electronics1

electronics1 Zener Diode / LED

ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode) ซีเนอร์ไดโอด เป็นไดโอดชนิดหนึ่ง มีโครงสร้างเหมือนไดโอดธรรมดา คือ ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำ 2 ตอนต่อชนกัน มีสารชนิด P ต่อขาออกมาเป็นขาแอโนด (A) และมีสารชนิด N ต่อขาออกมาเป็นขาแคโถด (K) แต่การใช้งานของซีเนอร์ไดโอดแตกต่างไปจากไดโอดธรรมดา โดยซีเนอร์ไดโอดนิยมนำคุณสมบัติในช่วงไบอัสกลับที่ค่าเบรกดาวน์ ซึ่งเรียกว่าซีเนอร์เบรกดาวน์ (Zener Breakdown) มาใช้งาน

โครงสร้างสัญลักษณ์และรูปร่างของซีเนอร์ไดโอดโครงสร้างสัญลักษณ์และรูปร่างของซีเนอร์ไดโอด

การทำงานของซีเนอร์ไดโอด ทำหน้าที่เป็นตัวกำหนดแรงดันให้ออกเอาต์พุตคงที่ค่าหนึ่งตลอดเวลา แรงดันคงที่ดังกล่าวมีค่าเท่าไรขึ้นอยู่กับตัวซีเนอร์ไดโอดว่าจะมีค่าแรงดันซีเนอร์ (Zener Voltage) หรือ Vzค่าเท่าใด ด้วยคุณสมบัติการทำงานของซีเนอร์ไดโอด จึงสามารถเขียนวงจรสมมูล (Equivalent Circuit) ของซีเนอร์ไดโอดออกมาได้ในรูปสัญลักษณ์ของแบตเตอรี่

กราฟคุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอดกราฟคุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอด กราฟคุณลักษณะของซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode Characteristic Graph) มีลักษณะคล้ายกับกราฟคุณลักษณะของไดโอด คือในช่วงไบอัสตรงจะทำงานเหมือนไดโอดธรรมดาส่วนในช่วงไบอัสกลับซีเนอร์ไดโอดไม่นำกระแส จนกว่าแรงดันไบอัสกลับที่จ่ายถึงค่าแรงดันซีเนอร์ (Vz) ซีเนอร์ไดโอดจึงนำกระแส

การเลือกซีเนอร์ไดโอดมาใช้งานการเลือกซีเนอร์ไดโอดมาใช้งาน การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานมีความแตกต่างจากไดโอดธรรมดามาก โดยซีเนอร์ไดโอดถูกสร้างขึ้นมาเพื่อให้ทำงานเป็นตัวกำหนดแรงดันไฟตรงคงที่จ่ายออกไปใช้งาน สิ่งที่ต้องคำนึงเมื่อเลือกใช้ซีเนอร์ไดโอด 1. ค่าแรงดันซีเนอร์ (VZ) 2. ค่ากระแสสูงที่ซีเนอร์ไดโอดทนได้ (IZM)

การตรวจเช็คซีเนอร์ไดโอดด้วยโอห์มมิเตอร์การตรวจเช็คซีเนอร์ไดโอดด้วยโอห์มมิเตอร์ การวัดซีเนอร์ไดโอด จะสามารถวัดได้เช่นเดียวกับไดโอดธรรมดาคือใช้โอห์มมิเตอร์ตั้งย่าน Rx1 หรือ Rx10 ซีเนอร์ไดโอดในสภาวะปกติ จะวัดได้เหมือนไดโอดธรรมดา คือ เข็มมิเตอร์ขึ้นในขณะจ่ายไบแอสตรง และเข็มมิเตอร์ไม่ขึ้นในขณะจ่ายไบแอสกลับ หรือกล่าวได้ว่าซีเนอร์ไดโอดปกติ โอห์มมิเตอร์จะวัดขึ้นครั้งหนึ่ง และไม่ขึ้นครั้งหนึ่ง

