مقالات

ترانزیستور

انواع ترانزیستور

در این مقاله قصد داریم به توصیف این موضوع بپردازیم که ترانزیستور چیست؟ چگونه کار می کند؟ همچنین به آشنایی با روند کار ترانزیستور های پیوندی دو قطبی پرداخته و جزئیات ترانزیستور های PNP و NPN را بررسی کنیم. پس با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید.

ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند؟

ترانزیستور ها هسته مرکزی تکنولوژی الکترونیک دنیای امروز به شمارمی روند. پیشرفت و توسعه ترانزیستورهای پیوندی دو قطبی یا همان BJT ها باعث تغییرات گسترده ای در جهان شد.  عرضه ترانزیستور های پیوندی دوقطبی مسلما بسیاری از فناوری های امروز مارا امکان پذیر کرده است. از رادیو های ترانزیستوری جیبی گرفته تا گوشی های تلفن همراه، کامپیوتر ها، عملیات از راه دور، عملکردی که در اتوموبیل های پیشرفته امروزی می بینیم، همه این ها و حتی موارد بیشتر به کمک اختراع ترانزیستور ها امکان پذیر شده است.

امروزه ترانزیستور های دو قطبی در اشکال مختلفی در دسترس هستند. ترانزیستور ها اساسا با پایه های سربی یا به عنوان  نصب سطحی وجود دارند. اما به طور گسترده در مدارات مجتمع نیز استفاده می شوند. بسیاری از آی سی های دیجیتالی از فناوری اثر میدان استفاده می کنند. اما بسیاری از آی سی های آنالوگ برای ارائه عملکرد لازم، از ترانزیستور های پیوندی دو قطبی استفاده می کنند.

ترانزیستور های دو قطبی، ترانزیستور های اثر میدان یا همان FET ها، همانند خویشاوندانی هستند که از اصول بسیار متفاوتی استفاده می کنند، هر دو پایه و اساس بسیاری از لوازم و قطعات  الکترونیکی امروزی، چه در مدارات مجتمع و چه در دستگاه های دارای مدارات گسسته را تشکیل می دهند.

کاربرد ترانزیستور

پیشرفت ترانزیستورها

امروزه نیمه هادی ها کاملا شناخته شده هستند. اما آن ها  بیش از صد سال است که استفاده می شوند. اولین اثر نیمه هادی ها که مورد توجه قرار گرفت به اوایل سال 1900 میلادی باز می گردد. زمانی که اولین بی سیم ها یا همان دستگاه های رادیویی مورد استفاده قرار گرفتند. پس از آن ایده های مختلفی از جمله آشکار سازها مورد بررسی قرار گرفت.

لوله ترمیونی یا همان فناوری  لوله خلاء، در سال 1904 معرفی شد. اما این فناوری بسیار گران قیمت بود و برای استفاده به باتری احتیاج داشت. خیلی زود پس از لوله خلاء، آشکار ساز سیبیل گربه ای یا همان Cat’s whisker detector اختراع شد. این آشکارساز شامل یک سیم بسیار باریک بود که روی یکی از چندین نوع مواد قرار می گرفت. این مواد امروزه به نیمه هادی ها شناخته می شوند و اساس فناوری های الکترونیکی مدرن امروز را تشکیل می دهند.

تاریخچه ترانزیستور

ترانزیستور پیوندی دو قطبی توسط سه محقق به نام های جان باردین، والتر براتین و ویلیام شاکلی که در آزمایشگاه بل فعالیت میکردند کشف شد . آن ها مشغول کار بر روی ایده ای بودند که از اثر میدان برای کنترل جریان در نیمه هادی ها استفاده کنند اما نتوانستد آن را عملی کنند. بنابراین تمرکز خود را به ایده امکان پذیر دیگری معطوف کردند و یک قطعه 3 پایانه ای ساختند که از دو اتصال نقطه ای با فاصله نزدیک روی یک ویفر ژرمانیم استفاده می کرد. این ایده عملی شد و آن ها توانستند قطعه را در اواخر سال 1949 به بهره برداری برسانند.

پس از آن که ایده اصلی گسترش پیدا کرد، مدتی طول کشید تا فناوری نیمه هادی به کار گرفته شود. اما فقط همین یک بار بود و پس از آن جهش عظیمی که امروزه میدانیم پیدا کرد.

ترانزیستور پیوند دو قطبی چیست؟

اهمیت این ترانزیستورها آن قدر زیاد است که ارزش آن را دارد که در چند کلمه به توصیف آن ها بپردازیم. ترانزیستور دو قطبی یک قطعه نیمه رسانا است که از سه ناحیه P یا N تشکیل شده است. یک ناحیه از یک نوع، بین  دو ناحیه از نوع دیگر احاطه می شود. ترانزیستور در اصل جریان را تقویت می کند اما می تواند در طراحی مدار برای تقویت کردن ولتاژ یا قدرت نیز متصل شود.

ترانزیستور های پیوندی دو قطبی باید از از ترانزیستور های اثر میدان متمایز شوند. یک ترانزیستور پیوندی دو قطبی یا همان BJT ها نام خود را از این حقیقت که از هردو الکترون ها و حفره ها، برای عملکرد خود استفاده می کند، به دست آورده اند.

این در حالی است که ترانزیستور های اثر میدان قطعه هایی تک قطبی هستند که از یک نوع حامل بار استفاده می کنند. یک ترانزیستور دو قطبی یا به عبارت دقیق تر یک ترانزیستور پیوندی دو قطبی دو پیوند دیود به صورت پشت به پشت دارد. ترانزیستور دو قطبی دارای سه ترمینال به نام های  امیتر، بیس و کلکلتور است.

ترانزیستور BJT جریان را تقویت می کند و یک المان جریان است. برخلاف لوله خلاء و FET ها که  المان های ولتاژ به شمار می روند. شار جریانی که در مدار بیس است، بر شاری که بین امیتر و کلکتور جریان دارد تاثیر می گذارد.

یک نکته درباره طراحی مدار ترانزیستوری

ترانزیستور المانی با سه پایانه است که بهره جریان را ارائه می دهد. برای ترانزیستور از سه نوع پیکر بندی میتوان استفاده کرد. امیتر مشترک، کلکتور مشترک و بیس مشترک. هر کدام از آن ها مشخصات و ویژگی های متفاوتی دارند و با طراحی مدار حول هرکدام ازین پیکر بندی ها، دستیابی به ویژگی های مورد نیاز امکان پذیر می گردد.

 انواع ترانزیستور و نحوه تست آن ها

ساختار اساسی ترانزیستور

ترانزیستور یک المان با سه ترمینال و با سه لایه مجزا است. دو لایه از آن ها برای به دست آمدن یک لایه نیمه هادی، به هم دوپ شده اند و یک لایه متضاد نیز وجود دارد. به این معنا که دو لایه دوپ شده ممکن است از نوع N و لایه مخالف از نوع P، یا دو لایه از نوعP و لایه مخالف از نوع N باشد. آن ها به گونه ای قرار داده شده اند تا دو لایه مشابه ترانزیستور، لایه نوع مخالف را احاطه کنند در نتیجه این نیمه هادی ها با توجه به نحوه ساختشان به عنوان PNP و یا NPN در نظر گرفت می شوند.

نام سه الکترود ترانزیستور به طور گسترده ای استفاده می شود اما درک عملکرد هر یک از آن ها همواره تفهیم نمی شود.

بیس : بیس ترانزیستور در حقیقت نام خود را از این حقیقت بهره گرفته است که در ترانزیستور های اولیه این الکترود ، پایه را برای کل قطعه تشکیل داده بود. نخستین ترانزیستورهای اتصال نقطه ای، دو نقطه تماس جای داده شده روی مواد بیس داشتند. مواد بیس اتصال بیس را تشکیل می داد و نام بیس نیز به خود گرفت.

امیتر: امیتر نام خود را از این حقیقت که حاملان بار را منتشر می کند بهره گرفته است.

کلکتور: کلکتور نیز نام خود را به دلیل جمع آوری حاملان بار کسب کرده است.

برای عملکرد ترانزیستور، لازم است که ناحیه بیس بسیار نازک باشد. در ترانزیستور های امروزی ممکن است ضخامت لایه بیس عموما به طول 1 میکرو متر برسد. واقعیت این است که نازکی ناحیه بیس ترانزیستور،کلید عملکرد قطعه به شمار می رود.

انواع مختلف ترانزیستورها

یک ترانزیستور چگونه کار می کند؟ ( اصول اولیه)

یک ترانزیستور می تواند به صورت دو اتصال P-Nپشت به پشت در نظر گرفته شود. یکی از این موارد  به نام اتصال امیتر بیس بایاس مستقیم یا روبه جلو است. درحالی که که اتصال بیس کلکتور بایاس را معکوس می کند. مشخص شده است زمانی که یک جریان برای جاری شدن در اتصال امیتر بیس ایجاد شود، جریان بیشتری در مدار کلکتور شارش می یابد هرچند اتصال بیس کلکتور بایاس معکوس باشد.

