ترانزیستور یکی از پرکاربردترین قطعات در صنعت الکترونیک است که با اختراع آن در سال 1947 میلادی تحولی عظیم در صنعت الکترونیک به وقوع پیوست . ترانزیستور معمولی ، یک المان سه قطبی معمولی است که از سه عدد نیمه هادی نوع N و P تشکیل شده است . ( برای آشنایی با نیمه هادی ها ، به صفحه آشنایی با نیمه هادی ها از همین وب سایت مراجعه فرمایید ) . این نیمه هادی ها به دو شکل می توانند در کنار هم قرار گیرند . 

الف ) دو نیمه هادی نوع N در دو طرف و یک نیمه هادی نوع P در وسط قرار می گیرند که در این حالت ترانزیستور را NPN می نامند . در شکل (1) نمایی از ساختمان این نوع ترانزیستور نمایش داده شده است .

شکل (1)

ب ) دو نیمه هادی نوع P در دو طرف و یک نیمه هادی نوع N در وسط قرار می گیرند که در این حالت ترانزیستور را PNP می نامند . در شکل (2) نمایی از ساختمان این نوع ترانزیستور نمایش داده شده است .

شکل (2)

پایه های ترانزیستور را امیتر (Emitter) ، بیس (Base) و کلکتور (Collector) می نامند که امیتر را با حرف E ، بیس را با حرف B و کلکتور را با حرف C نمایش می دهند . 
نیمه هادی نوع N یا P که به عنوان امیتر به کار می رود ، نسبت به لایه های بیس و کلکتور دارای ناخالصی بیشتری می باشد . ضخامت این لایه حدود چند ده میکرون است و سطح تماس آن نیز بستگی به فرکانس کار و قدرت ترانزیستور دارد . 
لایه بیس نسبت به لایه های کلکتور و امیتر دارای ناخالصی کمتری است و ضخامت آن نیز به مراتب کمتر از ضخامت لایه های امیتر و کلکتور می باشد و عملاً از چند میکرون تجاوز نمی کند . 
ناخالصی لایه کلکتور از لایه امیتر کمتر و از لایه بیس بیشتر است . ضخامت این لایه به مراتب بزرگتر از ضخامت لایه امیتر می باشد زیرا تقریباً تمامی تلفات حرارتی ترانزیستور در لایه کلکتور ایجاد می شود . سطح تماس لایه کلکتور با لایه بیس حدوداً نه برابر سطح تماس لایه امیتر با لایه بیس می باشد . 
در شکل (3) تصویری از نسبت تقریبی ضخامت و سطح تماس لایه های ترانزیستور نمایش داده شده است .

شکل (3)

این نوع ترانزیستورها را به اختصار BJT می نامند که از عبارت Bipolar Junction Transistor به معنای ترانزیستور پیوندی دوقطبی گرفته شده است . در شکل (4) یک نمونه ترانزیستور BJT نمایش داده شده است .

شکل (4)

در مدارها برای نشان دادن ترانزیستور از علامت اختصاری آنها استفاده می کنند . در شکل (5) علامت اختصاری ترانزیستور PNP و در شکل (6) علامت اختصاری ترانزیستور NPN نمایش داده شده است . جهت فلش در علامت اختصاری ترانزیستور ، نشان دهنده جهت قراردادی جریان در پیوند بیس – امیتر است .

شکل (5)

شکل (6)

بایاسینگ ترانزیستور : به منظور فعال کردن ترانزیستور در مدار ، ابتدا باید ترانزیستور را از نظر ولتاژ DC تغذیه کرد . عمل تغذیه ولتاژ پایه های ترانزیستور را بایاسینگ ترانزیستور می گویند . برای اینکه ترانزیستور عمل تقویت جریان و یا تقویت ولتاژ را به درستی انجام دهد باید اتصال بیس – امیتر در بایاس مستقیم و اتصال بیس – کلکتور در بایاس معکوس باشد . در شکل (7) این نوع بایاسینگ برای یک ترانزیستور NPN نمایش داده شده است .

شکل (7)

چون پیوند بیس – امیتر ، در بایاس مستقیم است ناحیه تخلیه پیوند بیس – امیتر از بین می رود ( جهت آشنایی با اتصال نیمه هادی ها و ایجاد ناحیه تخلیه بین آنها و نیز تأثیر بایاس مستقیم و معکوس بر ناحیه تخلیه ، به صفحه دیود از همین وب سایت مراجعه فرمایید ) و الکترونهای قطب منفی منبع تغذیه V₁ پس از عبور از مقاومت R₁ که به منظور کنترل جریان مورد استفاده قرار گرفته ، وارد لایه امیتر می شوند و پس از عبور از لایه امیتر خود را به لایه بیس می رسانند . اما در این زمان با توجه به اینکه پیوند بیس – کلکتور در بایاس معکوس است و عرض ناحیه تخلیه این پیوند زیاد است انتظار می رود که تمامی الکترونهای موجود در لایه بیس از طریق پایه بیس خود را به قطب مثبت منبع تغذیه V₁ برسانند و هیچ الکترونی از لایه بیس وارد لایه کلکتور نشود اما در عمل چنین اتفاقی نمی افتد بلکه قسمت اعظم الکترونهای موجود در لایه بیس وارد لایه کلکتور می شوند و پس از عبور از این لایه و مقاومت R₂ خود را به قطب مثبت منبع تغذیه V₂ می رسانند و فقط تعداد کمی از الکترونهای موجود در لایه بیس ، خود را از طریق پایه بیس به قطب مثبت منبع تغذیه V₁ می رسانند . علت این عمل این است که اولاً ولتاژ پایه کلکتور بیشتر از ولتاژ پایه بیس است و این ولتاژ قادر است الکترونهای موجود در لایه بیس را به طرف خود جذب کند . ثانیاً لایه بیس بسیار نازک است و الکترونها به محض وارد شدن به لایه بیس ، جذب کلکتور می شوند . ثالثاً سطح کلکتور حدود 9 برابر بزرگتر از سطح امیتر است لذا احاطه کامل بر ورود الکترونهای وارد شده به بیس داشته و تقریباً تمامی آنها را جذب می کند . رابعاً ناخالصی بیس کم است و در نتیجه الکترونهای وارد شده به بیس ، کمتر با حفره ها ترکیب می شوند و تعداد زیادی از آنها به صورت الکترون آزاد باقی می مانند . با توجه به مطالب فوق تقریباً بیش از %90 الکترونهایی که وارد بیس می شوند مدار خود را از طریق کلکتور می بندند . در شکل (8) نسبت تقریبی تقسیم الکترونها بین امیتر ، کلکتور و بیس نمایش داده شده است .

شکل (8)

حال که با بایاسینگ صحیح ترانزیستور آشنا شدید می خواهیم بررسی کنیم که ترانزیستور چگونه عمل تقویت کنندگی را انجام می دهد . برای تقویت یک سیگنال الکتریکی توسط ترانزیستور ، باید سیگنال الکتریکی را به ورودی ترانزیستور داده و از خروجی ترانزیستور ، سیگنال تقویت شده را دریافت کنیم . در شکل (9) مدار مربوط به تقویت سیگنال الکتریکی توسط ترانزیستور نمایش داده شده است .

شکل (9)

در این شکل پایه بیس به عنوان پایه مشترک بین ورودی و خروجی و پیوند امیتر – بیس به عنوان ورودی و پیوند کلکتور – بیس به عنوان خروجی آن در نظر گرفته شده است . پیوند بیس – امیتر در بایاس مستقیم است و لذا مقاومت آن کم می باشد اما پیوند بیس – کلکتور در بایاس معکوس بوده و لذا مقاومت زیادی دارد . حال یک مقاومت مثلاً 100 اهمی را جهت کنترل جریان در ورودی ترانزیستور با اتصال بیس – امیتر سری می نماییم . از آن جایی که اتصال کلکتور – بیس در بایاس معکوس می باشد لذا سری کردن یک مقاومت زیاد مثلاً 1 کیلو اهمی ، اثر چندانی روی ترانزیستور ندارد . یک سیگنال متناوب با دامنه مثلاً 0.1 ولت را به ورودی ترانزیستور اعمال می کنیم . ولتاژ امیتر – بیس را نیز حدود 0.7 ولت انتخاب می کنیم زیرا 0.7 ولت ، پیوند امیتر – بیس را کاملاً هادی می کند . ولتاژ کلکتور – بیس را نیز حدود 10 ولت انتخاب می کنیم و چون پیوند کلکتور – بیس در بایاس معکوس است لذا هیچ گونه اشکالی در مدار به وجود نمی آید . حال اگر مقاومت دینامیکی پیوند امیتر – بیس را مثلاً 20 اهم فرض کنیم جریانی که در پیوند امیتر – بیس برقرار می شود برابر است با :

همانطور که قبلاً گفته شد قسمت اعظم جریان گذرنده از پیوند امیتر – بیس از طریق کلکتور مسیر خود را می بندد و لذا این جریان از کلکتور و مقاومت یک کیلو اهمی که با کلکتور سری شده است نیز عبور می کند و در دو سر مقاومت یک کیلو اهمی افت ولتاژ متناوبی ایجاد می شود که مقدار آن برابر است با :

همانطور که مشاهده می کنید این ولتاژ خیلی بیشتر از ولتاژ متناوب ورودی است . لذا می توان سیگنال تقویت شده را از دو سر مقاومت یک کیلو اهمی دریافت کرد . ضریب تقویت یا بهره ولتاژ این مدار از رابطه زیر بدست می آید .

بنابراین با طراحی مدارات ترانزیستوری و با تغییر مقاوت ها می توان دامنه سیگنال را به هر مقدار دلخواه تقویت نمود . همانطور که مشاهده کردید جریانی که از مقاومت 100 اهمی عبور کرد از مقاومت یک کیلو اهمی نیز عبور می نماید و این عمل ، توسط ترانزیستور انجام می شود . لذا می توان گفت که ترانزیستور در یک جریان ثابت عمل انتقال مقاومت را انجام می دهد . نام ترانزیستور نیز از همین عمل ترانزیستور یعنی انتقال مقاومت گرفته شده است یعنی کلمه Transistor از عبارت Transfer of resistor به معنای انتقال مقاومت گرفته شده است . 

جهت جریان در ترانزیستور : جریانی را که از کلکتور عبور می کند با I_C و جریانی را که از بیس عبور می کند با I_B و جریانی را که از امیتر عبور می کند با I_E نمایش می دهند . همانطور که قبلاً گفته شد جریانی که از امیتر عبور می کند به دو انشعاب تقسیم می شود . قسمت بسیار کمی از جریان امیتر از بیس و قسمت اعظم آن از کلکتور عبور می کند و لذا جریان امیتر برابر است با جریان بیس به علاوه جریان کلتکور یعنی داریم :

برای سادگی و درک جهت جریان ، معمولاً جهت قراردادی جریان را در نظر می گیرند . در جهت قراردادی ، جریان از قطب مثبت منبع تغذیه خارج شده و پس از عبور از مدار خارجی به قطب منفی آن وارد می شود . در شکل (10) جهت قراردادی جریان در ترانزیستور NPN و در شکل (11) جهت قراردادی جریان در ترانزیستور PNP نمایش داده شده است .

شکل (10)

شکل (11)

  
نامگذاری ولتاژ ترانزیستور : قبلاً گفتیم که برای استفاده از ترانزیستور باید اول بایاسینگ ترانزیستور را تأمین کنیم . ولتاژهایی که به این منظور به قسمت های مختلف ترانزیستور اعمال می شود با هم فرق می کنند . این ولتاژها به این ترتیب نامگذاری می شوند که ولتاژی که بین پایه های بیس و امیتر قرار دارد با V_BE ، ولتاژی که بین پایه های کلکتور و بیس قرار دارد با V_CB ، ولتاژی که بین پایه های کلکتور و امیتر قرار دارد با V_CE ، ولتاژ منبع تغذیه کلکتور را با V_CC و ولتاژی که انرژی بیس را تأمین می کند با V_BB نشان می دهند . بین ولتاژهای پایه های ترانزیستور رابطه زیر برقرار است .

تأثیر درجه حرارت بر ترانزیستور : افزایش درجه حرارت بیشتر بر روی جریان معکوس پیوند بیس – کلکتور نسبت به جریان های دیگر اثر می گذارد . با توجه به اینکه پیوند بیس – کلکتور در بایاس مخالف قرار دارد جریان بسیار ضعیفی که عامل آن حامل های اقلیت هستند از کلکتور به طرف بیس جاری می شود و افزایش درجه حرارت باعث می شود که تعداد بیشتری از پیوندها شکسته شده و الکترون های بیشتری آزاد گردند و در نتیجه جریان معکوس پیوند بیس – کلکتور افزایش می یابد . این جریان را جریان قطع کلکتور نامیده و آن را با I_CO یا I_CBO نمایش می دهند . 

مقادیر حد در ترانزیستورها : هر المان نیمه هادی ، از جمله ترانزیستور ، برای مقادیر الکتریکی مشخصی ساخته می شود . مثلاً هر ترانزیستوری را برای تحمل توان مشخصی می سازند . اگر مقادیر الکتریکی اعمال شده به ترانزیستور بیشتر از آنچه کارخانه سازنده مشخص کرده است باشد ، ترانزیستور معیوب می شود . این مقادیر الکتریکی به مقادیر حد معروفند . کارخانجات سازنده ، حداکثر مقدار مجاز مقادیر الکتریکی را مشخص می کنند . مهمترین این مقادیر عبارتند از : 
1- حداکثر ولتاژ کلکتور – امیتر : این پارامتر ، حداکثر ولتاژ مجاز بین پایه های کلکتور و امیتر را مشخص می کند و آن را با V_CEmax نمایش می دهند . 
2- حداکثر جریان کلکتور : حداکثر جریانی است که ترانزیستور می تواند در دمای مشخص شده از طرف کارخانه سازنده ، تحمل کند و آن را با I_Cmaxنمایش می دهند . 
3- حداکثر توان : حداکثر توانی است که می تواند در یک ترانزیستور به صورت حرارت تلف شود و آن را با P_max نمایش می دهند . 
4- حداکثر درجه حرارت محل پیوند : حداکثر درجه حرارتی است که در محل اتصال کلکتور – بیس ، ترانزیستور می تواند تحمل کند و آن را با T_j نمایش می دهند .

منبع:iseee.ir

این فایل هم مطالبی راجع به ترانزیستور ارایه می دهد.

download

• www.microsoft-airport.blogfa.com
• ردیاب ماشین
• جلوپنجره اریو
• اریو زوتی z300
• جلو پنجره ایکس 60


• قالب وبلاگ

• سیب تم
• انجمن
• تعبیر خواب
• بازی آنلاین
• سایت های مفید