ไดโอด (Diode)

ขอบคุณภาพจาก siampurchasing

ไดโอด (Diode) คือ อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่ได้จากการนำสารกึ่งตัวนำชนิดพี และสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นมาต่อชนกัน เรียกว่า รอยต่อพีเอ็น (P – N Junction) คุณสมบัติของไดโอด คือ “ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว” วิธีการกระตุ้นให้ไดโอดทำงานจะเรียกว่า การไบแอส (Bias) ได้แก่ การให้ไบแอสตรง (Forward Bias) โดยกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านไดโอดได้ และการให้ไบแอสกลับ (Reverse Bias) จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอดไม่ได้ จากคุณสมบัติที่นำกระแสไฟฟ้าในทิศทางเดียว จึงนิยมนำไดโอดมาทำเป็นตัวเรียงกระแสไฟฟ้า หรือเร็กติไฟเออร์ (Rectifier) ทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง และใช้เป็นตัวแยกสัญญาณในเครื่องรับวิทยุ เป็นต้น ไดโอดมี 2 ขา คือ ขาแอโนด(Anode ; A) หรือขาขั้วบวก และขาแคโทด (Cathode ; K) หรือขาขั้วลบ

ไดโอดมีสัญลักษณ์ทางไฟฟ้า คือ

การไบแอสไดโอด

การไบแอสไดโอด เป็นการจัดแรงดันไฟฟ้าให้ไดโอดทำงาน มี 2 ลักษณะ คือ
1. การไบแอสตรง (Forward Bias)
2. การไบแอสกลับ (Reverse Bias)

การไบแอสตรง(Forward Bias)

ทำได้โดยการต่อ แรงดันไฟฟ้าขั้วบวกของแบตเตอรี่ (Battery) เข้ากับขั้วบวก ส่วนขั้วลบต่อไปยังขั้วลบ การต่อลักษณะนี้จะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอดได้ ซึ่งค่าแรงดันไฟฟ้าที่ไบแอสนี้ต้องมีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าบริเวณรอยต่อของไดโอด จึงจะสามารถทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไดโอดได้ (ซิลิกอน 0.7 โวลต์ เจอร์เมเนียม 0.3 โวลต์)

การไบแอสกลับ (Reverse Bias)

ทำได้โดยการต่อแรงดันไฟฟ้าขั้วบวกของแบตเตอรี่เข้ากับขาบวก ส่วนขั้วลบต่อไปยังขาลบ ของไดโอด การต่อลักษณะนี้จะทำให้ขั้วบวกของแบตเตอรี่ดึงดูดอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่ในสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ให้ออกมาอยู่อีกด้านหนึ่งของรอยต่อ ส่วนขั้วลบของแบตเตอรี่ก็จะดึงดูดโฮลที่อยู่ในสารกึ่งตัวนำชนิดพี ให้ออกมาอยู่อีกด้านหนึ่งของรอยต่อ

วิธีการวัดหาขาของไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์

โดยธรรมชาติของมัลติมิเตอร์แบบตัวเลขหรือแบบดิจิตอล จะมีขั้วบวกและขั้วลบตรงตามหน้าปัด ดังนั้นเมื่อต่อไดโอดในลักษณะไบแอสตรง มัลติมิเตอร์แบบนี้จะแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม (Voltage Drop)บริเวณรอยต่อของไดโอด คือ ประมาณ 0.7 โวลต์ (ซิลิกอน) หรือ 0.3 โวลต์ (เจอร์เมเนียม) เป็นต้น

ขอบคุณภาพจาก เอเจนซี่อิเล็กทรอนิกส์

วิธีการวัดหาขาของไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์

การทดสอบเพื่อพิจารณาไดโอดว่าดีหรือเสีย อธิบายได้ดังนี้

1. ไดโอดขาด (Open) หมายถึง โครงสร้างภายในระหว่างรอยต่อ P – N เปิดออกหรือขาดจากกัน ดังนั้นไดโอดจึงไม่นำกระแสไฟฟ้า และเมื่อทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์จะมีค่าความต้านทานสูงมาก

2. ไดโอดลัดวงจร (Short) หมายถึง โครงสร้างระหว่างรอยต่อ P – N พังทลายเข้าหากัน ไดโอดจึงนำกระแสไฟฟ้าทั้งไบแอสตรงและไบแอสกลับ ซึ่งเมื่อทดสอบไดโอดด้วยมัลติมิเตอร์จะมีค่าความต้านทานต่ำมาก

ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode)

ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode) นิยมเรียกสั้น ๆ ว่า แอลอีดี (LED) โครงสร้างภายในทำมาจากสารกึ่งตัวนำชนิดพี ต่อชนกับสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น มีลักษณะเป็นรอยต่อ พีเอ็น มีสองขา คือ ขาแอโนด (A)หรือขาบวก และขาแคโทด (K)หรือขาลบ โดยที่ขาบวก คือ ขาที่มีความยาวมากกว่าขาลบ เล็กน้อย เมื่อต้องการให้แอลอีดีเปล่งแสง จะต้องจ่ายแรงดันไฟฟ้าไบแอสตรง กล่าวคือ ป้อนแรงดันไฟฟ้าตรง ศักย์บวกค่าต่ำเข้ากับขาบวก ส่วนศักย์ลบป้อนให้กับขาลบ การต่อลักษณะนี้แอลอีดีจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านรอยต่อ อิเล็กตรอนอิสระจะหลุดจากวงโคจร ทำให้เปล่งแสงออกมาได้ แต่ถ้าป้อนไบแอสกลับ แอลอีดีจะอยู่ในสภาวะที่มีค่าความต้านทานสูงจึงไม่เปล่งแสง แต่เนื่องจากแอลอีดีทำงานที่แรงดันไฟฟ้าค่าต่ำ ๆ เมื่อนำไปใช้งาน จึงต้องต่อตัวต้านทานอนุกรมทุกครั้งเพื่อจำกัดปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้าให้กับ LED โดยทั่วไปกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าของแอลอีดีมีค่าประมาณ 20 mAและ 1.70 V ตามลำดับ

สัญลักษณ์ไดโอดเปล่งแสง

Surface Mounting Device LED

เป็น LED ที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งจะเชื่อมติดลงไปกับแผ่นวงจร Surface Mounting Technology (SMT) มีขนาดการใช้กระแสตั้งแต่ 20 mA. ถึง > 1 A. แต่เมื่อใช้กระแสมากกว่า 300 mA. จะเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Power LED

LED RGB

เป็นหลอดไฟ LED ที่สามารถเปล่งแสงออกมาได้หลากหลายสีตามที่เราต้องการในหลอดเดียว เนื่องจากจะมีระบบสีทางแสง Red Green Blue โดยมีวงจร PWM 3 ชุด เพื่อควบคุมปรับแต่งสีไฟได้ตามที่เราต้องการ

ตัวอย่างวงจร “การป้อนไบแอสตรงให้แอลอีดีเปล่งแสง”

การต่อวงจรของ LED

การต่อวงจนของ LED RGB

การนำไปใช้งาน

ด้วยความสวยงามของแสงที่มีให้เลือกมากมายหลายสีและหลากรูปทรง จึงทำให้ LED ถูกนำไปใช้ในทุกวงการ เช่น ใช้ทำไฟฉาย, แสดงสถานะการทำงานต่างๆ ฯลฯ หรือแม้กระทั่งสร้างงานศิลปะจาก LED แต่เนื่องจากความหลากสีของ LED ทำให้ต้องใช้ส่วนผสมหรือสารกึ่งตัวนำที่ทำให้เกิดแสงในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ที่ส่งผลให้เรามองเห็นเป็นสีนั้นสีนี้นั่งเอง ดังนั้นเรามาดูความต้องการแรงดันตกคร่อมของ LED สีต่างๆ ดังตาราง