ไดโอด(Diaode)

ไดโอด เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดสองขั้วที่ออกแบบและควบคุมทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้ามันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียวแต่จะกั้นกระแสไฟฟ้าที่ไหลในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อกล่าวถึงไดโอดมักจะหมายถึงไดโอดที่ทำมาจากสารกึ่งตัวนำซึ่งก็คือผลึกของสารกึ่งตัวนำที่ต่อกันได้ขั้วทางไฟฟ้าสองขั้วส่วนไดโอดแบบหลอดสุญญากาศถูกใช้เฉพาะทางในเทคโนโลยีไฟฟ้าแรงสูงบางประเภทเป็นหลอดสุญญากาศที่ประกอบด้วยขั้วอิเล็กโทรดสองขั้วคือแผ่นตัวนำและแคโธดส่วนใหญ่เราจะใช้ไดโอดในการยอมให้กระแสไปในทิศทางเดียวโดยยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางใดทิศทางหนึ่งส่วนกระแสที่ไหลทิศทางตรงข้ามจะถูกกั้นดังนั้นถือว่าไดโอดเป็นวาล์วตรวจสอบแบบอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนึ่งซึ่งนับเป็นประโยชน์อย่างมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้เรียงกระแสไฟฟ้าในวงจรภาคจ่ายไฟ เป็นต้นอย่างไรก็ตามไดโอมีความสามารถมากกว่าการที่เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เปิด-ปิดกระแสง่ายๆไดโอดมีลักษณะทางไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้นดังนั้นมันยังสามารถปรับปรุงโดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างของพวกมันที่เรียกว่าจุดเชื่อมต่อP-Nมันถูกนำไปใช้ประโยชน์ในงานที่มีวัตถุประสงค์พิเศษนั่นทำให้ไดโอดมีรูปแบบการทำงานได้หลากหลายรูปแบบยกตัวอย่างเช่น ซีเนอร์ไดโอด เป็นไดโอดชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่รักษาระดับแรงดันให้คงที่ วาริแอกไดโอดใช้ในการปรับแต่งสัญญาณในเครื่องรับวิทยุและโทรทัศน์ ทันเนลไดโอดใช้ในการสร้างสัญญาณความถี่วิทยุ และไดโอดเปล่งแสงเป็นอุปกรณ์ที่สร้างแสงขึ้น ทันเนลไดโอดมีความน่าสนใจตรงที่มันจะมีค่าความต้านทานติดลบซึ่งเป็นประโยชน์มากเมื่อใช้ในวงจรบางประเภท ไดโอดตัวแรกเป็นอุปกรณ์หลอดสูญญากาศโดยไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำตัวแรกถูกค้นพบจากการทดสอบความสามารถในการเรียงกระแสของผลึกโดยคาร์ล เฟอร์ดินานด์ บรวน นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันในปี พ.ศ.2417เรียกว่า แคทส์ วิสเกอร์ ไดโอด และได้ถูกพัฒนาในปี พ.ศ.2449โดยทำไดโอดมาผลึกแร่กาลีนาแต่ทุกวันนี้ไดโอดที่ใช้ทั่วไปผลิตมาจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน หรือ เจอร์เมเนียมไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำP-Nสามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียวไดโอดประกอบด้วยขั้ว2ขั้วคือ แอโนด(A)ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด Pและแคโธด(K)ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิดN

ประวัติ
ถึงแม้ว่าไดโอดแบบผลึกสารกึ่งตัวนำจะเป็นที่นิยมมาก่อนไดโอดแบบใช้ความร้อนแต่ไดโอดทั้งสองแบบนี้ก็มีการพัฒนาการเป็นแบบคู่ขนานโดยในปี พ.ศ.2416เฟรดเดอริก กัธรี ค้นพบหลักการพื้นฐานในการทำงานของไดโอดแบบใช้ความร้อนกัธรีค้นพบว่าประจุบวกในอิเล็กโทรสโคป สามารถคายประจุได้เมื่อนำแผ่นกราวด์มาโดนอิเล็กโทรสโคป แต่จะไปเกิดในประจุลบ เปรียบเสมือนกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้นจากหลักการข้างต้นในวันที่13กุมภาพันธ์ พ.ศ.2423 โธมัส อัลวา เอดิสัน ได้ตรวจสอบไส้หลอดไฟว่าทำไมไส้หลอดคาร์บอนบริเวณปลายฝั่งที่ต่อกับขั้วบวกจึงถูกเผาไหม้อยู่เสมอ เอดิสันจึงสร้างกระเปาะแบบพิเศษที่มีแผ่นตัวนำโลหะหรือเพลตที่ปิดสนิทอยู่ในหลอดแก้วเมื่อเอดิสันได้ทดสอบอุปกรณ์ชิ้นนี้แล้วก็ทำให้เขายืนยันได้ว่ากระแสที่มองไม่เห็นนั้นจะไหลจากไส้หลอดผ่านสุญญากาศไปยังแผ่นตัวนำโลหะซึ่งจะไปทางเดียวเท่านั้นคือแผ่นตัวนำโลหะที่ติดอยู่กับแหล่งจ่ายแรงดันขั้วบวกเอดิสันวางแผนที่จะใช้อุปกรณ์นี้แทนที่ตัวต้านทานในวงจรโวลต์มิเตอร์กระแสตรง สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวได้สิทธิบัตรในปี พ.ศ.2427ไม่มีใครนำอุปกรณ์นี้ไปใช้งานจริงในเวลานั้นแต่การจดสิทธิบัตรเอาไว้ก่อนนั้นเป็นเสมือนการปกป้องสิทธิของตนเองเอาไว้ก่อนเราจึงเรียกปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์ตัวนี้ว่าปรากฏการณ์เอดิสัน20ปีต่อมา จอห์น แอมบรอส เฟรมมิ่ง เป็นอดีตลูกจ้างของเอดิสันตระหนักถึงความสำคัญของปรากฏการณ์เอดิสันว่าสามารถใช้ในการตรวจจจับคลื่นวิทยุได้อย่างแม่นยำเฟรมมิ่งได้จดสิทธิบัตรไดโอดแบบใช้ความร้อนเป็นตัวแรกที่เกาะบริเตนใหญ่เมื่อวันที่ 16พฤศจิกายน พ.ศ.2447ในปี พ.ศ.2417นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน คาร์ล เฟอร์ดินานด์ บรวน ค้นพบคุณสมบัติการนำไฟฟ้าข้างเดียวของผลึกบรวนจดสิทธิบัตรการเรียงกระแสของผลึกในปี พ.ศ.2442โดยการเรียงตัวของผลึกคอปเปอร์ออกไซด์กับเซเลเนียมถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานไฟฟ้ากำลังในอีก20ปีต่อมา จันทรา โบส นักวิทยาศาสตร์ชาวอินเดียค้นพบการใช้ประโยชน์ของการเรียงกระแสในผลึกมาใช้ในการตรวจจับคลื่นวิทยุเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ.2437การใช้ผลึกในการตรวจจับคลื่นวิทยุถูกพัฒนาให้ใช้ได้จริงในทางปฏิบัติในเครื่องรับวิทยุแบบไร้สายโดยกรีนลีฟ ไวท์เทอร์ พิคการ์ดผู้บุกเบิกวงการวิทยุในสหรัฐอเมริกา ได้คิดค้นการนำผลึกซิลิกอนมาใช้ตรวจรับสัญญาณในปี พ.ศ.2446และทำการจดสิทธิบัตรในวันที่ 20พฤศจิกายน พ.ศ.2449ส่วนนักทดลองคนอื่นๆก็ได้นำธาตุนานาชนิดมาทำการทดลอง แต่ที่นิยมใช้ในวงกว้างมากที่สุดคือแร่กาลีนาในช่วงระยะเวลาแห่งการค้นพบนั้นอุปกรณ์ดังกล่าวถูกตั้งชื่อว่า”ไดโอด“โดยผู้ที่ตั้งชื่อนั่นคือ วิลเลียม เฮนรี เอคเกิล นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษโดยคำนี้มาจากภาษากรีกคำว่า diaแปลว่าผ่านและodeแปลว่าเส้นทางรวมกันเป็นdiaode

ประเภทของไดโอดแบบสารกึ่งตัวนำ มีดังนี้
ไดโอดเปล่งแสงหรือแอลอีดี(LED)
LEDเป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลียมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด PและNแทนสารซิลิคอม และ เจอร์มันเนียม สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษคือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรงการเกิดแสงที่ตัว LEDนี้เราเรียกว่าอิเล็กโทรลูมินิเซนต์ปัจจุบันนิยมใช้ LEDแสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์เช่น เครื่องคิดเลข,นาฬิกา เป็นต้น

โฟโตไดโอด
โฟโตไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อP-Nเพื่อกระตุ้นให้ไดโอดทำงานการต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานในทันทีทันใดแต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อนกล่าวคือเมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหลและปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง

ไดโอดกำลัง
ไดโอดกำลังเป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไปเพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสุงได้เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแสในอิเล็กทรอนิกส์กำลังเป็นต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมป์ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูงโดยทั่วไปจึงนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความรัอนเพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความรัอนภายในตัวไดโอดกำลัง

ไดโอดวาแรกเตอร์
ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคปเป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษคือสามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อได้โดยการปรับค่าแรงดันไบอัสกลับไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไปขณะแรงดันไบอัสกลับมีค่าต่ำ เดรพเพชั่น รีเจียน จะแคบลงทำให้ ค่าคาปาซิแตนซ์ แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับค่าแรงดันไบอัสกลับให้สูงขึ้น เดรพเพชั่น รีเจียน จะขยายกว้างขึ้นทำให้ค่าคาปาซิแตนซ์มีค่าต่ำจากลักษณะดังกล่าวเราจึงนำวาริแคปไปใช้ในวงจรปรับความถี่เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติและวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ

ซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่นำกระแสได้เมื่อได้รับแรงดันไบอัสกลับและระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานได้เรียกว่าระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ ซีเนอร์ไดโอดจะมีแรงดันไบอัสกลับน้อยกว่าแรงดันพังทลายซีเนอร์เล็กน้อยไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดหรือวงจรที่ต้องการแรงดันคงที่เช่นประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงหรือโวลเทจเรกูเลเตอร์