مغز انسان دارای 100 میلیارد سلول است که به ما اجازه می دهند چیزها را به یاد بیاوریم. به همین ترتیب، یک کامپیوتر حاوی میلیاردها سلول مینیاتوری به نام ترانزیستور است. این یک دستگاه نیمه هادی است که از سیلیکون، یک ترکیب شیمیایی که معمولا در شن یافت می شود، ساخته شده است.
ترانزیستورها از زمانی که برای اولین بار اختراع شدند، صنایع الکترونیک را متحول کردند. در سال 1947 توسط جان باردین، والتر هاوسر براتین و ویلیام شاکلی اختراع شد. در این مقاله به تفصیل درباره ترانزیستورها صحبت خواهیم کرد.
ترانزیستور یک نیمه هادی مینیاتوری است که جریان یا ولتاژ را تنظیم یا کنترل می کند و علاوه بر تقویت و تولید این سیگنال های الکتریکی و به عنوان یک کلید/دروازه برای آنها عمل می کند. به طور معمول، ترانزیستورها از سه لایه یا پایانه های یک ماده نیمه هادی تشکیل شده اند که هر یک می توانند جریانی را حمل کنند.
هنگامی که به عنوان تقویت کننده کار می کند، یک ترانزیستور یک جریان ورودی کوچک را به جریان خروجی بزرگتر تبدیل می کند. به عنوان یک سوئیچ، می تواند در یکی از دو حالت متمایز - روشن یا خاموش - برای کنترل جریان سیگنال های الکترونیکی از طریق یک مدار الکتریکی یا دستگاه الکترونیکی باشد.
ساختار ترانزیستور
یک ترانزیستور از دو دیود PN تشکیل شده است که پشت به هم وصل شده اند. دارای سه ترمینال به نام های امیتر، پایه و کلکتور. ایده اصلی پشت ترانزیستور این است که به شما امکان می دهد جریان جریان را از طریق یک کانال با تغییر شدت جریان بسیار کوچکتری که از کانال دوم می گذرد کنترل کنید.
ساختار سه لایه ترانزیستور به صورت یکی از 2 حالت زیر است:
- یک لایه نیمه هادی نوع n بین دو لایه نوع p در پیکربندی مثبت – منفی – مثبت (PNP).
- یک لایه از نوع p بین دو لایه نوع n در پیکربندی منفی – مثبت – منفی (NPN)
ترانزیستور مانند مجموعه ای از دو دیود است که کاتدها یا آندهای آنها به هم گره خورده است. دارای سه پایانه است که جریان الکتریکی را حمل می کند و به اتصال به مدارهای خارجی کمک می کند:
امیتر که به عنوان لید منفی ترانزیستور نیز شناخته می شود، پایه که ترمینالی است که ترانزیستور را فعال می کند وکلکتور که لید مثبت ترانزیستور است.
- امیتر - که با حرف E نشان داده می شود - اندازه متوسطی دارد و به شدت دوپ شده است، زیرا وظیفه اصلی آن تامین حامل های اکثریت زیادی برای پشتیبانی از جریان برق است. از آنجایی که الکترون ساطع می کند، امیتر نامیده می شود.
- بیس -- که با حرف B مشخص می شود -- ترمینال مرکزی بین امیتر و کلکتور است. نازک است و کمی دوپ شده است. هدف اصلی آن انتقال حامل ها از امیتر به کلکتور است.
- کلکتور -- که با حرف C مشخص می شود -- حامل های ارسال شده توسط امیتر را از طریق پایه جمع آوری می‌کند. نسبتاً دوپ شده و بزرگتر از امیتر و بیس است.
امیتر، بیس و کلکتور عملکردهای یکسانی در مدار PNP دارند. تنها تفاوت در این نوع ترانزیستور این است که پایه نوع n بین امیتر و کلکتور نوع p قرار می گیرد که بر جهت فلش روی امیتر تأثیر می گذارد. این فلش همیشه بخشی از اتصال امیتر-پایه است. فلش به مدار NPN اشاره می کند و مدار PNP را نشان می دهد.
انواع ترانزیستور
ترانزیستورها به دو نوع عمده تقسیم می شوند:
- ترانزیستور اتصال دوقطبی (BJT)
- ترانزیستور اثر میدانی (FET)
BJT یکی از رایج ترین انواع ترانزیستور است و می تواند NPN یا PNP باشد. این بدان معناست که یک BJT از سه پایانه تشکیل شده است: امیتر، پایه و کلکتور. با پیوستن به این سه لایه، یک BJT می تواند یک سیگنال الکتریکی را تقویت کند یا جریان را روشن یا خاموش کند.
دو نوع بار الکتریکی -- الکترون ها (منفی) و حفره‌ها (مثبت) -- در ایجاد جریان جریان دخیل هستند. در عملکرد عادی خود، اتصال بیس-امیتر BJT بایاس رو به جلو با مقاومت امیتر بسیار کوچک است، در حالی که اتصال بیس-کلکتور بایاس معکوس با مقاومت بزرگ است.
در BJT نوع PNP، رسانش از طریق حفره ها یا عدم وجود الکترون اتفاق می افتد. جریان کلکتور کمی کمتر از جریان امیتر است. تغییرات در مورد دوم بر اولی تأثیر می گذارد. پایه جریان جریان از امیتر به کلکتور را کنترل می کند. در این حالت، امیتر حفره‌هایی را منتشر می کند که سپس توسط کلکتور جمع آوری می شود.
بیشتر بخوانید : برد smd چیست ؟
در یک BJT نوع NPN، الکترون ها از امیتر به بیس عبور می کنند و توسط کلکتور جمع آوری می شوند. هنگامی که این اتفاق می افتد، جریان معمولی از کلکتور به امیتر جریان می یابد. پایه تعداد الکترون های ساطع شده توسط امیتر را کنترل می کند.
یک ترانزیستور اثر میدانی (FET) همچنین دارای سه پایه است - سورس، درین و گیت - که به ترتیب مشابه امیتر، کلکتور و پایه BJT هستند. در FET، لایه‌های سیلیکونی نوع n و p متفاوت از BJT چیده شده‌اند. آنها همچنین با لایه‌هایی از فلز و اکسید پوشانده می‌شوند تا ترانزیستور اثر میدان نیمه‌رسانای اکسید فلز (MOSFET) ایجاد شود.
در FET، جلوه میدان به اثری اشاره دارد که برقراری جریان را فعال می کند و ترانزیستور را روشن می کند. الکترون‌ها نمی‌توانند از سورس نوع n به درین جریان پیدا کنند، زیرا گیت نوع p بین آنها حاوی حفره‌هایی است. اما اتصال یک ولتاژ مثبت به گیت، میدان الکتریکی ایجاد می کند که الکترون ها را قادر می سازد از سورس به درین جریان پیدا کنند. این اثر میدانی را ایجاد می کند که برقراری جریان را در FET تسهیل می کند.
FET ها معمولا در تقویت کننده های کم نویز، تقویت کننده های بافر و سوئیچ های آنالوگ استفاده می شوند. ترانزیستور اثر میدانی فلز نیمه هادی (MESFET) معمولاً برای کاربردهای فرکانس بالا مانند مدارهای مایکروویو استفاده می شود.
انواع دیگر ترانزیستورها عبارتند از
- ترانزیستور اثر میدان اتصال (JFET)، یک نیمه هادی سه ترمینال ضروری در کنترل های سطح دقیق و ولتاژی در الکترونیک آنالوگ کاربرد دارد.
- ترانزیستور لایه نازک (TFT)، نوعی از FET که اغلب در نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) استفاده می شود.
- ترانزیستور شاتکی، که ترکیبی از یک ترانزیستور و یک دیود شاتکی است که برای سوئیچینگ بسیار سریع شناخته شده است تا ترانزیستور را از اشباع شدن با منحرف کردن جریان ورودی بیش از حد جلوگیری کند.
ترانزیستور انتشار، که نوعی BJT است که از انتشار مواد ناخالص بر روی یک بستر تشکیل می شود.
کاربردهای ترانزیستور
شاید بتوان اختراع ترانزیستور را معجزه‌ای در علم الکترونیک دانست. یک ترانزیستور به تنهایی فقط یک عنصر مدار دارد. در مقادیر کم، از ترانزیستورها برای ایجاد سوئیچ های الکترونیکی ساده استفاده می شود. آنها عناصر اساسی در مدارهای مجتمع (IC) هستند که از تعداد زیادی ترانزیستور تشکیل شده است که به مدار متصل شده و در یک ریزتراشه سیلیکونی پخته شده اند.
در تعداد زیادی از ترانزیستورها برای ایجاد ریزپردازنده استفاده می شود که در آن میلیون ها ترانزیستور در یک آی سی جاسازی شده است. آنها همچنین تراشه های حافظه رایانه و دستگاه های ذخیره سازی حافظه برای پخش کننده های mp3، تلفن های هوشمند، دوربین ها و بازی های الکترونیکی را هدایت می کنند. ترانزیستورها تقریباً در تمام آی سی ها که بخشی از هر دستگاه الکترونیکی هستند، عمیقاً تعبیه شده اند. همچنین شما میتوانید برای شکستن قفل آیسی‌های برنامه پذیر به سایت راشا مکاترونیک پارت مراجعه کنید.
ترانزیستورها همچنین برای کاربردهای با فرکانس پایین و توان بالا، مانند اینورترهای منبع تغذیه که جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کنند، استفاده می‌شوند. علاوه بر این، ترانزیستورها در کاربردهای فرکانس بالا، مانند مدارهای نوسانگر که برای تولید سیگنال های رادیویی استفاده می شوند، استفاده می شوند.
