ترانزیستور و ساختار آن

ترانزیستور چیست؟ 

یکی از اجزای مهمی که در الکترونیک کاربرد گسترده ای دارد ترانزیستور است اما اغلب افراد حتی نام ترانزیستور را هم نشنیده اند. هر وسیله الکترونیکی که شما در اطراف خود مشاهده می کنید از تعدادی مدار ساخته شده است. ترانزیستور (Transistor) را می توان  قلب مدارهای الکترونیکی دانست که جزء اصلی تراشه های الکترونیکی را تشکیل می دهند. شاید برایتان جالب باشد که بدانید ترانزیستور اولین بار در سال 1948 توسط سه فیزیکدان آمریکایی، جان باردین (John Bardeen)، ویلیام شاکلی (William Shockley) و والتر براتین (Walter Brattain) ساخته شد. این سه برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1956 شدند. توسعه ترانزیستور ها انقلابی در دنیای الکترونیک ایجاد کرد.

ساختار ترانزیستور

ساختار کلی آنها بسیار مشابه دیود است. ترانزیستور ها از عناصر نیمه هادی مانند سیلیکون ، سیلیسیم و ژرمانیوم ساخته می شود. شاید بگویید چرا نیمه هادی اما پاسخش این است که عناصر نیمه هادی جریان الکتریسیته را نسبتا خوب هدایت می کنند و این همان چیزی است که ترانزیستور نیاز دارد. هر ترانزیستور داری یک قطعه و سه پایه به نام های  امیتر، بیس و کلکتور می‌باشد و هرکدام عملکرد و ویژگی‌های خاص خود را دارند.

پایه امیتر: پایه امیتر نیمه هادی است و معمولا بیشتر جریانی که حمل می کند شدیدا تقویت شده است (از طریق دوپ شدن) چرا که وظیفه‌ی این پایه تامین حمل کننده اکثریت جریان در ترانزیستور است؛ می‌خواهد الکترون یا حفره باشد. پس به دلیل صادر کردن الکترون، به این پایه امیتر (به معنی گسیل کننده) می‌گویند. در نماد مداری پایه‌ی امیتر را با علامت E. مشخص می‌کنند.

پایه‌ی بیس: در ساختار ترانزیستور پایه وسطی بیس است. این پایه نیز نیمه هادی است و از دو پایه دیگر کوچک تر است (عرض کمتری دارد) و کمی دوپ شده است. ماموریت اصلی پایه‌ی بیس (Base) عبور دادن حمل کننده  اکثریت جریان از پایه‌ی امیتر به پایه‌ی کلکتور است.در نماد مداری پایه‌ی بیس را با علامت B. مشخص می‌کنند.

پایه‌ی کلکتور: همان‌طور که از نام آن مشخص است وظیفه آن جمع‌آوری و دریافت حمل کننده های اکثریت است. ابعاد آن (از نظر عرض) از بیس و امیتر بزرگ‌تر است (از آن‌جا که کلکتور یک ترانزیستور نسبت به دو پایه‌ی دیگر توان بیشتری تلف میکند، آن را بزرگ‌تر از دو نیمه‌هادی دیگر می‌سازند.) و به صورت ملایم دوپ شده است. در نماد مداری پایه‌ی کلکتور را با علامت C. مشخص می‌کنند.

برای تشخیص این پایه ها باید توجه داشت که ترانزیستور دارای یک طرف صاف و یک طرف گرد می باشد.اگر طرف گرد آن رو به روی شما باشد پایه ی کلکتور سمت چپ, بیس در وسط و امیتر در سمت راست خواه بود.

انواع ترانزیستور

ترانزیستورها در دو دسته‌ی اصلی BJT (پیوندی دو قطبی)  و FET (اثر میدانی) تقسیم می شوند‌. ترانزیستور‌های BJT که ترانزیستور‌های اولیه بودند خود به دو گروه ترانزیستور‌های NPN و PNP تقسیم می شوند. نسخه‌ های جدیدتر ترانزیستور‌ها که FET ها هستند نیز به دو گروه MOSFET و JFET  تقسیم شده و هر دوی این گروه ها نیز به انواع دیگری تقسیم می شوند.  انواع ترانزیستور ها کاربرد های مختلفی دارند که شما بسته به نیاز خودتان می توانید نوع مناسب را انتخاب کنید.

 پیوندی دو قطبی (BJT) : در این نوع ترانزیستور با اعمال جریان به پایه بیس جریان عبوری از دوپایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آن‌ها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه در مدارات مجتمع به جای استفاده از مقاومت و خازن، از ترانزیستور استفاده می‌کنند.

PNP: شامل سه لایه نیمه‌هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و در آن جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

NPN: شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است.

اثر میدانی (FET) : این ترانزیستورها نیز مانند JFETها 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 فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا به راحتی 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.

ترانزیستور اثر میدانی :در این ترانزیستور پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه‌هادی، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ گونه اثر بارگذاری بر روی طبقاتقبلی نمی‌گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد. هم‌چنین دارای سه‌پایه با نام‌های درین D، سورس S و گیت G است که پایه گیت، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می‌نماید. FETها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می‌گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.

کاربرد ترانزیستور

ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. یکی از کاربردهای ترانزیستور این است که می تواند به عنوان تقویت کننده عمل کند. یک جریان الکتریکی کوچک در یک سمت (یک جریان ورودی) دریافت می‌کند و یک جریان الکتریکی بسیار بزرگتر (جریان خروجی) در سمت دیگر تولید می‌کند. به عبارت دیگر ترانزیستور یک نوع تقویت کننده جریان است. کاربرد های ترانزیستور به صورت کلی شامل موارد زیر است:

• در تقویت کننده ها (تقویت جریان)
• در تثبیت کننده ها
• به عنوان سوییچ (کلید) 
• در نوسان سازها (در مدارات اسیلاتور)
• در مدارات آشکارساز
• در مخلوط کننده ها (مدارات میکسر)

مزایای ترانزیستور

ترانزیستور‌ها نسبت به سایر انواع تقویت‌ کننده‌ ها مزایای زیادی دارند از مزایای ترانزیستور‌ها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• بهره وری ولتاژ بالا
• نیاز کم به ولتاژ تغذیه
• بهترین انتخاب برای کاربرد‌های تقویت‌ کنندگی توان پایین.
• وزن کم و ابعاد کوچک.
• از نظر مکانیکی از تیوب‌های خلاء محکم‌تر هستند.
• برخلاف تیوب‌ های خلاء به حرارت خارجی نیاز ندارند.
• ترانزیستورها برای اینکه با خازن‌ ها و مقاومت‌ ها ترکیب شده و تشکیل IC دهند، بسیار ایده‌آل هستند. 

تهیه شده توسط مرکز آپلود فایل لینکلیک