up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله ترانزيستور PDF
QR code - ترانزيستور

ترانزيستور

ترانزيستور چگونه کار مي کند ؟ (1)

نماد و شماتيک پيوندها در ترانزيستورها
بصورت استاندارد دو نوع ترانزيستور بصورت PNP و NPN داريم. انتخاب نامه آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لايه هاي نيمه هادي و پلاريته آنها بستگي دارد. هر چند در اوايل ساخت اين وسيله الکترونيکي و جايگزيني آن با لامپهاي خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانيم و بصورت PNP ساخته مي شدند اما محدوديت هاي ساخت و فن آوري از يکطرف و تفاوت بهره دريافتي از طرف ديگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بيشتر از نيمه هاديي از جنس سيليکون و با پلاريته NPN براي ساخت ترانزيستور استفاده کنند. تفاوت خاصي در عملکرد اين دو نمونه وجود ندارد و اين بدان معني نيست که ترانزيستور ژرمانيم با پلاريته NPN يا سيليکون با پلاريته PNP وجود ندارد.
براي هريک از لايه هاي نيمه هادي که در يک ترانزيستور وجود دارد يک پايه در نظر گرفته شده است که ارتباط مدار بيروني را به نيمه هادي ها ميسر مي سازد. اين پايه ها به نامهاي Base (پايه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص مي شوند. اگر به ساختار لايه اي يک ترانزيستور دقت کنيم بنظر تفاوت خاصي ميان Collector و Emitter ديده نمي شود اما واقعيت اينگونه نيست. چرا که ضخامت و بزرگي لايه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و اين عملا” باعث مي شود که اين دو لايه با وجود تشابه پلاريته اي که دارند با يکديگر تفاوت داشته باشند. با وجود اين معمولا” در شکل ها براي سهولت اين دو لايه را بصورت يکسان در نظر ميگيردند.
بدون آنکه در اين مطلب قصد بررسي دقيق نحوه کار يک ترانزيستور را داشته باشيم، قصد داريم ساده ترين مداري که مي توان با يک ترانزيستور تهيه کرد را به شما معرفي کرده و کاربرد آنرا براي شما شرح دهيم. به شکل زير نگاه کنيد.
مدار ساده براي آشنايي با طرز کار يک ترانزيستور
بطور جداگانه بين E و C و همچنين بين E و B منابع تغذيه اي قرار داده ايم. مقاومت ها يي که در مسير هريک از اين منابع ولتاژ قرار داديم صرفا” براي محدود کردن جريان بوده و نه چيز ديگر. چرا که در صورت نبود آنها، پيوندها بر اثر کشيده شدن جريان زياد خواهند سوخت.
طرز کار ترانزيستور به اينصورت است، چنانچه پيوند BE را بصورت مستقيم باياس (Bias به معني اعمال ولتاژ و تحريک است) کنيم بطوري که اين پيوند PN روشن شود (براي اينکار کافي است که به اين پيوند حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ ولت با توجه به نوع ترانزيستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده ميان E و C مي توان جريان بسيار بالايي کشيد. اگر به شکل دوم دقت کنيد بوضوح خواهيد فهميد که اين عمل چگونه امکان پذير است. در حالت عادي ميان E و C هيچ مدار بازي وجود ندارد اما به محض آنکه شما پيوند BE را با پلاريته موافق باياس کنيد، با توجه به آنچه قبلا” راجع به يک پيوند PN توضيح داديم، اين پيوند تقريبا” بصورت اتصال کوتاه عمل مي کند و شما عملا” خواهيد توانست از پايه هاي E و C جريان قابل ملاحظه اي بکشيد. (در واقع در اينحالت مي توان فرض کرد که در شکل دوم عملا” لايه PN مربوط به BE از بين مي رود و بين EC يک اتصال کوتاه رخ مي دهد.)
بنابراين مشاهده مي کنيد که با برقراري يک جريان کوچک Ib شما مي توانيد يک جريان بزرگ Ic را داشته باشيد. اين مدار اساس سوئيچ هاي الکترونيک در مدارهاي الکترونيکي است. بعنوان مثال شما مي توانيد در مدار کلکتور يک رله قرار دهيد که با جريان مثلا” چند آمپري کار مي کند و در عوض با اعمال يک جريان بسيار ضعيف در حد ميلي آمپر – حتي کمتر – در مدار بيس که ممکن است از طريق يک مدار ديجيتال تهيه شود، به رله فرمان روشن يا خاموش شدن بدهيد.
معرفي
ترانزيستور را معمولاً به عنوان يکي از قطعات الکترونيک مي‌‌شناسند. ترانزيستور يکي از ادوات حالت جامد است که از مواد نيمه رسانايي مانند سيليسيم (سيليکان) ساخته مي‌شود.
کاربرد
