ترانزیستور چیست و چه کاربردی دارد؟ معرفی انواع
ترانزیستور، به عنوان یکی از قطعات و تجهیزات الکترونیکی حساس و بسیار پرکاربرد و در واقع اساس و پایه طراحی بسیاری از دستگاه ها یا مدارها و تراشه های الکترونیکی، transistor می باشد. وظیفه ترانزیستور تنظیم و کنترل جریان و ولتاژ مدار، تقویت جریان، سوئیچینگ و قطع و وصل مدار است. این قطعه امروزه در زمینه میکروالکترونیک و نانوالکترونیک از اهمیت بالایی برخوردار است.
در صورتی که قصد آشنایی بیشتر با این قطعه را دارید تا انتها این مطلب با ما همراه باشید. اگر می خواهید تعمیرات برد را به صورت حرفه ای یاد بگیرید توصیه می کنیم در دوره آموزش تعمیرات برد الکترونیکی برق گستران ثبت نام کنید.
ترانزیستور چیست؟
ترانزیستور یکی از قطعات بردهای الکترونیکی به شمار می رود که یک دستگاه نیمه هادی برای تولید، تقویت و کنترل یا تضعیف سیگنال های الکتریکی می باشد. در حقیقت این قطعات مانند سوئیچ عمل قطع و وصل را انجام داده یا ولتاژ و جریان دریافتی را تنظیم می کنند. ترانزیستورها از اجزای ریزتراشه ها هستند که دارای میلیاردها قطعه کوچک اند.
اجزای ترانزیستور
همانطور که در عکس ترانزیستور مشاهده می کنید، این وسیله از لحاظ ساختاری شامل سه ترمینال یا پایه امیتر، بیس و کلکتور بوده و از اتصال دو دیود و در حالت جزئی تر از پیوند نیمه هادی های نوع N و P ساخته می شود. با جابجایی طرز قرارگیری نیمه هادی ها در کنار هم می توان ترانزیستورهای متنوعی طراحی نمود.
پایه امیتر(Emitter) به معنای گسیلنده مؤظف به تأمین حاملان اکثریت الکترون ها و حفره ها با روش های مختلف تقویت آن از جمله تزریق بوده و با تنظیم مقدار دوپ لازم می توان چگالی حاملین اکثریت را کنترل نمود.
پایه دیگر بیس(Base) می باشد که به عنوان نیمه هادی میانی وظیفه انتقال حاملین اکثریت به ترمینال سومی کلکتور را داشته و از لحاظ اندازه نسبت به ترمینال های دیگر کوچک تر بوده، بنابراین، به صورت گیت(gate) یا دروازه، عمل عبور جریان را انجام می دهد.
پایه سوم همان کلکتور(Collector) می باشد که عهده دار جمع آوری و دریافت حاملین اکثریت بوده و ابعاد آن به دلیل برخورداری از توان اتلافی بیشتر، نسبت به دو ترمینال دیگر بیس و امیتر در اندازه بزرگتری طراحی شده و در نهایت پهنای بیشتری دارد.
عکس ترانزیستور
ترانزیستور از چه موادی تشکیل شده است؟
این قطعه از مواد نیمه رسانایی مثل سیلیسیم و ژرمانیم ساخته شده است که یکی از ادوات حالت جامد است. یک قطعه ترانزیستور در درون ساختار خود دارای دو پیوند از نوع N و P است.
ترانزیستورها معمولا از جنس ژرمانیم بوده و به صورت pnp ساخته میشوند، اما برخی از دلایل باعث شد که سازندگان ترانزیستورها از مواد دیگری برای ساخت آنها استفاده کنند، اما در عملکرد آنها تفاوت خاصی مشاهده نمیشود.
دعوت میکنیم تا پایان این مقاله مفید و خواندنی با ما همراه باشید تا درباره ترانزیستورها و نحوه عملکرد آنها بیشتر آشنا شوید.
بایاس دهی ترانزیستور چیست؟
همانطور که اشاره شد، با اعمال تغییرات در این وسیله الکترونیکی می توان جریان و ولتاژ برق عبوری از آن را کنترل نموده و بنابراین، با تزریق بایاس مستقیم یا معکوس منبع تغذیه DC می توان عملکرد مدار را برای کاربردهای مختلف تنظیم کرد. در حالت جزئی تر، اتصال نیمه هادی نوع N به تغذیه منفی و نوع P به تغذیه مثبت، بایاس مستقیم و برعکس اعمال نیمه هادی نوع N به تغذیه مثبت و نوع P به تغذیه منفی، بایاس معکوس نامیده می شود.
حتما بخوانید: چگونه برد الکترونیکی را مونتاژ کنیم؟
انواع ترانزیستور
اغلب ترانزیستورها از نیمه هادی های سیلیکون، ژرمانیوم و گالیوم آرسناید ساخته شده و به عنوان سوئیچینگ یا تقویت کننده سیگنال به کار می روند و در دو نوع دوقطبی پیوندی و اثر میدانی طراحی می شوند.
کاربرد انواع transistor
1- ترانزیستور دوقطبی پیوندی (Bipolar Junction Transistor)
ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی یا به اختصار BJT دارای پیوند نوع NPN و PNP بوده و در صورتی که پیوند بیس-امیتر در حالت بایاس مستقیم قرار گیرد، می توان جریان الکتریکی بالایی را از طریق انتشار آن از ترمینال امیتر به کلکتور فراهم نمود به شرطی که از پایه بیس جریان کمتری عبور نماید.
ترانزیستور BJT دارای نواحی عملکردی متنوع از جمله، ناحیه قطع، در صورت اعمال ولتاژ پایین تر از حد آستانه پیوند بیس-امیتر که باعث خاموشی آن می شود،
ناحیه فعال، به عنوان بخش تقویت کننده جریان با ولتاژ اعمالی پیوند امیتر-کلکتور بالاتر از حد آستانه برای روشن شدن آن و ناحیه اشباع، به عنوان سوئیچ بسته که از ولتاژ اعمالی پایین تر از حد آستانه ناشی شده و پیوند بین کلکتور و امیتر را می توان اتصال کوتاه در نظر گرفت، می باشد.
1.1- ترانزیستور دوقطبی اتصال NPN
این نوع ترانزیستور دو قطبی دارای دو لایه نیمه هادی نوع N با یک لایه میانی نیمه هادی نوع P بوده و جهت جریان حاملین اکثریت یا همان الکترون ها از ترمینال های کلکتور و بیس به سمت امیتر می باشد.
1.2- ترانزیستور دوقطبی اتصال PNP
در این تراشه الکترونیکی دو نیمه هادی نوع P با یک لایه نازک میانی نیمه هادی نوع N از هم جدا شده اند و حفره ها به عنوان حاملین اکثریت از ناحیه امیتر به سمت نواحی بیس و کلکتور انتشار می یابند.
2. ترانزیستور اثر میدانی(Field Effect Transistor)
این نوع ترانزیستورها در ساختار خود دارای سه ترمینال گیت (Gate)، تخلیه (Drain) و منبع (Source) بوده و به دو دسته ترانزیستورهای پیوند اثر میدانی (Junction Field Effect Transistor) و ترانزیستورهای اثر میدانی حاوی بستر نیمه هادی اکسید فلزی (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) تقسیم بندی می شود.
این وسیله قابلیت کنترل و تنظیم سایز و شکل کانال ناشی از ولتاژ اعمالی بین دو ترمینال درین و سورس را داشته و بر خلاف نوع دو قطبی، از کانال منفرد با ضریب تقویت جریان بیشتر نسبت به نوع BJT برخوردار بوده و شامل سه ناحیه عملکردی قطع در صورت پایین بودن ولتاژ گیت-سورس از ولتاژ آستانه و خاموش بودن ترانزیستور، ناحیه فعال که به دلیل ولتاژ سورس-درین بالاتر از اختلاف ولتاژ گیت-سورس با آستانه بوده و ناحیه سه پایه که از ولتاژ سورس-درین کوچک تر از اختلاف ولتاژ گیت-سورس با آستانه ناشی می شود و اصطلاحاً منطقه تریود نامیده می شود، می باشد.
2.1 ترانزیستور پیوندی اثر میدانی
ترانزیستورهای JFET به عنوان اولین نوع اثر میدانی دارای قابلیت های سوئیچینگ، تقویت کنندگی و مقاومتی بوده و بدون نیاز به جریان بایاس، فقط با ولتاژ اعمالی به ناحیه گیت-سورس می توان ولتاژ ناحیه سورس-درین را کنترل نموده و عامل جریان با توجه به نوع N-Channel و P-Channel بودن ترانزیستورها فرق کرده و در کانال N حامل های جریان الکترون ها و در کانال P حفره ها می باشند.
2.2 ترانزیستور ماسفت
این نوع ترانزیستور که به اختصار MOSFET نامیده می شود، دارای چهار پایانه گیت، سورس، درین و بستر(Substrate) بوده و با وجود امپدانس ورودی بالا و خروجی پایین از جریان ناچیز گیت برخوردار می باشد. بنابراین، در طراحی مدارهای با قدرت پایین و تراشه ها کاربرد دارد.
این نوع ترانزیستورها نیز مانند نوع پیوندی اثر میدانی، به دو دسته N-Channel و P-Channel تقسیم بندی شده و جریان حاملین یا همان الکترون ها و حفره ها از طریق ولتاژ گیت کنترل می شود.
در حالت کلی، در میان ترانزیستورهای دو قطبی و اثر میدانی که حاملین اکثریت آن ها را الکترون ها شامل می شوند، به دلیل برخورداری از سرعت جریان بیشتر، در مدارها و تراشه های توان بالا کاربرد بسیاری داشته و امروزه در مدارهای مجتمع نوری به طور گسترده ای از این ترانزیستورها به منظور بکارگیری الکترونیک و فوتونیک در یک زمینه خاص استفاده می شود و در واقع با وجود همچین قطعه الکترونیکی، کنترل، تنظیم، قطع و وصل مدار، تقویت و تضعیف آن بسیار راحت و ساده تر شده و اساس بسیاری از طراحی های میکروالکترونیک و نانوالکترونیک را شامل می شود.
حتما بخوانید: چگونه اتصال ستاره مثلث را راه اندازی کنیم؟
نماد ترانزیستور
همانطور که در بخش قبل اشاره شد ترانزیستورها انواع گوناگونی دارند، در تصویر زیر نماد انواع ترانزیستور نشان داده شده است.
نقش ترانزیستور در مدار چیست؟
ترانزیستور به دلیل قابلیتی که در تغییر حالت دارد، در تقویت کردن و سوئیچینگ کاربرد دارد. در واقع در سوئیچ های الکترونیکی، مدارهای تقویت سیگنال ها و منطق دیجیتال استفاده می شود. تراشه های حافظه های رایانه، ریزپردازها و مدارهای مجتمع پیچیده با در کنار هم قرار گرفتن میلیاردها ترانزیستور ساخته می شوند.
روش تست ترانزیستور
برای تست ترانزیستور باید ابتدا نوع ترانزیستور را بدانید و سپس از یک مولتی متر دیجیتال که مجهز به تست دایود است، استفاده کنید.
ترانزیستورهای PNP دو ترمینال ورودی و یک ترمینال خروجی دارند و در ترانزیستورهای NPN تعداد ترمینال ها بالعکس می باشد.
به منظور تست ترانزیستور باید صفحه مولتی متر را روی تنظیمات دایود قرار دهید و سپس سر مثبت آن را به ترمینال پایه ترانزیستور متصل کنید.
در مرحله بعد باید سر منفی را به ترمینال کلکتور ترانزیستور وصل کرده و مقاومت را چک کنید.
حال باید سر منفی را به ترمینال امیتر وصل کنید و این بار هم مقاومت را بررسی نمایید.
برای ادامه مراحل تست ترانزیستور باید آزمایش را مجدداً با اتصال سر منفی به ترمینال پایه ترانزیستور تکرار کنید.
تست ترانزیستور سوخته
وقتی یک ترانزیستور کارایی خود را از دست میدهد، و یا می سوزد، تست ترانزیستور کمک میکند که ما علت خراب شدن و یا سوختن آن را به راحتی متوجه شویم، که در ادامه بیشتر به آن خواهیم پرداخت.
تست ترانزیستور 4 پایه
به نظر برخی از کارشناسان، بهترین روش تست ترانزیستورها، روش تست دیود است، اما چرا؟ به دلیل سرعت تست بسیار بالا و اینکه امکان شناخت دقیق پایه ها را برای ما فراهم میکند.
فواید و مزایای روش تست دیودی در ترانزیستور ها به شرح زیر است:
- مشخص شدن نشتی transistor در این شیوه از تست
- به بیرون کشیدن قطعات از روی برد نیازی نیست.
- در این روش از تست سرعت عمل بسیار بالایی نسبت به سایر روش ها وجود دارد.
- آگاهی به نوع ترانزیستور
- در این روش خیلی زود به خرابی های ضعیف ترانزیستور پی برده میشود.
تست ترانزیستور smd روی برد
همان طور که در قسمت های بالای مقاله گفته شد ترانزیستور smd دارای سه پایه، بیس، امیتر و کلکتور است.
برای انجام این تست لازم است که مولتی متر را در حالت اهم قرار دهیم، و سپس ادامه کار را انجام میدهیم، و در نتیجه اینکه اگر هر سه پایه دارای اهم متغیر بود، نتیجه میگیریم که ترانزیستور دارای نقص بوده و معیوب است.
به طور کلی می توان چندین نوع تست مهم را برای سالم بودن ترانزیستور اعمال کرد:
- تست اتصال
- تست قطع
- تست ظاهری
هر کدام از روش های معرفی شده برای انجام تست ترانزیستور متفاوت است. اما قطعاتی که بیشتر احتمال سوختن آنها بیشتر است کدام قطعات هستند؟
این قطعات بیشتر شامل خازن ها، مقاومت ها، و به ندرت آی سی دی ها بوده و دلیل آن هم میتواند این باشد که بیشتر قطعات خازن و مقاومت ها در سمت جلویی برد هستند و گاهی جریان ولتاژ بیش از حد میتواند سبب سوختن آنها شود.
تست ترانزیستور بدون مولتی متر
معمولا افرادی که قصد تست ترانزیستور را دارند، اما دارای تخصص لازم در این حوزه نیستند، همیشه به دنبال روش های ساده تری برای انجام این تست بوده اند، میتوان گفت روش های آسان تری هم برای انجام این تست وجود دارد که شاید کاملا علمی و تخصصی هم نباشد، اما در خیلی از موارد میتواند کار شما را به راحتی راه بیندازد.
برای انجام این تست برای تست خازن باید از یک اتصال کوتاه استفاده کرد، اما در برخی از موارد تنها در صورتی میتوان وضعیت خازن را بدون مولتی متر بررسی کرد که حتما ولتاژ مناسبی در دسترس باشد.
هنگامی یک خازن سالم است که در حال انجام کار یک جرقه روشن داشته باشد، این جرقه اگر کمرنگ بوده و یا اصلا به چشم نیاید، در نتیجه خازن دارای نقص است و سالم نیست و نمی تواند شارژ را به خوبی نگه دارد.
ترانزیستور چگونه کار میکند؟
به نظر میرسد باید بیشتر به سوال ترانزیستور چیست؟ پاسخ دهیم، این قطعه فوق العاده مهم که عنوان شد، یکی از اجزای مهم و اصلی در بیشتر دستگاه های الکترونیکی است، در سال 1974 توسط سه تن از فیزیک دان های آمریکایی ساخته شد.
جالب است بدانید، ساخت ترانزیستور، یکی از مهمترین اختراعات بشر به شمار می رود. این قطعه میتواند برای کنترل کردن ولتاژ نیز استفاده شود و همان طور که گفتیم از مواد نیمه رسانا تشکیل شده است.
برای اینکه بدانید یک ترانزیستور چگونه کار میکند، باید ابتدا بدانید که این قطعه از سه پایه اصلی تشکیل شده است که به شرح زیر است:
امیتر: که الکترود منفی ترانزیستور میباشد.
بیس: برای فعال کردن ترانزیستور به کار میرود.
کلکتور: الکترود مثبت ترانزیستوراست.
البته باید بدانید که ترانزیستور نیز انواع خاص خود را دارد که شیوه کار هر کدام از آنها نیز با یکدیگر متفاوت است.
اما همان طور که گفته شد ترانزیستورها سوئیچ هایی هستند که کار آنها خاموش و روشن کردن است اگرچه این قطعه شاید در عین حال ساده باشد، اما وجود آنها در هر دستگاه الکترونیکی لازم و ضروری است.
کار ترانزیستور چیست؟
امروزه ترانزیستورها، مالک دنیای الکترونیک بوده و وجود آنها تقریبا نقشی حیاتی در مدار الکترونیک بازی میکنند، همان طور که گفته شد ترانزیستور ها از مواد نیمه هادی ساخته شده اند.
در اینجا نمی خواهیم خیلی گسترده وارد بحث ترانزیستورها شویم، زیرا این بحث بسیار گسترده بوده و قطعا در این مقاله نمیگنجد.
در واقع ترانزیستورها، از دو دیود تشکیل شده اند، که کاتدها آنها را به هم پیونده داده است.
اما دلایل سوختن یک ترانزیستور چیست؟
گرمای بیش از حد، یکی از دلایل سوختن ترانزیستور است، زمانی که در ترانزیستور گرمای بیش از اندازه تولید شود و یا اینکه در محیطی بدون دستگاه خنک کننده قرار بگیرد احتمالا باعث آسیب به ترانزیستور خواهد شد.
از دلایل دیگری که سبب سوختن و یا آسیب به ترانزیستور میشود، اعمال سطوح ولتاژ نادرست با قطبیت معکوس است، که این عمل میتواند سریعا باعث آسیب فوری به ترانزیستور شود.
برای تست ترانزیستور نیز pnp و npn مولتی متر را در حالت تست دیود قرار میدهند و با روش های متفاوتی تست را انجام میدهند.
حرف آخر
در این مطلب به معرفی یکی از اجزا مهم در تجهیزات و بردهای الکترونیکی یعنی ترانزیستور پرداختیم. همانطور که معرفی شدن این قطعه کاربردهای بسیاری داشته و از انواع گوناگونی برخوردار می باشد.
در مقالات بعدی به بررسی دیگر قطعات برد از قبیل دیود، خازن و غیره خواهیم پرداخت.
در صورتی که از علاقه مندان به برق و بردهای الکترونیکی هستید و می خواهید به صورت حرفه ای با انواع تجهیزات الکترونیک از جمله transistor، نحوه تست آن، کاربرد و وظیفه آن در مدار و مواردی از این دست آشنا شوید، توصیه می کنیم در دوره آموزش تعمیرات انواع بردهای الکترونیکی آموزشگاه برق گستران ثبت نام نمایید. آموزش تعمیرات موبایل، آموزش برق ساختمان، آموزش تعمیرات ایسیو و . . . برخی از دیگر دوره های پرطرفدار در این آموزشگاه است.
