- ترانزيستور
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 هایBJT 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 BJTهستند .
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.
- ساختمان داخلي ترانزيستور
ترانزيستوراز سه لايه نيمه هادي نوع P , N كه در كنار هم قرار مي گيرند تشكيل شدهاست . اين لايه هاي نيمه هادي به دو صورت كنار هم چيده مي شوند .
P-N-P , N-P-N
ترانزيستور NPN تيپ منفي و ترانزيستور PNP تيپ مثبت .
سهپايه اي كه از نيمه هادي ها خارج مي شوند به نام هاي اميتر (E) يا منتشركننده ، بيس (B) يا پايه و كلكتور (C) يا جمع كننده نام گذاري شده اند . نيمه هادي كه اميتر را تشكيل ميدهد نسبت به دولايه ي بيس و كلكتور ناخالصيبيش تري دارد و لايه ي بيس نسبت به كلكتور و اميتر ناخالصي كم تري دارد .در نتيجه از نظر ناخالصي پايه هاي ترانزيستور به اين ترتيب از كم به زياد قرار مي گيرند : بيس ، كلكتور و اميترمدل ديودي ترانزيستورايننوع ترانزيستورها را به اختصار ترانزيستورهاي BJT (Bipolar Juncetion Transistor يا ترانزيستورهاي اتصال قطبي ( دو قطبي ) مي نامند .عبارت Bipolar يا دو قطبي ناشي از عملكرد الكترون ها و حفره ها به عنوان حامل هاي جريان مي باشد .
- باياس ترانزيستور :
انواع باياس ترانزيستور :
-1 باياس ثابت ( مستقيم ) : در اين باياس بيس توسط يك مقاومت RB به منبع ولتاژ Dc متصل مي گردد
2-باياس كلكتور – بيس ( باياس اتوماتيك ) : در اين باياس بيس توسط يك مقاومت RB به كلكتور متصل است .
3-باياس سرخود : دراين باياس بيس توسط مقاومت R1 به منبع تغذيه ي Dc و توسطمقاومت R2 به زمين متصل است و توسط اين دو مقاومت و يك تقسيم ولتاژ بين آنها ولتاژ ثابتي براي بيس فراهم مي كند .
- منبع تیم برقترانزیستور چگونه کار می کند؟
موارد بسیاری هم وجود دارد که شما از یک ترانزیستور برای تقویت ولتاژاستفاده می کنید. بدیهی است که این خصیصه مستقیما" از خصیصه تقویت جریاناین وسیله به ارث می رسد کافی است که جریان وردی و خروجی تقویت شده را روییک مقاومت بیندازیم تا ولتاژ کم ورودی به ولتاژ تقویت شده خروجی تبدیلشود.
جریان ورودی ای که که یک ترانزیستور می تواند آنرا تقویت کند باید حداقلداشته باشد. چنانچه این جریان کمتر از حداقل نامبرده باشد ترانزیستور درخروجی خود هیچ جریانی را نشان نمی دهد. اما به محض آنکه شما جریان ورودییک ترانزیستور را به بیش از حداقل مذکور ببرید در خروجی جریان تقویت شدهخواهید دید. از این خاصیت ترانزیستور معمولا" برای ساخت سوییچ هایالکترونیکی استفاده می شود
از لحاظ ساختاری می توان یک ترانزیستور را با دو دیود مدل کرد. همانطور کهدر مطلب قبل (اولین ترانزیستورها) اشاره کردیم ترانزستورهای اولیه از دوپیوند نیمه هادی تشکیل شده اند و بر حسب آنکه چگونه این پیوند ها بهیکدیگر متصل شده باشند می توان آنها را به دو نوع اصلی PNP یا NPNتقسیمکرد. برای درک نحوه عملکرد یک ترانزیستور ابتدا باید بدانیم که یک پیوند (Junction) نیمه هادی چگونه کار می کند.
. در شکل اول شما یک پیوند نیمه هادی از نوع PN را مشاهده می کنید. که ازاتصال دادن دو قطعه نیمه هادی P و N به یکدیگر درست شده است. نیمه هادیهای نوع N دارای الکترونهای آزاد و نیمه هادی نوع P دارای تعداد زیادیحفره (Hole) آزاد می باشند. بطور ساده می توان منظور از حفره آزاد رافضایی دانست که در آن کمبود الکترون وجود دارد.
اگر به این تکه نیمه هادی از خارج ولتاژی بصورت آنچه در شکل نمایش داده میشود اعمال کنیم در مدار جریانی برقرار می شود و چنانچه جهت ولتاژ اعمالشده را تغییر دهیم جریانی از مدار عبور نخواهد کرد (چرا؟(
این پیوند نیمه هادی عملکرد ساده یک دیود را مدل می کند. همانطور که میدانید یکی از کاربردهای دیود یکسوسازی جریان های متناوب می باشد. ازآنجایی که در محل اتصال نیمه هادی نوع N به P معمولآ یک خازن تشکیل می شودپاسخ فرکانسی یک پیوند PN کاملآ به کیفیت ساخت و اندازه خازن پیوند بستگیدارد. به همین دلیل اولین دیودهای ساخته شده توانایی کار در فرکانسهایرادیویی - مثلآ برای آشکار سازی - را نداشتند. معمولآ برای کاهش این خازن ناخاسته، سطح پیوند را کاهش داده و آنرا به حد یک نقطه می رسانند.
