ออปโต้คัปเปลอร์ (Opto-Coupler)

ออปโต้คัปเปลอร์ (Opto-Coupler)

              อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง (Opto-Isolator) หรือที่เรียกว่าออปโต้คัปเปลอร์ (Opto-Coupler) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการเชื่อมต่อทางแสงโดยใช้หลักการเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง และเปลี่ยนกลับจากแสงเป็นไฟฟ้าตามเดิม ใช้สำหรับการเชื่อมต่อสัญญาณระหว่างสองวงจรที่ต้องการแยกทางไฟฟ้าอย่างเด็ดขาดเพื่อป้องกันการรบกวนกันทางไฟฟ้า แบ่งออกเป็นหลายชนิดแต่ละชนิดจะประกอบด้วย LED ส่งแสงซึ่งปติจะเป็นชนิดอินฟาเรดและตัวรับแสงที่เป็นโฟโต้ทรานซิสเตอร์หรือโฟโต้ไดโอด โดยจะถูกผลิตรวมอยู่ในตัวเดียวกัน

1. โครงสร้างสัญลักษณ์อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสง

                โครงสร้างสัญลักษณ์อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงจะเหมือนกับอุปกรณ์ประเภทโฟโต้ แต่จะเพิ่มอุปกรณ์ส่งแสงอินฟาเรดคือไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรดเข้าไปอีกหนึ่งตัวเช่นโฟโต้ทรานซิสเตอร์จะเพิ่มไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรดเข้าไปอีกหนึ่งตัวจะได้ ออปโต้ทรานซิสเตอร์ อุปกรณ์ออปโต้ตัวอื่นก็เช่นเดียวกัน

รูปที่ 1 แสดงสัญลักษณ์อุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงชนิดต่างๆ

อุปกรณ์โฟโต้

 อุปกรณ์โฟโต้

1. โฟโต้ไดโอด(Photo Diode)

โฟโต้ไดโอด (Photo Diode) เป็นอุปกรณ์เชิงแสงชนิดหนึ่ง ที่ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และสารกึ่งตัวนำชนิด N รอยต่อจะถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุที่แสงผ่านได้ เช่น กระจกใส โฟโต้ไดโอดจะมีอยู่ 2 แบบ คือแบบที่ตอบสนองต่อแสงที่เรามองเห็น และแบบที่ตอบสนองต่อแสงในย่านอินฟาเรด ในการรับใช้งานจะต้องต่อโฟโต้ไดโอดในลักษณะไบอัสกลับ

โฟโต้ไดโอด (Photo Diode) จะยอมให้กระแสไหลผ่านได้มากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณความเข้มของแสง เมื่อโฟโต้ไดโอดได้รับไบอัสกลับ (Reverse Bias) ด้วยแรงดันค่าหนึ่งและมีแสงมาตกกระทบที่บริเวณรอยต่อ ถ้าแสงที่มาตกกระทบมีความยาวคลื่นหรือแลมด้าที่เหมาะสมจะมีกระแสไหลในวงจร โดยกระแสที่ไหลในวงจร จะแปรผกผันกับความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ ลักษณะทั่วไปขณะไบอัสตรง (Forward Bias ) จะยังคงเหมือนกับไดโอดธรรมดาคือยอมให้กระแสไหลผ่านได้

รูปที่ 1 แสดงสัญลักษณ์ และการไบอัสใช้งาน

โฟโต้ไดโอดเมื่อเทียบกับ LDR (ตัวต้านทานที่แปรค่าตามแสง) แล้วโฟโต้ไดโอดมีการเปลี่ยนแปลงค่า

ยูเจที (UJT)

 ยูเจที (UJT)

1. โครงสร้างและสัญลักษณ์ของยูเจที

ยูเจที (UJT)  ย่อมาจาก” ยูนิจังชั่น ทรานซิสเตอร์  Unijunction Transistor” เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่มีโครงสร้างเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N แท่งหนึ่งแล้วทำการต่อขั้วเข้าที่ปลายของสารกึ่งตัวนำนั้น จากนั้นนำแท่งสารกึ่งตัวนำชนิด P มาต่อให้เกิดรอยต่อที่บริเวณตรงกลางแท่งสารกึ่งตัวนำชนิด N ค่อนไปทางด้านบนเล็กน้อย ดังรูปที่ 1 ตรงรอยต่อสารกึ่งตัวนำชนิด N และสารกึ่งตัวนำชนิด P จะเสมือนกับเป็นไดโอดตัวหนึ่งและต่อขาออกจากปลายทั้งสามดังรูปที่ 1 โดยขาที่ต่อออกจากสารกึ่งตัวนำชนิด P จะเป็นขาอิมิตเตอร์ ส่วนขาที่ต่อออกจากแท่งสารกึ่งตัวนำชนิด N ที่ใกล้กับสารกึ่งตัวนำชนิด P เรียกว่าขา B1 และขา B2

