อุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์

Posted on : 09-05-2013 | By : Author | In : ระบบต่าง ๆ ในรถยนต์

อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นอุปกรณ์ประเภทไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ได้แก่ ไดโอดชนิดต่างๆ ทรานซิสเตอร์ เทอร์มิสเตอร์ ผลึกแร่ เซลล์เหนี่ยวนำด้วยแสง และไอซีซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่นำมาใช้ในวงจรต่างๆ ของรถยนต์มากขึ้น เพื่อให้การทำงานในวงจรต่างๆ เกิดประสิทธิภาพและสะดวกสบายในการใช้งาน เพราะฉะนั้น เราควรจะศึกษารายละเอียดของอุปกรณ์ต่างๆ เหล่านี้ เพื่อที่จะสามารถเข้าใจถึงการทำงานของระบบวงจรไฟฟ้าต่างๆ ในรถยนต์ที่นำเอาอุปกรณ์ต่างๆ เหล่านี้เป็นส่วนประกอบของวงจร จึงจะสามารถซ่อมแซม และแก้ไขได้อย่างถูกต้อง
สารกึ่งตัวนำ
สารกึ่งตัวนำ (semiconductors) ที่นิยมใช้กันโดยทั่วไปมีอยู่ 2 ชนิด คือเจอร์เมเนียม (Ge) และ ซิลิคอน (Si) สารกึ่งตัวนำมี 2 ชนิดคือ ชนิด N และชนิด P
1. ชนิด N (N-type) จะประกอบไปด้วยซิลิคอน หรือเจอร์เมเนียมเป็นหลัก ซึ่งถูกเติมด้วยสารหนู (As) หรือพลวง (Sb) ในปริมาณเล็กน้อย เพื่อให้มันมีอิเล็กตรอนอิสระและจะเป็นประจุลบ
2. ชนิด P (P-type) จะประกอบไปด้วยซิลิคอน หรือเจอร์เมเนียมเป็นหลัก ซึ่งถูกเติมด้วย แกลเลียม (Ga) หรืออินเดียม (In) เพื่อให้มันสามารถที่จะรับอิเล็กตรอนที่ขาดหายไปได้และจะมีประจุบวก
การเชื่อมต่อสารกึ่งตัวนำ (semiconductor junction) สารกึ่งตัวนำจะมีการเชื่อมต่อเข้าด้วยกันหลายๆ แบบ การเชื่อมต่อแต่ละแบบจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของการจะนำไปใช้ งานที่จะให้เกิดประโยชน์สูงสุด
1. สารกึ่งตัวนำแบบไม่มีการเชื่อมต่อ (junctionless semiconductors) สารกึ่งตัวนำชนิดนี้จะประกอบด้วยสารชนิด P และชนิด N เพียงอย่างเดียว ไม่มีการเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น เทอร์มิสเตอร์ ซึ่งเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานไปตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิดังรูปที่ 1.22


รูปที่ 1.22 สารกึ่งตัวนำแบบไม่มีการเชื่อมต่อ
2. สารกึ่งตัวนำแบบเชื่อมต่อเดี่ยว (single-junction semiconductors) สารกึ่งตัวนำชนิดนี้จะนำเอาสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N มาเชื่อมต่อกัน เช่น ไดโอด ซึ่งไดโอดจะแปลงกระแสไฟโดยยอมให้กระแสไฟไหลผ่านได้ทิศทางเดียวดังรูปที่ 1.23


รูปที่ 1.23 สารกึ่งตัวนำแบบการเชื่อมต่อเดี่ยว
3. สารกึ่งตัวนำแบบเชื่อมต่อคู่ (dual-junction semiconductors) การเชื่อมต่อแบบนี้ก็คือ ตัวทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์จะมี 2 ชนิดคือ แบบ NPN และแบบ PNP ดังรูปที่ 1.24


รูปที่ 1.24 สารกึ่งตัวนำแบบเชื่อมต่อคู่
ไดโอด
ไดโอด (diode) ทำขึ้นจากการเอาสารกึ่งตัวนำชนิด N และสารกึ่งตัวนำชนิด P มาเชื่อมต่อกัน ไดโอดมีหลายชนิดคือ
1. ไดโอดแปลงกระแสไฟ (ไดโอดธรรมดา) ไดโอดแปลงกระแสไฟจะยอมให้กระแสไฟไหลผ่านตัวมันไปได้ เมื่อป้อนแรงดันจากด้าน P ไปยังด้าน N (ป้อนแรงดันตาม) แต่มันจะไม่ยอมให้กระแสไฟไหลผ่านมันเมื่อป้อนแรงดันจากด้าน N ไปยังด้าน P (ป้อนแรงดันย้อนกลับ) ซึ่งจะเห็นได้ว่าไดโอดจะยอมให้กระแสไฟไหลได้เพียงทางเดียว
ไดโอดทางด้าน P จะใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัว A หรือที่เรียกว่าขั้วแอโนดเป็นขั้ว + และด้าน N จะใช้สัญลักษณ์แทนด้วยตัว K หรือเรียกว่าขั้วแคโทดเป็นขั้ว – ดังรูปที่ 1.25


