บทที่ 3 มารู้จักไดโอดกันเถอะ

       

ไดโอด

ไดโอด 

          ไดโอดหรือชื่อภาษาอังกฤษ Diode เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้วคือ P (Anode) และ N (Cathode)ที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า มันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว
โดยการป้อนไฟบวกให้ P และไฟลบให้ N เรียกการต่อแบบนี้ว่า "ไบอัสตรง" และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม คือจ่ายไฟลบให้ P และไฟบวกให้ N เรียกว่าการต่อแบบนี้ว่า "ไบอัสกลับ" ซึ่งในกรณีไบอัสกลับต้องป้อนค่าแรงดันไม่เกินจากค่าที่ไดโอดทนได้ เราเรียกค่านั้นว่า "แรงดันพังทลาย" (Breakdown voltage)  ถ้าหากเราป้อนแรงดันไบอัสกลับเกินค่าแรงดันพังทลาย ก็จะทำให้ไดโอดตัวนั้นนำกระแสได้แต่ตัวไดโอดเกิดความเสียหาย

กราฟคุณสมบัติเฉพาะของกระแสและแรงดันของรอยต่อ p-n ของไดโอด

          จากรูปบน ด้านขวา จะเห็นได้ว่าเมื่อเราป้อนแรงดันไบอัสตรงมากกว่าแรงดัน Vd หรือในดาต้าชีทนิมยมเรียกว่า Vf (ค่าโดยประมาณของ silicon diode 0.6V และ germanium diode 0.3V) ตัวไดโอดก็จะเริ่มทำงาน ส่วนในรูปบน ด้านซ้ายเป็นการป้อนไบอัสกลับ ดังที่กล่าวมาข้างต้น เมื่อเราป้อนแรงดันไบอัสกลับสูงกว่าแรงดันพังทลาย ก็จะทำให้ไดโอดตัวนั้นนำกระแสได้แต่ตัวไดโอดเกิดความเสียหายจึงไม่แนะนำให้ใช้งานในย่านนี้ ตัวอย่างการดูดาต้าชีทตามรายละเอียดด้านล่างกันเลยครับ

ตัวอย่างดาต้าชีท 1N4001 - 1N4007

สิ่งที่เราต้องรู้เมื่อเราจะนำไดโอดมาใช้งาน

                    1 วงจรที่เรานำไปใช้วงจรอะไร

                    2 ค่าแรงดันสูงสุดของวงจร

                    3 มีการป้อนไบอัสกลับไหม

                    4 กระแสสูงสุดของวงจร

                    5 Vf ที่ต้องการ

                    6 อุณหภูมิที่ไดโอดทนได้

                    7 ขนาดของพื่นที่วางไดโอด (พื้นที่สำหรับวางบน PCB)

                    8 หน้าที่ของไดโอดที่เราจะนำไปใช้งาน

                      (จะมีการแนะนำวงจร ที่ใช้งานบ่อยๆ ในบทความต่อไป)

สิ่งสำคัญในการดูดาต้าชีท หรือค่าพารามิเตอร์ต่างๆของไดโอด

                    1. เราต้องรู้เบอร์ไดโอดที่เราจะใช้งาน

                    2. ต้องดูค่า Vf คือค่าแรงดันดรอปหรือแรงดันตกคร่อมขณะไดโอดได้รับไบอัสตรง

                    3. ต้องดูค่า Vr คือค่าแรงดันสูงสุดที่ไดโอดสามารถทนได้ในขณะได้รับไบอัสกลับ

                    4. ต้องดูค่า If คือค่ากระแสสูงสุดที่ไหลผ่านไดโอดได้ขณะไบอัสตรง

                    5. ต้องดูค่า Ifsm(peak) คือค่ากระแสสูงสุดชั่วขณะที่ไดโอดสามารถทนได้ขณะไบอัสตรง(เช่น ตอนเปิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ครั้งแรก จะมีกระแสกระชากจำนวนมาก ไหลเข้าสู่วงจร เป็นต้น)

                    6. ต้องดูค่า Ir คือค่ากระแสรั่วไหลที่ไหลผ่านไดโอดขณะได้รับไบอัสกลับ

                    7. ต้องดูค่า Tj ค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ไดโอดทนได้ขณะทำงาน ถ้าเรานำไปใช้งานในบริเวณที่มีอุณหภูมิมากกว่านี้อาจเกิดความเสียหายขึ้นกับตัวไดโอดได้

พารามิเตอร์ที่ต้องดูเพิ่มเติมเป็นพิเศษ

                    1. If กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะทำให้ค่า If(max) จะลดลง ต้องคำนึงถึงจุดนี้ด้วยตอนออกแบบวงจร

                    2. Vf กับกระแสที่ไหลผ่านตัวไดโอด โดยมีความสัมพันธ์โดยตรงกันคือ เมื่อ  If น้อยลง Vf ก็จะน้อยลง เมื่อ If สูงขึ้น Vf ก็จะสูงขึ้นตาม

                    3. Vf กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะทำให้ค่า Vf ลดลง ต้องคำนึงถึงจุดนี้ด้วยตอนออกแบบ


**หลายครั้งที่ผมได้พบเจอปัญหาของการออกแบบที่เกิดจากการที่ผู้ออกแบบไม่ได้คำนึงถึงองค์ประกอบอื่นๆในการออกแบบด้วย(หรือด้วยความรู้เท่าไม่ถึงการณ์) เช่น If หรือ Vf ของไดโอดที่ออกแบบไว้นั้นไม่เพียงพอในตอนที่เรานำวงจรนั้นๆไปใช้งานจริงเพราะเกิดจากความร้อนที่เพิ่มขึ้น และหลายครั้งเกิดความเสียหายขึ้นกับวงจรของเรา ดังนั้นอยากจะขอเน้นย้ำว่าการออกแบบวงจรใดๆควรพิจารณาให้รอบคอบถึงองค์ประกอบต่างๆของวงจรณ์เพื่อไม่ให้เกิดข้อผิดพลาดโดยไม่ตั้งใจ อีกทางหนึ่งผมก็จะมาคอยแชร์ประสบการณ์ที่ผมพบเจอมากับทุกๆท่านที่เข้ามาอ่านในบทความต่อๆไป หรือหากมีคำแนะนำอื่นๆเพิ่มเติมโปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อมาหาผมนะครับ และในบทความหน้า เราจะมาลองใช้งานไดโอดกันดู ฝากติดตามกันด้วยนะครับ ขอบคุณครับ

ขอขอบคุณภาพและข้อมูลอ้างอิงจาก
https://th.wikipedia.org/wiki
https://www.vishay.com/docs/88503/1n4001.pdf
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/1N4001-D.PDF

https://1sheeld.com/tutorials/arduino-relay-lamp/diode-current/

บทความโดย Pomtep Narak 

2019/03/07