ไดโอด
ไดโอดซึ่งทำจากสารกึ่งตัวนำที่มีหัวต่อ PN หนึ่งหัวต่อ ความต้านทานไฟฟ้าของไดโอดนี้จะมี
- ค่าสูงในทิศทางย้อน
- ค่าต่ำในทิศทางตาม
เมื่อป้อนแรงดันไฟสลับให้ไดโอดด้วย คุณสมบัติข้างต้น กระแสไฟฟ้าจะไหลได้ในทิศ ทางตามเท่านั้น ไดโอดจึงามารถตัดกระแสไฟฟ้าได้เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าในทิศทางตาม กระแสไฟฟ้าในทิศทางตามจะเริ่มไหลที่ค่าแรงดัน ไฟฟ้าค่าหนึ่ง เรียกว่า แรงดันแพร่ซึม ซึ่งมีค่า เฉพาะ (เจอเมเนียมมีค่า 0.3 ~ 0.4 โวลต์ ซิลิ คอนมีค่า 0.7 ~ 0.8 โวลต์)
กระแสไฟฟ้าในทิศทางย้อนมีค่า ๑ ส่วนใน ๑๐๗ ของกระแสไฟฟ้าในทิศทางตาม จึงมีค่า น้อยมาก แต่ไม่ถึงกับเป็นศูนย์ เหตุผลเพราะใน เนื้อสารส่วนที่เป็น P ยังมีอิเล็กตรอน และใน เนื้อสารส่วนที่เป็น N ยังมีโฮล พาหะเหล่านี้ยัง ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้โดยเคลื่อนที่ผ่านจุดบก พร่องที่มีอยู่ในข่ายผลึกของอะตอม อุณหภูมิยังมีผลต่อกระแสไฟฟ้าในทิศทางย้อนได้ กล่าวคือ กระแสไฟฟ้าจะมีค่าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อ อุณหภูมิสูงขึ้น
เมื่อกระแสไฟฟ้าสลับทิศ (สวิชชิ่ง) จากทิศทางตามเป็นทิศทางย้อน จะเกิดความช้าในการ เปลี่ยนทิศขึ้น เนื่องจากกว่าที่พาหะในหัวต่อ PN จะหายไปหมดต้องใช้เวลาบ้างนั่นเอง ปรกติ สวิชชิ่งไดโอดจะมีค่าเวลานี้ประมาณ 10-8 ~10-9 วินาที ซึ่งมีค่าที่น้อยมาก
ไดโอดมีหลายชนิดแล้วแต่การใช้งาน เฉพาะที่แตกต่างกัน เช่น
- ซีนเนอร์ไดโอด (ใช้ควบคุมเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้า)
- วาแรคเตอร์ไดโอด (ใช้ปรับความถี่)
- ชอตกี้ไดโอด (การสวิตชิ่งที่มีความเร็วสูง) นอกจากนี้ยังมีไดโอดที่ใช้งานย่านความถี่ ไมโครเวฟ เช่น
- ทันแนลไดโอด
- อิมแพทไดโอด (ใช้ในการกำเนิดและ ขยายสัญญาณไมโครเวฟ)
- กันน์ไดโอด
โฟโตไดโอด
โฟโตไดโอด คือ สิ่งประดิษฐ์รับแสงที่ทำ จากสารกึ่งตัวนำ จะเปลี่ยนสัญญาณแสงให้เป็น สัญญาณไฟฟ้า เมื่อแสงตกกระทบอิเล็กตรอนที่ยึดติดอยู่กับอะตอมในข่ายผลึกจะแตกหลุด เกิด เป็นอิเล็กตรอนอิสระ และโฮลอิสระขึ้น อิเล็กตรอน และโฮลเหล่านี้จะเคลื่อนที่เข้าไปในเขตปลอดพาหะ เกิดเป็นกระแสไฟฟ้าย้อนด้วยปริมาณที่แปรเปลี่ยน ตามความเข้มแสง เรียกว่า กระแสโฟโต
โฟโตไดโอดใช้ประโยชน์ในงาน
- วัดความเข้มแสง
- ชัตเตอร์แสง
- กำหนดตำแหน่งของเครื่องมือกล
- การวัดระยะทางไกลด้วยแสงอินฟาเรด
- ตรวจจับสัญญาณแสงที่ความถี่สูง
โฟโตทรานซิสเตอร์
โฟโตทรานซิสเตอร์ คือ โฟโตไดโอดที่ มีการขยายสัญญาณ โดยใช้หัวต่อ PN ที่ประกอบ ด้วยส่วนที่เป็นเบส และคอลเลคเตอร์ เป็นที่รับแสงกระแสโฟโตที่เกิดขึ้นจะไหลไปอีมิตเตอร์ เนื่อง ด้วยปรากฏการณ์ทรานซิสเตอร ์กระแสอีมิตเตอร์ จะมีขนาดเป็นประมาณ ๕๐๐ เท่าของกระแส โฟโตที่เกิดขึ้นในตอนแรกเมื่อถูกแสง
เซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานเหมือนโฟโตไดโอดเมื่อมีแสงตกกระทบจะเกิดพาหะอิสระขึ้น ข้อแตกต่างคือไม่ต้องป้อนแรงดันไฟฟ้าภายนอกให้ กับหัวต่อ PN
อิเล็กตรอนและโฮลจะเกิดขึ้นในเขตปลอด พาหะของหัวต่อ PN สนามไฟฟ้าภายในของ เขตปลอดพาหะจะแยกพาหะไฟฟ้าทั้งสองนี้ไป คนละข้างเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าไหลสู่วงจรภายนอก
เซลล์แสงอาทิตย์จึงทำหน้าที่แปรพลังงานแสงเป็น พลังงานไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ใช้ประโยชน์ในงาน
- ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยประสิทธิภาพ ๑๒% ~ ๕%
- วัดความเข้มแสง
ไดโอดเปล่งแสง (LED)
ไดโอดเปล่งแสง คือ ไดโอดที่เปล่งแสงได้โดยเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นแสงที่ตามองเห็น หรือให้เป็นแสงอินฟราเรด
L : Light (แสง)
E : Emitting (เปล่ง)
D : ไดโอด
ไดโอดเปล่งแสงทำจากผลึกสารกึ่งตัวนำที่มีหัวต่อ PN เมื่อมีการป้อนแรงดันไฟฟ้าตามอิเล็กตรอนในส่วนที่เป็น N และโฮลในส่วนที่เป็นP จะเคลื่อนที่เข้าหารอยต่อ อิเล็กตรอนและโฮลจะรวมตัวกัน และปล่อยแสงออกมา ในสภาพ
การรวมตัวของอิเล็กตรอนอิสระ พลังงานอิสระ จะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของแสง
สีของแสงที่เปล่งจะขึ้นกับชนิดของผลึก สารกึ่งตัวนำและชนิดของสารเจือปน
นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงินได้โดยใช้สารประกอบกึ่งตัวนำกลุ่ม II-VI ด้วย
ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์
ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ใช้เป็นตัวขยายสัญญาณไฟฟ้า หรือทำหน้าที่เป็นสวิตช์
การทำงานต้องอาศัยประจุไฟฟ้าสองชนิด คือ อิเล็กตรอนและโฮล จึงเรียกว่า ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์
ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์มีโครงสร้าง PNP หรือ NPN
ไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยหัวต่อ PN จำนวน ๒ หัวต่อ คือ หัวต่อระหว่าง อีมิตเตอร์ - เบส และ เบส - คอลเลคเตอร์
หัวต่อเบส - คอลเลคเตอร์ ถูกไบอัสย้อนด้วยแรงดัน VCB เกิดกระแสคอลเลคเตอร์ IC ซึ่งมีค่าต่ำไหลในวงจรด้านคอลเลคเตอร์
เมื่อไบอัสตามหัวต่ออีมิตเตอร์ - เบสด้วยแรงดัน VEB อิเล็กตรอนจะถูกฉีดจากอีมิตเตอร์สู่เบส(เรียกว่า กระแสอีมิตเตอร์) อิเล็กตรอนจำนวน หนึ่งจะไหลเป็นกระแสเบส แต่กระแสส่วนใหญ่ไหลไปถึงหัวต่อเบส - คอลเลคเตอร์ และถูก สนามไฟฟ้าที่เกิดจากไบอัสย้อนกวาดเข้าไปเป็นกระแสคอลเลคเตอร์ จากลักษณะสมบัติเช่นนี้จึงเป็นการใช้กระแสเบสค่าน้อยเพื่อควบคุมกระแส คอลเลคเตอร์ที่มีค่าโต เรียกว่า การขยายสัญญาณกระแส ในกรณีทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ก็ให้คิด คล้ายกันเพียงปลี่ยนทิศทางของประจุไฟฟ้า
