บทที่ 7 มารู้จักทรานซิสเตอร์กันเถอะ EP1

สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์

          ทรานซิสเตอร์ หรือชื่อภาษาอังกฤษ Transistor คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ทำหน้าที่ควบคุมปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้า
กล่าวง่ายๆคือ ทรานซิสเตอร์สามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าให้ไหลมาก ไหลน้อย หรือหยุดไหลได้ตามที่เราต้องการ ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานซึ่งจะกล่าวหลังจากนี้ครับ 

          ทรานซิสเตอร์มี 2ชนิด

          1.NPN
          2.PNP 

และมีขาใช้งาน 3 ขา คือ เบส(B) คอลเล็กเตอร์(C) อิมิตเตอร์(E) ดังแสดงในรูปด้านบน
วิธีการดูสัญลักษณ์ง่ายๆว่าสัญลักษณ์ไหนคือชนิดใด โดยการดูที่ลูกศรของสัญลักษณ์ ลูกศรชี้ไปทางไหน N จะอยู่ตรงนั้น 

          ถ้าลูกศรชี้ออกด้านนอกตามรูปที่ 1 คือชนิด NPN 

รูปที่ 1

          ถ้าลูกศรชี้เข้าด้านในดังรูปที่ 2 คือชนิด PNP

รูปที่ 2

พารามิเตอร์ต่างๆที่เราต้องรู้ก่อนใช้งานทรานซิสเตอร์

          1. VBE คือ แรงดันตกคร่อมระหว่างขา B และ E ของทรานซิสเตอร์ เมื่อได้รับไบอัสตรง(1*)โดยทั่วไปมีค่าอยู่ระหว่าง 0.4V-1.2V คล้ายกับ Vf ของไดโอดนั่นเอง

          2. VCE คือ แรงดันตกคร่อมระหว่างขา C และ E ของทรานซิสเตอร์ที่สามารถทนได้สูงสุด เมื่อได้รับไบอัสที่ถูกต้อง(2*)

          3. VCE(sat) คือ แรงดันตกคร่อมระหว่างขา C และ E ของทรานซิสเตอร์เมื่อได้รับไบอัสที่ถูกต้อง(2*)และทำงานในย่านอิ่มตัว พูดง่ายๆก็คือ การจัดไบอัสให้ IC ไหลได้สูงสุดนั่นเอง(จะมีตัวอย่างการคำนวณในบทความต่อไปครับ)

          4. IB กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขา B เมื่อได้รับไบอัสตรง(*1)

          5. IC กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขา C เมื่อได้รับไบอัสที่ถูกต้อง(*2)

          6. IE กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขา E หรือได้จาก IB+IC

          7. hfe (β) คือ ค่าอัตราขยายกระแสของทรานซิสเตอร์ได้มาจากอัตราส่วนการไหลของกระแส IB ต่อ IC โดยมีสูตรคือ IC = βIB ตัวอย่างเช่น ทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งมีค่า hfe = 100 หมายความว่า ถ้าเรากำหนดให้กระแส IB ไหล 2 mA เราก็จะได้ว่า

             IC = βIB
                 = 100 * 2
                 = 200 mA

ดังนั้นกระแส IC สูงสุดที่ไหลได้คือ 200mA

          8. PD คือ ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียสูงสุดที่ทรานซิสเตอร์สามารถทนได้ ซึ่งได้มาจาก (VCE × IC) + (VBE × IB) แต่เนื่องจากค่า IB น้อยกว่า Ic มาก บางครั้งเราจึงประมาณค่า PD ≈ VCE × IC

          9. VEB คือ แรงดันสูงสุดที่ทรานซิสเตอร์ทนได้เมื่อได้รับการป้อนแรงดันย้อนกลับ คือ ป้อนแรงดันตรงข้ามกับ VBE โดยส่วนมากมีค่าไม่สูงนัก ประมาณ 5V 

          10. VCB คือ แรงดันสูงสุดที่ทรานซิสเตอร์สามารถทนได้ระหว่างขา C และขา B โดยทั่วไปมีค่าเท่ากับ VCE 


          11. PC คือ ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียที่ขา C ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งเราคำนวณได้จาก VCE × IC หรือพูดง่ายๆก็คือ ค่าพลังงานสูญเสียสูงสุดที่ขา Cสามารถทนได้ โดยทรานซิสเตอร์ไม่เกิดความเสียหาย ในบางตำราอาจเรียก PC ว่าคือค่า PD เนื่องจากมีค่าใกล้เคียงกันมาก โดยค่า PD จะมากกว่า PC เพียงเล็กน้อย 

