บทที่ 5 มาเรียนรู้ซีเนอร์ไดโอดกันเถอะ

สัญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด

ซีเนอร์ไดโอด

          ซีเนอร์ไดโอด หรือชื่อภาษาอังกฤษ Zener diode เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ ที่จัดอยู่ในกลุ่มของไดโอด แต่เราจะนำมาใช้งานแบบไบอัสกลับ เนื่องจากตัวซีเนอร์ไดโอดนั้น ถูกออกแบบมาให้กระแสสามารถไหลแบบไบอัสกลับได้
ที่ค่าแรงดันแรงดันหนึ่ง เราเรียกค่าแรงดันไบอัสกลับนั้นว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) หรือเรียกสั้นๆว่า แรงดันซีเนอร์( Zener Voltage) ไดโอดประเภทนี้จึงเหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันให้โหลดหรือวงจรที่ต้องการแรงดันคงที่(กระแสต่ำๆ โดยทั่วไปน้อยกว่า 50mA) เช่น ประกอบอยู่ในวงจรแหล่งจ่ายไฟ ของอุปกรณ์ประเภท ออปแอมป์ ลอจิกไอซี วงจรสำหรับอ้างอิงแรงดัน หรือวงจรควบคุมแรงดัน โดยใช้ทรานซิสเตอร์ร่วมกับซีเนอร์ไดโอด(ซีเนอร์ไดโอดโวลท์เตจ เร็กกูเลเตอร์) เป็นต้น ซึ่งจะมีวงจรตัวอย่างให้ได้ศึกษากันด้วยในบทความของการนำทรานซิสเตอร์ไปใช้งานจริง

วงจรสมมูลซีเนอร์ไดโอด

          วงจรสมมูลซีเนอร์ไดโอดดังแสดงในรูปด้านบนซ้าย คือวงจรในทางอุดมคติ โดยเราจะมองว่าเมื่อป้อนแรงดันค่าใดๆที่มีค่าสูงกว่าแรงดันซีเนอร์ (Vz) ตัวซีเนอร์ก็จะรักษาระดับแรงดันให้เท่ากับแรงดันซีเนอร์ (Vz)เสมอ แต่ในความเป็นจริง หากเราต่อวงจรเช่นนั้น ซีเนอร์ไดโอดจะพังทันที เนื่องจากกระแสจำนวนมหาศาลจะไหลผ่านซีเนอร์ไดโอด ดังนั้นในทางปฏิบัติ เราจะต่อวงจรแบบในรูปด้านบนขวา โดยเราจะต้องต่อตัวต้านทานอนุกรมด้วยเสมอ โดยค่า Rz =(Vcc- Vz) / Iz เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความเสียหายกับซีเนอร์ไดโอดเนื่องจากกระแสไหลมากจนเกินไป

กราฟคุณสมบัติของซีเนอร์ไดโอด

          จากกราฟคุณสมบัติของซีเนอร์ไดโอด เราจะเห็นได้ว่าเมื่อเราป้อนไบอัสตรงให้กับซีเนอร์ไดโอด ตัวซีเนอร์ไดโอดจะมีคุณสมบัติเหมือนกับไดโอดธรรมดานั่นเอง แต่เราไม่นิยมใช้ซีเนอร์ไดโอดแทนไดโอดธรรมดา เนื่องจากค่า If ค่อนข้างต่ำกว่าไดโอดทั่วไปมาก อีกอย่าง ตัวมันเองถูกออกแบบมาให้ใช้งานแบบไบอัสกลับนั่นเอง โดยการที่เราจะทำให้ซีเนอร์ไดโอดทำงานแบบไบอัสกลับได้นั้น เราจะต้องป้อนแรงดัน ให้มากกว่าแรงดันซีเนอร์ (Vz) และกำหนดกระแสที่ไหลให้มากกว่า Iz(min) แต่ต้องไม่เกิน Iz(max) ต่อไปเรามาดูตัวอย่างการดูดาต้าชีทกันเลยครับ

ตัวอย่างดาต้าชีท EDZV5.6B

สิ่งที่เราต้องรู้เมื่อเราจะนำซีเนอร์ไดโอดมาใช้งาน

                    1.วงจรที่เรานำไปใช้งานคือวงจรอะไร
                    2.ค่าแรงดันสูงสุดของวงจร
                    3.กระแสสูงสุดที่โหลดใช้งาน
                    4.Vz ที่ต้องการ
                    5.อุณหภูมิที่ซีเนอร์ไดโอดทนได้
                    6.ขนาดของพื้นที่วางซีเนอร์ไดโอด(พื้นที่วางบน PCB)
                       (จะมีการแนะนำวงจรที่ใช้งานเบื้องต้นในบทความต่อไป)

สิ่งสำคัญในการดูดาต้าชีท หรือค่าพารามิเตอร์ต่างๆของซีเนอร์ไดโอด

                    1.เราต้องรู้เบอร์ซีเนอร์ไดโอดที่เราจะใช้งาน 
                    2.ต้องดูค่า Vf คือค่าแรงดันดรอปหรือแรงดันตกคร่อมขณะไบอัสตรง แต่ซีเนอร์นั้นเราใช้ในโหมดไบอัสกลับ ค่านี้จึงไม่มีความสำคัญมากเท่าไหร่(แต่ในบางวงจรต้องใช้)
                    3.ต้องดูค่า Vz คือค่าแรงดันซีเนอร์ขณะได้รับไบอัสกลับซึ่งเป็นโหมดที่เราใช้งานค่านี้จึงสำคัญมาก
                    4.ต้องดูค่า If คือค่ากระแสสูงสุดที่ไหลผ่านขณะไบอัสตรง แต่ซีเนอร์นั้นเราใช้ในโหมดไบอัสกลับ ค่านี้จึงไม่มีความสำคัญมากเท่าไหร่(แต่ในบางวงจรต้องใช้)
                    5.ต้องดูค่า Iz คือค่ากระแสที่ไหลผ่านขณะได้รับไบอัสกลับ ซึ่งเป็นโหมดที่เราใช้งาน ค่านี้จึงสำคัญมาก
                    6.ต้องดูค่า Pd คือค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ซีเนอร์ไดโอดสามารถทนได้
                    7.ต้องดูค่า Tj ค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ซีเนอร์ไดโอดทนได้ขณะใช้งาน มากกว่านี้อาจเกิดความเสียหาย

พารามิเตอร์ที่ต้องดูเพิ่มเติมเป็นพิเศษ

                    1. Vz กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะทำให้ค่า Vz เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ต้องคำนึงถึงจุดนี้ด้วยตอนออกแบบวงจร 
                    2. Vz กับกระแส Iz โดยมีความสัมพันธ์กันโดยตรง คือ เมื่อ Iz น้อยลง Vz ก็จะน้อยลง เมื่อ Iz สูงขึ้น Vz ก็จะสูงขึ้นตาม
                    3. Pd กับอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะทำให้ค่า Pd ลดลง ทำให้ Iz(max) ลดลงไปด้วย ต้องคำนึงถึงจุดนี้ด้วยตอนออกแบบ

**จากที่ผมได้เจอมาในหลายๆครั้ง พบว่าวงจรที่ใช้ซีเนอร์ไดโอด มักเกิดปัญหาจาก Vz ที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่างๆ เพราะซีเนอร์ไดโอดค่อนข้างอ่อนไหวต่ออุณหภูมิรอบๆตัวมันมาก ดังนั้นผมอยากจะแนะนำวิธีการใช้งานเบื้องต้นในบทความต่อไป ฝากติดตามกันด้วยนะครับ ขอบคุณครับ


ขอขอบคุณภาพและข้อมูลอ้างอิงจาก
https://www.rohm.com/datasheet/EDZV5.6B/edzvt2r5.6b-e
https://commandronestore.com/products/bv5239.php

บทความโดย Pomtep Narak

2019/03/14