หน่วยที่ 2 ไดโอดและวงจรการใช้งาน...หน วยท 2 ไดโอดและวงจรการใช งาน (Diodes

หนวยท 2 ไดโอดและวงจรการใชงาน

(Diodes and Circuits)

โดย

นายเอกนรน พลาชวะ

แผนกวชาชางอเลกทรอนกส วทยาลยเทคนคฉะเชงเทรา ส านกงานคณะกรรมการการอาชวศกษา

กระทรวงศกษาธการ

Diodes and Circuits 34

เอกสารประกอบการเรยน วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส (รหสวชา 3105-1003)

นายเอกนรน พลาชวะ | วทยาลยเทคนคฉะเชงเทรา

สาระส าคญ ไดโอดทางอดมคต (Ideal Diode) มอยเฉพาะในทางทฤษฎเทานน ในทางปฏบตเราไมสามารถสรางไดโอดทใชงานจรงใหมคณสมบตการท างานไดเหมอนกบไดโอดทางอดมคต โดยในทางอดมคตเราเปรยบเทยบไดโอดเหมอนกบสวตชไฟฟา ซงการท างานของสวตซไฟฟาน จะเปนไปตามการจายไบอสใหตวไดโอด ขณะจายไบอสตรง ไดโอดน ากระแสเปรยบเสมอนกบสวตซอยในสภาวะตอวงจร (ON) มกระแสไหลผานไดโอดเทากบ ID และแรงดนตกครอมไดโอดมคาเทากบศนย สวนขณะจายไบอสกลบไดโอดไมน ากระแสเปรยบเสมอนกบสวตซอยในสภาวะตดวงจร (OFF) ไมมกระแสไหลผานไดโอดในทางอดมคตจะมคา IS เทากบศนย

จดประสงคการเรยนร จดประสงคทวไป

เพอใหมความร ความเขาใจเกยวกบ คณสมบตทางไฟฟาของไดโอด ผลของอณหภมตอตวไดโอด การใชคมอไดโอด การใชงานไดโอดท าเปนวงจร เรกตไฟเออรแบบ ครงคลน เตมคลน บรดจ วงจรตดรปคลน วงจรเปลยนระดบสญญาณ และวงจรทวแรงดน

จดประสงคเชงพฤตกรรม (พทธพสย) 1. อธบายคณสมบตของไดโอดขณะทไดรบไบอสตรงและไบอสกลบไดอยางถกตอง 2. อธบายผลกระทบของอณหภมตอลกษณะสมบตทางแรงดน และกระแสของไดโอดไดอยาง

ถกตอง 3. ค านวณหาคาความตานทานไฟฟากระแสตรง และคาความตานทานไฟฟากระแสสลบ

ภายในไดโอดไดอยางถกตอง 4. แปลความหมายของขอมลทางไฟฟา และอตราทนไฟของไดโอดไดอยางถกตอง 5. ค านวณหาคาแรงดนเอาทพตของวงจรเปลยนระดบของสญญาณไดอยางถกตอง 6. เขยนรปคลนทางดานเอาทพตของวงจรตดรปคลนไดอยางถกตอง 7. อธบายการท างานของวงจรทวแรงดนไดอยางถกตอง 8. อธบายการท างานของวงจรเรยงกระแสแบบตาง ๆ ไดอยางถกตอง 9. ค านวณหาคาแรงดนดซทเอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบตาง ๆ ไดอยางถกตอง

หนวยท 2 ไดโอดและวงจรการใชงาน (Diodes and Circuits)




หวขอเนอหา 2.1 คณสมบตทางไฟฟาของไดโอด 2.2 วงจรไดโอดเปลยนระดบสญญาณ (Clamper Circuit) 2.3 วงจรไดโอดตดรปคลนสญญาณ (Clipper Circuit) 2.4 วงจรทวแรงดน (Voltage Multiplier Circuits) 2.5 วงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuits)




แบบทดสอบกอนเรยน หนวยท 2 ไดโอดและวงจรการใชงาน

(Diodes and Circuits) ค าชแจง

1. จงท าเครองหมายกากบาท (X) เลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงขอเดยว 2. แบบทดสอบมจ านวน 18 ขอ ใชเวลาท าแบบทดสอบ 20 นาท

------------------------------------------------------------------------ 1. คณสมบตของไดโอดขณะทไดรบแรงดนไบอสตรงตรงกบขอใด

ก. กระแสไหลผานไดโอดได ข. มกระแสไหลกลบทศทางจากเดมและมคามาก ค. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางนอยในสารกงตวน าพและเอน ง. ไมเกดเปนแบตเตอรสมมต หรอดพลชนรจนขนทบรเวณรอยตอ จ. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางมากในสารกงตวน าพและเอนซงมคานอยมาก

2. คณสมบตของไดโอดขณะทไดรบแรงดนไบอสกลบตรงกบขอใด ก. ไมมกระแสไหลผานไดโอดไดเลย ข. มกระแสไหลกลบทศทางจากเดม และมคานอยมาก ค. เกดเปนแบตเตอรสมมตหรอดพลชนรจนขนทบรเวณรอยตอ ง. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางนอยในสารกงตวน าพและเอนซงมคานอย จ. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางมากในสารกงตวน าพและเอนซงมคานอยมาก

3. จงค านวณหาคาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอดทม ID เปลยนแปลงอยในชวงต าสด 10 mA สงสด 25 mA และมการเปลยนแปลงของแรงดน VD ต าสด 0.4 V สงสด 0.6 V

ก. 10.11 ข. 12.22 ค. 13.33 ง. 14.44 จ. 15.55

4. อณหภมทสงขนมผลกระทบตอไดโอดขณะไดรบไบอสตรงอยางไร ก. ท าใหกระแสไหลลดลง ข. ท าใหคาความตานทานของไดโอดสงขน ค. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนลดลง ง. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนเพมขน จ. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนเทากบแหลงจาย




5. อณหภมทสงขนมผลกระทบตอไดโอดขณะไดรบไบอสกลบอยางไร ก. ท าใหกระแสไหลสงขนมาก ข. ท าใหคาความตานทานของไดโอดเพมขน ค. ท าใหคาความตานทานของไดโอดไมคงท ง. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนลดลง จ. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนเพมขน

6. จงค านวณคาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรง (RD) จากกราฟการท างานของไดโอดตอไปน ทต าแหนง ID = 20 mA

ID (mA)

ID

VD

0 VD (V) 2

10

20

0.5

30

1 mA 0.8-10V

รปท 1 วงจรประกอบโจทยขอท 6

ก. 20 ข. 30 ค. 40 ง. 50 จ. 60

7. ความสมพนธของกระแสทไหลผานไดโอดและคาแรงดนทตกครอมไดโอดตรงกบขอใด ก. การเปลยนแปลงของกระแสมาจากการลดขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอดขณะท

ไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VBV ข. การเปลยนแปลงของกระแสทเพมขนมาจากการเพมขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอด

ขณะทไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VBV ค. การเปลยนแปลงของกระแสทเพมขนมาจากการเพมขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอด

ขณะทไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VK ง. การเปลยนแปลงของกระแสมาจากการลดขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอดขณะท

ไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VK จ. การเปลยนแปลงของกระแสมาจากการลดขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอดขณะท

ไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบทแหลงจาย




8. ขอใดเปนรปสญญาณเอาทพตของวงจรตดรปคลนแบบขนาน จากวงจรดงแสดงในรปท 3

Vi VO

+

-

+

-

D1

R


ก.

t

+V

-V

0

VO

ข.

t

+V

-V

0 TT2

VO

ค.

t0 T2

+V

VO

-V

ง.

t0 TT2

+V

-V

VO

จ.

t0 T2

+V

VO

-V

T

9. การเลอกใชงานไดโอดเพอใหสามารถทนแรงดนไฟตรงไบอสกลบสงสดโดยไมพง เราจะตองพจารณาจากคาใดในคมอใชงานไดโอด

ก. VD ข. VDS ค. VF ง. VR จ. VFS




10. ขอใดเปนรปสญญาณเอาทพตของวงจรตดรปคลนแบบอนกรมจากวงจรดงแสดงในรปท 4

Vi

+

-

D1

R VO

+

-t

+V

-V

0 T

Vi

T2


ก.

t

+V

-V

0

VO

ข.

t

+V

-V

0 TT2

VO

ค.

t0 T2

+V

VO

-V

ง.

t0 TT2

+V

-V

VO

จ.

t0 T2

+V

VO

-V

T

11. ถาเอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนมคา Vm = 200 V คาเฉลยแรงดนดซทเอาทพตจะมคาเทาไร

ก. 63.66 V ข. 87.93 V ค. 96. 24 V ง. 101. 31 V จ. 127. 22 V




12. จากวงจรดงแสดงในรปท 2 จงหาคาแรงดนเอาทพต VO

t

10 V

0

Vi

t1

-20 V

t2 t3 t4

f =1,000 Hz

T

Vi VO

+

-

+

-

DR

+

-5 V

C = 1mF

100 k


ก. 20 V ข. 25 V ค. 30 V ง. 35 V จ. 41 V

13. จากวงจรดงแสดงในรปท 5 เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกบวกเขามา ขอใดกลาวไดถกตอง

D1

C1

C2

D2

+

-

VmVAC VO


ก. ไดโอด D1 น ากระแสและ ไดโอด D2 น ากระแส ข. ไดโอด D1 ไมน ากระแสและ ไดโอด D2 น ากระแส ค. ไดโอด D1 น ากระแสและ ไดโอด D2 ไมน ากระแส ง. ไดโอด D1 ไมน ากระแสและ ไดโอด D2 ไมน ากระแส จ. ไมมขอใดกลาวถกตอง




14. จากวงจรดงแสดงในรปท 6 เปนวงจรเรยงกระแสแบบใด

D1220V

VO

T1

RL

0VD2

A

C

B


ก. วงจรเรยงกระแสครงคลน ข. วงจรเรยงกระแสเตมคลน ค. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบบรดจ ง. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบชนดใชหมอแปลงทไมมเซนเตอรแทป จ. วงจรเรยงกระแสเตมคลนแบบชนดใชหมอแปลงทมเซนเตอรแทป


220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B






16. จากวงจรดงแสดงในรปท 8 ถาปอนแรงดนเอซเทากบ 35 V - 0 - 35V คาแรงดน Vdc ทเอาทพตมคาเทาไร

D1220V

VO

T1

RL

0VD2

A

C

B


ก. 15.26 V ข. 17.81 V ค. 22.26 V ง. 24.17 V จ. 26.28 V

17. จากวงจรดงแสดงในรปท 9 ถาปอนแรงดนเอซเทากบ 48 V – 0 คาแรงดน Vdc ทเอาทพตมาคาเทาไร

R1=0.1

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B

V1


ก. 12.72 V ข. 19.08 V ค. 30.53 V ง. 32.17 V จ. 35.26 V




18. จากวงจรดงแสดงในรปท 10 ก าหนดใหต าแหนง A มความตางศกยเปนลบ ต าแหนง B มความตางศกยเปนบวก ทศทางของกระแสจะเปนอยางไร

220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B


ก. ต าแหนง B D1 RL ต าแหนง A ข. ต าแหนง A D1 RL D3 ต าแหนง B ค. ต าแหนง A D2 RL D3 ต าแหนง B ง. ต าแหนง B D4 RL D1 ต าแหนง A จ. ต าแหนง B D2 RL D3 ต าแหนง A