การวัดหาขาของซีเนอร์ไดโอดการวัดหาขาของซีเนอร์ไดโอด จากขั้นตอนวัดซีเนอร์ไดโอดในสภาวะปกติ สามารถนำมาใช้ในการตรวจหาขาของซีเนอร์ไดโอดได้ โดยใช้สภาวะการจ่ายไบแอสตรงให้ซีเนอร์ไดโอด คือสภาวะที่เข็มมิเตอร์ขึ้น ในการวิเคราะห์ จะสรุปได้ว่าขาที่ขั้วบวกของแบตเตอรี่ภายในโอห์มมิเตอร์วัดอยู่ ขานั้นคือขาแอโนด (A ) และขาที่ขั้วลบของแบตเตอรี่ภายในโอห์มมิเตอร์วัดอยู่ ขานั้นคือขาแคโทด(K )

การวัดการขาดและการชอร์ตของซีเนอร์ไดโอดการวัดการขาดและการชอร์ตของซีเนอร์ไดโอด ไดโอดสภาวะปกติเมื่อตั้งย่านวัดโอห์มมิเตอร์ที่ Rx1 หรือ Rx10 จะขึ้นครั้งหนึ่ง และไม่ขึ้นครั้งหนึ่ง ถ้าหากการวัดซีเนอร์ไดโอดโดยการสลับสายวัดทั้งสองครั้งเข็มมิเตอร์ไม่ขึ้น ชี้ที่อินฟินิตี้ ทั้งสองครั้ง แสดงว่าซีเนอร์ไดโอดขาด ถ้าการวัดซีเนอร์ไดโอด โดยการสลับสายวัดทั้งสองครั้ง เข็มมิเตอร์ขึ้นชี้ 0Ω ทั้งสองครั้งแสดงว่าซีเนอร์ไดโอดชอร์ต

ค่าความต้านทานของซีเนอร์ไดโอดเป็นอัตราส่วนของแรงดันย้อนกลับช่วงแรงดันเบรกดาวน์กับกระแสขณะนั้น ถ้าเป็นซีเนอร์ไดโอดในอุดมคติจะมีค่าความต้านทาน เท่ากับศูนย์แต่ในทางปฏิบัติจะมีค่าความต้านทานตั้งแต่ 10 โอห์มไปจนถึงเป็น 100 โอห์ม • ค่าสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิของซีเนอร์ไดโอดจะเปลี่ยนแปลงตามแรงดันซีเนอร์ มีหน่วยเป็นมิลลิโวลต์ต่อองศาเซลเซียสดูได้จากข้อมูล

การคำนวณกระแสไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดการคำนวณกระแสไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอด กำลังซีเนอร์ = ซีเนอร์โวลเต็จ x กระแสซีเนอร์ Pz = Vz x Iz Iz = Pz / Vz ถ้ากำหนดให้ Pz(max) จะได้ Iz(max) = Pz(max) / Vz

การนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานการนำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งาน วงจรการใช้งาน การใช้งานซีเนอร์ไดโอดต้องต่อตัวต้านทานอนุกรมกับซีเนอร์ไดโอด เพื่อจำกัดกระแสให้กับซีเนอร์ไดโอด ป้องกันซีเนอร์ไดโอดเสียหาย

สามารถหาค่าความต้านทานอนุกรม (Rs) ได้จาก คำนวณหาอัตราทนกำลังไฟฟ้าของ Rs ได้จาก

คำนวณหาอัตราทนกำลังไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดจากคำนวณหาอัตราทนกำลังไฟฟ้าของซีเนอร์ไดโอดจาก

LED : light-emitting diode ไดโอดเปล่งแสง (LED) เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำอย่างหนึ่ง จัดอยู่ในจำพวกไดโอด ที่สามารถเปล่งแสงได้ เมื่อถูกไบอัสทางไฟฟ้า สีของแสงที่เปล่งออกมานั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุกึ่งตัวนำที่ใช้ และเปล่งแสงได้ใกล้ช่วงอัลตราไวโอเลต ช่วงแสงที่มองเห็น และช่วงอินฟราเรด ผู้พัฒนาไดโอดเปล่งแสงขึ้นเป็นคนแรก คือ นิกโฮโลยัก (Nick Holonyak Jr.) แห่งบริษัทเจเนรัลอิเล็กทริก (General Electric Company) โดยได้พัฒนาไดโอดเปล่งแสงในช่วงแสงที่มองเห็น และสามารถใช้งานได้ในเชิงปฏิบัติเป็นครั้งแรก เมื่อ ค.ศ. 1962

โครงสร้างและสัญลักษณ์ของ LED

ชนิดของสารกึ่งตัวนำที่ใช้ผลิต LED

ไดโอดให้แสงได้อย่างไรไดโอดให้แสงได้อย่างไร ขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อไปที่โฮลของสาร P อิเล็กตรอนจะตกจากวงโคจรสูง หรือแถบนำไฟฟ้าไปสู่วงโคจรต่ำหรือแถบวาเลนซ์มันจะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตรอนปรากฎการณ์นี้เกิดขึ้นกับไดโอดทุกชนิดแต่สามารถเห็นแสงได้ก็ต่อเมื่อความถี่ของพลังงานอยู่ในช่วงความถี่ที่ตามองเห็นได้

เมื่อไดโอดให้แสงออกมาแล้วถ้าไม่ควบคุมทิศทาง แสงจะกระจัดกระจายและวิ่งออกมาอย่างไม่เป็นระเบียบทำให้ความเข้มของแสงน้อยลง ดังนั้นในหลอด LED เราจะใช้พลาสติกหุ้มและเอียงให้แสงสามารถสะท้อนออกไปยังตำแหน่งที่ต้องการได้

ความยาวคลื่นของแอลอีดีสีต่างๆความยาวคลื่นของแอลอีดีสีต่างๆ • สีฟ้า จะมีความยาวคลื่น ประมาณ 468nm • สีขาว จะมีความยาวคลื่น ประมาณ 462nm • สีเหลือง จะมีความยาวคลื่น ประมาณ 468nm • สีเขียว จะมีความยาวคลื่น ประมาณ 565nm • สีแดง จะมีความยาวคลื่น ประมาณ 630nm

แอลอีดีสามารถแบ่งได้ 2 แบบตามลักษณะ packet • แบบ Lamp Typeเป็นแอลอีดีชนิดที่ขายกันทั่วไป มีขายื่นออกมาจากตัวอีพล็อกซี่ 2 ขาหรือมากว่า ถ้าตามภาษาช่างเราจะเรียกแอลอีดีชนิดนี้ว่า แอลอีดีแบบทลูโฮล แอลอีดีแบบ Lamp Type นี้จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 3 mm. ขึ้นไป

2.แบบ Surface Mount Typeมีลักษณะ packet เป็นตัวบางๆ เวลาประกอบต้องใช้เครื่องมีชนิดพิเศษในการประกอบแอลอีดีSMTนี้ มีขนาดการขับกระแสตั้งแต่ 20 mA – มากกว่า 1A แอลอีดีแบบ SMT ถ้าสามารถขับกระแสตั้งแต่ 300mA ขึ้นไปเราจะเรียกว่า power LED และจะบอกหน่วยเป็นวัตต์

ข้อได้เปรียบ • หลอด LED ได้เปรียบหลอดมีไส้อย่างแรกคือมันไม่ต้องใช้การเผาไหม้ของไส้หลอดจึงมีอายุใช้งานนานกว่าการใช้พลาสติกหุ้มช่วยให้มีความทนทานและง่ายต่อการประกอบลงในแผ่นวงจรไฟฟ้า • ข้อได้เปรียบสูงสุดคือ ประสิทธิภาพที่สูงในหลอดมีไส้แสงที่ได้ออกมาเกิดจากการเผาไส้หลอดให้ร้อนจนแดงแน่นอนพลังงานที่สูญเสียจากการเผาไหม้นั้นมากมาย ส่วนหลอด LED แทบไม่มีความร้อนเกิดขึ้นออกมาเลยพลังงานส่วนใหญ่เปลี่ยนไปเป็นแสงทั้งหมด

การใช้งานไดโอดเปล่งแสงการใช้งานไดโอดเปล่งแสง LED ต้องการแรงดันไบอัสตรงประมาณ 2 V และยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ไม่เกิน 40 mAแต่ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมคือ 10-20 mAดังนั้นในการใช้งาน LED จึงต้องมีตัวต้านทานจำกัดกระแสต่ออนุกรมอยู่ด้วย

