ترانزیستور چیست؟
ترانزیستور قطعه ای الکترونیکی است که در مدارات آنالوگ و دیجیتال کاربرد فراوانی دارد و شامل سه پایه بیس (B)، امیتر (E) و کلکتور (C) می‌باشد و از دو قطعه دیود تشکیل شده است. دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم که انتخاب نام آنها به نحوه قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته در کنار هم بستگی دارد. چون اثر الکترونها و حفره‌ها هر دو در این قطعه مهم است، به آن ترانزیستور دوقطبی گفته می شود ترانزیستورها از دو نوع عنصر نیمه هادی با نام سلسیوم و ژرمانیوم ساخته می شوند.
انواع ترانزیستور ها:
ترانزیستورها به طور کلی به دو دسته ، ترانزیستورهای پیوند دو قطبی یا BJT و ترانزیستورهای اثر میدانی یا FET تقسیم می شوند. ترانزیستورهای FET نیز خود به دو دستهٔ Jfet و MOSFET تقسیم می شوند. ترانزیستورهای اثر میدانی دارای قدرت سوئیچینگ کمتری نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی هستند.
- ترانزیستور دوقطبی پیوندی (BJT )
- ترانزیستور پیوند اثر میدانی ( JFET )
- ترانزیستور اثر میدانی( MOSFET)
ترانزیستور دوقطبی پیوندی یاBJT
در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال جریان به پایه بیس ، جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل می شود. این نوع ترانزیستورها در دونوع npn و pnp ساخته می شوند. بسته به حالت بایاس (اعمال ولتاژ) ، این نوع ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع ، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این نوع ترانزیستورها و قابلیت های دیگر باعث شده است هنوز هم ترانزیستور دوقطبی پیوندی در مدارات استفاده شود.
ترانزیستور پیوند اثر میدانی یا JFET
این ترانزیستورها در ناحیه فعال ، اشباع و ترایود کار می کنند بعلت جریان دهی محدود این نوع ترانزیستورها ، به سختی مجتمع می شوند و کاربرد زیادی ندارند.
ترانزیستور اثر میدانی یا MOSFET
این نوع ترانزیستورها مانند Jfetها عمل می کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر و رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. دو نوع ترانزیستور اثر میدانی داریم: یکی PMOS و دیگری NMOS ، که تکنولوژی استفاده از دو نوع آن در یک مدار CMOS نام دارد. این نوع ترانزیستورها براحتی مجتمع می شوند ، فضای کمی اشغال می کنند و کاربرد بسیار فراوان دارند همچنین مصرف توان بسیار ناچیز دارند. به تکنولوژی استفاده از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در کنار یکدیگر Bicmos میگویند. نقطه کار این ترانزیستورها به تغییر دما حساس می باشد. بنابر این بیشتر در سوئیچینگ بکار می روند.
ناحیه کار ترانزیستور:
ترانزیستور های (BJT) در سه ناحیه زیر کار می کنند.
● ناحیه قطع
● ناحیه فعال
● ناحیه اشباع
این سه ناحیه بر اساس بایاس پایه های ترانزیستور و ولتاژ آن ها تعریف می شود.
ناحیه قطع : در این ناحیه ترانزیستور فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد و بیس-امیتر بطور معکوس تغذیه می‌شود، یعنی جریان بیس برابر صفر است. جریان خروجی کلکتور بسیار ناچیز است و برابر جریان معکوس اشباع می‌باشد.
ناحیه فعال : در این ناحیه ترانزیستور مانند یک عنصر تقریباً خطی عمل می‌کند در ناحیه فعال بیس-امیتر بطور مستقیم و بیس-کلکتور بطور معکوس تغذیه می‌شود اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای می‌رسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت ، حالت اشباع میگویند.
ناحیه اشباع : در این ناحیه بیس-امیتر و بیس-کلکتور بصورت مستقیم تغذیه می‌شوند. در این حالت است که جریان خروجی کلکتور به ماکزیمم مقدار خود می‌رسد و ولتاژ کلکتور-امیتر از ولتاژ کلکتور-امیتر اشباع کمتر است.
کاربرد ترانزیستورها :
ترانزیستورها در مدارات آنالوگ و دیجیتال کاربردهای بسیار فراوانی دارند. در مدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ... استفاده کرد.
در مدارات دیجیتال، ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و... استفاده کرد.
- کلید برای قطع و وصل قسمتی از مدار
- تقویت کننده ولتاژ
- تقویت کننده جریان
- در مدارات اسیلاتور
- در مدارات میکسر
- در مدارات آشکارساز
امیتر فالوور (Emitter follower) :
برای ساخت تقویت کننده از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود از جمله استفاده از ترانزیستور BJT است، که خود شامل شیوه‌های مختلفی برای اتصال ورودی و خروجی به سه سر ترانزیستور است. یکی از این روش‌ها، روش اتصال کلکتور مشترک یا emitter follower است.
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.
زوج دارلینگتون :
زوج دارلینگتون ترکیبی شامل دو ترانزیستور دو قطبی (به صورت مجتمع یا قطعات مجزا) متصل به هم متصل است که امیتر ترانزیستور اول به بیس ترانزیستور دوم متصل شده است. این مدار در حقیقت متشکل از دو امیتر فالوئر یا کلکتور مشترک می‌باشد. که جریان تقویت شده به وسیله ترانزیستور اول را، توسط ترانزیستور دوم بیشتر تقویت می‌کند.
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.
مهدی احمدوند