สถิติ
เปิดเมื่อ3/06/2013
อัพเดท27/01/2014
ผู้เข้าชม37534
แสดงหน้า45849
เมนู
บทความ
ปฎิทิน
July 2018
Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
    
AdsOne.com

ทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์
อ้างอิง อ่าน 199 ครั้ง / ตอบ 0 ครั้ง

                        ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเลคตรอนิกส์ซึ่งมีรอยต่อของสารกึ่งตัวนำ pn จำนวน 2 ตำแหน่ง จึงมีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า 
ทรานซิสเตอร์รอยต่อไบโพลาร์ (Bipolar Juntion Transistor(BJT))

                        ประเภทของทรานซิสเตอร์ (Type of Transistors) 
                        ทรานซิสเตอร์แบ่งตามโครงสร้างได้ 2 ประเภท คือ ทรานซิสเตอร์แบบ npn (npn Transistor) และทรานซิสเตอร์แบบ pnp 
(pnp Transistor)

                        ทรานซิสเตอร์แบบ npn ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด n  จำนวน 2 ชิ้นต่อเชื่อมกับสารกึ่งตัวนำชนิด p จำนวน 1 ชิ้น 
แสดงสัญลักษณ์เป็นดังรูป 
                        ทรานซิสเตอร์แบบ pnp ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด p  จำนวน 2 ชิ้นต่อเชื่อมกับสารกึ่งตัวนำชนิด n  จำนวน 1 ชิ้น 
แสดงสัญลักษณ์เป็นดังรูป

                        กระแสและแรงดันของทรานซิลเตอร์ (Transistor Current and Voltage) 
                        เนื่องจากทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่มีขั้ว 3 ขั้ว คือ ขั้วคอลเลคเตอร์ (Collector;C), ขั้วเบส (ÚBase;B) และขั้วอิมิเตอร์ 
(Emitter;E) จึงมีกระแสและแรงดันทรานซิสเตอร์หลายค่า ดังนี้

                        กระแสของทรานซิสเตอร์ 
                        ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ซึ่งถูกควบคุมด้วยกระแสเบส [Base Current; IB]  กล่าวคือ เมื่อ IB มีการเปลี่ยนแปลงแม้เพียง เล็กน้อยก็จะทำให้กระแสอิมิเตอร์ [Emitter Current; IE]  และกระแสคอลเลคเตอร์ [Collector Current; IC] เปลี่ยนแปลงไปด้วย 
                        นอกจากนี้ถ้าเราเลือกบริเวณการทำงาน (Operating Region) หรือทำการไบอัสที่รอยต่อของทรานซิสเตอร์ทั้ง 2 ตำแหน่ง ให้เหมาะสม ก็จะได้ IE และ IC ซึ่งมีขนาดมากขึ้นเมื่อเทียบกับ IB

          จากรูป เมื่อจ่ายสัญญาณกระแส ac ที่ขั้วเบส (ib) หรือที่ด้านอินพุตของทรานซิสเตอร์ก็จะได้รับสัญญาณเอาต์พุตที่ขั้ว E (ie) และที่ขั้ว C (ic) มีขนาดเพิ่มขึ้น 
           ตัวประกอบหรือแฟกเตอร์ทีทำให้กระแสไฟฟ้า  จากขั้วเบสไปยังขั้วคอลเลคเตอร์ของทรานซิสเตอร์มีค่าเพิ่มขึ้นเรียกว่า อัตราขยายกระแสไฟฟ้า (Current Gain) ซึ่งแทนด้วยอักษรกรีก คือ เบตา (Beta )       ถ้าต้องการหาปริมาณ IC ของทรานซิสเตอร์ ก็เพียงแต่คูณ IB ด้วยพิกัด Beta เขียนเป็นสมการได้คือ 
                                  & nbsp;                                         &nbs p;                           IC = Beta* IB                             &nbs p;         สมการที่ 1

                                  &n bsp;                                           ;                              IE = IB + IC                                         สมการที่ 2-a 
                                      ;                                          &n bsp;                                IC  ~ IE                                               สมการที่ 2-b

                                แรงดันของทรานซิสเตอร์ 
          ขณะต่อทรานซิสเตอร์เพื่อใช้กับงานจริง มีแรงดันไฟฟ้าหลายประการเกิดขึ้น ดังนี้

                                VCC , VEE, และVBB    เป็นแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง 
                                V,  VB  และ  VE        เป็นแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จากขั้ว C, B  และ E 
                                 VCE , VBE และVCB     เป็นแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ระหว่างขั้วที่ระบุตามตัวห้อย

 



                                โครงสร้างและการทำงานของทรานซิสเตอร์ 
                    (Transistor Construction and Operation) 
  
         ได้กล่าวมาแล้วว่าทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำ 3 ชิ้นต่อเชื่อมกัน ดังนั้นจึงมีรอยต่อ pn จำนวน 2 ตำแหน่งดังรูป
            ตำแหน่งที่อิมิตเตอร์กับเบสเชื่อมกันเป็นรอยต่อ pn เรียกว่า รอยต่ออิมิเตอร์-เบส (Emitter Base Juntion) ส่วนตำแหน่งที่ คอลเลคเตอร์กับเบสต่อเชื่อมกันเรียกว่า รอยต่อคอลเลคเตอร์-เบส (Collector Base Juntion) เขียนแทนได้ด้วย ค่าเทียบเคียงของไดโอด 
             เมื่อนำหลักการ มาร่วมพิจารณา ทำให้ทราบว่าการที่จะนำทรานซิลเตอร์ไปใช้งานได้นั้นต้องต่อแรงดัน ไฟฟ้าเพื่อทำการไบอัสที่รอยต่อหรือไดโอดเทียบเคียงทั้งสอง เนื่องจากทรานซิลเตอร์ มี 3 ขั้ว การต่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเพื่อให้ทราน ซิสเตอร์ทำงานจึงเป็นไปได้ 3 แบบคือ
  • การให้ทรานซิสเตอร์ทำงานที่บริเวณคัตออฟ (Cut-off   Region)
  • การให้ทรานซิสเตอร์ทำงานที่บริเวณอิ่มตัว (Saturation  Region)
  • การให้ทรานซิสเตอร์ทำงานที่บริเวณแอกตีฟ (Active   Region)
          ในการอธิบายถึงการทำงานที่บริเวณต่าง ๆ ของทรานซิสเตอร์นั้น จะเริ่มต้นจากกรณีไม่มีการต่อแรงดันที่ขั้ว 
ของทรานซิสเตอร์ หรือกรณีไม่ได้รับการไบอัส

                                กรณีไม่ได้รับการไบอัส  
          ขณะทรานซิสเตอร์ไม่ได้รับการไบอัส จะเกิดบริเวณปลอดพาหะ (Depletion  Region) ที่รอยต่อทั้งสอง

                                   การทำงานที่บริเวณคัตออฟ  
            การต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้ทรานซิสเตอร์ทำงานในบริเวณคัตออฟเป็นการไบอัสกลับที่รอยต่อทั้ง 2 ตำแหน่ง ซึ่งจะทำให้กระแสที่ไหลผ่านขั้วทั้งสามมีค่าใกล้ศูนย์ 
            จากการต่อวงจรในลักษณะดังกล่าวบริเวณปลอดพาหะทั้งสองบริเวณจะขยายกว้างขึ้น จึงมีเพียงกระแสย้อน กลับ (Reverse  Current)  กระแสรั่วไหลปริมาณต่ำมากเท่านั้นที่ไหลจากคอลเลคเตอร์ไปยังอิมิตเตอร์ได้

                     การทำงานที่บริเวณอิ่มตัว  
                     จากสมการที่1 ทำให้ทราบว่าถ้าค่า IB เพิ่มขึ้น IC ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย เมื่อ IC เพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุด หรือ 
เรียกว่า ทรานซิสเตอร์เกิดการอิ่มตัว ณ ตำแหน่งนี้ค่า IC จะเพิ่มตามค่า IB ไม่ได้อีกแล้ว 
                     การหาค่า IC ทำได้โดยใช้ VCC หารด้วยผลรวมของความต้านทานที่ขั้วคอลเลคเตอร์ (RC) กับความต้านทาน ที่ขั้วอิมิตเตอร์(RE) ดังรูป

        สมมติขณะที่ VCE ของทรานซิสเตอร์มีค่า 0 V (สภาพในอุดมคติ) IC จะขึ้นอยู่กับค่า VCC, RC และ RE ดังนี้ 
                                      ;                                          &n bsp;                    IC = VCC / ( RC+RE ) 
         การต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้ทรานซิสเตอร์ทำงานในบริเวณอื่มตัว เป็นการไบอัสตรงที่รอยต่อทั้ง 2 ตำแหน่ง 
ของทรานซิสเตอร์ ดังรูป

           สมมติค่า VCE  ของทรานซิสเตอร์ขณะอิ่มตัว มีค่า 0.3 V (ซึ่งต่ำกว่า VBE ที่มีค่า0.7 V) บริเวณรอยต่อคอลเลคเตอร์-เบส จะได้รับการไบอัสตรงด้วยผลต่างระหว่างแรงดัน VBE กับ VCE (เท่ากับ 0.4 V) กระแสไฟฟ้า IE, IC และ IB จะมีทิศทาง 
ดังรูป

 

                                           การทำงานที่บริเวณแอกตีฟ 
           การต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้าให้ทรานซิสเตอร์ทำงานในบริเวณแอกตีฟเป็นการแอกตีฟเป็นการไบอัสตรงที่รอยต่อ อิมิตเตอร์-เบส และไบอัสกลับที่รอยต่อคอลเลคเตอร์-เบส ดังรูป

               การอธิบายหลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ในบริเวณนี้จะง่ายขึ้น  ถ้าพิจารณาเฉพาะรอยต่ออิมิตเตอร์-เบส โดยแทนด้วยสัญลักษณ์ของไดโอด ดังรูป b [สมมติ VBE มีค่ามากพอที่จะทำให้ไดโอดทำงาน (Si ประมาณ 0.7 V และGe ประมาณ 
0.3 V)] 
                รอยต่อคอลเลคเตอร์-เบสได้รับการไบอัสกลับ  ทำให้บริเวณปลอดพาหะกว้างกว่าที่รอยต่ออิมิตเตอร์-เบสซึ่ง ได้รับการไบอัสตรง ดังนั้น ความต้านทานที่เบส (RB) จึงมีค่าสูง เมื่อพิจารณาในรูปของไดโอดจะเห็นว่า IB เป็นกระแสที่มีค่าต่ำมาก เมื่อเทียบกับกระแสคอลเลคเตอร์ (IC) และเป็นส่วนหนึ่งของ IE ดังนั้น IE ส่วนใหญ่จึงเป็นกระแส IC ซึ่งผ่านรอยต่อคอลเลคเตอร์- เบส ของทรานซิสเตอร์

 


                                             ค่าพิกัดของทรานซิสเตอร์ 

          ค่าพิกัดของทรานซิสเตอร์มีหลายประเภท  ในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงค่าพิกัดเฉพาะบางประเภทอันเป็นพื้นฐาน สำคัญสำหรับการนำทรานซิสเตอร์ไปใช้วานให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด และหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดความเสียหายใด ๆ ซึ่งได้แก่ พิกัดเบตา 
ไฟฟ้ากระแสตรง, พิกัดอัลฟาไฟฟ้ากระแสตรง, พิกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุด และพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงสุด

                                             เบตาไฟฟ้ากระแสตรง (DC  BETA) 
          พิกัดเบตาไฟฟ้ากระแสตรงของทรานซิสเตอร์ซึ่งมักเรียกสั้น ๆ ว่าเบตา เป็นอัตราส่วนของ IC ต่อ IB เขียน เป็นสมการได้ดังนี้ คือ      
                                      ;                                Beta = IC / I                         &n bsp;                                           ;     สมการที่ 3 