พลานาร์ทรานซิสเตอร์
เทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำแบบพลานาร์เป็นกรรมวิธีสำคัญในการสร้างทรานซิสเตอร์ไอซี และสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำชนิดต่าง ๆ จุดเด่นของพลานาร์ทรานซิสเตอร์ ได้แก่
- มีการใช้ขั้นซิลิคอนไดออกไซด์ปิดผิวไว้ ทำให้มีความเชื่อถือได้สูง
- มีขนาดเล็กจิ๋ว จึงเหมาะกับการใช้งานที่ความถี่สูง
- แว่นผลึก ๑ แผ่น สามารถนำไปทำสิ่ง ประดิษฐ์ได้มากกว่า ๑๐,๐๐๐ ตัว ทำให้ ราคาการผลิตต่อตัวมีค่าต่ำ
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า (FET)
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแตกต่างจากไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์ที่ใช้การทำงานของพาหะชนิดเดียว อิเล็กตรอน หรือโฮล อย่างหนึ่งอย่างใด จึงเป็นยูนิโพลาร์ทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบ่งตามกรรมวิธี การสร้างได้เป็น ๒ ชนิดคือ
- ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบหัวต่อ
- ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบหัวต่อ
เมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าตรงแก่ปลายทั้งสอง ของผลึกสารกึ่งตัวนำชนิด N กระแสอิเล็กตรอนจะไหลจากซอสไปเดรน ช่อง (Channel) ที่ อิเล็กตรอนไหลจะถูกกำหนดด้วยแรงดันไฟลบที่ ป้อนให้แก่ส่วน P ที่แพร่ซึมไว้ทั้งสองข้างของช่อง เมื่อแรงดันไฟลบที่เกทมีค่าสูงขึ้น สนามไฟฟ้าจะส่งผลให้เขตปลอดพาหะขยายตัวโตขึ้น บีบให้ช่องไหลของอิเล็กตรอนมีขนาดแคบลง
ดังนั้น แรงดันไฟที่เกทจึงสามารถควบคุมการไหลของอิเล็กตรอนจากซอสไปเดรนได้
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS (MOSFET)
MOSFET มาจาก
M : Metal (โลหะ)
O : Oxide (ออกไซด์)
S : Semiconductor (สารกึ่งตัวนำ)
F : Field (สนามไฟฟ้า)
E : Effect (ผล)
T : Transistor (ทรานซิสเตอร์)
เป็นทรานซิสเตอร์ที่ใช้หลักการทำงานที่แรงดันเกทควบคุมสภาพการนำไฟฟ้าที่ชั้นบาง ๆ ที่บริเวณผิวของผลึกสารกึ่งตัวนำ
ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้าแบบ MOS มี ส่วนสำคัญในการพัฒนาไอซีที่มีขนาดใหญ่ (LSI) ตัวอย่าง มอสทรานซิสเตอร์ชนิด P ชัลแนล (แบบเอนฮันสเมนท์)
เมื่อแรงดันเกทเป็น ๐ กระแสไฟฟ้าจะไม่ สามารถไหลจากซอสไปเดรนได้ เมื่อมีแรงดันไฟลบที่เกท อิเล็กตรอนจะถูกกดให้เคลื่อนห่างผิวในขณะที่โฮลจะถูกดึงให้เคลื่อนใกล้ผิว เกิดเป็นชั้น P บาง ๆ ที่สามารถนำไฟฟ้าได้ เกิดกระแสไฟฟ้าไหลจากซอส (ชนิด P) ผ่านช่อง(ชนิด P) ไปยังเดรน (ชนิด P) ได้ กระแสไฟฟ้านี้จึงถูกควบคุมปริมาณด้วยแรงดันเกท
- เครื่องควบคุมแสง
- ตรวจสอบแผ่นการ์ดหรือเทปเจาะรู
- ตัวเชื่อมแสงกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์
