ترانزیستور چیست و چه کاربردی دارد؟

تاریخچه آغازی ترانزیستور در سال 1947 در آزمایشگاه های بل در زمان  تحقیق برای تقویت کننده های بهتر و یافتن جایگزینی بهتر برای رله های مکانیکی بود.لوله های خلاء، صوت و موسیقی را در نیمه اول قرن بیستم تقویت کرده بودند اما توان زیادی استفاده می نمودند و در نهایت منجر به سوختگی  زیاد همراه بود. شبکه های تلفن نیز به صد ها هزار رله مکانیکی برای اتصال مدارات به همدیگر احتیاج داشتند  تا شبکه بتواند سر پا بایستد و چون این رله های مکانیکی بودند  نیاز بود در جهت عملکرد بهتر همیشه تمیز باشند.

در تعریفی کلی می توان چنین عنوان کرد که ،  ترانزیستور قلب تپنده مدار های الکترونیکی  می باشد که در دسته مهم ترین تراشه های الکترونیکی می باشند .
ترانزیستور ها در مدار گاهی به صورت کلید قطع و وصل کاربرد دارند. به عبارتی ترانزیستور یک مؤلفه الکترونیکی است که در یک مدار برای کنترل مقدار زیادی جریان یا ولتاژ با مقدار کمی ولتاژ یا جریان استفاده می شود. این بدان معنی است که می توان آن را برای تقویت یا تغییر (اصلاح) سیگنال های الکتریکی یا قدرت استفاده کرد، که اجازه می دهد در یک مجموعه وسیعی از دستگاه های الکترونیکی استفاده شود.این کار با گذاشتن یک نیمه هادی بین دو نیمه دیگر انجام می شود. جریان در سراسر یک ماده که به طور معمول دارای مقاومت بالا (به عنوان یک مقاومت) منتقل می شود، این انتقال یا ترانزیستور است.

پایه های ترانزیستور

ترانزیستور از سه پایه به نام های کلکتورو بیس و امیتر برخوردار است .معمولا کلکتور با حرف C و بیس با حرف B و امیتر با حرف E نشان داده می شود. گاهی اوقات این پایه ها در طرف مسطح ترانزیستور معین می گردد .ترانزیستور از  یک طرف صاف و یک طرف گرد اند .اگر طرف گرد آن رو به روی شما باشد پایه ی کلکتور سمت چپ,بیس در وسط و امیتر در سمت راست می باشد.

بیس,سوئیچ خاموش و روشن ترانزیستور می باشد. در صورتی که  جریان به سمت بیس جاری شود,جریان از کلکتور به سمت امیتر جاری خواهد شد  که در این حالت سوئیچ روشن می باشد . در حالت دیگر در صورتی که  جریانی به سمت بیس نداشته باشیم,جریان نمی تواند از کلکتور به سمت امیتر جاری شود که در این حال سوئیچ خاموش می باشد.

طرز کار ترانزیستور به چه صورت است؟

چگونگی کار ترانزیستور با بیان عملکرد ترانزیستور pnp  از جنس سیلیکون تشریح می شود و عیناً مطالب با در نظر گرفتن تفاوتها، برای ترانزیستور NPN و ترانزیستورهای از جنس ژرمانیوم صادق است. توجه کنید که در ترانزیستور لایه وسط دارای ناخالصی کمتری نسبت به دو لایه کناری است.

اگر ساده بخواهیم به موضوع نگاه کنیم عملکرد یک ترانزیستور را می توان تقویت جریان دانست. مدار منطقی کوچکی را در نظر بگیرید که تحت شرایط خاص در خروجی خود جریان بسیار کمی را ایجاد می کند. شما بوسیله یک ترانزیستور می توانید این جریان را تقویت کنید و سپس از این جریان قوی برای قطع و وصل کردن یک رله برقی استفاده کنید.

کاربرد انواع ترانزیستور

از انواع مختلف ترانزیستور هم در مدارهای الکترونیکی دیجیتالی و هم در مدارهای الکترونیکی آنالوگ استفاده می‌شود. اما کاربرد ترانزیستورها در مدارهای آنالوگ و دیجیتال با هم متفاوت است. در مدارهای دیجیتالی از ترانزیستور به عنوان تقویت‌ کننده‌ یا کنترل‌ کننده‌ی ولتاژ استفاده می‌شود و به طور کلی به مانند یک رگلاتور ولتاژ عمل می‌کنند.