- معرفیترانزیستور
- کاربرد
- عملکرد
- انواع ترانزیستور :
(Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدانی)
) (Field Effect Transistors) هستند. FET ها نیز خود به دو دستهٔ Jfetها
(Junction Field Effect Transistors) و MOSFETها
(Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم میشوند.
ترانزیستور دوقطبی پیوندی:
در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوریاز دو پایه کلکتور و امیتر کنترل میشود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی دردونوع npn و pnp ساخته میشوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکناست در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورهاو بعضی قابلتهای دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاصاستفاده شود.
ترانزیستور اثر میدانی(JFET):
در ترانزیستور اثر میدانی با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریانعبوری از دو پایه سورس و درین کنترل میشود. ترانزیستور اثر میدانی بر دوقسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type.از دیدگاهی دیگر اینترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیهای ساخته میشوند.نواحی کار اینترانزستورها شامل "فعال" و"اشباع" و "ترایود" است این ترانزیستورهاتقریبا هیچ استفادهای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختیمجتمع میشوند.
ترانزیستور اثر میدانی(MOSFET):
این ترانزیستورها نیز مانند Jfetها عمل میکنند با این تفاوت که جریانورودی گیت آنها صفر است. همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. اینترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOSهستند که تکنولوژی استفاده از دونوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیارکاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع میشوند و فضای کمتری اشغال میکنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.به تکنولوژیهایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfetدر آن واحد استفاده میکنند Bicmos میگویند.البته نقطه کار این ترنزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر میکند.بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار میروند AMB
- برتریهای ترانزیستور بر لامپ های الکترونی :بعد از اختراع ترانزیستور ، برتریهای این المان نسبت به لامپهایالکترونی ، به زودی آشکار گشت . به طوری که در رادیو و تلویزیون و همهمچنین مدارات الکترونی ترانزیستوری ، بلافاصله ساخته شدند . در زیر بهبرخی از برتریهای ترانزیستود نسبت به لامپ های الکترونی اشاره شده است .
ب : احتیاج نداشتن به فیلامان و در نتیجه ، نداشتن تلفات حرارتی تاشی از گرم کردن فیلامان
ج : احتیاج نداشتن به مدت زمان جهت گرم شدن فیلامان
د : کار کردن در ولتاژ های بسیار کم
و : استحکام زیاد و داشتن عمر طولانی
ز : ساده بودن سیم کشی طراحی های ترانزیستوری
باید توجه داشت که لامپها نیز نسبت به ترانزیستور ها از برتری هاییبرخوردارند ، از جمله : قدرت بسیار بالا ، تغییر نکردن نقطه کار بر اثرگرما و ... ولی ترانزیستور با داشتن برتریهای فوق در قدرتهای کم و متوسطجانشین لامپها شده است .
به تکنولوژیهایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده میکنندBicmos میگویند.البته نقطه کار این ترنزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر میکند.بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار میروند AMB
- ساختمان ترانزیستور :
الف : دو قطعه نیمه هادی نوع n در دو طرف و نیمه هادی نوع p در وسط .
ب: دو قطعه نیمه هادی نوع p در دو طرف و نیمه هادی نوع n در وسط .
در حالت (الف) ترانزیستور npn و در حالت (ب) تورانزیستور pnp می نامند .پایه های خروجی ترانزیستور را به ترتیب امیتر ( منتشر کننده ) ، بیس ( پایه ) و کلکتور ( جمع کننده ) نامگذاری کرده اند . امیتر را با حرف E ،بیس را با حرف B و کلکتور را با حرف C نشان می دهند . پایه های ترانزیستوررا می توان با پایه های لامپ تریود از نظر نوع عملکرد به شرح زیر مقایسهنمود:
الف : امیتر با کاتد E=K
ب : بیس با شبکه فرمان B=G
ج : کلکتور با آند C=A
نیمه هادی نوع N یا P به عنوان امیتر به کار می روند ، نسبت به لایه وکلکتور دارای ناخالصی بیشتری می باشد . ضخامت این لایه حدود چند ده میکروناست . و سطح تماس آن نیز بستگی به میزان فرکانسی و قدرت ترانزیستور دارد .لایه بیس نسبت به کلکتور دارای ناخالصی کمتری است و ضخامت آن نیز بهمراتب کمتر از امیتر و کلکتور می باشد و عملا از چند میکرون تجاوز نمی کند.ناخالصی لایه کلکتور از امیتر کمتر و از بیس بیشتر است . ضخامت اینلایه به مراتب بزرگتر از امیتر می باشد ، زیرا تقریبا تمامی تلفات حرارتیترانزیستور در کلکتور ایجاد می شود .این نوع ترانزیستورها را به اختصار BJT (Bipolar Junction Transistor ) می نامند.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 ولتاژمثبت 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 :
از ترانزیستور در ناحیه قطع و اشباع به عنوان کلید دیجیتال و سوئیچ استفاده می کنند .ولتاژ V[SUB]CE[/SUB]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 V[SUB]CE[/SUB]و I[SUB]C[/SUB] 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
در 4 مورد بعدی بالا از ترانزیستور در ناحیه فعال که همان ناحیه خطی عملکرد ترانزیستور است استفاده می شود .
آخرین ویرایش: