 1
• แนวความคดของอะตอม
• การนาไฟฟาในของแขง
• ความเขาใจเกยวกบคณสมบตของตวนา สารกงตวนาและฉนวน
• แผนภาพแถบพลงงาน
• สารกงตวนาบรสทธและไมบรสทธ
• กลไกการนากระแสในสารกงตวนาบรสทธ
• รอยตอ PN
• สมการไดโอด
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 3
แนวความคดของอะตอม
อะตอมหนงหนวยประกอบดวยศนยกลางท
เรยกวา นวเคลยส(Nucleus) ซงเปนอนภาคทม
ประจบวกคอโปรตอน(Protons) กบอนภาคไร
ประจคอนวตรอน(Neutrons) และรอบนอก นวเคลยสจะมอนภาคลบคออเลกตรอน
(Electron) เปนประจลบวงรอบนวเคลยสใน
แตละวงโคจร
สสารทกชนดประกอบดวยสวนยอยพนฐานคออะตอม
• จานวนอเลกตรอนในอะตอมหนงหนวย
เทากบจานวนของโปรตอนในอะตอมหนงหนวยนน
• คาตวเลขทบอกจานวนอเลกตรอนในอะตอมเรยกวา
เลขเชงอะตอม(Atomic Number)
คาถามโปรตอน(Protons) จะมนา
หนกมากหรอนอยกวาอเลกตรอน
(Electron) ? กเทา
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 4
แนวความคดของอะตอม
Hydrogen Atom
Helium Atom
ตวอยาง แสดงสองอะตอมพนฐานคอ hydrogen และ helium.
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 5
แนวความคดของอะตอม
บอหรโมเดล(Bohr Model)
ค.ศ.1913
Niels Henrik David Bohr
อเลกตรอนใน shell
รอบนอกสดเรยกวา
เวเลนซอเลกตรอน
(Valence electron)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 6
วสดโซลดสเตต (Solid State Material)
• วสดโซลดสเตต แบงได 3 ประเภทคอ ตวนา สารกงตวนา และ ฉนวน
• การแยกวสดพจารณาอยางงายจากสภาพนาไฟฟา หรอสภาพตาน
• สารกงตวนามสภาพนาไฟฟา หรอสภาพตานอยระหวางตวนาและฉนวน
• สภาพนาไฟฟาเปลยนแปลงตามอณหภม แสง สนามแมเหลก หรอ การเจอสารเจอปน
• ฉนวน คอสารทไมสามารถนาไฟฟาไดมคาสภาพตานทาน ตงแต ขนไป
• ตวนา คอสารทนาไฟฟาไดมคาสภาพตานทาน ตงแต ลงมา
• สารกงตวนา คอสารนาไฟฟาไดดกวาฉนวนแตดอยกวาตวนามคาสภาพตานทานระหวาง
ถง
cm⋅Ω810cm⋅Ω−310
cm⋅Ω810 cm⋅Ω−310
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน
วสดโซลดสเตต (Solid State Material)
โครงสรางอะตอมของโลหะและสารกงตวนา
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 8
สสารทเปนของแขง/แถบพลงงาน
• อะตอมอยใกลชดกนมาก ทาใหอะตอมแตละตวสงแรงกระทาไปยงอเลกตรอนของอะตอมอน
ทอยรอบขางได
• การอธบายจะใชทฤษฎแถบพลงงาน ซงกลาววาอเลกตรอนในระบบอะตอมสามารถม
ระดบพลงงาน(Energy level)ไดหลายระดบแตกตางกน ระดบพลงงานจานวนมาก
อาจจะอยใกลชดกนเปนแถบๆ ดงรป
ระดบพลงงานจานวนมากอาจจะอยใกลชดกนเปนแถบๆ นเรยกวา แถบพลงงาน(Energy band)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 9
แถบพลงงาน
• แถบพลงงานทมอเลกตรอนอยเตมเรยกวาแถบเวเลนซ(Valence band)
• แถบพลงงานทสงขนไปและในสภาวะปกตจะไมมอเลกตรอนอยเลยเรยกวาแถบนา
(Conduction band) เพราะเมอทเวเลนชอเลกตรอนไดรบพลงงานเพมจนเลอนระดบ
ไปอยในแถบนาแลวสารชนดนนจะมคณสมบตนาไฟฟา
• อเลกตรอนทเลอนระดบขนไปในแถบนาเรยกวา อเลกตรอนอสระ(Free electron)
• ชองวางของพลงงานระหวางแถบทงสองเรยกวา แถบชองวางพลงงาน(Energy gap)
หรอแถบตองหาม (Forbidden band)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 10
ฉนวน ตวนา และสารกงตวนาแถบพลงงานในวสด
= 6eV
= 1eV
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 11
แผนภาพของอะตอม Silicon และ Germanium
Silicon Atom Germanium Atom
Si14
28.09
Atomic Number
Atomic Mass (g mol-1)Ge32
72.99
Atomic Number
Atomic Mass (g mol-1)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 12
ความตานทาน
นาของแขงทมความยาว L และมพนทหนาตด A ไปปอนแรงดนดวยแหลงจายจากภายนอก
L
A
dE
p
V
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
ALR
σ1
nqnμσ =โดย
เมอ σ คอ สภาพนา (conductivity) เปนพารามเตอรทแสดงคณลกษณะเฉพาะในการนาไฟฟา
ของวสด
Siemens/cm
= ความคลองตวอเลกตรอน
nμ
nμ
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 13
คาความคลองตวและสภาพนาไฟฟา
ความสมพนธตามกฎพนฐานของโอหม
IA
VL
= σ
จาก
IALV ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
σ1
LAVI σ
=
ซงทางดานซายมอสงเกตวาเปนความเขมของกระแส (J) มหนวยเปนแอมแปรแปรตอหนวยพนท
σξ=J
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 14
สารกงตวนา (Semiconductor)
สารกงตวนาแบงตามสวนประกอบของธาต
• สารกงตวนาประเภทธาตเดยว เปนธาตในหมท IV เชน Si , Ge
• สารกงตวนาประเภทสารประกอบทสรางขน เชน GaAs
สารกงตวนาแบงตามจานวนอเลกตรอนและโฮลในสารกงตวนาไดดงน
• สารกงตวนาบรสทธ(Intrinsic Semiconductor) คอสารกงตวนาทมจานวนอเลกตรอน
เทากบจานวนของโฮล
• สารกงตวนาไมบรสทธ(Extrinsic Semiconductor) คอสารกงตวนาทมจานวนอเลกตรอน
ไมเทากบจานวนของโฮลแบงไดเปน 2 ชนดคอ
• สารกงตวนาชนดเอน(n type Semiconductor) คอสารกงตวนาทมจานวน
อเลกตรอนมากกวาจานวนของโฮล
• สารกงตวนาชนดพ(p type Semiconductor) คอสารกงตวนาทมจานวน
อเลกตรอนนอยกวาจานวนของโฮล
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 15
ผลกสารกงตวนา และการทาใหบรสทธ
• ซลกอนเปนธาตท มมากทสดธาตหนง ในโลกประมาณ 25% เชน ทราย ซงประกอบ
ดวย SiO2
• กระบวนการทาใหบรสทธ โดยนา SiO2 วางในเตาแบบอารกไฟฟา
• เตมคารบอน(C) และเพมอณหภมจนถง 2000 ๐C เพอทาปฏกรยาเคม จะไดโพลซลกอน
(Polysilicon) ทบรสทธ 98%
• บดเปนผง และนาไปทาปฏกรยากบกาซ HCI ทอณหภม 300 ๐C จนกลายเปน ไทรคลอโร
ไซเลน (Trichlorosilane : SiHCI3) ซงเปนของเหลว และ H2
• นา SiHCI3 ไปกล นเพอทาใหบรสทธ
• รดวซดวย H2 กลายเปน ซลกอนระดบงานอเลกทรอนกส (Electronic grade silicon หรอ
EGS) ซงมความบรสทธถง 99.9999999 %
• โพลซลกอนในลกษณะนพรอมทจะใชเปนวตถดบในกระบวนการปลกผลกเพอทาใหเกด เปน
ซลกอนผลกเดยว ซงสามารถนามาใชเปนวตถดบในการผลตสงประดษฐสารกงตวนา
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 16
การผลตซลกอนใหเปนผลกเดยว
• การผลตซลกอนใหเปนผลก เดยวจะตองเตมชนดและ ปรมาณสารเจอปนตามกาหนด
• กระบวนการผลตซลกอนให เปนผลกเดยวทนยมทาม 2 วธ
1. วธโซชารลสกCzochralski:CZ พบเมอป 1900 และนามาใชเมอ ป 1950เปนวธทงาย ผลกมเสนผาศนย กลางใหญ เตมสารเจอไดงายและตนทนตา ในวงจรรวมจะใชผลกเดยวทสรางดวยวธการน2. วธ Float-zone(FZ) ใชป 1952 ผลกเดยวมความบรสทธสง ผลกทได มกใชผลตอปกรณเดยวจาพวกกาลง
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 17
แผนภาพอะตอมของ Silicon และ Germanium
Silicon Atom Germanium Atom
Si14
28.09
Atomic Number
Atomic Mass (g mol-1)Ge32
72.99
Atomic Number
Atomic Mass (g mol-1)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 18
พนธะโควาเลนต(Covalent Bonds)
เรยกวาพนธะแบบโควาเลนต (covalent bonds) เชนในซลกอนดงรป
• การมแรงพนธะททาใหอะตอมขางเคยง 2 ตวใชอเลกตรอนรวมกน
• อะตอมศนยกลางจะใชอเลกตรอนรวมกบสอะตอมใกลเคยงดวยพนธะแบบโควาเลนต
เครองหมายลบแทนเวเลนช
อเลกตรอนทอะตอมใชรวมกน
เรยกวาพนธะแบบโควาเลนต
- บอนด(Bond) คอการยดเหนยวของอะตอม
- โควาเลนซบอนด เปนการยดเหนยวของอะตอมโดยใชวาเลนซอเลกตรอนรวมกน
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 19
การเกดคอเลกตรอน-โฮล
• คอเลกตรอน-โฮลในผลกซลกอน อเลกตรอนอสระจะถกสรางอยางตอเนอง
เนองจากจานวนอเลกตรอนและโฮลใน
ผลกซลกอนบรสทธมจานวนเทากน
ดงนนถาให
ni = จานวนอเลกตรอนตอหนวย
ปรมาตรของสารกงตวนาบรสทธ
pi = จานวนโฮลตอหนวย
ปรมาตรของสารกงตวนาบรสทธ
แลว ii pn ≅
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 20
การนาไฟฟาของสารกงตวนาบรสทธ
• เมอมการกระตนทาใหอเลกตรอนหลดจากพนธะกระโดดไปชนแถบนา ทาใหเกดชองวางคอโฮล
(hole) ในแถบเวเลนต ซงการเกดคอเลกตรอน-โฮลขนนทาใหจานวนอเลกตรอนเทากบโฮลซง
เปนคณสมบตสารกงตวนาบรสทธ และอเลกตรอนและโฮลนมผลตอการนาไฟฟา
Energy Diagrams Bonding Diagrams
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 21
การนาไฟฟาสารกงตวนาบรสทธ
กระแสอเลกตรอนในซลกอนบรสทธ เกดขนจากการเคลอนทของเลกตรอนอสระ
เนองจากความรอน และสนามไฟฟา
กระแส
สนามไฟฟา
•ดงนนกระแสของสารกงตวนาเกดจากสองสาเหตคอ1. กระแสพดพาจากการอทธพลของสนามไฟฟาเชนเดยวการนาไฟฟาในโลหะ
2. กระแสทเกดจากการแพรกระจายของพาหะประจในสารกงตวนาจากความหนาแนน
มากไปยงทมความหนาแนนนอยกวา
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 22
การนาไฟฟาสารกงตวนา
สมการของไอนสไตล(Einstein equation)
qKTVT =
การพดพาและการแพรของพาหะประจในสารกงตวนามความสมพนธกบอณหภม
ทาใหความคลองตวและคาคงตวการแพรกระจายมความสมพนธกนดงน
โดยท k เปน คาคงตวโบทแมน (Boltzmann’s constant)
T คออณหภมทสมบรณ
VT ซงเรยกคณสมบตนวา แรงดนเชงความรอน (thermal voltage)
คาคงทโบทแมน เทากบ 1.38 × 10-23 J/K
ทอณหภมหอง VT มคาประมาณ 1/40V หรอ 25 mV หรออาจจะใช 26 mV
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 23
• สารกงตวนาทมการเตมสารเจอปน(Impurity)เพอใหมสภาพนาไฟฟาสงกวา สารกง
ตวนาบรสทธ
• สารเจอปนชนดตวให(Donor impurity) นยมใชคอธาตทมเวเลนซเทากบ 5
เชนพลวง(Sb) สารหน(As)และ ฟอสฟอรส(P) ทาหนาทเพมอเลกตรอนอสระใหแก
ระบบอะตอมเรยกสารเจอ
• สารเจอปนชนดตวรบ(Acceptor impurity) นยมใชคอธาตทมเวเลนซเทากบ 3
เชนโบรอน(B) อะลมเนยม(Al)และ อนเดยม(In) ทาหนาทเพมโฮล (รบอเลกตรอน
แทนทกได)ใหแกระบบอะตอม
สารกงตวนาไมบรสทธ (Extrinsic Semiconductor)
(พลวง-Sb)
50Sb
5B
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 24
สารกงตวนาชนดเอน (n type Semiconductor)
• คอสารกงตวนาทเตมสารเจอปนทมเวเลนซ 5 เชนพลวง(Sb)ลงในระบบอะตอม
สารกงตวนาบรสทธทมเวเลนซ 4 ตว
• การสรางพนธะรวมกบอเลกตรอน 4 ตวของสารกงตวนาบรสทธ เชน ซลกอน4 จะ
ทาใหอเลกตรอนตวท 5 ของสารเจอไมสามารถสรางพนธะไดทาใหหลดจากอะตอม
ไดงาย
อเลกตรอนตวท 5 ทหลดออกจากอะตอมสารเจอปน จะกลายเปนอเลกตรอนอสระ
• สารกงตวนาชนดเอน พาหะสวนใหญ(Majority carrier)เปนอเลกตรอนอสระ
และพาหะสวนนอย(Minority carrier)เปนโฮล
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 25
สารกงตวนาชนดเอน (n type Semiconductor)
พลวง(Sb)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 26
สารกงตวนาชนดพ (p type Semiconductor)
• คอสารกงตวนาทเตมสารเจอปนทมเวเลนซ 3 เชนโบรอน(B)ลงในระบบอะตอมสารกงตวนาบรสทธทม
เวเลนซ 4 ตว
• การสรางพนธะรวมกบอเลกตรอน 4 ตวของสารกงตวนาบรสทธ เชน ซลกอน 4 จงขาดอยพนธะหนงทา
ใหเกดโฮลขน
• ดงนนสารกงตวนาชนดพ พาหะสวนใหญ(Majority carrier)เปน โฮล และพาหะสวนนอย(Minority
carrier)เปนอเลกตรอนอสระ
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 27
ไดโอดเปนอปกรณสารกงตวนาเสนพนฐานทมโครงสรางจากรอยตอสารกง
ตวนาชนดเอนและพ และเปนพนฐานของอปกรณสารกงตวนาทกชนด เชน
MOSFETS, JFETS, Bipolar Transistors, solar cells,……
ไดโอด(DIODES)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 28
Typical diode packages with terminal identification.
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 29
โครงสรางพนฐานของไดโอด
รปแสดงโครงสรางพนฐานของไดโอดทแสดงเฉพาะพาหะขางมาก(majority)
และพาหะขางนอย(minority)
พาหะทเกดในรอยตอ พเอน
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 30
คณลกษณะรอยตอพ-เอน(PN junction)
ประจบวกของไอออนตวให
ประจลบของไอออนตวรบ
โฮล อเลกตรอน
เกดสนามไฟฟาขามรอยตอสงแรงกระทาตอ
พาหะสวนนอยเพอพดพาไปได/ทาใหสนามออนลงได
สญเสย e แสดงอานาจไฟฟาบวก(ประจบวกไอออนตวใหทงไว)
xd
N-typexp xnP-type
การแพรซม(diffusion)การพดพา(drift)เนองจากสนามไฟฟา
e
h
ท าใหเกดก าแพงศกย (voltage barrier)
ตานการแพรของพาหะขางมากท ง e และ h
e ทขามมากลายเปนพาหะขางนอยและรวมตวกบประจอน ๆ
- + เมอสมดลจะ
เปนกลาง
เมอสมดลจะ
เปนกลาง
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 31
การใหไบอสตรงแกรอยตอพ-เอน
N-type
xdxp xnP-type
VD
ID
0.7
V
Vo
v vo
vo-v
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 32
สญลกษณ สมการกระแส ของไดโอด
สมการไดโอด
สญลกษณ
โดยท
เจอรเมเนยม n = 1
ซลกอน n = 2
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 33
Depletion width with Reverse Bias of PN junctionxd
xp xnP-type
VD
ID
การใหไบอสตรงแกรอยตอพ-เอน
แรงดนพงทลาย
(Breakdown Voltalge)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 34
การทดสอบโอด
http://www.youtube.com/watch?v=b8gPSKpbXQs&feature=PlayList&p=5DE3ED5D
7122A8EE&playnext_from=PL&playnext=1&index=13
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 35
สญลกษณ สมการ และกราฟคณลกษณะของไดโอด
Reverse Bias:
Forward Bias:
breakdown voltage,
VZ. 2 V <VZ<2000 V
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 36
สมประสทธอณหภมของไดโอดแรงดนไดโอดขณะไบแอสตรง(forward bias)
สาหรบไดโอดชนดซลกอนทวไป:
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน
วงจรไดโอดเบองตนดงรป สามารถเขยนสมการไดโอดและสมการเสนภาระงานไดคอ
วงจรไดโอด (Diode Circuits)
TD VVSD eItI =)(
RVVI DDD
D−
=
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 38
วงจรสมมลไดโอดในโปรแกรม SPICE
Diode SPICE Model วงจรสมมลไดโอดในโปรแกรม PSPICE
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 39
ไดโอดในอดมคต
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 40
การวเคราะหวงจรไดโอด
การวเคราะหในแบบวธดซของวงจรทแทนดวยไดโอดในอดมคต
ข นตอนการวเคราะหดงน
• คาดคะเนสถานะของไดโอดทกตว
• เขยนวงจรใหมโดยแทนดวยการลดวงจรสาหรบไดโอดท ON และแทนดวยการเปดวงจร
สาหรบไดโอดท OFF
• วเคราะหวงจรหากระแสทใหผานไดโอดทแทนดวยวงจรลดวงจร และหาแรงดนตกครอม
ไดโอดทแทนดวยวงจรเปด
• ตรวจสอบความถกตองของสถานะไดโอดทกตว ทเราสมมตไวในวงจร ถามจดใดทคาน
กบทไดสมมตไว เชน กระแสเปนลบในไดโอดท ON หรอแรงดนบวกตกครอมทไดโอดท
OFF ใหกบไปทาขนท 1. โดยปรบปรงการคาดคะเนใหม
• เมอไมมขอขดแยงใด ๆ แลว แรงดนและกระแสทคานวณไดในวงจร จะใกลเคยงกบคา
จรงเพอสามารถเขาใจไดดยงขนใหพจารณาจากตวอยางตอไปน
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 41
วเคราะหไดโอดในอดมคต
ตวอยางท1 จากวงจรในรปสมมตวาเปนไดโอดในอดมคต จงหา VA ในวงจร
การหาคาตอบ กระแสไหลเขาจด A จงทาใหจด A เปนบวก ถาเราคาดคะเนวาไดโอด ON
VA
+12V
-8V
Ω10k VA
+12V
8V
Ω10k
iD
A
C
VA
+12V
-8V
Ω10k
mAk
iD 210
)8(12=
−−=
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 42
การวเคราะหวงจรไดโอดในอดมคต
ตวอยางท2 วงจรในรป ก ถาไดโอดเปนไดโอดในอดมคตหา VC
การหาคาตอบ สมมตวาไดโอด ON เขยนวงจรไดดงรป ข และลดวงจรใหมเขยนแทนดวย
แหลงจายเธวนนดานขาแอโนดของไดโอด ดงรป ค และจากรปนแสดงใหเหนวากระแสเปนลบ
แสดงวาเราสมมตผดจงกลบไปสมมตใหม
สมมตใหม โดยใหไดโอด OFF ดงรปท ง จากรปจะได iD=0 และหาแรงดนท VA=5
และ VC=6 ดงนน VD=VA-VC= -1V เพราะฉะนนจากวงจรจะได VC=5-(-1)=6V
5kΩ6V
5kΩ
5kΩ
+10V
vc
5kΩ6V
5kΩ
5kΩ
+10V
vc
iD
A C5kΩ6V
2.5kΩ
5V
vc
iD
A C
5kΩ6V
2.5kΩ
5V
vcv
DA C
ก. ข. ค. ง.
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 43
การวเคราะหวงจรไดโอดในอดมคต
ตวอยางท3 จงหาจดทางาน(Q-Point: ID, VD) ของวงจรโดยสมมตวาเปนไดโอดในอดมคต
การหาคาตอบ• สมมตไดโอดทงสองตว ON
• แทนไดโอดดวยวงจรสมมลอดมคตไดรป ข.
• คานวณหากระแส I1
ใช KCL
แต ID1 เปนลบ แสดงวามนตอง OFF ตองแทนวงจรใหมตามรป ค. และคานวณใหม
ก.
ข.ดงนนจดทางานของ D1 และ D2 ขณะนคอ
และ
,
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 44
การวเคราะหวงจรไดโอดในอดมคต
• จากรป ค. สงเกตวา D1 เปดวงจร
• ทาให ID1=0 ดงนน I1 = ID2
ค.
• ใช KVL
หาแรงดน VD1
D1: (0 mA, -1.67 V):off
D2: (1.67 mA, 0 V) :on
ดงนนแสดงวา D1 ไมทางานหรอ OFF
สวน D2 ทางาน หรอ ON
ดงนนจดทางานของไดโอดทถกคอ
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 45
วงจรสมมลแบบออฟเซต
วงจรสมมลแบบออฟเซต
• ท iD≥ 0 จะตองมแรงดนออฟเซตเกดขนเชนเดยวกบไดโอดจรง ๆ
• แรงดนออฟเซตมกจะประมาณเทากบแรงดนทรอยตอพ-เอน
• แรงดนออฟเซตจะมคาเทากบ 0.7V สาหรบซลกอน , 0.25V สาหรบเยอรมนเนยม
และ 1.2V สาหรบแกลเลยมอาเซไนด
vD
iD
OFF 0
ON
VD
Si GaAs Ge
0.7 1.2 0.25VD(volt)
A
C
iDv
D
ON
OFF
iD
A
C
vD
vD
A
C
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 46
วเคราะหไดโอดวงจรสมมลแบบออฟเซต
ตวอยางท4 จากวงจรในรปสมมตวาเปนไดโอดในอดมคต จงหา VA ในวงจร
การหาคาตอบ สมมตวาไดโอด ON ดงนนแทนดวยวงจรสมมลแบบออฟเซต จะไดวงจรดงรป ข.
พจารณาทศทาง iD แลวหาแรงดนโดย KVL จะได
VA
+12V
-8V
Ω10k
vD
iD
0
1.93mA
0.7
A
C
VA
+12V
-8V
Ω10k
iD
VA= -8+0.7= -7.3V
ik
mAD=− −
= +12 7 3
10193( . ) .
Ω
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน 47
วงจรสมมลในทางปฏบต
วงจรสมมลในทางปฏบต
• ท iD≥ 0 จะตองมแรงดนออฟเซตเกดขนเชนเดยวกบไดโอดจรง ๆ
• ใชแรงดนคาหนงทเพยงพอทจะทาใหกระแสเรมไหล เรยกแรงดนทจดนวา
แรงดนคทอน Vγ (cut-in voltage) ของไดโอด
• การประมาณวาไดโอด ON จะแทนดวยความตานทาน rf อนกรมกบ Vγ
A
C
iDv
D
ON
Vγ
rf
A
vD
iD
0
กราฟจรง ๆ
Vγ
ON
OFF
rf
1
C
V V VTγ = + ≈0 7 0 001 0 5. ln( . ) .
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน
ตวเรยงกระแสแหลงจายกาลง(Power Supplies Rectifier)
Power LineAC
ACCorrect
DCPulsating
DCSmoothed
DC output
Load
Transformer Rectifier Filter Regulator
การใชงานไดโอด
ไดอะแกรมแหลงจายกาลง (Power Supplies)
ผศ.พชญสน มะโนบทท 2 สารกงตวนาและไดโอด อเลกทรอนกสพนฐาน
ตวเรยงกระแส(Rectifier)
ตวเรยงกระแสมสามชนดใหญ ๆ คอ
1. ตวเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier)
2. ตวเรยงกระแสแบบเตมคลน (Full Wave Rectifier)
3. ตวเรยงกระแสแบบครงคลน (Bridge Rectifier)
ตวเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier)
0 π π2 π3 π4
rmsm VV 2=
rmsV220
o180 o360 o540 o720
Dm VV −
π π2 π3 π4o180 o360 o540 o720
LV
Recommended