ทรานซิสเตอร์ (Transistors) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการขยายสัญญาณและทำหน้าที่เป็นสวิตช์ทางไฟฟ้า โดยทรานซิสเตอร์ประกอบด้วยวัสดุกึ่งตัวนำที่มีการเชื่อมต่อกันสามชั้น ทรานซิสเตอร์เป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ นี่คือข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์:
ประเภทของทรานซิสเตอร์
- ทรานซิสเตอร์แบบสองขั้ว (Bipolar Junction Transistors, BJT)
- มีสองประเภทคือ NPN และ PNP
- ใช้สามขั้ว: อิมิทเตอร์ (Emitter), เบส (Base), และคอลเลคเตอร์ (Collector)
- ทำงานโดยการควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเบส
- ทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า (Field-Effect Transistors, FET)
- แบ่งเป็น JFET (Junction FET) และ MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET)
- ใช้สามขั้ว: เกท (Gate), ดรน (Drain), และซอส (Source)
- ทำงานโดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เกทเพื่อปรับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านดรนและซอส
หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ BJT
- NPN Transistor:
- เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าที่เบส จะทำให้คอลเลคเตอร์และอิมิทเตอร์เชื่อมต่อกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลจากคอลเลคเตอร์ไปยังอิมิทเตอร์
- PNP Transistor:
- เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลออกจากเบส จะทำให้อิมิทเตอร์และคอลเลคเตอร์เชื่อมต่อกัน กระแสไฟฟ้าจะไหลจากอิมิทเตอร์ไปยังคอลเลคเตอร์
หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ FET
- JFET:
- กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านจากดรนไปซอสจะถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าที่เกท
- MOSFET:
- มีสองประเภทคือ n-channel และ p-channel โดยการควบคุมกระแสไฟฟ้าจะทำได้โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าที่เกทเช่นกัน
การใช้งานของทรานซิสเตอร์
- การขยายสัญญาณ (Amplification): ใช้ในวงจรขยายเสียง วงจรขยายสัญญาณวิทยุ และโทรทัศน์
- การสลับสัญญาณ (Switching): ใช้ในวงจรดิจิทัลและไมโครโปรเซสเซอร์
- การกำเนิดสัญญาณ (Oscillation): ใช้ในวงจรสัญญาณและเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ
สมการพื้นฐาน
- กระแสคอลเลคเตอร์ (Collector Current, 𝐼𝐶IC):
- สำหรับ BJT: 𝐼𝐶=𝛽𝐼𝐵IC=βIB
- 𝐼𝐵IB: กระแสที่เบส (Base Current)
- 𝛽β: ค่าขยายกระแส (Current Gain)
- แรงดันเกท-ซอส (Gate-Source Voltage, 𝑉𝐺𝑆VGS):
- สำหรับ FET: 𝐼𝐷=𝐼𝐷𝑆𝑆(1−𝑉𝐺𝑆𝑉𝑃)2ID=IDSS(1−VPVGS)2
- 𝐼𝐷ID: กระแสที่ดรน (Drain Current)
- 𝐼𝐷𝑆𝑆IDSS: กระแสดรนสูงสุด (Maximum Drain Current)
- 𝑉𝑃VP: แรงดันพินซ์ออฟ (Pinch-Off Voltage)
การคำนวณทรานซิสเตอร์ในวงจร
- การคำนวณการขยายสัญญาณ: ใช้ค่าขยายกระแส (𝛽β) ของ BJT หรือค่าการนำไฟฟ้า (𝑔𝑚gm) ของ FET
- การคำนวณการสลับสัญญาณ: ใช้ค่าความต้านทานและแรงดันไฟฟ้าเพื่อคำนวณการเปิด-ปิดของทรานซิสเตอร์
ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยการเข้าใจลักษณะการทำงานและประเภทของทรานซิสเตอร์จะช่วยให้สามารถออกแบบและแก้ไขวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นในงานขยายสัญญาณหรือการสลับสัญญาณในวงจรดิจิทัล