ترانزيستور هم در مدارات الکترونيک آنالوگ و هم در مدارات الکترونيک ديجيتال کاربردهاي بسيار وسيعي دارد. در آنالوگ مي‌توان از آن به عنوان تقويت کننده يا تنظيم کننده ولتاژ (رگولاتور) و … استفاده کرد. کاربرد ترانزيستور در الکترونيک ديجيتال شامل مواردي مانند پياده سازي مدار منطقي، حافظه، سوئيچ کردن و … مي‌شود.به جرات مي توان گفت که ترانزيستور قلب تپنده الکترونيک است.
عملکرد
ترانزيستور از ديدگاه مداري يک عنصر سه‌پايه مي‌‌باشد که با اعمال يک سيگنال به يکي از پايه‌هاي آن ميزان جريان عبور کننده از دو پايه ديگر آن را مي‌توان تنظيم کرد. براي عملکرد صحيح ترانزيستور در مدار بايد توسط المان‌هاي ديگر مانند مقاومت‌ها و … جريان‌ها و ولتاژهاي لازم را براي آن فراهم کرد و يا اصطلاحاً آن را باياس کرد.
انواع
دو دسته مهم از ترانزيستورها BJT (ترانزيستور دوقطبي پيوندي) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزيستور اثر ميداني) (Field Effect Transistors) هستند. FET ‌ها نيز خود به دو دستهٔ Jfetها (Junction Field Effect Transistors) و MOSFETها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسيم مي‌شوند.
ترانزيستور دوقطبي پيوندي
در ترانزيستور دو قطبي پيوندي با اعمال يک جريان به پايه بيس جريان عبوري از دو پايه کلکتور و اميتر کنترل مي‌شود. ترانزيستورهاي دوقطبي پيوندي در دونوع npn و pnp ساخته مي‌شوند. بسته به حالت باياس اين ترانزيستورها ممکن است در ناحيه قطع، فعال و يا اشباع کار کنند. سرعت بالاي اين ترانزيستورها و بعضي قابلت‌هاي ديگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضي مدارات خاص استفاده شود.
ترانزيستور اثر ميداني(JFET)
در ترانزيستور اثر ميداني با اعمال يک ولتاژ به پايه گيت ميزان جريان عبوري از دو پايه سورس و درين کنترل مي‌شود. ترانزيستور اثر ميداني بر دو قسم است: نوع n يا N-Type و نوع p يا P-Type. از ديدگاهي ديگر اين ترانزيستورها در دو نوع افزايشي و تخليه‌اي ساخته مي‌شوند.نواحي کار اين ترانزستورها شامل “فعال” و “اشباع” و “ترايود” است اين ترانزيستورها تقريباً هيچ استفاده‌اي ندارند چون جريان دهي آنها محدود است و به سختي مجتمع مي‌شوند.
ترانزيستور اثر ميداني(MOSFET)
اين ترانزيستورها نيز مانند Jfetها عمل مي‌کنند با اين تفاوت که جريان ورودي گيت آنها صفر است. همچنين رابطه جريان با ولتاژ نيز متفاوت است. اين ترانزيستورها داراي دو نوع PMOS و NMOS هستند که تکنولوژي استفاده از دو نوع آن در يک مدار تکنولوژي CMOS نام دارد. اين ترانزيستورها امروزه بسيار کاربرد دارند زيرا براحتي مجتمع مي‌شوند و فضاي کمتري اشغال مي‌کنند. همچنين مصرف توان بسيار ناچيزي دارند.
به تکنولوژي‌هايي که از دو نوع ترانزيستورهاي دوقطبي و Mosfet در آن واحد استفاده مي‌کنند Bicmos مي‌گويند
البته نقطه کار اين ترنزيستورها نسبت به دما حساس است وتغيير مي‌کند.بنابراين بيشتر در سوئيچينگ بکار مي‌‌روند AMB
خازن
خازن المان الکتريکي است که مي‌تواند انرژي الکتريکي را توسط ميدان الکترواستاتيکي (بار الکتريکي) در خود ذخيره کند. انواع خازن در مدارهاي الکتريکي بکار مي روند . خازن را با حرف C که ابتداي کلمه capacitor است نمايش مي‌دهند. ساختمان داخلي خازن از دوقسمت اصلي تشکيل مي‌شود :
الف – صفحات هادي
ب – عايق بين هادي ها(دي الکتريک)
بنا بر اين هرگاه دو هادي در مقابل هم قرار گرفته و در بين آنها عايقي قرار داده شود ، تشکيل خازن مي دهند . معمولا صفحات هادي خازن از جنس آلومينيوم ، روي و نقره با سطح نسبتا زياد بوده و در بين آنها عايقي (دي الکتريک) از جنس هوا ، کاغذ ، ميکا ، پلاستيک ، سراميک ، اکسيد آلومينيوم و اکسيد تانتاليوم استفاده مي شود .
هر چه ضريب دي الکتريک يک ماده عايق بزرگتر باشد آن دي الکتريک داراي خاصيت عايقي بهتر است .
به عنوان مثال ، ضريب دي الکتريک هوا ۱ و ضريب دي الکتريک اکسيد آلومينيوم ۷ مي باشد . بنابر اين خاصيت عايقي اکسيد آلومينيوم ۷ برابر خاصيت عايقي هوا است .
انواع خازن
الف- خازن هاي ثابت:
• سراميکي
• ورقه اي«کاغذي وپلاستيکي)
• ميکا
• الکتروليتي:
۱- آلومينيومي
۲- تانتاليوم
ب- خازنهاي متغير :
• واريابل
• تريمر
۲
ج- نوارهاي رنگي
روش هاي اتصال خازن به مدار:
۱٫ اتصال موازي خازن ها
۲٫ اتصال سري خازن ها
۳٫ اتصال خازن ها و مقاومت ها در مدار
خازنهاي سراميکي
خازن سراميکي (Ceramic capacitor) معمول ترين خازن غير الکتروليتي است که در آن دي الکتريک بکار رفته از جنس سراميک است . ثابت دي الکتريک سراميک بالا است ، از اين رو امکان ساخت خازن هاي با ظرفيت زياد در اندازه ي کوچک را در مقايسه با ساير خازن ها بوجود آورده ، در نتيجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود . ظرفيت خازنهاي سراميکي معمولا بين ۵ پيکو فاراد تا ۱ ۰ ميکرو فاراد است . اين نوع خازن به صورت ديسکي ( عدسي ) و استوانه اي توليد مي شود و فرکانس کار خازن هاي سراميکي بالاي ۱۰۰ مگاهرتز است . عيب بزرگ اين خازن ها وابسته بودن ظرفيت آن ها به دماي محيط است ، زيرا با تغيير دما ظرفيت خازن تغيير مي کند . از اين خازن در مدارهاي الکترونيکي ، مانند مدارهاي مخابراتي و راديويي استفاده مي شود .
خازن هاي ورقه اي
در خازن هاي ورقه اي از کاغذ و مواد پلاستيکي به سبب انعطاف پذيري آن ها ، براي دي الکتريک استفاده مي شود . اين گروه از خازن ها خود به دو صورت ساخته مي شوند:
الف- خازن هاي کاغذي : دي الکتريک اين نوع خازن از يک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکيل شده که يک دي الکتريک مناسب درون آن تزريق مي گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد . براي جلوکيري از تبخير دي الکتريک درون کاغذ ، خازن را درون يک قاب محکم و نفوذ نا پذير قرار مي دهند .
خازن هاي کاغذي به علت کوچک بودن ضريب دي الکتريک عايق آن ها داراي ابعاد فيزيکي بزرگ هستند اما از مزاياي اين خازن ها آن است که در ولتاژ ها و جريانهاي زياد مي توان از آنها استفاده کرد .در شکل زير ساختمان داخلي خازن کاغذي مشاهده مي گردد:
ب – خازنهاي پلاستيکي : در اين نوع خازن از ورقه هاي نازک پلاستيک براي دي الکتريک استفاده مي شود. ورقه هاي پلاستيکي همراه با ورقه هاي نازک فلزي ( آلومينيومي) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستيکي بسته بندي مي شوند.
امروزه اين نوع خازنها به دليل داشتن مشخصات خوب در مدارات زياد به کار مي روند . اين خازنها نسبت به تغييرات دما حساسيت زيادي ندارند ، به همين سبب از آنها در مداراتي استفاده مي کنند که احتياج به خازني با ظرفيت ثابت در مقابل حرارت باشد . يکي از انواع دي الکتريک هايي که در اين خازنها به کار مي رود پلي استايرن (Polystyrene) است، از اين رو به اين خازنها ” پلي استر ” گفته مي شود که از جمله رايج ترين خازنهاي پلاستيکي است. ماکزيمم فرکانس کار خازنهاي پلاستيکي حدود يک مگا هرتز است .
در شکل زير ساختمان داخلي خازن پلاستيکي را مي بينيد:
خازنهاي ميکا
در اين نوع خازن از ورقه هاي نازک ميکا در بين صفحات خازن ( ورقه هاي فلزي – آلومينيوم ) استفاده مي شود و در پايان ، مجموعه در يک محفظه قرار داده مي شوند تا از اثر رطوبت جلوگيري شود . ظرفيت خازنهاي ميکا تقريبا بين ۰۱ ۰ تا ۱ ميکرو فاراد است . از ويژگي هاي اصلي و مهم اين خازنها مي توان داشتن ولتاژ کار بالا ،عمرطولاني و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد .در شکل زير تصوير ساختمان داخلي اين خازن نشان داده شده است .
خازن هاي الکتروليتي
اين نوع خازن‌هاي معمولاً در رنج ميکروفاراد هستند . خازنهاي الکتروليتي همان خازن‌هاي ثابت هستند اما اندازه و ظرفيتشان از خازن‌هاي ثابت بزرگتر است. نام ديگر اين خازن‌ها، شيميايي است. علت ناميدن آنها به اين نام اين است که دي‌الکتريک اين خازن‌ها را به نوعي مواد شيميايي آغشته مي‌کنند که در عمل ، حالت يک کاتاليزور را دارا مي‌باشند. و باعث بالا رفتن ظرفيت خازن مي‌شوند . برخلاف خازن‌هاي عدسي ، اين خازن‌ها داراي قطب يا پايه مثبت و منفي مي‌باشند. روي بدنه خازن کنار پايه منفي، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعي ظرفيت و ولتاژ قابل تحمل آنها نيز روي بدنه درج شده است .خازن هاي الکتروليتي در دو نوع آلومينيومي و تانتاليومي ساخته مي شوند .
