1. โครงสร้างพื้นฐานของอะตอม
สสารต่างๆ ที่เราพบอยู่ทั่วไปนั้น ถ้าพิจารณาลงไปถึงส่วนประกอบขนาดเล็กที่ประกอบกันเป็นสสารนั้นแล้ว จะพบว่าประกอบด้วยโมเลกุล ซึ่งโมเลกุลเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสารและยังแสดงสมบัติของธาตุนั้นอยู่ได้ ในแต่โมเลกุลจะประกอบด้วยส่วนที่เล็กลงไปอีกเรียกว่าอะตอม จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่อยู่เป็นแกนกลางของอะตอม และมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสนั้น ภายในนิวเคลียสยังประกอบไปด้วยอนุภาคของโปรตรอนและนิวตรอนอยู่รวมกัน อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่รอบนิวเคลียสนั้นเป็นลบ ส่วนโปรตรอนมีประจุเป็นบวก นิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติแล้วอะตอมของธาตุต่างๆ จะเป็นกลางทางไฟฟ้า ในธาตุเดียวกันอะตอมของธาตุนั้นจะมีจำนวนโปรตรอนและอิเล็กตรอนเท่ากัสารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์
2. สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ คือ ธาตุกึ่งตัวนำที่ยังไม่ได้เติมสารเจือปน (Doping )ใดๆ ลงไป ธาตุกึ่งตัวนำที่นิยมนำไปทำเป็นสารกึ่งตัวนำในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็คือ ธาตุกึ่งตัวนำซิลิกอน และธาตุกึ่งตัวนำเยอรมันเนียม ธาตุทั้งสองชนิดนี้จะมีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว แต่อิเล็กตรอนทั้งหมดจะไม่เท่ากัน โดยซิลิคอนจะมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 14 ตัว ส่วนเยอรมันเนียมจะมีอิเล็กตรอนทั้งหมด 32 ตัว ต่อหนึ่งอะตอม

3. สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์ คือการนำเอาธาตุซิลิคอนหรือธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธิ์มาเติมเจือปนลงไป โดยใช้ธาตุเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว หรือธาตุเจือปนที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 5 ตัว ลงไปในอัตราส่วน 108: 1 คือธาตุกึ่งตัวนำบริสุทธิ์ 108 ส่วนต่อสารเจือปน 1 ส่วน ซึ่งจะทำให้ได้สารกึ่งตัวนำใหม่ขึ้นมา คือถ้าเติมธาตุเจือปนที่วาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวลงไป ตัวนำชนิดเอ็น แต่ถ้าเติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว ลงไปจะได้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว ที่นำมาใช้เป็นธาตุเจือปนเช่นโบรอน อินเดียม แกลเลียม และอลูมิเนียม ส่วนธาตุที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัวที่นำมาใช้เป็นธาตุเจือปน เช่น ฟอสฟอรัส อาเซนิค
4. สารกึ่งตัวนำชนิด N ( N – Type Semiconductor )
สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นเป็นสารกึ่งตัวนำที่ได้จากการเติมสารเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 5 ตัว เช่น ฟอสฟอรัส อาเซนิค อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในธาตุซิลิคอนหรือเยอรมันเนียมบริสุทธิ์ จะทำให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกัน หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ทำให้เหลืออิเล็กตรอน 1 ตัว ที่ไม่สามารถจับตัวกับอะตอมข้างเคียง เรียกอิเล็กตรอนตัวนี้ว่า อิเล็กตรอนอิสระ ซึ่งจะแสดงประจุลบออกมา 5.สารกึ่งตัวนำชนิดพี (P-Type)
สารกึ่งตัวนำชนิดพีเป็นสารกึ่งตัวนำที่ได้จากการเติมธาตุเจือปนที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอน 3 ตัว เช่น โบรอน อินเดียม แกลเลียม อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในธาตุซิลิคอนหรือธาตุเยอรมันเนียมบริสุทธิ์ จะทำให้อิเล็กตรอนวงนอกสุดของแต่ละอะตอมแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนซึ่งกันและกันหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันได้ครบ 8 ตัว ส่วนอะตอมของธาตุเจือปนจะขาดอิเล็กตรอนอีก 1 ตัว เพราะธาตุเจือปนมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 3 ตัว เรียกส่วนที่ขาดอิเล็กตรอนนี้ว่าโฮล ซึ่งแปลว่า หลุม หรือ รู โฮลนี้จะแสดงประจุบวกออกมา
6. ไดโอด
ไดโอด เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ที่ได้จาการนำเอาสารกึ่งตัวนำชนิดพี และสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น มาต่อชนกัน ได้เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำหนึ่งรอยต่อ ในการต่อสารกึ่งตัวนำชนิดพี และเอ็นนั้น มิใช่เพียงการนำมาติดกันเท่านั้น แต่จะต้องใช้วิธีปลูกผลึก หรือวิธีการแพร่สารเจือปนลงไปในสารกึ่งตัวนำบริสุทธ์
7. สัญลักษณ์ของไดโอด
สัญลักษณ์ของไดโอดประกอบด้วยหัวลูกศรเป็นขาแอโนด ใช้อักษรย่อ A และอีกด้านหนึ่งเป็นแคโทด ใช้อักษรย่อ K หัวลูกศรนั้นแสดงให้เห็นว่ากระแสโฮลจะไหลจากขาแอโนดไปสู่ขาแคโทด (ในสภาวะได้รับไบอัสตรง )
8. ไบอัสตรง ( Forward Bias )
การให้ไบอัสตรงกับไดโอดก็คือ การจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้ตัวไดโอดแบบตรงกับสารกึ่งตัวนำคือจ่ายแรงไฟที่มีศักย์บวกให้สารกึ่งตัวนำชนิดพี (สารพีมีศักย์เป็นบวก ) และจ่ายแรงไฟที่มีศักย์เป็นลบให้กับสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (สารเอ็นมีศักย์เป็นลบ ) 9. ไบอัสกลับ ( Reverse Bias )
ไบอัสกลับเรียกว่า รีเวิร์สไบอัส เป็นการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับไดโอดแบบกลับขั้วคือจ่ายศักย์ไฟบวกให้สารชนิดเอ็นจ่ายศักย์ไฟลบให้สารชนิดพีจะมีผลให้เกิดการทำงาน
10. ลักษณะสมบัติของไดโอด
แม้ว่าไดโอดในอุดมคติจะมีลักษณะคล้ายดังสวิตซ์ทางไฟฟ้า คือเมื่อเราให้ไบอัสตรงจะเหมือนกับสวิตซ์ปิดวงจร ( ON ) แต่ถ้าให้ไบอัสกลับจะเหมือนกับสวิตซ์เปิดวงจร ( OFF ) ซึ่งไดโอดเมื่อได้ไบอัสตรงจะมีกระแสไหลผ่านไดโอดได้สูง และมีแรงดันตกคร่อมไดโอดอยู่เล็กน้อยประมาณ 0.2 หรือ 0.6 โวลต์ ส่วนขณะที่ไบอัสกลับจะมีกระแสไหลผ่านน้อยมากเพียงไม่กี่ไมโครแอมป์
