แรงดันตกคร่อมไดโอดไม่ใช่ค่าคงที่ตายตัว

การใช้ค่าแรงดันตกคร่อมคงที่ช่วยคำนวณวงจรไดโอดเบื้องต้นได้รวดเร็ว แต่ค่าที่จำไว้ไม่ใช่ข้อกำหนดของไดโอดทุกชนิดทุกกระแส เมื่อวัดได้ต่างจากตัวเลขคุ้นเคย จึงต้องตรวจเงื่อนไขก่อนตัดสินเสีย แรงดันนำขึ้นกับจุดทำงาน อุณหภูมิ และโครงสร้างชิ้นส่วน บทความนี้ใช้ตัวอย่างสมมติของไดโอดสัญญาณบนแหล่งจ่าย 5 โวลต์เพื่ออธิบายวิธีคิด โดยไม่ระบุว่าชิ้นส่วนบนกล่องรถใดควรได้ค่าเท่าไร

ค่าแรงดันนำต้องมีกระแสและอุณหภูมิกำกับ

ตารางคุณสมบัติระบุแรงดันนำ VF ที่กระแส IF และอุณหภูมิหนึ่ง เพราะไดโอดมีความสัมพันธ์กระแสต่อแรงดันแบบไม่เป็นเส้นตรง การบอกว่าแรงดันนำสูงสุดหนึ่งค่าจึงหมายถึงขอบเขตที่เงื่อนไขทดสอบนั้น ไม่ใช่แรงดันที่จะปรากฏทุกครั้งที่ไดโอดนำกระแส นอกจากนี้กราฟที่เขียนว่าค่าทั่วไปมีไว้แสดงแนวโน้ม ไม่ใช่ขอบเขตที่รับประกันทุกตัว ต้องแยกตารางค่าสูงสุดกับกราฟทั่วไปก่อนใช้ตัดสินงาน

ในช่วงการทำงานปกติของไดโอดสัญญาณซิลิคอน เมื่อกระแสเพิ่ม แรงดันนำโดยทั่วไปจะเพิ่มด้วย ส่วนเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นที่กระแสเท่าเดิม แรงดันนำมักลดลงในช่วงที่เกี่ยวข้อง แต่ไม่ควรขยายข้อสรุปนี้ไปยังวัสดุและช่วงกระแสทุกแบบ เพราะผลของความต้านทานภายในและโครงสร้างอาจเปลี่ยนพฤติกรรม ต้องอ่านกราฟของรหัสจริง โดยเฉพาะเมื่อต้องการคำนวณกำลังหรือแรงดันเหลือให้โหลดอย่างแม่นยำ

1. 1
   กราฟชิ้นส่วน

   VF ขึ้นกับ IF และอุณหภูมิ ต้องอ่านค่าทั่วไปหรือค่าสูงสุดพร้อมเงื่อนไข

2. 2
   ข้อจำกัดจาก R

   วงจรอนุกรมบังคับให้ I = (Vs − VF) / R

3. 3
   จุดสอดคล้อง

   เลือกคู่ VF และ I ที่ตรงกันทั้งสองความสัมพันธ์ แทนการกำหนดกระแสและแรงดันแยกอิสระ

แรงดันนำกับกระแสต้องสอดคล้องทั้งกราฟชิ้นส่วนและวงจรตัวต้านทาน

สถานการณ์สมมติ: คำนวณกระแสผ่านตัวต้านทานอนุกรม

สมมติจ่ายไฟ 5.00 โวลต์ผ่านตัวต้านทาน 1 กิโลโอห์มและไดโอดหนึ่งตัวอนุกรมลงจุดอ้างอิง ถ้าเริ่มประมาณ VF = 0.65 โวลต์ กระแสจะเป็น (5 − 0.65) / 1000 = 4.35 มิลลิแอมป์ หากอ่านกราฟสมมติแล้วพบว่าที่กระแสใกล้นี้ VF อยู่ประมาณ 0.68 โวลต์ คำนวณใหม่ได้ 4.32 มิลลิแอมป์ ผลต่างเพียง 0.03 มิลลิแอมป์ในวงจรนี้ ทำให้เห็นว่าค่าแรงดันคงที่อาจเพียงพอสำหรับการประมาณบางงาน แต่ต้องประเมินความคลาดที่เกิดขึ้น

กำลังที่ไดโอดในแบบจำลองหลังประมาณคือ 0.68 × 0.00432 หรือประมาณ 2.94 มิลลิวัตต์ ส่วนตัวต้านทานรับกำลัง 0.00432² × 1000 หรือประมาณ 18.7 มิลลิวัตต์ ผลรวมใกล้กับกำลังจากแหล่งจ่าย 5 × 0.00432 = 21.6 มิลลิวัตต์ การตรวจสมดุลกำลังช่วยจับการใส่หน่วยผิดได้ เช่น การใช้ตัวเลขมิลลิแอมป์ในสูตรโดยไม่แปลงเป็นแอมป์จะทำให้ผลต่างผิดหลายเท่า

จุดทำงานเกิดจากไดโอดและวงจรรอบข้างร่วมกัน

ความสัมพันธ์ของตัวต้านทานเขียนเป็น I = (Vs − VF) / R ซึ่งเป็นข้อจำกัดจากแหล่งจ่ายและโหลด ส่วนกราฟไดโอดให้กระแสที่แรงดันหนึ่ง จุดที่ทั้งสองสัมพันธ์ตรงกันคือจุดทำงาน เราจึงไม่สามารถเลือก VF และ I อิสระจากกันแล้วบอกว่าเป็นวงจรเดียวกันได้ หากเปลี่ยน R กระแสและ VF จะเปลี่ยนพร้อมกัน การอ่านกราฟแบบวนคำนวณหรือใช้แบบจำลองวงจรช่วยหาค่าที่สอดคล้องได้

