ไดโอดเบื้องต้น EP1/3(ไดโอดคืออะไร? ไดโอดทำมาจากอะไร?)

สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง ZimZimDIY
วันนี้เหมือนเดิม นะครับผมจะมาอธิบาย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ง่ายๆ สไตล์ช่อง Zimzim DIY
แล้ววันนี้นะครับ จะเป็น คิวของ ไดโอด กันบ้างนะครับ เนื่องจากมีเพื่อนๆ รีเควช ขอกันเข้ามา ผมน่าจะแบ่งย่อยไว้ประมาณ 3Ep นะครับ มาเริ่ม EP แรกกันเลยครับ
ผมจะขอย้อนความ ก่อนที่โลกใบนี้ จะมีไดโอดละกันนะครับ
*ถ้าโลกของเราไม่มีไดโอด เราทุกคนก็จะมีเพียงไฟฟ้ากระแสสลับ AC ใช้เพียงอย่างเดียวเท่านั้น เพราะว่าไม่มี อุปกรณ์ มาแปลงสัญญาณ หรือ ที่เขาเรียกว่า เรกดิฟาย แยกขั้วเป็น + กับ -
*แล้วแบตเตอร์รี่ ก็ไม่เกิดขึ้น เพราะไม่มีที่ชาร์จ ที่เป็นแบบ DC
*แสงสว่างเช่นหลอดไฟ ยุคนี้ที่เป็น LED ประหยัดไฟสุดๆ ก็ไม่เกิดขึ้น เพราะว่ามันต้องใช้ ขั้ว + และ - มาเป็นแหล่งจ่าย ก็คงต้องไปใช้หลอดไฟใส้แทน ที่กินพลังงานมากกว่า เพราะว่าตัวมันไม่มีขั้ว
และสุดท้าย ทรานซิสเตอร์เตอร์ หัวใจหลักของการเปลี่ยนแปลง อุตสากรรม พวก คอมพิวเตอร์ , มือถือ , เครื่องคิดเลข , นาฟิกาแบบ ดิจิตอล ก็ไม่มี เพราะว่าอุปกรณ์พวกนี้พัฒนามาจาก ไดโอดนั้นเอง
เห็นไหมครับว่า ไดโอด นับว่าเป็น อุปกรณ์หนึ่งที่สำคัญมาก สามารถพลิกวงการโลก เลยก็ว่าได้
ไดโอดคืออะไร และ ทำมาจากอะไร
ไดโอด คือ สารกึ่งตัวนำชนิดหนึ่ง ที่ ส่วนใหญ่ทำมาจาก สารซฺิลิกอน
เพราะว่าซิลิกอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดบนเปลือกโลก เป็นอันดับ 2 รองมาจาก ออกซิเจน
แล้ว สารกึ่งตัวนำแปลว่า อะไร ก็คือ มันสามารถนำกระแสไฟฟ้าก็ได้ หรือ ไม่นำกระแสไฟฟ้าก็ได้เช่นกัน
ด้วยความมันที่เป็นกลางแบบนี้ ไม่ยึดติดกับฝักฝ่ายได
นักประดิษฐ์วิศวะกร ก็เล็งเห็น ข้อดีนี้ พัฒนาลองผิดลองถูก อยู่หลายแบบ แต่แบบที่ทำให้ได้ผลลัพท์ที่ดีเกินคาดก็คือ
ลองนำซฺิลิกอน มาไว้ตรงกลางของไดโอด แล้วก็ตัดครึ่ง แบ่งเป็นสองฝั่ง หลังจากนั้นก็ เพิ่มเติมคุณสมับติทางไฟฟ้าให้กับมัน
เพื่อให้ไดโอด สามารถ ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปในทิศทางเดียว แล้วขั้นตอนนี้ทำอย่างไร
ปกติเขาจะเรียกว่าการโดป โดปสาร Ptype และ ก็ โดปสาร ntype เข้าไป
หลังจากนั้น ก็หุ้มด้วยพลาสติก เพื่อเป็นฉนวน ป้องกัน ไว้อีกทีแบบนี้ครับ
แล้วสาร P กับ สาร N คืออะไร เอาลองไปดูกันต่อครับ

สมมุตินี้คือะตอมของ ซิลิกอนนะครับ อะตอมก็คือ อนุภาคที่เล็กมากๆของสสารมารวมกัน มีนิวเคียสอยู่ตรงกลาง ที่ประกอบไปด้วย โปรตรอนกับนิวตรอน ดูดอิเล็กตรอนเอาไว้ให้มันวิ่งอยู่รอบๆ
อิเล็กตรอน นี่และครับที่ เราให้ความสนใจ เพราะว่าถ้าตัวมัน ขยับ กระแสไฟฟ้าก็เกิดขึ้น

มาดูที่ ซิลิกอนของเราบ้างครับ สังเกตุว่า อะตอม แทบจะไม่อิเล็กตรอนอิสระลงเหลืออยู่เลย ถ้าขั้นตอนต่างๆหยุดอยู่แค่นี้ ไดโอดก็ไม่ต่างอะไรกับ สายไฟเส้นหนึ่งแค่ นั้นเอง

เพื่อให้ไดโอด มัน นำกระแสได้ในทิศทางเดียว นักประดิษฐ์ ก็เลยลองโดปสารวัสดุอื่นๆ อย่างที่ผมบอกไปเมื่อข้างต้น ฉีดเข้าไป
ด้านหนึ่งก็เลยมีอิเล็กตรอนที่มีจำนวนมากเกินไป และ อีก ฝั่งก็มีอิเล็กตรอนที่ไม่เพียงพอ อิเล็กตรอนที่มีไม่พอ จะเกิดหลุมโฮล เป็นจุด รอคอยอิเล็กตรอน จากที่อื่นเข้ามาเติมเต็ม (นั่งรอเธอที่สมิหลา)
ทีนี้เราก็เอาสารที่เราโดปเมื่อสักคู่มาประกบติดกัน เพื่อจะทำเป็นไดโอด
แต่ ด้วยเวรกรรม
ธรรมชาติของโลกใบนี้ต้องการความสมดุลกันทั้งสองฝั่ง อิเล็กตรอนฝั่งที่มีมากกว่าเราเรียกว่าฝั่ง N มันมีแนวโน้มที่จะอพยบ ไปอาศัย หาที่อยู่ใหม่ ทางฝั่งอิเล็กตรอนที่มีน้อยกว่า หรือว่าทาง ฝั่ง P
เขาก็เลย สร้างเป็นคล้ายๆช่องว่าง รอยต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำทั้ง2 หรือเรียกว่า p-n junction ไว้เป็นชายแดนกั้นไว้ ถ้าหากอิเล็กตรอนมีความพยายาม ที่จะกระโดดข้าม หรือ ต้องการที่จะย้ายฝั่งก็ต้องมีแรงดันสักประมาณ 0.7V ถึงจะข้ามมาฝั่งนี้ได้
แล้วจะทำยังไงให้มีแรงดันถึง 0.7v ก็ถูกต้องแล้วคับ ก็ต้องต่อเข้ากับ แหล่งจ่ายไฟ อาจจะเป็นแบตเตอร์รี่ หม้อ แปลง อแดปเตอร์ หรืออะไร ก็แล้วแต่
ตอนนี้ ฝั่งสาร P type ของเราได้ สถาปนา ตั้งชื่อเล่นให้ตัวเองว่า Anode เป็น ขั้วบวก
ฝั่ง N type ก็ตั้งชื่อเล่นให้ตัวเองว่า Cathode เป็นขั้วลบ
ทีนี้ถ้าผมเชื่อมต่อ แรงดันไฟฟ้าที่ถูกขั้วให้กับมัน ในลักษณะนี้
มันจะพาพักพวก อิเล็กตรอนที่ออกมาจาก ตูดขั้วลบ ของถ่าน เข้ามาเสริมทัพ ทีนี้มันมาทั้งแรงดัน แล้วก็อิเล็กตรอนแล้วละครับถ้ามันมีแรงดันที่มากกว่า 0.7 v
อิเล็กตรอนมันก็มีแรงผลักเพียงพอที่จะข้ามผ่านไปยังอีกฝั่งหรือ อีกขั้วหนึ่งได้อย่างง่ายดาย
ขอย้ำอีกครั้งนะครับ แรงดันประมาณ 0.7 v ก็ทำให้มันนำกระแสได้
วิธีการนี้ภาษาไทยเขาจะเรียกว่า การไบอัสตรง หรือ การ Forward Bias
ทีนี้ลองกลับกันนะครับ ผมจะกลับขั้วถ่าน ลองไปดูกันว่าผลจะเป็นยังไง อิเล็กตรอนถูกตรึงและดึงเข้าหาขั้วบวก
สังเกตุว่าช่องว่างของขั้วทั้งสอง จะยิ่งกว้างขึ้นไปกว่าเดิมอีก
วิธีการต่อแบบนี้เรา จะเรียกมันว่าการไบอัสกลับ หรือว่า Reverse Bias วิธีการนี้นอกจากกระแสจะไม่ไหลผ่าน
ไดโอดยังทำหน้าที่เป็นเหมือน ฉนวนชั้นดีเลยครับ
สำหรับ EP นี้ จะเป็นการ อธิบายว่าไดโอด คืออะไร และทำมาจากอะไร
สำหรับ EP ถัดไป จะเป็นหลัการทำงานของไดโอด ว่ามัน ทําหน้าที่อะไร โปรดติดตาม และ Subsicribe ให้ด้วยนะครับ
ขอบคุณทุกท่านที่ติดตามรับชมครับ
ขอบคุณข้อมูล จากอินเทอร์เน็ต:
The Engineering Mindset