ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند

ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند

ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند

  • ترانزیستور یکی از مهمترین قطعات الکترونیکی و یکی از ادوات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته می‌شود. یک ترانزیستور در ساختار خود دارای پیوندهای نوع N  ونوع P  می‌باشد. ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET). اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بین ورودی و ترمینال مشترک، میزان رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می‌دهد، از اینرو سبب کنترل جریان بین آنها می‌شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آن بستگی دارد. ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند در ادامه مطلب.

ادامه توضیحات :

  • در مدارهای آنالوگ، ترانزیستورها در تقویت کننده‌ها استفاده می‌شوند، تقویت کننده‌های جریان مستقیم، تقویت کننده‌های صدا، تقویت کننده‌های امواج رادیویی  و منابع تغذیه تنظیم شده خطی. همچنین از ترانزیستورها در مدارات دیجیتال بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شود، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت بهم پیوسته در مدارات مجتمع یکپارچه بکار می‌روند. مداراهای دیجیتال شامل گیت‌های منطقی، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، ریزپردازنده‌ها و پردازشگرهای سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند. ترانزیستور می‌تواند به عنوان کلید نیز کار کند. ترانزیستور سه‌پایه دارد: بیس، کالکتور و امیتر. توضیحات بیشتر ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند. در پایین صفحه.

ساختمان ترانزیستور

  • BJT از اتصال سه لایه بلور نیمه هادی تشکیل می‌شود. لایه وسطی بیس (base)، و دو لایه جانبی، یکی امیتر (emitter) و دیگری کالکتور (collector) نام دارد. نوع بلور بیس، با نوع بلورهای امیتر و کلکتور متفاوت است. معمولاً میزان ناخالصی در امیتر بیشتر از دو لایه دیگر وهمچنین عرض لایه بیس کمتر و عرض لایه کلکتور بیشتر از لایه‌های دیگر است دریک ترانزیستور دوقطبی، لایه امیتر یا گسیلنده بیشترین مقدار ناخالصی را دارد؛ که الکترونها از امیتر به سوی لایه کلکتور که ناخالصی کمتری دارد، گسیل داده می‌شود.

 

مزایای ترانزیستورها بر لامپ‌های خلاء

قبل از گسترش ترانزیستورها، لامپ‌های خلاء که در بریتانیا به آنها لامپ ترمیونیک یا فقط لامپ هم می‌گویند قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند. مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با لامپ‌های خلاء سابق در بیشتر کاربردها را داد در زیر آمده‌است :

  • اندازه کوچک‌تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ‌های خلاء)
  • تولید کاملاً اتوماتیک
  • هزینه کمتر (در حجم تولید)
  • امکان ولتاژ کاری پایین‌تر (اما لامپ‌های خلاء در ولتاژهای بالاتر می‌توانند کار کنند)
  • نداشتن دوره گرم شدن (بیشتر لامپ‌های خلاء به ۱۰ تا ۶۰ ثانیه زمان برای عملکرد صحیح نیاز دارند)
  • تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی، ولتاژ اشباع خیلی پایین)
  • قابلیت اطمینان بالاتر و سختی فیزیکی بیشتر (اگرچه لامپ‌های خلاء از نظر الکتریکی مقاوم ترند. همچنین لامپ خلاء در برابر پالس‌های الکترومغناطیسی هسته‌ای (NEMP) و تخلیه الکترواستاتیکی (ESD) مقاوم ترند
  • عمر خیلی بیشتر قطب منفی لامپ خلاء سرانجام ازبین می‌رود و خلاء آن می‌تواند آلوده بشود
  • فراهم آوردن دستگاه‌های مکمل امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلاء قطبی معادل نوع مثبت BJT ها و نوع مثبت FET ها در دسترس نیست
  • قابلیت کنترل جریان بالا ترانزیستورهای قدرت برای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ‌های خلاء برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند
  • میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می‌تواند با خصوصیات لامپ خلاء تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده‌های گیتار شرکت کند.

 

ترانزیستور دارای ۳ ناحیه کاری می‌باشد :

ترانزیستور دارای ۳ ناحیه کاری می‌باشد:

  • ناحیه قطع
  • ناحیه فعال (کاری یا خطی)
  • ناحیه اشباع

توضیحات ۳ ناحیه :

  • ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد. اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون آمده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می‌کند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای می‌رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت می‌گویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد.
  • ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در مدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و… استفاده کرد؛ و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده‌سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و… استفاده کرد. به جرات می‌توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است. ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد.
  • اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون آمده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل می‌کند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای می‌رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت می‌گویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد.
  • ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. در مدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و… استفاده کرد؛ و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده‌سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و… استفاده کرد. به جرات می‌توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

 

عملکرد

  • ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دوپایه دیگر آن را میتوان تنظیم کرد.برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المانهای دیگر مانند مقاومتها و…  جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

 

انواع ترانزیستورها


دو دسته مهم از ترانزیستورها :

  • ترانزیستور دوقطبی پیوندی (BJT:Bipolar Junction Transistors)
  • ترانزیستور اثر میدان (FET:Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثر میدان نیز خود به دو دستهٔ ترانزیستور پیوند اثر میدانی JFET و ماسفتها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.
توضیحات دو دسته :
  • در ترانزیستور دو قطبی پیوندی : با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دوپایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت و خازن و… در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستور استفاده می‌کنند.
  • ترانزیستور پیوند اثر میدانی (JFET) : در ترانزیستورهای پیوند اثر میدانی (JFET) در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دوپایه سورس و درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی به دو نوع تقسیم می‌شود: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند. نواحی کار این ترانزیستورها شامل «فعال» و «اشباع» و «ترایود» است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند : منبع : ویکی پیدیا

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *