ไดโอดเบื้องต้น EP2/3(ไดโอดทําหน้าที่อะไร? หลักการทํางานของไดโอด?)

สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง ZimZimDIY
วันนี้ผมจะอธิบาย เรื่องไดโอดกันต่อเลยนะครับว่า มันทำหน้าที่อะไร และ หลักการทำงานของมันเป็นอย่างไร
มาดูไดโอด ส่วนใหญ่ที่เรามักจะเห็นในแผงวงจร อิเล็กทรอนิกส์กันก่อนครับ มันจะ มีลักษณะหน้าตาเป็นแบบนี้ มีลำตัวสีดำทรงกระบอก เป็นแพทเทิล หลักแบบนี้
และมันก็จะมีขนาดและรูปทรง ที่แตกต่างกันออกไป ตามแรงดันที่และ กระแส ที่มันทนได้
แต่ที่มันมีเหมือนๆกันนั้นก็คือ ตรงแถบปลายด้านหนึ่งจะเป็นสีขาว
ซึ่งให้เพื่อนๆ จำไว้เลยครับว่ามันคือขั้วลบ หรือ K เพราะฉะนั้นแน่นอนครับ อีกฝั่ง จะเป็น ขั้วบวก หรือ A นั้นเอง
สัญลักษณ์ในวงจรของมันจะหน้าตาเป็นแบบนี้ครับ ลักษณะจะเป็นหัวลูกศรสามเหลี่ยม แล้วก็มีเส้นขีดกั้น ถ้ามันชี้ไปทางไหน กระแส มันก็จะวิ่งไปทิศทางนั้นครับ
ถ้านำมาเทียบกับ รูปโครงสร้างก็จะเป็นแบบนี้ครับ
ทีนี้ ถ้าเราไบอัส ตรง ให้กับ ไดโอด หรือ Foward ไบอัส ก็คือการป้อน ขั้วบวกของแหล่งจ่าย เข้าขั้วบวกของไดโอด ด้วยแรงดันที่สูงกว่า 0.7V กระแสก็เริ่มไหล จากขั้วบวกของแหล่งจ่าย เข้าขั้ว A ของไดโอด ออกขั้ว K
ไปยังอุปกรณ์โหลด แล้วก็ไหลเข้าขั้วลบ
และนี้แหละครับก็คือ 1.ใน หน้าที่ของมัน มันจะบังคับให้กระแสไฟฟ้าไหลไปในทิศทางเดียว
และ เมื่อกระแสไฟฟ้า ผ่านไอโอด ออกไปแล้ว มันจะไม่สามารถที่จะไหลย้อนกลับไปได้
คุณสมบัติ นี้ มัน คล้ายๆ กับวาล์วน้ำทางเดียว ที่ใช้ในระบบ ประปา
เมื่อน้ำไหลผ่าน ท่อ มันจะดัน วาวไปด้านบน แต่เมื่อ น้ำเปลี่ยนทิศทาง มันจะกักไว้ ป้องกันไม่ให้ น้ำไหลย้อนกลับ
ไดโอดก็ทำแบบนี้เช่นกัน ในกระแสไฟฟ้า
เพื่อให้เพื่อนๆเห็นข้อดีของไดโอด อย่างชัดเจน
ผมจะยกตัวอย่าง ไดโอดที่ใช้งานจริง ในวงจร ชุดโซล่าเซล์ แบบ นอนนา ละกันนะครับ
หลัการทำงานของมันก็คือ
เมื่อแดดจัด แผงโซล่าเซลล์ก็จะสร้างแรงดันและกระแสไฟฟ้า จำนวนหนึ่ง ออกมาชาร์จ แบตเตอร์รี่์ ในตอนกลางวันใช่ไหมครับ
แต่พอ แดด อ่อน หรือว่า ตอนค่ำ แรงดันไฟฟ้าทางฝั่ง แผงโซล่าเซลล์จะเริ่มตกไป
ถ้าหากชุดชาร์ทไม่มี ไดโอด มาบล๊อกไฟจากแบต
แบตเตอร์ รี่ที่เก็บสะสมกระแสมาทั้งวัน จะไหลย้อนกลับไปที่แผงโซล่าเซลล์ มันอาจจะทำให้ แผงวงจรโซล่าเซลล์

เกิดความเสียหายหซอต รือไหม้ได้เลยทีเดียว
เราสามารถป้องกัน ไม่ให้กระแสไหลย้อนกลับไป โดยใช้โดยเพียงแค่ไดโอดตัวเดียว ต่อในลักษณะนี้ ทีนี้เราก็จะแก้ไขปัญหานี้ได้แล้วละครับ
พอแดดจัดมันก็ทำงานปกติ พอ พลบ ค่ำ กระแส ก็ไม่ไหลย้อนกลับไปที่แผงโซล่าเซลล์ inverter ก็สามารถดึงไฟไปใช้งานได้อย่างเต็มที่ ทั้งคืน