เนอหาสาระ ววฒนาการของอปกรณอเลกทรอนกสประเภทสารกงตวน าทผานมา ไดโอด (Diode) ถอไดวาเปนอปกรณสารกงตวน าตวแรกทถกผลตขนมาใชงาน ซงถอไดวาเปนอปกรณพนฐานทมความส าคญในงานอเลกทรอนกส และท าใหเกดการพฒนาในการสรางอปกรณสารกงตวน าอน ๆ ตอมาอกมากมาย โดยมพนฐานจากไดโอด ซงไดโอดไดถกน าไปใชงานในวงจรอเลกทรอนกสตาง ๆ ตงแตวงจรงาย ๆ มอปกรณเพยงไมกตว ไปจนถงวงจรทมอปกรณมากมายเปนวงจรทมขนาดใหญมการท างานสลบซบซอน ดงนนเราจงตองศกษา เรยนรและท าความเขาใจเกยวกบไดโอด เพอสามารถน าเอาไดโอดไปใชงาน และแกปญหาในการใชงานไดโอดไดตอไป

2.1 คณสมบตทางไฟฟาของไดโอด 2.1.1 การจายไบอสใหไดโอด การใชงานไดโอดจะตองมการจายไบอสใหกบไดโอด โดยการท างานของไดโอดขนอยกบสภาวะ

การจายไบอสใหตวไดโอด ซงสภาวะการจายแรงดนใหตวไดโอดแบงไดเปน 2 สภาวะ ไดแก ไบอสตรง (Forward Bias) เปนสภาวะทจายแรงดนไบอสโดยจายแรงดนไฟฟาขวบวกใหกบ

สารกงตวน าชนดพ และ จายแรงดนไฟฟาขวลบใหกบสารกงตวน าชนดเอน การใหไบอสแบบนจะท าใหความตานทานของไดโอดต ามากไดโอดจะยอมใหกระแสไหลผานได แหลงจายแรงดนไฟฟา VD จะดงอเลกตรอนในสารกงตวน าชนดเอน และโฮล ในสารกงตวน าชนดพใหเกดการรวมตวกบประจใกลเคยงและท าใหบรเวณดพลชนรจนแคบลง อเลกตรอนในสารกงตวน าชนดเอนจะเคลอนทขามบรเวณรอยตอดพลชนรจนดวยแรงดงจากขวบวกของแหลงจาย VD ทจายแรงดนใหกบสารกงตวน าชนดพ การเพมแรงดนทแหลงจายแรงดนไฟฟา VD จะท าใหอเลกตรอนสามารถขามรอยตอดพลชนรจนไปไดเกดเปนกระแสไฟฟาทไหลผานไดโอด ดงแสดงในรปท 2.1 (ก)

ไบอสกลบ (Reverse Bias) เปนสภาวะทจายแรงดนไบอส โดยตอขวของแหลงจายแรงดนไฟฟา(VD) ทขวลบใหกบสารกงตวน าชนดพ และตอขวบวกใหกบสารกงตวน าชนดเอน ท าใหบรเวณรอยตอของสารกงตวน าชนดเอนมประจบวก (โฮล) เพมมากขน เพราะอเลกตรอนในสารกงตวน าชนดเอนเคลอนทไปหาแหลงจายแรงดนไฟฟาขวบวกและเชนกนบรเวณรอยตอของสารกงตวน าชนดพมประจลบ (อเลกตรอน) เพมมากขน เนองจากโฮลในสารกงตวน าชนดพเคลอนทไปยงขวลบของแหลงจายแรงดนไฟฟาสงผลใหรอยตอของสารกงตวน าพและเอนกวางมากขน ท าใหกระแสจากแหลงจายไม

หนวยท 2 ไดโอดและวงจรการใชงาน (Diodes and Circuits)




KA+ -ID

ON=

สามารถไหลผานรอยตอได แตจะมกระแสทเกดจากพาหนะขางนอยในสารกงตวน าพและเอนคอ IS (Reverse Saturstion Current) ซงมคานอยมากมหนวยไมโครแอมป (A) ดงแสดงในรปท 2.1 (ข)

n

-

p

+

ID

ID

ES

K-----

+++++

-

+

A

n

-

p

+

IS

IS

ES

K-----

+++++

-

+

A

+-------

+

++++

+

(ก) จายไบอสตรง (ข) จายไบอสกลบ รปท 2.1 การจายไบอสใหไดโอด

ทมา : พนธศกด พฒมานตพงศ. ทฤษฎวงจรอเลกทรอนกส 1. พมพครงท 1. กรงเทพฯ: ซเอดยเคชน, 2543.

2.1.2 ไดโอดทางอดมคต ไดโอดทางอดมคต (Ideal Diode) มอยเฉพาะในทางทฤษฎเทานน ในทางปฏบตเราไมสามารถสรางไดโอดทใชงานจรงใหมคณสมบตการท างานไดเหมอนกบไดโอดทางอดมคต โดยในทางอดมคตเราเปรยบเทยบไดโอดเหมอนกบสวตชไฟฟา ซงการท างานของสวตซไฟฟาน จะเปนไปตามการจายไบอสใหตวไดโอด ขณะจายไบอสตรง ไดโอดน ากระแสเปรยบเสมอนกบสวตซอยในสภาวะตอวงจร (ON) มกระแสไหลผานไดโอดเทากบ ID และแรงดนตกครอมไดโอดมคาเทากบศนย สวนขณะจายไบอสกลบไดโอดไมน ากระแสเปรยบเสมอนกบสวตซอยในสภาวะตดวงจร (OFF) ไมมกระแสไหลผานไดโอดในทางอดมคตจะมคา IS เทากบศนย ไดโอดทางอดมคตเราจะไมค านงถงคาความตานทานภายในตวไดโอด (RD) นนคอ ในขณะทไดรบไบอสตรงมกระแสไหล คา (RD) = 0 Ω และในขณะไดรบไบอสกลบไมมกระแสไหล (RD) = ∞ Ω ไดโอดทางอดมคตและกราฟแสดงคณสมบตของไดโอดทางอดมคตแสดงดงรปท 2.2 และรปท 2.3

(ก) ขณะจายไบอสตรง (ข) ขณะจายไบอสกลบ รปท 2.2 สภาวะการท างานของไดโอดทางดดมคต





VD

VR

ID

VF

VD

IDIFIF

IF

IR

0VR VF

VD = 0 VRD = 0 W

ID = IF

VD = VR

RD = ¥ W

ID = 0 A

รปท 2.3 กราฟคณสมบตของไดโอดทางอดมคต


2.1.3 ไดโอดในการใชงานจรง ไดโอดในการใชงานจรง (Real Diode) เปนไดโอดทมคณสมบตแตกตางไปจากไดโอดทาง

อดมคต เนองจากในการน าเอาไดโอดไปใชงานจรง คณสมบตของตวไดโอดในขณะจายไบอสตรง เราตองพจารณาถงคาความตานทานภายในตวไดโอดกบแรงดนทเกดขนตรงบรเวณรอยตอพ-เอน ในขณะทจายไบอสกลบเรากตองมาพจารณาถงคาความตานทานภายในตวไดโอดกบกระแสรวไหล (leakage current)




รปท 2.4 กราฟแสดงคณสมบตของซลกอนไดโอด

ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory, Seventh Edition: New Jersey. Prentice Hall

ความตานทานของไดโอดจะขนอยกบทศทางการไหลของกระแสไฟฟา ดงนน จงถอไดวา ไดโอดเปนอปกรณอเลกทรอนกสทมคณสมบตทไมเปนเชงเสน ซงสามารถดไดจากกราฟแสดงคณสมบตของไดโอด ดงแสดงในรปท 2.4 โดยลกษณะคณสมบตระหวางแรงดน และกระแสจะเปนตวทแสดงใหเหนถงความสมพนธ ทงในขณะจายไบอสตรงและไบอสกลบ การจายไบอสตรงดวยแรงดนตกครอมไดโอดนอยกวา 0.5 V ไดโอดจะมกระแสไหลนอยมากระดบไมโครแอมป เมอแรงดนตกครอมไดโอดมากกวา 0.5 V แตนอยกวา 0.7 V ไดโอดเรมมกระแสไหลเพมขนจนกระทงแรงดนตกครอม ไดโอดเทากบ 0.7 V ไดโอดจะมกระแสไหลคงท การจายไบอสกลบ ไดโอดจะมกระแสไหลนอยมากประมาณไมโครแอมป (A) หรอไมมกระแสไหลจนกระทงแรงดนตกครอมไดโอดมคาเทากบแรงดนพง (Breakdown Voltage) ใชตวยอวา VBR ไดโอดจะมกระแสไหลจ านวนมากเพมขนอยางรวดเรว ขณะทแรงดนไบอสกลบมคาคงท

จากกราฟคณสมบตของซลกอนไดโอด แกนแนวตงแสดงคาของกระแสจากการวดมหนวยเปน มลลแอมแปร (mA) แกนแนวนอนแสดงคาแรงดนไฟฟาซงมคาสงสด 1 V ดวยเหตนแสดงวา แรงดนทตกครอมไดโอดจะมคานอยกวา 1 V และชวงโคงของเสนกราฟกระแสไฟฟาจะเพมขนอยางรวดเรว

กราฟการท างานของ ซลกอนไดโอด

ขวของแรงดนทจายไบอสตรง

ชวงการไดรบไบอสตรง (VD > 0 V, ID > 0 mA)

ขณะทไมมการจายไบอส

(VD = 0 V, ID = 0 mA) ชวงการไดรบไบอสกลบ

(VD < 0 V, ID = -IS)

สมการท 2.1




สามารถอธบายความสมพนธของกระแสทไหลผานไดโอด (ID) และ คาแรงดนไฟฟาทตกครอมไดโอด (VD) ดวยสมการของ Shockley ดงน

ID= IS (VD

enVT -1) …2.1

เมอ IS คอ กระแสยอนกลบอมตว มคาโดยประมาณ 1×10-15A มหนวย เปนแอมแปร (A) VD คอ แรงดนตกครอมไดโอด มหนวย เปนโวลท (V) n คอ คาของสารทน ามาสรางไดโอด โดยทวไปจะอยระหวาง 1 ถง 2 VT คอ คาแรงดนทเกดจากอณหภม (Thermal voltage) มหนวย เปนโวลท (V)

VT = kTk

q …2.2

เมอ k คอ คาคงทของ Boltzmann’s constant มคาเทากบ 1.38 x 10-23Joules/Kelvin ; J/K

Tk คอ คาอณหภมสมบรณ (=273+oC) มหนวยเปนเคลวน (Kelvin oK) q คอ คาประจไฟฟาของอเลกตรอน มคาเทากบ 1.6 x 10-19 Coulomb

ตวอยางท 2.1 จงหาคาแรงดนทเกดจากอณหภม (Thermal voltage) ; VT ถาก าหนดอณหภมท 30oC วธท า

จากโจทยก าหนดใหอณหภมท 30oC หาคาอณหภมสมบรณไดดงน Tk = 273 + oC = 273 + 30oC = 303 oK จากนนหาคาแรงดนทเกดจากอณหภมไดจากสมการท 2.2 ดงน

VT = kTk

q

= (1.38×10-23 J/K)(303 oK)

1.6×10-19 Coulomb

= 26.133 mV

≅ 26 mV ตอบ




2.1.4 กราฟอณหภมของไดโอด

รปท 2.5 กราฟอณหภมของไดโอด


เมออณหภมแวดลอมไดโอดเปลยนแปลงไป ยอมมผลกระทบตอลกษณะสมบตทางแรงดนและกระแสของไดโอด (Temperature Effects) จากกราฟรปท 2.5 ในชวงไบอสตรงเมออณหภมสงขนแรงดนตกครอมไดโอดจะเปลยนแปลง 25 mV ตอองศาเซนตเกรด

เสนกราฟดานไบอสตรงทอณหภมหองเพมขนจาก 25oC ไปเปน 125oC ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนลดลง 0.25 mV

100 oC (- 2.5 mV/ oC) = - 0.25 mV

ดานไบอสกลบทอณหภมหองเพมขนจาก 25oC ไปเปน 125oC เกดการเปลยนแปลงของกระแส IS ทอณหภมหอง 25 oC (IS ≅ 1 pA) และทอณหภม 125 oC (IS ≅ 1 µA) ซงมคาตางกนมาก




จากผลการทดลองในหองปฏบตการทมการควบคมอณหภมไวท 25oC พบวากระแสรวไหลในตวไดโอดชนดซลคอน IS (Si) มคาเพมขน ประมาณ 2 เทาทก ๆ ครงทอณหภมเพมขน 10oC สวนกระแสรวไหลในไดโอดชนดเยอรมาเนยม IS (Ge) มสดสวนการเพมขนของกระแสรวไหลตออณหภมมากกวาไดโอดชนดซลคอน เชนท อณหภม 25oC กระแส IS (Ge) มคาประมาณ 1 µA - 2 µA และทอณหภม 100oC กระแส IS (Ge) มคาเพมขนประมาณ 100 µA จะเหนวากระแส IS (Ge) เพมขนประมาณ 50 - 100 เทา ขณะทอณหภมเพมขนเพยง 4 เทา

2.1.5 คาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรงของไดโอด คาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรงของไดโอดสามารถหาไดจากจดการท างานของ

ไดโอด เมอไดรบแรงดนไฟฟากระแสตรง สามารถเขยนเปนสมการไดดงน

RD = VD

ID …2.3

ID (mA)

ID

VD

0VD (V)

รปท 2.6 กราฟแสดงการหาคาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรง


ชวงกระแสไหลผานไดโอดมากคาความตานทาน RD มคาต า ปกตจะอยในชวง 10 W ถง 80 W

ตวอยางท 2.2 จากรปท 2.7 กราฟการท างานของไดโอด จงค านวณคาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรงทต าแหนง ID = 2 mA , ID = 20 mA และ VD = -10 V วธท า คาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรงทต าแหนง ID = 2 mA เมอ VD = 0.5 V

RD = VD

ID

= 0.5 V

2 mA

= 250 W ตอบ




คาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรงทต าแหนง ID = 20 mA เมอ VD = 0.8 V

RD = VD

ID

= 0.8 V

20 mA

= 40 W ตอบ

คาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรงทต าแหนง VD = -10 V เมอ ID = -IS = -1 µA

RD = VD

ID

= -10 V

-1µA

= 10 MW ตอบ ID (mA)

ID

VD

0 VD (V) 2

10

20

0.5

30

1 A 0.8-10V

รปท 2.7 กราฟการท างานของไดโอด


2.1.6 คาความตานทานทางดานไฟฟากระแสสลบของไดโอด ลกษณะของไฟฟากระแสสลบเกดการเปลยนแปลงขนลงตลอดเวลาอยางตอเนอง การหาคาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอดจะตองน าคาทเกดจากการเปลยนแปลงมาพจารณาดวย โดยให Δ Vd แทนคาแรงดนตกครอมไดโอดทเปลยนแปลง และ Δ Id แทนคากระแสไหลผานไดโอดทเปลยนแปลง สามารถเขยนเปนสมการไดดงน

rd = Δ Vd

∆ Id ...2.4




D Id

(Diode characteristic)

D Vd

(Tangent line)

Q-point

(dc Operation)

รปท 2.8 การหาคาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอด ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,

Seventh Edition: New Jersey. Prentice Hall




0.50.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 0.8 0.9

245

10

15

20

25

30

ID (mA)

VD (V)

D Vd

D Id

D Vd

D Id

รปท 2.9 กราฟการท างานของไดโอดเพอหาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอด ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


ตวอยางท 2.3 จากรปท 2.9 กราฟการท างานของไดโอด จงค านวณหาคาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอดท ID = 2 mA และ ท ID = 25 mA วธท า

คาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอดท ID = 2 mA ไดจากสมการท 2.4 ดงน

rd = Δ Vd

∆ Id

อตราการเปลยนแปลงของแรงดน ΔVd = 0.76 V – 0.65 V

= 0.11 V

อตราการเปลยนแปลงของกระแส Δ Id = 4 mA – 0 mA

= 4 mA




rd = Δ Vd

∆ Id

= 0.11 V

4 mA

= 27.5 W ตอบ

คาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอดท ID = 25 mA ไดจากสมการท 2.4 ดงน

rd = Δ Vd

∆ Id

จากกราฟ

อตราการเปลยนแปลงของกระแส Δ Id = 30 mA – 20 mA

= 10 mA

อตราการเปลยนแปลงของแรงดน ΔVd = 0.8 V – 0.78 V

= 0.02 V

rd = Δ Vd

∆ Id

= 0.02 V

10 mA

= 2 W ตอบ

2.1.7 การใชคมอไดโอด การออกแบบ หรอ การน าไดโอดไปใชงาน หรอ การน าไดโอดไปใชแทนกน เราตองศกษารายละเอยดคณสมบตของไดโอดแตละเบอรจากขอมลทางโรงงานผผลต ซงในยคปจจบนสามารถคนหาขอมลไดจากทางอนเตอรเนต เชน ไดโอดเรกตฟายเออร เบอร 1N4001 ถง เบอร 1N4007 มคาสงสดแตละสวนเทาไร เมอน าเอาไปใชงานแลวไดโอดดงกลาวจะไมเสยหาย และ เพอใหอายการใชงานของไดโอดยาวนานขน โดยทวไปคาสงสดของไดโอดมาจากอณหภมการท างานท 25 องศาเซลเซยส (oC) ความทนทานของไดโอดจะลดลงหากอณหภมในการท างานเพมมากขน

อกษรยอตาง ๆ มความหมายดงตอไปน




VRRM หมายถง คาแรงดนไบอสกลบสงสดทเกดขนทกไซเคลของไฟสลบ ซงมความหมายเดยวกบคา PIV ทไดโอดท างานไดโดยไมพง เชน ส าหรบ 1N4001 เทากบ 50 V และ 1N4007 เทากบ 1000 V VR หมายถง คาแรงดนไฟตรงไบอสกลบสงสดทไดโอดทนไดโดยไมพง VRSM หมายถง คาแรงดนไบอสกลบสงสดทไมไดเกดขนทกไซเคลไฟสลบ โดยทไดโอดรบไดและท างานไดโดยไมพง

IO หมายถง คากระแสเฉลยสงสดทผานไดโอดเมอไดรบไบอสตรง IFSM หมายถง คากระแสสงสด (กระแสกระโชก) ทางดานไบอสตรงทไมเกดทกไซเคลซงไดโอด

สามารถท างานไดโดยไมพง แสดงดงรปท 2.10 ตามอณหภมทแตกตางกนตงแต 25oC - 175oC

ตารางท 2.1 แสดงคาสงสดทไดโอดทนได

รปท 2.10 รปแสดงกระแส IFSM ทอณหภมทแตกตางกน




ตารางท 2.2 คณสมบตทางไฟฟาของไดโอด

รปท 2.11 แสดงความสมพนธของ VF และ IF

คณสมบตทางไฟฟาของไดโอดทส าคญซงควรพจารณาในการเลอกไดโอดไปใชงานมดงน VF หมายถง คาแรงดนตกครอมไดโอดขณะไดรบไบอสตรงทกระแส IF = 1 A ทอณหภม 25oC ความสมพนธของกระแสไบอสตรง IF ทไหลผานไดโอดและแรงดน VF ทตกครอมไดโอดแสดงในรปท 2.11

รปท 2.12 แสดงขอมลทางกลของไดโอด




VF(AVG) หมายถง คาแรงดนเฉลยตกครอมไดโอดสงสดทไดโอดไดรบไบอสตรง IR หมายถง คากระแสสงสดทไหลผานไดโอดเมอไดโอดไดรบแรงดนไบอสกลบดวยแรงดนไฟตรง โดยไดโอดไมพง IR(AVG) หมายถง คากระแสเฉลยสงสดทไหลผานไดโอดเมอไดโอดไดรบไบอสกลบดวยแรงแรงดนไฟสลบ โดยไดโอดท างานไดไมพง ขอมลไดโอดอกอยางหนงคอ ขอมลทางกลเปนการบอกถงรปรางลกษณะภายนอกของไดโอด และ พกดขนาดตาง ๆ ของไดโอดแสดงดงในรปท 2.12

2.2 วงจรไดโอดเปลยนระดบสญญาณ วงจรเปลยนระดบสญญาณจะประกอบไปดวยไดโอด คาปาซเตอร ตวตานทาน มแหลงจายไฟ

เพมเขาไปเพอจะไดเปลยนระดบสญญาณตามตองการ รปวงจรเปลยนระดบสญญาณแสดงไวในรปท 2.13

t

+V

-V

0 T

vi

T2

(ก) สญญาณอนพต (ข) วงจรเปลยนระดบสญญาณ

รปท 2.13 สญญาณอนพตและวงจรเปลยนระดบสญญาณ

จากวงจรรปท 2.13 ไดโอดไดรบไบอสตรง ไดโอดอยในสภาวะ “On” ระหวางชวงเวลา 0 - T

2สามารถเขยนวงจรเทยบเคยงไดดงรปท 2.14 เปรยบเทยบไดโอด Short Circuit เปนผลให VO = 0 V

คา Time Constant ( = RC) จะมคานอยมากเนองจากไดโอด Short Circuit ท าใหคาความตานทานมคานอยมาก ซงคาความตานทานทไดเปนคาความตานทานของสายสญญาณเทานน ดงนนคาปาซเตอรจะชารจประจในทนทและมแรงดนสดสดเทากบสญญาณอนพต V

V vO

+

-D R

+

-

C+ -

รปท 2.14 เปรยบเทยบไดโอด Short Circuit

Vi vO

+

-

+

-

D R

C




V vO

+

-R+

-

C+ -

VO

+

-

รปท 2.15 เปรยบเทยบไดโอด Open Circuit

เมอสญญาณอนพตชวงลบปอนเขามาไดโอดอยในสภาวะ “Off” เปรยบเสมอน Open Circuit ดงแสดงในรปท 2.15 แรงดนทตกครอม R คอแรงดนเอาตพต VO ซงมคาเทากบแรงดนจากอนพตและ

แรงดนทคาปาซเตอรรวมกน ในชวงระหวางนคาเวลาคงท Time Constant ( = RC) จะมคามาก

เวลาการคายประจของคาปาซเตอรจะใชเวลา 5 ซงมากกวาชวงเวลา T

2 - T

จาก Kirchhoff’s Voltage Law เพอหาคา VO - V – V - vO = 0

vO = - V – V vO = - 2 V

t

+V

-V

0 T

vi

t

-2 V

0 T

vo

T2

T2

รปท 2.16 เอาทพตของวงจรเปลยนระดบสญญาณ ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


