transistor(EP.1) ทรานซิสเตอร์ คืออะไร? ทรานซิสเตอร์ ทํางานอย่างไร?

สวัสดีครับยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง Zimzim DIY
สำหรับวันนี้ ผมจะอธิบาย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวหนึ่ง ชื่อว่า "ทรานซิสเตอร์" ซึ่งทรานซิสเตอร์ เรียกได้ว่า มันเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ของมนุษย์ อย่างแท้จริงเลยครับ
เราจะเจอทรานซิสเตอร์ แทบจะทุกวงจร ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ เลยครับ อย่างเช่น
วิทยุ ทีวี ในโทรศัพท์มือถือ ก็มีทรานซิสเตอร์มากว่า 100 ล้านตัว หรือ ว่าในคอมพิวเตอร์ก็มี ทรานซิสเตอร์ที่ยัดอยู่ใน CPU เป็นพันๆล้านตัวเช่นกันครับ
แต่ในคอมพิวเตอร์เขาจะย่อขนาดทรานซิสเตอร์ให้มันเล็กลงมากๆ ในระดับนาโนเมตรเลยครับ ถือว่าเป็นนวัตกรรมที่น่าทึ่งมากๆเลยละครับ

ทรานซิสเตอร์ จริงๆแล้วมันเป็นอุปกรณ์ สารกึ่งตัวนำ ที่พัฒนามาจากไดโอด เพราะฉะนั้นใครที่ยังไม่ได้ศึกษาเรื่องไดโอด ผมแนะนำให้ไปศึกษาก่อนเลยครับ หรือ เพื่อนๆสามารถย้อนไปชมคลิป "ไดโอดเบื้องต้น" ที่ทางช่องจัดทำไว้ ก่อนหน้านี้ ได้นะครับเนื่องจาก
เนื้อหามันจะสอดคล้องกันครับ

ก่อนเข้าเนื้อหา ผมขอเล่าประวัติความเป็นมาทรานซิสเตอร์สักนิด ก่อนจะมีทรานซิสเตอร์ ที่เราใช้ทุกวันนี้
เมื่อก่อนเราจะใช้ทรานซิสเตอร์เป็นหลอดสูญญากาศ ซึ่งมันจะเป็นหลอดแก้ว หรือ เราเรียกว่าหลอดสูญกาศไตรโอด ซึ่งมันประกอบด้วยสามส่วนดังนี้
ส่วนของ แคโทด กริด และ ก็แอโนด
ซึ่งการใช้งาน มันจะมีอยู่ด้วยกัน 4-5ขา นี้แหละครับแล้วแต่รุ่น เราจะต่อ แหล่งจ่ายเข้ากับขา Cathode เมื่อกระแสไหลผ่านตรงขั้วของ แคโทด มันก็จะเริ่มร้อน พอมันร้อนก็จะทำให้เกิดการ ปล่อย
อิเล็กตรอนออกมา และมันก็จะถูกดึงดูดไปยัง แอโนด ที่มีประจุบวก รอต้อนรับมันอยู่
ก็จะทำให้ วงจรนี้สมบูรณ์ และ กระแสไฟฟ้าเกิดการไหล ไปยังหลอดไฟ เกิดขึ้น เพราะว่าขั้วลบตรงนี้มันเชื่อมต่อเข้าหากัน

แต่เราสามารถที่ จะควบคุม การไหลของอิเล็กตรอนนี้ ผ่านกริด นี้ได้
ตัวอย่างเช่น ถ้าเราอยากให้ อิเล็กตรอนผ่านเราก็ป้อนแรงดันไฟฟ้าบวก หลอดไฟก็จะสว่าง
หากเราใช้ แรงดันไฟลบ ประจุลบเจอลบก็จะขับไล่กันเอง ไม่ให้อิเล็กตรอน ผ่านข้ามตัวมันเข้าไปได้ หลอดไฟก็จะดับ
และนี้นี้คึอพื้นฐานการทำงานของมันนะครับ

