Transcript กราฟคุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอด

electronics1
Zener Diode / LED
• ซีเนอรไดโอด
(Zener Diode)
์
ซีเนอรไดโอด
เป็ นไดโอดชนิดหนึ่ง มี
์
โครงสรางเหมื
อนไดโอดธรรมดา คือ
้
ประกอบดวยสารกึ
ง่ ตัวนา 2 ตอนตอชนกั
น มี
้
่
สารชนิด P ตอขาออกมาเป็
นขาแอโนด (A)
่
และมีสารชนิด N ตอขาออกมาเป็
นขาแคโถด
่
(K) แตการใช
างไป
่
้งานของซีเนอรไดโอดแตกต
์
่
จากไดโอดธรรมดา โดยซีเนอรไดโอดนิ
ยมนา
์
คุณสมบัตใิ นช่วงไบอัสกลับทีค
่ าเบรกดาวน
่
์ ซึง่
เรียกวาซี
่ เนอรเบรกดาวน
์
์ (Zener Breakdown) มาใช้
งาน
โครงสรางสั
ญลักษณและรู
ปรางของซี
เนอรไดโอด
้
์
่
์
การทางานของซีเนอรไดโอด
ทาหน้าทีเ่ ป็ น
์
ตัวกาหนดแรงดันให้ออกเอาตพุ
่ าหนึ
่ง
์ ตคงทีค
่
ตลอดเวลา แรงดันคงทีด
่ งั กลาวมี
คาเท
่
่ าไร
่
ขึน
้ อยูกั
าจะมี
คาแรงดั
นซี
่ บตัวซีเนอรไดโอดว
์
่
่
เนอร ์ (Zener Voltage) หรือ Vz คาเท
่ าใด
่
ดวยคุ
ณสมบัตก
ิ ารทางานของซีเนอรไดโอด
้
์
จึงสามารถเขียนวงจรสมมูล (Equivalent Circuit) ของ
ซีเนอรไดโอดออกมาได
ในรู
ปสั ญลักษณของ
์
้
์
แบตเตอรี่
•
กราฟคุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอด
กราฟคุณลักษณะของซีเนอรไดโอด
(Zener Diode
์
บกราฟ
Characteristic Graph) มีลก
ั ษณะคลายกั
้
คุณลักษณะของไดโอด คือในช่วงไบอัสตรงจะ
ทางานเหมือนไดโอดธรรมดาส่วนในช่วงไบอัส
กลับซีเนอรไดโอดไม
น
น
์
่ ากระแส จนกวาแรงดั
่
ไบอัสกลับทีจ
่ ายถึ
งคาแรงดั
นซีเนอร ์ (Vz) ซีเนอร ์
่
่
ไดโอดจึงนากระแส
•
การเลือกซีเนอร์ไดโอดมาใช้งาน
การนาซีเนอรไดโอดไปใช
์
้งานมีความแตกตาง
่
จากไดโอดธรรมดามาก โดยซีเนอรไดโอดถู
ก
์
สรางขึ
น
้ มาเพือ
่ ให้ทางานเป็ นตัวกาหนด
้
แรงดันไฟตรงคงทีจ
่ ายออกไปใช
่
้งาน
านึงเมือ
่ เลือกใช้ซีเนอรไดโอด
สิ่ งทีต
่ องค
้
์
1. คาแรงดั
นซีเนอร ์ (VZ)
่
2. คากระแสสู
งทีซ
่ เี นอรไดโอดทนได
่
์
้ (IZM)
•
การตรวจเช็คซีเนอร์ไดโอดด้วยโอห์มมิเตอร์
การวัดซีเนอรไดโอด
จะสามารถวัดได้
์
เช่นเดียวกับไดโอดธรรมดาคือใช้โอหมมิ
์ เตอร ์
ตัง้ ยาน
Rx1 หรือ Rx10 ซีเนอรไดโอดในสภาวะ
่
์
ปกติ จะวัดไดเหมื
อนไดโอดธรรมดา คือ
้
เข็มมิเตอรขึ
้ ในขณะจายไบแอสตรง
และเข็ม
์ น
่
มิเตอรไม
้ ในขณะจายไบแอสกลั
บ หรือ
์ ขึ
่ น
่
ว
กลาวได
โอหมมิ
่ เนอรไดโอดปกติ
้ าซี
์
่
์
์ เตอรจะ
วัดขึน
้ ครัง้ หนึ่ง และไมขึ
้ ครัง้ หนึ่ง
่ น
•
การวัดหาขาของซีเนอร์ไดโอด
จากขัน
้ ตอนวัดซีเนอรไดโอดในสภาวะปกติ
์