เอาทพตของวงจรแสดงในรปท 2.16 จะเหนวาสญญาณเอาทพตจะถกเปลยนระดบเปน 0 V

ในชวงเวลา 0 - T

2 แตจะไปเพมอยในชวงเวลา

T

2 - T ใหเปน 2 เทาของสญญาณอนพต




Vi vO

+

-

+

-

DR

+

-5 V

C = 1F

100 kW

t

10 V

0

vi

t1

-20 V

t2 t3 t4

f =1,000 Hz

T

(ก) สญญาณอนพตของวงจรเปลยนระดบสญญาณ (ข) วงจรเปลยนระดบสญญาณ

รปท 2.17 วงจรเปลยนระดบสญญาณ

ตวอยางท 2.4 จากรปท 2.17 จงหาคาแรงดนเอาตพต VO วธท า จากสญญาณอนพตมความถ 1,000 Hz ดงนนเวลา 1 คาบเวลาเทากบ 1 ms และ จากรปวงจรการวเคราะหจะเรมตนทชวงเวลา t1–t2 ของสญญาณอนพตซงไดโอดอยในสภาวะ “On” เปรยบเสมอนไดโอด Short Circuit แสดงดงรปท 2.18 แรงดน VO กคอแรงดนตกครอม R ซงมคาเทากบ 5 V ซงเปนแรงดนจากแหลงจายไฟฟากระแสตรง

Vi = 20 V vO

+

-

+

-

DR

+

-5 V

C = 1F

100 kW

+- VC

รปท 2.18 ไดโอดอยในสภาวะ “On” เปรยบเสมอนไดโอด Short Circuit

จาก Kirchhoff’s Voltage Law จะไดวา

- 20 V + VC – 5 V = 0 VC = 20 V + 5 V VC = 25 V

ส าหรบชวงเวลา t2–t3 ของสญญาณอนพตไดโอดอยในสภาวะ “Off” แสดงวงจรเทยบเคยงตามรปท 2.19 เปนผลใหแรงดนไฟฟากระแสตรง 5 V ไมมผลตอวงจร




10 V vO

+

-

+

-

DR

+

-5 V

25 V

100 kW

+-

VC

รปท 2.19 ไดโอดอยในสภาวะ “Off”

จาก Kirchhoff’s Voltage Law จะไดวา

10 V + 25 V – VO = 0 VO = 10 V + 25 V VO = 35 V

คาเวลาคงท Time Constant ( = RC) ของการคายประจของคาปาซเตอร

= RC = (100 kW) (0.1 F) = 0.01 s = 10 ms

เวลาในการคายประจ 5 = 5 (10ms) = 50 ms ซงชวงเวลาระหวาง t2–t3 มคาเวลาเทากบ 0.5 ms ดงนนตวเกบคาปาซเตอรจะเกบรกษาระดบแรงดนไวได ผลลพธของวงจรจะแสดงดงรปท 2.20 เอาทพตถกเปลยนระดบท 30 V

t

10 V

0

vi

t1

-20 V

t2 t3 t4 30 V 30 V

5

35

vO

0 t1 t2 t3 t4 t

รปท 2.20 เอาทพตถกเปลยนระดบท 30 V ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,





2.3 วงจรไดโอดตดรปคลนสญญาณ (Clippers Circuit) จากวงจรตามรปท 2.21 เปนวงจรตดรปคลนมลกษณะการท างานคอ ตดรปสญญาณทปอนเขา

มา ใหเหลอรปคลนในสวนของสญญาณกระแสสลบโดยใชไดโอดตดรปคลน สญญาณเอาทพตขนอยกบการตอวงจรของไดโอด วงจรตดรปคลนมการตอวงจรอย 2 ชนด ไดแก 2.3.1 วงจรตดรปคลนแบบอนกรม (Series Clippers Circuit) 2.3.2 วงจรตดรปคลนแบบขนาน (Parallel Clippers Circuit)

การตอวงจรตดรปคลนแบบอนกรมตอไดโอดอนกรมกบความตานทานโหลดและการตอวงจรตดรปคลนแบบขนานจะตอไดโอดขนานกบความตานทานโหลด

2.3.1 วงจรตดรปคลนแบบอนกรม (Series Clippers Circuit)

t

+V

-V

0 T

vi

T2

Vi

+

-

D1

R VO

+

-t

+V

-V

0

vO

T2

(ก) สญญาณอนพต (ข) วงจรตดรปคลนแบบไดโอดอนกรม (ค) สญญาณเอาทพต รปท 2.21 วงจรตดรปคลนแบบไดโอดอนกรม

วงจรตดรปคลนแบบอนกรมจะมลกษณะการตอวงจรโดยตอไดโอดอนกรมกบความตานทานโหลด ดงแสดงการตอวงจรในรปท 2.21 (ข) มลกษณะการท างานของวงจร ดงน

เมอสญญาณรปคลนสเหลยม (Square Wave) ในครงไซเกลบวกปอนเขามาทอนพตของวงจรไดโอด D1 ไดรบแรงดนไบอสตรงท าใหเกดกระแสไหลผานไดโอด D1 และ ผานความตานทาน RL จะท าใหเกดแรงดนตกครอมความตานทาน RL เหมอนรปคลนทปอนเขามา คอ เมอรปคลนเพมขนแรงดนตกครอม RL จะเพมขน และ เมอรปคลนทปอนเขามาลดลงท าใหแรงดนตกครอม RL ลดลงดงแสดงในรปท 2.21 (ค) ในชวงครงไซเกลลบตอมาปอนเขามาทอนพต (Vi) ไดโอด D1 จะไดรบแรงดนไบอสกลบท าใหไมมกระแสไหลผานไดโอดแรงดนตกครอม RL เทากบศนยซงจะไดรปคลนเอาตพต (VO) ดงรปท 2.21 (ค)

t

+V

-V

0 T

vi

T2

Vi vO

+

-

+

-

D1

RL

V = 5 V+-20 V

รปท 2.22 วงจรตดรปคลนแบบไดโอดอนกรมทมแหลงจายไฟตรง




จากวงจรรปท 2.22 วงจรตดรปคลนแบบไดโอดอนกรมทมแหลงจายไฟฟากระแสตรงเพมขนมา และตออนกรมกบไดโอดดวยเมอรปคลนชวงครงไซเกลบวกปอนเขาในวงจรทางดานอนพตสามารถเขยนวงจรเปรยบเทยบได ดงน

Vi vO

+

-

+

-

D1

RL

V = 5 V+-

รปท 2.23 วงจรเปรยบเทยบเมอปอนสญญาณอนพต (Vi) ในชวงครงไซเกลบวก

รปท 2.23 ทไดโอดในสภาวะ “On” ไดโอดเปรยบเสมอน Short Circuit ซงจะหาคาแรงดนทเอาตพต ดงน

VO = Vi + V …2.5

เมอปอนสญญาณอนพต (Vi) ในชวงครงไซเกลลบ ไดโอดจะอยในสภาวะ “Off” เปรยบเสมอน Open Circuit ไมมกระแสไหลผานไดโอด ID = 0 mA หาคาแรงดนทเอาตพต ดงน

VO = 0 V …2.6

Vi vO

+

-

+

-

D1

RL

V = 5 V+-

t

+V

-V

0

vO

T2

vO = 0 V + 5 V = 5 V

Vi + 5 V = 20 V + 5 V = 25 V

vO = -5 V + 5 V = 0 V

รปท 2.24 รปสญญาณเอาทพตของวงจรตดรปคลน

เมอสญญาณอนพตปอนเขามาเปนชวงครงไซเกลลบท าใหไดโอด D1 ไดรบแรงดนไบอสกลบท าใหไดโอด D1 ไมน ากระแส จงไมมแรงดนตกครอมทความตานทาน RL จงท าใหแรงดนเอาทพตเปนศนยโวลตดงแสดงในรปท รปท 2.24




Vi vO

+

-

+

-

D1

RL

V

+ -

รปท 2.25 วงจรตดรปคลนแบบไดโอดอนกรมทมแหลงจายไฟตรง

จากรปท 2.25 ไดโอดไดรบไบอสกลบจากแหลงจายไฟตรง (V) เมอปอนสญญาณอนพต (Vi) ในชวงครงไซเกลบวกทมขนาดแรงดนมากกวาแรงดนจากแหลงจายไฟตรง (V) จะท าใหไดโอดจะอยในสภาวะ “On” เปรยบเสมอน Short Circuit ดงแสดงในรปท 2.26 ซงจะหาคาแรงดนทเอาตพต ดงน

VO = Vi – V …2.7

Vi vO

+

-

+

-

D1

RL

V

+ -KVL

รปท 2.26 วงจรเปรยบเทยบเมอปอนสญญาณอนพต (Vi) ในชวงครงไซเกลบวก

เมอปอนสญญาณอนพต (Vi) ในชวงครงไซเกลลบ ไดโอดจะอยในสภาวะ “Off” เปรยบเสมอน Open Circuit ไมมกระแสไหลผานไดโอด ID = 0 mA หาคาแรงดนทเอาตพต ดงน

VO = 0 V

T2

T t

Vm - V

VO

0

Vi = V

รปท 2.27 รปสญญาณเอาทพตของวงจรตดรปคลนของวงจรตามรปท 2.25




จากรปท 2.27 สามารถหาคาแรงดนสงสดของรปสญญาณเอาทพตได ดงน

VOpeak = Vm – V

2.3.2 วงจรตดรปคลนแบบขนาน (Parallel Clippers Circuit)

Vi VO

+

-

+

-

D1

R

รปท 2.28 รปวงจรตดรปคลนแบบขนาน

t

+V

-V

0 T

vi

T2

t

+V

-V

0 T

vO

T2

(ก) สญญาณอนพต (ข) สญญาณเอาทพต

รปท 2.29 สญญาณอนพตและเอาทพตของวงจรตดรปคลนแบบขนาน

จากรปท 2.28 เปนวงจรทใชไดโอดตดรปคลนแบบขนานกบ สญญาณอนพตการท างาน เมอมสญญาณแรงดนครงไซเกลบวกปอนเขามาทางอนพตจะท าใหไดโอด D1 ไดรบแรงดนไบอสตรง เมอวดแรงดนเอาทพตจะมคาเทากบแรงดนตกครอมไดโอด และ เมอสญญาณอนพตอยในชวงครงไซเกลลบจะท าใหไดโอด D1 ไดรบแรงดนไบอสกลบ ไดโอดอยในสภาวะ “Off” ไมมกระแสไหลผานไดโอด เปรยบเสมอน Open Circuit เมอวดรปคลนทเอาทพตจะมคาเทากบแรงดน Vi ดงแสดงในรปท 2.29

ตวอยางท 2.5 จากวงจรตามรปท 2.30 ใหหาคา VO

Vi VO

+

-

+

-

D1

R

+

-4 V

t

+16 V

-16 V

0 T

vi

T2

รปท 2.30 วงจรตดรปคลนแบบขนาน




Vi VO

+

-

+

-

D1

R

+

-4 V

Vd = 0 VId = 0 A

วธท า VO คอแรงดนทตกครอมระหวางไดโอด D1 และแรงดนไฟฟากระแสตรง 4 V ไมใชแรงดนทตกครอม R ขวของแหลงจายไฟฟากระแสตรง ท าใหไดโอดอยในสภาวะ “On”

ถาสญญาณอนพตอยในชวงครงไซเกลลบไดโอดเปรยบเสมอน Short Circuit แรงดนเอาทพตจะมคาเทากบ 4 V เทากนแรงดนไฟฟากระแสตรงทอยในวงจรตลอดเวลาในชวงทสญญาณอนพตครงไซเกลลบ ดงแสดงในรปท 2.31 ดงนนแรงดนเอาตพต VO จะได ดงน

