میکروتراشه | آموزش تعمیرات تخصصی آیفون | تعمیرات حرفه ای آیفون | تعریف ترانزیستور|ساختمان ترانزیستور|انواع ترانزیستور

تعریف ترانزیستور|ساختمان ترانزیستور|انواع ترانزیستور

تاریخ: 22-07-1397

نویسنده: Mr.Moradi

دسته بندی:

آموزشی,

ترانزیستور

ترانزیستور یکی از مهمترین قطعات الکترونیکی و الکتریکی است که برای تقویت و قطع و وصل سیگنال‌های الکترونیکی و توان الکتریکی کاربرد دارد. ترانزیستور 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 و نوع P است.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 شدت جریان بین آن‌ها می‌شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آن‌ها بستگی دارد. شکل ظاهری ترانزیستورها با توجه به توان و فرکانس کاریشان متفاوت است.ترانزیستور می‌تواند به‌عنوان کلید نیز کار کند. ترانزیستور سه‌پایه دارد: بِیس ، کلکتور یا کالِکتِر  و اِمیتر.

ساختمان ترانزیستور

ترانزیستورهای اتصال دوقطبی BJT از اتصال سه لایه بلور نیمه هادی تشکیل می‌شوند. لایه وسطی بیس یا پایه و دو لایه جانبی، یکی امیتر  و دیگری کلکتور نام دارد. نوع بلور بیس، با نوع بلورهای امیتر و کلکتور متفاوت است. معمولاً میزان ناخالصی در امیتر بیشتر از دو لایه دیگر و همچنین عرض لایه بیس کمتر و عرض لایه کلکتور بیشتر از لایه‌های دیگر است.در یک ترانزیستور دو قطبی، لایه امیتر یا گسیلنده بیشترین مقدار ناخالصی را دارد؛ که الکترون‌ها از امیتر به‌سوی لایه کلکتور که ناخالصی کمتری دارد، گسیل داده می‌شوند.

اهمیت

اگرچه میلیون‌ها ترانزیستور هنوز تکی استفاده می‌شوند ولی اکثریت آن‌ها به صورت مدار مجتمع همراه با دیودها، مقاومتها، خازنها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می‌شوند. یک گیت منطقی حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال ۲۰۰۶ که می‌تواند از بیش از ۷/۱ میلیون ترانزیستور استفاده کند.

کاربرد

ترانزیستور دارای ۳ ناحیه کاری می‌باشد:

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

ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در آن 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 تقویت‌کننده یا تنظیم‌کننده ولتاژ 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 عبورکننده 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

دو دسته مهم از ترانزیستورها ترانزیستور دوقطبی پیوندی و ترانزیستور اثر میدان هستند. ترانزیستورهای اثر میدان نیز خود به دو دستهٔ ترانزیستور پیوند اثر میدانی و ماسفتها تقسیم می‌شوند.

ترانزیستور دوقطبی پیوندی

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 به جای استفاده از مقاومت و خازن و… در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستور استفاده می‌کنند.

ترانزیستور پیوند اثر میدانی JFET

در ترانزیستورهای پیوند اثر میدانی 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.

انواع ترانزیستور پیوندی

  • 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.

  • 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 قطعه pnp می‌توان به سادگی آن‌ها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ترانزیستور اثر میدان 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.البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است و تغییر می‌کند؛ بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می‌روند.

ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی - فت

همانگونه که از نام این المان مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ گونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی‌گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.فت دارای سه‌پایه با نام‌های درین D، سورس S و گیت G است که پایه گیت، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می‌نماید. فت‌ها 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 می‌کند. FETها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می‌گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.نوع دیگر ترانزیستورهای اثر می‌دانی MOSFETها هستند یکی از اساسی‌ترین مزیت‌های ماسفت‌ها نویز کمتر آن‌ها در مدار است.

نحوه سوختن ترانزیستورها

ترانزیستورها فارغ از نحوه اتصال و نحوه ورود شوک به مدار آن به دو صورت کلی می‌سوزند:

الف) حالت سوختن اتصال کوتاه امیتر به کلکتور یا حالت Junction:

در این حالت مسیر امیتر به کلکتور به صورت یکسره برقرار می‌گردد که این حالت ترانزیستور با قطع ورودی تریگر روی پایه base یا gain همچنان برقرار است. در واقع در این حالت مثل آن می‌ماند که سوئیچ به صورت یکسره و تا زمان وجود ولتاژ روی پایه امیتر همچنان برقرار باشد.

ب) حالت سوختن قطع ارتباط مسیر امیتر به کلکتور یا حالت Cut off Circuite:

حالت سوختن Cut off Circuite: در این حالت ارتباط امیتر به کلکتور به صورت دائمی قطع می‌گردد. یعنی حتی با تحریک base یا gain ترانزیستور، دیگر هیچ اثر خروجی ولتاژ روی پایه کلکتور ترانزیستور وجود ندارد. بطور کلی در این حالت، ارتباط پایه امیتر به کلکتور تحت هیچ شرایطی برقرار نمی‌گردد.


تگ: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی ترانزیستورهای اثر میدانی جمع‌کننده منتشرکننده اِمیتر کلکتور ماسفتها

مطالب مرتبط