11. การทดสอบไดโอดด้วยโอห์มมิเตอร์
การตรวจหาขาของไดโอดหรือการตรวจสอบว่าไดโอดนั้นใช้งานได้หรือไม่ ทำได้อย่างง่ายโดยการใช้โอห์มิเตอร์ เนื่องจากไดโอดนั้นเมื่อได้รับแรงไฟไบอัสตรงจะยอมให้กระแสไหลผ่าน แสดงว่าค่าความต้านทานของไดโอดมีค่าต่ำ ( โดยทั่วไปค่าความต้านทานนี้เรียกว่า ความต้านทานด้านไบอัสตรง ปกติมีค่าประมาณ 70 ) แต่เมื่อไดโอดได้รับแรงไฟไบอัสกลับจะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอดเหมือนกับว่าความต้านทานของไดโอดมีค่าสูงมาก ( โดยทั่วไปค่าความต้านทานของไดโอดเมื่อได้รับไบอัสกลับ จะมีค่าอยู่ระหว่าง 500 K ถึง

12. การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์แบบแอนะลอก กระทำได้โดยการตั้งย่านวัดความต้านทานในย่าน R x 10 เพื่อวัดความต้านทานไบอัสตรง โดยต่อขั้วไฟบวก ( มิเตอร์ตระกูล Sanwa ไฟบวกจะออกจากขั้วลบของมิเตอร์ ) ของมิเตอร์เข้ากับขาแอโนด และต่อขั้วไฟลบของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถด จะเห็นว่าเข็มของมิเตอร์ชี้ไปที่ค่าความต้านทานต่ำประมาณ 70 จากนั้นให้ปรับย่านวัดไปย่าน R x 10K เพื่อวัดความต้านทานไบอัสกลับของไดโอด โดยต่อขั้วมัลติมิเตอร์กลับจากเดิม คือ ต่อไฟบวกของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแคโถดและต่อขั้วไฟลบของมัลติมิเตอร์เข้ากับขาแอโนด เข็มมัลติมิเตอร์จะชี้ที่ค่าความต้านทานสูงมาก ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิก ) หรือค่าอนันต์ ( Infinity , ) ในไดโอดชนิดซิลิกอน และประมาณ 500 K ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม

13. การทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอล ให้ตั้งย่านวัดไดโอด โดยวัดขั้วทั้งสองของไดโอดด้วยไบอัสตรง คือ ให้ขั้วไฟลบ ( มิเตอร์ดิจิตอล ขั้วไฟลบออกจากขั้วลบของมิเตอร์ ) ของมิเตอร์ต่อกับแคโถดและขั้วไฟบวกของมิเตอร์ต่อกับขาแอโนด มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันตกคร่อมรอยต่อของไดโอด ( แรงดันคัทอิน ) โดยแสดงค่าแรงดัน 0.6 ในไดโอดชนิดซิลิกอนและแสดงค่า 0.2 ในไดโอดชนิดเยอรมันเนียม
14. การวัดและตรวจสอบไดโอด จะมีพิจารณากันอยู่ 3 ลักษณะ คือ
1. ไดโอดขาด ( Open ) หมายถึง รอยต่อระหว่างสารพี-เอ็นเปิดออกจากกัน ทำให้ไดโอดไม่สามารถนำกระแสได้ ทั้งในกรณีไบอัสตรงและไบอัสกลับ ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิกทั้งสองครั้ง )
2. ไดโอดลัดวงจร ( Shot ) หมายถึง รอยต่อระหว่างสารพี-เอ็นเกิดการพังทลายเข้าหากัน ไดโอดจะนำกระแสทั้งในกรณีไบอัสตรงและไบอัสกลับ ( เข็มมิเตอร์ขึ้นทั้งสองครั้ง ) 3. ไดโอดรั่วไหล ( Leakage ) หมายถึง การวัดไดโอดในลักษณะไบอัสกลับ โดยใช้ค่าแรงดันจากโอห์มมิเตอร์ซึ่งมีค่าแรงดันต่ำกว่าค่าแรงดันพังทลายของไดโอด ก็มีกระแสไหลแล้ว ไดโอดชนิดเยอรมันเนียมเมื่อถูกไบอัสกลับจะมีค่าความต้านทานประมาณ 400 K - 500 K ซึ่งมีกระแสรั่วไหลมากกว่าไดโอดชนิดซิลิกอน โดยไดโอดชนิดซิลิกอนเมื่อถูกไบอัสกลับจะมีค่าความต้านทานเป็นอนันต์ ( เข็มมิเตอร์ไม่กระดิก )