                                                                            

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้าง และสัญลักษณ์ของยูเจที

จากลักษณะโครงสร้างของยูเจทีตามรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าแท่งสารเอ็นจะมีขาเบส 1 และขาเบส 2 ต่ออยู่ จะ

ไดแอก ( DIAC )

 ไดแอก ( DIAC )

1.   โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดแอก

                ไดแอก ( DIAC ) หรือไดโอด-แอก เป็นอุปกรณ์จุดชนวนไทรแอก ที่ถูกออกแบบให้สามารถนำกระแสได้ 2 ทางที่แรงดันค่าหนึ่ง ลักษณะโครงสร้างจะเป็นสาร P-N-P  3 ชั้น 2 รอยต่อเหมือนกับทรานซีสเตอร์ แสดงดังรูปที่ 1 แต่แตกต่างจากทรานซีสเตอร์ตรงที่ความเข้มของการโด๊ป ( Dope ) สาร  จึงทำให้รอยต่อทั้งสองของไดแอกเหมือนกัน จึงทำให้มีคุณสมบัติเป็นสวิตซ์ได้ 2 ทาง และค่าแรงดันเริ่มต้นที่จะทำให้ไดแอกนำกระแสได้นั้นจะอยู่ในช่วง 29-30 โวลต์

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดแอก

2. การทำงานของไดแอก

เทอร์มิสเตอร์และวาริสเตอร์

 เทอร์มิสเตอร์และวาริสเตอร์ 

1.โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเทอร์มิสเตอร์

            เทอร์มิสเตอร์มาจากคำว่า Thermo + Resistor คำว่า Thermo นั้นหมายถึง ความร้อน ดังนั้น เทอร์มิสเตอร์จึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า “ตัวต้านทานความร้อน” (Thermal Resistor) เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่ทำมาจากโลหะออกไซด์ เช่น แมงกานีส, นิกเกิล, โคบอลด์, ทองแดงและยูเรเนียม เป็นต้น โดยสารเหล่านี้จะมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ดังนั้น

ไทริสเตอร์จึงมีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานตามอุณหภูมิโดยใช้ตัวย่อ “TH”

รูปที่ 1 แสดงสัญลักษณ์และรูปร่างของเทอร์มิสเตอร์

                เทอร์มิสเตอร์โดยทั่วไปจะมีลักษณะเป็นเม็ดลูกปัดขนาดเล็กๆ จนถึงขนาด 1 นิ้ว และอีกแบบจะเป็นแบบแท่งยาวประมาณ 1/4 – 2 นิ้ว ส่วนค่าความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์นั้นจะมีค่าโดยประมาณอยู่ในช่วง

2. ชนิดของเทอร์มิสเตอร์

เอสซีอาร์ (SCR)

 เอสซีอาร์ (SCR)

1. โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์

                เอสซีอาร์ (SCR) ชื่อเต็มคือ ซิลิคอน คอนโทรล เร็คติไฟร์เออร์ (Silicon Control Rectifier) เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตท (Solid-State) ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด – ปิด (On – Off ) วงจรทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง อีกทั้งเอสซีอาร์ ยังจัดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำประเภท “ไทริสเตอร์” (Thyristor) ข้อดีของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์คือจะไม่มีหน้าสัมผัสหรือเรียกว่าคอนแท็ค (Contact) ขณะปิด – เปิด จึงไม่ทำให้เกิดประกายไฟที่หน้าสัมผัสจึงมีความปลอดภัยสูงซึ่งสวิตช์ธรรมดาคือแบบกลไกที่มีหน้าสัมผัสจะไม่สามารถนำไปใช้ในบางสถานที่ได้ สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์บางครั้งเรียกว่า “โซลิดสเตทสวิตช์” (Solid State Switch)

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้าง วงจรสมมูลและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์

