E-LEARNING บทเรียนออนไลน์ วิชาไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น รหัสวิชา 2100-1003

บทที่  11 

เรื่อง  ทรานซิสเตอร์

    โดยอาจารย์ พันธ์ศักดิ์  พลอินทร์

จุดประสงค์การเรียนรู้

1.บอกชนิดและโครงสร้างของทรานซิสเตอร์ชนิด   ต่าง ๆได้
2.เขียนสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ชนิดต่าง ๆได้
3.อธิบายการทำงานของทรานซิสเตอร์ได้
4.เลือกทรานซิสเตอร์ใช้งานได้ถูกต้อง
5.เขียนวงจรการใช้งานของทรานซิสเตอร์ได้บอกขั้นตอนการทดสอบและอาการดีหรือเสียของทรานซิสเตอร์ถูกต้อง

                                                                                                            

เนื้อหาสาระ


ทรานซิสเตอร์
                    ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1948 และได้ผลิตทรานซิสเตอร์ชนิดจุดสัมผัสขึ้นเป็นครั้งแรก ต่อมาได้ผลิตทรานซิสเตอร์แบบรอยต่อใช้งานเป็นผลสำเร็จ ทรานซิสเตอร์ชนิดรอยต่อเป็นทรานซิสเตอร์ที่นิยมใช้อย่างกว้างขวางและได้มีการพัฒนาปรับปรุงมาถึงทรานซิสเตอร์แบบเชื่อมต่อหรือเรียกว่าแบบจังชั่น (JUNCTION – TYPE)

ชนิดของทรานซิสเตอร์

                การแบ่งชนิดของทรานซิสเตอร์ขึ้นอยู่กับผู้แบ่งว่าจะแบ่งตามลักษณะใดถ้าแบ่งตามสารที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์แบ่งได้คือทรานซิสเตอร์ทำจากเยอร์มาเนี่ยมและทรานซิสเตอร์ที่ทำจากซิลิคอนถ้าแบ่งตามลักษณะใช้งานคือแบ่งเป็นทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นสวิตซ์ ทำหน้าที่ขยายกำลัง ทำหน้าที่ขยายความถี่สูง เป็นต้น การแบ่งทรานซิสเตอร์ที่เป็นการยอมรับในปัจจุบันคือ แบ่งตามโครงสร้างของสารที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์ คือ
                1.  ทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี (P N P)
                2.  ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น (N P N)

โครงสร้างและสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์

                1.  ทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี การสร้างใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นอยู่ตรงกลางต่อหัวท้ายด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพี ตามรูป

 

 

 

 


ภาพที่ 11.1  แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี

                2. ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น โครงสร้างจะมีลักษณะเช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์แบบ
พี เอ็น พี แต่สลับสารกึ่งตัวนำ โดยนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีไว้ตรงกลางต่อหัวท้ายด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ตามรูป
                    

 

 

 


ภาพที่ 11.2  แสดงโครงสร้างและสัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น (NPN)
                รอยต่อหรือรอยเชื่อมของสารที่ใช้ทำทรานซีสเตอร์มี 3 ขา เรียกขาทั้ง 3 ของทรานซิสเตอร์ว่า คอลเลคเตอร์ (COLLECTOR) ใช้อักษรต่อตัว C เบส (BASE) ใช้อักษรย่อตัว B และ อิมิตเตอร์ (EMITTOR) ใช้อักษรย่อว่า E

การทำงานของทรานซิสเตอร์

                ทรานซิสเตอร์จะทำงานได้ ต้องต่อแรงดันไฟตรงให้กับขาทั้ง 3 ของทรานซิสเตอร์ แรงดันไฟตรงที่ต่อให้ขาของทรานซิสเตอร์เรียกว่า ไฟไบแอส (BIAS) การต่อแรงดันไฟไบแอสมีข้อกำหนด ดังนี้
                1.  ระหว่างขาอิมิตเตอร์ (E) กับขาเบส (B) ต้องต่อแรงดันไฟแบบไบแอสตามหรือเรียกว่า ฟอร์เวิร์ดไบแอส (FORWARD BIAS)
                2.  ระหว่างขาเบส (B) กับขาคอลเลคเตอร์ (C) ต้องต่อแรงดันไฟแบบไบแอสย้อนหรือเรียกว่า รีเวอสไบแอส (REVERSE BIAS)



   

 

 

 

 

ไบแอสตาม                                            ไบแอสย้อน


ภาพที่ 11.3  แสดงการต่อไบแอสให้ทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี



 

 

 

 

 

ไบแอสตาม                                            ไบแอสย้อน


ภาพที่ 11.4  แสดงการต่อไบแอสให้ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น

กระแสไหลในตัวทรานซิสเตอร์

                เมื่อต่อไบแอสให้กับขาของทรานซิสเตอร์โดยต่อไบแอสตามระหว่างขาอิมิตเตอร์กับขาเบส และต่อไบแอสย้อนระหว่างขาเบสกับคอลเลคเตอร์ ทั้งทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี และ เอ็น พี เอ็น
                ทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี กระแสอิมิตเตอร์จะไหลเข้าตัวทรานซิสเตอร์ โดยเข้าทาง  ขาอิมิตเตอร์แล้วแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนหนึ่งผ่านไปทางเบส ส่วนหนึ่งไปทางคอลเลคเตอร์ ตามภาพ


 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.5  แสดงกระแสไหลในทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี
                ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็นกระแสเบสและกระแสคอลเลคเตอร์จะไหลเข้าหาตัวทรานซิสเตอร์และจะมารวมกันที่อิมิตเตอร์เป็นกระแสอิมิตเตอร์ ตามรูป


 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.6  แสดงกระแสไหลในทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น
การไหลของกระแสไฟในตัวทรานซิสเตอร์ ทิศทางการไหลของกระแสไฟจะไหลใน ทิศทางใดก็ตาม กระแสอิมิตเตอร์จะเป็นผลรวมของกระแสเบสกับกระแสคอลเลคเตอร์เสมอนั่นคือ
                                กระแสอิมิตเตอร์                 =             กระแสเบส + กระแสคอลเลคเตอร์
                                                           IE            =             IB + IC

การจัดวงจรทรานซิสเตอร์

                ทรานซิสเตอร์ถูกสร้างขึ้นมาใช้ขยายสัญญาณแทนหลอดสูญญากาศ ดังนั้นวงจรขยายของทรานซิสเตอร์สามารถเขียนเป็นแผนผังได้ตามรูป


 

 

 

 


ภาพที่ 11.7  แสดงแผนผังของวงจรขยาย
                ตามรูปจะเห็นว่ามีทางเข้าของสัญญาณเรียกว่า อินพุต (INPUT) วงจรขยายสัญญาณ เมื่อสัญญาณถูกขยายจะมีทางออกของสัญญาณ เรียกว่า เอาต์พุต (OUTPUT)
                ระหว่างทางเข้าและทางออกของสัญญาณจะมีสายร่วม สายร่วมในวงจรขยายต้องต่อลงดินหรือลงแท่นเรียกว่าสายกราวด์ (GROUND) ดังนั้นการจัดวงจรขยายของทรานซิสเตอร์ต้องจัดวงจรให้เกิดการขยายได้ นั่นคือ ต่อแรงดันไฟไบแอสให้กับขาทั้ง 3 ของทรานซิสเตอร์ โดยให้แรงดันไฟต่ำทางด้านเข้าและแรงดันไฟสูงทางด้านออก


 

 

 

 

 

 

 


แสดงการต่อไบแอสให้ทรานซิสเตอร์ พี เอ็น พี          แสดงการต่อไบแอสให้ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น

ภาพที่  11.8  แสดงการต่อไบแอสให้ทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์แบบ พี เอ็น พี แรงดันไฟที่ขาคอลเลคเตอร์เป็นไฟลบ (-) ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น แรงดันไฟที่ขาคอลเลคเตอร์เป็นไฟบวก (+) ตามรูป จะเห็นว่าการจัดแรงดันไฟให้กับขาของทรานซิสเตอร์ทั้ง 3 ขา ต้องมีแหล่งจ่ายแรงดันไฟ 2 ชุด  ทั้งทรานซิสเตอร์แบบ  พี เอ็น พี และ เอ็น พี เอ็น เพื่อความสะดวกในการจัดแรงดันไฟไบแอสต้องต่อตัวต้านทานเข้าที่ ขาเบสของทรานซิสเตอร์และแหล่งจ่ายแรงดันไฟ เพื่อลดแหล่งจ่ายไม่ให้เหลือเพียงชุดเดียวตัวต้านทานจะเป็นตัวจัดแรงดันไฟไบแอสให้กับเบส



 

 

 

ทรานซิสเตอร์แบบ  P N P                                   ทรานซิสเตอร์แบบ  N P N


ภาพที่ 11.9  แสดงการต่อตัวต้านทาน (R1) เป็นตัวทำไบแอส

การให้ไบแอสในวงจรทรานซิสเตอร์

                ถ้านำทรานซิสเตอร์ไปใช้งาน สิ่งสำคัญคือการจัดแรงดันไฟให้แก่วงจรทรานซิสเตอร์ ทั้งนี้เพราะทรานซิสเตอร์แต่ละเบอร์มีคุณสมบัติในการทำงานไม่เท่ากัน ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องจัดแรงดันไฟไบแอสให้แก่ทรานซิสเตอร์ การจัดแรงดันไฟไบแอสให้ทรานซีสเตอร์มีดังนี้
                1.  การให้ไบแอสแบบคงที่ (FIXED BIAS)   การให้ไบแอสแบบคงที่เป็นวิธีการให้ไบแอสที่ง่าย โดยใช้แหล่งจ่ายไฟชุดเดียวและใช้ตัวต้านทานเป็นตัวลดค่าแรงดันไฟลงเป็นไบแอส


 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.10  แสดงการให้ไบแอสแบบคงที่
                2.  การให้ไบแอสแบบในตัวเอง (SELF BIAS) การให้ไบแอสแบบในตัวเองนั้นอาศัยการที่แรงดันไฟที่คอลเลคเตอร์กับเบสจะเหมือนกันเมื่อเทียบกับอิมิตเตอร์ เพียงแต่ที่คอลเลคเตอร์จะมีแรงดันไฟมากกว่าเบสเท่านั้น ดังนั้นการจัดไบแอสทำได้โดยเอาตัวต้านทานเป็นตัวลดแรงดันไฟที่คอลเลคเตอร์ให้ต่ำลดแล้วป้อนให้แก่เบส การให้ไบแอสแบบนี้ทำให้เสถียรภาพของวงจรไม่ดีเมื่อเทียบกับแบบไบแอสคงที่ เพราะแรงดันไฟทางคอลเลคเตอร์เปลี่ยนแปลงด้วยเช่นกัน จึงทำให้เสถียรภาพของวงจรไม่ดี



 

 

 

 

 

ภาพที่ 11.11  แสดงการให้ไบแอสในตัวมันเอง
ถ้าจำเป็นต้องใช้วิธีการให้ไบแอสแบบนี้ และต้องการให้วงจรมีเสถียรภาพดีขึ้นให้ใส่ ตัวต้านทานเข้าไปอีกหนึ่งตัว  โดยต่ออันดับกับตัวต้านทานตัวที่ทำให้ไบแอสให้กับเบส    และต่อตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทไลท์ขนานกับตัวต้านทานที่ต่อเข้าไปใหม่ ตามวงจร


 

 

 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.12  แสดงการเพิ่มเสถียรภาพวงจรให้ไบแอสในตัวเอง
3. การให้ไบแอสแบบแบ่งแรงดันไฟหรือแบบโวลต์เตจดีไวเดอร์ (VOLTAGE DIVIDER BIAS) การให้ไบแอสแบบนี้ทำให้รักษาระดับแรงดันไฟที่เบสให้คงที่ โดยการต่อตัวต้านทานที่เบส 2 ตัว แม้ว่าทรานซิสเตอร์จะทำงานหรือไม่ทำงาน แรงดันไฟที่ตกคร่อมตัวต้านทานทั้งสองยังมีตามปกติ เหตุนี้เองทำให้วงจรขยายของทรานซิสเตอร์มีเสถียรภาพดี


 

 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.13  แสดงการให้ไบแอสแบบโวลต์เตจดีไวเดอร์

การเชื่อมต่อสัญญาณหรือการคับปลิ้ง (Coupling)
                การขยายสัญญาณด้วยทรานซิสเตอร์ตัวเดียว  ยังไม่พอสำหรับการขยายสัญญาณ ดังนั้น ถ้าต้องการขยายสัญญาณให้มีกำลังสูงขึ้น จะต้องใช้วงจรขยายหลายวงจรโดยนำสัญญาณที่ขยายจากวงจรหนึ่งส่งต่อไปให้อีกวงจรหนึ่ง  ขยายต่อและส่งต่อไปเรื่อยๆการส่งต่อสัญญาณจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่งเรียกว่าการเชื่อมต่อสัญญาณหรือการคัปปลิ้งมีวิธีการเชื่อมต่อสัญญาณหลายวิธี คือ
                1.  การเชื่อมต่อสัญญาณแบบตัวต้านทานกับตัวเก็บประจุหรืออาร์ ซี คัปปลิ้ง  (R.C Coupling) การเชื่อมต่อสัญญาณแบบนี้ ตัวต้านทานกับตัวเก็บประจุต้องต่อกับขาคอลเลคเตอร์ของทรานซิสเตอร์ตัวหน้าและขาเบสของทรานซิสเตอร์ตัวหลังตัวเก็บประจุทำหน้าที่เชื่อมต่อความถี่ต่ำและกั้นแรงดันไฟไบแอสไม่ให้ปนกัน  ดังนั้นค่าความจุของตัวเก็บประจุจะต้องมีค่าพอที่ให้สัญญาณความถี่ต่ำผ่านได้ดี

 

 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.14 แสดงการเชื่อมต่อแบบอาร์-ซี คัปปลิ่ง
                2. การเชื่อมต่อแบบหม้อแปลงหรือทรานสฟอร์เมอร์คัปปลิ้ง (Transformer Coupling) เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่ง โดยอาศัยทฤษฎีการเหนี่ยวนำของขดลวดในหม้อแปลงนอกจากนี้หม้อแปลงยังทำหน้าที่เป็นโหลด (Load) ของวงจรด้วยข้อสำคัญของการเชื่อมต่อสัญญาณแบบหม้อแปลง คือ ค่าอิมพีแดนซ์ของขดลวดจะต้องพอดีกับวงจร   จึงจะทำการเชื่อมต่อสัญญาณได้ดี


 

 

 

 

 

 

 
ภาพที่ 11.15  แสดงการเชื่อมต่อแบบหม้อแปลง
3. การเชื่อมต่อแบบใช้อิมพีแดนซ์ (Impedance coupling)  เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณแบบใช้ขดลวดหรือโช้ก (Choke)  ร่วมกับตัวเก็บประจุด  โดยให้ขดลวดเป็นโหลดทางขาคอลเลคเตอร์เหมือนกับการเชื่อมต่อสัญญาณด้วยหม้อแปลง


 

 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.16 แสดงการเชื่อมต่อสัญญาณแบบอิมพีแดนซ์
                4. การเชื่อมต่อโดยตรง (Direct Coupling) เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณโดยไม่ต้องมีอุปกรณ์อย่างอื่นช่วยเมื่อสัญญาณถูกขยายด้วยวงจรด้านหน้าส่งเข้าทางด้านเข้าของวงจรขยายด้านหลัง   การเชื่อมต่อสัญญาณแบบนี้ให้การตอบสนองความถี่เสียงดีที่สุด เป็นผลให้เสียงมีคุณภาพดี


 

 

 

 

 

 

 
ภาพที่ 11.17 แสดงการเชื่อมต่อโดยตรง

การทดสอบทรานซิสเตอร์

          การวัดหาขาและชนิดของทรานซิสเตอร์  ทรานซิสเตอร์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมีจำนวนมาก  มีการกำหนดขาใช้งานไม่เหมือนกัน  โดยเฉพาะทรานซิสเตอร์ที่ทำจากเยอร์มาเนียม  จะทำเครื่องหมายวงกลม  รูปสามเหลี่ยมและจุดต่างๆไว้ที่ขาคอลเลคเตอร์   บางครั้งเครื่องหมายลบเลือนไป  การใช้เครื่องมือวัดหาขาของทรานซิสเตอร์จึงเป็นสิ่งจำเป็น  ลำดับขั้นการวัดหาขาของทรานซิสเตอร์มีดังนี้

              1.วัดหาขาเบสการวัดหาขาเบสเป็นการวัดที่ง่ายที่สุด เพราะขาเบสของทรานซิสเตอร์อยู่ตรงกลางตามโครงสร้าง


                                       

 

 

 


ภาพที่  11.18  แสดงโครงสร้างของทรานซิสเตอร์


 

 

 

 

 

 

 


ภาพที่ 11.19 แสดงการวางของของทรานซิสเตอร์


วิธีการวัดให้ปฏิบัติดังนี้

    1. เตรียมเครื่องมือวัดค่าความต้านทานตำแหน่ง x10 ปรับซีโร่โอห์ม
    2. ใช้สายเส้นใดเส้นหนึ่งจับขาของทรานซิสเตอร์ขาใดขาหนึ่งเป็นหลัก  แล้วใช้สายเส้นที่เหลือจับขาทรานซิสเตอร์ที่เหลือทีละขา
    3. อ่านค่าความต้านทานบนสเกล   ถ้าค่าความต้านทานเท่ากันทางด้านค่าความต้านทานต่ำหรือค่าความต้านทานสูงก็ตาม  แสดงว่าขาของทรานซิสเตอร์ที่เป็นขาหลักในการวัดคือขาเบส
    4. ถ้าอ่านค่าความต้านทานที่วัดทั้งสองครั้งไม่เท่ากัน  ให้เปลี่ยนขาหลักใหม่ จนกว่าจะได้ค่าความต้านทานเท่ากันหรือใกล้เคียงกันทั้งสองครั้ง


 

 

 

 

 

ภาพที่ 11.20  แสดงการวัดหาขาเบส

  1. วัดหาชนิดของทรานซิสเตอร์แบบพี เอ็น พี หรือ เอ็น พี เอ็น

วิธีการวัดให้ปฏิบัติดังนี้

                นำผลการวัดหาขาเบสเป็นหลัก ถ้าเข็มของมิเตอร์ชี้ค่าความต้านทานต่ำทั้งสองครั้งและสายสีแดงจับขาหลัก  แสดงว่าทรานซิสเตอร์ตัวที่วัดนั้นเป็นแบบ พี เอ็น พี  ถ้าใช้สายสีดำจับขาหลักค่าความต้านทานต่ำทั้งสองครั้ง  ทรานซิสเตอร์เป็นแบบ เอ็น พี เอ็น
หมายเหตุ  การวัดนี้ใช้เครื่องวัดที่ผลิตจากประเทศญี่ปุ่น  ไต้หวัน  เช่น  ยี่ห้อ ซันวา 
สแตนดาร์ด  ยูเนี่ยน  ถ้าใช้เครื่องวัดที่ผลิตจากประเทศอเมริกา เช่น ซิมสัน หรือ RCA  ผลการวัดหาขาเบสชนิดของทรานซิสเตอร์จะตรงกันข้าม


              3. วัดหาขาอิมิตเตอร์และขาคอลเลคเตอร์

วิธีการวัดให้ปฏิบัติดังนี้

                3.1 ต้องรู้ขาเบส และชนิดของทรานซิสเตอร์
                3.2 เตรียมเครื่องมือวัดในตำแหน่งค่าความต้านทาน x10
                3.3 เอาสายเครื่องมือวัดจับขาที่ไม่ใช่ขาเบส ขาละเส้น
                3.4 ถ้าค่าความต้านทานเป็นแบบ พี เอ็น พี ให้เอามือแตะขาเบสกับขาที่สายสีแดงจับ  ถ้าแตะแล้วเข็มกระดิก ขาที่สายสีแดงจับเป็นขาคอลเลคเตอร์ ถ้าแตะแล้วเข็มไม่กระดิกให้สลับสายวัดแล้วแตะใหม่  คือแตะขาเบสกับขาที่สายสีแดงจับใหม่เข็มจะต้องกระดิกขาที่สายสีแดงจับเป็นขาคอลเลคเตอร์ขาที่สายสีดำจับเป็นขาอิมิตเตอร์ ถ้าสลับสายวัดแล้วเข็มไม่กระดิกแสดงว่าค่าความต้านทานที่นำมาวัดเสีย
                3.5 ถ้าค่าความต้านทานแบบ เอ็น พี เอ็น ให้แตะขาเบสกับขาที่สายสีดำจับ  ถ้าเข็มกระดิกขาที่สายสีดำจับจะเป็นขาคอลเลคเตอร์  ถ้าเข็มไม่กระดิกให้สลับสายวัดใหม่  แล้วปฏิบัติเหมือนเดิม คือ แตะขาเบสกับขาที่สายสีดำจับ  เข็มจะต้องกระดิก  แสดงว่าที่สายสีดำจับเป็นขาคอลเลคเตอร์  ขาสายสีแดงจับเป็นขาอิมิตเตอร์


 

 

 

 

 

 

ภาพที่ 11.21 แสดงการวัดหาขาอิมิตเตอร์และขาคอลเลคเตอร์

 

4. วัดหาสารกึ่งตัวนำที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์  วิธีการนี้อาจไม่จำเป็นเพราะปัจจุบันทรานซิสเตอร์ที่ใช้ส่วนใหญ่เป็นทรานซิสเตอร์แบบซิลิคอน  สำหรับผู้ที่มองรูปตัวถุงของทรานซิสเตอร์ไม่ออก   สามารถวัดได้ด้วยมัลติมิเตอร์ในตำแหน่งวัดค่าความต้านทานดังนี้
                4.1 เตรียมมัลติมิเตอร์ในตำแหน่ง x1K
                4.2 นำสายทั้งสองจับขาอิมิตเตอร์และขาคอลเลคเตอร์  สังเกตเข็มเครื่องมือวัดแล้วสลับสายวัดแล้วพิจารณาดังนี้
                4.3 ถ้าวัดแล้วเข็มไม่กระดิกให้สลับสายวัด ถ้าสลับสายวัดแล้วเข็มไม่กระดิกอีกทรานซิสเตอร์ตัวนั้นเป็นทรานซิสเตอร์ทำจากซิลิคอน
                4.4 ถ้าวัดแล้วเข็มไม่กระดิกหรือกระดิกเล็กน้อย  ให้สลับสายวัด  ถ้าสลับสายวัดแล้วเข็มกระดิกมากทรานซิสเตอร์ตัวนั้นเป็นทรานซิสเตอร์ทำจากเยอร์มาเนียม



 

 

 

 

 

ภาพที่ 11.22 แสดงการวัดหาสารกึ่งตัวนำที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์


5. วัดหาขาชีลด์ (Shield) ทรานซิสเตอร์บางตัวมีขาต่อใช้งาน 4 ขา  ซึ่งตามปกติมี 3 ขา  ส่วนขาที่ 4 คือขาชีลด์ โดยต่อติดกับตัวถังของทรานซิสเตอร์เพื่อระบายสัญญาณรบกวนลงกราวด์  ส่วนมากจะเป็นทรานซิสเตอร์ที่สร้างขึ้นใช้ในย่านความถี่สูง  


วิธีการวัดหาขาชีลด์ให้ปฏิบัติดังนี้
                5.1 เตรียมมัลติมิเตอร์ในตำแหน่ง  x1
                5.2 เอาสายเครื่องมือวัดสายใดสายหนึ่งจับตัวถังของทรานซิสเตอร์  สายที่เหลือและขาทรานซิสเตอร์ทีละขา  เมื่อแตะแล้วเข็มกระดิกขึ้นขานั้นเป็นขาชีลด์



 

 

 

 

ภาพที่ 11.21 แสดงการวัดหาขาชีลด์

6. วัดหาอัตราการขยายของทรานซิสเตอร์หรือค่า  hFE   ซึ่งค่าอัตราการขยายของทรานซิสเตอร์ผู้ผลิตจะบอกไว้ในคู่มือ  อัตราการขยายของทรานซิสเตอร์ได้มาจากการเปรียบเทียบของกระแสคอลเลคเตอร์กับกระแสเบส คือ
hFE        =         Ic/Ib      
การวัดเพื่อหาอัตราการขยาย ต้องมีสายวัดโดยเฉพาะของเครื่องมือวัดนั้นๆ  เรียกว่าสายโพรบ (Probe) ในสายโพรบจะมีสาย  2 เส้น พร้อมกับขั้วเสียบ ตามรูป



 

 

 

 

ภาพที่ 11.24 แสดงการหาอัตราการขยายของทรานซิสเตอร์

                7. วัดหาค่ากระแสรั่วไหล  ค่ากระแสรั่วไหลของทรานซิสเตอร์หมายถึง กระแสรั่วไหลระหว่างขาอิมิตเตอร์และขาคอลเลคเตอร์ขณะวงจรเปิด  ดังนั้นก่อนทำการวัดจะต้องตัดวงจรเบสออกก่อน  นั้นคือไบแอสที่ขาเบสไม่มี  ค่ากระแสรั่วไหลของทรานซิสเตอร์เรียกย่อว่า ค่า ICEO

