3: พื้นฐานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หน่วยการเรียนรู้ที่ 3: พื้นฐานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

1. บทนำ

• ความสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:
  • เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ทำให้วงจรไฟฟ้าทำงานได้ตามที่ออกแบบ
  • มีหน้าที่ควบคุม, เปลี่ยนแปลง, หรือประมวลผลสัญญาณไฟฟ้า
  • มีหลากหลายชนิด แต่ละชนิดมีคุณสมบัติและการใช้งานที่แตกต่างกัน
• การจำแนกประเภทของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:
  • Passive Components: อุปกรณ์ที่ไม่ต้องการแหล่งจ่ายไฟภายนอกในการทำงาน (เช่น R, L, C)
  • Active Components: อุปกรณ์ที่ต้องการแหล่งจ่ายไฟภายนอกในการทำงาน (เช่น Diode, Transistor)

2. ตัวต้านทาน (Resistor)

• หน้าที่: จำกัดการไหลของกระแสไฟฟ้าในวงจร
• สัญลักษณ์:
• หน่วยวัด: โอห์ม (Ω)
• ชนิดของตัวต้านทาน:
  • ตัวต้านทานค่าคงที่ (Fixed Resistor):
    • คาร์บอน (Carbon Composition): ราคาถูก, ใช้ทั่วไป
    • ฟิล์มโลหะ (Metal Film): ความแม่นยำสูง, เสถียรภาพดี
    • ฟิล์มคาร์บอน (Carbon Film): คุณสมบัติอยู่ระหว่างคาร์บอนและฟิล์มโลหะ
    • ไวร์วาวด์ (Wirewound): ทนกำลังไฟฟ้าสูง, ใช้กับกระแสสูง
  • ตัวต้านทานปรับค่าได้ (Variable Resistor):
    • โพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer): มี 3 ขา, ปรับค่าได้ต่อเนื่อง
    • วอลลุ่ม (Volume Control): โพเทนชิโอมิเตอร์ชนิดหนึ่ง ใช้ปรับความดังเสียง
    • ทริมพอต (Trimpot): โพเทนชิโอมิเตอร์ขนาดเล็ก ใช้ปรับแต่งค่าในวงจร
  • ตัวต้านทานชนิดพิเศษ:
  • LDR (Light Dependent Resistor): ความต้านทานเปลี่ยนตามความเข้มแสง
  • Thermistor: ความต้านทานเปลี่ยนตามอุณหภูมิ (NTC, PTC)
• การอ่านค่าความต้านทาน:
  • รหัสแถบสี (Color Code): ใช้แถบสีแทนค่าตัวเลขและตัวคูณ
  • รหัสตัวเลข (Numerical Code): ใช้ตัวเลขและตัวอักษร (เช่น SMD Resistor)
• การต่อตัวต้านทาน:
  • อนุกรม (Series): ความต้านทานรวมเพิ่มขึ้น (Rtotal = R1 + R2 + …)
  • ขนาน (Parallel): ความต้านทานรวมลดลง (1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + …)
  • ผสม (Series-Parallel): ผสมผสานทั้งอนุกรมและขนาน

3. ตัวเก็บประจุ (Capacitor)

• หน้าที่: เก็บสะสมพลังงานไฟฟ้าในรูปของสนามไฟฟ้า
• สัญลักษณ์:
• หน่วยวัด: ฟารัด (Farad, F) (หน่วยที่ใช้บ่อยคือ ไมโครฟารัด (µF), นาโนฟารัด (nF), พิโกฟารัด (pF))
• โครงสร้างพื้นฐาน: ประกอบด้วยแผ่นตัวนำ 2 แผ่น คั่นด้วยฉนวน (Dielectric)
• ชนิดของตัวเก็บประจุ:
  • อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic): มีขั้ว (+/-), ค่าความจุสูง, ใช้กับไฟ DC
  • เซรามิก (Ceramic): ไม่มีขั้ว, ค่าความจุต่ำ, ใช้กับความถี่สูงได้ดี
  • ไมลาร์ (Mylar): ไม่มีขั้ว, คุณภาพดี, ใช้กับความถี่สูงได้
  • แทนทาลัม (Tantalum): มีขั้ว, ค่าความจุสูง, ขนาดเล็ก
  • ฟิล์ม (Film) ไม่มีขั้ว มีหลายชนิดย่อยๆ เช่น Polyester, Polypropylene
  • ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ (Variable Capacitor):
    • Variable Capacitor (Varicap/Varactor): ค่าความจุเปลี่ยนตามแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อม
    • Trimmer Capacitor: ปรับค่าได้เล็กน้อย ใช้ในการจูนวงจร
• การอ่านค่าตัวเก็บประจุ:
  • พิมพ์ค่าโดยตรง: (เช่น 10 µF)
  • รหัสตัวเลข: (เช่น 104 หมายถึง 10 x 10^4 pF = 100 nF = 0.1 µF)
• การต่อตัวเก็บประจุ:
  • อนุกรม: ค่าความจุรวมลดลง (1/Ctotal = 1/C1 + 1/C2 +…)
  • ขนาน: ค่าความจุรวมเพิ่มขึ้น (Ctotal = C1 + C2 + …)

