โพสกันไปแล้ว2เรื่องในเรื่องเกี่ยวกับไฟฟ้า มาดูกันในเรื่องที่3 กับ เรื่องของไดโอด อุปกรณ์ไฟฟ้าอีกชนิด

ไดโอดซึ่งทำจากสารกึ่งตัวนำที่มีหัวต่อ PN หนึ่งหัวต่อ ความต้านทานไฟฟ้าของไดโอดนี้จะมี

- ค่าสูงในทิศทางอ้อม

- ค่าต่ำในทิศทางตาม

เมื่อป้อนแรงดันไฟสลับให้ไดโอดด้วยคุณสมบัติข้างต้น กระแสไฟฟ้าจะไหลได้ในทิศทางตามเท่านั้น ไดโอดจึงสามารถดัดกระแสไฟ ฟ้าได้

เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าในทิศทางตามกระแสไฟฟ้าในทิศทางตามจะเริ่มไหลที่ค่าแรงดันไฟฟ้าค่าหนึ่ง เรียกว่า แรงดันแพร่ซึม ซึ่งมีค่าเฉพาะ (เจอเมเนียมมีค่า ๐.๓ ~ ๐.๔ โวลต์ ซิลิคอนมีค่า ๐.๗ ~ ๐.๘ โวลต์)

กระแสไฟฟ้าในทิศทางย้อนมีค่า ๑ ส่วนใน ๑๐๗ ของกระแสไฟฟ้าในทิศทางตาม จึงมีค่าน้อยมาก แต่ไม่ถึงกับเป็นศูนย์ เหตุผลเพราะ ในเนื้อสารส่วนที่เป็น P ยังมีอิเล็กตรอน และในเนื้อสารส่วนที่เป็น N ยังมีโฮล พาหะเหล่านี้ยังทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้โดยเ คลื่อนที่ผ่านจุดบกพร่องที่มีอยู่ในข่ายผลึกของอะตอม อุณหภูมิยังมีผลต่อกระแสไฟฟ้าในทิศทางย้อนได้ กล่าวคือ กระแสไฟฟ้า จะมีค่าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

เมื่อกระแสไฟฟ้าสลับทิศ (สวิชชิ่ง) จากทิศทางตามเป็นทิศทางย้อน จะเกิดความช้าในการเปลี่ยนทิศขึ้น เนื่องจากว่าที่พาหะใน หัวต่อ PN จะหายไปหมดต้องใช้เวลาบ้างนั่นเอง ปรกติสวิชชิ่งไดโอดจะมีค่าเวลานี้ประมาณ 10-8 ~ 10-9 วินาที ซึ่งมีค่าที่น้อยมาก

ไดโอดมีหลายชนิดแล้วแต่การใช้งานเฉพาะที่แตกต่างกัน เช่น

- ซีนเนอร์ไดโอด (ใช้ควบคุมเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้า)

- วาแรคเตอร์ไดโอด (ใช้ปรับความถี่)

- ชอตกี้ไดโอด (การสวิชชิ่งที่มีความเร็วสูง)

นอกจากนี้ยังมีไดโอดที่ใช้งานย่านความถี่ไมโครเวฟ เช่น

- ทันแนลไดโอด

- อิมแพทไดโอด (ใช้ในการกำเนิดและขยายสัญญาณไมโครเวฟ)

- กันน์ไดโอด

ไดโอดมีด้วยกันหลายแบบ ได้แก่

โฟโตไดโอด

โฟโตไดโอด คือ สิ่งประดิษฐ์รับแสงที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ จะเปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า เมื่อแสงตกกระทบอิเล็กตรอนที่ยึดติดอยู่กับอะตอมในข่ายผลึกจะแตกหลุด เกิดเป็นอิเล็กตรอนอิสระ และโฮลอิสระขึ้น อิเล็กตรอนและโฮลเหล่านี้จะเคลื่อนที่เข้าไปใ นเขตปลอดพาหะเกิดป็นกระแสไฟฟ้าย้อนด้วยปริมาณที่แปรเปลี่ยนตามความเข้มแสง เรียกว่า กระแสโฟโต

โฟโตไดโอดใช้ประโยชน์ในงาน

- วัดความเข้มแสง

- ชัตเตอร์แสง

- กำหนดตำแหน่งของเครื่องมือกล

- การวัดระยะทางไกลด้วยแสงอินฟาเรด

- ตรวจจับสัญญาณแสงที่ความถี่สูง

โฟโตทรานซิสเตอร์

โฟโตทรานซิสเตอร์ คือ โพโตไดโอดที่มีการขยายสัญญาณ โดยใช้หัวต่อ PN ที่ประกอบด้วยส่วนที่เป็นเบสและคอลเลคเตอร์เป็นที่รับแสง กระแสโฟโตที่เกิดขึ้นจะไหลไปอี มิตเตอร์ เนื่องด้วยปรากฏการณ์ทรานซิสเตอร์ กระแสอีมิตเตอร์จะมีขนาดเป็นประมาณ ๕๐๐ เท่าของก ระแสโฟโตที่เกิดขึ้นในตอนแรกเมื่อถูกแสง

โฟโตทรานซิสเตอร์ใช้ประโยชน์ในงาน

- เครื่องควบคุมแสง

- ตรวจสอบแผ่นการ์ดหรือเทปเจาะรู

- ตัวเชื่อมแสงกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์

เซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานเหมือนโฟโตไดโอดเมื่อมีแสงตกกระทบจะเกิดพาหะอิสระขึ้น ข้อแตกต่างคือไม่ต้องป้อนแรงดันไฟฟ้าภา ยนอกให้กับหัวต่อ PN

อิเล็กตรอนและโฮลจะเกิดขึ้นในเขตปลอดพาหะของหัวต่อ PN สนามไฟฟ้าภายในของเขตปลอดพาหะจะแยกพาหะไฟฟ้าทั้งสองนี้ไปคน ละข้างเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าไหลสู่วงจรภายนอกเซลล์แสงอาทิตย์จึงทำหน้าที่แปรพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า

เซลล์แสงอาทิตย์ใช้ประโยชน์ในงาน

- ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยประสิทธิภาพ ๑๒% ~ ๕%

- วัดความเข้มแสง

ไดโอดเปล่งแสง (LED

ไดโอดเปล่งแสง คือ ไดโอดที่เปล่งแสงได้โดยเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นแสงที่ตามองเห็นหรือให้เป็นแสงอินฟาเรด

L : Light (แสง)

E : Emitting (เปล่ง)

D : ไดโอด

ไดโอดเปล่งแสงทำจากผลึกสารกึ่งตัวนำที่มีหัวต่อ PN เมื่อมีการป้อนแรงดันไฟฟ้าตามอิเล็กตรอนในส่วนที่เป็น N และโฮลในส่วนที่เป็น P จะเคลื่อนที่เข้าหารอยต่อ อิเล็กตรอนและโฮลจะรวมตัวกัน และปล่อยแสงออกมา ในสภาพการรวมตัวของอิเล็กตรอนอ ิสระ พลังงานอ ิสระจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของแสง

สีของแสงที่เปล่งจะขึ้นกับชนิดของผลึกสารกึ่งตัวนำและชนิดสารเจือปน

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงินได้โดยใช้สารประกอบกึ่งตัวนำกลุ่ม II-VI ด้วย

ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์)

ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ใช้เป็นตัวขยายสัญญาณไฟฟ้า หรือทำหน้าที่เป็นสวิช

การทำงานต้องอาศัยประจุไฟฟ้าสองชนิดคือ อิเล็กตรอนและโฮล จึงเรียกว่า ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์

ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์มีโครงสร้าง PNP หรือ NPN

ไพโพลาร์ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยหัวต่อ PN จำนวน ๒ หัวต่อ คือ หัวต่อระหว่างอีมิตเตอร์ - เบส และ เบส - คอลเลคเตอร์

หัวต่อเบส - คอลเลคเตอร์ ถูกไบอัสย้อนด้วยแรงดัน VCB เกิดกระแสคอลเลคเตอร์ IC ซึ่งมีค่าต่ำไหลในวงจรด้านคอลเลคเตอร์

เมื่อไบอัสตามหัวต่ออีมิตเตอร์ - เบสด้วยแรงดัน VEB อิเล็กตรอนจะถูกฉีดจากอีมิตเตอร์สู่เบสเรียกว่า กระแสอีมิตเตอร์ อิเล็กตรอนจ ำนวนหนึ่งจะไหลเป็นกระแสเบส แต่กระแสส่วนใหญ่ไหลไปถึงหัวต่อเบส - คอลเลคเตอร์ และถูกสนามไฟฟ้าที่เกิดจากไบอัสย้อนกวาดเข้ าไปเป็นกระแสคอลเลคเตอร์ จากลักษณะสมบัติเช่นนี้จึงเป็นการใช้กระแสเบสค่าน้อยเพื่อควบคุมกระแสคอลเลคเตอร์ที่มีค่าโต เรีย กว่า การขยายสัญญาณกระแส

ในกรณีทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ก็ให้คิดคล้ายกันเพียงเปลี่ยนทิศทางของประจุไฟฟ้า

พลานาร์ทรานซิสเตอร์

เทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำแบบพลานาร์เป็นวิธีสำคัญในการสร้างทรานซิสเตอร์ไอซีสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดต่าง ๆ

จุดเด่นของพลานาร์ทรานซิสเตอร์ ได้แก่

- มีการใช้ชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ปิดผิวไว้ทำให้มีความเชื่อถือได้สูง

- มีขนาดเล็กจิ๋ว จึงเหมาะกับการใช้งานความถี่สูง

- แว่นผลึก ๑ แผ่น สามารถนำไปทำสิ่งประดิษฐ์ได้มากกว่า ๑๐,๐๐๐ ตัว ทำให้ราคาการผลิตต่อตัวมีค่าต่ำ

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า (FET)

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแตกต่างจากไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ที่ใช้การทำงานของพาหะชนิดเดียว อิเล็กตรอน หรือโฮล อย่างหนึ่งอย่างใด จึงเป็นยู นิโพลาร์ทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบ่งตามกรรมวิธีการสร้างได้เป็น ๒ ชนิด คือ

- ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบหัวต่อ

- ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบหัวต่อ 

เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าตรงแก่ปลายทั้งสองของผลึกสารกึ่งตัวนำชนิด N กระแสอิเล็กตรอนจะไหลจากซอสไปเดรน ช่อง (Channel) ที่อิเล็กตรอน ไหลจะถูกกำหนดด้วยแรงดันไฟลบที่ป้อนให้แก่ส่วน P ที่แพร่ซึมไว้ทั้งสองข้างของช่อง เมื่อแรงดันไฟลบที่เกทมี ค่าสูงขึ้น สน ามไฟฟ้าจะส่งผลให้เขตปลอดพาหะขยายตัวโตขึ้นบีบให้ช่องไหลของอิเล็กตรอนมีขนาดแคบลง ดังนั้น แรงดันไฟที่เกทจึงสา มารถควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนจากซอสไปเดรนได้

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS (MOSFET)

MOSFET มาจาก

M : Metal (โลหะ)

O : Oxide (ออกไซด์)

S : Semiconductor (สารกึ่งตัวนำ)

F : Field (สนามไฟฟ้า)

E : Effect (ผล)

T : Transistor (ทรานซิสเตอร์)

เป็นทรานซิสเตอร์ ที่ใช้หลักการทำงานที่แรงดันเกทควบคุมสภาพการนำไฟฟ้าที่ชั้นบาง ๆ ที่บริเวณผิวของผลึกสารกึ่งตัวนำ

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS มีส่วนสำคัญในการพัฒนาไอซีที่มีขนาดใหญ่ (LSI) ตัวอย่าง มอสทรานซิสเตอร์ชนิด P ชัลแนล (แบบเอนฮันสเมนท์)

เมื่อแรงดันเกทเป็น ๐ กระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถไหลจากซอสไปเดรนได้ เมื่อมีแรงดันไฟลบที่เกท อิเล็กตรอนจะถูกกดให้เคลื่อนห่างผิวในขณะที่โฮลจะถูกดึงให้เคลื่อนใกล้ผิว เกิดเป็นชั้น P บาง ๆ ที่สามารถนำไฟฟ้าได้ เกิดกระแสไฟฟ้าไหลจากซอส (ชนิด P) ผ่านช่ อง (ชนิด P) ไปยังเดรน (ชนิด P) ได้ กระแสไฟฟ้านี้จึงถูกควบคุมปริมาณด้วยแรงดันเกท