                จากรูปที่ 1 ก. โครงสร้างของเอสซีอาร์ (SCR) ประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำ 4 ชิ้นคือ พี – เอ็น – พี – เอ็น (P – N 

– P – N) มีจำนวน 3 รอยต่อ มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขาคือ

ไอซีออปแอมป์ (Op-Amp I.C)

 ไอซีออปแอมป์ (Op-Amp I.C)

1. คุณสมบัติของออปแอมป์

                ออปแอมป์ (Op-Amp)  เป็นชื่อย่อสำหรับเรียกวงจรขยายที่มาจาก Operating Amplifier เป็นวงจรขยายแบบต่อตรง (Direct couled amplifier) ที่มีอัตราการขยายสูงมากใช้การป้อนกลับแบบลบไปควบคุมลักษณะการทำงาน ทำให้ผลการทำงานของวงจรไม่ขึ้นกับพารามิเตอร์ภายในของออปแอมป์ วงจรภายในประกอบด้วยวงจรขยายที่ต่ออนุกรมกัน ภาคคือ วงจรขยายดิฟเฟอเรนเชียลด้านทางเข้า  วงจรขยายดิฟเฟอเรนเชียลภาคที่สอง วงจรเลื่อนระดับและวงจรขยายกำลังด้านทางออก สัญลักษณ์ที่ใช้แทนออปแอมป์จะเป็นรูปสามเหลี่ยม ไอซีออปแอมป์เป็นไอซีที่แตกต่างไปจากลิเนียร์ไอซีทั่วๆ ไปคือไอซีออปแอมป์มีขาอินพุท 2 ขา เรียกว่าขาเข้าไม่กลับเฟส (Non-Inverting Input) หรือ ขา + และขาเข้ากลับเฟส (Inverting Input) หรือขา – ส่วนทางด้านออกมีเพียงขาเดียว เมื่อสัญญาณป้อนเข้าขาไม่กลับเฟสสัญญาณทางด้านออกจะมีเฟสตรงกับทางด้านเข้า แต่ถ้าป้อนสัญญาณเข้าที่ขาเข้ากลับเฟส สัญญาณทางออกจะมีเฟสต่างไป 180 องศา จากสัญญาณทางด้านเข้า

                

รูปที่ 1 แสดงสัญลักษณ์ออปแอมป์

คุณสมบัติของออปแอมป์ในทางอุดมคติ

ไอซีเร็กกูเลเตอร์ (IC Regulator)

 ไอซีเร็กกูเลเตอร์ (IC Regulator) 

1. เร็กกูเลเตอร์แบบขนาน (Shunt Regulator)

                การทำงานของวงจรเร็กกูเลเตอร์แบบขนานดังรูปที่ 1 โดยมีแรงดันอินพุท V_IN จ่ายให้กับวงจร มีตัวต้านทาน R_S ทำหน้าที่ในการจำกัดกระแสที่จะไหลผ่านวงจรทั้งหมด ตัวต้านทานที่ปรับค่าได้ R_P จะทำการปรับค่าเองโดยอัตโนมัติเพื่อให้แรงดันที่เอาท์พุทคงที่ตลอด สมการของแรงดันเอาท์พุท   V_O = V_IN – R_S (I_O + I_P)

รูปที่ 1 แสดงแผนผังการทำงานของเร็กกูเลเตอร์แบบขนาน

                ตัวอย่างของวงจรประเภทนี้ได้แก่วงจรเร็กกูเลเตอร์ที่ใช้ตัวต้านทานต่อกับซีเนอร์ไดโอด ซึ่ง R_P ในที่นี้ก็คือซีเนอร์ไดโอดนั่นเอง

2. เร็กกูเลเตอร์แบบอนุกรม (Series Regulator)

ไอซีตั้งเวลา 555 (555 Timer IC )

 ไอซีตั้งเวลา 555 (555 Timer IC )

ไอซีตั้งเวลา 555 เป็นไอซีที่ทำหน้าที่กำเนิดสัญญาณตามเวลาที่ออกแบบไว้ โดยสามารถกำหนดได้ด้วยตัวอุปกรณ์ภายนอก ไอซีตั้งเวลา 555 สามารถกำเนิดสัญญาณ อะสเตเบิ้ล (Astable) โมโนสเตเบิล (Monostable) และประยุกต์ใช้งานด้านอื่นๆ ที่เกี่ยวกับการตั้งเวลาได้ดี

