ไดโอดเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะทางที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ทางเดียว ไดโอดนำกระแสไฟฟ้าไปในทิศทางเดียวเท่านั้นและจำกัดกระแสไฟฟ้าจากทิศทางตรงข้าม ไดโอดมีไบอัสย้อนกลับเมื่อทำหน้าที่เป็นฉนวน และไบอัสไปข้างหน้าเมื่อยอมให้กระแสไฟฟ้าไหล ไดโอดมีขั้วบวกและแคโทด การใช้งานไดโอดรวมถึงสวิตช์ ตัวปรับสัญญาณ เครื่องผสมสัญญาณ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า เครื่องจำกัดสัญญาณ ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ออสซิลเลเตอร์ และเครื่องแยกสัญญาณ

ไดโอดในไบอัสไปข้างหน้า

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับขั้วบวกเป็นค่าบวกเมื่อเทียบกับขั้วลบ นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าในไดโอดยังสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ จึงทำหน้าที่เป็นไฟฟ้าลัดวงจรและให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้

ไดโอดในไบอัสย้อนกลับ

หากแคโทดถูกทำให้เป็นบวกเมื่อเทียบกับแอโนด ไดโอดจะถูกไบอัสย้อนกลับ จากนั้นจะทำหน้าที่เป็นวงจรเปิดซึ่งส่งผลให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ไดโอดใช้ทำอะไร?

ระบบป้องกันไฟย้อนกลับ

ไดโอดบล็อกกิ้งใช้ในวงจรบางวงจรเพื่อป้องกันในกรณีที่เกิดปัญหาการเชื่อมต่อกลับขั้วโดยไม่ได้ตั้งใจ เช่น ต่อแหล่งจ่ายไฟ DC ผิดทางหรือสลับขั้ว การไหลของกระแสไฟฟ้าในทิศทางที่ผิดอาจสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบวงจรอื่นๆ ได้

ไดโอดสำหรับป้องกันกระแสย้อนกลับ

รูปด้านบนแสดงให้เห็นว่าไดโอดบล็อกกิ้งเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับโหลดและด้านบวกของแหล่งจ่าย ในกรณีเชื่อมต่อแบบย้อนกลับ กระแสจะไม่ไหลเนื่องจากไดโอดจะอยู่ในไบอัสย้อนกลับ โหลดจะได้รับการป้องกันจากกระแสย้อนกลับ อย่างไรก็ตาม หากขั้วถูกต้อง ไดโอดจะอยู่ในไบอัสไปข้างหน้า ดังนั้นกระแสโหลดจึงไหลผ่านได้

เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้าแบบง่าย

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าใช้เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าขาเข้าให้อยู่ในระดับที่ต้องการ และจะคงไว้เท่าเดิมแม้ว่าแหล่งจ่ายไฟจะผันผวนก็ตาม นอกจากนี้ยังใช้ควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกได้อีกด้วย ไดโอดซีเนอร์มักใช้เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในสภาวะไบอัสย้อนกลับ โดยไดโอดซีเนอร์จะทำงานเหมือนไดโอดสัญญาณปกติเมื่ออยู่ในสภาวะไบอัสไปข้างหน้า ในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าจะคงที่ตลอดช่วงกระแสที่กว้างเมื่อแรงดันย้อนกลับถูกจ่ายให้กับไดโอดซีเนอร์

ไดโอดซีเนอร์เป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

ในรูปด้านบน กระแสในไดโอดจะถูกจำกัดด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรมที่เชื่อมต่อกับวงจร เนื่องจากไดโอดเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่าย จึงทำหน้าที่เป็นไบอัสย้อนกลับที่สามารถทำงานในสภาวะพังทลายได้เช่นกัน ไดโอดที่มีกำลังไฟฟ้าสูงมักใช้เพราะสามารถรับมือกับไบอัสย้อนกลับที่สูงกว่าแรงดันพังทลายได้ กระแสไดโอดซีเนอร์จะอยู่ที่ระดับต่ำสุดเสมอหากมีการใช้แรงดันอินพุตขั้นต่ำและกระแสโหลดสูงสุด เมื่อพิจารณาจากแรงดันอินพุตและแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการแล้ว เราสามารถใช้ไดโอดซีเนอร์ที่มีแรงดันไฟเท่ากับแรงดันโหลดโดยประมาณ

เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า

กระแสที่ไหลผ่านไดโอดซีเนอร์จะลดลงในทิศทางเดียวกับกระแสโหลดเมื่อตัวต้านทานโหลดเชื่อมต่อแบบขนานกับไดโอดซีเนอร์ ปริมาณกระแสที่ไหลผ่านไดโอดซีเนอร์มีความสำคัญเนื่องจากเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้เสถียร เมื่อดูกราฟกระแส-แรงดันไฟของไดโอดซีเนอร์ คุณจะสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเหนือแรงดันพังทลาย ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าไดโอดซีเนอร์เหมาะที่สุดในการรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟตรงขนาดเล็ก กระแสจะเพิ่มขึ้นในขณะที่ความต้านทานของไดโอดลดลง ดังนั้น แรงดันไฟที่ไดโอดซีเนอร์จึงเกือบจะเท่ากัน โดยปกติแล้ว ตัวต้านทานจะเชื่อมต่อเพื่อให้แน่ใจว่ากำลังไฟฟ้าที่สูญเสียสูงสุดที่อนุญาตจะไม่เกิน

การแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง

ไดโอดมักใช้ในการสร้างวงจรเรียงกระแสประเภทต่างๆ เช่น วงจรเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่น วงจรเรียงกระแสแบบคลื่นเต็มคลื่น วงจรเรียงกระแสแบบแทปกลาง และวงจรเรียงกระแสแบบฟูลบริดจ์ การใช้งานหลักอย่างหนึ่งของไดโอดคือการเรียงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง

ระหว่างครึ่งวงจรบวกของแหล่งจ่ายอินพุต ขั้วบวกจะเปลี่ยนเป็นบวกเมื่อเทียบกับขั้วลบ ไดโอดจะอยู่ในไบอัสไปข้างหน้า ซึ่งทำให้กระแสไหลไปที่โหลด อย่างไรก็ตาม ระหว่างครึ่งวงจรลบของคลื่นไซน์อินพุต ขั้วบวกจะเปลี่ยนเป็นลบเมื่อเทียบกับขั้วลบ ดังนั้น ไดโอดจะอยู่ในไบอัสย้อนกลับ และไม่มีกระแสไหลไปที่โหลด แรงดันไฟฟ้าขาออกจะเป็น DC แบบพัลซิ่งเมื่อทั้งแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ด้านโหลดมีขั้วเดียว โหลดจะเป็นตัวต้านทานในครึ่งวงจรบวก และแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานโหลดจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย การไหลของกระแสโหลดจะแปรผันตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และแรงดันไฟฟ้าไซน์อินพุตจะอยู่ที่โหลด

ไดโอดทำงานอย่างไร?

ไดโอดถือเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีตัวนำสองขั้วและทำหน้าที่เป็นประตูทางเดียวสำหรับกระแสไฟฟ้า เซมิคอนดักเตอร์อาจเป็นตัวนำหรือฉนวนก็ได้ ความต้านทานสามารถควบคุมได้โดยการเพิ่มหรือลดความต้านทานซึ่งเรียกว่าการเจือปน การเจือปนคือกระบวนการเติมอะตอมของสิ่งเจือปนลงในวัสดุ

วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีอยู่ 2 ประเภท:

• วัสดุประเภท N – การเติมสารหนู ฟอสฟอรัส แอนติโมนี บิสมัท และธาตุที่มีประจุบวกอื่นๆ ในปริมาณหนึ่งสามารถผลิตวัสดุสารกึ่งตัวนำประเภท N ได้ วัสดุนี้มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น อนุภาคที่มีประจุลบเพิ่มขึ้นจะเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีประจุลบไปยังบริเวณที่มีประจุบวก
• วัสดุประเภท P – การเติมอะลูมิเนียม แกลเลียม โบรอน อินเดียม และอื่นๆ ในปริมาณหนึ่งสามารถผลิตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ประเภท P ได้ วัสดุนี้มีรูพรุนเพิ่มเติม

การมีรูหมายความว่าไม่มีอิเล็กตรอนและมีประจุบวก ทุกครั้งที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าไปในรู อิเล็กตรอนจะสร้างรูอีกรูหนึ่งไว้ด้านหลัง เนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงข้ามกับอิเล็กตรอน การรวมวัสดุประเภท N และประเภท P เข้าด้วยกันจะสร้างรอยต่อ PN คุณจะเห็นบริเวณการพร่องอิเล็กตรอนทั้งสองด้านของรอยต่อไดโอด บริเวณนี้จะถูกพร่องอิเล็กตรอนและรูอิสระ อิเล็กตรอนจากด้านประเภท N จะเติมเต็มรูที่ด้านประเภท P

Depletion Zone คืออะไร?

บริเวณการพร่องจะเกิดขึ้นเมื่อไม่มีแรงดันไฟฟ้าจ่ายไปยังไดโอด ดังนั้นอิเล็กตรอนจากวัสดุประเภท N จึงเติมเต็มช่องว่างจากวัสดุประเภท P ตามรอยต่อระหว่างชั้น ในบริเวณนั้น วัสดุประเภท N หรือประเภท P จะกลับคืนสู่สถานะฉนวนเดิม ไฟฟ้าไม่สามารถไหลไปยังบริเวณการพร่องได้ เนื่องจากช่องว่างทั้งหมดถูกเติมเต็ม และไม่มีอิเล็กตรอนอิสระหรือช่องว่างสำหรับไฟฟ้า

คุณจะเห็นรอยต่อ PN เมื่อรูเคลื่อนตัวจากด้าน P ไปยังวัสดุประเภท N และเผยให้เห็นประจุลบ จากนั้นคุณจะเห็นรูและอิเล็กตรอนแพร่กระจายไปยังอีกด้านหนึ่ง หลังจากนั้น บริเวณการพร่องจะเริ่มก่อตัว

ไดโอดวัตถุประสงค์พิเศษ

ไดโอดซีเนอร์

ไดโอดซีเนอร์ประกอบด้วยรอยต่อ PN ที่ถูกเจือปนอย่างหนัก ซึ่งจะนำกระแสในทิศทางย้อนกลับเมื่อถึงแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด นอกจากนี้ยังอนุญาตให้กระแสไหลในทิศทางไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ ไดโอดซีเนอร์มักใช้ในเครื่องป้องกันไฟกระชาก ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า องค์ประกอบอ้างอิง และการใช้งานสวิตชิ่งและวงจรตัดอื่นๆ

ไดโอดชอตต์กี้

ไดโอด Schottkyมีแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำแต่มีการสลับที่รวดเร็วมาก รอยต่อระหว่างโลหะและเซมิคอนดักเตอร์จะก่อตัวขึ้นระหว่างโลหะและเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งสร้างกำแพง Schottky แรงดันตกคร่อมขั้วไดโอดจะมีขนาดเล็กเมื่อกระแสไหลผ่านไดโอด ยิ่งแรงดันตกคร่อมต่ำเท่าไร ประสิทธิภาพของระบบก็จะดีขึ้นและความเร็วในการสลับก็จะสูงขึ้นเท่านั้น การใช้งานทั่วไปของไดโอด Schottky คือในความถี่วิทยุ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าในแอปพลิเคชันพลังงานบางประเภท และมิกเซอร์

