ترانزیستور در مدارات الکترونیکی چیست؟

ترانزیستور در مدارات الکترونیکی چیست؟

•ترانزیستور در مدارات الکترونیکی،یکی از عناصر کلیدی و بسیار مهم می باشد که از عناصر نیمه هادی درست شده است.

•ترانزیستور واحد ندارد.

•هر ترانزیستور سه پایه دارد ولی هر سه پایه ای ترانزیستور نیست.

•در کل می توان ترانزیستور را با یک شیر آب
شبیه سازی کرد که دارای سه پایه می باشد:

پایه های ترانزیستور در مدارات الکترونیکی

1-پایه کنترل کننده یا کنترل گاه (B یا G):مهمترین پایه می باشد و مانند دسته شیرآب عمل می کند وجهت قطع و وصل ویا کم وزیاد کردن وکنترل خروجی استفاده می شود.یعنی اگر کنترل گاه اجازه دهد ورودی به خروجی متصل می شود.

2-پایه ورودی (Eیا S):به عنوان ورودی معرفی می شود ولی وقتی ترانزیستور فعال می شود با پایه خروجی یکی می شوند و می توان به عنوان ورودی نیز باشد.

3-پایه خروجی (C یا D): این پایه نیز مانند ورودی می تواند نقش ورودی نیز داشته باشد.

•ترانزیستور در مدارات الکترونیکی دو کاربرد دارد:

1-سوییچینگ:برای قطع و وصل مانند یک کلید.

2-به عنوان تقویت کننده:که در این حالت پارامتر بتاB  یا HFE مهم است.

انواع ترانزیستور:

ترانزیستور BJT یا دو قطبی:

یک ترانزیستور پیوندی دو‌قطبی که به اختصار BJT گفته می‌شود را به این دلیل دوقطبی می‌گوییم که از دو پیوند P-N ساخته شده است. در واقع ترانزیستور‌های BJT همان ترانزیستور‌های معمولی هستند.

•ترانزیستور NPN از قرار گرفتن یک نیمه هادی نوع P. میان دو نیمه هادی نوع N. ساخته می‌شود و ترانزیستور PNP از قرار گرفتن یک نیمه هادی نوع N. میان دو نیمه هادی نوع P.

•BJT قطعه‌ای است که توسط جریان کنترل می‌شود.

•دارای پایه های بیس B ، کلکتور C و امیتر E می باشد . بیس کنترل گاه اصلی است و مهم است.

•پایه بیس B در مدل مثبت (NPN) با جریان مثبت ولی مدل منفی (NPN) با جریان مثب فعال می شود.

•مدل منفی NPN پرکاربرد تر است.

•ترانزیستورهای BJT از FET ها نویز پذیرتر و پرمصرف تر هستند ولی استفاده از آنها راحت تر است.

ترانزیستور FET یا اثر میدان:

•یک قطعه‌ی نیمه‌هادی تک قطبی با سه ترمینال است که توسط ولتاژ کنترل می‌شود (برخلاف BJT که با جریان کنترل می‌شود.) مهم‌ترین مزیت FET‌ها این است که امپدانس ورودی بالایی، در مقیاس مگا اهم،دارند. از دیگر مزایای متعدد آن‌ها می‌توان مصرف پایین توان،اتلاف گرمایی کم و بهره‌وری بالا را نام برد.

•کم نویز بودن:در مسیر هدایت جریان در FET ها، هیچ پیوندی وجود ندارد، بنابراین نویز بسیار کمتری نیز نسبت به BJT‌ها ایجاد می‌شود.

•دارای دو مدل JFET و MOSFET است که آنها هم هر کدام دومدلN-Channal و P-Channalدارند. که N-Channal  یا همان مدل منفی با ولتاژ مثبت روی پایه گیت فعال می شود ولی P-Channalبا ولتاژ منفی فعال می گردد.

