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

ทรานซิสเตอร์ (Transistor)

 ทรานซิสเตอร์ (Transistor)

1. ประวัติความเป็นมาของทรานซิสเตอร์

                ในช่วงเวลาก่อนปี พ.ศ. 2490  ประมาณ 40 ปี หลอดสุญญากาศเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีการพัฒนาและนำมาใช้งานมากที่สุด การใช้งานหลอดสุญญากาศมีปัญหาในการใช้งานมากเช่น กำลังไฟฟ้าสูญเสียมาก มีขนาดใหญ่ ชำรุดง่าย  กรรมวิธีผลิตยุ่งยาก เป็นต้น  เมื่อความต้องการใช้งานมากขึ้นหลอดสุญญากาศยิ่งมีปัญหามากขึ้น จึงได้มีผู้คิดค้นสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆ ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์มาใช้งานแทนหลอดสุญญากาศ

                        ในปลายปี พ.ศ. 2490 บริษัทเบลล์เทเลโฟนจำกัด (Bell Telephone  CO.,LTD.) โดย จอห์น บาร์ดีน (John Bardeen) วิลเลียม  แบรดฟอร์  ช็อคเลย์ (William  Bradford Shockly) และวอลเตอร์ ฮอร์ส  แบรทเทน (Walter House  Bratain) ได้ทดลองวงจรขยายด้วยทรานซิสเตอร์ตัวแรกที่ห้องทดลองของบริษัทเบลล์เทเลโฟนเป็นสำเร็จ ทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำเมื่อเปรียบเทียบกับหลอดสุญญากาศก็คือ มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ไม่ต้องมีตัวให้ความร้อน มีโครงสร้างแข็งแรงทนทาน กำลังไฟฟ้าสูญเสียน้อย ประสิทธิภาพสูง สามารถทำงานได้ทันทีเมื่อจ่ายไฟให้

                ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดัคเตอร์ชนิดไบโพล่าร์ ซึ่งความหมายของไบโพล่าร์คือ อุปกรณ์หลายขั้วต่อ ทรานซิสเตอร์ได้จากการนำเอาสารกึ่งตัวนำชนิดพีและชนิดเอ็นมาต่อเรียงกัน

2. ชนิดของทรานซิสเตอร์

ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)

ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)

1. โครงสร้างและสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด

                ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) เป็นไดโอดชนิดพิเศษที่สร้างขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่รักษาแรงดันให้คงที่ มีโครงสร้างเหมือนไดโอดธรรมดาทั่วๆ ไป แต่ไดโอดธรรมดาทั่วไปเมื่อทำการไบอัสกลับจนถึงค่าแรงดันเบรกดาวน์จะทำให้เกิดการเสียหายได้ ซีเนอร์ไดโอดเป็นไดโอดที่ผลิตจากสารซิลิกอนที่มีปริมาณความหนาแน่นของสารเจือปนในส่วนทั้งสองของสารพีและเอ็นมีค่าสูงกว่าปกติ ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวจะทำให้ค่าแรงดันเบรกดาวน์สูง และค่าแรงดันเบรกดาวน์หรือแรงดันซีเนอร์สามารถกำหนดได้ด้วยการควบคุมความหนาแน่นของสารเจือปนและเมื่อให้ไบอัสกลับจะสามารถทนกระแสย้อนกลับได้สูงโดยไดโอดไม่เสียหาย แรงดันที่ตกค่อมตัวซีเนอร์ไดโอดจะเป็นตัวควบคุมและรักษาแรงดันให้คงที่

 

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด

รูปที่ 2 แสดงกราฟลักษณะสมบัติทางไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด

2. การพังทลายของซีเนอร์

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

1. วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์ (Bridge Rectifier)

                วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์มีลักษณะเหมือนวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น เพราะแรงดันเอาท์พุทที่ได้เป็นแบบเต็มคลื่น ข้อแตกต่างระหว่างการเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์และแบบเต็มคลื่นธรรมดา ต่างกันตรงการต่อวงจรไดโอด แบบเต็มคลื่นจะใช้ไดโอด 2 ตัว แบบบริดจ์จะใช้ไดโอด 4 ตัว และหม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ก็แตกต่างกัน แบบเต็มคลื่นธรรมดาใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลาง (Center Trap, CT) มี 3 ขั้ว แบบบริดจ์ใช้หม้อแปลง 2 ขั้วหรือ 3 ขั้วก็ได้ แสดงดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์

2. การทำงานวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบบริดจ์

วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (Full Wave Rectifier)

 วงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่น (Full Wave Rectifier)

1. วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลาง

                วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น จะสามารถเรียงแรงดันไฟสลับให้ออกเอาท์พุทได้ทั้งช่วงบวกและช่วงลบของแรงดันไฟสลับที่ป้อนเข้ามาที่อินพุทของวงจร โดยไม่มีส่วนใดของแรงดันไฟสลับถูกตัดทิ้งไป ลักษณะของวงจรจะใช้ไดโอด 2 ตัว ทำหน้าที่แปลงสัญญาณไฟสลับเป็นสัญญาณไฟตรงโดยมีหม้อแปลงไฟฟ้าแบบมีแท็ปกลาง (Center Trap) ทำหน้าที่แบ่งเฟสให้เกิดการต่างเฟสกัน 180 องศา ระหว่างสัญญาณที่ออกจากส่วนบนและส่วนล่างของขดทุติยภูมิของหม้อแปลงเพื่อให้ไดโอดทั้ง 2 ตัวสลับกันทำงาน ดังนั้นวงจรจึงสามารถจ่ายกระแสได้เรียบและสูงกว่าวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

รูปที่ 1 วงจรเรียงกระแสเต็มคลื่น

2. การทำงานของวงจรเรียงกระแสเต็มคลื่นแบบใช้หม้อแปลงมีแท็ปกลาง

วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น (Half Wave Rectifier)

 วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น (Half  Wave Rectifier)

1. ลักษณะวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

                วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น จะเป็นวงจรที่ทำหน้าที่ตัดเอาแรงดันไฟสลับที่ป้อนเข้ามาอาจเป็นครึ่งบวกหรือครึ่งลบแล้วแต่การจัดวงจรไดโอด แรงดันที่ส่งออกเอาท์พุทจะเป็นช่วงๆ คือช่วงมีแรงดันและช่วงไม่มีแรงดันสลับกันไป วงจรประกอบด้วยไดโอดตัวเดียวดังรูปที่ 1 การทำงานของวงจร ไฟกระแสสลับจะมาปรากฏที่ขาแอโนด โดยไดโอดจะยอมให้กระแสไหลผ่านได้ทางเดียว คือช่วงที่ได้รับไบอัสตรง ดังนั้นวงจรจะมีกระแสไหลเพียงช่วงบวกของไฟสลับเท่านั้น ถ้าช่วงลบจะไม่มีกระแสไหล แรงไฟตรงที่เอาท์พุทนี้ยังนำไปใช้งานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้ เพราะเป็นไฟตรงที่ไม่เรียบพอ (Pulse D.C) จึงต้องมีการกรอง (Filter) ให้เรียบโดยใช้ตัวเก็บประจุทำหน้าที่กรอง

     

รูปที่ 1วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

2.  การทำงานของวงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น

สารกึ่งตัวนำและไดโอด

สารกึ่งตัวนำและไดโอด

1.  โครงสร้างพื้นฐานของอะตอม

                สสารต่างๆ ที่เราพบอยู่ทั่วไปนั้น  ถ้าพิจารณาลงไปถึงส่วนประกอบขนาดเล็กที่ประกอบกันเป็นสสารนั้นแล้ว จะพบว่าประกอบด้วยโมเลกุล ซึ่งโมเลกุลเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสารและยังแสดงสมบัติของธาตุนั้นอยู่ได้ ในแต่โมเลกุลจะประกอบด้วยส่วนที่เล็กลงไปอีกเรียกว่าอะตอม จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่อยู่เป็นแกนกลางของอะตอม และมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสนั้น  ภายในนิวเคลียสยังประกอบไปด้วยอนุภาคของโปรตรอนและนิวตรอนอยู่รวมกัน อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่รอบนิวเคลียสนั้นเป็นลบ ส่วนโปรตรอนมีประจุเป็นบวก  นิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติแล้วอะตอมของธาตุต่างๆ จะเป็นกลางทางไฟฟ้า ในธาตุเดียวกันอะตอมของธาตุนั้นจะมีจำนวนโปรตรอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน

รูปที่ 1 แสดงแบบจำลองโครงสร้างอะตอม

2. วงโคจรของอิเล็กตรอน