Basic Electronics for Automation Engineering

1. Basic Electronics for Automation Engineering • Student Name:ThanikKittisattayakulStudent ID: 53010690(2S) • Program: Automation Engineering • Homework no.: 1 • Date of Assignment: May 31, 2011 • Date of Submission: June 5, 2011

2. ไดโอด(diode) • เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้ว ที่ออกแบบและควบคุมทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้า มันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อกล่าวถึงไดโอด มักจะหมายถึงไดโอดที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor diode) ซึ่งก็คือผลึกของสารกึ่งตัวนำที่ต่อกันได้ขั้วทางไฟฟ้าสองขั้ว ส่วนไดโอดแบบหลอดสุญญากาศ (Vacuum tube diode) ถูกใช้เฉพาะทางในเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงบางประเภท เป็นหลอดสุญญากาศที่ประกอบด้วยขั้วอิเล็ดโทรดสองขั้ว ซึ่งจะคือแผ่นตัวนำ (plate) และแคโทด (cathode)

3. ชนิดของไดโอด (diode) ไดโอด แบ่งเป็น 2 ชนิด ได้แก่ ไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor diode) - ไดโอดเปล่งแสงหรือแอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED) - โฟโตไดโอด (Photo Diode) - ไดโอดกำลัง (Power Diode) - ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode) - ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) และไดโอดแบบหลอดสุญญากาศ (Vacuum tube diode) ใช้เฉพาะทางในเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงบางประเภท

4. ไดโอดเปล่งแสงหรือแอลอีดี(Light Emitting Diode ; LED) LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์(Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์(Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p และ n แทนสาร Si และ Geสารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข, นาฬิกา เป็นต้น

5. โฟโตไดโอด หรือ ไดโอดรับแสง(Photo Diode) โฟโตไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้นให้ไดโอดทำงาน การต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานในทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง มักใช้กับวงจรตรวจจับสัญญาณ หรือในวงจรควบคุมระยะไกล หรือที่เรียกว่า รีโมท

6. ไดโอดกำลัง (Power Diode) ไดโอดกำลัง เป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไป เพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแส ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมแปร์ ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูง โดยทั่วไปจึงนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความร้อน (Heat Sinks)เพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความร้อนภายในตัวไดโอดกำลัง

7. ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode) ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคปเป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษ คือ สามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อ (Ct) ได้โดยการปรับค่าแรงดันไบอัสกลับ ไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไป ขณะแรงดันไบอัสกลับ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มีค่าต่ำ Depletion Region จะแคบลงทำให้ Ct ตรงรอบต่อมีค่าสูง แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับ Vrให้สูงขึ้น Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น ทำให้ Ct มีค่าต่ำ จากลักษณะดังกล่าว เราจึงนำวาริแคปไปใช้ในวงจรปรับความถี่ เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ (Automatic Fine Tunning ; AFC) และวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ (Variable Bandpass Filter) เป็นต้น

8. ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่นำกระแสได้เมื่อได้รับไบอัสกลับ และระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานได้เรียกว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ซีเนอร์ไดโอดจะมีแรงดันไบอัสกลับ (Vr)น้อยกว่า Vzเล็กน้อย ไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดหรือวงจรที่ต้องการแรงดันคงที่ เช่น ประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง หรือโวลเทจเรกูเลเตอร์

9. การตรวจสอบไดโอด เราสามารถตรวจสอบได้ว่าการต่อไดโอดของเราเป็นความต้านทานด้าน ฟอร์เวิร์ด หรือ ความต้านทานด้านรีเวิร์ด โดยใช้มัลติมิเตอร์ ถ้าเป็นแบบฟอร์เวิร์ด ค่าความต้านทานที่อ่านได้จะมีค่าอยู่ในช่วง 1-200 โอห์ม (ความต้านทานต่ำ) แต่ถ้าเป็นแบบรีเวิร์ด ค่าความต้านทานที่อ่านได้จะอยู่ในช่วง 0.5-300 เมกะโอห์ม (ความต้านทานสูง) ความต้านทานด้านรีเวิร์ด ความต้านทานด้านฟอร์เวิร์ด หมายเหตุ มัลติมิเตอร์ที่ใช้ขั้วบวกจะให้เอาต์พุตลบ (–) ขั้วลบจะให้เอาต์พุตบวก (+)