ไดโอดเรกติไฟเออร์

ไดโอดเรียงกระแสสามารถเป็นแบบไบอัสหรือแบบไม่มีไบอัสก็ได้ ไดโอดเรียงกระแสจะไบอัสเมื่อไม่มีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้ ในช่วงเวลานี้ ด้าน P จะมีรูพาประจุเป็นส่วนใหญ่และมีอิเล็กตรอนน้อยมาก ในขณะที่ด้าน N จะมีอิเล็กตรอนเป็นส่วนใหญ่และมีรูน้อยมาก ในทางกลับกัน ไดโอดจะไบอัสไปข้างหน้าเมื่อขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับด้านประเภท P และขั้วลบเชื่อมต่อกับด้านประเภท N ไดโอดจะไบอัสย้อนกลับเมื่อขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับปลายประเภท N และขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับปลายประเภท P ของไดโอด จะไม่มีกระแสไหลผ่านไดโอด ยกเว้นกระแสอิ่มตัวย้อนกลับ เนื่องจากชั้นการพร่องของรอยต่อจะกว้างขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าไบอัสย้อนกลับเพิ่มขึ้น ไดโอดเรียงกระแสมักใช้เป็นส่วนประกอบในแหล่งจ่ายไฟที่แปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

ไดโอดสัญญาณ

ไดโอดสัญญาณมักใช้ในการตรวจจับสัญญาณ โดยทั่วไปจะมีพิกัดกระแสสูงสุดต่ำและแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าปานกลางถึงสูง การใช้งานทั่วไปอย่างหนึ่งของไดโอดสัญญาณคือการเป็นสวิตช์ไดโอดพื้นฐาน

ไดโอดเจอร์เมเนียม

ไดโอดเจอร์เมเนียมมีค่าแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าต่ำในตัว โดยทั่วไปอยู่ที่ 0.3 โวลต์ แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าที่ต่ำส่งผลให้สูญเสียพลังงานน้อยลงและไดโอดมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้ดีกว่าไดโอดซิลิกอนในหลายๆ ด้าน ไดโอดเจอร์เมเนียมมีความสำคัญมากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณต่ำมาก เช่น ในการตรวจจับสัญญาณจากเสียงไปยังความถี่ FM และในวงจรลอจิกระดับต่ำ ไดโอดเจอร์เมเนียมมีกระแสไฟรั่วที่แรงดันย้อนกลับมากกว่าไดโอดซิลิกอน

ไดโอดแบบแยกส่วน

ไดโอดแบบแยกจุดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งที่เรียบง่ายที่สุด แต่ต่างจากไดโอดชนิดอื่นตรงที่ไดโอดไม่มีพฤติกรรมเชิงเส้นเมื่อเทียบกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ไดโอดมีความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้ากระแสแบบเลขชี้กำลัง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P รวมกับเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ทำให้เกิดกำแพงศักย์ไฟฟ้าขวางจุดแยกไดโอด

เงื่อนไข “การไบอัส” ที่เป็นไปได้สามประการสำหรับไดโอดจุดต่อมาตรฐาน

1. ไบอัสไปข้างหน้า – ศักย์ไฟฟ้าจะเชื่อมต่อในเชิงลบกับวัสดุชนิด N และในเชิงบวกกับวัสดุชนิด N ทั่วไดโอด ซึ่งจะลดความกว้างของไดโอดที่จุดต่อ PN
2. อคติย้อนกลับ – ศักย์ไฟฟ้าจะเชื่อมต่อบวกกับวัสดุชนิด N และลบกับวัสดุชนิด P ทั่วไดโอด ซึ่งจะเพิ่มความกว้างของไดโอดที่จุดต่อ PN
3. Zero Bias – ไม่มีการนำศักย์แรงดันไฟฟ้าภายนอกไปใช้กับไดโอดจุดต่อ PN

หวังว่าบทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจเกี่ยวกับไดโอดและการทำงานของไดโอดได้ดียิ่งขึ้น

‍