การวัดหาค่ากระแสรั่วไหลปฏิบัติดังนี้

        7.1 เตรียมมัลติมิเตอร์ในตำแหน่ง  x1  สำหรับทรานซิสเตอร์กำลังและ x10 สำหรับทรานซิสเตอร์ทั่วไป

    1. ทรานซิสเตอร์แบบ เอ็น พี เอ็น   สายสีแดงจับขาคอลเลคเตอร์สายสีดำจับขาอีมิตเตอร์
    2. ทรานซิสเตอร์เอ็น พี เอ็น สายสีดำจับขาคอลเลคเตอร์  สายสีแดงจับขาอีมิตเตอร์
    3. อ่านค่าบนสเกลที่เขียน ICEO   ถ้าเครื่องมือวัดอยู่ในตำแหน่ง x1 อ่านค่าแล้วคูณด้วย 10 ถ้ามิเตอร์อยู่ที่ตำแหน่ง x10 อ่านได้โดยตรง  ค่าที่ได้เป็นมิลลิแอมป์

 

 

ภาพที่ 11.23 แสดงสเกลอ่านค่า HFE

 

 บทสรุป

  ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งทำจากสารกึ่งตัวนำ  มี 2 แบบ คือ

  1. แบบ พี เอ็น พี (PNP)
  2. แบบ เอ็น พี เอ็น (NPN)

การทำงานของทรานซิสเตอร์

                ทรานซิสเตอร์จะทำงานได้ต้องต่อแรงดันไฟตรงให้กับขาทั้ง 3 ขาของทรานซิสเตอร์ การต่อแรงดันไฟตรงให้กับขาของทรานซิสเตอร์เรียกว่าไบแอส  (Bias) มีกฎการต่อแรงดันไฟตรงให้กับขาของทรานซิสเตอร์ ดังนี้

  1. ระหว่างขาอิมิตเตอร์กับขาเบสต้องต่อไบแอสตามหรือฟอร์เวิทไบแอส  (Forward bias)
  2. ระหว่างขาเบสกับขาคอลเลคเตอร์ต้องต่อไบแอสย้อนหรือรีเวอร์สไบแอส  (Reverse bias)
    ทรานซิสเตอร์สร้างขึ้นเพื่อใช้ขยายสัญญาณแทนหลอดสูญญากาศ บางตัวสร้างสำหรับ   ใช้วงจรขยายย่านความถี่ต่ำ บางตัวใช้ขยายสัญญาณย่านความถี่สูง การที่จะทราบว่าทรานซิสเตอร์ทำงานในย่านความถี่ใดดู  ได้จากคู่มือการใช้งานของทรานซิสเตอร์ ในคู่มือจะบอกลักษณะ  รูปร่าง  ตัวถัง  การวางตำแหน่งขา  แรงดันไฟ  และกระแสตามขาต่างๆของทรานซิสเตอร์ขณะใช้งาน
    วงจรขยายสัญญาณของทรานซิสเตอร์มี3แบบ คือ

1. วงจรขยายแบบอิมิตเตอร์ร่วม  คือ วงจรที่ให้สัญญาณที่ต้องการขยายเข้าทางขาเบส 

สัญญาณที่ขยายแล้วออกทางขาคอลเลคเตอร์  โดยขาอิมิตเตอร์เป็นขาร่วมทางเข้าและทางออก   ของสัญญาณ

2. วงจรขยายแบบเบสร่วม คือ วงจรที่ให้สัญญาณที่ต้องการขยายเข้าทางขาอิมิตเตอร์

สัญญาณที่ขยายแล้วออกทางคอลเลคเตอร์ โดยขาเบสเป็นขาร่วมทางเข้าและทางออกของสัญญาณ

3. วงจรขยายแบบคอลเลคเตอร์ร่วม  คือวงจรที่ให้สัญญาณที่ต้องการขยายเข้าทางขาเบส  สัญญาณที่ขยายแล้วออกทางอิมิตเตอร์ โดยขาคอลเลคเตอร์เป็นขาร่วมทางเข้าและทางออกของสัญญาณ

