ترانزیستور چیست؟ چه کاربردی دارد؟ تاریخچه ترانزیستور به چه صورت بوده است؟ در این مقاله، تیم الکتورهایپر به صورت مفصل به مبحث ترانزیستور پرداخته است. با ما همراه باشید:
اگر تاریخچه وسایل الکترونیکی را بخوانیم یکی از مهم ترین اجزای این دستگاه ها لوله خلاء (لوله الکترونی) بود. از این لوله برای کنترل جریان الکتریکی استفاده می شد. این لوله‌ها بزرگتر بودند، نیاز به ولتاژ عملیاتی بالاتری داشتند، مصرف برق بالا به معنای تولید گرما بالا بود که به نوبه خود به دلیل راندمان پایین بر عمر لوله تأثیر می‌گذاشت.
برای حل این مشکل، سه فیزیکدان آمریکایی جان باردین، والتر براتین و ویلیام شاکلی یک دستگاه نیمه هادی با اندازه فشرده و کارآمد به نام ترانزیستور تماس نقطه ای در آزمایشگاه بل در دسامبر سال 1947 اختراع کردند.
ترانزیستور چیست؟
ترانزیستور نوعی نیمه هادی است که به عنوان رسانا و عایق جریان یا ولتاژ الکتریکی استفاده می شود. به عبارت ساده تر، ترانزیستور اساساً تنظیم کننده جریان سیگنال های الکتریکی است. برای آشنایی بیشتر با ترانزیستور نکات زیر را بخوانید:
- ترانزیستورها به دلیل توانایی آنها در کنترل جریان عبوری از مدار (دستگاه کنترل جریان)، که توسط جریان الکترون ها و حفره ها ایجاد می شود، دستگاه های قدرتمندی هستند. دو نوع ترانزیستور وجود دارد: NPN (منفی – مثبت – منفی) و PNP (مثبت – منفی – مثبت).
- پرکاربردترین ترانزیستورها ترانزیستورهای NPN هستند، زیرا اکثر حامل های بار الکترون هایی هستند که ذرات بار سیار بهتری با جرم کمتر هستند و به همین دلیل می توانند به راحتی شتاب بگیرند.
- ترانزیستور یک دستگاه نیمه هادی است که به عنوان کلید و تقویت کننده عمل می کند. ترانزیستورها برای ایمنی بیشتر می توانند با منبع ولتاژ پایین کار کنند که به این معنی است که راندمان بالاتر و عمر بسیار طولانی دارند.
- ترانزیستورها به جای الکترودهای گرمایشی از اتصالات نیمه هادی استفاده می کنند اما عملکردی مشابه ترایود خلاء دارند.
- ترانزیستورها می توانند جریان را از طریق یک کانال با تغییر شدت جریان کمی که از کانال دوم می گذرد کنترل کنند. به همین دلیل به آنها دستگاه کنترل جریان می گویند.
برای معرفی انواع ترانزیستورها یک مقاله جامع نوشته ایم که میتوانید کلیک کنید و آن را بخوانید.
قطعات یک ترانزیستور
ترانزیستور ترکیبی از سه پایانه ساخته شده از مواد نیمه رسانا است که به ایجاد اتصال به مدار خارجی کمک می کند و جریان را به جریان می اندازد. این سه پایانه عبارتند از:
- پایه: پایه ترانزیستور را فعال می کند. نازک است و در مرکز ترانزیستور قرار می گیرد.
- امیتر: امیتر ترمینال منفی ترانزیستور است. به شدت دوپ شده و اندازه متوسطی دارد و نقش تزریق الکترون به پایه را به عهده دارد.
- کلکتور: کلکتور ترمینال منفی ترانزیستور است. در سمت راست ترانزیستور قرار دارد و نسبتاً دوپ شده است. از قطره چکان بزرگتر است.
