علم الکترونیک با اختراع ترانزیستور وارد فاز جدیدی از تحقیق و اختراع شد .هر روز اخباری را مبنی بر اختراعات جدید در زمینه الکترونیک می شنویم که مطمئنا در کالبد شکافی این اختراعات به نقش پر اهمیت ترانزیستور پی خواهیم برد .
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 شدهاند.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 مشترکCommon Base – کالکتور مشترکCommon Collector- امیتر مشترک Common Emitter – ممکن خواهد بود.
هر کدام از این آرایش ها دارای یک خصوصیت خواهند بود که متفاوت با دیگر آرایش ها است مثلا امیتر مشترک دارای بهره توان بسیار زیاد است و یا بهره ولتاژ بیس مشترک زیاد است و...
ترانزیستور در هر مداری می تواند متفاوت از قبل ظاهر شود- منبع ولتاژ یا منبع جریان و یا تقویت کننده ولتاژ و ....- این تفاوت را المانهای همراه ترانزیستور که اکثرا مقاومت و خازن(دیود و...) هستند تعیین می کنند نحوه قرار گیری این المانها به همراه ترانزیستور و منبع تغذیه را بایاس ترانزیستور گویند.در مدار های بایاس برای ترانزیستور یک ولتاژ مثبت به همراه زمین یا یک ولتاژ مثبت به همراه ولتاژ منفی را برای ترانزیستور بسته به کاربرد در نظر می گیرند .
عملکرد ترانزیستور ها(BJT) در سه ناحیه تعریف می شود . 1-ناحیه قطع 2- ناحیه فعال 3- ناحیه اشباع
این سه ناحیه بر اساس بایاس پایه های ترانزیستور و ولتاژ آن ها تعریف می شود . ترانزیستور در مدارات عمدتا به صورت زیر ظاهر می شود : 1- به عنوان کلید به منظور قطع و وصل قسمتی از مدار
از ترانزیستور در ناحیه قطع و اشباع به عنوان کلید دیجیتال و سوئیچ استفاده می کنند .ولتاژ VCE در حالت اشباع کمتر از 0.2 است . در حالت اشباع توان تلف شده ترانزیستور بسیار کم است زیرا توان تلف شده ترانزیستور از حاصلضرب ولتاژ VCE و IC بدست می آید که هردو مقدار کوچکی هستند. 2- به عنوان تقویت کننده ولتاژ 3- به عنوان تقویت کننده جریان 4- به عنوان منبع جریان ثابت 5- به عنوان منبع ولتاژ ثابت و... در 4 مورد بعدی بالا از ترانزیستور در ناحیه فعال که همان ناحیه خطی عملکرد ترانزیستور است استفاده می شود .
آرایش های مداری مشهور :
1- امیتر فالوور (Emitter follower) :
شکل موج خروجی دنبال کننده شکل موج ورودی است (وجه تسمیه) مقاومت کوچک موجود در بیس به منظور جلوگیری از نوسانات ناخواسته قرار گرفته است .
1- زوج دارلینگتون
هر ترانزیستور دارای یک خصوصیت با نام بتا β است که بهره جریان ترانزیستور است در زوج دارلینگتون بتای زوج ترانزیستور از ضرب 2β1*β حاصل می شود که مقداری نزدیک به چند هزار خواهد شد .البته در این آرایش ترانزیستور خروجی باید تحمل این جریان کالکتور را داشته باشد که مسئله مهمی در طراحی است.
1- منبع جریان ثابت در این آرایش ولتاژ هر کدام از دیود ها 0.7 است و در نتیجه ولتاژ بیس ترانزیستور 1.4 خواهد شد ولتاژ VBE (ولتاژ بیس – امیتر) هم در حدود 0.7 است پس جریان عبوری از امیتر مقدار 0.7/RE خواهد بود با انتخاب مناسب RE می توان مقدار جریان را به دلخواه انتخاب کرد .
4 – منبع ولتاژ ثابت در این مدار ولتاژ خروجی توسط دیود زنر تامین می شود .ولتاژ خروجی تقریبا 0.7 کمتر از ولتاژ شکست زنر است .
از میان سه تقویت کننده امیتر مشترک و کلکتور مشترک و بیس مشترک ، تنها تقویت کننده امیتر مشترک است که میتواند هم بهره ولتاژ و هم بهره جریان بزرگتر از یک داشته باشد. به همین جهت کاربردهای این تقویت کننده بسیار متنوع تر از دو نوع دیگر است. همچنین ملاحظه می شود که مقاومت ورودی و مقاومت خروجی تقویت کننده امیتر مشترک دارای تغییرات زیادی نبوده و در هر حال در محدوده منحنی های مربوط به بیس مشترک و کلکتور مشترک قرار دارد.
در تقویت کننده بیس مشترک ، AI کمتر از واحد، AV تقریباً مشابه تقویت کننده امیتر مشترک ، مقاومت ورودی کمترین مقدار و مقاومت خروجی بیشترین مقدار است. همانطور که قبلاً گفته شد کاربردهای این تقویت کننده در فرکانسهای پایین کم بوده و بعضاً به عنوان منیع جریان ثابت یا برای تطبیق یک منبع جریان با مقاومت داخلی کم به یک مقاومت بار بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. این تقویت کننده اکثرا به منظور تقویت ولتاژ سیگنال در فرکانسهای بالا و در ورودی طبقات RF(Radio Frequency) به کار میرود.
تقویت کننده کلکتور مشترک دارای بهره جریان نسبتاً زیاد ) برابر تقویت کننده امیتر مشترک( ، بهره ولتاژ کمتر از واحد، بیشترین مقاومت ورودی و کمترین مقاومت خروجی در مقایسه با دو نوع تقویت کننده دیگر است. بدین لحاظ از این تقویت کننده عمدتاً به عنوان بافر برای تطبیق یک منبع ولتاژ با مقاومت داخلی زیاد به یک مقاومت بار کوچک استفاده می شود.
Ri = R’i || RB
تکنیک بوت استراپینگ Z1 اثر مقاومت Z در ورودی و Z2 اثر مقاومت Z در خروجی است.
سلام خدمت استاد گرانقدرم
با آرزوی توفیق روذ افزون برای حضرتعالی ...خواهشمندم اطلاعاتی در زمینه استفاده از تله متری در چاههای آب وکنترل موتور پمپهای شناور که 24ساعت درحال کار هستند با استفاده از سیستم تله متری در اختیارمون قرار بدهید./.
با تشکر از حسن توجه جنابعالی به امر آموزش"