ไดโอดทั่วไปที่เราเห็นส่วนมากหลักๆ จะนำมาเรกดิฟาย สัญญาณ Ac นั้นแหละครับ
ก็คือถ้าเรามีรูปคลื่นแบบ Sine wave แบบนี้ หรือเรียกว่าคลื่นเต็ม คลี่นแบบ Pure sine wave เลย
จับมาต่อกับไดโอด 1 ตัว ก็จะได้ รูปคลื่นที่เป็น Half wave แบบนี้ออกมาใช้ หรือ ที่ดขาเรียกว่าเป็นแบบครึ่งคลื่น
เพราะว่าแรงดันไฟ - จะถูกตัดทิ้งออกไป เหลือเพียงแรงดันไฟ + เพียงเท่านั้น
และไม่จำเป็นที่ต้องเป็น รูปคลื้่น sine wave เพียงเท่านั้น
คลื่น 4 เหลี่ยม ก็เรกดิฟายได้
คลื่น 3 เหลืยม ก็สามารถเรกดิฟายได้เช่นกัน
เมื่อเอารูปคลื่นมาทับกัน แรงดันส่วนยอด ที่ผ่านจากไดโอดจะหายไป เมื่อเทียบกับ คลื่น ต้นฉบับ ที่เป็นอย่างงี้ก็เพราะว่า ไดโอดมีแรงดันตกคร่อม ประมาณ 0.7 V นั้นเอง
แต่มันก็ไม่ได้ 0.7 v เป๊ะๆนะครับ ขึ้นอยู่กับ อุหภูมิ กระแสไฟ และก็ชนิดของ ไดโอด อีกที

มาดูที่รูปนี้กันครับ จะเป็นการจำลองการทำงาน ของไอด ถ้าผมมีไฟ 0.2 V ผลลัพท์ที่เกิดขึ้นก็ไม่มีอะไร เพราะว่าแรงดันไม่เพียงพอ ที่จะไบอัส 0.7V

ทีนี้เอาใหม่ครับ ผม จะเปลี่ยน แหล่งจ่าย เป็นไฟ -5V เข้าไป เพื่อนๆคิดว่าเป็นยังไงครับ แน่นอนครับว่าไดโอดจะไม่นำกระแส และมันยิ่ง หนักไปว่าเดิมอีก เพราะว่าแรงดันมันติดลบ

และตัวอย่างสุดท้าย ผมจะให้แหล่งจ่ายเป็นไฟ 3v ปรากฎว่ากระแสไหล เนื่องจากไบอัส ถูกขั้ว และมีแรงดันขั้นต่ำเพียงพอ
ก็เลยทำให้กระแสไหล ถ้าเพื่อนๆลองมาวัดแรงดัน ตกคร่่อม ก็จะวัดไฟได้ 0.7v
เมื่อเอาแหล่งจ่ายมาลบแรงดันตกคร่อม จะเหลือไฟ 2.5V เพราะฉะนั้นถ้าเราใช้มัลติมิเตอร์ วัดแรงดันจากตรงนี้มันก็ต้องได้ไฟ 2.5V เช่นกันครับ
ถ้าไฟ 10v ลบแรงดันตกคร้อม 0.7 V ไฟตรงนี้ก็จะเหลือ 9.3v
ถ้าไฟ 20v ไฟตรงนี้ก็จะเหลือ 19.3 V แน่นอนครับว่าไดโอดก็มี สเป๊ก การทนแรงดันของมันอยู่ และ ไดโอดก็ยังมีข้อจำกัดของ การทนกระแสเช่นเดียวกัน
ไดโอดที่เรานิยมใช้ แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่ จะเป็นไดโอดประมาณ 1A
พลังงานที่ไดโอดสูญเสียไป จะถูกกำหนดจาก สูตร Vf x กระแสที่ไหลผ่านไดโอด
ดังนั้นไดโอดทั่วไป มีแรงดันตกคร่อมที่ 0.7 เราก็คูณด้วย กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน สมมติหลอด LED กินกระแสที่ 30mA
= 0.7*30mA จะได้ 21mW
ซึ่งพลังาน 21mw จะหายไปกลายเป็นความร้อน ที่ไดโอด ซึ่งไม่ใช่ปัญหา เลย
แต่ถ้าโหลดต้องการ หระแสอยู่ที่ 3A ความร้อนที่เกิดขึ้นจะมากขึ้น 2.1 วัตต์
ฉะนั้น เราต้องใช้ไดโอดที่ตัวใหญ่กว่านี้ ทนกระแสได้สูงกว่านี้ครับ

สำหรับ บางคนอาจจะคิดว่า การขนานไดโอด 1A 5ตัว สามารถทนกระแสได้สูงขึ้น คล้ายๆอย่างตัวต้านทาน มันก้อาจจะไม่ใช่ความคิดที่ดีนักนะครับ
เพราะมันจะมีไดโอดบางตัว ขี้เกียจกินแรงเพื่อน และ ไดโอดบางตัว ก็แบกรับภาระทั้งหมดไว้ที่ตัวมัน เพราะฉะนั้นเราก็ไม่แยากให้ปัญหา นี้เกิดขึ้น
เราก็เลยเลือกสเป๊กที่สูงกว่า ใช้งานเพียงแค่ตัวเดียว ก็จะดีกว่าครับ
ขอบคุณเพื่อนๆทุกท่านทีติดตามรับชมครับ
ขอบคุณข้อมูล จากอินเทอร์เน็ต:
The Engineering Mindset