ترانزیستور چگونه کار می کند؟
یک ترانزیستور اتصال دوقطبی یا BJT از سه پایانه – پایه، امیتر و کلکتور تشکیل شده است. یک اتصال p-n بین پایه و امیتر و یک اتصال دیگر بین پایه و کلکتور وجود دارد. به طور معمول، در BJT هنگامی که جریان از طریق اتصال بیس-امیتر می گذرد، جریانی در مدار کلکتور جریان می یابد. این بایاس نامیده می شود و اتصال بیس-امیتر بایاس رو به جلو است در حالی که اتصال بیس-کلکتور بایاس معکوس است.
مبانی ترانزیستورهای پیوند دوقطبی
از آنجایی که جریان کنترل شده باید از دو نوع مواد نیمه هادی عبور کند، جریان شامل جریان الکترون و حفره در قسمت های مختلف ترانزیستور است و دو نوع هستند:
- ترانزیستور اتصال n-p-n
- ترانزیستور اتصال p-n-p
بیس وظیفه فعال کردن ترانزیستور را بر عهده دارد.
امیتر سرب منفی است در حالی که کلکتور سرب مثبت است.
ترانزیستور دوقطبی دروازه ایزوله (IGBT):
IGBT یک دستگاه نیمه هادی قدرت است که به عنوان کلید الکترونیکی در وسایل برقی بسیار بالا و مدرن مانند ماشین های الکتریکی، قطارها، یخچال های با سرعت متغیر، سیستم های تهویه مطبوع استفاده می شود.
ویژگی های ترانزیستور چیست؟
مشخصات یک ترانزیستور نمودار رسم شده برای هر نوع پیکربندی است که رابطه بین جریان و ولتاژ ترانزیستور را نشان می دهد.
به طور عمده دو نوع ویژگی وجود دارد:
- مشخصات ورودی: این تغییر در جریان ورودی با جریان خروجی متغیر زمانی که ولتاژ خروجی ثابت است را نشان می دهد.
- مشخصات خروجی: این نمودار، نمودار تغییر جریان خروجی را با توجه به تغییر ولتاژ خروجی در زمانی که جریان ورودی ثابت است نشان می دهد.
مزایای استفاده از ترانزیستور
ترانزیستور به عنوان یک اختراع بسیار مهم در علم ثابت شده است. کاربردها و مزایای زیادی دارد:
- اندازه آن کوچک است و بسیار مقرون به صرفه است.
- برای عملکرد به ولتاژ بسیار پایینی نیاز دارد.
- طول عمر بالایی دارد و برای کار کردن نیازی به برق ندارد.
- یک مدار مجتمع واحد را می توان با استفاده از ترانزیستور توسعه داد.
- جریان به سرعت در پایانه ها تغییر می کند.
جهت مشاهده و خرید انواع ترانزیستور از سایت الکتروهایپر، همین جا کلیک کنید.
محدودیت های استفاده از ترانزیستور
حتی اگر ترانزیستورها بسیار کارآمد هستند، محدودیت هایی برای استفاده از آن وجود دارد:
- ترانزیستورها به دلیل تغییر شرایط الکتریکی و دمای بالا خیلی راحت آسیب می بینند.
- آنها فاقد تحرک الکترون بالاتر هستند.
- آنها می توانند تحت تأثیر تشعشع قرار گیرند.
کاربرد ترانزیستور :
- به عنوان مدار تقویت کننده: می توان از ترانزیستور برای تقویت جریان استفاده کرد.
ولتاژ بایاس Vbe تولید شده در اتصال بیس-امیتر. به دلیل بایاس رو به جلو اتصال پایه-امیتر، الکترون ها از امیتر شروع به جریان می کنند تا با حفره هایی در پایه ترکیب شوند و پایه بار منفی می یابد. اگر جریان پایه Ib به مقدار کمی افزایش یابد، نوترکیب حفره-الکترون خنثی می شود، جریان کلکتور Ic افزایش می یابد. بنابراین، یک تغییر کوچک در جریان Ib در پایه. - میکروفون: میکروفون یک مبدل است که صدا یا موج صوتی ما را به سیگنال الکترونیکی تبدیل می کند. از آنجایی که موج صوتی مقدار ثابتی ندارد، بزرگی موج صوتی با توجه به صدای ما با زمان تغییر می کند.
خروجی الکتریکی میکروفون با توجه به امواج صوتی متفاوت است زیرا جریان پایه Ib به دلیل ولتاژ متناوب کوچک تولید شده توسط میکروفن تغییر می کند که به این معنی است که یک تغییر کوچک در Ib می تواند باعث تغییر بزرگ در Ic شود.
زمانی که این خروجی میکروفون به عنوان ورودی به ترانزیستور داده می شود. جریان متغیر کلکتور Ic به بلندگو می ریزد، و می دانیم که اگر در ورودی ترانزیستور تغییراتی ایجاد شود، تغییر زیادی در خروجی ترانزیستور ایجاد می شود. بنابراین، ترانزیستور سیگنال الکترونیکی میکروفون را تقویت می کند.
فرکانس ثابت می ماند اما دامنه موج صوتی از بلندگو بیشتر از امواج صوتی وارد شده به میکروفون است. - مدار نوسانگر: نوسان ساز الکترونیکی دستگاهی است که نوسانات الکتریکی مداوم تولید می کند. در یک مدار نوسان ساز ساده، یک مدار LC موازی به عنوان یک مدار تشدید و یک تقویت کننده برای تغذیه انرژی به مدار رزونانس استفاده می شود.
فرکانس به صورت رزونانسی تقویت می شود و خروجی به عنوان منبع ولتاژ متناوب آن فرکانس عمل می کند. - ترانزیستور به عنوان سوئیچ استفاده می شود
ترانزیستورهای BJT می توانند به عنوان یک دستگاه سوئیچینگ برای کنترل برق DC به یک بار استفاده شوند. جریان سوئیچ (کنترل شده) بین امیتر و کلکتور و جریان کنترل کننده بین امیتر و بیس می رود. - مدارهای مجتمع: مدارهای مجتمع بخشی جدایی ناپذیر از ابزارها و ابزارهای الکترونیکی آنالوگ و دیجیتال مانند گیت های منطقی، آپ امپرها، تنظیم کننده های ولتاژ، تایمرها، مقایسه کننده ها، فلیپ فلاپ ها، رجیسترها و غیره هستند.
- برد یاب لیزری: فاصله یاب لیزری دستگاه یا ابزاری است که معمولاً برای اندازه گیری فاصله بین جسم مورد نظر و ابزار مورد استفاده قرار می گیرد. معماری، دکوراسیون داخلی، ساخت و ساز، شکار، کشاورزی، دفاع، ورزش و غیره.
- ستاره شناسی: ستاره شناسی علمی است که به مطالعه اجرام سماوی و اجرام واقع در فضا می پردازد. با توجه به فاصله زیاد بین ناظر و جسم هدف و عدم وجود رعد و برق در فضای بیرونی، به دست آوردن تصاویر و اطلاعات در مورد اجرام سماوی کار دشواری است. برای حل این مشکل، تعدادی از ابزارها و دستگاه های نجومی از مدارهای الکترونیکی پیچیده استفاده می کنند. در چنین مدارهایی، ترانزیستورها نقش برجسته ای ایفا می کنند و به بهبود وضوح تصاویر به دست آمده از عملکرد به عنوان سوئیچ و همچنین تقویت کننده سیگنال کمک می کنند.
- پخش کننده های دیسک فشرده
- لیزرهای ترانزیستوری
- تقویت کننده دید در شب
- سمعک
- آشکارسازهای دود
- گیرنده های مادون قرمز یا گیرنده های نور نامرئی
- چراغ شب اتوماتیک
- پردازنده های کامپیوتری
- تهویه کننده هوا
- واحد پردازش گرافیکی (CPU)
- کارتریج بازی های ویدیویی
نتیجه
الکتروهایپر به عنوان یک تامین کننده پیشرو محصولات الکترونیک در ایران، سالهاست در توزیع محصولات الکترونیکی و به خصوص ترانزیستور مشغول به فعالیت است و ترانزیستور و سایر محصولات الکترونیک را به مشتریان ارائه می دهد.
قطعات الکترونیکی الکتروهایپر
سوالات متداول
- کاربردهای اصلی ترانزیستور چیست؟
امروزه رایج‌ترین کاربرد ترانزیستورها برای تراشه‌های حافظه کامپیوتری – از جمله دستگاه‌های ذخیره‌سازی چندرسانه‌ای حالت جامد برای بازی‌های الکترونیکی، دوربین‌ها و پخش‌کننده‌های MP3- و ریزپردازنده‌ها است که میلیون‌ها جزء در یک مدار مجتمع جاسازی شده‌اند.
- ترانزیستور چیست و چگونه کار می کند؟
یک ترانزیستور می تواند به عنوان یک سوئیچ یا دروازه برای سیگنال های الکترونیکی عمل کند و یک گیت الکترونیکی را چندین بار در ثانیه باز و بسته کند. این اطمینان حاصل می کند که مدار روشن است اگر جریان، جریان داشته باشد و اگر جریان نداشته باشد خاموش است. ترانزیستورها در مدارهای سوئیچینگ پیچیده که شامل تمام سیستم های مخابراتی مدرن هستند استفاده می شوند.
- 5 دستگاهی که ترانزیستورها در زندگی روزمره شما استفاده می شوند کدامند؟
ترانزیستورها در ضربان سازها، سمعک ها، دوربین ها، ماشین حساب ها و ساعت ها نیز یافت می شوند. بیشتر این دستگاه ها انرژی خود را از باتری های کوچک تامین می کنند. بیشتر فضاپیماها نیز به ریزتراشه ها و در نتیجه ترانزیستورها متکی هستند. ترانزیستور واقعاً «سلول عصبی» عصر اطلاعات است.
- ترانزیستورها با AC یا DC استفاده می شوند؟
DC
و در اینجا یک نکته وجود دارد که بسیاری از مردم آن را اشتباه می گیرند: ترانزیستورها جزء AC نیستند؛ ترانزیستورها فقط می توانند با سیگنال های DC کار کنند!
- آیا ترانزیستور می تواند DC را به AC تبدیل کند؟
خیر، ترانزیستور نمی تواند DC را به AC تبدیل کند.
- دو نوع اصلی از کاربردهای ترانزیستورها چیست؟
ترانزیستورها اساساً به دو نوع طبقه بندی می شوند. آنها عبارتند از: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FET). BJT ها دوباره به ترانزیستورهای NPN و PNP طبقه بندی می شوند.
- چرا ترانزیستورها مهم هستند؟
ترانزیستورها دنیای الکترونیک را متحول کردند و تاثیر زیادی بر طراحی کامپیوتر داشتند. ترانزیستورهای ساخته شده از نیمه هادی ها جایگزین لوله ها در ساخت کامپیوترها شدند. با جایگزینی لوله‌های خلاء حجیم و غیرقابل اعتماد با ترانزیستورها، رایانه‌ها اکنون می‌توانند همان عملکردها را با مصرف انرژی و فضای کمتر انجام دهند.
- چگونه ترانزیستور را برای کاربرد انتخاب کنم؟
در اینجا برخی از ویژگی های کلیدی ترانزیستورها وجود دارد که قبل از خرید ترانزیستور برای پروژه آینده خود باید آنها را بدانید.
جریان جمع آوری کننده …
میزان ولتاژ اشباع …
ولتاژهای شکست. …
سود فعلی. …
مواد. …
قطبیت.
