อุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน

        ภายในวงจรไฟฟ้าจะประกอบด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำหน้าที่เปลี่ยนรูปพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานรูปแบบต่าง ๆ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้จะมีลักษณะและการทำงานที่แตกต่างกันไปตามชนิดและประเภทของอุปกรณ์นั้น ๆ ในส่วนนี้นักเรียนจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานที่ใกล้ตัวนักเรียนและสามารถพบเห็น การทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ได้ในเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น สวิตช์ มอเตอร์ไฟฟ้า และทรานซิสเตอร์

สวิตช์

        สวิตช์ คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าภายในวงจร หรือกล่าวง่าย ๆ คือ อุปกรณ์เปิด ปิดกระแสไฟฟ้าภายในวงจรไฟฟ้า โดยใช้สัญลักษณ์ดังรูป

ภาพที่ 6.81   สัญลักษณ์ของสวิตซ์
ที่มา : https://encrypted-tbn2.gstatic.com

        สวิตช์ที่ใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์มีหลายชนิด เช่น สวิตช์เลื่อน สวิตช์กระดก สวิตช์หมุน สวิตช์กด สวิตช์ไมโคร สวิตช์กุญแจ ฯลฯ

        สวิตช์เลื่อน เป็นสวิตช์ชนิดหนึ่งที่ใช้เปิด ปิด การทำงานของอุปกรณ์ ใช้งานโดยการเลื่อน นิยมใช้เป็นอุปกรณ์เปิด ปิด สิ่งของประเภทของเล่นเด็ก และเครื่องใช้ต่างๆ เช่น นาฬิกาปลุก ไฟฉาย

ภาพที่ 6.82   สวิตซ์เลื่อนของไฟฉาย
ที่มา : http://1.bp.blogspot.com

        สวิตช์กระดก เป็นสวิตช์ที่ใช้งานโดยการกด เมื่อต้องการเปิดสวิตช์ก็ให้กดด้านที่ระบุว่าเป็นการเปิดสวิตช์ลง ส่วนอีกด้านที่เหลือก็จะกระดกขึ้น โดยส่วนใหญ่แล้วจะมีตัวอักษรระบุการทำงานบนตัวสวิตช์ เช่น เปิด ปิด On-OFF เราจะพบเห็นการใช้สวิตช์กระดกนี้กับหลอดไฟ ปลั๊กราง หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ

ภาพที่ 6.83   สวิตช์กระดกของปลั๊กราง
ที่มา : http://www.igetweb.com

        สวิตช์กด ใช้งานโดยการกดเปิด ปิด ในปุ่มเดียวกัน คือ กด 1 ครั้ง จะเป็นการเปิดและกดซ้ำอีก 1 ครั้ง จะเป็นการปิด เช่น ปุ่มปิด เปิดโทรทัศน์ รีโมท คอมพิวเตอร์

ภาพที่ 6.84   สวิตช์กดของเครื่องคอมพิวเตอร์
ที่มา : http://learn.caconnects.org

การทำงานของสวิตช์

        ส่วนประกอบพื้นฐานของสวิตช์จะมีส่วนที่เรียกว่า หน้าสัมผัส อยู่ภายในซึ่งคล้ายกับสะพานเชื่อมให้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรไฟฟ้าได้ สวิตช์ทำหน้าที่เปิด ปิด วงจรไฟฟ้า ทำให้วงจรไฟฟ้าเกิดการทำงานอยู่ 2 ลักษณะคือ วงจรเปิดและวงจรปิด วงจรเปิด คือลักษณะที่หน้าสัมผัสของสวิตช์ไม่เชื่อมต่อกันทำให้กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลไปในวงจรได้ และวงจรปิด คือ การที่หน้าสัมผัสของสวิตช์เชื่อมต่อกันทำให้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรได้

        วงจรเปิด หน้าสัมผัสไม่เชื่อมต่อกัน กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลในวงจรได้ ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ทำงาน แต่เรามักจะเรียกกันว่าเป็นการปิดสวิตช์ ซึ่งหมายถึงการปิดการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้านั่นเอง

ภาพที่ 6.85   สวิตช์ขณะวงจรเปิด
ที่มา : http://classconnection.s3.amazonaws.com

        วงจรปิด หน้าสัมผัสเชื่อมต่อกัน กระแสไฟฟ้าสามารถไหลในวงจรได้ ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าทำงาน แต่เรามักจะเรียกกันว่าเป็นการเปิดสวิตช์ ซึ่งหมายถึงการเปิดการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้า

ภาพที่ 6.86   สวิตช์ขณะวงจรปิด
ที่มา : http://classconnection.s3.amazonaws.com

     ตัวอย่างการทำงานของสวิตช์ ในวงจรไฟฟ้าอย่างง่าย

ภาพที่ 6.87   วงจรภายในของไฟฉาย
ที่มา : http://webhtml.horhook.com

        โดยทั่วไป เมื่อเราเลื่อนสวิตช์ไฟฉายลง จะทำให้สวิตช์ในวงจรเปิด กระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถไหลภายในวงจรได้ เนื่องจากไม่มีสะพานเชื่อมกระแสไฟฟ้าให้ไหลจากถ่านไฟฉายไปสู่หลอดไฟได้ ส่งผลให้หลอดไฟดับ

        ขณะเดียวกันเมื่อเราเลื่อนสวิตช์ไฟฉายขึ้น จะทำให้สวิตช์ในวงจรเปิด กระแสไฟฟ้าจะสามารถไหลจากถ่านไฟฉายไปสู่หลอดไฟได้ ทำให้หลอดไฟสว่าง

        สวิตช์มีหลายรูปแบบ ซึ่งแต่ละรูปแบบจะถูกออกแบบและสร้างมาเพื่อการใช้งานในลักษณะที่แตกต่างกันไป นอกจากนี้แล้วสวิตช์บางประเภทยังบอกคุณลักษณะการทนกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าอีกด้วย ดังนั้นเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพในการใช้งานสูงสุด จึงควรเลือกใช้สวิตช์ให้เหมาะสมกับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน และควรศึกษาคุณลักษณะเฉพาะของสวิตช์แต่ละรูปแบบให้เข้าใจก่อนตัดสินใจเลือกใช้

มอเตอร์ไฟฟ้า

        มอเตอร์ไฟฟ้า มีรูปร่างต่าง ๆ หลายรูปแบบ ลักษณะภายนอกประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าของมอเตอร์ 2 ขั้ว สำหรับเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า มีแกนเหล็กยื่นออกมาจากตัวมอเตอร์เรียกว่าแกนมอเตอร์ ซึ่งเป็นส่วนที่ต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ต้องการให้เกิดการเคลื่อนที่ในลักษณะการหมุน เช่น ใบพัด เพลาของอุปกรณ์ต่าง ๆ

ภาพที่ 6.88   มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
ที่มา : http://kpp.ac.th
http://www.atom.rmutphysics.com

        มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลในรูปของการหมุน หากแบ่งตามชนิดของกระแสไฟฟ้าจะมี 2 ชนิด คือ

        1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าตรง เช่น จากเซลล์ไฟฟ้า หรือ แบตเตอรี่ ขนาดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงมีตั้งแต่ใช้แรงดันไฟฟ้า 1.5 โวลต์ เป็นต้นไป เราพบการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงกับแหล่งจ่ายไฟฟ้าจากถ่านไฟฟ้าได้ในของเล่น ของใช้ เช่น พัดลมมือถือ รถของเล่น ตุ๊กตาเคลื่อนไหว ฯลฯ

 
ภาพที่ 6.89   พัดลมที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง   ภาพที่ 6.90   ของเล่นที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
ที่มา : http://img.tarad.com   ที่มา : http://s2opremium.com
 

