ترانزیستور

ترانزيستور

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 ميدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزيستورهاي اثزميدان يا FETها نيز خود به دو دسته ي ترانزيستور اثر ميدان پيوندي(JFET) 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 قابليت‌هاي ديگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضي مدارات خاص استفاده شود.

انواع ترانزيستور پيوندي

Pnp :

شامل سه لايه نيم هادي که دو لايه کناري از نوع p و لايه مياني از نوع n است و مزيت اصلي آن در تشريح عملکرد ترانزيستور اين است که جهت جاري شدن حفره‌ها با جهت جريان يکي است.

Npn :

شامل سه لايه نيم‌ هادي که دو لايه کناري از نوع n و لايه مياني از نوع p است. پس از درک ايده‌هاي اساسي براي قطعه ي pnp مي‌توان به سادگي آنها را به ترانزيستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزيستور پيوندي ترانزيستور داراي دو پيوندگاه است. يکي بين اميتر و بيس و ديگري بين بيس و کلکتور. به همين دليل ترانزيستور شبيه دو ديود است. ديود سمت چپ را ديود بيس _ اميتر يا صرفاً ديود اميتر و ديود سمت راست را ديود کلکتور _ بيس يا ديود کلکتور مي‌ناميم. ميزان ناخالصي ناحيه وسط به مراتب کمتر از دو ناحيه جانبي است. اين کاهش ناخالصي باعث کم شدن هدايت و بالعکس باعث زياد شدن مقاومت اين ناحيه مي‌گردد.

اميتر که به شدت آلائيده شده، نقش گسيل و يا تزريق الکترون به درون بيس را به عهده دارد. بيس بسيار نازک ساخته شده و آلايش آن ضعيف است و لذا بيشتر الکترونهاي تزريق شده از اميتر را به کلکتور عبور مي‌دهد. ميزان آلايش کلکتور کمتر از ميزان آلايش شديد اميتر و بيشتر از آلايش ضعيف بيس است و کلکتور الکترونها را از بيس جمع‌آوري مي‌کند.

طرز کار ترانزيستور پيوندي طرز کار ترانزيستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسي قرار مي‌دهيم. طرز کار pnp هم دقيقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اينکه الکترونها و حفره‌ها با يکديگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذيه مستقيم ديود اميتر ناحيه تهي کم عرض مي‌شود، در نتيجه حاملهاي اکثريت يعني الکترونها از ماده n به ماده p هجوم مي‌آورند. حال اگر ديود بيس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذيه نمائيم، ديود کلکتور به علت باياس معکوس عريض‌تر مي‌شود.

الکترونهاي جاري شده به ناحيه p در دو جهت جاري مي‌شوند، بخشي از آنها از پيوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحيه کلکتور مي‌رسند و تعدادي از آنها با حفره‌هاي بيس بازترکيب شده و به عنوان الکترونهاي ظرفيت به سوي پايه خارجي بيس روانه مي‌شوند، اين مولفه بسيار کوچک است.

ترانزيستور دوقطبي پيوندي

ترانزيستور يک قطعه ‌الکترونيکي فعال بوده و از ترکيب سه قطعه n و p بدست مي‌آيد که ‌از ترزيق حاملين بار اقليت در يک پيوند با گرايش مستقيم استفاده مي‌کند و داراي سه پايه به نامهاي بيس (B)، اميتر (E) و کلکتور (C) مي‌باشد و چون در اين قطعه ‌اثر الکترونها و حفره‌ها هر دو مهم است، به آن يک ترانزيستور دوقطبي گفته مي‌شود.

تاريخچه

 عصر نوين الکترونيک نيمه رساناها با اختراع ترانزيستور دوقطبي در ۱۹۴۸ توسط باردين، براتاين و شاکلي در آزمايشگاههاي تلفن بل آغاز شد. اين قطعه به همراه همتاي اثر ميداني خود تاثير شگفتي روي تقريبا تمام حوزه‌هاي زندگي نوين گذاشته ‌است.

انواع ترانزيستور پيوندي

 pnp شامل سه لايه نيم ‌هادي که دو لايه کناري از نوع p و لايه مياني از نوع n است و مزيت اصلي آن در تشريح عملکرد ترانزيستور اين است که جهت جاري شدن حفره‌ها با جهت جريان يکي است.

npn شامل سه لايه نيم‌ هادي که دو لايه کناري از نوع n و لايه مياني از نوع p است. پس از درک ايده‌هاي اساسي براي قطعه pnp مي‌توان به سادگي آنها را به ترانزيستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزيستور پيوندي

 ترانزيستور داراي دو پيوندگاه ‌است. يکي بين اميتر و بيس و ديگري بين بيس و کلکتور. به همين دليل ترانزيستور شبيه دو ديود است. ديود سمت چپ را ديود بيس _ اميتر يا صرفا ديود اميتر و ديود سمت راست را ديود کلکتور _ بيس يا ديود کلکتور مي‌ناميم. ميزان ناخالصي ناحيه وسط به مراتب کمتر از دو ناحيه جانبي است. اين کاهش ناخالصي باعث کم شدن هدايت و بالعکس باعث زياد شدن مقاومت اين ناحيه مي‌گردد.

اميتر که شديدا آلائيده شده، نقش گسيل و يا تزريق الکترون به درون بيس را به عهده دارد. بيس بسيار نازک ساخته شده و آلايش آن ضعيف است و لذا بيشتر الکترونهاي تزريق شده ‌از اميتر را به کلکتور عبور مي‌دهد. ميزان آلايش کلکتور کمتر از ميزان آلايش شديد اميتر و بيشتر از آلايش ضعيف بيس است و کلکتور الکترونها را از بيس جمع‌آوري مي‌کند.

طرز کار ترانزيستور پيوندي

طرز کار ترانزيستور را با استفاده ‌از نوع npn مورد بررسي قرار مي‌دهيم. طرز کار pnp هم دقيقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اينکه ‌الکترونها و حفره‌ها با يکديگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذيه مستقيم ديود اميتر ناحيه تهي کم عرض مي‌شود، در نتيجه حاملهاي اکثريت يعني الکترونها از ماده n به ماده p هجوم مي‌آورند. حال اگر ديود بيس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذيه نمائيم، ديود کلکتور به علت باياس معکوس عريض‌تر مي‌شود.