ترانزیستور

Transistor

 

ترانزیستور-01

ترانزیستور یک قطعه فعال ( Active ) سه پایه است که معمولا برای سویچ و یا تقویت استفاده می شود و انواع مختلفی از این قطعات وجود دارد که هرکدام ویژگی های متفاوتی دارند، این قطعه پایه ای ترین قطعه الکترونیک مدرن و ساخت آی سی هاست.

در استفاده به منظور سویچ ، با تحریک یکی از پایه ها ترانزیستور جریان را بین دو پایه دیگر برقرار می کند و در حالت تقویت با اعمال جریان یا ولتاژ ( بسته به نوع ترانزیستور ) پایینی به یکی از پایه ها ترانزیستور ولتاژ یا جریان بیشتری را در پایه های دیگر تحویل می دهد.

ترانزیستورها به دو دسته کلی BJT ها ( دو قطبیها ) یا FET ها ( ترانزیستور های اثر میدانی ) تقسیم می شوند که خود این ها به دسته های مختلفی تقسیم می شوند.

 

BJT Transistor

ترانزیستور های BJT سه پایه دارند به نام های بیس ( Base )،کلکتور ( Colector )، امیتر ( Emitter ) و  دو نوع مختلف NPN و PNP دارند. طرز کار این ترانزیستور ها به این گونه

 

ترانزیستور-02

 

است که با ایجاد جریان در بیس ،ترانزیستور اجازه عبور جریان چندین برابری از کلکتور به امیتر در نوع NPN و از امیتر به کلکتور در نوع PNP را می دهد. به اختلاف ولتاژ مورد نیاز بین پایه های بیس و امیتر برای راه اندازی ترانزیستور ولتاژ راه اندازی یا Bias ( بایاس ) می گویند که معمولا بین 0 تا 0.7 ولت بسته به جنس ترانزیستور است. در مدارات کلکتور را با C ، امیتر را با E ، و بیس را با B نمایش می دهند.

در NPN ها جهت جریان راه اندازی از بیس به امیتر است، یعنی هرگاه ولتاژ بیس به اندازه ولتاژ راه اندازی از ولتاژ امیتر بیشتر شود ترانزیستور فعال شده و اجازه عبور جریان از کلکتور به امیتر را می دهد .

در PNP ها جهت جریان راه اندازی از امیتر به بیس است، یعنی هرگاه ولتاژ بیس به اندازه ولتاژ راه اندازی از ولتاژ امیتر کمتر شود ترانزیستور فعال شده و اجازه عبور جریان از امیتر به کلکتور را می دهد.

نحوه کار ترانزیستور های BJT به این صورت است که هر چقدر جریان بین بیس و امیتر ایجاد کنیم ترانزیستور اجازه عبور جریان ᵦ برابر را بین کلکتور و امیتر می دهد، توجه کنید که فقط اجازه می دهد و برای برقراری جریان حداکثر باید اختلاف ولتاژی مورد نیاز بین کلکتور و امیتر برقرار باشد تا این جریان به حداکثر برسد.

ترانزیستور-03

ترانزیستور-04ترانزیستور-05

ضریب توان ترانزیستور

ضریب توان را با ᵦ یا hfe نشان می دهند و بیانگر این است که اگر جریان بیس امیتر I باشد ترانزیستور اجازه عبور جریان ᵦI برابر را بین کلکتور و امیتر می دهد، البته جریان بین کلکتور و امیتر مقدار حداکثری دارد که این جریان نمی تواند از آن بیشتر شود.برای مثال اگر ᵦ یک ترانزیستور 200 باشد و ما جریان 1 میلی آمپری در بیس برقرار کنیم و اختلاف ولتاژ بین کلکتور و امیتر به اندازه کافی باشد در نتیجه جریان 200 میلی آمپری بین کلکتور و امیتر برقرار می شود.

 

FET Transistor

ترانزیستور های اثر میدانی به دو دسته JFET و MOSFET ها تقسیم می شوند که مانند BJT ها سه پایه دارند ، اما در این ترانزیستور ها اسامی تغییر کرده اند، بیس شده گیت ( Gate )G، کلکتور شده ( Drain )  Dو امیتر شده  ( Source ) S،البته فقط اسامی عوض نشده اند بلکه این تکنولوژی ساخت است که تغییر اساسی کرده است و در نحوه کار و کاربرد آن ها تغییراتی کرده است.