        2. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นมอเตอร์ที่ต้องใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านเรือน เราพบการใช้งานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับในเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีลักษณะการเคลื่อนที่แบบหมุน เช่น เครื่องซักผ้า พัดลม เครื่องปั่นน้ำผลไม้

ภาพที่ 6.91   มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
ที่มา : http://webserv.kmitl.ac.th

ภาพที่ 6.92   ตัวอย่างเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
ที่มา : http://www.oknation.net
http://www.fagorthailand.co.th
http://www.dumenu.com

        มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในลักษณะการหมุน ปัจจุบันมีการนำไปใช้เป็นส่วนประกอบในการสร้างสิ่งของเครื่องใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในชีวิตประจำวันแก่มนุษย์มากมาย การใช้มอเตอร์ไฟฟ้านั้น ควรพิจารณาถึงคุณลักษณะต่าง ๆ ของมอเตอร์ เช่น ชนิดของมอเตอร์ ค่าการทนกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า เพื่อให้สามารถเลือกใช้มอเตอร์ได้อย่างเหมาะสมและตรงกับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน

ทรานซิสเตอร์

        ลักษณะภายนอกของทรานซิสเตอร์ประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก ๆ คือ ตัวถังและขา ตัวถังของทรานซิสเตอร์มีหลายรูปแบบ เช่น ทรงกระบอก สี่เหลี่ยมผืนผ้า ทรงกระบอกผ่าครึ่ง แต่ทุกรูปแบบจะประกอบด้วยขา 3 ขา เหมือนกัน คือ ขาอิมิเตอร์ (E) ขาเบส (B) และขาคอลเลคเตอร์

ภาพที่ 6.93   ส่วนประกอบของทรานซิสเตอร์
ที่มา : http://www.myfirstbrain.com

        ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ขยายกระแสไฟฟ้า ขณะเดียวกันก็ใช้เป็นสวิตช์เปิด ปิดวงจรไฟฟ้า การเรียกชื่อทรานซิสเตอร์จะเรียกตามรหัสที่ปรากฏบนตัวทรานซิสเตอร์ เช่น E13005 BFY51 BC548 BC108

ภาพที่ 6.94   ทรานซิสเตอร์รูปแบบต่าง ๆ
ที่มา : http://www.tenettech.com

        เราพบการใช้งานทรานซิสเตอร์ในเครื่องใช้ไฟฟ้าประเภทที่มีการขยายกระแสไฟฟ้าหรือขยายสัญญาณและวงจรที่สามารถเปิด ปิดไฟอัตโนมัติได้ เช่น เครื่องขยายเสียง โทรศัพท์ โทรทัศน์ สวิตช์เปิด ปิดวงจรไฟฟ้าอัตโนมัติ

ภาพที่ 6.95   ทรานซิสเตอร์ในเครื่องเสียง
ที่มา : http://i00.i.aliimg.com

ภาพที่ 6.96   ทรานซิสเตอร์ของวงจรเปิด ปิดอัตโนมัติ
ที่มา : http://www.bestroomstyle.com

    การทำงานของทรานซิสเตอร์

        เมื่อต่อวงจรให้ทรานซิสเตอร์แล้วจะมีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าสู่ขาเบส ทำให้เกิดกระแสไหลจากขาคอลเลคเตอร์สู่ขาอิมิเตอร์ ซึ่งมีปริมาณกระแสไฟฟ้ามากกว่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่ขาเบสในตอนแรกมาก โดยทั่วไปแล้วจะต่อตัวต้านทานเข้ากับขาเบส เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลเข้าขาเบสในปริมาณที่มากเกินไป จนทำให้ทรานซิสเตอร์เสียหาย

ภาพที่ 6.97   เครื่องวัดความชื้นและตัวอย่างการใช้งาน
ที่มา : http://www.thaivictory.co.th

