1.โครงสร้างพื้นฐานของอะตอม

สสารต่างๆ ที่เราพบอยู่ทั่วไปนั้น ถ้าพิจารณาลงไปถึงส่วนประกอบขนาดเล็กที่ประกอบกันเป็นสสารนั้นแล้ว จะพบว่าประกอบด้วยโมเลกุล ซึ่งโมเลกุลเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุดของสารและยังแสดงสมบัติของธาตุนั้นอยู่ได้ ในแต่โมเลกุลจะประกอบด้วยส่วนที่เล็กลงไปอีกเรียกว่าอะตอม จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่อยู่เป็นแกนกลางของอะตอม และมีอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสนั้น ภายในนิวเคลียสยังประกอบไปด้วยอนุภาคของโปรตรอนและนิวตรอนอยู่รวมกัน อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่รอบนิวเคลียสนั้นเป็นลบ ส่วนโปรตรอนมีประจุเป็นบวก นิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสมีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้า โดยปกติแล้วอะตอมของธาตุต่างๆ จะเป็นกลางทางไฟฟ้า ในธาตุเดียวกันอะตอมของธาตุนั้นจะมีจำนวนโปรตรอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน

2.สารกึ่งตัวนำบริสุทธิ์

3.สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์

เป็นสารที่เกิดขึ้นจากการเติมสารเจือปนลงไปในสารกึ่งตัวนำแท้ เช่น ซิลิกอน หรือเยอรมันเนียม เพื่อให้ได้สารกึ่งตัวนำที่มีสภาพการนำไฟฟ้าที่ดีขึ้น สารกึ่งตัวนำไม่บริสุทธิ์นี้แบ่งออกเป็น 2 ประเภทคือ สารกึ่งตัวนำประเภทเอ็น (N-Type) และสารกึ่งตัวนำประเภทพี (P-Type)

4.สารกึ่งตัวนำประเภท เอ็น (N-Type)

เป็นสารกึ่งตัวนำที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับอะตอมของสารหนู ทำให้มีอิเล็กตรอนเกินขึ้นมา 1 ตัว เรียกว่าอิเล็กตรอนอิสระซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในก้อนผลึกนั้นจึงยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลได้เช่นเดียวกับตัวนำทั่วไป

5. สารกึ่งตัวนำประเภท พี (P-Type)

เป็นสารกึ่งตัวนำที่เกิดจากการจับตัวของอะตอมซิลิกอนกับอะตอมของอะลูมิเนียม ทำให้เกิดที่ว่างซึ่งเรียกว่า โฮล (Hole) ขึ้นในแขนร่วมของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนข้างโฮลจะเคลื่อนที่ไปอยู่ในโฮลทำให้ดูคล้ายกับโฮลเคลื่อนที่ได้จึงทำให้กระแสไหลได้
ไดโอด(Diode) ถือเป็นอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ที่จำกัดทิศทางการไหลของประจุไฟฟ้า มันจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว และกั้นการไหลในทิศทางตรงกันข้าม ดังนั้นจึงอาจถือว่าไดโอดเป็นวาล์วตรวจสอบแบบอิเล็กทรอนิกส์อย่างหนึ่ง ซึ่งนับเป็นประโยชน์อย่างมากในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้เป็นเรียงกระแสไฟฟ้าในวงจรภาคจ่ายไฟ เป็นต้น

6.ไดโอด

ตัวแรกเป็นอุปกรณ์หลอดสูญญากาศ (vacuum tube หรือ valves) แต่ทุกวันนี้ไดโอดที่ใช้ทั่วไปส่วนใหญ่ผลิตจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน หรือ เจอร์เมเนียม
ไดโอดเป็นอุปกรณ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ p-n สามารถควบคุมให้กระแสไฟฟ้าจากภายนอกไหลผ่านตัวมันได้ทิศทางเดียว ไดโอดประกอบด้วยขั้ว 2 ขั้ว คือ แอโนด (Anode; A) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด p และ แคโธด (Cathode; K) ซึ่งต่ออยู่กับสารกึ่งตัวนำชนิด n
เนื้อหา

1 ประเภทของไดโอด
1.1 ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)
1.2 ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode)
1.3 แอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED)
1.4 โฟโตไดโอด (Photo Diode)
1.5 ไดโอดกำลัง (Power Diode)
2 ไดโอดในทางอุดมคติ
3 ไดโอดในทางปฏิบัติ
4 ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects)


ประเภทของไดโอด

ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode)
ซีเนอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่นำกระแสได้เมื่อได้รับไบอัสกลับ และระดับแรงดันไบอัสกลับที่นำซีเนอร์ไดโอดไปใช้งานได้เรียกว่า ระดับแรงดันพังทลายซีเนอร์ (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ซีเนอร์ไดโอดจะมีแรงดันไบอัสกลับ (Vr)น้อยกว่า Vz เล็กน้อย ไดโอดประเภทนี้เหมาะที่จะนำไปใช้ควบคุมแรงดันที่โหลดหรือวงจรที่ต้องการแรงดันคงที่ เช่น ประกอบอยู่ในแหล่งจ่ายไฟเลี้ยง หรือโวลเทจเรกูเลเตอร์

ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคป (Varactor or Varicap Diode)
ไดโอดวาแรกเตอร์หรือวาริแคปเป็นไดโอดที่มีลักษณะพิเศษ คือ สามารถปรับค่าคาปาซิแตนซ์เชื่อมต่อ (Ct) ได้โดยการปรับค่าแรงดันไบอัสกลับ ไดโอดประเภทนี้มีโครงสร้างเหมือนกับไดโอดทั่วไป ขณะแรงดันไบอัสกลับ (Reverse Bias Voltage ; Vr) มีค่าต่ำ Depletion Region จะแคบลงทำให้ Ct ครงรอบต่อมีค่าสูง แต่ในทางตรงข้ามถ้าเราปรับ Vr ให้สูงขึ้น Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น ทำให้ Ct มีค่าต่ำ จากลักษณะดังกล่าว เราจึงนำวาริแคปไปใช้ในวงจรปรับความถี่ เช่น วงจรจูนความถี่อัตโนมัติ (Automatic Fine Tunning ; AFC) และวงจรกรองความถี่ซึ่งปรับช่วงความถี่ได้ตามต้องการ (Variable Bandpass Filter) เป็นต้น

แอลอีดี (Light Emitting Diode ; LED)
LED เป็นไดโอดที่ใช้สารประเภทแกลเลี่ยมอาร์เซ็นไนต์ฟอสไฟต์ (Gallium Arsenide Phosphide ; GaAsP) หรือสารแกลเลี่ยมฟอสไฟต์ (Gallium Phosphide ; GaP) มาทำเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด p และ n แทนสาร Si และ Ge สารเหล่านี้มีคุณลักษณะพิเศษ คือ สามารถเรืองแสงได้เมื่อได้รับไบอัสตรง การเกิดแสงที่ตัว LED นี้เราเรียกว่า อิเล็กโทรลูมินิเซนต์ (Electroluminescence) ปัจจุบันนิยมใช้ LED แสดงผลในเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องคิดเลข,นาฬิกา เป็นต้น

โฟโตไดโอด (Photo Diode)
โฟโตไดโอด เป็นไดโอดที่อาศัยแสงจากภายนอกผ่านเลนซ์ ซึ่งฝังตัวอยู่ระหว่างรอยต่อ p-n เพื่อกระตุ้นให้ไดโอดทำงาน การต่อโฟโตไดโอดเพื่อใช้งานจะเป็นแบบไบอัสกลับ ทั้งนี้เพราะไม่ต้องการให้โฟโตไดโอดทำงานในทันทีทันใด แต่ต้องการให้ไดโอดทำงานเฉพาะเมื่อมีปริมาณแสงสว่างมากพอตามที่กำหนดเสียก่อน กล่าวคือ เมื่อเลนซ์ของโฟโตไดโอดได้รับแสงสว่างจะเกิดกระแสรั่วไหล ปริมาณกระแสรั่วไหลนี้เพิ่มขึ้นตามความเข้มของแสง

ไดโอดกำลัง (Power Diode)
ไดโอดกำลัง เป็นไดโอดที่ออกแบบให้บริเวณรอยต่อมีช่วงกว้างมากกว่าไดโอดทั่วไป เพื่อนำไปใช้กับงานที่มีกำลังไฟฟ้าสูง กระแสสูงและทนต่ออุณหภูมิสุงได้ เช่น ประกอบเป็นวงจรเรียงกระแส ในอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น จะเห็นได้ว่าเมื่อพิกัดกระแสไฟฟ้ามีค่าหลายร้อยแอมป์ ทำให้ไดโอดมีอุณหภูมิขณะทำงานสูง โดยทั่วไปจึงนิยมใช้ร่วมกับตัวระบายความรัอน (Heat Sinks)เพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความรัอนภายในตัวไดโอดกำลัง

ไดโอดในทางอุดมคติ
ไดโอดในอุดมคติ (Ideal Diode) มีลักษณะเหมือนสวิตช์ที่สามารถนำกระแสไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว ถ้าต่อขั้วแบตเตอรี่ให้เป็นแบบไบอัสตรงไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนกับสวิตช์ที่ปิด (Close Switch) หรือไดโอดลัดวงจร (Short Circuit) Id ไหลผ่านไดโอดได้ แต่ถ้าต่อขั้วแบตเตอรีแบบไบอัสกลับ ไดโอดจะเปรียบเป็นเสมือนสวิตช์เปิด (Open Switch) หรือเปิดวงจร (Open Circuit) ทำให้ Id เท่ากับศูนย์

ไดโอดในทางปฏิบัติ
ไดโอดในทางปฏิบัติ (Practical Diode) มีการแพร่กระจายของพาหะส่วนน้อยที่บริเวณรอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง ดังนั้น ถ้าต่อไบอัสตรงให้กับไดโอดในทางปฏิบัติก็จะเกิด แรงดันเสมือน (Ge >= 0.3V ; Si >= 0.7V) ซึ่งต้านแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายเพื่อการไบอัสตรง ขนาดของแรงดันเสมือนจึงเป็นตัวบอกจุดทำงาน ดังนั้น จึงเรียก "แรงดันเสมือน" อีกอย่างหนึ่งว่า "แรงดันในการเปิด" (Turn-on Voltage ; Vt )
กรณีไบอัสกลับ เราทราบว่า Depletion Region จะขยายกว้างขึ้น แต่ก็ยังมีพาหะข้างน้อยแพร่กระจายที่รอยต่ออยู่จำนวนหนึ่ง แต่ก็ยังมีกระแสรั่วไหลอยู่จำนวนหนึ่ง เรียกว่า กระแสรั่วไหล (Leakage Current) เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้นเรื่อยๆ กระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นจนถึงจุดทีไดโอดนำกระแสเพิ่มขึ้นมาก ระดับกระแสที่จุดนี้ เรียกว่า "กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ" (Reverse Saturation Current ; Is ) แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้ เรียกว่า แรงดันพังทลาย (Breakdown Voltage) และถ้าแรงดันไบอัสสูงขึ้นจนถึงจุดสูงสุดที่ไดโอดทนได้ เราเรียกว่า "แรงดันพังทลายซีเนอร์" (Zener Breakdown Voltage ; Vz) ถ้าแรงดันไบอัสกลับสูงกว่า Vz จะเกิดความร้อนอย่างมากที่รอยต่อของไดโอด ส่งผลให้ไดโอดเสียหายหรือพังได้ แรงดันไฟฟ้าที่จุดนี้เราเรียกว่า แรงดันพังทลายอวาแลนซ์ (Avalance Breakdown Voltage) ดังนั้น การนำไดโอดไปใช้งานจึงใช้กับการไบอัสตรงเท่านั้น

ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects)
จากการทดลองพบว่า Is ของ Si จะมีค่าเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่า ทุกๆ ครั้งที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส ขณะที่ Ge ม ีค่า Is เป็น 1 หรือ 2 micro-amp ที่ 25 องศาเซลเซียส แต่ที่ 100 องศาเซลเซียสจะมีค่า Is เพิ่มขึ้นเป็น 100 micro-amp ระดับกระแสไฟฟ้าขนาดนี้จะเป็นปัญหาต่อการเปิดวงจรเรื่องจากได้รับการไบอัสกลับ เพราะแทนที่ Id จะมีค่าใกล้เคียงศูนย์ แต่กลับนำกระแสได้จำนวนหนึ่งตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

7.สัญลักษณ์ของไดโอดสัญลักษณ์โครงสร้างพื้นฐานของไดโอด

ไดโอดเป็นอุปกรณ์ทางโซลิตสเตตที่มี 2 ขั้ว และยอมให้กระแสไหลผ่านตัวมันเพียงทางเดียวเท่านั้น ถ้ากระแสไหลในทิศ ตรงข้ามจะไม่สามารถไหลผ่านตัวมันได้ แสดงสัญลักษณ์ของไดโอด แสดงโครงสร้างของไดโอดพื้น ฐานทั่ว ๆ ไป ซึ่งเป็นรอยต่อ P-N โดยขั้วทางด้าน P เรียกว่า แอโนด และขั้วทางด้าน N เรียกว่า แคโทด


8.การไบอัสตรง
ด้วยไดโอดเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดรอยต่อ P-N ดังนั้นการที่จะทำให้ไดโอดทำงานจะต้องให้ขนาดแรงดันไฟฟ้า และชนิดของขั้วที่ถูกต้องแก่ไดโอด แรงดันไฟฟ้าที่ให้กับไดโอดเรียกว่า แรงดันไบอัส (Bias Voltage) แรงดันไบอัสทำหน้าที่ควบคุมความกว้างของส่วนที่เป็น Depletion Region ซึ่งเป็นความต้านทานที่เกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อ ดังนั้นจึงเสมือนเป็นการควบคุมปริมาณกระแสไฟฟ้าที่จะไหลผ่านไดโอดนั่นเอง
การไบอัสตรงแก่ไดโอด (Forward Biasing a Diode)
การจัดไบอัสตรงให้กับไดโอด จากที่ทราบมาแล้วว่าการทำงานของไดโอดถูกกำหนดโดยชนิดของขั้วไฟฟ้า จากรูปจะเห็นว่าขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าต่อเข้ากับ n-region และขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าต่อเข้ากับส่วนที่เป็น p-region ของไดโอด อิเล็กตรอนอิสระจะถูกผลักออกจากส่วน n-region เนื่องจากอิทธิพลของขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า และถูกดึงไปยังขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า การไหลของอิเล็กตรอนนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อขนาดของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ามากพอที่จะเอาชนะกำแพงแรงดันที่อยู่ที่บริเวณรอยต่อ ซึ่งสำหรับซิลิกอนไดโอดแรงดันของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 0.7 V หรือมากกว่า ในขณะที่เยอรมันเนียมไดโอดจะเท่ากับ 0.3 V หรือมากกว่า
ไดโอดจะยังคงนำกระแสอยู่ตลอดเวลาถ้ายังได้รับการไบอัสที่ถูกต้องอยู่ ดังแสดงในรูป แสดงทิศทางการไหลของกระแสทางตรง (Forward Current, IF) หรือเป็นกระแสอิเล็กตรอน ซึ่งจะไหลจากขั้วลบของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยัง n-region และ p-region ตามลำดับ จากนั้นจึงไหลต่อไปยังขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า สำหรับการไหลของกระแสโฮลหรือที่เรียกว่า กระแสนิยม (Conventional Current) จะไหนในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการไหลของกระแสอิเล็กตรอน ดังแสดงในรูป (ข) จึงสรุปได้ว่า การไหลของกระแสอิเล็กตรอนจะไหลจากขั้วลบไปยังขั้วบวก ในขณะที่กระแสโฮลหรือกระแสนิยมจะไหลจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ การที่ทราบถึงแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมไดโอด (Si = 0.7 V, Ge = 0.3 V) ขนาดของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและค่าความต้านทานของวงจรก็สามารถคำนวณหาปริมาณกระแสทางตรงได้
ตัวอย่างจากรูป จงคำนวณหากระแสที่ไหลในวงจร

9.การให้ไบอัสกลับ)

ไดโอดแบบไบอัสกลับ โดยการต่อขั้วบวกของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเข้ากับ n-region และขั้วลบเข้ากับ p-region ของไดโอด การต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าในลักษณะนี้จะทำให้อิเล็กตรอนอิสระใน n-region ถูกดึงให้เคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก ในขณะเดียวกันโฮลก็จะถูกดึงจากขั้วลบเช่นกัน จากเหตุผลดังกล่าวจึงส่งผลให้บริเวณ Depletion Region ขยายกว้างมากขึ้น จนทำให้แรงดันไฟฟ้าภายในมีค่าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าแต่มีขั้วตรงกันข้าม จึงส่งผลให้ไดโอดไม่นำกระแสไฟฟ้าในที่สุด
คุณลักษณะของไดโอด
จากปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอดเมื่อให้ไบอัสตรง และไบอัสกลับ โดยจุดกึ่งกลางของกราฟเป็นจุดที่แรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้ามีค่าเป็นศูนย์ สำหรับแกนนอนจะแทนด้วยแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับไดโอด ซึ่งถ้าให้ไบอัสตรง (VF) แรงดันไฟฟ้าจะมีความเป็นบวกมากขึ้นโดยเริ่มจากจุดกึ่งกลางไปทางขวา และถ้าให้ไบอัสกลับ (VR) แรงดันไฟฟ้าจะมีความเป็นลบมากขึ้นโดยเริ่มจากจุดกึ่งกลางไปทางซ้าย สำหรับแกนตั้งจะแทนด้วยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอด โดยกระแสทางตรง (IF) จะมีความเป็นบวกมากขึ้น โดยเริ่มจากจุดกึ่งกลางขึ้นไปด้านบนของกราฟ และถ้าเป็นกระแสย้อนกลับ (IR) จะมีความเป็นลบมากขึ้นโดยเริ่มจากจุดกึ่งกลางไปทางด้านล่างของกราฟ ซึ่งบริษัทผู้ผลิตจะทดสอบคุณลักษณะของไดโอดโดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าค่าต่างๆ ทั้งแบบทางตรง และแบบย้อนกลับให้แก่ไดโอด และจะทำให้ได้เส้นกราฟที่มีความต่อเนื่องที่เรียกว่า เส้นกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน-กระแส หรือ "V-I Characteristic Curve"
คุณลักษณะของไดโอดเมื่อได้รับการไบอัสตรง (Forward Characteristics)
กราฟส่วนบนด้านขวาในรูป แสดงถึงกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอด เมื่อไดโอดได้รับการไบอัสตรง จากรูปขยายจะเห็นว่าขั้วบวกของแหล่งจ่ายไปต่อเข้ากับขั้วอาโนด และขั้วลบของแหล่งจ่ายไปต่อเข้ากับขั้วคาโธดของไดโอด ซึ่งเมื่อแรงดันไบอัสตรงที่ให้กับไดโอดมีขนาดเกินกว่า กำแพงแรงดันไฟฟ้า (Barrier Voltage) ก็จะทำให้ความต้านทานภายในของไดโอดลดลงจนมีค่าเป็นศูนย์ ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าทางตรงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จะเห็นว่าเส้นกราฟนั้นเริ่มจากจุดกึ่งกลาง และเคลื่อนไปยังด้านที่เป็นไบอัสทางตรงของกราฟ โดยกระแสทางตรงที่ไหลผ่านไดโอดจะมีปริมาณน้อยมาก จนกระทั่งแรงดันไบอัสตรงมีขนาดมากกว่ากำแพงแรงดันภายในของไดโอด ซึ่งถ้าเป็นของซิลิกอนไดโอดจะเท่ากับ 0.7 V และถ้าเป็นเยอรมันเนียมไดโอดจะเท่ากับ 0.3 V และเมื่อแรงดันไบอัสตรงนี้ยังมีขนาดเกินกว่ากำแพงแรงดันไฟฟ้าของไดโอดต่อไปอีก กระแสไฟฟ้าทางตรงที่ไหลผ่านไดโอดก็จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว จุดของแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เส้นกราฟชันขึ้นอย่างรวดเร็วนี้มีชื่อเรียกว่า แรงดัน Knee Voltage ซึ่งแรงดันไฟฟ้านี้จะใช้เป็นชื่อเรียกของกำแพงแรงดันไฟฟ้าภายในไดโอดได้อีกชื่อหนึ่ง ซึ่งมีค่าเท่ากับ 0.7 V สำหรับซิลิกอนไดโอด จากกราฟในรูป จะเห็นว่าถึงแม้กระแสไฟฟ้าทางตรงจะเปลี่ยนแปลงไปมากก็ตาม แต่แรงดันทางตรงที่ตกคร่อมไดโอดก็ยังอยู่ในระดับที่เกือบจะคงที่ นั่นคือ ระหว่าง 0.7 V ถึง 0.75 V
คุณลักษณะของไดโอดเมื่อได้รับการไบอัสกลับ (Reverse Characteristics)
ส่วนของกราฟส่วนล่างด้านซ้ายในรูป แสดงถึงกระแสไฟฟ้าย้อนกลับที่ไหลผ่านไดโอดเมื่อให้แรงดันไบอัสกลับ จากภาพขยายจะเห็นว่าขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟต่อเข้ากับขั้วอาโนด และขั้วบวกต่อเข้ากับขั้วคาโธด ดังนั้น เมื่อป้อนแรงดันไบอัสกลับให้แก่ไดโอดก็จะทำให้กำแพงแรงดันของไดโอดเพิ่มขึ้นจนกระทั่งมีขนาดเท่ากับแรงดันของแหล่งจ่ายไฟภายนอก ซึ่งในกรณีนี้กระแสไฟฟ้าที่จะไหลผ่านไดโอดจึงมีค่าน้อยหรือเกือบเป็นศูนย์ ดังนั้น ไดโอดจึงอยู่ในสภาวะปิด (OFF) หรือเท่ากับไดโอดเปิดสวิตช์นั่นเองจากรูป เส้นกราฟจะเริ่มจากจุดกึ่งกลางไปตามเส้นโค้งทาง Reverse Quadrant จะเห็นได้ว่า กระแสไฟฟ้าย้อนกลับที่ไหลผ่านไดโอดเพิ่มขึ้นน้อยมาก (ประมาณ 100 mA) ซึ่งเส้นกราฟในช่วงนี้แสดงถึงสภาพต้านการไหลของกระแสไฟฟ้าของไดโอด และเนื่องจากกระแสไฟฟ้ารั่วไหล (Leakage Current) ที่เกิดขึ้นนี้มีค่าน้อยจึงไม่นำมาพิจารณา แต่ถ้าแรงดันย้อนกลับ (VR) ยังคงเพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงจุดพัง (Break Down) ของไดโอด ก็จะทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างทันทีทันใด ซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าอย่างทันทีทันใดนี้เรียกว่า แรงดันพัง (Breakdown Voltage) ซึ่งจากเส้นกราฟในรูป จะเห็นว่าแรงดันพังของซิลิกอนไดโอดจะมีค่าสูงถึง 50 V

