หน่วยท่ี 4 คลิปเปอร์

4.1 ไดโอดกับการใชง้าน4.2 ไดโอดสวติซ์4.3 ซนีเนอรไ์ดโอด4.4 วงจรคลิปเปอร์4.5 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่ออนุกรม4.6 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่ออนุกรมรว่มกับแบตเตอรี่4.7 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนาน4.8 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนานมแีบตเตอรีต่่ออนุกรม4.9 วงจรคลิปเปอรตั์ดสญัญาณ 2 ชว่ง

4.1 ไดโอดกับการใชง้าน

ไดโอด (Diode) เป็นอุปกรณ์สารก่ึงตัวนำาชนิดหนึ่งท่ีผลิตมาใชง้านอยา่งแพรห่ลาย ใชกั้บเครื่องมอือุปกรณ์เครื่องใชไ้ฟฟา้และอิเล็กทรอนิกสม์ากมาย ด้วยคณุลักษณะการทำางานท่ีเหมอืนสวติช ์ใชง้านง่ายมสีภาวะการทำางายไมยุ่ง่ยาก

คณุสมบติัในการทำางานของตัวไดโอด ขึ้นอยูกั่บสภาวะการจา่ยแรงดันไบอัสใหตั้วไดโอด สภาวะการจา่ยแรงดันไบอัสใหตั้วไดโอดม ี2 สภาวะ คือ 1. สภาวะไบอัสตรง (Forward Bias) เป็นสภาวะท่ีไดโอดนำากระแสหรอืทำางาน 2. สภาวะไบอัสกลับ(Reverse Bias) เป็นสภาวะท่ีไดโอดหยุดการทำางาน

4.2 ไดโอดสวติซ์ เป็นไดโอดท่ีทำาหน้าท่ีเหมอืนสวติชไ์ฟฟา้ ทำางานใน 2 สภาวะ คือ สภาวะต่อวงจร (ON) และสภาวะตัดวงจร(OFF) การทำาใหเ้กิดสภาวะทัง้สองน้ี ขึ้นอยูกั่บลักษณะการจา่ยแรงดันไบอัสใหตั้วไดโอด ขณะจา่ยแรงดันไบอัสตรงใหไ้ดโอด ไดโอดนำากระแสเหมอืนกับสวติชต่์อวงจร (ON) และขณะจา่ยแรงดันไบอัสกลับใหไ้ดโอด ไดโอดไมน่ำากระแสเหมอืนกับสวติชตั์ดวงจร (OFF)

แมว้า่ไดโอดสวติช ์จะทำางานเหมอืนสวติช์ไฟฟา้ แต่ก็มสีว่นท่ีแตกต่างไปจากสวติชไ์ฟฟา้จรงิอยูบ่า้งตรงท่ีสวติชท่ี์ใชไ้ดโอดทำางาน ในขณะท่ีไดโอดได้รบัไบอัสตรง ไดโอดจะเริม่นำากระแสได้นัน้ แรงดันไบอัสตรงท่ีป้อนให ้ตัวไดโอดจะต้องมากกวา่ค่าแรงดันแบตเตอรีส่มมติระหวา่งรอยต่อถกูเรยีกวา่ ค่าแรงดันเทรสโฮล(Threshold Voltage;Vt) หรอื อาจเรยีกวา่แรงดันคัตอิน (Cutin Voltage)

ค่าแรงดันดังกล่าว มค่ีาไมเ่ท่ากัน ขึ้นอยูกั่บชนิดของสารก่ึงตัวนำาท่ีนำามาใชผ้ลิตไดโอด ไดโอดชนิดซลิิคอน (Si) มค่ีาประมาณ 0.5 V ถึง 0.8 V ใชค่้าปานกลางประมาณ 0.6 V หรอื 0.7 V ค่าใดค่าหนึ่ง ไดโอดชนิดเจอรเ์มเนียม (Ge) มค่ีาประมาณ 0.2 V ถึง 0.4 V ใชค่้าปานกลางประมาณ 0.3 V ดังนัน้ในการนำาไดโอดไปใชส้วติช ์ต้องคำานึงถึงแรงดันไบอัสท่ีจา่ยใหต้ัวไดโอด ต้องมค่ีามากกวา่ค่าแรงดันเทรสโฮลด์เสมอ ไมว่า่จะเป็นชว่งไบอัสตรงและชว่งไบอัสกลับ

รูปกราฟคณุลักษณะของสวติชไ์ฟฟา้กับสวติชไ์ดโอด

เป็นไดโอดชนิดหนึ่ง มโีครงสรา้งประกอบด้วยสารก่ึงตัวนำา 2 ชนิด คือ P และ N ต่อชนกัน มขีาต่อใชง้าน 2 ขาคือ แอโนด (A) และ แคโถด (K) เชน่เดียวกับไดโอดแต่มโีครงสรา้งในสว่นขบวนการผลิตแตกต่างกัน ทำาใหค้ณุสมบติัของซนีเนอรไ์ดโอด นำาไปใชง้านได้ทัง้ในชว่งไบอัสตรง และ ไบอัสกลับ