نواحی ترانزیستور:

•یک منبع ولتاژ DC مناسب که از بیرون مدار به آن اعمال می‌شود،بایاس دهی یا بایاسینگ نام دارد.در یک ترانزیستور بایاسی که به پیوند‌های کلکتور و امیتر داده می‌شود، می‌تواند مستقیم یا معکوس باشد؛ بنابراین ترانزیستور می‌تواند با ترکیب مختلف این حالات، چهار ناحیه کاری جداگانه داشته باشد. ناحیه فعال، ناحیه اشباع،ناحیه قطع و ناحیه فعال معکوس (که به ندرت مورد استفاده واقع می‌شود) ویژگی هر کدام از این نواحی را در جدول زیر می‌بینیم.

•از میان نواحی چهارگانه بالا،ناحیه فعال معکوس که در آن پیوند‌ها در وضعیتی عکس حالت ناحیه فعال هستند،برای هر کاربردی مطلوب نیست و به همین دلیل بسیار کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

1-ناحیه فعال ترانزیستور:

•ترانزیستور در ناحیه‌ی فعال عملکرد خود کاربرد‌های فراوانی دارد.به این ناحیه هم‌چنین ناحیه خطی نیز می‌گویند. ترانزیستوری که در ناحیه فعال قرار دارد، تقویت‌کنندگی بهتری دارد.

•ناحیه خطی بین نواحی اشباع و قطع واقع می‌شود و زمانی اتفاق می‌افتد که پیوند امیتر در بایاس مستقیم و پیوند کلکتور در بایاس معکوس باشد.در ناحیه‌ی خطی، جریان کلکتور β.برابر جریان بیس است.

•β ضریب تقویت جریان ترانزیستور است.

2-ناحیه اشباع ترانزیستور:

•ناحیه اشباع ناحیه‌ای است که ترانزیستور تمایل دارد مانند یک سوییچ بسته رفتار کند.یعنی در این ناحیه اثر کلکتور و امیتر به نوعی اتصال کوتاه شده و جریا‌های کلکتور و امیتر حداکثر مقدار خود را دارند.در تصویر زیر یک ترانزیستور را می‌بینید که به در ناحیه اشباع کار می‌کند.

•ناحیه اشباع زمانی اتفاق می‌افتد که هر دو پیوند امیتر و کلکتور در حالت بایاس مستقیم باشند.براساس آنکه گفتیم در این ناحیه ترانزیستور مانند یک سوییچ بسته رفتار می‌کند،می‌توانیم بگوییم:جریان کلکتور با جریان امیتر برابر می شود.

3-ناحیه قطع ترانزیستور:

•ناحیه‌ای که ترانزیستور در آن مانند یک سوییچ باز رفتار می‌کند و اثر امیتر و کلکتور از مدار باز می‌شود.تمام جریان‌های ترانزیستور در این ناحیه صفر هستند.تصویر زیر ترانزیستوری را در ناحیه‌ی عملکردی قطع نشان می‌دهد.

•زمانی که هر دو پیوند امیتر و کلکتور در بایاس معکوس باشند،ناحیه قطع را خواهیم داشت و رابطه‌ی زیر در مورد جریان‌ها در این ناحیه صادق خواهد بود:همه جریانها صفر هستند.

کلاس های ترانزیستور:

•کلاس ترانزیستور، یعنی اینکه ترانزیستور چه مقدار از موج ورودی را در خروجی تقویت می کند.

•کلاس A:کل موج ورودی در خروجی تقویت می شود

•کلاس B:نصف موج ورودی در خوجی تقویت می شود.

•کلاس AB:نصف موج بالایی کامل ولی نیم موج پایینی نصفش تقویت و ظاهر می شود.

•کلاس C: فقط نصف بالایی نیم موج مثبت در خروج تقویت وظاهر می شود

•کلاس to T D :به روش PWM بخشی از موج در خروجی ظاهر می شود.

تست ترانزیستور BJT:

•تست ترانزیستور روی بخش دیود مولتی متر انجام می شود.

•قانون 1: در زمان تست می توانیم ترانزیستور را مانند دو عدد دیود آند مشترک (NPN) یا کاتد مشترک (PNP) در نظر بگیریم.ولی در حالت واقعی نمی توان با اتصال دو دیود ترانزیستور ساخت.