เมื่อไดโอดร้อนขึ้นและ VF ลด กระแสในวงจรแรงดันคงที่อาจเพิ่ม แต่ตัวต้านทานอนุกรมช่วยจำกัดการเพิ่มนั้นได้ ตัวอย่างสมมติถ้า VF ลดจาก 0.68 เป็น 0.58 โวลต์ในวงจร 1 กิโลโอห์ม กระแสเพิ่มจาก 4.32 เป็น 4.42 มิลลิแอมป์ การเปลี่ยนเพียง 0.10 โวลต์มีผลกระแส 0.10 มิลลิแอมป์ตาม R ที่กำหนด ห้ามนำความต่างแรงดันนี้ไปใช้เป็นสัมประสิทธิ์อุณหภูมิจริงโดยไม่มีข้อมูลอุณหภูมิและชนิดชิ้นส่วน

1. 1
   กระแส

   (5 − 0.68) / 1000 = 4.32 มิลลิแอมป์

2. 2
   กำลังไดโอด

   0.68 × 0.00432 ≈ 2.94 มิลลิวัตต์

3. 3
   กำลังตัวต้านทาน

   0.00432² × 1000 ≈ 18.7 มิลลิวัตต์

4. 4
   กำลังรวม

   สองส่วนรวมประมาณ 21.6 มิลลิวัตต์ สอดคล้องกับ 5 × 0.00432 วัตต์จากแหล่งจ่าย

ตัวอย่างสมมติไฟ 5 โวลต์ R 1 กิโลโอห์ม และ VF 0.68 โวลต์

วิธีนำไปใช้วัดไดโอดบนบอร์ดสาธิต

1. ตรวจขั้วและพิกัดจากเอกสารรหัสจริง เลือกตัวต้านทานอนุกรมให้จำกัดกระแสอยู่ในช่วงต่ำที่เหมาะสม
2. ใช้แหล่งจ่าย 5 โวลต์ที่จำกัดกระแส และวัดทั้งแรงดันแหล่งจ่าย แรงดันคร่อม R และแรงดันคร่อมไดโอด
3. คำนวณกระแสจากแรงดันคร่อม R หารค่าความต้านทาน โดยรวมความคลาดของ R หากต้องการความแม่นยำ
4. ปิดไฟก่อนเปลี่ยน R แล้วเปรียบเทียบ VF ที่กระแสต่างกันในช่วงที่ชิ้นส่วนรองรับ
5. เทียบข้อมูลกับกราฟที่อุณหภูมิใกล้เคียง บันทึกว่าเป็นแนวโน้มทั่วไปหรือการเทียบขอบเขตจากตาราง

ข้อผิดพลาดของการตัดสินจากย่านทดสอบไดโอด

มิเตอร์แต่ละรุ่นอาจใช้กระแสทดสอบและแรงดันสูงสุดต่างกัน ค่า VF ที่แสดงจึงอาจไม่เท่ากันแม้วัดชิ้นส่วนเดียวกัน ถ้าบนบอร์ดมีเส้นทางขนานหรือหลายรอยต่ออนุกรม ค่าอ่านก็ไม่ใช่ไดโอดเดี่ยวตามที่คิด การทดสอบต้องตัดไฟและคายประจุก่อน ย่านไดโอดใช้คัดกรองพฤติกรรมเบื้องต้นได้ แต่ไม่ได้ยืนยันกระแสรั่วย้อนกลับหรือความทนแรงดันตามพิกัดทั้งหมด

ค่า VF ต่ำกว่าที่จำไม่ได้แปลว่าลัดวงจรเสมอ และค่าสูงก็ไม่แปลว่าเสื่อมเสมอ อาจเป็นคนละชนิด จำนวนรอยต่อ อุณหภูมิ หรือกระแสทดสอบ หากวัดย้อนแล้วเครื่องแสดงเกินช่วง หมายถึงไม่เห็นกระแสตามขีดความสามารถการวัดนั้น ไม่ใช่การรับรองว่ารับแรงดันย้อนสูงได้ การทดลองบทนี้จึงไม่เพิ่มแรงดันย้อนเพื่อหาจุดพังทลาย และไม่ต่อเข้าวงจรยานยนต์ที่ไม่ทราบหน้าที่

ตรวจสอบผลด้วยแรงดันรวมและแนวโน้มตามกระแส

ผลแรงดันคร่อม R กับไดโอดควรรวมใกล้แรงดันแหล่งจ่ายจริง ถ้าผลรวมไม่ตรง ให้ตรวจจุดอ้างอิง ความเปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่าย และการต่อวงจรก่อน เมื่อเพิ่มกระแสในช่วงเหมาะสม แนวโน้ม VF ควรพิจารณาร่วมกับกราฟของผู้ผลิต ถ้ามีความต่างมากให้ตรวจว่าชิ้นส่วนร้อนระหว่างวัดหรือใช้ค่า R ผิดหรือไม่ การสรุปที่ดีระบุ VF พร้อม IF อุณหภูมิโดยประมาณและวิธีวัด เพื่อให้ข้อมูลมีความหมายมากกว่าตัวเลขแรงดันเดี่ยว