ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند؟ معرفی انواع ترانزیستور

ترانزیستور، به عنوان یکی از قطعات و تجهیزات الکترونیکی حساس و بسیار پرکاربرد، دارای مزایای فراوانی از جمله، تنظیم و کنترل جریان و ولتاژ مدار، تقویت جریان، سوئیچینگ و قطع و وصل مدار بوده و در واقع اساس و پایه طراحی بسیاری از دستگاه ها یا مدارها و تراشه های الکترونیکی می باشد. 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.

ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور یک تراشه الکترونیکی بسیار پرکاربرد و در واقع یکی از مهم ترین و کلیدی ترین قطعات بردهای الکترونیکی می باشد که به منظور تقویت یا تضعیف سیگنال های ورودی به کار رفته و در حقیقت مانند سوئیچ عمل قطع و وصل را انجام داده یا ولتاژ و جریان دریافتی را تنظیم می کند.

اجزا ترانزیستور 

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، طوری که 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.

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.

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.

1.1ترانزیستور 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.

1.2ترانزیستور 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.

2.1ترانزیستور 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.

2.2ترانزیستور 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.

نماد ترانزیستور 

همانطور که در بخش قبل اشاره شد ترانزیستورها انواع گوناگونی دارند، در تصویر زیر نماد انواع ترانزیستور نشان داده شده است.

حرف آخر

در این مطلب به معرفی یکی از اجزا مهم در تجهیزات و بردهای الکترونیکی 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 آشنا شوید، توصیه می کنیم در دوره آموزش تعمیرات انواع بردهای الکترونیکی آموزشگاه برق گستران ثبت نام نمایید.