توضیحات

ترانزیستور


تاریخچه ترانزیستور


ترانزیستور، توسط سه دانشمند در آزمایشگاه بل در سال 1947 اختراع شد. ترانزیستور به سرعت به عنوان یک تنظیم کننده سیگنال الکترونیکی جایگزین لوله خلاء شد.ترانزیستور جریان یا ولتاژ را تنظیم می کند و به عنوان یک سوئیچ یا دروازه برای سیگنال های الکترونیکی عمل می کند. 

شبکه های تلفن نیز به صد ها هزار رله مکانیکی برای اتصال مدارات به همدیگر نیاز داشتند تا شبکه بتواند سر پا بایستد و چون این رله های مکانیکی بودند لازم بود برای عملکرد مطلوب همیشه تمیز باشند .در نتیجه نگه داری و سرویس آنها مشکل و پر هزینه بود. 

با ظهور ترانزیستور قیمت ها نسبت به زمان استفاده از لامپ خلاء شکسته شد و بهبودی زیادی در کیفیت شبکه های تلفن حاصل گردید.ترانزیستور از سه لایه تشکیل شده است و یک ماده نیمه هادی است، که هر کدام قادر به حمل یک جریان هستند. 


ترانزیستور

بیشتر بدانید:همه چیز درباره برچسب سایت و نوشتن آن

ترانزیستور چیست؟


ترانزیستور یک سوئیچ کوچک است که می تواند باعث تولید سیگنال های الکتریکی  توسط این سوییچ  شود. آنها نفوذ بسیاری در زندگی روزمره ما، و تقریباً در همه چیز دارند، که این خود نشان می دهد چقدر مفید هستند. ترانزیستور یک قطعه سه پایه است که ساختار فیزیکی آن بر اساس عملکرد نیمه هادی ها می باشد.

ترانزیستور را از دو نوع نیمه هادی با نام سلسیوم و ژرمانیوم می سازند.عموما در یک تقسیم بندی ترانزیستور ها را به دو دسته ترانزیستور های BJT و FET تقسیم می کنند . ترانزیستور های BJT با نام ترانزیستور های پیوند دو قطبی و ترانزیستور های FET با نام ترانزیستور های اثر میدان شناخته شده¬اند.

FETها دارای سرعت سوئیچینگ کمتر از BJT هستند .معمولا ترانزیستور را با دو دیود مدل سازی می کنند از این مدل برای تشخیص سالم بودن ترانزیستور استفاده می کنند.

عملکرد ترانزیستور هابه عنوان یک طبقه در مدار بستگی به نظر طراح دارد اما در صورتی که ترانزیستور را یک جعبه سیاه در نظر بگیریم که دارای دو ورودی و دو خروجی است با توجه به اینکه ترانزیستور دارای سه پایه است باید یکی از پایه ها را به عنوان پایه مشترک بین ورودی و خروجی در نظر بگیریم. 

این پایه مشترک اساس آرایش های مختلف ترانزیستور است .یکی از پایه های ترانزیستور با نام Base و پایه دیگر با نام امیتر (تزریق کننده) و پایه آخر با نام کالکتور (جمع کننده ) شناخته شده است . بسته به اینکه کدامیک از پایه های مذکور به عنوان پایه مشترک در نظر گرفته شود آرایش های بیس مشترک ،کالکتور مشترک ، امیتر مشترک ممکن خواهد بود.هر کدام از این آرایش ها دارای یک خصوصیت خواهند بود که متفاوت با دیگر آرایش ها است .

پایه های ترانزیستور در ترانزیستور


بیشتر بدانید:جدیدترین تکنولوژی های جهان

ترانزیستور چگونه عمل می کند؟


در میکرو چیپ های امروزی ، که حاوی میلیونها ترانزیستور هستند که در الگو یا طرح مخصوصی چیده شده اند خروجی تقویت شده ی یک ترانزیستور به ورودی ترانزیستور دیگر داده می شود تاآن هم عمل تقویت کنندگی را بر روی ورودی انجام دهد و به همین ترتیب ادامه می یابد که نتیجه یک خروجی تقویت شده و پر توان می باشد. 

چنین میکروچیپی می تواند سیگنالی بسیار ضعیفی را از آنتن بگیرد و یک صوت قوی و چهار کاناله را تحویل دهد. با ساختن چیپ ها در طراحی های مختلف می توان تایمر هایی برای ساعت یا سنسور هایی برای نشان دادن درجه حرارت و یا کنترل کننده چرخ های ماشین تا قفل نشوند سیستمABS) )ساخت.

می توان ترانزیستور ها را در آرایشی دیگر در داخل چیپ قرار داد(طراحی متفاوت) و پروسسور های منطقی و محاسباتی را ساخت که باعث می شوند تا ماشین حسابها محاسبه و کامپیوتر ها پردازش کنندو یا شبکه هایی را برای انتقال مکالمات تلفنی ساخت و یا سیستمهایی را ساخت که بتوانند صدا و تصویر را انتقال دهند.

می توان ترانزیستور ها را در بسته هایی چید که به آنها گیت های منطقی می گویند و می توانند دو عدد ۱و ۱ را باهم جمع کنند و یا می توان آنها را در آرایشی خاص قرار داد تا کارهای بسیار بزرگی را با استفاده از سرعت سوئیچینگ – ۱۰۰ میلیون بار بر ثانیه و بیشتر – خود انجام دهند.ا 

البته کار به همین جا ختم نمی شود مداراتی که در چندین سال گذشته برای انجام عملی خاص به وسیله ترانزیستور ها بر روی بورد ها بسته می شود امروزه به مدد طراحی کامپیوتری و تکنیک مدارات مجتمع بر روی یک آی سی هزاران ترانزیستور و سیم کشی های مربوطه و تمام قطعات الکترونیکی لازم قرار داده می شود . 

شاید بتوان گفت که حجم مدارات هزاران بار کاهش یافته است.بر همین مقیاس امروزه می توان گفت که ترانزیستور مجانی است ( ۱ دلار تقسیم بر یک میلیون ترانزیستور ) و ترانزیستور های داخل مدارات مجتمع واقعا قابل اطمینان هستند.چیزی که باعث می شود که ترانزیستور ها روز به روز پیشرفت می کنند و بهتر و ارزان تر می شونداین است که به مدد تحقیقات نیمه هادی ها روز به روز بهتر و کاربردی تر می شوند و این چیزی است که آزمایشگاههای بل برای آن تحقق می کند . 

دانشمندان این مرکز تحقیقاتی امروزه می دانند که چگونه نیمه هادی هار ا اتم به اتم به صورت مجازی ، از منابع سرشاری که مادر بی دریغ طبیعت در دسترس ما قرار داده است ، به وسیله تکنیک های لایه بندی بسازند.این چیزی است که می توان آن را جادو نامید.


ترانزیستور یک نیمه هادی است


ترانزیستور از عناصری به نام نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم ساخته می شود نیمه هادی ها جریان الکتریسیته را نسبتا خوب اما نه به اندازه ای خوب که رسانا خوانده شوند مانند مس و آلومنیوم و تقریبا بد اما نه به اندازه ای که عایق نامگذاری شوند مانند شیشه هدایت می کنند به همین دلیل به آنها نیمه هادی می گویند.

عمل جادویی که ترانزیستور می تواند انجام دهد اینست که می تواند مقدار هادی بودن خود را تغییر دهد . هنگامی که لازم است یک هادی باشد می تواند هدایت خوبی دشته باشد و هنگامی که لازم است تا به عنوان عایق عمل کند جریان بسیار کمی را از خود عبور می دهد که می توان آن را ناچیز شمرد.

نیمه هادی ها در مقابل الکتریسیته عملکرد جالبی دارند یک قطعه از یک عنصر نیمه هادی را بین دو قطع از یک عنصر نیمه هادی دیگر قرار دهید.جریان کم قطعه وسطی قادر است که جریان دو قطعه ی دیگر را کنترل کند. جریان کمی که از قطعه ی وسطی می گذرد برای مثال می تواند یک موج رادیوئی یا جریان خروجی از یک ترانزیستور دیگر باشد .

حتی اگر جریان ورودی بسیار ضعیف هم باشد مثلا یک سیگنال رادیوئی که مسافت زیادی را طی کرده و از رمق افتاده است ترانزیستور می تواند جریان قوی مدار دیگری را که به آن وصل است کنترل کند. به زبان ساده ترانزیستور رفتار جریان خروجی از روی رفتار جریان ورودی تقلید می کند.نتیجه می تواند یک سیگنال تقوت شده و پرتوان رادیوئی باشد.

ترانزیستور یک دستگاه نیمه هادی است که برای تقویت قدرت جریان برق و تعویض سیگنال های الکتریکی استفاده می شود. اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر می گیریم که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند.

به وسیله یک ترانزیستور می توان این جریان را تقویت نمود و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک شرله برقی استفاده کرد. ترانزیستور یک قطعه بنیادی افزاره های دی الکترونیکی است و در حال حاضر در همه سیستم های پیشرفته الکترونیکی جدید یافت می شود.موارد بسیاری هم وجود دارد که از یک ترانزیستـور برای تقویت ولتاژ می توان استفاده کرد.

بدیهی است که این خصیصه مستقیماً از خصیصه تقویت جریان این وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان ورودی و خروجی تقویت شده روی یک مقاومت الکتریکی انداخته شود تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیل شود.در ترانزیسـتور ها از یک مواد نیمه هادی با حداقل سه ترمینال برای ارتباط به یک مدار بیرونی با هم ترکیب شده اند. 

جریان ورودی ای که یک ترانـزیستور می تواند آن را تقویت کند باید حداقل داشته باشد. چنانچه این جریان کمتر از حداقل نام برده باشد تـرانزیستور در خروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد. اما به محض آن که شما جریان ورودی یک ترانزیستـور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شده خواهید دید.