          12. f หรือ fT คือค่าความถี่สูงสุดที่ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานได้ ถ้าได้รับความถี่ที่เร็วกว่านี้ทรานซิสเตอร์อาจเกิดความเสียหาย

          (*1) ชนิด NPN ขา B ได้รับไฟบวกและขา E ได้รับไฟลบ, ชนิด PNP ขา B ได้รับไฟลบและขา E ได้รับไฟบวก

          (*2) ชนิด NPN ขา C ได้รับไฟบวกและขา E ได้รับไฟลบ, ชนิด PNP ขา C ได้รับไฟลบและขา Eได้รับไฟบวก

ตัวอย่างการดูดาต้าชีทของทรานซิสเตอร์เบอร์ 2SC5200

รูปที่ 3

จากรูปที่ 3 แสดงรูปถ่ายทรานซิสเตอร์ตัวจริง(ด้านซ้าย) และ Drawing (ด้านขวา) แสดงถึงตำแหน่งขา ขนาด สัดส่วนต่างๆของทรานซิสเตอร์สำหรับใช้ออกแบบ Heat Sink ระบายความร้อน หรือ ใช้ออกแบบการวางบน PCB *ขาของทรานซิสเตอร์ไม่ได้เรียงเหมือนกันทุกตัว มีสลับกันไปแล้วแต่เบอร์ที่เราเลือกมาใช้งาน ดังนั้นควรดูดาต้าชีท หรือ วัดทดสอบขาให้เรียบร้อยก่อนการนำมาใช้งานจริง แต่มีทริคเล็กน้อย คือ ทรานซิสเตอร์เบอร์ใดที่มี Pad โลหะด้านหลัง ขาใดที่ต่อ Short ไว้กับ Pad ขานั้นมักเป็นขา C เสมอ

รูปที่ 4

รูปที่ 5

จากรูปที่ 4 และ 5 เป็นค่าพารามิเตอร์ต่างๆของ 2SC5200 เรามาดูกันเลยว่ามีอะไรบ้างที่เราควรทราบ

          VCB              = 230V
          VCE              = 230V
          VCE(sat)(max)   = 3V
          VBE(max)        = 1V
          VEB              = 5V
          IC                     = 15A
          IB                     = 1.5A
          PC                   = 150W
          hfe(β)(min)    = 35
          f                  = 30MHz

          rth พารามิเตอร์อีกตัวที่สำคัญต่อทรานซิสเตอร์

รูปที่ 6

จากรูปที่ 6 คือกราฟแสดงความสัมพันธ์ของความร้อนต่อกำลังไฟฟ้าสูญเสีย เมื่อตัวทรานซิสเตอร์มีอุณหภูมิ(อุณหภูมิที่ตัวถัง)สูงขึ้น ค่ากำลังไฟฟ้าสูญเสียที่ตัวทรานซิสเตอร์ทนได้จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ จากตัวอย่างรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่า ทุกๆอุณหภูมิ(ตัวทรานซิสเตอร์)ที่เพิ่มขึ้น 0.85⁰C ค่า PC จะลดลง 1W ดังนั้นทรานซิสเตอร์เบอร์ 2SC5200 ที่อุณหภูมิ 85⁰C (ค่าแนะนำ) จะเหลือค่า PC 

          PC = PC(max) - ((85 - อุณหภูมิห้อง) / rth)
                = 150 - ((85 - 25) / 0.85)
                = 150 - 70.59
                = 79.41W ≈ 80W

ดังนั้นเราควรใช้ทรานซิสเตอร์ตัวนี้ที่ PC(max) ไม่ควรเกิน 80W

*Infinite heat sink คือ Heat Sink ที่มีการระบายความร้อน เช่น มีพัดลมระบายอากาศติดตั้งร่วมด้วย เป็นต้น และถูกใช้งานที่อุณหภูมิห้อง

ผมขอจบบทความนี้แต่เพียงเท่านี้ สามารถติดตามต่อบทที่ 8 มารู้จักทรานซิสเตอร์กันเถอะ EP2 ได้ทันทีตามลิงค์นี้เลยครับ  https://pomtepnarakelec.blogspot.com/2019/03/8-ep2-cut-off-satuation-region.html

**ยังไงฝากติดตามกันด้วยนะครับ หากท่านใดมีข้อสงสัยเพิ่มเติม อินบล็อคเข้ามาสอบถามได้เลยครับ เจอกันบทความหน้า ขอบคุณครับ

บทความโดย Pomtep Narak

2019/03/23