Basic Electronics for Automation Engineering

Basic Electronics for Automation Engineering Student Name : Mr.Pattarapon Taosrichai Student ID : 53011216 (2S) Program : Automation Engineering Homework No. : 30 Date of Assignment: July 19, 2011 Date of Submission : August 8, 2011

ความแตกต่างระหว่าง IC OpAmp • Bipolar Transistor • MOSFET • JFET ไอซีออปแอมบ์เป็นอีกวงจรหนึ่งที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายทั้งในรูปแบบของวงจรขยายสัญญาณ วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ โดยต่ออุปกรณ์ภายนอกเพิ่มเติมอีกไม่กี่ชิ้น ก็สามารถทำงานได้แล้ว

Bipolar Transistor Bipolar Transistor ใช้เป็นตัวขยาย สัญญาณไฟฟ้า หรือทำหน้าที่เป็นสวิตช์ การทำงานต้องอาศัยประจุไฟฟ้าสองชนิด คือ อิเล็กตรอนและโฮล จึงเรียกว่าไบโพลาร์ ทรานซิสเตอร์ ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์มีโครงสร้าง PNP หรือ NPN ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยหัวต่อ PN จำนวน 2 หัวต่อ คือ หัวต่อระหว่าง อีมิตเตอร์(E) – เบส(B) และ เบส(B) – คอลเลคเตอร์(C)

แบบ NPN หัวต่อเบส - คอลเลคเตอร์ ถูกไบอัสกลับ ด้วยแรงดัน VCBเกิดกระแสคอลเลคเตอร์ IC ซึ่งมีค่าต่ำไหลในวงจรด้านคอลเลคเตอร์ เมื่อไบอัสตามหัวต่ออีมิตเตอร์ – เบส ด้วย แรงดัน VEBอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยจากอีมิตเตอร์ สู่เบส (เรียกว่า กระแสอีมิตเตอร์) อิเล็กตรอนจำนวน หนึ่งจะไหลเป็นกระแสเบส แต่กระแสส่วนใหญ่ ไหลไปถึงหัวต่อเบส - คอลเลคเตอร์ และถูกสนามไฟฟ้าที่เกิดจากไบอัสย้อนกวาดเข้าไปเป็น กระแสคอลเลคเตอร์ จากลักษณะสมบัติเช่นนี้จึง เป็นการใช้กระแสเบสค่าน้อยเพื่อควบคุมกระแส คอลเลคเตอร์ที่มีค่าโต เรียกว่าการขยายสัญญาณ กระแส *ในกรณีทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ก็ให้คิดในทำนองเดียวกันเพียงเปลี่ยนทิศทางของประจุไฟฟ้า

ตัวอย่าง Datasheet ของ Bipolar transistors เบอร์ 2N3251A

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า (FET) เป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้สนามไฟฟ้าในการเปลี่ยนแปลงสภาพของสารกึ่งตัวนำ ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแตกต่างจากไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ คือใช้การทำงาน ของพาหะ ชนิดเดียว คือ อิเล็กตรอน หรือโฮล อย่างหนึ่ง อย่างใด จึงเป็นยูนิโพลาร์ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบ่งตามวิธี การสร้างได้เป็น 2 ชนิดคือ - ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบหัวต่อ (JFET) - ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS (MOSFET) N-Channel Depletion P-Channel MOSFET Enhancement FET N-Channel JFET Depletion P-Channel

MOSFET MOSFET มาจาก M : Metal (โลหะ) O : Oxide (ออกไซด์) S : Semiconductor (สารกึ่งตัวนำ) F : Field (สนามไฟฟ้า) E : Effect (ผล) T : Transistor (ทรานซิสเตอร์) เป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้หลักการทำงานที่ แรงดันเกทควบคุมสภาพการ นำไฟฟ้าที่ชั้นบาง ๆ ที่บริเวณผิวของผลึกสารกึ่งตัวนำทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า แบบ MOS มี ส่วนสำคัญในการพัฒนาไอซีที่มีขนาดใหญ่ (LSI) MOSFET แตกต่างจาก JFET ที่โครงสร้างภายใน JFET นั้นระหว่างเกตกับช่วงทางเดินกระแสมีโครงสร้างเป็นรอยต่อ p-n แต่ MOSFET นั้นระหว่างเกตกับช่องทางเดินกระแสมีโครงสร้างเป็นชั้นของซิลิคอลออกไซด์(SiO2) MOSFET มี 2 ชนิดคือ1.ดีพีทชั่น (Depletion, D)2.เอนแฮนซ์เมนต์(Enhancement, E)

MOSFETชนิดดีพีทชั่น (Depletion MOSFET, D-MOSFET) จากรูปเป็นโครงสร้างพื้นฐานของ D-MOSFET เป็นชนิด(n-channel) • ช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรน(D) และซอร์ส(S) จะเป็นสารกึ่งตัวนำ ชนิด n และวัสดุ • ฐานรอง(Substance) เป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p ดังรูป (ก) • สำหรับ D-MOSFET ชนิด p-channel จะมีช่องทางเดินกระแสระหว่างเดรน • และซอร์สเป็นสารชนิด p และมีฐานรองเป็นสารชนิด n ดังรูป (ข) และมีเกตติดอยู่ระหว่าง • ช่องทางเดินกระแส โดยมีซิลิคอนออกไซด์(SiO2) เป็นฉนวนกั้นระหว่างเกต • และช่องทางเดินกระแส สัญลักษณ์ของD-MOSFET ชนิด(n-channel) และ(p-channel)

2. เอนแฮนซ์เมนมอสเฟต(Enhancement MOSFET , E-MOSFET) ทำงานได้ลักษณะของเอนแฮนซ์เมนโหมดเพียงอย่างเดียว โครงสร้าง E-MOSFET แตกต่างจาก D-MOSFET ที่ช่องทางเดินกระแสของ E-MOSFET จะถูกสร้างขึ้นโดยการไบอัสตรงที่เกต(G) ในสภาวะที่เกตไม่มีการไบอัสจะไม่มีช่องทางเดินกระแสเชื่อมต่อระหว่างเดรนกับซอร์ส ดังรูปที่ 15ก เป็น E-MOSFET (n-channel) ส่วนเดรนและซอร์สเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N แต่ไม่มี Chanel ต่อถึงกัน มีสารชนิด P เป็นวัสดุฐานรองและระหว่างเกตกับวัสดุฐานรองเป็น(SiO2) เป็นฉนวนกั้นกลาง โครงสร้างและการทำงานของE-MOSFET

การทำงานของ E-MOSFET ที่เพลตของเกตจะเกิดประจุบวก และวัสดุฐานรองของ E-MOSFET จะเกิดประจุลบ ทำให้เกิดประจุลบเหนี่ยวนำขึ้นเป็นช่องทางเดินกระแสเชื่อมต่อระหว่างเดรนกับซอร์ส ทำให้กระแสเดรน(ID) สามารถไหลข้ามช่องทางเดินกระแสซอร์สได้ จะไหลมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของแรงดันไบอัสที่เกตของE-MOSFET เพราะขนาดของ Channel ขึ้นอยู่กับขนาดของ Vgg

3.วีมอสเฟต(V-MOSFET) เป็นE-MOSFET ชนิดหนึ่งออกแบบให้สามารถทนค่ากระแสเดรนสูง ๆ ได้ ใช้ในงานด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง โครงสร้างของ V-MOSFET แตกต่างจาก E-MOSFET ที่เกตของ V-MOSFET ทำให้เป็นรูปตัววี แทนที่จะเป็นเพลทเหมือนกับ E-MOSFET มีความแตกต่างดังรูป

ตัวอย่าง Datasheet ของ MOSFET เบอร์ 2N3796 2N3797

ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าชนิดรอยต่อ(JFET)ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าชนิดรอยต่อ(JFET) JFETมีโครงสร้างดังรูปคือ JFET(n-channel) และ JFET(p-channel)โดย JFET ทั้งสองมีขา 3 ขา คือ ขาเดรน(Drain, D), ขาเกต(Gate, G), ขาซอร์ส(Source, S) ลักษณะโครงสร้าง สัญลักษณ์ของJFETชนิดn-channel และ p-channel

การทำงานของ JFET JFETทำงานโดยป้อนแรงดันไบอัสตรง ที่เดรนและซอร์สโดยแหล่งจ่าย Vdd ให้ขั้วบวกกับเดรนและขั้วลบกับขาซอร์ส สำหรับเกตของเจเฟตจะให้ไบอัสกลับ โดยเจเฟตชนิด n-channel จะมีเกตเป็นp ดังนั้นแรงดันไบอัสที่เกต VGG ต้องให้ขั้วลบกับเกต และขั้วบวกกับซอร์ส ดังรูป รูปแสดง การไบอัสJFET(n-channel)

การทำงานของ JFET เมื่อให้ไบอัสกลับที่เกต (BGS= VGG) ดังรูป ก จะเกิดสนามไฟฟ้าที่รอยต่อ p-n จำนวนหนึ่ง ทำให้ช่องทางเดนของกระแสใน(n-channel) ระหว่างเดรนกับซอร์สแคบลง กระแสเดรน (ID) จะไหลจากเดรนไปยังซอร์ส ถ้าปรับค่าแรงดัน VGS ให้มีค่าไบอัสกลับมากขึ้น จะทำให้สนามไฟฟ้าที่รอยต่อ มีปริมาณมากขึ้น ทำให้ช่องทางเดินกระแสแคบลงกระแสเดรน (ID)ไหลผ่านได้น้อยลง ดังรูป ข แต่ในทางตรงข้ามปรับค่า VGS ให้มีค่าน้อยลงจะทำให้ช่องทางกระแสเดรน (ID) กว้างมากขึ้นทำให้กระแสเดรน(ID) ไหลผ่านมากขึ้นดังรูป

ตัวอย่าง Datasheet ของ JFET เบอร์ 2N2608

Bipolar Transistor ทำงานได้ดีโดยใช้กระแสที่มีอัตราการขยายสูง เหมาะสำหรับการใช้ ในวงจรอนาล็อกส่วนใหญ่นิยมใช้วงจรขยายสัญญาณ เช่น วงจรขยายเสียง,กระจายเสียง หรือ อุปกรณ์เครื่องมือวัดต่างๆ Field Effect Transistor (FET) เป็นอุปกรณ์ที่ทนแรงดัน สามารถทนความร้อนได้ดี เหมาะแก่การ ใช้งานในวงจรดิจิตอล

Basic Electronics for Automation Engineering