10.คุณสมบัติของไดโอด


ตัวลูกศรเป็นสัญญลักษณ์แทนสารกึ่งตัวนำชนิด P ซึ่งเป็นขั้วอาโนด (ขั้วบวก) ของไดโอด ลูกศรจะชี้ในทิศทางที่โฮลเคลื่อนที่ ส่วนขีดคั่นเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด N ซึ่งเป็นขั้วคาโถด (ขั้วลบ) ดังนั้นเราจะสามารถพิจารณาว่า ไดโอดถูกไบแอสตรงหรือไบแอสกลับได้ง่าย ๆ โดยพิจารณาดูว่าถ้าขั้วอาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกมากกว่าราคาโถดแล้ว ไดโอดจะถูกไบแอสตรง ถ้าขั้วอาโนดมีศักดาไฟฟ้าเป็นบวกน้อยกว่า คาโถดก็แสดงว่าไดโอดถูกไบแอสกลับ
เปรียบเทียบลักษณะสมบัติของไดโอดเมื่อไบแอสตรงและไบแอสกลับ
ลักษณะสมบัติของไดโอดอุดมคติ
ความต้านทานของตัวไดโอด
เนื่องจากความต้านทานของตัวไดโอด ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นจึงถือว่า สิ่งประดิษฐ์ ไดโอดมีคุณสมบัติไม่เป็นเชิงเส้น ลักษณะ : สมบัติระหว่างแรงดันและกระแสจะเป็นตัวแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ของกระแสที่ไหลผ่านตัวไดโอด (ID) กับค่าแรงดันที่ตกคร่อมตัวไดโอด (VD) ทั้งในทิศทางไบแอสตรง และไบแอสกลับดังรูป
ลักษณะ สมบัติทางด้านไบแอสตรงจะเริ่มมีกระแสไหลผ่านไดโอดเมื่อใส่แรงดันแก่ไดโอดด้วยค่า ๆ หนึ่งแรงดันนี้คือค่าแรงดันที่เราเรียกว่า แรงดันคัทอิน (cut in voltage) ของไดโอด
กราฟลักษณะสัมบัติระหว่างแรงดันและกระแสของวงจรไบแอส
เนื่องจากไดโอดชนิดหัวต่อ P-N แบ่งเป็น 2 ชนิดคือชนิดซิลิกอนและชนิดเยอรมันเนียม ดังนั้นลักษณะสมบัติทางแรงดันและกระแสของไดโอดทั้งสองชนิด จะเห็นได้ชัดดังในรูป
แรงดันคร่อมตัวไดโอดด้านไบแอสตรง
ค่ากระแสอิ่มตัวย้อนกลับสำหรับซิลิกอนไดโอดกับของเยอรมันเนียมไดโอดยังมีค่าไม่เท่ากันด้วยซิลิกอนไดโอดมีค่ากระแสอิ่มตัวน้อยกว่าของเยอรมันเนียมไดโอดประมาณ 1000 เท่า
สำหรับค่าแรงดันคัทอินทั้งของซิลิกอนและเยอรมันเนียมจะมีค่าไม่เท่ากัน ค่าแรงดันคัทอินของซิลิกอนไดโอดมีค่าประมาณ 0.6 โวลท์ ส่วนของเยอรมันเนียมไดโอดมีค่าประมาณ 0.2 โวลท์

คุณลักษณะสมบัติระหว่างแรงดันและกระแสของไดโอด

ความต้านทานในตัวไดโอดพอที่จะแบ่งออกตามชนิดของแรงดันที่ให้กับตัวไดโอด ซึ่งแยกออกเปนความต้านทานทางไฟตรงหรือทางสรรคติกและความต้านทานไฟสลับ
ความต้านทานทางไฟตรง (static resistance)
จากลักษณะสมบัติแรงดันและกระแสของไดโอดจะไม่เป็นลักษณะเชิงเส้ น ดังนั้นความต้านทานในตัวไดโอดจึงไม่คงที่ จากกฎของโอห์มจะได้ความต้านทานทางไฟตรง ที่จะดทำงานขณะไม่มีสัญญาณอื่นใดเข้ามาเป็น

ความต้านทานทางไฟสลับ (dynamic resistance) เมื่อไดโอดทำงานในขณะที่มีค่าสัญญาณแรงดันไฟสลับขนาดเล็ก ๆ ป้อนเข้ามาค่าความต้านทานที่เกิดขึ้นที่ไดโอดจะเกิดการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาค่าความต้านทานนี้จะแตกต่างจากความต้านทานทางไฟตรงเราเรียกค่าความต้านทานนี้ว่า ความต้านทานทางไฟสลับการหาค่าความต้านทานทางไฟสลับหาค่าได้จากค่าอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อมตัวไดโอดที่เปลี่ยนไปกับค่าการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลในตัวไดโอด เนื่องจากการทำงานของไดโอดเมื่อมีสัญญาณเข้ามา ณ จุดที่ไดโอดทำงานก็จะมีค่าไม่คงที่ไม่แน่นอน เกิดการเปลี่ยนแปลงตามลักษณะสมบัติ แต่เมื่อคิดการเปลี่ยนแปลงกระแสไบแอสตรงค่าเล็ก ๆ ของกระแสและแรงดันแล้วจะสามารถหาค่าความต้านทานทางไดนามิคหรือความต้านทานต่อไฟสลับได้ดังรูป


การหาค่าความต้านทานนี้อาจทำได้โดยการใช้สูตร Rac เท่ากับ
= ช่วงการเปลี่ยนแปลงของแรงดันคร่อมไดโอด
ช่วงการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านไดโอด
ผลกระทบของอุณหภูมิ (Temperature Effects)
จากการทดลองพบว่า Is ของ Si จะมีค่าเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่า ทุกๆ ครั้งที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 10 องศาเซลเซียส ขณะที่ Ge ม ีค่า Is เป็น 1 หรือ 2 micro-amp ที่ 25 องศาเซลเซียส แต่ที่ 100 องศาเซลเซียสจะมีค่า Is เพิ่มขึ้นเป็น 100 micro-amp ระดับกระแสไฟฟ้าขนาดนี้จะเป็นปัญหาต่อการเปิดวงจรเรื่องจากได้รับการไบอัสกลับ เพราะแทนที่ Id จะมีค่าใกล้เคียงศูนย์ แต่กลับนำกระแสได้จำนวนหนึ่งตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
ซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอด (Zener diode) ไดโอดธรรมดาเมื่อทำการไบรแอสกลับจนถึงค่าแรงดันพังจะทำให้เกิดการเสียหายได้ ซีเนอร์ไดเอดเป็นซิลิกอนไดโอดชนิดพิเศษที่กระแสย้อนกลับสามารถไหลเฉลี่ยทั่วพื้นที่รอยต่อของไดโอด จึงสามารถทนกระแสย้อนกลับได้สูงมาก ดังนั้นซีเนอร์ไดโอดจึงสามารถใช้ควบคุมแรงดันโดยใช้แรงดันที่ตกคร่อมตัวมันเองเป็นตัวควบคุมสัญญลักษณ์ของตัวซีเนอร์ไดโอดเขียนได้ดังรูป

สัญญลักษณ์ของซีเนอร์ไดโอด
ซีเนอร์ไดโอดทางอุดมคติจะควบคุมแรงดันได้ต่อเมื่อถูกไบแอสกลับกล่าวคือ จะมีกระแสไหลผ่านไดโอดได้ดีต่อเมื่อไบแอสกลับจนถึงค่าแรงดันซีเนอร์เท่านั้น สำหรับกรณีไบแอสตรงซีเนอร์ไดโอดจะทำหน้าที่เหมือนไดโอดะรรมดาคือเสมือนเป็นตัวลัดวงจร
ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดทางอุดมคติ ลักษณะสมบัติของซีเนอร์ไดโอดจริง ๆ