در FET ها ما با تغییر مقدار ولتاژ گیت  سورس راه عبور جریان را بین درین و سورس باز بسته می کنیم، که این میزان ولتاژ با توجه به نوع ترانزیستور حالت های مختلفی می تواند داشته باشد.

JFET Transistor

همان طور که در شکل می بینید با اعمال ولتاژ به گیت مسیر جریان بین درین و سورس باز بسته می شود و میتوان اینگونه جریان را کنترل نمود ،مقاومت ورودی گیت در JFET ها بسیار زیاد است و باعث می شود برای راه اندازی جریان زیادی مصرف نکنند و این مقاومت آنقدر بالا است که گاهی الکتریسیته ساکن هم بر آن تاثیر می گذارد.

 

ترانزیستور-06

JFET ها در دو نوع N-Channel و P-Channel هستند که تفاوت هایی با هم دارند

در N-Channel ها کانال بین درین و سورس از ماده نوع N ساخته شده است و عبور جریان بیشتر و سرعت سوئیچ بالاتری را فراهم می کند و در ولتاژ صفر گیت ،کانال جریان را عبور می دهد و هرچه این ولتاژ منفی تر شود عرض کانال کاهش می یابد و جلوی عبور جریان را می گیرد.

در P-Channel ها کانال بین درین و سورس از ماده نوع P ساخته شده است و جریان کمتری را نسبت به نوع N عبور می دهد و سرعت سوئیچ کمتری نیز دارد، این نوع ترانزیستور ,وقتی ولتاژی روی گیت نباشد هم جریان را از خود عبور می دهند و هرچه ولتاژ مثبت تر شود کانال بسته تر شده و جریان عبوری کاهش می یابد.

 

 

ترانزیستور-08

 

 

MOSFET Transistor

(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

ماسفت ها گونه ای از FET ها هستند که گیت آن ها از کانال ایزوله هست و

( IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transistorنیز نامیده می شوند. این ترانزیستور ها علاوه بر سه پایه گیت ، درین ، سورس ، یک پایه دیگر نیز دارند که همان بدنه است و معمولا به درین متصل است و در نهایت همان سه پایه می شود. ماسفت ها یک لایه سیلیکون دی اکسید بین گیت و کانال دارند که چندین مگا اهم قاومت در ورودی گیت ایجاد میکند که گیت را از کانال ایزوله می کند. ماسفت ها نیز عملکردشان مانند JFET هاست و با تغییر ولتاژ گیت اندازه کانال تغییر پیدا می کند. ماسفت ها به دو گونه افزایشی و کاهشی تقسیم بندی می شوند که هر کدام از آن ها نیز به دو نوع P-Channel و N-Channel تقسیم می شوند.

ماسفت کاهشی

Depletion MOSFET

D-Mosfet یک نوع ماسفت است که در حالت VGS=0 در حالت روشن می باشد و جریان را عبور می دهد .

ترانزیستور-09

در ماسفت کاهشی کانال N با بایاس مستقیم یعنی VGS>0 عرض کانال و جریان عبوری از آن افزایش می یابد و با بایاس معکوس یعنی VGS<0 عرض کانال و جریان عبوری از آن کاهش می یابد.

در ماسفت کاهشی کانال P با بایاس مستقیم یعنی VGS>0 عرض کانال و جریان عبوری از آن کاهش می یابد و با بایاس معکوس یعنی VGS>0 عرض کانال و جریان عبوری از آن کاهش می یابد.

ماسفت افزایشی

Enhancement MOSFET

E-Mosfet ها نوعی ماسفت هستند که در حالت عادی و بدون ورودی گیت در حالت خاموش هستند و جریان را عبور نمی دهند و اصلا هیچ کانالی وجود ندارد و با اعمال ولتاژ مثبت کانال ایجاد می شود.

 

ترانزیستور-10

 

در ماسفت های افزایشی کانال N کانالی وجود ندارد و با VGS>0 کانال ایجاد شده و جریان عبور می کند و با افزایش ولتاژ مثبت جریان بیشتر می شود.

در ماسفت های افزایشی کانال P کانالی وجود ندارد و با VGS<0 کانال ایجاد شده و جریان عبور می کند و با افزایش ولتاژ منفی جریان بیشتر می شود.