VO = 4 V ตอบ

รปท 2.31 สญญาณอนพตอยในชวงครงไซเกลลบไดโอดเปรยบเสมอน Short Circuit

อนพตอยในชวงครงไซเกลบวกปอนเขามาถา Vi < 4 V แรงดนเอาทพตจะมคาเทากบ 4 V และถา Vi > 4 V แรงดนเอาทพตจะมคาเทากบ Vi ดงแสดงในรปท 2.32 ดงนนแรงดนเอาตพต VO จะไดดงน VO = Vi (Vi > 4 V) ตอบ

t

+16 V

-16 V

0 T

Vi

T2

t

+16 V

4 V0 T

VO

T2

4 V

รปท 2.32 รปสญญาณเอาตพตของวงจรตดรปคลนของวงจรตามรปท 2.30





D1

C1

C2

D2

+

-

+ -

VmVAC

Vm

D2

D1

D1

C1

C2

D2

+

-

VmVAC VO

2.4 วงจรทวแรงดน วงจรทวแรงดน คอ วงจรเพมแรงดนทปอนเขาอนพตของวงจรใหเพมแรงดนตามทตองการ

เชน 2 เทา 3 เทา และ 4 เทา 2.4.1 วงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดครงคลน (Half Wave Voltage Double

รปท 2.33 วงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดครงคลน ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


จากรปท 2.33 เปนวงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดครงคลนอธบายการท างานได ดงน เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกบวกจะท าใหไดโอด D1 น ากระแส และ

ไดโอด D2 ไมน ากระแสท าใหตวคาปาซเตอร C1 เกบประจได และมแรงดนตกครอม C1 เทากบ Vm ดงแสดงในรปท 2.34

รปท 2.34 ผลจากการปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกบวก ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลลบจะท าใหไดโอด D1 หยดน ากระแส ไดโอด D2 น ากระแสท าใหคาปาซเตอร C2 เกบประจมแรงดนตกครอม C2 เทากบ 2Vm ดงแสดงในรปท 2.35




2Vm

+

-

D1

C1

C2

D2

+

-

+ -

+-

VmVAC

Vm

2Vm

D2

D1

รปท 2.35 ผลจากการปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกลบ ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


t

t

Vi

+ Vm

- Vm

VC1

+ Vm

t

VD1

- Vm- 2 V

t

VC2

- Vm

- 2 V

รปท 2.36 รปคลนของวงจรทวแรงดนสองเทาแบบครงคลน




หาคาแรงดนตกครอม C2 ไดจาก

- Vm – VC1 + VC2 = 0

- Vm - Vm + VC2 = 0

VC2 = Vm + Vm

VC2 = 2Vm

เมอสญญาณชวงบวกปอนเขามาอกครงหนง ไดโอด D2 หยดน ากระแส คาปาซเตอร C2 จะคายประจผานโหลด ถาไมมโหลดตอขนานกบคาปาซเตอร C2 จะท าใหคาปาซเตอร C1 มแรงดนตกครอมเทากบ Vm และคาปาซเตอร C2 มแรงดนตกครอมเทากบ 2Vm ถามโหลดมาตอทเอาทพตจะท าใหแรงดนตกครอมคาปาซเตอร C2 ลดลงในชวงเวลาครงไซเกลบวก และคาปาซเตอร C2 จะเกบประจใหมใหมคาแรงดนถง 2Vm ในชวงไซเกลลบ และไดโอดแตละตวในวงจรจะไดรบแรงดนไบอสกลบ (Peak Inverse Voltage ; PIV) เทากบ 2Vm

2.4.2 วงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดเตมคลน (Full Wave Voltage Double)

D1

C1

D2

+

-

VmVAC

VO

C2

รปท 2.37 วงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดเตมคลน ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


จากรปท 2.37 เปนวงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดเตมคลน เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลบวก ดงแสดงในรปท 2.38 ไดโอด D1 น ากระแสมกระแสไหลผานไดโอด D1 และ คาปาซเตอร C1 ท าใหตวคาปาซเตอร C1 เกบประจไดและมขนาดแรงดนเทากบ Vm ในชวงเวลานไดโอด D2 ไมน ากระแส




D1

C1

D2

+

-

VmVAC

VO

C2

+Vm

-

D1

D1

รปท 2.38 ผลจากการปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกบวก ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,


เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลลบดงแสดงในรปท 2.44 ไดโอด D2 น ากระแสมกระแสไหลผานไดโอด D2 และคาปาซเตอร C2 ท าใหตวคาปาซเตอร C2 เกบประจไดและมขนาดแรงดนเทากบ Vm ในชวงเวลานไดโอด D1 ไมน ากระแสท าใหแรงดนทเอาทพตมคาเทากบ 2Vm ถามโหลดมาตอทเอาทพตของวงจรแรงดนทโหลดจะเหมอนกบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ความแตกตางอยทตวคาปาซเตอร C1 และ C2 ทตออนกรมกน ซงท าใหคาของคาปาซเตอรมคานอยกวาคาคาปาซเตอรทตออยเพยงตวเดยว คาของตวคาปาซเตอรทลดลงท าใหการกรองกระแสมประสทธภาพลดลงนนเอง

D1

D1

C1

D2

+

-

VmVAC

VO = 2 Vm

C2

+Vm

-

D1

Vm

+

-

+

-

รปท 2.39 ผลจากการปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกลบ





t

t

Vi

- Vm

VC1

+ Vm

t

VC2

+ Vm

VO

Vm

2 V

t

รปท 2.40 รปคลนของวงจรทวแรงดน สองเทาแบบเตมคลน

2.4.3 วงจรทวแรงดน 3 เทา และ 4 เทา

D1

C1

3 (3 Vm)

D2

+

-

VmVAC

C2

C3

D3 D4

C4

+ - + -

+ -+ -

4 (4 Vm)

2 (2 Vm)

2 Vm

2 Vm

Vm

2 Vm

รปท 2.41 วงจรทวแรงดน 3 เทา และ 4 เทา ทมา : Robert Boylestad and Lousis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,





จากรปท 2.41 เปนวงจรทวแรงดน 3 เทา และ 4 เทา ซงพฒนามาจากวงจรวงจรทวแรงดน 2 เทา ชนดครงคลน โดยตอเพมตวคาปาซเตอรและไดโอดทางดานเอาทพตอาจจะท าใหเปนวงจรทวแรงดน 5, 6 หรอ 7 เทาไดตามตองการ สามารถอธบายการท างานไดดงน

เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลบวก คาปาซเตอร C1 จะเกบประจโดยผานไดโอด D1 คาแรงดนสงสดท C1 เทากบ Vm และเมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลลบปอนเขามาไดโอด D2 น ากระแส ดงนนทคาปาซเตอร C2 จะมขนาดแรงดนเปน 2 เทาของ Vm โดยไดมาจากแรงดนทหมอแปลงและท C1 รวมกน เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลบวกชวงถดมา ไดโอด D3 น ากระแส คาปาซเตอร C2 จะคายประจผาน D3 ใหตวคาปาซเตอร C3 เกบประจ ซง C3 จะมขนาดแรงดนสงสดเทากบ 2Vm และเมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงครงไซเกลลบปอนเขามา เปนผลใหไดโอด D2 และ D4 พรอมกบตวคาปาซเตอร C3 คายประจผานไดโอด D4 ไปให C4 ทจะมขนาดแรงดนสงสด 2Vm ดงนนแรงดนทตกครอม C2 คอ 2Vm แรงดนทตกครอม C1 และ C3 รวมกนคอ 3Vm และแรงดนทตกครอม C2 และ C4 รวมกนคอ 4Vm ไดโอดแตละตวในวงจรตองมอตราการทนแรงดนขณะไดรบไบอสกลบ 2Vm

2.5 วงจรเรยงกระแส (Rectifier Circuits) การน าไดโอดมาประยกตใชงานท าเปนวงจรเรยงกระแสมความส าคญทเราตองท าความเขาใจ

เพอใหสามารถน าไปใชงานไดอยางถกตองและมความเหมาะสม ซงวงจรไดโอดเรยงกระแสเปนภาคแรกทเราจะพบในวงจรแหลงจายไฟฟากระแสตรง ดงแสดงในรปท 2.42

VAC

VAC

+

-

รปท 2.42 บลอกไดอะแกรมของแหลงจายไฟฟากระแสตรง

การเรยงกระแสเปนวธการเปลยนแรงดนไฟฟากระแสสลบใหเปนแรงดนไฟฟากระแสตรง โดยใชไดโอดเปนอปกรณในการท าหนาทในการเรยงกระแสไฟฟา เพราะไดโอดมคณสมบตทมลกษณะไมเปนเชงเสน และยอมใหกระแสไฟฟาไหลผานไดทศทางเดยว วงจรเรยงกระแสทมการใชงานสามารถแบงออกไดเปนดงน

2.5.1 วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier Circuit) 2.5.2 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ชนดใชหมอแปลงแบบมเซนตเตอรแทป (Center

Tapped Full Wave Rectifier Circuit)




+ Vm

t1

VO

t0 t2 t3

D1

VI

+

-Vm VO

N2N1

R

A

B

-+

2.5.3 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน แบบบรดจ (Full Wave Bridge Rectifier Circuit)

2.5.1 วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน (Half Wave Rectifier Circuit) วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน จะตดแรงดนไฟสลบทปอนเขามาออกไปครงหนงอาจเปนครง

บวกหรอครงลบ แลวแตการจดวงจรไดโอด วาจะใชขาแคโถด (K) ออกเอาตพต หรอขาแอโนด (A) ออกเอาตพต วงจรเรยงกระแสจะใชไดโอดเพยงตวเดยวในการทางาน วงจรเรยงกระแสแบบนจะใชในวงจรทไมตองการไฟดซทเรยบมากนก เชน วงจรชารจแบตเตอร วงจรชารจถานแคดเมยม เปนตน ลกษณะการตอวงจรดงแสดงในรปท 2.43

รปท 2.43 วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน

รปท 2.44 รปคลนเอาตพตของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน

2.5.1.1 การท างานของวงจร จากรปท 2.43 เปนวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนซงจะมลกษณะการท างาน ดงน

เมอแรงดนไฟกระแสสลบในชวงครงไซเกลบวกปอนเขามายงขว A จะท าใหทขาแอโนดของไดโอดเปนบวก เมอเทยบกบแคโทดจงเปนการใหไบอสแกไดโอดแบบไบอสตรง (Forward Bias) จะท าใหความตานทานภายในไดโอดมคาความตานต าเปรยบเสมอนสวตชตอวงจรเกดกระแสไหลผานไดโอด และความตานทาน RL เกดแรงดนตกครอมท RL ตามแรงดนทปอนเขามาดงแสดงในรปท 2.44 ในชวงเวลา t0-t1

เมอแรงดนไฟกระแสสลบทอยในชวงครงไซเกลลบ ปอนเขามาทขว A ไดโอด D1 ไดรบการใหไบอสกลบ (Reverse Biased) จะท าใหคาความตานทานภายในไดโอดมคาสงสด ซงเหมอนกบสวตชทอยในสภาวะเปดดงนนจงไมมกระแสไหลผานไดโอดแรงดนตกครอมความตานทาน RL จงมคาเปนศนยโวลตดงแสดงในรปท 2.44 ในชวงเวลา t1–t2




2.5.1.2 การหาคาเฉลยแรงดนเอาทพต จากรปคลนเอาทพตสามารถหาคาเฉลยของแรงดนไดดงรปท 2.45

+ Vm

t1

VO

t0 t2 t3

รปท 2.45 รปคลนเอาตพต

จากรปคลนทางดานเอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนในรปท 2.45 สามารถค านวณพนทใตรปคลน เพอหาคาเฉลยของแรงดนไฟฟากระแสตรงทางเอาตพต (Vdc) ไดดงน

Vdc = VaV

= 1

2∫ Vdt

π

0

= 1

2∫ (Vmsimθ)dθ

π

0

= Vm

2[- cos θ]

0

π

= Vm

2 [-1(-1) - (-1)]

= Vm

2

Vdc = 0.318 Vm …2.7

เมอ Vm คอ คาแรงดนสงสด (Peak) ของแรงดนกระแสสลบ มหนวยเปนโวลต (V) Vdc คอ คาเฉลยของแรงดนดซทไดจากวงจรเรยงกระแส มหนวยเปนโวลต (V)




D11N5401

220V+

-Vm= 18V VO

N2N1

RL

1kW0V

ตวอยางท 2.6 จงค านวณหาคาแรงดน Vdc ทตกครอม RL ดงแสดงในรปท 2.46

รปท 2.46 วงจรเรยงกระแสแบบครงคลน

วธท า จากวงจรในรปท 2.46 เปนวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน สามารถหาคาแรงดน Vdc โดยใชสมการท 2.7 ไดดงน Vdc = 0.318 Vm

Vdc = 0.318 (18V) Vdc = 5.724 V ตอบ

2.5.2 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลน ชนดใชหมอแปลงแบบมเซนตเตอรแทป (Center Tapped Full Wave Rectifier Circuit)

วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดใชหมอแปลงมเซนตเตอรแทป เปนการรวมเอาวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน 2 วงจรมารวมกน จงท าใหแรงดนทตกครอม RL ไดทงครงไซเกลบวกและลบ ซงท าใหแรงดนทไดเปน 2 เทาของแรงดนทไดจากวงจรเรยงกระแสแบบครงคลน ดงแสดงในรปท 2.47

D1220V

VO

T1

RL

0VD2

A

C

B

รปท 2.47 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดใชหมอแปลงมเซนตเตอรแทป

VR

Vdc =0.636Vm

รปท 2.48 เอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดใชหมอแปลงมเซนตเตอรแทป




2.5.2.1 การท างานของวงจร การท างานของวงจรดงแสดงในรปท 2.49 เมอมแรงดนชวงครงไซเกลบวกเขาทต าแหนง A

จะท าใหไดโอด D1 ไดรบไบอสตรงท าใหไดโอด D1 น ากระแส มกระแสไหลผานไดโอด D1 และไหลผานตวตานทานโหลด RL ท าใหเกดแรงดนตกครอมโหลดเปนครงไซเกลบวกจะมคาแรงดนสงสดของรปคลนเทากบ Vm

D1220V +

VO

T1

RL

0VD2

A

B

Vi

+

C-

รปท 2.49 การท างานในชวงไซเกลบวก

D1220V -

VO

T1

RL

0VD2

A

BVi

C

+

+-

รปท 2.50 การท างานในชวงไซเกลลบ

จากรปท 2.50 แรงดนชวงครงไซเกลลบเขามา ท าใหทต าแหนง A เปนลบ และทต าแหนง C เปนบวก ท าใหไดโอด D2 ไดไบอสตรง สวนไดโอด D1 ไดรบไบอสกลบ ผลคอไดโอด D1 ไมน ากระแสไดโอด D2 น ากระแส มกระแสไหลผานไดโอด D2 และไหลผานตวตานทานโหลด RL ท าใหเกดแรงดนตกครอมโหลดเปนครงไซเกลบวกมคาแรงดนสงสดของรปคลนเทากบ Vm และในชวงครงไซเกลตอมาไดโอด D1 และ D2 จะท างานตอเนองกนไป เกดรปคลนเอาทพตเรยงตอกนท าใหเกดรปคลนเรยงกระแสแบบเตมคลนทโหลด

2.5.2.2 การหาคาแรงดนดซ คาเฉลยแรงดนดซ (DC Average Voltage) ส าหรบวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดใช

หมอแปลงมเซนตเตอรแทปจงมคาดงน Vdc = 2 (0.318 Vm)

Vdc = 0.636 Vm …2.8




ตวอยางท 4.2 จงค านวณหาแรงดนดซทไดรบจากวงจรเรยงกระแสแบบเตมรปคลนชนดใชหมอแปลงทมเซนตเตอรแทป มคา Vm เทากบ 50 V วธท า จากโจทยเปนวงจรเรยงกระแสแบบเตมรปคลนชนดใชหมอแปลงทมเซนตเตอรแทป และมคาแรงดนสงสด (peak) ของแรงดนกระแสสลบ Vm = 50 V ดงนนสามารถค านวณหาแรงดนดซไดโดยใชสมการท 2.8 ไดดงน Vdc = 0.636 Vm

Vdc = 0.636 (50V) Vdc = 31.8 V ตอบ

5.3 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดบรดจ (Full Wave Bridge Rectifier Circuit)

220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B

รปท 2.51 วงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดบรดจ

VR

Vdc =0.636Vm

D3D2 D3D2 D3D2D4D1 D4D1 D4D1

รปท 2.52 เอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดบรดจ

จากรปท 2.52 แสดงวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดบรดจในวงจรใชไดโอด 4 ตว ซงเปนวงจรเรยงกระแสแบบเตมรปคลน เหมอนกนกบทใชไดโอด 2 ตว แตวงจรนหมอแปลงทใชไมม เซนตเตอรแทปและคาแรงดนยอนกลบของไดโอดมคาเทากบ Vm ซงมคานอยกวาคาแรงดนยอนกลบในวงจรเรยงกระแสแบบเตมคลนชนดทใชหมอแปลงแบบมเซนเตอรแทป วงจรบรดจจงนยมใชในทางดานอตสาหกรรมในการผลตเครองใชไฟฟาหรออเลกทรอนกส 2.5.3.1 การท างานของวงจร ในระหวางชวงครงไซเกลบวกปอนเขามาต าแหนง A ทขวของหมอแปลงเปนบวกจะท าใหไดโอด D3 และไดโอด D2 น ากระแส ท าใหเกดกระแสไหลผานไดโอด D3 ตวตานทานโหลด RL และไดโอด D2 ท าใหมแรงดนตกครอม RL มคาเทากบ Vm ดงแสดงในรปท 2.53




220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B

Vi

+

-

รปท 2.53 การท างานในชวงไซเกลบวก

ในครงไซเกลลบต าแหนง A ทขวของหมอแปลงเปนลบทต าแหนง B เปนบวกจะท าใหไดโอด D4 และไดโอด D1 น ากระแส ท าใหเกดกระแสไหลจากต าแหนง B ผานไดโอด D4 ตวตานทาน

โหลด RL และไดโอด D1 ท าใหมแรงดนตกครอม RL มคาเทากบ Vm ดงแสดงในรปท 2.54

220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B

-Vi

รปท 2.53 การท างานในชวงไซเกลลบ

2.5.3.2 การหาคาแรงดนดซ สามารถค านวณหาคาแรงดนเอาทพตไดดงน

Vdc = 0.636 Vm …2.9

สรป ไดโอดในการใชงานจรง (Real Diode) เปนไดโอดทมคณสมบตแตกตางไปจากไดโอดทางอดม

คต เนองจากในการน าเอาไดโอดไปใชงานจรง คณสมบตของตวไดโอดในขณะจายไบอสตรง เราตองพจารณาถงคาความตานทานภายในตวไดโอดกบแรงดนทเกดขนตรงบรเวณรอยตอพ-เอน ในขณะทจายไบอสกลบเรากตองมาพจารณาถงคาความตานทานภายในตวไดโอดกบกระแสรวไหล ( leakage current) ความตานทานของไดโอดจะขนอยกบทศทางการไหลของกระแสไฟฟา ดงนน จงถอไดวา ไดโอดเปนอปกรณอเลกทรอนกสทมคณสมบตทไมเปนเชงเสน




แบบฝกหด แบบฝกหดหนวยท 2 ไดโอด และวงจรใชงาน

(Diodes and Circuits)

ค าสง จงตอบค าถามใหสมบรณและถกตอง ใชเวลาท าแบบฝกหด 20 นาท (คะแนนเตม 8 คะแนน)

1. จงค านวณหาคาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรง จากรปท 1 กราฟการท างานของไดโอด เมอ 1.1 ID = 5 mA 1.2 ID = 20 mA 1.3 VD = -15 mA

ID (mA)

ID

VD

0 VD (V) 5

10

20

0.55

60

1 mA 0.75

-12V

รปท 1 วงจรประกอบโจทยแบบฝกหดขอท 1

............................................................................................................................. .......................................

............................................................................................ ........................................................................

............................................................................................................................. .......................................

................................................................................................................................................ ....................

............................................................................................................... .....................................................

............................................................................................................................. .......................................

............................................................................................................................. .......................................

............................................................................................ ........................................................................

............................................................................................................................. .......................................

................................................................................................................................................ ....................

.............................................................................................................. ......................................................

............................................................................................................................. .......................................




2. จงค านวณหาแรงดนดซทไดรบจากวงจรเรยงกระแสแบบครงรปคลนชนดใชหมอแปลงทมคา Peak Voltage เทากบ 100 V ............................................................................................................................. .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................. ......................................................................... ............................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................... ...................... ........................................................................................................... ......................................................... 3. จากรปท 2 จงค านวณหาคาแรงดน Vdc ทเอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบเตมรปคลนชนดใชหมอแปลงทมเซนตเตอรแทปเมอปอนแรงดนจากหมอแปลง 18V–0V-18V

D1220V

VO

T1

RL

0VD2

A

C

B

รปท 2 วงจรประกอบโจทยแบบฝกหดขอท 3 ............................................................................................................................. ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ....................................... ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... .......................................

4. ถาก าหนดอณหภมท 29oC จงหาคาแรงดนทเกดจากอณหภม (Thermal voltage) ; VT

............................................................................................................................. .......................................

............................................................................................ ........................................................................

............................................................................................................................. .......................................

................................................................................................................................................ ....................

............................................................................................................... .....................................................

............................................................................................................................. .......................................

................................................................................................................................................................... .