          วงจรทรานซิสเตอร์ส่วนมากมีสัญญาณอินพุตจ่ายให้ขั้วเบส และสัญญาณเอาต์พุตออกจากขั้วคอลเลคเตอร์ เบตาของทรานซิสเตอร์จึงเป็นสัญลักษณ์แทนอัตราขยายกระแส dc (dc Current Gain) ของทรานซิลเตอร์

                                             จากสมการ 1 และ 3 หาค่ากระแสอิมิตเตอร์ได้  ดังนี้

                                  &n bsp;                                           ;       IC  =  Beta * IB                           &nb sp;                     สมการที่ 4  
                                      ;                                          &n bsp;    IE  =  I+ IC 
                                      ;                                          &n bsp;          =  IB+ Beta*IB                                   &nbs p;                                  
                                  & nbsp;                                         &nbs p;       IE  =  I(1+Beta)                           & nbsp;                  สมการที่ 5 

                                             เราใช้เบตาและกระแสไฟฟ้าที่ขั้วใดขั้วหนึ่งหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ขั้วอื่น ๆ ได้ 
 

                                                 อัลฟาไฟฟ้ากระแสตรง (DC Alpha) 
          พิกัดอัลฟาของทรานซิสเตอร์ ซึ่งมักเรียกสั้น ๆ ว่า อัลฟา คือ อัตราส่วน Iต่อ IE เขียนเป็น สมการได้ ดังนี้ 
                                   &nbs p;                          Alpha = IC / IE                                                        สมการที่ 6

            เมื่อนำกฎกระแสไฟฟ้าของเคอร์ชอฟฟ์มาร่วมพิจารณา จะเห็นได้ว่าความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าที่ ขั้วทั้งสามของทรานซิสเตอร์เป็นดังสมการ 1 คือ 
                                      ;           IE = IB+IC 
                                      ;           IC = IE-IB 
           เนื่องจาก IC มีค่าต่ำกว่า IE (เป็นปริมาณเท่ากับ IB) ดังนั้น   Alpha  หรือ   IC/IE  จึงมีค่าต่ำกว่า I จากสมการที่ 6 ทำให้ได้ 
                                      ;                          IC  = Alpha *  IE                                  &n bsp;                 สมการที่ 7

                                                 จากความสัมพันธ์ดังกล่าว  หาค่า IB  ได้ดังนี้

  •                                       ;           IB  =  IE- IC 
                                          ;                 =  IE-  (Alpha* IE
                           IB  =  IE(1-Alpha)                                ;                          สมการที่ 8
                                     &nb sp;             ความสัมพันธ์คระหว่างอัลฟาและเบตา 
                                    &n bsp;               (The Relationship Between Alpha and Beta)  
         โดยทั่วไปสเปคของทรานซิสเตอร์จะระบุค่าเบตา แต่จะไม่มีค่าอัลฟาเนื่องจากมักใช้ค่าเบตาสำหรับ การคำนวณในวงจรทรานซิสเตอร์มากกว่าอัลฟา 
           แต่ในบางครั้งจำเป็นต้องหาค่าอัลฟาเพื่อคำนวณค่าอื่นต่อไป จึงมีวิธีการหาค่าอัลฟาในเทอมของเบตา โดยเริ่มต้นจาก

                                                             Alpha = IC / IE

                                                     เขียนสมการใหม่โดยใช้สมการที่4 แทนค่า IC และสมการที่5 แทนค่า IE

                                       & nbsp;          Alpha = Beta / ( 1+ Beta )                                 & nbsp;         สมการที่ 9

                                ;             IE = ( Beta + 1)*IB                                    &nbs p;             สมการที่ 10

                                                        พิกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุด  
                          &nbs 
พงษกร   เลี่ยมพรมราช

 
pongsakon [101.51.78.xxx] เมื่อ 14/01/2017 13:57
ความคิดเห็นของผู้เข้าชม
รูปประกอบความคิดเห็น :
ชื่อผู้แสดงความคิดเห็น :
สถานะ : รหัสผ่าน :
อีเมล์ :
ลิงค์ที่เกี่ยวข้อง :
รหัสความปลอดภัย :