از این خاصیت ترانزیسـتور معمولاً برای ساخت سوییچ های الکترونیکی استفاده می شود.ترانزیـستور های اولیه از دو پیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آن که چگونه این پیوند ها به یکدیگر متصل شده باشند می توان آن ها را به نوع اصلی PNP یا NPN تقسیم کرد. 


انواع ترانزیستور


ترانزیستور دوقطبی پیوندی(BJT)


در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه B جریان عبوری از دو پایه C و E کنترل میشود.ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnpساخته میشوند.

بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و 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 وخازن  در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستوراستفاده میکنند.


ترانزیستور دو قطبی پیوندی در ترانزیستور


۱)     PNP


شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفرهها با جهت جریان یکی است.


۲)   NPN


شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایدههای اساسی برای قطعهٔ pnp میتوان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.


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 دو پایه سورس و درین کنترل میشود.ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Typاز دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیهای ساخته میشوند.

نواحی کار این ترانزستورها 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 پیوند اثرمیدانیjfet در ترانزیستور


ترانزیستور اثر میدانی(MOSFET)


این ترانزیستور نیز مانند  JFET عمل میکنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است.همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است.این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که تکنولوژی استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد.

این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع میشوند و فضای کمتری اشغال میکنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.به تکنولوژیهایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده میکنند Bicmos میگویند.

البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر میکند. بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار میروند.


ترانزیستور اثر میدانی mosfet در ترانزیستور


ترانزیستور اثر میدان FET ))


همانگونه که از نام این المان مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی ، جریان عبوری از  FET  کنترل می شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ گونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.

فت دارای سه پایه با نام های درِینو سورس و گیت است که پایه گیت ، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می نماید. فت ها دارای دو نوع N  کانال و P  کانال هستند. در  فت نوع N  کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می کند . 

FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.فت ها در ساخت فرستنده باند FM رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.


ترانزیستور اثر میدان fet در ترانزیستور


بیشتر بدانید:روش های ساده برای تقویت مغز


نحوه ی کار ترانزیستور در مدار


طرز کار ترانزیستور به اینصورت است، چنانچه پیوند BE را بصورت مستقیم بایاس (Bias به معنی اعمال ولتاژ و تحریک است) کنیم بطوری که این پیوند PN روشن شود (برای اینکار کافی است که به این پیوند حدود ۰.۶تا ۰.۷ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید.

در حالت عادی میان E و C هیچ مدار بازی وجود ندارد اما به محض آنکه شما پیوند BE را با پلاریته موافق بایاس کنید،این پیوند تقریبا” بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و شما عملا” خواهید توانست از پایه های E و C جریان قابل ملاحظه ای بکشید.بنابراین با برقراری یک جریان کوچک Ib شما می توانید یک جریان بزرگ Ic را داشته باشید. 

این مدار اساس سوئیچ های الکترونیک در مدارهای الکترونیکی است. بعنوان مثال شما می توانید در مدار کلکتور یک رله قرار دهید که با جریان مثلا   چند آمپری کار می کند و در عوض با اعمال یک جریان بسیار ضعیف در حد میلی آمپر – حتی کمتر – در مدار بیس که ممکن است از طریق یک مدار دیجیتال تهیه شود، به رله فرمان روشن یا خاموش شدن بدهید. 


ناحیه کار ترانزیستور


1)      ناحیه قطع

۲)      ناحیه فعال(کاری یا خطی)

۳)      ناحیه اشباع

ناحیه قطع:  حالتی است که ترانزیستور در آن ناحیه فعالیت خاصی انجام نمیدهد.

ناحیه فعال : اگر ولتاژ B را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد میشود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریباً خطی عمل میکند.

حالت اشباع:   اگر ولتاژ B را همچنان افزایش دهیم به ناحیهای میرسیم که با افزایش جریان ورودی در B دیگر شاهد افزایش جریان بین C و E نخواهیم بود به این حالت میگویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به B زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد.


کاربرد ترانزیستور


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.

در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت میکند که میتوان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و… استفاده کرد.

۱)      در تقویت کننده ها (تقویت جریان)

۲)      در تثبیت کننده ها

۳)      به عنوان سوییچ استفاده میشود: برای قطع و وصل جریان طراحی شده اند.

۴)      در نوسان سازها (در مدارات اسیلاتور)

۵)      در مدارات آشکارساز

۶)      در مخلوط کننده ها (مدارات میکسر)

۷)      درمدارات مدولاتور

8)در مدارهای خطی (مانند تقویت کننده های ولتاژ پایین)





آموزش:


اشتراک گذاری:
رتبه مدرس
شماره تماس:

تاریخ عضویت:۱۳۹۷/۰۸/۰۳


تعداد درس:۱۷
قیمت: رایگان!
پرسش و پاسخ (0)
سوالی دارید؟ اینجا بپرسید...
نام کاربری: برای ارسال کامنت، باید ابتدا وارد سایت شوید.