ترانزیستور (Transistor) قلب تپنده مدارهای الکترونیکی است و جزء اصلی تراشه های الکترونیکی را تشکیل می دهند.
ترانزیستور ها در مدار گاهی به صورت کلید قطع و وصل مورد استفاده قرار می گیرد و گاهی به صورت تقویت کننده ولتاژ یا جریان.
ترانزیستور انواع مختلفی دارد که دارای کاربرد ها و محاسبات ریاضی تقریبا پیچیده ای است که در این مقاله از وبسایت تخصی الکترونیک آلفاکیت به بررسی ترانزیستورها می پردازیم.
ترانزیستور ها از عناصر نیم هادی سیلیسیم یا ژرمانیوم تشکیل می شوند. منظور از نیم هادی یعنی در برخی شرایط رسانای جریان برق هستند و در برخی شرایط به صورت نارسانا عمل می کنند.
در واقع ترانزیستور یک قطعه سه پایه نیمه هادی است که می‌تواند ولتاژ یا جریان را تحت کنترل گرفته و تنظیم کند.
به عبارتی ترانزیستور در مقابل سیگنال‌ها مانند یک سوییچ یا دروازه عمل میکند.
تصور کنید یک گیرنده FM دارید که سیگنالی مدنظر را دریافت میکند. سیگنال دریافتی شما مسلما سیگنال ضعیفی خواهد بود چرا که در طول مسیر خود از فرستنده تا گیرنده دچار اعوجاج و افت دامنه شده است.
حال اگر این سیگنال را به همین شکل مورد استفاده قرار دهید، خروجی مطلوب و دقیقی نخواهید داشت.
بنابراین نیاز داریم تا به نحوی این سیگنال دریافتی را تقویت کنیم. تقویت کنندگی به این معنا که قدرت آن را افزایش دهیم.
تقویت کننده‌ها در هرجایی که لازم باشد قدرت سیگنال افزایش پیدا کند، مورد نیاز هستند.
ترانزیستور وسیله ای است که کار تقویت کردن سیگنال را برای ما انجام می‌دهد. همچنین می‌تواند مانند سوییچی بین حالات و انتخاب‌های مختلف ما در مدار باشد و نیز می‌تواند ولتاژ و جریان سیگنالی که دریافت میکند را تنظیم کند.
ترانزیستور یک دستگاه یا ابزار حالت جامد سه پایه است که از اتصال متوالی (back to back) دو دیود ایجاد می‌شود.
بنابراین در ساختار خود دارای دو پیوند P-N است. سه پایه‌ی آن از سه نیمه‌هادی موجود در این پیوند‌ها گرفته می‌شوند. اتصال متوالی یا پشت به پشت دیود ها، دو نوع ترانزیستور ایجاد میکند.
NPN: به معنای قرار گرفتن نیمه هادی نوع P. در بین دو نیمه هادی نوع N.
PNP: به معنای قرار گرفتن نیمه هادی نوع N. در بین دو نیمه هادی نوع P.
?
نام پایه‌های ترانزیستور امیتر، بیس و کلکتور می‌باشد و هرکدام عملکرد و ویژگی‌های خاص خود را دارند که در ادامه مقاله ترانزیستور چیست و چه کاربرد های دارد؟ در مورد آن‌ها صحبت می‌کنیم.
سمت چپ ساختار‌های تصویر بالا را به عنوان پایه امیتر می‌گیریم.
ابعاد نیمه‌هادیِ مربوط به امیتر معمولی است و حامل اکثریت جریان آن، شدیدا تقویت شده است (از طریق دوپ شدن) چرا که وظیفه‌ی این پایه تامین حاملان اکثریت جریان در ترانزیستور است؛ خواه الکترون، خواه حفره؛
بنابراین به دلیل صادر کردن الکترون، به این پایه امیتر (به معنای گسیل کننده) می‌گویند.
در نماد مداری پایه‌ی امیتر را با علامت E. مشخص می‌کنند.
نیمه‌هادی وسطی در ساختار‌های بالا، پایه بیس را ایجاد میکند.
نیمه هادی بیس از دو نیمه هادی دیگر ابعاد کوچکتری دارد (عرض کمتر) و مقدار اندکی دوپ شده است.
ماموریت اصلی پایه‌ی بیس (Base) عبور دادن حاملان اکثریت از پایه‌ی امیتر به پایه‌ی کلکتور است.
در نماد مداری پایه‌ی بیس را با علامت B. مشخص می‌کنند.
سمت راست ساختار‌های تصویر بالا را به عنوان پایه کلکتور می‌گیریم.
همان‌طور که از نام آن مشخص است وظیفه آن جمع‌آوری و دریافت حامل‌های اکثریت است.
ابعاد آن (از نظر عرض) از بیس و امیتر بزرگ‌تر است (از آنجا که کلکتور یک ترانزیستور نسبت به دو پایه‌ی دیگر توان بیشتری تلف میکند، آن را بزرگ‌تر از دو نیمه‌هادی دیگر می‌سازند.) و به صورت ملایم دوپ شده است.
در نماد مداری پایه‌ی کلکتور را با علامت C. مشخص می‌کنند.
نماد مداری ترانزیستور‌های NPN و PNP را در تصویر زیر می‌بینید.
چگونگی کارکرد ترانزیستور PNP در تویر زیر نشان داده شده است.
در اسن تصویر مشخص است که پیوند بیس- امیتر در حالت بایاس مستقیم و پیوند کلکتور- بیس در حالت بایاس معکوس است.
ولتاژ VEE پتانسیلی مثبت را برای امیتر تامین میکند و در نتیجه امیتر که در اینجا یک نیمه‌هادی نوع P. است، با دریافت پتانسیل مثبت حفره‌ها را از خود دور میکند.
حفره‌ها از پیوند بیس- امیتر عبور کرده و به ناحیه‌ی بیس می‌روند.
ناحیه‌ی بیس در اینجا یک نیمه‌هادی نوع N. است و به همین دلیل درصد کمی از آن حفره‌ها با الکترون‌های آزاد بیس بازترکیب می‌شوند.
این فرآیند بازترکیبی باعث ایجاد جریانی اندک در بیس می‌شود که آن را با IB نمایش می‌دهند. اما حفره‌های باقی مانده از پیوند کلکتور-بیس عبور کرده و به ناحیه‌ی کلکتور می‌روند.
این‌ها جریان کلکتور را که با IC نشان داده می‌شود، ایجاد می‌کنند. بنابراین جریان کلکتور در ترانزیستور NPN جریانی حفره‌ای است.
با رسیدن حفره‌ها به ناحیه کلکتور، الکترون‌هایی از سمت منفی باتری که به کلکتور متصل است، آمده و حفره‌ها را پر می‌کنند.
این جریان الکترون‌ها به مرور زیادتر شده و در حالی‌که جریان اقلیت محسوب می‌شوند به سمت امیتر روانه خواهند شد.
در آنجا هر الکترون که به ترمینال مثبت VEE وارد می‌شود، حفره‌ای در عوض آن به سمت امیتر خواهد رفت که باعث ایجاد جریان امیتر، IE خواهد شد.
خلاصه:
با نگاه کردن به تصویر زیر می‌توانیم به چگونگی کارکرد ترانزیستور NPN پی ببریم. می‌بینیم که پیوند بیس- امیتر در حالت بایاس مستقیم و پیوند کلکتور- بیس در حالت بایاس معکوس است.
ولتاژ VEE پتانسیلی منفی را برای امیتر تامین میکند و در نتیجه امیتر که در اینجا یک نیمه‌هادی نوع N. است، با دریافت پتانسیل منفی الکترون‌ها را از خود دور میکند.
الکترون‌ها از پیوند بیس- امیتر عبور کرده و به ناحیه‌ی بیس می‌روند.
ناحیه‌ی بیس در اینجا یک نیمه‌هادی نوع P. است و به همین دلیل درصد کمی از آن الکترون‌ها با حفره‌های آزاد بیس بازترکیب می‌شوند.
این فرآیند بازترکیبی باعث ایجاد جریانی اندک در بیس می‌شود که آن را با IB نمایش می‌دهند.
اما الکترون‌های باقی مانده از پیوند کلکتور- بیس عبور کرده و به ناحیه‌ی کلکتور می‌روند. این‌ها جریان کلکتور را که با IC نشان داده می‌شود، ایجاد می‌کنند.
با رسیدن الکترون‌ها به انتهای ناحیه کلکتور و ورود آن‌ها به ناحیه پتانسیل مثبت باتری، به ازای هر الکترون ورودی، الکترونی از ترمینال منفی باتری یعنی VEE وارد ناحیه امیتر می‌شود. این جریان الکترونی به مرور افزایش یافته و در ترانزیستور جریان می‌یابد (IE).
خلاصه
ترانزیستورها نسبت به سایر انواع تقویت کننده ها مزایای زیادی دارند،. از مزایای ترانزیستورها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
می توان موارد زیر را هم به مزایا و کابردهای ترانزیستور ها اضافه کرد:
