ทรานซิสเตอร์ (Transistor) คืออะไร มีหน้าที่อะไร และสามารถประยุกต์ใช้งานอะไรได้บ้างนะ

AIC Tech School > Electronics > อุปกรณ์อิเลคทรอนิกส์

ทรานซิสเตอร์ (Transistor)

ทรานซิสเตอร์คืออะไร

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใช้งานแทนหลอดสุญญากาศซึ่งมีค่าสูญเสียต่ำและประสิทธิภาพสูงกว่ามาก ทรานซิสเตอร์สามารถประยุกต์ใช้งานได้หลายอย่าง เช่น ใช้ขยายสัญญาณ (Amplifier) ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ชิง (Switching) กำเนิดสัญญาณใช้รักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ เป็นต้น

หน้าที่หลักของทรานซิสเตอร์ คือ “ขยายกระแสไฟฟ้า” โดยการควบคุมกระแสไฟฟ้าอินพุตส่วนน้อยบริเวณขาเบส(Base : B) แล้วทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเอาต์พุตส่วนใหญ่บริเวณขาคอลเล็กเตอร์(Collector : C)นั่นเอง

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำชนิด 2 รอยต่อ (Bipolar Junction Transistor ; BJT) มีขาใช้งานจำนวน 3 ขา คือ

ขาเบส (Base ; B)
ขาอิมิตเตอร์ (Emitter ; E)
ขาคอลเล็กเตอร์ (Collector ; C)

แบ่งตามโครงสร้างของสารกึ่งตัวนำมี 2 ชนิด คือ

1. ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP
2. ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN

ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ให้สังเกตสัญลักษณ์ลูกศรที่ (ขา E จะชี้เข้า)

สัญลักษณ์

วงจรเทียบเท่าเปรียบเสมือนมีไดโอด 2 ตัวชนกันที่ขาแคโทด

โครงสร้างทรานซิสเตอร์ชนิด PNP

ทรานซิสเตอร์ NPN ให้สังเกตสัญลักษณ์ลูกศรที่ (ขา E จะชี้ออก)

สัญลักษณ์

วงจรเทียบเท่าเปรียบเสมือนมีไดโอด 2 ตัวชนกันที่ขาแอโนด

โครงสร้างทรานซิสเตอร์ชนิด NPN

การให้ไบแอสกับทรานซิสเตอร์

การไบแอสหรือการจัดแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสม เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน ต้องป้อนแรงดันไฟฟ้า 2 ชุด คือ ชุดแรกจ่ายไบแอสตรงให้กับขาเบส(B)กับขาอิมิตเตอร์(E) และชุดที่สองจ่ายไบแอสกลับที่ขาคอลเล็กเตอร์(C)เทียบกับขาอิมิตเตอร์(E) โดยที่แรงดันไฟฟ้าไบแอสกลับนี้มีค่าหลายโวลต์ หรือสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขาเบส(B)เมื่อเทียบกับขาอิมิตเตอร์(E)

การให้ไบแอสทรานซิสเตอร์ชนิด PNP

เป็นการให้ไบแอสแก่ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP เมื่อปรับค่าแรงดันไฟฟ้า VEE ต่ำกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าคัต – อิน (ต่ำกว่า 0.7 โวลต์ สำหรับสารกึ่งตัวนำชนิดซิลิกอน) จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านรอยต่อระหว่างขาเบส(ฺB) กับอิมิตเตอร์(E) ถึงแม้ว่ารอยต่อนี้จะได้รับแรงดันไฟฟ้าไบแอสกลับก็ตาม ส่วนรอยต่อระหว่างขาเบส(ฺB)กับคอลเล็กเตอร์(ฺC) ซึ่งได้รับไบแอสกลับนั้นจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เหมือนกับไดโอดที่ได้รับไบแอสกลับ

เมื่อปรับแรงดันไฟฟ้า V_EE ให้สูงกว่า 0.7 โวลต์ จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านรอยต่อระหว่างขาเบสกับอิมิตเตอร์ เรียกว่า กระแสไฟฟ้าเบส (I_B) ไหลผ่านออกจากขั้วบวกของแบตเตอรี่ ผ่านรอยต่ออิมิตเตอร์กับเบส ออกทางขาเบสไปยังขั้วลบของแบตเตอรี่ ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าไบแอสกลับที่ตกคร่อมระหว่างขาอิมิตเตอร์กับคอลเล็กเตอร์ จึงมีแรงเพียงพอที่จะผลักให้โฮลและอิเล็กตรอนให้ข้ามรอยต่อไปได้ จึงเกิดกระแสไฟฟ้าอีกชุดหนึ่งไหลผ่านตามค่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ระหว่างขาเบสกับขาคอลเล็กเตอร์ เรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า กระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์ (I_C) และผลรวมของกระแสไฟฟ้าเบส (IB) กับกระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์ (IC) จะมีค่าเท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขาอิมิตเตอร์ (IE) นั่นคือ I_E= I_B +I_C

การให้ไบแอสกับทรานซิสเตอร์ชนิด PNP

การให้ไบแอสทรานซิสเตอร์ชนิด NPN

การจ่ายไบแอสให้กับทรานซิสเตอร์ชนิด NPN จะใช้หลักการเดียวกับการให้ไบแอสทรานซิสเตอร์ชนิด PNP คือ จ่ายไบแอสตรงให้กับขาเบส และขาอิมิตเตอร์ ส่วนขาคอลเล็กเตอร์กับขาเบสจะจ่ายแรงดันไฟฟ้าไบแอสกลับ เมื่อค่าแรงดันไฟฟ้า V_EE มากกว่าค่าแรงดันไฟฟ้าคัต – อิน จะมีกำลังมากพอ ที่จะผลักโฮลที่อยู่ในเบสให้ไหลผ่านรอยต่อระหว่างขาเบสกับขาอิมิตเตอร์เข้าไปยังอิมิเตอร์ (ขั้วลบ V_EE)จากนั้นจะถูกศักย์ไฟฟ้าลบจากขั้วลบของ V_EE ดึงดูดให้วิ่งไปยัง V_EE และจากปรากฏการณ์นี้จึงเกิดกระแสไฟฟ้าเบส (I_B) ทำให้ศักย์ไฟฟ้าบวกค่าสูงของ V_CC มีกำลังสูงพอที่จะผลักโฮลในเบสให้ผ่านรอยต่อเข้าไปในอิมิตเตอร์ และถูกศักย์ไฟฟ้าลบจากแบตเตอรี่ V_CC ดึงดูดให้วิ่งออกจากขาอิมิตเตอร์ผ่าน V_EE เข้ามายังขั้วลบของ V_CC

เมื่อโฮลในเบสถูกผลักออกไปเข้าอิมิตเตอร์จะทำให้เบสขาดโฮล จึงแสดงอำนาจของประจุไฟฟ้าลบดึงดูดประจุไฟฟ้าบวกจาก V_CC ให้เคลื่อนที่ออกจากขั้วบวกของ V_CC ผ่านมาทางขาคอลเล็กเตอร์ผ่านรอยต่อระหว่างคอลเล็กเตอร์กับเบส เพื่อมาแทนที่โฮลในเบสที่ขาดไป แต่ก็ถูกผลักต่อให้เลยเบสไปที่อิมิตเตอร์และถูกศักย์ไฟฟ้าลบจาก V_CC ดึงดูดให้เข้ามายังขั้วลบ จึงเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์ (I_C) ซึ่งมีทิศทางตรงข้ามกับทรานซิสเตอร์ชนิด PNP

การให้ไบแอสกับทรานซิสเตอร์ชนิด NPN

สภาวะการทำงานของทรานซิสเตอร์

สภาวะการทำงานของทรานซิสเตอร์ สามารถแบ่งตามสภาวะการทำงานได้ 3 สภาวะ คือ

สภาวะไม่นำกระแสไฟฟ้า (Cut Off) คือ สภาวะที่ไม่จ่ายแรงดันไฟฟ้าไบแอสตรงให้กับขาเบส และขาอิมิตเตอร์ (VBE) กระแสไฟฟ้าเบสจึงหยุดไหล จึงทำให้กระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์หยุดไหลด้วยเรียกอีกอย่างว่า ย่านคัตออฟ
สภาวะนำกระแสไฟฟ้า (Conduction) คือ สภาวะที่กระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์สามารถที่จะไหลได้ จึงทำให้กระแสไฟฟ้าเบสควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์ได้ เรียกอีกอย่างว่า ย่านทำงาน
สภาวะอิ่มตัว (Saturation) คือ สภาวะที่กระแสไฟฟ้าคอลเล็กเตอร์ไม่เปลี่ยนแปลงสูงขึ้น หรือมีค่าคงที่ แม้ว่ากระแสไฟฟ้าเบสจะมีค่าเพิ่มสูงขึ้นถึงจุด ๆ หนึ่งก็ตาม เราเรียกอีกอย่างว่า ย่านอิ่มตัว

แสดงสภาวะการทำงานของทรานซิสเตอร์ NPN (วงจรอิมิตเตอร์ร่วม)

วัดทรานซิสเตอร์ด้วยมัลติมิเตอร์ดิจิตอล

1. ปรับสวิตช์ของมัลติมิเตอร์ไปที่ย่านวัดไดโอด ( Diode Test )

2. ค้นหาตำแหน่งของขาของทรานซิสเตอร์ที่จะวัด ในการวัดสาธิตใช้ทรานซิสเตอร์เบอร์ 2N3904 มีตำเหน่งขาเรียง E B C ตามรูป