نمونه ترانزیستور NPN برای درک واضح تر در نظر گرفته شده است. همین استدلال را می توان برای یک المان PNPنیز استفاده کرد با این تفاوت که حفره ها به جای الکترون ها حامل های اکثریت هستند.

هنگامی که جریان از طریق اتصال بیس امیتر جاری می شود، الکترون ها امیتر را ترک کرده و در بیس جریان می یابند. با این حال، دوپینگ در این ناحیه پایین نگه داشته می شود و حفره های  نسبتاً کمی برای بازسازی در دسترس  وجود دارد. در نتیجه، بسیاری از الکترون ها می توانند مستقیما در ناحیه بیس و درون ناحیه کلکتور جذب شده توسط پتانسیل مثبت جریان یابند. فقط بخش کمی از الکترون های امیتر با حفره های ناحیه بیس ترکیب می شوند و باعث افزایش جریان در مدار امیتر مشترک می گردند. این بدان معناست که جریان کلکتور بالاتر است.

به نسبت بین جریان کلکلتور و جریان بیس، نماد یونانی بتا β  اختصاص داده شده است. برای اکثر ترانزیستورهای سیگنال کوچک این نسبت ممکن است در ناحیه 50 تا 500 باشد. در برخی موارد می تواند بالاتر نیز باشد. این به معنای آن است که جریان کلکتور به طور معمول بین 50 تا 500 برابر شار جریان در بیس است. برای یک ترانزیستور پر قدرت، مقدار β تا حدودی کمتر است: 20 یک مقدار معمولی در نظر گرفته می شود.

چرا ترانزیستورهای NPN بیش از ترانزیستورهای PNP استفاده می شوند؟

هنگام نگاه کردن به مدارها، دیتا شیت ها و.. به خوبی مشاهده می شود که ترانزیستورهای NPN بسیار محبوب تر از ترانزیستورهای PNP هستند. دلایل مختلفی برای این امر وجود دارد:

نماد ترانزیستور PNP و NPN

تحرک حامل

ترانزیستورهای NPN از الکترون ها به عنوان حامل اکثریت استفاده می کنند.  در مقابل حفره ها حامل های اکثریت ترانزیستورهای PNP هستند. از آنجا که حفره ها راحت تر از الکترون ها در داخل شبکه کریستال حرکت می کنند، یعنی تحرک بالاتری دارند ، می توانند سریع تر جریان پیدا کنند و سطح عملکرد بسیار بهتری را ارائه دهند.

اتصال به زمین منفی

با گذشت سال ها ، منفی کردن زمین استاندارد شده است. ، به عنوان مثال در وسایل نقلیه خودرو و غیره ، و قطبیت ترانزیستورهای NPN به این معنی است که پیکربندی اساسی  عملکرد ترانزیستور با یک زمین منفی کار می کند.

هزینه های تولید

تولید اجزای نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون با استفاده از ویفرهای بزرگ سیلیکونی از نظر اقتصادی بیشتر انجام می شود. هرچند که  ساخت ترانزیستورهای PNP امکان پذیر است، اما به 3 برابر سطح ویفر نیاز دارد و این به میزان قابل توجهی هزینه ها را افزایش می دهد. از آنجا که هزینه های ویفر بخش عمده ای از هزینه کل مؤلفه ها را تشکیل می دهند، در نتیجه هزینه تولید ترانزیستورهای PNP را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

ترانزیستور پیوندی دو قطبی اولین شکل ترانزیستور بود که اختراع شد و آنها هنوز هم در بسیاری از زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها استفاده آسانی دارند و همچنین ارزان قیمت هستند و با مشخصاتی ارائه می شوند که بیشترین نیازها را تامین کنند. BJT ها برای بسیاری از مدارها ایده آل اند، اگرچه طبیعاتا مشخصات ترانزیستور دو قطبی باید با مدار آن مطابقت داشته باشد.

در پایان شما همراهان گرامی برای خرید انواع ترانزیستور و قطعات الکترونیکی دیگر به صورت آنلاین میتوانید به فروشگاه پیشرو تلاشگران مراجعه فرمائید.

اجزای داخلی ترانزیستور

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.