-تشخيص مقدار ظرفيت خازن :
الف- نوشتن مقدار ظرفيت
ب- رمزهاي عددي
رمزهاي عددي
در اغلب مواقع واحد ظرفيت بر روي بدنه ي خازن قيد نمي شود . در اين صورت چنان چه اين عدد از يک کوچکتر باشد ظرفيت بر حسب ميکرو فاراد و چنان چه عدد بزرگتر از يک باشد ظرفيت بر حسب پيکوفاراد است .شکل زير را ببينيد:
در حالتي که بر روي خازني اعداد يک رقمي يا دو رقمي مشاهده گرديد، مقدار واقعي ظرفيت ، همان عددي است
که بر روي آن نوشته شده و واحد آن پيکو فاراد است. اما اگر عدد سه‌رقمي بود، در اين حالت اگر آخرين رقم صفر بود،
به همان ترتيب بالا عمل مي‌کنيم و مقدار ظرفيت همان عدد است. اما اگر آخرين رقم عدد ديگري غير از صفر بود به
اين ترتيب عمل مي کنيم: اولين رقم را رقم اول ، دومين رقم را رقم دوم و سومين رقم را تعداد صفر قرار خواهيم داد
و واحد را نيز همان پيکوفاراد مي‌گيريم.مقدار بدست آمده را مي‌توان به واحدهاي ديگر تبديل نمود. به عنوان مثال
ظرفيت خازني که روي آن نوشته شده۵۰۳ برابر است با ۵۰۰۰۰ پيکوفاراد= ۵۰ نانوفاراد = ۰۵ ۰ ميکروفاراد.
همچنين به مثال زير توجه کنيد:
مقدمه
ديودها جريان الکتريکي را در يک جهت از خود عبور مي‌‌دهند و در جهت ديگر در مقابل عبور جريان از خود مقاومت بالايي نشان مي‌‌دهند. اين خاصيت آنها باعث شده بود تا در سالهاي اوليه ساخت اين وسيله الکترونيکي ، به آن دريچه يا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتريکي يک ديود هنگامي عبور جريان را از خود ممکن مي‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست (+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده کار کنيد. مقدار ولتاژي که باعث مي‌شود تا ديود شروع به هدايت جريان الکتريکي نمايد ولتاژ آستانه يا (forward voltage drop) ناميده مي‌شود که چيزي حدود ۰٫۶ تا ۰٫۶ ولت مي‌‌باشد.
ولتاژ معکوس
هنگامي که شما ولتاژ معکوس به ديود متصل مي‌‌کنيد (+ به کاتد و – به آند) جرياني از ديود عبور نمي‌کند، مگر جريان بسيار کمي که به جريان نشتي يا Leakage معرف است که در حدود چند µA يا حتي کمتر مي‌‌باشد. اين مقدار جريان معمولآ در اغلب مدارهاي الکترونيکي قابل صرفنظر کردن بوده و تأثير در رفتار ساير المانهاي مدار نمي‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام ديودها يک آستانه براي حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بيش از آن شود ديود مي‌‌سوزد و جريان را در جهت معکوس هم عبور مي‌‌دهد. به اين ولتاژ آستانه شکست يا Breakdown گفته مي‌شود.
دسته بندي ديودها
در دسته بندي اصلي ، ديودها را به سه قسمت اصلي تقسيم مي‌‌کنند، ديودهاي سيگنال (Signal) که براي آشکار سازي در راديو بکار مي‌‌روند و جرياني در حد ميلي آمپر از خود عبور مي‌‌دهند، ديودهاي يکسو کننده (Rectifiers) که براي يکسو سازي جريانهاي متناوب بکار برده مي‌‌شوند و توانايي عبور جريانهاي زياد را دارند و بالاخره ديودهاي زنر (Zener) که براي تثبيت ولتاژ از آنها استفاده مي‌شود.
اختراع ديود پلاستيکي (plastic diode)
محققان فيزيک دانشگاه اوهايو (Ohio State University) توانستند ديود تونل پليمري اختراع کنند. اين قطعه الکترونيکي منجر به ساخت نسل آينده حافظه‌هاي پلاستيکي کامپيوتري و چيپهاي مدارات منطقي خواهد شد. اين قطعات کم مصرف و انعطاف پذير خواهند بود. ايده اصلي از سال ۲۰۰۳ که يک دانشجوي کارشناسي دانشگاه اوهايو ، سيتا اسار ، شروع به طراحي سلول خورشيدي پلاستيکي نمود بوجود آمد. تيم پژوهشي توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونيک و مهندسي کامپيوتر و همچنين پروفسور فيزيک دانشگاه اوهايو رهبري مي‌شود.
ديود پيوندي
از پيوند دو نوع نيم رساناي n و p يک قطعه الکترونيکي به نام ديود بوجود مي‌آيد که در انواع مختلفي در سيستمهاي مخابرات نوري ، نمايشگرهاي ديجيتالي ، باتري‌هاي خورشيدي و … مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ترانزيستور چگونه كار ميكند اگر ساده بخواهيم به موضوع نگاه کنيم عملکرد يک ترانزيستور را مي توان تقويت جريان دانست. مدار منطقي کوچکي را در نظر بگيريد که ...

نماد و شماتيک پيوندها در ترانزيستورها در مطالب قبل بطور خلاصه راجع به ديودها و ترانزيستورها و پيوندهاي PN صحبت کرده مثالهايي از کاربرد اصلي انواع ديود ...

ديد کلي ديود يک قطعه ‌الکترونيکي است که ‌از به هم چسباندن دو نوع ماده n و p (هر دو از يک جنس ، سيليسيم يا ژرمانيم) ساخته مي‌شود. چون ديود يک قطعه دو پ ...

در اولين ماههاي سال ۱۹۴۸ نخستين نمونه از يک ترانزيستور (Transistor) که بدنه فلزي داشت در مجموعه آزمايشگاه هاي Bell ساخته شد. اين ترانزيستور که قرار بو ...

ديود يك عنصر نيمه هادي دو سر است كه جريان الكتريكي را يكسو مي‌كند. ديودها داراي قطب مثبت (آنود) و منفي (كاتود) هستند و جريان را فقط هنگاميكه از سمت مث ...

● ماده اوليه امروزه همه مي دانند که ماده اوليه پردازنده ها همچون ديگر مدارات مجتمع الکترونيکي، سيليکون است. در واقع سيليکون همان ماده سازنده شيشه است ...

در اين قسمت با يک مدار ساره جهت نمايشگر ليزري(Show Laser) و همچنين در مدارمکمل آن با کنترل PWM موتور DC جهت show laser نيز آشنا مي شويد.همچنين سعي کرد ...

تايمر چراغ خواب با عملکرد ۳۰ دقيقه اياين مدار آماده شده است که يک تايمر ۳۰ دقيقه اي مناسب جهت اتاق خواب مي باشد. يکي از ويژه گيهاي اين تايمر چشمک زدن ...

دانلود نسخه PDF - ترانزيستور