•قانون 2: قانون پایه بیس B:از بیس به دوپایه امیتر E و کلکتور C،از یک طرف عبور می دهد و اهمی در حدد 100 تا 800 نشان می دهد.ولی از طرف دیگر عبور نداده و اهم بی نهایت نشان می دهد.( اهم طرف امیتر بیشتر از اهم طرف کلکتور است.)

•قانون 3: هر ترانزیستور فقط یک بیس دارد.اگر بیس پیدا نشود یا بیشتر از یک بیس دیده شود ترانزیستور خراب است .

•قانون 4:در ترانزیستور سالم امیتر به کلکتور و بلعکس نباید راه بدهد(یعنی از هردو طرف باید بینهایت باشد)

•قانون 5:اگر پایه های ترانزیستور دو به دو به هم بوق بزنند(اهم خیلی کم داشته باشد) ترانزیستور سوخته است.

•قانون 6: بدنه فلزی ترانزیستور که برای خنک سازی به هیت سینک پیچ می شود با پایه وسط یکی هستند و همیشه نقش کلکتور دارد.

•ابتدا فرض می کنیم ترانزیستور NPN است (یعنی با پراب قرمز روی بیس به دو پایه دیگر عبور می دهد.).حال طبق موارد بالا بیس و کلکتور و امیتر را پیدا می کنیم.اگر توانستیم با اعمال قانون بیس روی هر سه پایه فقط یک بیس پیدا کنیم پس ترانزیستور سالم بوده و NPN است.اگر فرض درست درنیامد،حال فرض می کنیم ترانزیستور  NPN است و دوباره قوانین بالا را روی آن اعمال می کنیم تا B را پیدا کنیم.اگر باز هم فرض ما درست در نیامد پس ترانزیستور سوخته است.

تست ترانزیستور FET:

•ترانزیستورهای فیت در حین تست اتوماتیک فعال می شوند.

•در اکثر ترانزیستورهای فیت بین پای درین با سورس یک دیود قرار دارد.

•قانون پایه گیت G:هرگاه در ترانزیستور N-Channal پراب قرمز و در ترانزیستور P-Channnal پراب سیاه را روی گیت ثابت نگه داریم و پراب دیگر را یک بار به سورس و بار دیگر به درین بزنیم ترانزیستور فعال می شود.

•قانون دوم گیت:در هیچ شرایطی نباید گیت به درین یاسورس بوق بزند و کامل متصل باشد.مگر آنکه ترانزیستور سوخته باشد.

•ابتدا با اتصال دادن هر سه پایه ترانزیستور به یک رسانا یا فلز آن را تخلیه می کنیم.بعد از تخلیه نباید پایه های درین به سورس اهم در حد صفر نشان دهد یا بوق بزند.

•اگر بعد از تخلیه پایه های ترانزیستور به هم بوق بزنند یعنی ترانزیستور اتصال کوتاه شده و سوخته است.(در ترانزیستور سالم پایه درین به سورس مانند یک دیود نشان می دهد)

•بعد از تخلیه فرض می کنیم که یکی از پایه ها گیت و بعدیها درین و سورس هستند.درین نباید به سورس بوق بزند.

•قانون گیت را روی ترانزیستور اعمال می کنیم .اگر ترانزیستور فعال شد یعنی درین به سورس متصل شد و بوق زد ترانزیستور سالم است.اگر فعال نشد فرض را تغییر داده و گیت را تغییر می دهیم و دوباره مراحل تخلیه و فعال سازی را دنبال می کنیم. حال اگر هیچ کدام از پایه ها شرایط گیت نداشت یعنی ترانزیستور سوخته است.

استفاده از ترانزیستور و فتوسل برای کنترل روشنایی:

لطفا برای بهبود و آپدیت مقاله نظرات خود را در باره ی نوشته ی (ترانزیستور در مدارات الکترونیکی)بیان کنید.