 اما در مدارهای دیجیتالی برای پیاده‌سازی مدارهای منطقی، حافظه یا سوئیچ از ترانزیستورها استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای کلی ترانزیستورها عبارت است از:

• استفاده در مدارهای مدولاتور
• مدارهای میکسر
• سوئیچ
• نوسان سازی
• مدارهای آشکارساز
• تقویت کننده جریان
• تثبیت کننده

ترانزیستور چه کاری انجام می دهد؟

در میکرو چیپ های امروزی، که حاوی میلیونها ترانزیستور هستند و در الگو یا طرح مخصوصی چیده شده اند خروجی تقویت شده ی یک ترانزیستور به ورودی ترانزیستور دیگر داده می شود تا آن 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 ضعیف را از آنتن بگیرد و یک صوت قوی و چهار کاناله را تحویل دهد.

با ساختن چیپ ها در طراحی های مختلف می توان تایمرهایی برای ساعت یا سنسور هایی برای نشان دادن درجه حرارت و یا کنترل کننده چرخ های ماشین تا قفل نشوند (سیستم ABS) ساخت. می توان ترانزیستور ها را در آرایشی دیگر در داخل چیپ قرار داد (طراحی متفاوت) و پروسسورهای منطقی و محاسباتی را ساخت که باعث می شوند تا ماشین حسابها محاسبه و کامپیوترها پردازش کنند و یا شبکه هایی را برای انتقال مکالمات تلفنی ساخت و یا سیستم هایی را ساخت که بتوانند صدا و تصویر را انتقال دهند.

می توان ترانزیستورها را در بسته هایی چید که به آنها گیت های منطقی می گویند و می توانند دو عدد 1 و 1 را با هم جمع کنند و یا می توان آنها را در آرایشی خاص قرار داد تا کارهای بسیار بزرگی را با استفاده از سرعت سوئیچینگ 100 میلیون بار بر ثانیه و بیشتر خود انجام دهند .

البته کار به همین جا ختم نمی شود مداراتی که در چندین سال گذشته برای انجام عملی خاص به وسیله ترانزیستورها 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.

ساختمان داخلی ترانزیستور

ترانزیستور از سه لایه نیمه هادی نوعP  N که در کنار هم قرار می گیرند تشکیل شده است. این لایه های نیمه هادی به دو صورت کنار هم چیده می شوند.

P-N-P ، N-P-N

ترانزیستور NPN تیپ منفی و ترانزیستور PNP تیپ مثبت

سه پایه ای که از نیمه هادی ها خارج می شوند به نام های امیتر (E) یا منتشر کننده ، بیس (B) یا پایه و کلکتور (C) یا جمع کننده نام گذاری شده اند. نیمه هادی که امیتر را تشکیل می دهد. نسبت به دولایه ی بیس و کلکتور ناخالصی بیشتری دارد و لایه ی بیس نسبت به کلکتور و امیتر ناخالصی کمتری دارد.

در نتیجه از نظر ناخالصی پایه های ترانزیستور به این ترتیب از کم به زیاد قرار می گیرند: بیس ، کلکتور و امیتر مدل دیودی ترانزیستور این نوع ترانزیستورها را به اختصار ترانزیستورهای BJT (Bipolar Juncetion Transistor یا ترانزیستورهای اتصال قطبی ( دو قطبی ) می نامند. عبارت Bipolar یا دو قطبی ناشی از عملکرد الکترون ها و حفره ها به عنوان حامل های جریان می باشد .

عملکرد ترانزیستور در نقش یک کلید

همان طور که گفتیم هر جریان کوچک الکتریکی در ورودی ترانزیستور باعث ایجاد یک جریان بزرگ خروجی در طرف دیگر ترانزیستور می شود. به عبارتی دیگر، با دادن یک جریان کوچک به عنوان فرمان به ترانزیستور راه را برای عبور یک جریان بزرگ باز کنیم .

درست مانند یک کلید معمولی، با این تفاوت که به جای زدن کلید با انگشت، یک جریان کوچک نقش انگشت ما را ایفا می کند. همه چیپ های کامپیوتری با همین مفهوم بسیار ساده کار می کنند. به عنوان یک مثال :یک حافظه کامپوتری را در نظر بگیرید. مثلاً یک رم (RAM) ، این قطعه صد ها میلیون و شاید چندین میلیارد ترانزیستور در خود دارد. هر کدام از این ترانزیستورها را می توان تک تک روشن یا خاموش کرد.

انواع ترانزیستور

به صورت کلی ترانزیستورها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند که در ساختار و نحوه فعال شدن این قطعه تفاوت دارند.

ترانزیستور اتصال دو قطبی BJT یا (Bipolar Junction Transistor)

ترانزیستورهای اثر میدانی FET یا (Field Effect Transistor)

ترانزیستور BJT

این نوع از ترانزیستورها مصارف زیادی در مدارهای الکترونیکی دارند. ساختار داخلی ترانزیستورهای دو قطبی، تشکیل شده از سه قطعه نیمه هادی دارای ناخالصی های منفی (N) و مثبت (P) است که به صورت های ترکیبی از NPN یا PNP ساخته می شوند.

هر کدام از این لایه ها اسامی خاص خود را دارند؛ لایه وسطی بیس (Base)، و لایه های کناری کلکتور (Collector) و امیتر (Emitter) نامیده می شوند. به صورت معمول عرض لایه کلکتور از بقیه لایه ها بیشتر بوده و امیتر ناخالصی بیشتری در خود جا داده است.

بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها امکان دارد  در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع  عمل نمایند . سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر منجر به آن گردیده  که هنوز هم از آن ها در بعضی مدارات خاص  بهره برداری شود.  امروزه بجای استفاده از مقاومت وخازن و… در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستور بهره برداری می گردد.

ترانزیستور FET

در ترانزیستورهای اثر میدانی، جا به جایی حامل های الکتریکی (الکترون و حفره) در نیمه هادی ها با استفاده از یک میدان الکتریکی اتفاق می افتد. علت نام گذاری این قطعات هم به همین دلیل است. این ترانزیستورها دارای سه ترمینال اصلی هستند که به سورس (Source)، درین (Drain) و گیت (Gate) شناحته می شوند.

ترانزیستور اثر میدانی(MOSFET)

برای تعویض یا تقویت سیگنال ها کاربردی می باشد که عملکردی  MOSFET همانند JFET  دارد ولی  از  ترمینال G  برخوردار می باشد  که از کانال رسانا جدا شده است. برای تعویض یا تقویت سیگنال ها بهره برداری می گردد . از قابلیت تغییر رسانایی با مقدار ولتاژ اعمال شده می توان برای تقویت یا تعویض سیگنال های الکترونیکی بهره برداری نمود.

MOSFET   در حال حاضر در مدارهای دیجیتال و آنالوگ متداول تر از BJTs (ترانزیستورهای اتصال دو قطبی)  می باشند .MOSFET تقریباً  معمول  ترین ترانزیستور در مدارهای دیجیتالی تعبیه می شوند  ، زیرا صدها هزار یا میلیون ها از آن ها ممکن است در یک تراشه حافظه یا ریز پردازنده جای داده شود. از آنجا که می توان آن ها را از نوع نیمه هادی از نوع p یا نوع n ساخت ، از جفت های مکمل ترانزیستور MOS می توان برای ساخت مدارهای سوئیچینگ با مصرف انرژی بسیار کم ، به شکل منطق CMOS بهره مند شد.

مزایای استفاده از ترانزیستورها

پیش از این، بخش مهم یک دستگاه الکترونیکی یک لوله خلاء بود؛ این یک لوله الکترون است که برای کنترل جریان الکتریکی استفاده می شود. لوله های خلاء کار می کردند اما حجم زیادی دارند، نیاز به ولتاژ عملیاتی بالاتر، مصرف انرژی بالا، بهره وری پایین تر و مواد الکترونی کاتدی در کار استفاده می شود.

برای برطرف کردن این مشکلات، جان باردین، والتر براتتن و ویلیام شوکی یک ترانزیستور در آزمایشگاه بل را در سال 1947 اختراع کردند. این دستگاه جدید یک راه بسیار پیچیده برای غلبه بر بسیاری از محدودیت های اساسی لوله های خلاء بود.در مقایسه با لامپ های خلاء که قبلاً استفاده شده بود، ترانزیستور پیشرفت بزرگی بود. ترانزیستور در اندازه های کوچک تر می تواند به آسانی در مقادیر زیاد ساخته شود.

در نهایت می توانید برای خرید انواع ترانزیستور از طریق وب سایت آژند برق اقدام نمایید.