ترانزیستور چیست و چگونه کار میکند؟

BC547 یک ترانزیستور اتصال دو قطبی NPN است. ترانزیستور، برای انتقال مقاومت، معمولا برای تقویت جریان استفاده می شود. یک جریان کوچک در پایه آن یک جریان بزرگتر را در پایانه های جمع کننده و امیتر کنترل می کند. BC547 عمدتا برای مقاصد تقویت و تعویض استفاده می شود. این حداکثر توان خروجی 800 برابر است. ترانزیستورهای معادل آن BC548 و BC549 هستند.

پایانه های ترانزیستور نیاز به یک ولتاژ ثابت DC برای کار در منطقه مورد نظر از منحنی های مشخصه آن است. این به عنوان شکل شناخته شده است. برای برنامه های تقویت کننده، ترانزیستور به گونه ای تعبیه شده است که تقریبا برای همه شرایط ورودی است. سیگنال ورودی در پایه تقویت می شود و در فرستنده به کار می رود. BC547 در پیکربندی رایج امیتر برای تقویت کننده ها استفاده می شود. تقسیم ولتاژ حالت تعویض معمولا استفاده می شود. برای تعویض برنامه ها، ترانزیستور به گونه ای تعصب یافته است که در صورت وجود یک سیگنال در پایه، به طور کامل باقی بماند. در غیاب سیگنال پایه، کاملا خاموش می شود.

ترانزیستور اتصال Bipolar ( BJT یا ترانزیستور دو قطبی ) یک نوع ترانزیستور است که متکی به تماس دو نوع نیمه هادی برای عملیات آن است. BJTs می تواند به عنوان تقویت کننده ها، سوئیچ ها، و یا در نوسان سازان استفاده شود. BJT ها را می توان به عنوان اجزای جداگانه فردی و یا به عنوان تعداد زیادی از مدارهای مجتمع یافت. ترانزیستورهای دوقطبی به این دلیل نامگذاری شده اند که عملکرد آنها شامل هر دو الکترون و سوراخ است. این دو نوع حامل شارژ مشخص هستند

از دو نوع مواد نیمه هادی دوتایی؛ الکترونها اکسیژنهای شارژ در نیمه هادیهای n-type هستند، در حالی که سوراخها، اکثر بارهای بار در نیمه هادیهای p-type هستند. در مقابل، ترانزیستورهای یکپارچه مانند ترانزیستورهای میدان اثر فقط یک نوع حامل شارژ دارند.

جریان شارژ در BJT به علت انتشار حامل های شارژ در یک اتصال بین دو منطقه از غلظت های مختلف شارژ است. مناطق BJT امیتر، گردآورنده و پایه هستند. یک ترانزیستور دیجیتال دارای سه اتصال برای این مناطق است. به طور معمول، منطقه امیتر به شدت نسبت به دو لایه دوخته شده است، در حالیکه اکثر غلظت بارهای حامل در لایه های پایه و جمع کننده تقریبا یکسان هستند. با طراحی بیشتر جریان فعلی جمع کننده BJT به علت جريان اتفاقی که از الیتر با غلظت بالا به داخل پایه وارد می شود وجود دارد که در آن حامل های اقلیتی وجود دارد که به سمت جمع کننده پخش می شوند و بنابراین BJT ها به عنوان دستگاه های حامل اقلیت طبقه بندی می شوند.

پارامترهای ترانزیستور آلفا (α) و بتا (β):

نسبت الکترونها قادر به عبور از پایه و رسیدن به جمع کننده، اندازه گیری کارایی BJT است. دوپینگ سنگین ناحیه ادمتر و دوپینگ نور منطقه پایه موجب می شود که الکترونهای بیشتری از الیتر به پایه تزریق شوند تا سوراخ هایی که از پایه به ادمت تزریق می شود. سود کنونی امیتر توسط βF یا hFE نشان داده شده است؛ این تقریبا نسبت جریان DC جمع کننده به جریان پایه DC در منطقه فعال جلو است. این ترانزیستور معمولا برای ترانزیستورهای سیگنال کوچکتر از 100 است اما در ترانزیستورهای طراحی شده برای برنامه های کاربردی با قدرت بالا می تواند کوچکتر باشد. یکی دیگر از پارامترهای مهم، افزایش جریان فعلی مشترک، αF است. افزایش جریان فعلی پایه تقریبا افزایش جریان از امیتر به جمع کننده در منطقه فعال جلو است. این نسبت معمولا یک مقدار نزدیک به وحدت دارد؛ بین 0.98 و 0.998. از آنجا که آنها از منطقه پایه عبور می کنند، کمتر از یکپارچگی به علت نوترکیب شدن حامل های شارژ است.

ساختار ترانزیستور:

شکل: مقطع ساده تر از یک ترانزیستور پیوند دو قطبی پلانار NPN

BJT متشکل از سه ناحیه نیمه هادی دوتایی متفاوت، منطقه امیتر، منطقه پایه و منطقه جمع کننده است. این مناطق به ترتیب نوع p، n نوع و p نوع در یک ترانزیستور PNP و n نوع، p نوع و n نوع در ترانزیستور NPN هستند. هر ناحیه نیمه هادی به یک ترمینال متصل شده است، که به طور مناسب برچسب گذاری می شود: فرستنده (E)، پایه (B) و جمع کننده (C). پایه به طور فیزیکی بین امیتر و جمع کننده قرار دارد و از ماده ی مقاوم در برابر اشباع شده بسیار سبک است. جمع کننده ناحیه امیتر را احاطه کرده و تقریبا غیرممکن است که الکترونهای تزریق شده به منطقه پایه برای فرار بدون جمع آوری، به این ترتیب مقدار حاصل از α بسیار نزدیک به وحدت باشند، و به همین ترتیب، ترانزیستور را بزرگ β. یک نمای مقطع عرضی BJT نشان می دهد که تقاطع پایه جمع کننده دارای یک سطح بسیار بزرگتر از اتصال امیتر است.

ترانزیستور اتصال دو قطبی، بر خلاف ترانزیستورهای دیگر، معمولا یک دستگاه متقارن نیست. این به این معنی است که تعویض کننده کلکتور و امیتر باعث می شود که ترانزیستور حالت فعال رو به جلو را ترک کند و در حالت معکوس شروع به کار کند. از آنجا که ساختار داخلی ترانزیستور معمولا برای عملیات حالت پیشفرض بهینه شده است، تعویض کلکتور و امیتر باعث می شود که مقدار α و β در عملیات معکوس بسیار کوچکتر از عملیات پیشرو است؛ اغلب α حالت معکوس کمتر از 0.5 است. فقدان تقارن عمدتا به دلیل نسبت دوپنجی ناشی از امیتر و جمع کننده است. امتداد به شدت دوخته شده است، در حالی که جمع کننده به راحتی دوخته شده است، و بنابراین می توان یک ولتاژ تعصب بزرگ معکوس به قبل از اتصال اتصال دهنده جمع کننده اعمال می شود. اتصال پایه جمع کننده، در حالت عادی، معکوس است. دلیل اینکه تسلیم شدیدا دودکش شده است افزایش بازده تزریق امیتر است: نسبت هلی کوپترهای تزریق شده توسط امیتر به آنهایی که از پایه تزریق می کنند. برای افزایش جریان بالا، اکثر حامل های تزریق شده به اتصال دهنده الیتر باید از امیتر وارد شوند.

مناطق عملیاتی:

جلو فعال (سادگی، فعال):

اتصال دهنده پایه امیتر به صورت پیش فرض تعبیه شده است و اتصالات پایه جمع کننده به صورت معکوس تغییر می کند. بیشتر ترانزیستورهای دوقطبی طراحی شده اند تا بتوانند از حداکثر افزایش جریان مشترک امیتر، βF، در حالت فعال جلو جلوگیری کنند. اگر این مورد باشد، جریان جریان جمع کننده-تقریبا متناسب با جریان پایه است، اما چند برابر بزرگتر برای تغییرات جریان پایه کوچک است.

معکوس فعال (معکوس فعال یا معکوس):

با معکوس کردن شرایط بی حرکتی منطقه فعال جلو، یک ترانزیستور دوقطبی به حالت معکوس فعال می شود. در این حالت، ناحیه فرستنده و گرداننده نقش را تغییر می دهد. از آنجا که اکثر BJT ها برای به حداکثر رساندن توان فعلی در حالت فعال در جلو طراحی شده اند، βF در حالت معکوس چندین بار کوچکتر است (2-3 بار برای ترانزیستور معمولی ژرمانیوم). این حالت ترانزیستور به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد، معمولا فقط برای شرایط بی ضرر و برخی انواع منطق دو قطبی مورد توجه قرار می گیرد. ولتاژ شکست متقابل معکوس به پایه ممکن است مرتبه کمتری در این منطقه باشد.

اشباع:

با هر دو اتصالات به جلو، یک BJT در حالت اشباع قرار دارد و هدایت جریان بالا از امیتر به کلکتور ( و یا جهت دیگر در مورد NPN، با حامل منفی بار از ماده فرستنده به جمع کننده ) را تسهیل می کند. این حالت به منطقی “در” یا یک سوئیچ بسته متصل است.

قطع:

در برش، شرایط جابجایی در مقابل اشباع ( هر دو اتصالات معکوس بی اثر ) وجود دارد. جریان بسیار کمی وجود دارد که منطبق با «خاموش» یا یک سوئیچ باز است.

عملکرد ترانزیستور چیست؟

یکی دیگر از قطعات پر کاربرد در الکترونیک، ترانزیستور می باشد. ترانزیستور به عنوان سوییچ، تقویت کننده، تثبیت کننده ولتاژ و نوسان ساز و … در مدار های الکترونیکی کاربرد دارد.

در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه B جریان عبوری از دو پایه C و E کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دو قطبی پیوندی در دو نوع npn و pnp ساخته می‌شوند.

بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت و خازن و… در مدارات مجتمع تماماً از ترانزیستوراستفاده می‌کنند.

ترانزیستور جی فت چست؟

ترانزیستور اثر میدان، FET، دسته‌ای از ترانزیستورها هستند که مبنای کار کنترل جریان در آن‌ها توسط یک میدان الکتریکی صورت می‌گیرد. با توجه به اینکه در این ترانزیستورها تنها یک نوع حامل بار ( الکترون آزاد یا حفره ) در ایجاد جریان الکتریکی دخالت دارند، می‌توان آن‌ها را جزو ترانزیستورهای تک‌قطبی محسوب کرد که در مقابل ترانزیستورهای دوقطبی ( که حامل‌های اکثریت و اقلیت همزمان در آن‌ها نقش دارند ) قرار می‌گیرند.

ترانزیستورهای اثر میدان دارای سه پایهٔ سورس، درین و گیت هستند. این دسته از ترانزیستورها خود به دو گروه ماسفت و جی‌فت تقسیم می‌شوند. در این نوع ترانزیستورها، برخلاف ترانزیستورهای دو قطبی پیوندی که کنترل جریان امیتر و کلکتور با جریان ورودی به بیس صورت می‌گیرد، کنترل جریان سورس و درین با اعمال ولتاژ به گیت صورت می‌گیرد.

ماسفت چیست؟

ماسفت یا ترانزیستور اثر میدانی نیمه‌ رسانا، اکسید، فلز ( به انگلیسی: metal،oxide،semiconductor field-effect transistor ٫ MOSFET ) معروف‌ترین ترانزیستور اثر میدان در مدارهای آنالوگ و دیجیتال است.

در ترانزیستور اثرِ میدان ( FET ) چنان‌که از نام اش پیداست، پایهٔ کنترلی، جریانی مصرف نمی‌کند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه رسانا، جریان عبوری از FET کنترل می‌شود. از همین روی ورودی این مدار هیچ اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی‌گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد. عمده تفاوت ماسفت با ترانزیستور JFET در این است که گیت ترانزیستورهای ماسفت توسط لایه‌ای از اکسید سیلیسیم ( SiO2 ) از کانال مجزا شده است. به این دلیل به ماسفت ها فِت با گیت مجزا ( به انگلیسی: IGFET, Insulated Gate FET ) نیز گفته می‌شود.

ماسفت قدرت چیست؟

ماسفت قدرت ( به انگلیسی: power MOSFET ) یا VMOSFET، نوعی خاصی از ترانزیستور ماسفت است که به منظور کارکرد در توان‌های بالا طراحی شده است.

در مقایسه با دیگر ادوات الکترونیک قدرت مانند ( IGBT ) و یا تریستور، مهمترین مزایای ماسفت قدرت، سرعت سوئیچینگ بالا و کارایی خوب در ولتاژهای پایین است. همانند IGBT، در ماسفت قدرت هم از گیت عایق شده استفاده شده است که این امر عمل راه اندازی ترانزیستور را آسان می‌کند. این ماسفت در بهره کم نیز بکار می‌رود تا جایی که بعضاً لازم است ولتاژ گیت ترانزیستور بیشتر از ولتاژ تحت کنترل باشد.

ماسفت قدرت، پرکاربردترین کلید مورد استفاده در ولتاژهای پایین ( کمتر از 200 V ) است که معمولاً در مدارات منابع تغذیه، مبدل‌های DC به ac و کنترل کننده‌های موتور بکار می‌رود.

آی جی بی تی چیست؟

ترانزیستور دو قطبی با درگاه عایق شده یا IGBT ( کوتاه شده عبارت انگلیسی Insulated gate bipolar transistor ) جزو نیمه هادی قدرت بوده و در درجه اول به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شود که در دستگاه‌های جدید برای بازده بالا و سوئیچینگ سریع استفاده می‌شود. این سوئیچ برق در بسیاری از لوازم مدرن از جمله خودروهای برقی، قطار، یخچال‌ها، تردمیل، دستگاه‌های تهویه مطبوع و حتی سیستم‌های استریو و تقویت کننده‌ها استفاده می‌شود. همچنین در ساخت انواع اینورترها، ترانسهای جوش و UPS کاربرد دارد.