แบบทดสอบหลงเรยน หนวยท 2 ไดโอดและวงจรการใชงาน

(Diodes and Circuits) ค าชแจง

1. จงท าเครองหมายกากบาท (X) เลอกค าตอบทถกตองทสดเพยงขอเดยว 2. แบบทดสอบมจ านวน 18 ขอ ใชเวลาท าแบบทดสอบ 20 นาท

------------------------------------------------------------------------ 1. คณสมบตของไดโอดขณะทไดรบแรงดนไบอสกลบตรงกบขอใด

ก. ไมมกระแสไหลผานไดโอดไดเลย ข. เกดเปนแบตเตอรสมมตหรอดพลชนรจนขนทบรเวณรอยตอ ค. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางนอยในสารกงตวน าพและเอนซงมคานอย ง. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางมากในสารกงตวน าพและเอนซงมคานอยมาก จ. มกระแสไหลกลบทศทางจากเดม และมคานอยมาก

2. อณหภมทสงขนมผลกระทบตอไดโอดขณะไดรบไบอสตรงอยางไร ก. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนเพมขน ข. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนลดลง ค. ท าใหกระแสไหลลดลง ง. ท าใหคาความตานทานของไดโอดสงขน จ. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนเทากบแหลงจาย

3. จงค านวณหาคาความตานทานทางไฟฟากระแสสลบของไดโอดทม ID เปลยนแปลงอยในชวงต าสด 10 mA สงสด 25 mA และมการเปลยนแปลงของแรงดน VD ต าสด 0.4 V สงสด 0.6 V

ก. 10.11 ข. 12.22 ค. 13.33 ง. 14.44 จ. 15.55

4. อณหภมทสงขนมผลกระทบตอไดโอดขณะไดรบไบอสกลบอยางไร ก. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนเพมขน ข. ท าใหแรงดนตกครอมไดโอดขณะนนลดลง ค. ท าใหกระแสไหลสงขนมาก ง. ท าใหคาความตานทานของไดโอดไมคงท จ. ท าใหคาความตานทานของไดโอดเพมขน




5. จงค านวณคาความตานทานทางดานไฟฟากระแสตรง (RD) จากกราฟการท างานของไดโอดตอไปน ทต าแหนง ID = 20 mA

ID (mA)

ID

VD

0 VD (V) 2

10

20

0.5

30

1 mA 0.8-10V


ก. 20 ข. 30 ค. 40 ง. 50 จ. 60

6. ความสมพนธของกระแสทไหลผานไดโอดและคาแรงดนทตกครอมไดโอดตรงกบขอใด ก. การเปลยนแปลงของกระแสทเพมขนมาจากการเพมขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอด

ขณะทไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VBV ข. การเปลยนแปลงของกระแสมาจากการลดขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอดขณะท

ไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VBV ค. การเปลยนแปลงของกระแสทเพมขนมาจากการเพมขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอด

ขณะทไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VK ง. การเปลยนแปลงของกระแสมาจากการลดขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอดขณะท

ไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบ VK จ. การเปลยนแปลงของกระแสมาจากการลดขนาดแรงดนและแรงดนทตกครอมไดโอดขณะท

ไดโอดน ากระแสจะมคาเทากบทแหลงจาย




7. ขอใดเปนรปสญญาณเอาทพตของวงจรตดรปคลนแบบขนาน จากวงจรดงแสดงในรปท 3

Vi VO

+

-

+

-

D1

R


ก.

t

+V

-V

0

VO

ข.

t

+V

-V

0 TT2

VO

ค.

t0 T2

+V

VO

-V

ง.

t0 TT2

+V

-V

VO

จ.

t0 T2

+V

VO

-V

T

8. คณสมบตของไดโอดขณะทไดรบแรงดนไบอสตรงตรงกบขอใด ก. กระแสไหลผานไดโอดได ข. ไมเกดเปนแบตเตอรสมมต หรอดพลชนรจนขนทบรเวณรอยตอ ค. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางนอยในสารกงตวน าพและเอน ง. มกระแสไหลทเกดจากพาหะขางมากในสารกงตวน าพและเอนซงมคานอยมาก จ. มกระแสไหลกลบทศทางจากเดมและมคามาก




9. การเลอกใชงานไดโอดเพอใหสามารถทนแรงดนไฟตรงไบอสกลบสงสดโดยไมพง เราจะตองพจารณาจากคาใดในคมอใชงานไดโอด

ก. VD ข. VDS ค. VF ง. VR จ. VFS

10. จากวงจรดงแสดงในรปท 2 จงหาคาแรงดนเอาทพต VO

t

10 V

0

Vi

t1

-20 V

t2 t3 t4

f =1,000 Hz

T

Vi VO

+

-

+

-

DR

+

-5 V

C = 1mF

100 k


ก. 20 V ข. 25 V ค. 30 V ง. 35 V จ. 41 V


D1220V

VO

T1

RL

0VD2

A

C

B






12. ขอใดเปนรปสญญาณเอาทพตของวงจรตดรปคลนแบบอนกรมจากวงจรดงแสดงในรปท 4

Vi

+

-

D1

R VO

+

-t

+V

-V

0 T

Vi

T2


ก.

t

+V

-V

0

VO

ข.

t

+V

-V

0 TT2

VO

ค.

t0 T2

+V

VO

-V

ง.

t0 TT2

+V

-V

VO

จ.

t0 T2

+V

VO

-V

T





220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B



14. จากวงจรดงแสดงในรปท 8 ถาปอนแรงดนเอซเทากบ 35 V - 0 - 35V คาแรงดน Vdc ทเอาทพตมคาเทาไร

D1220V

VO

T1

RL

0VD2

A

C

B


ก. 15.26 V ข. 17.81 V ค. 22.26 V ง. 24.17 V จ. 26.28 V




15. จากวงจรดงแสดงในรปท 5 เมอปอนสญญาณไฟฟากระสลบจากหมอแปลงชวงซกบวกเขามา ขอใดกลาวไดถกตอง

D1

C1

C2

D2

+

-

VmVAC VO


ก. ไดโอด D1 น ากระแสและ ไดโอด D2 ไมน ากระแส ข. ไดโอด D1 ไมน ากระแสและ ไดโอด D2 น ากระแส ค. ไดโอด D1 น ากระแสและ ไดโอด D2 น ากระแส ง. ไดโอด D1 ไมน ากระแสและ ไดโอด D2 ไมน ากระแส จ. ไมมขอใดกลาวถกตอง

16. จากวงจรดงแสดงในรปท 9 ถาปอนแรงดนเอซเทากบ 48 V – 0 คาแรงดน Vdc ทเอาทพตมาคาเทาไร

R1=0.1

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B

V1


ก. 12.72 V ข. 19.08 V ค. 30.53 V ง. 32.17 V จ. 35.26 V




17. จากวงจรดงแสดงในรปท 10 ก าหนดใหต าแหนง A มความตางศกยเปนลบ ต าแหนง B มความตางศกยเปนบวก ทศทางของกระแสจะเปนอยางไร

220V

VO

AT1

RL0V

D1 D3

D2 D4

B


ก. ต าแหนง A D1 RL D3 ต าแหนง B ข. ต าแหนง A D2 RL D3 ต าแหนง B ค. ต าแหนง B D4 RL D1 ต าแหนง A ง. ต าแหนง B D1 RL ต าแหนง A จ. ต าแหนง B D2 RL D3 ต าแหนง A

18. ถาเอาทพตของวงจรเรยงกระแสแบบครงคลนมคา Vm = 200 V คาเฉลยแรงดนดซทเอาทพตจะมคาเทาไร

ก. 63.66 V ข. 87.93 V ค. 96. 24 V ง. 101. 31 V จ. 127. 22 V




บรรณานกรม

เจน สงสมพนธ. เทคโนโลยอเลกทรอนกส 3 วงจรอเลกทรอนกส. ปทมธาน : สถาบน อเลกทรอนกส กรงเทพรงสต. 2552.

นภทร วจนเทพพนทร. อปกรณอเลกทรอนกส. สกายบกส. 2538. ทรงพล กาญจนชชย. อปกรณสารกงตวน า. กรงเทพฯ : จฬาลงกรณมหาวทยาลย. 2556. ธนนต ศรสกล. พนฐานการออกแบบวงจรอเลกทรอนกส. กรงเทพฯ: วตต กรป. 2552. สคนธ พมศร. การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส. พมพครงท 1. นนทบร: ศนยสงเสรมอาชวะ,

2558. สายณต ชนอารมณ. วเคราะหวงจรอเลกทรอนกส. กรงเทพฯ:ศนยสงเสรมวชาการ. 2552. Albert Malvino and David J. Bates. Electronic Principles. Seventh Edition.New

York: McGraw-Hill. 2007. Robert Boylestad and Louis Nashelsky. Electronic Devices And Circuit Theory,

Seventh Edition: New Jersey. Prentice Hall.

http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_1.html

Diodes and Circuits 89 เอกสารประกอบการเรยน วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส (รหสวชา 3105-1003)


ใบงานท 2.1 หนวยท 2 รหสวชา 3105-1003 วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส สอนครงท 1 ชอหนวย ไดโอด และวงจรใชงาน คาบรวม 5

ชอเรอง วงจรตดสญญาณ และยกระดบสญญาณ จ านวนคาบ 3 จดประสงคเชงพฤตกรรม (ทกษะพสย)

1. ตอวงจรตดสญญาณไดอยางถกตอง 2. ตอวงจรยกระดบสญญาณไดอยางถกตอง

3. วดและอานคาสญญาณอนพตกบเอาตพตของวงจรตดสญญาณไดอยางถกตอง 4. วดสญญาณอนพทกบเอาตพตของวงจรยกระดบสญญาณไดอยางถกตอง

จดประสงคเชงพฤตกรรม (จตพสย) ทมการบรณาการตามปรชญาของเศรษฐกจพอเพยง 1. ความรบผดชอบ 2. ความมวนย 3. การตรงตอเวลา 4. ความมมนษยสมพนธ 5. ความรและทกษะวชาชพ 6. ความสนใจใฝหาความร 7. การพงตวเอง 8. มความเพยร 9. รรกสามคค

10. การแกไขปญหาเฉพาะหนา

เครองมอและอปกรณ 1. DC Power Supply 0-30 V 1 เครอง 2. ดจตอลมลตมเตอรหรอแอนะลอกมลตมเตอร 1 เครอง 3. ออสซลโลสโคปแบบ 2 เสนภาพ พรอมสายโปรบ 1 เครอง 4. เครองก าเนดความถเสยง ไซน - สเหลยม 1 เครอง 5. ไดโอด IN 4001 (หรอเบอรแทน) 2 ตว 6. ตวเกบประจแบบอเลกโตรไลท 2.2 F, 25V 1 ตว

7. ตวตานทาน 20 k 0.5 วตต 1 ตว 8. สวตชตด-ตอ 2 ตว 9. แผงประกอบวงจร และสายตอวงจร 1 ชด



ล าดบขนตอนในการปฏบตใบงาน ก.วงจรตดสญญาณแบบอนกรม

1. ตอวงจรตามรปท 2.1.1 และปรบเครองก าเนดสญญาณรปคลนไซนใหมความถ 1 kHz ขนาดแอมปลจด 10 VP เพอปอนเปนสญญาณอนพตใหวงจร (Vi)

Vi

+10

0

-10

D

1N4002 R20 k0.5 W

VO

A B

G G

รปท 2.1.1 วงจรทดลองของไดโอดท าหนาทตดสญญาณแบบอนดบ

2. ปรบออสซลโลสโคปใหพรอมใชงาน โดยปรบสวตช AC-GND-DC ไปทต าแหนง DC 3. น าสายโพรบของออสซลโลสโคปทง 2 แชนแนล ไปวดครอมท Vi และ VO โดยใชแชนแนลท

1 วด Vi สวนแชนแนลท 2 วด VO วาดรปและบนทกคาของสญญาณแรงดนลงในตารางท 1 ทงของ Vi และ VO ตามล าดบ

4. ปรบแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงใหไดแรงดน 2 VDC น าไปตออนกรมกบไดโอด D โดยตอวงจรตามรปท 2.1.2

D

1N4002 R20 k0.5 W

VO

A B

G G

+ -

Vi

V

2 V

รปท 2.1.2 วงจรทดลองของไดโอดมไบอสท าหนาทตดสญญาณชวงบวก

5. วดและบนทกทงรปคลน และแรงดนทออกเอาตพตของวงจร (VO) ลงในตารางท 2.1.1 6. จากรปท 2.1.2 ท าการกลบขวแหลงจายแรงดน V ใหขวบวกของแหลงจายตอกบขาคาโถด

ของไดโอด 7. วดและบนทกทงรปคลน และแรงดนทออกเอาตพตจด (VO) ลงในตารางท 2.1.1 8. ปลดแหลงจายแรงดน V ออกจากนนกลบขวไดโอดใหขาคาโถดของไดโอด ตอกบตว

ตานทาน 20 k ทอยทางเอาตพต 9. วดและบนทกทงรปคลนและแรงดนทออกเอาตพต (Vo) ลงในตารางท 2.1.1



D

1N4002 R20 k0.5 W

VO

A B

G G

+ -

Vi

V

2 V

รปท 2.1.3 วงจรทดลองของไดโอดมไบอสท าหนาทตดสญญาณชวงลบ

10. ตอแหลงจายแรงดน 2 VDC อนกรมกบไดโอดโดยตอวงจรตามรปท 2.1.3 11. วดและบนทกทงรปคลนและแรงดนทออกเอาทพตจด (VO) ลงในตารางท 2.1.1 12. กลบขวแหลงจายแรงดน V ใหขวบวกของแหลงจายตอกบขาอาโนดของไดโอด

13. วดและบนทกทงรปคลน และแรงดนทออกเอาตพต (VO) ลงในตารางท 2.1.1

ตารางท 2.1.1 บนทกผลการทดลองขอ 3-13

ข. วงจรตดสญญาณแบบขนาน 14. ตอวงจรตามรปท 2.1.4 โดยปอนสญญาณคลนไซนความถ 500 Hz ความแรง 20 VP-P เปนสญญาณอนพตใหวงจร (Vi)

ขอท จดวด การตอ รปคลน VP-P VP

3 A,G อนพต

3 B,G ไดโอด D

ไมน ากระแส

4-5 B,G ไดโอด D

ไดไบอสตรง


ไดไบอสกลบ

8-9 B,G ไดโอด D ไมมไบอส





+10 0

-10

0

2 V

2 V

0

2 V

2 V



Vi

+10

0

-10

D1N4002

R

20 k 0.5 WVO

A B

G G

รปท 2.1.4 วงจรทดลองของไดโอดท าหนาทตดสญญาณ

15. น าออสซลโลสโคปทปรบแตงเรยบรอยแลว มาวดครอมท Vi และ VO โดยใชแชนแนลท 1 วด Vi ทจด A เทยบกบ G ใชแชนแนลท 2 วด Vo ทจด B เทยบกบ G วาดรปสญญาณและบนทกคาแรงดนของสญญาณใน ตารางท 2.1.2 ทงของ Vi และ VO ตามล าดบ

ตารางท 2.1.2 บนทกผลการทดลองขอ 15-25

16. ตอแหลงจายแรงดน 2 VDC อนกรมกบไดโอด D ตอวงจรตามรปท 2.1.5

D1N4002

R

20 k 0.5 WVO

A B

G G

Vi +

-

รปท 2.1.5 วงจรทดลองของไดโอดมไบอสท าหนาทตดสญญาณชวงบวก


15 A,G อนพต

15 B,G ไดโอด D ไมมไบอส





20-21 B,G ไดโอด D ไมมไบอส





+10 0

-10

0

2 V

2 V

0

2 V

2 V



17. วดและบนทกทงรปคลนและแรงดนทออกเอาทพตจด B, G ลงในตารางท 2.1.2 18. กลบขวแหลงจายแรงดน V ใหขวลบปอนใหขา K ของไดโอด D เพยงกลบขวแหลงจายแรงดน V ใหขวลบตอชา K ของไดโอด D แทน

19. วดและบนทกทงรปคลน และแรงดนทออกเอาทพตจด B, G ลงในตารางท 2.1.2 20. ปลดแหลงจายแรงดน V ออก กลบขวไดโอด D ใหขา K ของไดโอด D ใหขา K ของไดโอด D ตอกบตวตานทาน R (จด B) แทน โดยใชวงจรตามรปท 2.1.5 เพยงกลบขวไดโอด D 21. วดและบนทกทงรปคลน และแรงดนทออกเอาทพตจด B, G ลงในตารางท 2.1.2 22. ตอแหลงจายแรงดน 2 VDC อนดบกบไดโอด D โดยตอวงจรตามรปท 2.6

D1N4002

R

20 k 0.5 WVO

A B

G G

Vi+

-

รปท 2.1.6 วงจรทดลองของไดโอดมไบอสท าหนาทตดสญญาณชวงลบ

23. วดและบนทกทงรปคลนและแรงดนทออกเอาทพตจด B, G ลงในตารางท 2.1.2 24. กลบขวแหลงจายแรงดน V ใหขวบวกปอนใหขา A ของไดโอด D โดยใชรปท 2.1.6 เพยงกลบขวแหลงจายแรงดน V ใหขวบวกตอขา A ของไดโอด D แทน 25. วดและบนทกทงรปคลน และแรงดนทออกเอาทพตจด B, G ลงในตารางท 2.1.2

ง. วงจรยกระดบสญญาณ 26. ตอวงจรตามรปท 2.1.7 โดยปอนสญญาณคลนไซนความถ 500 Hz ความแรงดน 20 VP-P เปนสญญาณอนพตใหวงจร (Vi)

Vi

+10

0

-10

D1N4002

R20 k0.5 W

VO

A B

G G

C+

2.2F 25V

รปท 2.1.7 วงจรการทดลองของไดโอดมไบอสท าหนาทยกระดบสญญาณ

27. น าออสซลโลสโคปทปรบแตงเรยบรอยแลว มาวดครอมท Vi และ VO โดยใชแชนแนลท 1 วด Vi ท จด A เทยบกบ G ใชแชนแนลท 2 วด VO ทจด B เทยบกบ G วาดรปสญญาณ และบนทกคาแรงดนของสญญาณลง ในตารางท 2.1.3 ทงของ Vi และ VO ตามล าดบ



28. กลบขวไดโอด D ใหขา A ตอทจด G และกลบขวตวเกบประจ C ใหขวลบของตวเกบประจ B ตอท จด A โดยใชวงจรตามรปท 2.2.7 เพยงกลบขวไดโอด D และกลบขวของตวเกบประจ C 29. วดและบนทกทงรปคลนและแรงดนทออกเอาทพตจด B, G ลงในตารางท 2.1.3

ตารางท 2.1.3 บนทกผลการทดลองขอ 26-29 สรปผลการทดลอง ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................. ....................................... ค าถามการทดลอง 1. อธบายความหมายของวงจรตดสญญาณมาใหเขาใจ พรอมอธบายการท างานของวงจรตดสญญาณ

ชวงลบชนดไดโอดไดรบไบอสกลบแบบอนกรม …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ....................................... 2. อธบายความหมายของวงจรยกระดบสญญาณมาใหเขาใจ พรอมอธบายการท างานของวงจรยกระดบ

แรงดนบวก …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ........................................................................


26 A,G อนพต

27 B,G ไดโอด D

ตอขา K ทจด G


ตอขา A ทจด G

+10 0

-10



ใบงานท 2.2 หนวยท 2

รหสวชา 3105-1003 วชา การวเคราะหวงจรอเลกทรอนกส สอนครงท 2

ชอหนวย ไดโอด และวงจรใชงาน คาบรวม 5

ชอเรอง วงจรทวแรงดน จ านวนคาบ 3

จดประสงคเชงพฤตกรรม 1. ตอวงจรทวแรงดนเพอทดลองไดอยางถกตอง 2. วดและอานคาแรงดนในวงจรทวแรงดนไดอยางถกตอง

จดประสงคเชงพฤตกรรม (จตพสย) ทมการบรณาการตามปรชญาของเศรษฐกจพอเพยง 1. ความรบผดชอบ 2. ความมวนย 3. การตรงตอเวลา 4. ความมมนษยสมพนธ 5. ความรและทกษะวชาชพ 6. ความสนใจใฝหาความร 7. การพงตวเอง 8. มความเพยร 9. รรกสามคค

10. การแกไขปญหาเฉพาะหนา

เครองมอและอปกรณ 1. ดจตอลมลตมเตอรหรอแอนะลอกมลตมเตอร 1 เครอง 2. หมอแปลงทมแรงดนออก 6-0 V 1 ตว

3. ไดโอด IN 4002 (หรอเบอรแทน) 6 ตว 4. ตวเกบประจ 100 F, 50V 6 ตว 5. ตวตานทาน 20 MΩ 0.5 วตต 1 ตว 6. แผงประกอบวงจรและสายตอวงจร 1 ชด



ล าดบขนตอนในการปฏบตใบงาน 1. ตอวงจรตามรปท 2.2.1

1N4002 x2

D2

+

-

6V220VACRL

1 MW

0.5 W+

D1

100 F50V

100 F50V

-

+

-

รปท 2.2.1 วงจรการเพมแรงดนเอาตพต 2 เทา

2. ใชมลตมเตอรตงทยานดซโวลทมเตอร วดแรงดนตกครอม C1, C2, RL ทละครง บนทกคาลง ในตารางท 2.2.1 ชองเพมแรงดน 2 เทา

3. ตอวงจรตามรปท 2.2.2

D1

C1

C2

D2

+

-

6V220 VAC

+

RL1 MW

0.5 W

1N4002 x3

100 F50Vx3

D3


4. ใชดซโวลทมเตอร วดแรงดนตกครอม C1, C2, C3, RL ทละครงบนทกคาลงในตารางท 2.2.1 ชองเพม แรงดน 3 เทา



ตารางท 2.2.1 บนทกผลการทดลองขอ 2-10 อปกรณทวด แรงดนท อานได (V) เพม 2 เทา เพม 3 เทา เพม 4เทา เพม 5 เทา เพม 6 เทา

C1 C2 C3 C4 C5 C6 RL

5. ตอวงจรตามรปท 2.2.3

D1

C1

C2

D2

+

-

6V220 VAC

+

RL1 MW

0.5 W

1N4002 x4

100 F50Vx4

D3C3+

+

+


6. ใชดซโวลตมเตอรวดแรงดนตกครอม C1, C2, C3, C4, RL ทละครงบนทกคาลงในตารางท 2.2.1 ชองเพม แรงดน 4 เทา

D1

C1

C2

D2

+

6V220 VAC

+

RL1 1 MW 0.5 W

1N4002 x6100 F 50Vx4

D3

C3

++

+

C4

C5 +

+-

C6

+-

D4D5

D6

RL2 1 MW 0.5 W

รปท 2.2.4 วงจรทดลองการเพมแรงดนออกเอาตพต 5 เทา และ 6 เทา



7. ตอวงจรตามรปท 2.2.4 ยงไมตอ RL2 8. ใชดซโวลตมเตอร วดแรงดนตกครอม C1, C2, C3, C4, C5, RL1 ทละครงบนทกคาลงในตาราง

ท 2.2.1 ชองเพมแรงดน 5 เทา 9. ปลด RL1 ออก และตอ RL2 เขาวงจรดงแสดงในรปท 2.2.4

10. ใชดซโวลตมเตอรวดแรงดนตกครอม C1, C2, C3, C4, C5, RL2 RL1 ทละครงบนทกคาลงในตารางท 2.2.1 ชองเพมแรงดน 6 เทา สรปผลการทดลอง ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................. .................................

ค าถามการทดลอง

1. จากรปท 2.2.1 C1, C2 ในวงจรทาหนาทเปนอะไร พรอมอธบายการทางานของวงจรเพมแรงดน 2 เทา มาใหเขาใจ

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. จงอธบายการนาวงจรทวแรงดนไปประยกตใชงานไดอยางไรบาง

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Documents

หน่วยที่ 2 ไดโอดและวงจรการใช้งาน...หน วยท 2 ไดโอดและวงจรการใช งาน (Diodes