การติดๆดับของหลอดไฟพวกนี้ เขาก็เลยจับมาจำลองสถาณการณ์ 0 กับ 1 0 ก็คือ ปิด หรือ(สถานะไม่มีไฟฟ้า) 1 ก็คือเปิด(สถานะมีไฟฟ้า) แล้วก็พัฒนาเป็นภาษาคอมพิวเตอร์ ใช่การเข้ารหัสไบนารีเลขฐาน 2 สร้างไมโครโปรเซสเซสเซอร์ประมวล อะไรเยอะแยะเต็มไปหมดนะครับ
อย่างเช่น คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เครื่องแรกของโลกก็ใช้ หลอดสูญญากาศพวกนี้มาต่อกัน 18,000 หลอด เพื่อใช้ในการคำนวน
แต่มันลำบากมากครับ เพราะตัวมันทั้งหนักและใหญ่ คาดว่ามันมีน้ำหนักกว่า 30 ตัน และ กินพลังงานไฟฟ้ามากๆ
เนื่องจาก ขั้วแคโทดของหลอดสุญญากาศ จำเป็นต้องเผาใส้หลอดทิ้งไว้ มันถึงจะใช้งานได้
ซึ่งก็แปลว่า นอกจากมันจะกินพลังงานมาก ใส้หลอดมันก็จะเกิดการเผาไหม้ และก็ขาดอยู่เป็นประจำขาดบ่อยๆ ซึ่งก็จะต้องเสียเวลาเช็คเปลี่ยนใหม่อยู่ตลอด
จนมันพัฒนา ใช้เป็นพวกสารกึ่งตัวนำ ประสิทธิภาพก็ดีขึ้น ขนาดก็เล็กลง
และค่อนข้างที่จะหลากหลายครับ

ทรานซิสเตอร์มีกี่ประเภท?
ทรานซิสเตอร์มันก็มีหลายประเภท แต่สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทหลักๆได้ดังนี้ครับ แบบ BJT และ FET
แน่นอนครับในคลิปนี้ผมจะเน้นอธิบายแบบ BJT เพราะว่ามันเข้าใจง่ายกว่า และมันก็เป็นที่นิยมกัน
ในประเทศไทยจะเรียก BJT ติดปากว่าทรานซิสเตอร์ เฉยๆ
เพราะฉะนั้น ถ้าผมพูดถึง ทรานซิสเตอร์ ก็แปลว่าผมพูดถึง ทรานซิสเตอร์ชนิด BJT ละกันนะครับ

ทรานซิสเตอร์ทำอะไรได้บ้าง ?
1.เป็นสวิตซ์ควบคุม เปิด หรือ ปิด
2.ขยายสัญญาณได้
แต่จริงๆมันสามารถต่อยอดได้อีกหลากหลายผมจะขอพูดในภายหลังละกันนะครับ

ทรานซิสเตอร์ มีกี่ขนาด ?
ทรานซิสเตอร์ตัวเล็กๆ ที่เราเห็น มันก็จะทนแรงดันทนกระแสได้ต่ำ อัตราการขยายต่ำ
ทรานซิสเตอร์ตัวใหญ่ๆ ก็จะ ทนแรงดันทนกระแสได้สูง อัตราการขยายสูง

แต่ทรานซิสเตอร์ตัวใหญ่ ข้อเสียของมันก็คือมันร้อนไว บางที่เราจ่ายกระแสให้แค่ แอมป์2แอมป์ อุณหภูมิมันขึ้นไปถึง 50องศาเซลเซียสแล้วละครับ
มันก็เลยมี ส่วนของโลหะโผล่ออกมาด้านหลังให้เพื่อให้ยึดติดกับฮีทซิ่ง ตัวมันจะได้ระบาย และ ก็กระจายความร้อนออกไป
แต่ถ้าวงจรทั่วไปตัวเล็กๆๆๆ ก็ไม่ได้ใช้กระแสไฟมาก เราจะใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเล็ก ก็พอครับ และก็ไม่ต้องใช้ฮีสซิงค์

ทรานซิสเตอร์ทุกตัวมี เบอร์ ?
ทรานซิสเตอร์ ทุกตัวมันก็จะมี ตัวหนังสือและก็ตัวเลข กำกับไว้
เราก็จะเรียกว่าเบอร์ เราสามารถเบอร์ของมัน ไปค้นหาใน Datasheet หรือว่าจะไปค้นหาในอินเทอร์เน็ตได้

Datasheet มันสำคัญมากนะครับสำหรับ ทรานซิสเตอร์แต่ละตัว ถ้าเราไม่สนใจ ป้อนแรงดันหรือกระแสเกิดขนาด มันก็จะขาดไหม้ได้ นะครับ เพราะฉะนั้นต้องคำนวนให้ดี
ทรานซิสเตอร์มีกี่ขา ?
ทรานซิสเตอร์ปกติจะมี 3 ขา แต่ละขาจะมีชื่อเรียกเป็นของตัวเอง
นั้นก็คือขา E ขา B ขา C
ขา E ก็คือ Emitter
ขา B ก็คือ Base
ขา C ก็คือ Collector
ต่อใช้งาน ทรานซิสเตอร์เบื้องต้น
1.เป็นสวิตท์
2.ขยายสัญญาณ