รูปที่ 1.25 สัญลักษณ์ไดโอดและรหัสบอกขั้วของไดโอด
ไดโอดจะมีหลายแบบ แต่ละแบบจะแสดงทิศทางการไหลของกระแสที่แตกต่างกัน เช่น รหัสสี รหัสจุด หรือรูปภาพ ดังรูปที่ 1.25

2. ซีเนอร์ไดโอด (zener diode) จะเหมือนกับไดโอดธรรมดาคือ ให้กระแสไฟไหลผ่านได้เพียงทางเดียว แต่จะแตกต่างกันตรงที่เมื่อเกิดแรงดันย้อนกลับสูงกว่าจุดแรงดันพังทลายของมัน มันจะยอมให้ กระแสไฟไหลย้อนกลับผ่านตัวมันไปได้ เช่น กระแสไฟจะไหลจากขั้ว A ไปยังขั้ว K แต่เมื่อมีแรงดันจากขั้ว K ไปขั้ว A เกินกว่าจุดพังทลายของมัน (ซีเนอรไดโอดค่า 12 โวลต์ เมื่อมีแรงดันย้อนกลับ 13 โวลต์) มันก็จะยอมให้กระแสไฟไหลผ่านจากขั้ว K ไปขั้ว A ได้ดังรูปที่ 1.26


รูปที่ 1.26 สัญลักษณ์ซีเนอร์ไดโอด และการต่อซีเนอร์ไดโอดใช้งาน
3. ไดโอดเปล่งแสง (light-emitting diode หรือ LED) คือ ไดโอดที่เชื่อมต่อแบบ PN ซึ่งจะเปล่งแสงออกมาเมื่อมีกระแสไฟไหลผ่านมัน ข้อดีของไดโอดเปล่งแสงคือ ทำงานที่แรงดันตํ่ามาก ไม่สิ้นเปลืองพลังงาน มีอายุการใช้งานนาน และอุณหภูมิตํ่าขณะใช้งาน ดังรูปที่ 1.27


รูปที่ 1.27 สัญลักษณ์ไดโอดเปล่งแสง
4. โฟโตไดโอด (photo diode) การทำงานของโฟโตไดโอดก็คือ เมื่อป้อนแรงดันย้อนกลับให้กับ โฟโตไดโอดและในขณะนั้นมีแสงตกกระทบกับตัวโฟโตไดโอด ตัวโฟโตไดโอดก็จะยอมให้กระแสไฟไหล ย้อนกลับผ่านตัวมันไปได้ ปริมาณของกระแสไฟที่ไหลผ่านตัวโฟโตไดโอดก็ขึ้นอยู่กับปริมาณของแสงที่ตกกระทบลงบนตัวโฟโตไดโอดดังรูปที่ 1.28


รูปที่ 1.28 สัญลักษณ์โฟโตไดโอด
ทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์ (transistors) มีอยู่ 2 แบบคือ แบบ PNP และ NPN ทรานซิสเตอร์แบบ PNP จะประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด N และถูกประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และทรานซิสเตอร์แบบ NPN จะประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และถูกประกบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด N และสารกึ่งตัวนำที่นำมาต่อกันเป็นทรานซิสเตอร์ก็จะมีขั้วต่อออกมา และมีชื่อเฉพาะขั้ว ดังรูปที่ 1.29


รูปที่ 1.29 การต่อสารกึ่งตัวนำเป็นทรานซิสเตอร์
หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์
ในทรานซิสเตอร์แบบ NPN เมื่อมีกระแสเบส IB ไหลจากขาเบสไปยังขาอิมิตเตอร์ ก็จะเกิดการไหลของกระแสคอลเลกเตอร์ Ic จากขาคอลเลกเตอร์ไปยังขาอิมิตเตอร์ได้ดังรูปที่ 1.30 (ก)
ในทรานซิสเตอร์แบบ PNP เมื่อมีกระแสเบส IB ไหลจากขาอิมิตเตอร์ไปยังขาเบส ก็จะเกิดการไหลของกระแสคอลเลกเตอร์ Ic จากขาอิมิตเตอร์ไปยังขาคอลเลกเตอร์ได้ดังรูปที่ 1.30 (ข)


รูปที่ 1.30 วงจรการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบ NPN และแบบ PNP
ทรานซิสเตอร์ทั้งสองแบบ กระแสเบส IB ไหลเพียงเล็กน้อย ก็สามารถทำให้กระแสคอลเลกเตอร์ ไหลได้จำนวนมาก คือสามารถไหลได้ 10 ถึง 100 เท่าของกระแสเบส
โฟโตทรานซิสเตอร์
โฟโตทรานซิสเตอร์ (photo transistor) มีคุณสมบัติการทำงานดังนี้ เมื่อมีแสงตกกระทบยัง โฟโตทรานซิสเตอร์ มันจะเปลี่ยนตัวมันให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า ทำให้เกิดการไหลของกระแสเบส IB เกิดขึ้นดังรูปที่ 1.31 ตัวอย่างการใช้งานโฟโตทรานซิสเตอร์ในรถยนต์คือ เป็นตัวตรวจจับความเร็วรอบเครื่องยนต์โดยใช้ร่วมกับไดโอดเปล่งแสง


รูปที่ 1.31 สัญส์กษณ์ของโฟโตทรานซิสเตอร์

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.