dki[hko

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์มีวิธีการผลิตหลายวิธีด้วยกัน แต่แยกออกไก้เป็น 2 ลักษณะ คือ โครงสร้างเป็นแบบจุดสัมผัส และโครงสร้างแบบรอยต่อ ทั้งสองลักษณะสามารถแยกออกเป็นวิธีการผลิตได้หลายวิธีด้วยกัน ไม่ว่าจะใช้วิธีใดในการผลิตทรานซิสเตอร์ก็ตาม สามารถผลิตทรานซิสเตอร์ได้ 2 ชนิด คือ PNP และ NPN เมื่อเขียนเป็นสัญลักษณ์ออกมาจะแตกต่างกัน วิธีดูชนิดของทรานซิสเตอร์จากสัญลักษณ์ ให้สังเกตที่ทิศทางการชี้หัวลูกศรที่ขาอิมิตเตอร์ (E) ว่าชี้เข้าหรือชี้ออก โดยใช้หลักการจำทิศทางของหัวลูกศรดังนี้ บวกเข้าลบออก คือ บวก (P) หัวลูกศรชี้เข้าเป็น PNP ทรานซิสเตอร์ และลบ (N) หัวลูกศรชี้ออกเป็น NPN ทรานซิสเตอร์
แรงดันไบอัสที่ทรานซิสเตอร์ต้องการ ต้องจ่ายให้ถูกต้องตามชนิดของทรานซิสเตอร์ วิธีการจ่ายแรงดันไบอัสที่ถูกต้องให้ทั้งสองชนิด มีเพียงวิธีเดียวดังนี้
• จ่ายแรงดันไบอัสตรงให้ขา E กับขา B เป็นไบอัสตรงทั้งสองขา
• จ่ายแรงดันไบอัสกลับให้ขา C เทียบกับขา B หรือขา E
• การจ่ายไบอัสผิดเพียงขาใดขาหนึ่งทรานซิสเตอร์จะไม่ทำงาน
กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวทรานซิสเตอร์มีค่ากระแสโดยประมาณดังนี้
I E = 100 % , I C = 95-98 % , I B = 2-5 %
นำมาเขียนเป็นสมการกระแสได้ดังนี้
I E = I C + I B
เทคโนโลยีทรานซิสเตอร์
window.google_render_ad();
ทรานซิสเตอร์ ( Transistor ) ถูกผลิตขึ้นมาได้เมื่อวันที่ 23 ธันวาคม พ.ศ. 2490 โดยวอลเตอร์ เอช แบรตเทน ( Walter H.Brattain ) และจอห์น บาร์ดีน ( John Bardeen ) ผลิตขึ้นได้ในห้องทดลองของบริษัทเบลล์ เทเลโฟน ( Bell Telephone Laboratories )
ทรานซิสเตอร์ตัวแรกผลิตขึ้นจากสารกึ่งตัวนำชนิดเจอร์เมเนียม ( Germanium Semiconductor ) เป็นทรานซิสเตอร์แบบจุดสัมผัส ( Point Contact Transistor ) โดยยอดแหลมของเจอร์เมเนียมถูกเชื่อติดอยู่กับแผ่นโลหะ ซึ่งมีเส้นลวดพันติดอยู่ประมาณ 2,000 เส้นต่อนิ้ว บรรจุอยู่ในกระป๋องโลหะทรงกลมยาวประมาณ 0.5 นิ้ว มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 0.1875 นิ้ว
ทรานซิสเตอร์มีข้อดีกว่าหลอดสุญญากาศหลายประการด้วยกัน สรุปเป็นข้อ ๆ ได้ดังนี้
• ราคาของอุปกรณ์ถูกกว่า
• แก้ไขซ่อมแซมได้ง่ายกว่า
• มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง
• ใช้แรงดันไฟฟ้าในการทำงานต่ำ
• ขนาดเล็กกะทัดรัด น้ำหนักเบา
• สูญเสียกำลังไฟฟ้าในการทำงานต่ำ
• ทำงานได้รวดเร็ว ไม่ต้องใช้เวลาในการเตรียมตัว
• มีความทนทานในการใช้งาน และทนทานจากการกระทบกระแทกมากกว่า
• ไม่ต้องใช้ความร้อนในการทำงาน และไม่เกิดการสูญเสียความร้อน
window.google_render_ad();
ทรานซิสเตอร์