สามารถนามาใช้ในการตรวจหาขาของซีเนอร ์
ไดโอดได้ โดยใช้สภาวะการจายไบแอสตรง
่
ให้ซีเนอรไดโอด
คือสภาวะทีเ่ ข็มมิเตอรขึ
้
์
์ น
ในการวิเคราะห ์ จะสรุปไดว
ข
่ ว้ั บวกของ
้ าขาที
่
แบตเตอรีภ
่ ายในโอหมมิ
้ คือ
์ เตอรวั
์ ดอยู่ ขานัน
ขาแอโนด (A ) และขาทีข
่ ว้ั ลบของแบตเตอรี่
ภายในโอหมมิ
์ เตอรวั
์ ดอยู่ ขานั้นคือขาแคโทด
(K )
•
การวัดการขาดและการชอร์ตของซีเนอร์
ไดโอด
ไดโอดสภาวะปกติเมือ
่ ตัง้ ยานวั
ดโอหมมิ
่
์ เตอรที
์ ่
Rx1 หรือ Rx10 จะขึน
้ ครัง้ หนึ่ง
และไมขึ
้ ครัง้
่ น
หนึ่ง
ถาหากการวั
ดซีเนอรไดโอดโดยการ
้
์
สลับสายวัดทัง้ สองครัง้ เข็มมิเตอรไม
้ ี่
้ ชีท
์ ขึ
่ น
อินฟิ นิต ี้ ทัง้ สองครัง้ แสดงวาซี
่ เนอรไดโอด
์
ขาด
ดซีเนอรไดโอด
ถาการวั
โดยการสลับสาย
้
์
วัดทัง้ สองครัง้ เข็มมิเตอรขึ
้ ชี้ 0Ω ทัง้ สองครัง้
์ น
แสดงวาซี
ต
่ เนอรไดโอดชอร
์
์
• คาความต
านทานของซี
เนอรไดโอดเป็
น
่
้
์
อัตราส่วนของแรงดันยอนกลั
บช่วงแรงดันเบรก
้
ดาวนกั
์ บกระแสขณะนั้น ถาเป็
้ นซีเนอรไดโอด
์
ในอุดมคติจะมีคาความต
านทาน
เทากั
่
้
่ บศูนย ์
แตในทางปฏิ
บต
ั จ
ิ ะมีคาความต
านทานตั
ง้ แต่ 10
่
่
้
โอหมไปจนถึ
งเป็ น 100 โอหม
์
์
• คาสั
์ างอุณหภูมข
ิ องซีเนอรไดโอดจะ
่ มประสิ ทธิท
์
เปลีย
่ นแปลงตามแรงดันซีเนอร ์ มีหน่วยเป็ น
มิลลิโวลตต
ยสดูไดจากข
อมู
์ อองศาเซลเซี
่
้
้ ล
• การคานวณกระแสไฟฟ้าของซีเนอรไดโอด
์
กาลังซีเนอร ์
= ซีเนอรโวล
์
เต็จ x กระแสซีเนอร ์
Pz
= Vz x Iz
Iz
= Pz / Vz
ถาก
้ าหนดให้ Pz(max) จะได้
Iz(max)
= Pz(max) / Vz
การนาซีเนอรไดโอดไปใช
์
้งาน
วงจรการใช้งาน
การใช้งานซีเนอรไดโอดต
องต
อตั
์
้
่ วตานทาน
้
อนุ กรมกับซีเนอรไดโอด
เพือ
่ จากัดกระแส
์
ให้กับซีเนอรไดโอด
ป้องกันซีเนอรไดโอด
์
์
เสี ยหาย
สามารถหาค่าความต้ านทานอนุกรม (Rs) ได้ จาก
Vin  Vout
Rs 
IT
คานวณหาอัตราทนกาลังไฟฟ้าของ Rs ได้ จาก
Vin  Vout
W
Rs
คานวณหาอัตราทนกาลังไฟฟ้าของซีเนอร์ ไดโอดจาก
Wz  Vz  Iz
• LED : light-emitting diode
ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็ นอุปกรณสารกึ
ง่ ตัวนา
์
อยางหนึ
่ง จัดอยูในจ
าพวกไดโอด ทีส
่ ามารถ
่
่
เปลงแสงได
่ ถูกไบอัสทางไฟฟ้า สี ของ
่
้ เมือ
แสงทีเ่ ปลงออกมานั
้นขึน
้ อยูกั
่
่ บองคประกอบทาง
์
เคมีของวัสดุกง่ึ ตัวนาทีใ่ ช้ และเปลงแสงได
ใกล
้
่
้
ช่วงอัลตราไวโอเลต ช่วงแสงทีม
่ องเห็ น และ
ช่วงอินฟราเรด ผูพั
น
้
้ ฒนาไดโอดเปลงแสงขึ
่
เป็ นคนแรก คือ นิก โฮโลยัก (Nick Holonyak Jr.)