การให้ไบแอสในวงจรทรานซิสเตอร์

การให้ไบแอสในวงจรทรานซิสเตอร์มีดังนี้

               การให้ไบแอสคงที่เป็นการให้ไบแอสโดยมีแหล่งจ่ายแรงดันให้กับขาของทรานซิสเตอร์จะเป็นแรงดันไฟบวกหรือลบขึ้นอยู่กับชนิดของทรานซิสเตอร์  ถ้าต้องการลดแรงดันให้ต่ำลงใช้ตัวต้านทานเป็นตัวลดค่าแรงดันให้ได้ตามต้องการ

              การให้ไบแอสในตัวเอง  เป็นการให้ไบแอสโดยวิธีการใช้ตัวต้านทาน  เป็นตัวลดแรงดันไฟฟ้าที่ขาคอลเลคเตอร์ไปให้ขาเบส  การให้ไบแอสแบบนี้จะทำให้เสถียรภาพของวงจรไม่ดี

  1. การให้ไบแอสแบ่งแรงดันไฟ  หรือเรียกว่าโวลเตจดีไวเดอร์  (Voltage divider bias)  เป็นวิธีการให้ไบแอสแก่วงจรขยายของทรานซิสเตอร์ที่ดีกว่าแบบอื่นๆ  การให้ไบแอสแบบนี้ คือ ต่อตัวต้านทานเข้าที่วงจรเบส 2 ตัว  ตัวต้านทานจะเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟให้กับเบส  ทรานซิสเตอร์จะทำงานหรือไม่ทำก็ตาม   แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานยังคงที่ทำให้วงจรขยายของทรานซิสเตอร์มีเสถียรภาพดี

การเชื่อมต่อสัญญาณหรือการคัปปลิ้ง  (Coupling)
ในวงจรขยายของทรานซิสเตอร์  ถ้าต้องการขยายสัญญาณให้มีความแรงเพิ่มขึ้นต้องใช้วงจรขยายหลายวงจร  โดยการส่งผ่านสัญญาณให้แต่ละวงจร   การส่งผ่านสัญญาณจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่ง  เรียกว่า การเชื่อมต่อสัญญาณหรือการคัปปลิ้ง


การเชื่อมต่อสัญญาณ
1. อาร์ ซี คัปปลิ้ง  (R-C Coupling) เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณแบบใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ  ต่อเข้าขาคอลเลคเตอร์ของทรานซิสเตอร์   วงจรหน้าและขาเบสของทรานซิสเตอร์วงจรหลัง   การเชื่อมต่อแบบนี้นิยมใช้มาก
2. ทรานฟอร์เมอร์ คัปปลิ้ง  (Transformer Coupling) เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณโดยใช้ทฤษฎีการเหนี่ยวนำของขดลวดในหม้อแปลง
3. อิมพีแดนซ์คัปปลิ้ง  (Impedance Coupling) เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณโดยใช้ขดลวด  ตัวนำหรือโช๊ค  (Choke)  ร่วมกับตัวเก็บประจุ

4.  การเชื่อมต่อโดยตรงหรือไดเร็คคัปปลิ้ง  (Direct Coupling) เป็นการเชื่อมต่อสัญญาณโดยตรงคือการต่อสัญญาณทางออกของวงจรหน้าเข้าเบสของวงจรหลังโดยตรง   การเชื่อมต่อสัญญาณแบบนี้ให้ผลดีในการตอบสนองความถี่เสียง


การทดสอบทรานซิสเตอร์
การทดสอบทรานซิสเตอร์ส่วนมากนิยมใช้มัลติมิเตอร์  ในตำแหน่งวัดค่าความต้านทานโดยทดสอบดังนี้

  1. ทดสอบหาตำแหน่งขาเบส คอลเลคเตอร์และอิมิตเตอร์
  2. ทดสอบหาชนิดของทรานซิสเตอร์
  3. ทดสอบหาสารกึ่งตัวนำที่ใช้ทำทรานซิสเตอร์

 

• อาจารย์พันธ์ศักดิ์ พลอินทร์ • แผนกวิชาช่างอิเล็กทรอนิกส์ • วิทยาลัยเทคนิคสัตหีบ