ไอซีตั้งเวลา 555 วงจรตั้งเวลาที่มีความเที่ยงตรงค่อนข้างสูง จำเป็นต้องใช้วงจรโมโนสเตเบิล ซึ่งส่วนมากนิยมใช้ไอซีเบอร์ 74121,74122,74123 อย่างไรก็ตาม การควบคุมการจุดชนวน(Trigger) ของสัญญาณอินพุตไอซีตระกูล 74  สามารถกระทำได้ยาก และมีเงื่อนไขมาก แต่ถ้าการหน่วงเวลานานกว่าครึ่งนาที และโหลดต้องการกระแสจะต้องใช้เวลาเบอร์ 555

                ในการใช้งานของวงจรโมโนสเตเบิล (Monostable) จะแบ่งเป็น 2 สภาวะ คือสภาวะที่คงที่ และสภาวะที่ไม่คงที่ โดยปกติวงจรโมโนสเตเบิล จะอยู่ในสภาวะคงที่ จนกว่าจะมีสัญญาณจุดชนวนเข้ามากระตุ้น จากนั้นเอาท์พุตจะเปลี่ยนสภาวะจากเดิม เกิดการหน่วงเวลาด้วยค่าของเวลาที่แน่นอน และกลับเข้าสู่สภาวะปกติเช่นเดิม

                ไอซีที่นิยมนำมาสร้างเป็นวงจรตั้งเวลาได้ดีที่สุดเบอร์หนึ่งคือ ไอซีเบอร์ 555 เพราะมีคุณสมบัติในการหน่วงเวลาที่ดี และนานพอสมควร

1.  คุณสมบัติของไอซี 555 แต่ละขา

ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์ (Field Effect Transistor)

ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์ (Field Effect Transistor)

  ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์ หรือ เฟท เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดพิเศษที่ทำงานแบบยูนิโพลาร์ (Uni-polar) ซึ่งต่างจากทรานซิสเตอร์ธรรมดาที่เป็นอุปกรณ์ไบโพลาร์ (Bi-polar) กระแสที่เกิดขึ้นของทรานซิสเตอร์ธรรมดาได้มาจากการทำงานโดยการแลกเปลี่ยนระหว่างโฮลกับอิเล็กตรอน ส่วนเฟททำงานโดยให้กระแสไหลทางเดียวเท่านั้นเอง เราจึงเรียกว่าเฟทเป็น อุปกรณ์ยูนิโพลาร์

                ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์เป็นที่นิยมแพร่หลายกันในปัจจุบันเนื่องจากว่าเฟทมีคุณสมบัติคล้ายกับหลอดสุญญากาศ คือ ทำงานโดยจะใช้แรงเคลื่อนไฟฟ้าทางอินพุทไปควบคุมกระแสทางด้านเอาท์พุท ผิดกับทรานซิสเตอร์ธรรมดาที่ใช้กระแสควบคุมกระแส ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงมีอินพุทอิมพีแดนซ์อยู่ในระดับกลางเท่านั้น ในขณะที่เฟทมีอินพุทอิมพีแดนซ์สูงมากทำให้มีข้อดีต่อวงจรขยายเสียงเป็นอย่างมาก วงจรขยายเสียงในปัจจุบันถ้าต้องการคุณภาพจึงหันมาเลือกใช้เฟท (FET)

                การทำงานของ ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์หรือเฟท อาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า (Field) โดยใช้แรงเคลื่อนสนามไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเป็นตัวควบคุม สิ่งนี้เองที่ทำให้สิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดนี้ถูกเรียกว่า “ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์”

                ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์หรือเฟท สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิดใหญ่ๆ คือ

1.       เจเฟท (J-FET) เป็นทรานซิสเตอร์ที่ประกอบมาจากหัวต่อ P-N การทำงานของเฟทชนิดนี้จะใช้หลักการพองตัวของสนามไฟฟ้าในรูปของดีพลีชั่นตรงช่วงรอยต่อ พี-เอ็น

2.       มอสเฟท (MOS-FET) เป็นเฟทที่มีโครงสร้างแตกต่างไปจากเจเฟท เพราะที่ขาเกตจะมีฉนวนกั้น การทำงานจะใช้การเหนี่ยวนำของสนามไฟฟ้าแทนที่จะใช้การพองตัวของดีพลีชั่นโดยตรง

1. โครงสร้างทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าชนิดรอยต่อเจเฟต