อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์(สำหรับนักเรียนม.3)

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

            อิเล็กทรอนิกส์ (Electronic) เป็นคำที่มีความหมายเกี่ยวข้องกับคำว่าอิเล็กตรอน (Electron) ซึ่งเป็นอนุภาพประจุลบที่ไหลในวงจรไฟฟ้า นั่นคือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะสามารถทำงานได้ก็ต่อเมื่อมีการไหลของอิเล็กตรอนหรือกระแสไฟฟ้าผ่านชิ้นส่วน โดยที่ทิศทางการไหลของอิเล็กตรอนและกระแสไฟฟ้าจะมีทิศทางในการไหลที่สวนทางกัน และเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปในทางใดทางหนึ่ง เช่น มีขนาดความต่างศักย์ที่เปลี่ยนไป

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

            อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นอุปกรณ์ที่ควบคุมปริมาณและทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า ซึ่งส่วนใหญ่มีขนาดเล็ก มีทั้งกลุ่มที่ใช้สารเป็นตัวนำไฟฟ้า ฉนวนไฟฟ้า และกึ่งตัวนำไฟฟ้า

ตัวต้านทานไฟฟ้า

            ตัวต้านทางไฟฟ้า (Resistor) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจรว่าจะให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้มากหรือน้อย โดยตัวนำไฟฟ้าที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้มากมายจะมีความต้านทานไฟฟ้าน้อย ในทางกลับกันถ้ายอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้น้อยก็แสดงว่ามีความต้านไฟฟ้ามาก

ตัวต้านทานสามารถแบ่งออกเป็นหลายชนิดได้ดังนี้

1.)  ตัวต้านทานชนิดค่าคงที่ (Fixed resistor)

เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่ลดปริมาณกระแสไฟฟ้าในวงจรให้น้อยลง โดยที่ตัวต้านทานนี้จะมีความต้านทานคงที่เลยไม่สามารถปรับเปลี่ยนค่าได้ มีรูปร่างที่แตกต่างกันออกไป เช่น ทรงกระบอกแท่งสี่เหลี่ยม

มีสัญลักษณ์ที่ใช้ในวงจร คือ  ซึ่งสามารถอ่านค่าความต้านทาน
ได้จากแถบสีที่คาดอยู่บนตัวความต้านทาน มีหน่วยเป็นโอห์ม ( Ω )

แถบสีที่อยู่บนตัวต้านทานโดยส่วนมากจะมี 4 แถบ และมีแถบสีที่ชิดกันอยู่ 3 สี อีกสีหนึ่งจะอยู่ห่างออกไปที่ปลายข้างหนึ่ง การอ่านค่าจะเริ่มจากแถบสีที่อยู่ชิดกันก่อนโดยแถบที่อยู่ด้านนอกสุดให้เป็นแถบสีที่ 1 และสีถัดไปเป็นสีที่ 2, 3 และ 4 ตามลำดับ สีแต่ละสีจะมีรหัสประจำแต่ละสี ดังตาราง

สี	แถบสีที่ 1	แถบสีที่ 2	แถบสีที่ 3	แถบสีที่ 4
	ค่าตัวแรก (หลักสิบ)	ค่าตัวแรก (หลักหน่วย)	ตัวคูณ	% ความ คลาดเคลื่อน
ดำ	0	0	1	-
น้ำตาล	1	1	10	-
แดง	2	2	100	± 2 %
ส้ม	3	3	1,000	-
เหลือง	4	4	10,000	-
เขียว	5	5	100,000	-
ฟ้า	6	6	1,000,000	-
ม่วง	7	7	10,000,000	-
เทา	8	8	100,000,000	-
ขาว	9	9	1,000,000,000	-
ทอง	-	-	0.1	± 5 %
เงิน	-	-	0.01	± 10 %
ไม่มีสี	-	-	-	± 20 %

2.)  ตัวต้านทานปรับค่าได้ (Variable resistor)

เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่สามารถปรับค่าความต้านทานให้มากหรือน้อยได้ตามความต้องการ ปัจจุบันได้มีการเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดนี้มาใช้เป็นอุปกรณ์ในเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายหลายชนิด เช่นปุ่มความคุมความดัง-เบาของวิทยุ เป็นต้น   ตัวต้านทานปรับค่าได้มีหลายแบบด้วยกัน ตัวอย่างเช่น

-         แบบหมุนแกน (Potentiometer) หรือที่เรียกกันโดยทั้งไปนั้นคือ volume ส่วนใหญ่พบในเครื่องขยายเสียงทั่วไป

-         แบบทริม (Trimmer) โดยที่ชนิดนี้จะต้องอาศัยไขความมาช่วยในการปรับ เพราะส่วนใหญ่จะใช้กับงานที่ไม่ต้องการให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าโดยไม่ได้ได้ตั้งตัว เช่น งานอุสาหกรรม

-         แบบแท็ป (Tap) ตัวต้านทานชนิดนี้จะสามารถปรับค่าได้โดยการเลื่อนแท็ปตรงกลาง ส่วนใหญ่เป็นการตั้งค่าครั้งเดียวในการใช้งาน เนื่องจากงานบางประเภทต้องการค่าความต้านทานรวมและอัตราการทนกำลังที่ที่หาซื้อตามท้องตลาดไม่ได้

3.)  ตัวต้านทานไวความร้อน (Thermistor)

เป็นตัวต้านทานที่มีค่าความต้านทานเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ นิยมนำมาให้กับอุปกรณ์และเครื่องใช้ไฟฟ้าอย่างเช่น เครื่องเตือนอัคคีภัย ตู้อบอาหาร เป็นต้น

แบ่งออกเป็น 2 ชนิด

-          ชนิดแปรผันตรงกับอุณหภูมิ (Positive temperature control thermistor : PCT) เป็นตัวต้านทานที่ค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และลดลงเมื่ออุณหภูมิต่ำลง

-         ชนิดแปรผกผันกับอุณหภูมิ (Negative temperature control thermistor : NCT) เป็นตัวต้านทานที่ค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลง และลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

4.)  ตัวต้านทานไวแสง (Light Dependent Resistor : LDR)

เป็นตัวต้านทานที่ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงตามความเข้มของแสงที่มาตกกระทบ ทำจากสารกึ่งตัวนำซึ่งเป็นสารที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ เมื่อแสงตกกระทบจะเกิดการไหลของอิเล็กตรอนทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น (โดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามความเข้มของแสงที่มาตกกระทบถ้าแสงที่ตกกระทบมีปริมาณมาก LDR จะมีค่าความต้านทานต่ำ 

ตัวเก็บประจุ

            ตัวเก็บประจุ (Capacitor) เป็นที่เก็บพลังงานไฟฟ้า และปล่อยออกมาเมื่อต้องการใช้ประจุไฟฟ้าในตัวเก็บประจุ มีหน่วยวัดเป็น ไมโครฟารัด (Microfarad : µ F ) ซึ่ง 1 F มีค่าเท่ากับ 10 6 µ F ตัวเก็บประจุมีรูปร่างเป็นรูปทรงกระบอก แต่อาจจะมีรูปร่างเป็นแบบอื่นก็ได้ ส่วนใหญ่ทำด้วยแผ่นโลหะบาง  2 แผ่น ระหว่างแผ่นโลหะบาง  2 แผ่นแทรกด้วยฉนวนที่เรียกว่า ไดอิเล็กทริก (dielectric) และโลหะแผ่นบนปิดทับด้วยฉนวนอีกชั้นหนึ่ง แล้วม้วนเป็นทรงกระบอกบรรจุในกล่องที่ทำด้วยโลหะ แผ่นโลหะที่ประกอบในตัวเก็บประจุอันหนึ่งทำหน้าที่เก็บประจุบวก ส่วนอีกแผ่นจะทำหน้าที่เก็บประจุลบ ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงทำหน้าที่เสมือนแบตเตอรี่ขนาดเล็ก

ตัวเก็บประจุมีด้วยกันหลายแบบหลายขนาด แต่ละแบบจะมีความเหมาะสมกับงานที่แตกต่างกัน ตัวเก็บประจุโดยทั่วไปแบ่งเป็น 2 แบบ ได้แก่ 

1)      ตัวเก็บประจุชนิดค่าคงที่ ( Fixed Value Capacitor ) 

เป็นตัวเก็บประจุที่ได้รับการผลิตให้มีค่าคงที่ ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าความจุได้ แต่จะปรับค่าความจุให้เหมาะสมกับวงจรได้โดยนำตัวเก็บประจุหลายๆ ตัวมาต่อกันแบบขนานหรืออนุกรม

2 ) ตัวเก็บประจุเปลี่ยนค่าได้ ( Variable Value Capacitor )

เป็นตัวเก็บประจุที่สามารถปรับค่าความจุได้  โดยทั่วไปมักใช้ในวงจรปรับแต่งสัญญาณ
ทางอิเล็กทรอนิกส์ หรือพบในเครื่องรับวิทยุซึ่งใช้เป็นตัวเลือกหาสถานีวิทยุ ตัวเก็บประจุ
ชนิดนี้ส่วนมากเป็นตัวเก็บประจุชนิดใช้อากาศเป็นสาร ไดอิเล็กทริกและการปรับค่าจะทำได้โดยการหมุนแกน ซึ่งมีโลหะหลายๆ แผ่นอยู่บนแกนนนั้น เมื่อหมุนแกนแผ่นโลหะจะเลื่อนเข้าหากันทำให้ค่าประจุเปลี่ยนแปลง สัญลักษณ์ของตัว

ไดโอต (Diode)

             ไดโอตเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ ช่วยควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านได้ทิศทางเดียว และป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับจากอุปกรณ์ประเภทขดลวดต่างๆ ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด ( Anode : A )ต้องต่อกับถ่านไฟฉายขั้วบวก ( + )  และแคโทด ( Cathode : K )  ต้องต่อกับถ่านไฟฉายขั้วลบ( - )การต่อไดโอเข้ากับวงจรต้องต่อให้ถูกขั้ว ถ้าต่อผิดขั้วไดโอดจะไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทำให้เครื่องใช้ไฟฟ้าทำงานในวงจรไม่ได้ แบ่งออกเป็น 2 ชนิด

1.)    ไดโอตธรรมดา (Normal diode)

      เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่นำสารกึ่งตัวนำ 2 ชนิด คือชนิดพี (p) และชนิด (n) มาประกอบด้วยขั้วสองขั้ว คือ ขั้วแอโนดต่ออยู่กับแอโนดต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด (p )และขั้วแคโทดต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด (n)

2.)    ไดโอตเปล่งแสง (Light emitting diode : LED)

      เป็นไดโอตที่เปล่งแสงออกมาเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน (เนื่องจากพลังงานที่ปลดปล่อยจากอะตอมของสารที่ใช้ทำไดโอต)

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเข้าสู่วงจรจะมีกระแสอิเล็กตรอนวิ่งเข้าสู่อะตอมของธาตุที่ใช้ทำไดโอตทำให้อะตอมมีพลังงานเพิ่มขึ้นอิเล็กตรอนวงนอกสุดมีพลังงานสูงก็จะเปลี่ยนขั้นพลังงานไปสู่ชั้นพลังงานที่สูงกว่า (สถานะกระตุ้น) และเมื่ออิเล็กตรอนเหล่านั้นกลับสู่ชั้นพลังงานเดิม(สถานะพื้น) ก็จะปล่อยพลังงานออกมาในรูปพลังงานความร้อนและแสงสว่าง

ทรานซิสเตอร์

            ทรานซิสเตอร์(transistor) เป็นอุปกรณอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีความแข็งแรงทนทานและมีราคาถูกทั้งในด้านการผลิตและการใช้งานจึงถูกนำไปใช้ในแผงวงจรของเครื่องใช้ไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิด

 ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ 3 ชั้นส่วนใหญ่ทำด้วยซิลิคอน (Silicon) แต่ละชั้นจะต่อลวดตัวนำออกจากเนื้อสารกึ่งตัวนำ ลวดตัวนำในทรานซิสเตอร์แต่ละชนิด
จะมี 3 ขา ได้แก่ 
ขาเบส ( Base : B ) 
ขาอิมิตเตอร์ ( Emitter : E ) 
ขาคอลเล็กเตอร์ ( Collector : C ) 

สารกึ่งตัวนำที่นำมาประกอบเป็นทรานซิสเตอร์มีอยู่ 2 ชนิด

-         ชนิดพี (p) ทำจากซิลิค่อนผสมกับโบรอน

-         ชนิดเอ็น (n) ทำจากซิลิค่อนผสมฟอสฟอรัส

หากแบ่งประเภทของทรานซิสเตอร์ตามโครงสร้างของสารที่นำมาใช้จะแบ่งได้ 2 แบบ คือ

1) ทรานซิสเตอร์ชนิด พีเอ็นพี ( PNP )
เป็นทรานซิสเตอร์ที่จ่ายไฟเข้าที่ขาเบสให้มีความต่างศักย์ต่ำกว่าขาอิมิตเตอร์

2) ทรานซิสเตอร์ชนิด เอ็นพีเอ็น ( NPN )
เป็นทรานซิสเตอร์ที่จ่ายไฟเข้าที่ขาเบสให้มีความต่างศักย์สูงกว่าขาอิมิตเตอร์

           ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ซึ่งถูกควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขา B หรือเรียกว่า กระแสเบส นั่นคือ เมื่อกระแสเบสเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยก็จะทำให้กระแสไฟฟ้าในขา E (กระแสอิมิตเตอร์) และกระแสไฟฟ้าในขา C (กระแสคอลเล็กเตอร์) เปลี่ยนแลงไปด้วย ซึ่งทำให้ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดหรือเปิดวงจร โดยถ้าไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านขา B ก็จะทำให้ไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านขา E และ C ด้วย ซึ่งเปรียบเสมือนปิดไฟ (วงจรเปิด) แต่ถ้าให้กระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยผ่านขา B จะสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าที่มากกว่า ให้ผ่านทรานซิสเตอร์แล้วผ่านไปยังขา E และผ่านไปยังอุปกรณ์อื่นที่ต่อจากขา C

ซิลิคอนซิป

ซิลิคอนซิป (Silicon chip) หรือ IC (Integrated circuit)

เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่บรรจุชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กเป็นการลดขนาดของทรานซิสเตอร์ให้เล็กลงแต่มีประสิทธิภาพการทำงานที่สูงกว่าทรานซิสเตอร์ทั่วไป ซิลิคอนซิปแต่ละอันจะถูกออกแบบและวางแผนไว้อย่างดีว่าจะใช้ทำหน้าที่อะไร

ในการผลิตซิลิคอนซิปนั้นจะเอาซิลิคอนมาทำเป็นแท่งทรงกระบอก มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 5 เซนติเมตร แล้วเฉือนเป็นแผ่นบางๆ เรียกว่า เวเฟอร์ (wafer) และพิมพ์วงจรขนาดจิ๋วลงบนแผ่นนี้

เราสามารถแบ่งประเภทของซิลิคอนซิปตามการใช้งานเป็น 3 ประเภท

1.)    ซิลิคอนซิปสำหรับบันทึกข้อมูล เช่น เอทีเอ็ม (ATM) ซิมการ์ด (SIM Card) บัตรประชาชน เป็นต้น

2.)    ซิลิคอนซิปสำหรับบันทึกข้อมูลและสั่งงาน เช่น ซีดี (CD) ดีวีดี (DVD) เป็นต้น

3.)    ซิลิคอนซิปสำหรับบันทึกข้อมูลและประมวลผล เช่น คอมพิวเตอร์ กล้องดิจิทัล เป็นต้น

การต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์

            วงจรอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต่อกันเป็นวงจรซึ่งแต่ละวงจรอาจประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ของวงจรนั้นๆการศึกษาวงจรการทำงานทางอิเล็กทรอนิกส์จะช่วยให้เข้าใจการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆได้ดียิ่งขึ้นตลอดจนสามารถนำมาพัฒนาคุณภาพของอุปกรณ์ต่างๆได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

วงจรของตัวต้านทาน

1.)    วงจรของตัวต้านทานชนิดค่าคงที่

จะควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร ซึ่งบริเวณที่มีค่าความต้านทานสูงกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านบริเวณนั้นได้น้อยเหมาะสำหรับวงจรที่ไม่ต้องการปรับค่าความต่างศักย์หรือกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรซึ่งการต่อตัวต้านทานเข้าในวงจรไม่ต้องคำนึกถึงทิศทางขั้วบวกและขั้วลบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า

2.)    วงจรของตัวต้านทานชนิดปรับค่าได้

สามารถควบคุมค่าความต้านทานให้มากหรือน้อยตามต้องการ การปรับเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับประเภทของตัวต้านทานปรับค่าได้นั้นๆว่ามีวิธีการที่แตกต่างกันอย่างไร ซึ่งเมื่อทำให้มีความต้านทานน้อย กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรมากจึงทำให้หลอดไฟฟ้าสว่างมาก แต่ถ้าเลื่อนปุ่มปรับให้มีความต้านทานมาก กระแสไฟฟ้าไหลผ่านน้อย ทำให้ความสว่างของหลอดไฟลดลง

ตัวต้านทานชนิดไม่คงที่(บน) ตัวต้านทานนิดคงที่(ล่าง)

วงจรไดโอต

1.)    วงจรไดโอตธรรมดา

จากที่กล่าวไปแล้วว่าไดโอตเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิด เช่น วิทยุ โทรทัศน์ เป็นต้น ซึ่งไดโอตจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว ถ้าต่อไดโอตกลับทางกระแสไฟฟ้าก็จะไม่สามารถไหลได้ การต่อวงจรไดโอตธรรมดาจะต่อขั้วบวกกับด้านแคโทด

2.)    วงจรไดโอตเปล่งแสง

การต่อวงจรสำหรับไดโอตเปล่งแสงมีลักษณะเช่นเดียวกับการต่อวงจรไดโอตธรรมดาซึ่งโดยทั่วไปไดโอตเปล่งแสงจะทำงานที่ความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า 2 โวลต์ (ความต่างศักย์ขีดเริ่ม) แต่ไม่เกิน 6 โวลต์ เพราะถ้าต่อกับความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า 6 โวลต์จะทำให้ไดโอตเปล่งแสงเสียหาย ดังนั้นในวงจรจะต้องต่อตัวต้านทานไว้ด้วยเพื่อป้องกันการชำรุดเสียหายของไดโอตเปล่งแสง

วงจรทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์ประกอบไปด้วยขา 3 ขา คือ เบส (base) คอลเล็กเตอร์ (collector) และ อิมิเตอร์ (emitter) ซึ่งวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีทรานซิสเตอร์ประกอบจะใช้ขาของทรานซิสเตอร์ดังกล่าวความคุมปริมาณกระแสไฟฟ้า โดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขาเบสจะมีปริมาณเพียงเล็กน้อย เนื่องจากจะถูกความคุมโดยตัวต้านไฟฟ้าที่ขาเบส เครื่องใช้ไฟฟ้าบางชนิดเช่น เครื่องรับโทรทัศน์ เครื่องเล่นวีซีดี เป็นต้น จะมีทรานซิสเตอร์ประกอบอยู่ในวงจร ซึ่งทรานซิสเตอร์จะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ปิด-เปิด

อ้างอิง

http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?ID=74318

http://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/287/1/pic4/electronic/LED.html

หนังสือวิทยาศาสตร์ม.๓