แหงบริ
ษท
ั เจเนรัล อิเล็กทริก (General Electric
่
Company) โดยไดพั
้ ฒนาไดโอดเปลงแสงในช
่
่ วง
โครงสรางและสั
ญลักษณของ
LED
้
์
ชนิดของสารกึง่ ตัวนาทีใ่ ช้ผลิต LED
•
ไดโอดให้แสงได้อย่างไร
ขณะทีอ
่ เิ ล็กตรอนเคลือ
่ นทีผ
่ านรอยต
โ่ ฮ
อไปที
่
่
ลของสาร P อิเล็กตรอนจะตกจากวงโคจรสูง
หรือแถบนาไฟฟ้า ไปสู่วงโคจรตา่ หรือแถบวา
เลนซ ์ มันจะปลดปลอยพลั
งงานออกมาในรูป
่
ของโฟตรอน ปรากฎการณนี
้ กับไดโอด
์ ้เกิดขึน
ทุกชนิด แตสามารถเห็
นแสงไดก็
่
้
่ ความถีข
ตอเมื
่ องพลังงานอยูในช
่ ี่
่ วงความถีท
่ อ
่
ตามองเห็ นได้
เมือ
่ ไดโอดให้แสงออกมาแลว
ควบคุ
ม
้ ถาไม
้
่
ทิศทาง แสงจะกระจัดกระจาย และวิง่ ออกมา
อยางไม
เป็
่
่ นระเบียบ ทาให้ความเขมของแสง
้
น้อยลง ดังนั้นในหลอด LED เราจะใช้พลาสติก
หุ้ม และเอียงให้แสงสามารถสะทอนออกไปยั
ง
้
ตาแหน่งทีต
่ องการได
้
้
•
ความยาวคลื่นของแอลอีดีสีต่างๆ
– สี ฟ้า จะมีความยาวคลืน
่ ประมาณ 468nm
– สี ขาว จะมีความยาวคลืน
่ ประมาณ 462nm
– สี เหลือง จะมีความยาวคลืน
่ ประมาณ 468nm
– สี เขียว จะมีความยาวคลืน
่ ประมาณ 565nm
– สี แดง จะมีความยาวคลืน
่ ประมาณ 630nm
แอลอีดส
ี ามารถแบงได
่
้ 2 แบบตามลักษณะ packet
1. แบบ Lamp Type เป็ นแอลอีดช
ี นิดทีข
่ ายกันทัว่ ไป
มีขายืน
่ ออกมาจากตัวอีพล็อกซี่ 2 ขาหรือมาก
วา่ ถาตามภาษาช
ี นิดนี้
้
่ างเราจะเรียกแอลอีดช
วา่ แอลอีดแ
ี บบทลูโฮล แอลอีดแ
ี บบ Lamp
Type นี้จะมีขนาดเส้นผานศู
นยกลางตั
ง้ แต่ 3 mm.
่
์
ขึน
้ ไป
2.แบบ Surface Mount Type มีลก
ั ษณะ packet เป็ น
ตัวบางๆ เวลาประกอบตองใช
่ งมีชนิด
้
้เครือ
พิเศษในการประกอบ แอลอีดSี MTนี้ มีขนาด
การขับกระแสตัง้ แต่ 20 mA – มากกวา่ 1A
แอลอีดแ
ี บบ SMT ถาสามารถขั
บกระแสตัง้ แต่
้
300mA ขึน
้ ไปเราจะเรียกวา่ power LED และจะบอก
หน่วยเป็ นวัตต ์
• ขอได
เปรี
้
้ ยบ
• หลอด LED ไดเปรี
้ ยบหลอดมีไส้ อยางแรก
่
คือ มันไมต
่ องใช
้
้การเผาไหมของไส
้
้ หลอด จึง
มีอายุใช้งานนานกวา่ การใช้พลาสติกหุ้มช่วย
ให้มีความทนทาน และงายต
อการประกอบลง
่
่
ในแผนวงจรไฟฟ
่
้า
• ขอได
เปรี
่ ูง ใน
้
้ ยบสูงสุดคือ ประสิ ทธิภาพทีส
หลอดมีไส้ แสงทีไ่ ดออกมาเกิ
ดจากการเผาไส้
้
หลอดให้รอนจนแดง
แน่นอนพลังงานทีส
่ ญ
ู เสี ย
้
จากการเผาไหมนั
้ ้นมากมาย ส่วน
หลอด LED แทบไมมี
ดขึน
้ ออกมา
่ ความรอนเกิ
้
เลย พลังงานสวนใหญเปลีย
่ นไปเป็ นแสง
การใช้งานไดโอดเปล่งแสง
LED ตองการแรงดั
นไบอัสตรงประมาณ 2 V และ
้
ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผานได
ไม
่
้ เกิ
่ น 40 mA
แตปริ
10-20
่ มาณกระแสไฟฟ้าทีเ่ หมาะสมคือ
mA ดังนั้นในการใช้งาน LED จึงตองมี
ตวั
้
ตานทานจ
ากัดกระแสตออนุ
กรมอยูด
้
่
่ วย
้
• การหาคาของตั
วตานทานที
ใ่ ช้ในการจากัด
่
้
กระแสให้ LED ทาไดโดยใช
้
้สูตร
Vcc  VF
Rs 
IF
• โดย Vcc = แหลงจ
่ าย
่
• VF = แรงดันไบอัสตรงทีค
่ รอม
LED
่
• IF = กระแสทีไ่ หลผาน
LED เมือ
่ ไบอัสตรง
่
•
เกร็ดไดโอดเปล่งแสง
- ขอควรระวั
งอยางหนึ
่งในการใช้งาน
้
่
ไดโอดเปลงแสงก็
คอ
ื แรงดันยอนกลั
บจะตองมี
คา่
่
้
้
ไมเกิ
่ น 5 โวลต ์
- สาหรับการใช้งานบางอยางที
ใ่ ช้กับแบตเตอรีน
่ ้น
ั
่
จะตองดู
จานวนของไดโอดเปลงแสง
ทีใ่ ช้ดวย
้
่
้
ถาต
ปกติจะกาหนดให้
้ องการให
้
้ใช้ไดนานๆ
้
ไดโอดเปลงแสงดวงหนึ
่งกินกระแสเพียง 5 มิลลิ
่
แอมป์
- สาหรับไดโอดเปลงแสงสี
เหลืองและสี เขียวโดย
่
ปกติจะให้ความสวางน
เปลงแสงสี
่
้ อยกวาไดโอด
่
่
แดงทีร่ ะดับกระแสเทากั
่ น ถาต
้ องการให
้
้ระดับ
ความสวางออกมาเท
ากั
่
่ น ในกรณีทใี่ ช้
ไดโอดเปลงแสงสี แตกตางกัน จะตองเปลีย
่ นคาตัว
• การนาไดโอดเปลงแสงมาใช
่
้กับไฟสลับแรงดัน
ตา่
การใช้โอห์มมิเตอร์วดั หาตาแหน่ งขาของ LED
ปกติโอหมมิ
ในมั
ลติมเิ ตอร ์ หาก
์ เตอรจะรวมอยู
์
่
เป็ นโอหมมิ
่ ผลิ
ู้ ตอยูในทวี
ปเอเซีย ส่วน
์ เตอรที
์ ผ
่
ใหญขั
่ ะตอกั
่ ว้ บวกของแบตเตอรีจ
่ บสายวัดทีเ่ ป็ น
Common หรือ ขัว้ ลบ ซึง่ เป็ นสายสี ดา หลักการ
ของโอหมมิ
กษณะนี้ก็คอ
ื กระแสไฟฟ้า
์ เตอรในลั
์
จะไหลออกจากมิเตอรทางสายลบหรื
อสายสี ดา
์
หรือสายสี
และไหลเขาตั
์
้ วมิเตอรทางสายบวก
แดง
1. ตัง้ โอหมมิ
่ าน
(range) คูณ 10
์ เตอรไว
์ ที
้ ย
่
2. นาสายดาแตะทีข
่ า หนึ่ง และสายแดงแตะที่
ขา สอง LED สวางหรื
อไม่ เข็มเบนหรือไม่
่
– ถาสว
างและเข็
มเบน แสดงวา่ ขาทีส
่ ายสี ดาแตะอยู่
้
่
นั้นเป็ นขา Anode และขาทีส
่ ายสี แดงแตะอยูนั
่ ้นเป็ นขา
Cathode
– ถาเข็
LED ไมสว
ให้กลับสายมิเตอร ์
้ มไมเบนและ
่
่ าง
่
•
สรุป ผลจากการวัดเป็ นดังนี้
– หากวัดตามวิธก
ี ารแลวพบว
า่ เข็มเบน และ LED
้
สวาง
แสดงวา่ LED นั้นใช้ได้ ขาทีส
่ ายสี ดา
่
(สายลบ) แตะอยูจะเป็
นขา ANODE หรือขาทีป
่ ลอย
่
่
ให้กระแสไฟฟ้าไหลเขา้ ขาทีเ่ หลือเป็ น CATHODE
หรือขานี้ให้กระแสไฟฟ้าไหลออก
– หากวัดแลวเข็
บสายวัดแลว
้ มเบนแตไม
่ สว
่ างและกลั
่
้
เข็มยังเบนอีก แสดงวาลั
่ ดวงจรใช้ไมได
่ ้
– หากวัดแลว
ง้ สองขางแสดงว
าขาด
้ เข็มยังไมเบนทั
่
้
่
ชารุดแลวใช
้
้ไมได
่ เช
้ ่ นเดียวกัน