4.3 ซนีเนอรไ์ดโอด

ชว่งไบอัสตรง จะทำางานเหมอืนไดโอดธรรมดา ทำาหน้าท่ีเป็นสวติชไ์ดโอด หรอืทำางานในหน้าท่ีต่างๆได้

ชว่งไบอัสกลับ ทำาหน้าท่ีเป็นตัวกำาหนดแรงดันคงท่ีใหว้งจร โดยใชค่้าแรงดันพงั (Breakdown Voltage; VBR) หรอืแรงดันซนีเนอร ์(Zener Voltage; Vz ) แรงดันตัวซนีเนอรไ์ดโอดมมีากมายหลายค่าให้เลือกใชง้านตัง้แต่ค่าตำ่าประมาณ 2.4 V ถึงค่าสงูประมาณ 200 V

รูป ก ขณะจา่ยแรงดันไบอัสตรงซนีเนอรไ์ดโอดทำางานเหมอืนสวติชต่์อวงจร

รูป ข ขณะจา่ยแรงดันไบอัสกลับซเีนอรไ์ดโอดทำางานเหมอืนแหล่งจา่ยแรงดัน

อาจจะเรยีกวา่ วงจรลิมติเตอร ์(Limiter Circuit) เป็น วงจรตัดรูปคล่ืนสญัญาณไฟสลับ ท่ีสง่เขา้มาใหม้รูีปคล่ืนไฟสลับท่ีออกเอาต์พุต เปล่ียนแปลงไปตามต้องการ โดยตัดรูปคล่ืนในลักษณะไมเ่ป็นเชงิเสน้ (Nonilear Wave Shaping)

อุปกรณ์ตัวหลักท่ีนำามาใชท้ำางานเป็นวงจรคลิปเปอร ์เป็นพวกอุปกรณ์สารก่ึงตัวนำา เชน่ ไดโอด ซนีเนอรไ์ดโอด ทรานซสิเตอร ์และเฟต เป็นต้น

4.4 วงจรคลิปเปอร์

รูป หลักการวงจรคลิปเปอร์

คล่ืนสญัญาณท่ีป้อนเขา้มา เป็นรูปคล่ืนสญัญาณไฟสลับทกุชนิด เมื่อสง่ผ่านวงจรคลิปเปอร์สญัญาณเหล่านัน้ จะถกูตัดทิ้งไปบางสว่น เหลือสญัญาณออกเอาต์พุตไมเ่ท่าเดิม สญัญาณออกเอาต์พุต อาจเหลือมาก ถกูตัดท้ิงไปน้อยหรอือาจเหลือน้อย ถกูตัดทิ้งไปมาก ขึ้นอยูกั่บการจดัวงจรคลิปเปอร ์และสามารถนำาแหล่งจา่ยไฟตรงเขา้รว่มในการตัดรูปคล่ืนด้วย

วงจรคลิปเปอรเ์บื้องต้นท่ีนิยมใชง้าน เป็นชนิดไดโอดคลิปเปอร ์สามารถแบง่ลักษณะวงจรไดโอดในการตัดสญัญาณออกได้ตามการจดัวางตัวไดโอดไวใ้นวงจรเป็น 2 ลักษณะ คือ

1. วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่ออนุกรม

(Series Diode Clipper Circuit)

2. วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนาน (Shunt Diode Clipper

Circuit)

ประกอบด้วยไดโอดต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน มแีรงดัน ออกเอาต์พุตท่ีแรงดันตกครอ่มตัวต้านทาน ลักษณะวงจร เบื้องต้น เหมอืนกับวงจรเรก็ติไฟเออร์แบบครึง่คล่ืน สามารถกำาหนดแรงดันออกเอาต์พุตชว่งบวกหรอืชว่งลบก็ได้โดยอาศัยคณุสมบติัของไดโอดทำางานเป็นสวติช ์ ขณะไดโอดได้รบัไบอัสตรงเป็นสวติชต่์อวงจร (ON) ขณะไดโอดได้รบัไบอัสกลับเป็นสวติชต์ัดวงจร (OFF)

4.5 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่ออนุกรม

รูป วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่ออนุกรมตัดคล่ืนชว่งลบ

ถ้ากลับทิศทางการต่อไดโอดเขา้วงจร ทำาให้ได้สญัญาณออกเอาต์พุต

โดยเพิม่แหล่งจา่ยแรงดันไฟตรงต่ออนุกรมรว่มกับไดโอด แหล่งจา่ยแรงดันไฟตรงนี้ มีผลต่อการตัดรูปคล่ืนของสญัญาณ ท่ีสง่ออกเอาต์พุตได้ระดับของสญัญาณออกเอาต์พุตเปล่ียนแปลง สามารถกำาหนดขนาดของสญัญาณออกเอาต์พุตได้

4.6 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่ออนุกรมรว่มกับแบตเตอรี่

รูป วงจรคลิปเปอรต์ัดสญัญาณชว่งลบแบบไดโอดอนุกรม

รูป แสดงวงจรคลิปเปอรตั์ดสญัญาณชว่งบวกแบบไดโอดต่ออนุกรม

ในรูป ก. เป็นแบบจา่ยแบตเตอรี ่V ไบอัสตรงใหไ้ดโอด D ไดโอด D นำากระแส ยอมใหส้ญัญาณอินพุตซกีบวกสว่นหนึ่ง ออกเอาต์พุต ท่ีระดับแรงดันซกีบวกเท่ากับระดับแรงดันของ แบตเตอรี ่V สว่นสญัญาณอินพุตซกัลบ(-E) ไดโอด D ได้รบัไบอัสตรงนำากระแสยอมให้สญัญาณผ่านออกเอาต์พุตทัง้ซกี

ในรูป ข. เป็นแบบจา่ยแบตเตอรี ่V ไบอัสกลับให ้ไดโอด D ไดโอด D ไมน่ำากระแสของสญัญาณอินพุตซกีบวก (+E) และไมน่ำากระแสของสญัญาณอินพุตซกีลบบางสว่น เท่ากับกระดับแรงดันของแบตเตอรี ่V เหลือสญัญาณอินพุตซกีลบ สว่นท่ีมรีะดับแรงดันมากกวา่ แบตเตอรี ่V สง่ผ่านออกเอาต์พุต ได้รูปสญัญาณออกเอาต์พุตในแต่ละวงจร

ประกอบด้วยไดโอดต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน มีแรงดันออกเอาต์พุตที่แรงดันตกครอ่มไดโอด โดยตัวไดโอดต่อขนานกับขัว้ต่อเอาต์พุต ไดโอดท่ีต่อขนานจะทำาหน้าที่เป็นสวติชตั์ดวงจร (OFF) หรอืต่อวงจร (ON) กำาหนดสญัญาณออกเอาต์พุต สามารถกำาหนดแรงดันออกเอาต์พุตชว่งบวกหรอืชว่งลบก็ได้

4.7 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนาน

รูป วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนานตัดคล่ืนชว่งลบ

แรงดันท่ีป้อนออกเอาต์พุต จะเกิดผลตรงขา้มกับการทำางานของตัวไดโอด คือ เมื่อไดโอดนำากระแสตัวไดโอดเหมอืนสวติช์ต่อวงจร (ON) สญัญาณท่ีป้อนเขา้มาจะถกูลัดวงจรลงกราวด์ ไมม่สีญัญาณออกเอาต์พุต เมื่อไดโอดไมน่ำากระแสตัวไดโอดเหมอืนสวติชตั์ดวงจร (OFF) สญัญาณท่ีป้อนเขา้มาสามารถผ่านออกเอาต์พุตได้

รูป แสดงวงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนานตัดคล่ืนชว่งบวก

โดยเพิม่แหล่งจา่ยแรงดันไฟตรงต่ออนุกรมรว่มกับไดโอด แหล่งจา่ยแรงดันไฟตรงมผีลต่อการทำาใหรู้ปคล่ืนสญัญาณท่ีสง่ออกเอาต์พุต มรูีปคล่ืนเปล่ียนแปลง สามารถกำาหนดขนาดของสญัญาณออกเอาต์พุตได้

4.8 วงจรคลิปเปอรแ์บบไดโอดต่อขนานมแีบตเตอรีต่่ออนุกรม

จากรูป แสดงวงจรคลิปเปอรตั์ดสญัญาณชว่งลบแบบไดโอดต่อขนาน

จากรูป 3.15 แสดงวงจรคลิปเปอรตั์ดสญัญาณชว่งบวกแบบไดโอดต่อขนาน

(Positive - Negative Clipper) เป็นวงจรตัดสญัญาณแบบขนานท่ีต่อไดโอดเขา้วงจร 2 ตัว ตัดสญัญาณบางสว่นทัง้ซกีบวกและซกีลบ มแีบตเตอรีร่ว่มจา่ยไบอัสกลับใหไ้ดโอดด้วย ดังรูป

4.9 วงจรคลิปเปอรตั์ดสญัญาณ 2 ชว่ง

รูป แสดงวงจรคลิปเปอรตั์ดสญัญาณ 2 ชว่ง แบบใชซ้นีเนอรไ์ดโอด

จงอธบิายใหไ้ด้ใจความสมบูรณ์1 .ไดโอดสวติชท์ำางานอยา่งไร คณุสมบติัของไดโอดสวติช์

แตกต่างจากสวติชไ์ฟฟา้อยา่งไร อธบิาย2. ไดโอดคลิปเปอรแ์บบอนุกรมต่อรว่มกับแบตเตอรีจ่ะมผีล

ต่อวงจรอยา่งไร อธบิาย3. วงจรคลิปเปอรต์ัดสญัญาณ 2 ชว่งสามารถจดัวงจรทำางาน

ได้ด้วยอะไรบา้ง อธบิาย4. ไดโอดคลิปเปอรแ์บบขนานต่อวงจรแบบใด และทำางาน

ได้อยา่งไร อธบิาย5. ซนีเนอรไ์ดโอดนำามาใชง้านในวงจรสวติชไ์ดโอด ทำาหน้าท่ี

เป็นอะไรได้บา้ง อธบิาย

สรุปทบทวน

จงวาดรูปสญัญาณเอาต์พุตของวงจรต่อไปนี้