4. ตัวเหนี่ยวนำ (Inductor)

• หน้าที่: เก็บสะสมพลังงานไฟฟ้าในรูปของสนามแม่เหล็ก
• สัญลักษณ์:
• หน่วยวัด: เฮนรี (Henry, H) (หน่วยที่ใช้บ่อยคือ มิลลิเฮนรี (mH), ไมโครเฮนรี (µH))
• โครงสร้างพื้นฐาน: ขดลวดพันรอบแกน
• ชนิดของตัวเหนี่ยวนำ:
  • แกนอากาศ (Air Core): ใช้กับความถี่สูง
  • แกนเฟอร์ไรต์ (Ferrite Core): ใช้กับความถี่กลางถึงสูง
  • แกนเหล็ก (Iron Core): ใช้กับความถี่ต่ำ
  • ตัวเหนี่ยวนำแบบปรับค่าได้ (Variable Inductor):
• ปัจจัยที่มีผลต่อค่าความเหนี่ยวนำ:
  • จำนวนรอบของขดลวด
  • ขนาดของแกน
  • ชนิดของวัสดุแกน
• การต่อตัวเหนี่ยวนำ
  • อนุกรม: ค่าความเหนี่ยวนำรวมเพิ่มขึ้น (Ltotal = L1 + L2 +…)
  • ขนาน: ค่าความเหนี่ยวนำรวมลดลง (1/Ltotal = 1/L1 + 1/L2 +…)
• การอ่านค่า (ส่วนใหญ่จะพิมพ์ค่าไว้ หรือต้องใช้เครื่องมือวัด)

5. ไดโอด (Diode)

• หน้าที่: ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ในทิศทางเดียว
• สัญลักษณ์:
• โครงสร้าง: รอยต่อ P-N
  • ขั้วแอโนด (Anode, A): ต่อกับสารกึ่งตัวนำชนิด P
  • ขั้วแคโทด (Cathode, K): ต่อกับสารกึ่งตัวนำชนิด N (มักมีแถบสี চিহ্নিত)
• ชนิดของไดโอด:
  • ไดโอดเรียงกระแส (Rectifier Diode): ใช้ในวงจรเรียงกระแส (Rectifier)
  • ซีเนอร์ไดโอด (Zener Diode): ใช้ควบคุมแรงดันไฟฟ้า
  • ไดโอดเปล่งแสง (Light Emitting Diode, LED): เปล่งแสงเมื่อมีกระแสไหลผ่าน
  • โฟโต้ไดโอด (Photodiode): สร้างกระแสไฟฟ้าเมื่อได้รับแสง
• การไบอัสไดโอด (Diode Biasing):
  • ไบอัสตรง (Forward Bias): ต่อขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟเข้ากับขั้ว A, ขั้วลบเข้ากับขั้ว K (ไดโอดนำกระแส)
  • ไบอัสกลับ (Reverse Bias): ต่อขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟเข้ากับขั้ว K, ขั้วลบเข้ากับขั้ว A (ไดโอดไม่นำกระแส, ยกเว้น Zener Diode)
• การต่อไดโอด (เบื้องต้น):
  • ต่ออนุกรมกับโหลด เพื่อเรียงกระแส
  • ต่อขนานกับแหล่งจ่ายไฟ (Zener Diode) เพื่อควบคุมแรงดัน

กิจกรรมการเรียนรู้:

1. บรรยาย: อธิบายเนื้อหาตามหัวข้อ, ใช้รูปภาพ, แอนิเมชัน, วิดีโอ
2. สาธิต: แสดงตัวอย่างอุปกรณ์จริง, สาธิตการอ่านค่า, การต่อวงจรอย่างง่าย
3. ฝึกปฏิบัติ:
   • ให้นักเรียนอ่านค่าตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุ (จากรหัสสี, รหัสตัวเลข)
   • ให้นักเรียนต่อวงจร R, L, C อย่างง่าย (อนุกรม, ขนาน) และวัดค่าด้วยมัลติมิเตอร์
   • ให้นักเรียนทดลองต่อไดโอดในวงจร (ไบอัสตรง, ไบอัสกลับ) และสังเกตผล
4. อภิปราย: ร่วมกันอภิปรายเกี่ยวกับการใช้งานของอุปกรณ์แต่ละชนิด
5. ทำใบงาน: ตอบคำถาม, วาดรูป, คำนวณค่า, อ่านค่าจากรหัส
6. โครงงานย่อย (ถ้ามี) ออกแบบวงจรง่ายๆ ที่มี R, L, C, Diode

การประเมิน:

• สังเกตพฤติกรรมการมีส่วนร่วม
• ตรวจใบงาน
• ทดสอบการปฏิบัติ (วัดค่า, ต่อวงจร)
• ทดสอบย่อย