LOGO รหัสวิชา วงจรอิเล็กทรอนิกส์ 1 DIODES AND APPLICATIONS 1 บทที่ 2

ไดโอด (Diode) คืออะไร ทำหน้าที่อะไร คือ อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่สามารถนำกระแส ได้ ทิศทางเดียว มีโครงสร้างมาจารสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็น มี 1 รอยต่อ ทำหน้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง วงจรไฟฟ้ากระแสตรงจำเป็นต้องมีเพื่อจ่ายไฟ ให้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ 2

โครงสร้างและสัญลักษณ์ของไดโอด (Diode) 3

ลักษณะโครงสร้างจริงของไดโอด (Diode) แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ -Typical Diode Packages -Surface-Mount Diode Packages 4

การไบอัสตรง (Forward Bias) 5 คือ การต่อขั้วบวกของแหล่งจ่ายให้กับขาอาโนดและ ต่อขั้วลบเข้ากับขาคาโทด

การไบอัสกลับ (Reveres Bias) 6 คือ การต่อขั้วลบของแหล่งจ่ายให้ขาอาโนดและ ต่อขั้วบวกให้กับขาคาโทด

การทำงานของไดโอดในอุดมคติ กรณีนำกระแส กระแสจะมีค่าเป็นอนันต์เมื่อแรงดันตกคร่อมเป็น 0 V ค่าความต้านทานถูกกำหนดเป็น ไดโอดทำหน้าที่เป็นสวิทช์ ปิด วงจร 7

การทำงานของไดโอดในอุดมคติ กรณีไม่นำกระแส กระแสจะมีค่าเป็น 0 A ค่าความต้านทานถูกกำหนดเป็น ไดโอดทำหน้าที่เป็นสวิทช์ เปิด วงจร 8

ไดโอดในทางอุดมคติ (The Ideal Diode Model) 9

คุณลักษณะสมบัติทางกระแสและ แรงดันของไดโอดทางปฏิบัติ 10

ไดโอดในทางปฏิบัติ (The Practical Diode Model) 11

คุณลักษณะสมบัติทางกระแสและ แรงดันของไดโอด 12

EXAMPLE 13

EXAMPLE 14

EXAMPLE 15

Forward bias การไบแอสตรงเป็นสภาวะที่กระแสไหลผ่านไดโอด และ แรงดันไบแอสจะต้องมากกว่าเขตปลอดพาหะหรือ 0.7V ในซิลิคอน, 0.3V ในเจอมันเนียม

Reverse bias การไบแอสกลับ เป็นสภาวะที่ กระแสถูกปิดกัน

Approximations Three diode approximations are: IdealPracticalComplete

Example Use the practical model to determine the current in the circuit: 3.4 mA

RESISTANCE LEVELS (in conduction region) 20 อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำมีการตอบสนองของกระแส DC และ AC ที่แตกต่างกัน ค่าความต้านทานที่เกิดขึ้นมี 3 ชนิด DC (static) resistance ค่าความต้านทานใน กระแสตรง AC (dynamic) resistance ค่าความต้านทานใน กระแสสลับ Average AC resistance ค่าความต้านทานเฉลี่ย ในกระแสสลับ

RESISTANCE LEVELS (in conduction region) ค่าความต้านทานในกระแสตรง (DC (static) resistance ) สำหรับนำไปใช้ที่ค่าคงที่กับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง V D มีค่าคงที่กระแส I D และค่าความต้านทาน R D ดัง สมการ โดยทั่วไปแล้ว ที่กระแสสูงสุด ค่าความต้านทานใน กระแสตรงจะต่ำสุด 21 Q-point

Example Determine the DC resistance level for Determine the DC resistance level for (a) I D =2 mA (b) I D =20 mA (c) V D =-10 V 22

RESISTANCE LEVELS (in conduction region) AC (dynamic) resistance AC (dynamic) resistance The time-varying input will move the instantaneous Q-point up and down. The time-varying input will move the instantaneous Q-point up and down. It thus defines the specific change in current and the specific change in voltage. It thus defines the specific change in current and the specific change in voltage. In general, the lower In general, the lower Q-point, the higher is the AC resistance level. 23 Q-point

Example Determine the AC and DC resistance level at Determine the AC and DC resistance level at (a) I D =2 mA AC resistance DC resistance 24

Example 25 (b) I D =25 mA AC resistance DC resistance

RESISTANCE LEVELS (in conduction region) Average AC resistance การคำนวณโดยใช้ค่ากระแสและแรงดันของจุดสองจุด บนเส้นโค้งลักษณะสมบัติของไดโอด ตามที่กำหนด โดย Example Find r av 26

DIODE EQUIVALENT CIRCUITS An equivalent circuit is a combination of elements properly chosen to best represent the actual terminal characteristics of a device in a particular operating region. An equivalent circuit is a combination of elements properly chosen to best represent the actual terminal characteristics of a device in a particular operating region. Piecewise-linear equivalent circuit of diode Piecewise-linear equivalent circuit of diode It is modeled as an ideal diode series connect with an average AC resistance and voltage at knee point of the characteristic curve (see Fig. 4). It is modeled as an ideal diode series connect with an average AC resistance and voltage at knee point of the characteristic curve (see Fig. 4). 27

Example Find r av Find r av 28

DIODE TESTING การทดสอบการทำงานของไดโอดในวงจรนั้นสำหรับสภาวะ ไดโอดปกติในทางไปแอสตรงแรงดันที่เกิดขึ้นตกคร่อมไดโอด ในซิลิคอนเป็น 0.7 V ในเจอร์มันเนียมเป็น 0.3 V การทดสอบสามารถทำได้โดยตั้งปรับมัลติมิเตอร์ไปที่ย่าน โอห์ม แล้วทำการวัดความต้านทานระหว่างขาแอโนดและ แคโทดที่เกิดขึ้น จะต้องมีคุณลักษณะดังภาพ 29

1. A semiconductor is a crystalline material with a. many free electrons held by the attraction of positive ions b. strong covalent bonds between neighboring atoms c. only one electron in its outer shell d. a filled valence shell

2. A metallic conductor has a. many free electrons held by the attraction of positive ions b. covalent bonds between neighboring atoms c. four electrons in its outer shell d. a filled valence shell

3. In a semiconductor, the concept of an energy gap is used to show the difference between the energies of the a. nucleus and outer shell electrons b. nucleus and the free electrons c. conduction band electrons and valence electrons d. core electrons and valence electrons

4. An impurity such as Antimony (Sb) has five electrons in its outer shell. When silicon has Sb impurities, a. an n material is formed b. the crystal will be negatively charged c. both of the above d. none of the above

5. Compared to a p-material, the energy levels in an n- material are a. the same b. greater c. lower

6. When a pn junction is formed, electrons move across the junction and fill holes in the p-region. The filled hole is a a. neutral atom b. minority carrier c. positive ion d. negative ion

7. The forward biased knee voltage in a semiconductor diode is approximately equal to the a. bias supply voltage b. breakdown voltage c. output voltage d. barrier potential

8. Using the ideal diode model, the current in the circuit shown is a mA b mA c mA d. 1.2 mA

9. Using the practical diode model, the current in the circuit shown is a mA b mA c mA d. 1.2 mA

10. The diode model which includes the large reverse resistance is the a. ideal model b. practical model c. complete model d. all of the above

Answers: 1. b 2. a 3. c 4. a 5. c 6. d 7. d 8. b 9. a 10. c