        จากวงจรจะต่อหัววัดเข้ากับแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า และผ่านตัวต้านทานเพื่อต่อเข้ากับขา B ของทรานซิสเตอร์ ส่วนออดไฟฟ้า (บัชเชอร์) ขั้วหนึ่งจะต่อเข้ากับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟฟ้า อีกขั้วหนึ่งต่อเข้ากับขา C ของทรานซิสเตอร์ ในขณะที่ยังไม่ได้นำหัววัดทั้งสองข้างไปปักในบริเวณที่มีความชื้นหรือมีน้ำ บัชเชอร์จะไม่ส่งเสียงเตือนเนื่องจากกระแสไฟฟ้าจากขั้วบวก ไม่สามารถไหลผ่านตัวต้านทานมายังขา B ของทรานซิสเตอร์ได้ ทำให้ทรานซิสเตอร์ไม่ทำงาน

        แต่ถ้านำหัววัดไปปักบริเวณที่มีความชื้น ซึ่งความชื้นนี้จะเป็นตัวนำไฟฟ้า ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านหัววัด และเข้าไปยังขา B ของทรานซิสเตอร์ได้ ทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานและจะขยายกระแสไฟฟ้าทำให้ไหลผ่านบัชเชอร์มายังขา C ของทรานซิสเตอร์ ทำให้บัชเชอร์ส่งเสียงเตือนได้นั่นเอง

        เราสามารถประยุกต์การทำงานของวงจรนี้ไปสร้างเป็นเครื่องเตือนน้ำล้นได้ โดยอาจจะเพิ่มหลอดไฟเข้าไปในวงจร เพื่อให้ส่งเสียงเตือนและหลอดไฟสว่างเมื่อน้ำล้นขึ้นมาสัมผัสกับหัววัด

        ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการขยายกระแสไฟฟ้า สามารถนำไปสร้างเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ มากมาย เช่น เครื่องขยายเสียง โทรศัพท์ โทรทัศน์ ในการเลือกใช้ทรานซิสเตอร์นั้นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติการใช้กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และการต่อขาที่ถูกต้องในวงจร ซึ่งอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละตัวจะมีลักษณะที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงควรเลือกใช้ให้เหมาะสมกับการใช้งานเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด

        สวิตช์ มอเตอร์ไฟฟ้า และทรานซิสเตอร์ เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน เป็นอุปกรณ์ส่วนหนึ่งที่อยู่ภายในเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าให้ดีขึ้น สามารถตอบสนองต่อความต้องการของมนุษย์ได้ ซึ่งอุปกรณ์แต่ละชนิดนั้น มีหน้าที่การทำงานที่แตกต่างกัน ดังตารางสรุปต่อไปนี้

อุปกรณ์ หน้าที่
สวิตช์ เปิด ปิดกระแสไฟฟ้าภายในวงจรไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้า เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลในรูปของการหมุน
ทรานซิสเตอร์ ขยายกระแสไฟฟ้าและใช้สวิตช์เปิด ปิดในวงจร

        ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ เป็นสิ่งสำคัญต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ในปัจจุบันอย่างยิ่ง เพราะช่วยอำนวยความสะดวกสบาย และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานของมนุษย์ได้ หากสังเกตสิ่งของเครื่องมือเครื่องใช้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์แล้ว จะพบว่าส่วนใหญ่ต้องอาศัยไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ในการทำงาน เช่น ตู้เย็น พัดลม โทรทัศน์ ฯลฯ ต้องใช้ไฟฟ้าเป็นพลังงานในการทำงาน และมีอิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมระบบการไหลของกระแสไฟฟ้า เพื่อให้สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ ดังนั้นองค์ความรู้เรื่องไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์จึงมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งที่ให้การสร้างสิ่งของเครื่องใช้เหล่านั้นมีประสิทธิภาพ และสามารถตอบสนองต่อความต้องการของมนุษย์ได้ดียิ่งขึ้น