การหาค่าของตัวต้านทานที่ใช้ในการจำกัดกระแสให้ LED ทำได้โดยใช้สูตร • โดย Vcc = แหล่งจ่าย • VF = แรงดันไบอัสตรงที่คร่อม LED • IF = กระแสที่ไหลผ่าน LED เมื่อไบอัสตรง

เกร็ดไดโอดเปล่งแสง - ข้อควรระวังอย่างหนึ่งในการใช้งานไดโอดเปล่งแสงก็คือ แรงดันย้อนกลับจะต้องมีค่า ไม่เกิน 5 โวลต์- สำหรับการใช้งานบางอย่างที่ใช้กับแบตเตอรี่นั้น จะต้องดูจำนวนของไดโอดเปล่งแสง ที่ใช้ด้วย ถ้าต้องการให้ใช้ได้นานๆ ปกติจะกำหนดให้ไดโอดเปล่งแสงดวงหนึ่งกินกระแสเพียง 5 มิลลิแอมป์- สำหรับไดโอดเปล่งแสงสีเหลืองและสีเขียวโดยปกติจะให้ความสว่างน้อยกว่าไดโอด เปล่งแสงสีแดงที่ระดับกระแสเท่ากัน ถ้าต้องการให้ระดับความสว่างออกมาเท่ากัน ในกรณีที่ใช้ไดโอดเปล่งแสงสีแตกต่างกัน จะต้องเปลี่ยนค่าตัวต้านทานจำกัด กระแสที่อนุกรม โดยคำนวณหาได้ตามสูตรปกติ จากนั้นลดค่าที่คำนวณได้ลงไปอีก 10-15 เปอร์เซ็นต์ แต่ก็ควรระวังปริมาณกระแสไฟฟ้าต้องไม่ให้เกินค่าทนได้สูงสุดที่กำหนดไว้ด้วย

การนำไดโอดเปล่งแสงมาใช้กับไฟสลับแรงดันต่ำการนำไดโอดเปล่งแสงมาใช้กับไฟสลับแรงดันต่ำ

การใช้โอห์มมิเตอร์วัดหาตำแหน่งขาของ LED ปกติโอห์มมิเตอร์จะรวมอยู่ในมัลติมิเตอร์ หากเป็นโอห์มมิเตอร์ที่ผู้ผลิตอยู่ในทวีปเอเซีย ส่วนใหญ่ขั้วบวกของแบตเตอรี่จะต่อกับสายวัดที่เป็น Common หรือ ขั้วลบ ซึ่งเป็นสายสีดำ หลักการของโอห์มมิเตอร์ในลักษณะนี้ก็คือกระแสไฟฟ้าจะไหลออกจากมิเตอร์ทางสายลบหรือสายสีดำ และไหลเข้าตัวมิเตอร์ทางสายบวก หรือสายสีแดง

1. ตั้งโอห์มมิเตอร์ไว้ที่ย่าน (range) คูณ 10 2. นำสายดำแตะที่ขา หนึ่ง และสายแดงแตะที่ขา สอง LED สว่างหรือไม่ เข็มเบนหรือไม่ • ถ้าสว่างและเข็มเบน แสดงว่า ขาที่สายสีดำแตะอยู่นั้นเป็นขา Anode และขาที่สายสีแดงแตะอยู่นั้นเป็นขา Cathode • ถ้าเข็มไม่เบนและ LED ไม่สว่าง ให้กลับสายมิเตอร์

สรุป ผลจากการวัดเป็นดังนี้ • หากวัดตามวิธีการแล้วพบว่า เข็มเบน และ LED สว่าง แสดงว่า LED นั้นใช้ได้ ขาที่สายสีดำ (สายลบ) แตะอยู่จะเป็นขา ANODE หรือขาที่ปล่อยให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้า ขาที่เหลือเป็น CATHODE หรือขานี้ให้กระแสไฟฟ้าไหลออก • หากวัดแล้วเข็มเบนแต่ไม่สว่างและกลับสายวัดแล้ว เข็มยังเบนอีก แสดงว่าลัดวงจรใช้ไม่ได้ • หากวัดแล้ว เข็มยังไม่เบนทั้งสองข้างแสดงว่าขาด ชำรุดแล้วใช้ไม่ได้เช่นเดียวกัน

electronics1

electronics1

Presentation Transcript