آشنایی با قطعات الکترونیک؛ نیمه هادی های گسسته

اصول دستگاه های نیمه هادی گسسته

• دیود

دیود یکی از ساده ترین وسایل نیمه هادی گسسته است که از دو ماده نیمه هادی تشکیل شده است. اصل کار یک دیود بر اساس اتصال P-N در نیمه هادی است که رابط بین نیمه هادی های نوع P و نوع N است. هنگامی که بایاس رو به جلو در پیوند P-N اعمال می شود، الکترون ها از ناحیه نوع N به ناحیه نوع P جریان می یابند در حالی که حفره ها از ناحیه نوع P به ناحیه نوع N جریان می یابند (یا بهتر بگوییم بر حفره ها در نواحی N برجای می مانند) و در نتیجه جریان الکتریکی ایجاد می شود. برعکس، هنگامی که بایاس معکوس به اتصال P-N اعمال می شود، به دلیل تشکیل سد جریانی ایجاد نمی یابد. بنابراین، دیودها می توانند به عنوان یکسو کننده برای تبدیل سیگنال های AC به سیگنال های DC استفاده شوند.

• ترانزیستور

ترانزیستور وسیله ای است که برای تقویت و کنترل جریان استفاده می شود. انواع مختلفی از ترانزیستورها وجود دارد که ترانزیستور دوقطبی رایج ترین آنهاست. BJT دارای سه ناحیه است: امیتر، پایه و کالکتور. اصل عملکرد آن شامل کنترل جریان پایه برای کنترل جریان از امیتر به کالکتور است. هنگامی که یک ولتاژ مثبت به مدار بیس-امیتر اعمال می شود، الکترون ها به ناحیه پایه تزریق می شوند، بنابراین جریان از کالکتور به امیتر جریان می یابد. این توانایی برای کنترل جریان اجازه می دهد تا ترانزیستورها به عنوان تقویت کننده سیگنال و سوئیچ استفاده شوند.

• ترانزیستورهای اثر میدانی

FET ها یکی دیگر از دستگاه های نیمه هادی گسسته مهم هستند که عملکرد آنها بر اساس کنترل میدان الکتریکی در یک نیمه هادی است. چندین نوع FET وجود دارد که FET نیمه هادی اکسید فلز رایج ترین آنهاست. MOSFET ها شامل دروازه (gate)، زهکش (drain) و منبع(source) هستند. با اعمال ولتاژ بین Gate-Source می توان جریان بین Drain-Source را کنترل کرد. ماسفت ها به طور گسترده در مدارهای دیجیتال و آنالوگ استفاده می شوند. این قطعات به مقاومت ورودی بالا و مصرف انرژی کم معروفند.

• تریستور دو قطبی دو طرفه

SCR وسیله ای است که برای کنترل جریان های توان بالا استفاده می شود و معمولاً برای کلیدزنی مدارهای ولتاژ بالا و جریان بالا استفاده می شود. عملکرد این قطعه بر اساس حالت روشن در یک جهت است، به عنوان مثال، SCR را می توان برای عبور جریان تنها در هنگامیکه یک ولتاژ کنترل به یک قطب خاص اعمال شود، فعال کرد.

آی سی پارس؛ مرجع تخصصی تامین ترانزیستورها و قطعات نیمه هادی

نیمه هادی های گسسته چگونه کار می کنند؟

حالت کار دیود

همانگونه که در معرفی دیود، بیان شد، دیود وسیله ای با دو الکترود است که یکی از آنها نیمه هادی نوع P و دیگری نیمه هادی نوع N است. هنگامی که یک ولتاژ مثبت در ترمینال P و یک ولتاژ منفی در ترمینال N اعمال می شود، مانع و سد درمحل اتصال P-N کاهش می یابد و الکترون ها از ناحیه نوع N به ناحیه نوع P جریان می یابند و جریانی را تشکیل می دهند. این اتصال به عنوان بایاس رو به جلو شناخته می شود و دیود در حال هدایت جریان خواهد بود. برعکس، هنگامی که بایاس معکوس اعمال می شود، مانع افزایش می یابد، هیچ جریانی نمی تواند عبور کند و دیود در حالت قطع است. این ویژگی به دیود اجازه می دهد تا به عنوان یکسو کننده برای تبدیل سیگنال های AC به سیگنال های DC استفاده شود.

ترانزیستورها چگونه کار می کنند؟

ترانزیستورها انواع مختلفی دارند و ترانزیستور دوقطبی یکی از رایج ترین آنهاست. BJT دارای امیتر، پایه و کلکتور است. اصل کار بر اساس کنترل جریان پایه برای کنترل جریان از امیتر به کلکتور است. در یک NPN نوع BJT، وقتی یک ولتاژ مثبت به مدار بیس-امیتر اعمال می‌شود، الکترون‌ها به ناحیه پایه تزریق می‌شوند تا جریانی را تشکیل دهند که از امیتر به کلکتور می‌رود. این ناحیه به عنوان منطقه تقویت شناخته می شود و ترانزیستور می تواند به عنوان تقویت کننده سیگنال استفاده شود. هنگامی که ولتاژ پایه کاهش داده یا حذف شود، ترانزیستور قطع می شود و جریان نمی تواند عبور کند. این ویژگی به ترانزیستور اجازه می دهد تا به عنوان سوئیچ استفاده شود.

ترانزیستور های اثر میدانی چگونه کار می کنند؟

عملکرد این قطعات بر اساس ولتاژ گیت است که منبع و جریان تخلیه را کنترل می کند. هنگامی که یک ولتاژ مثبت بین منبع و دروازه اعمال می شود، یک میدان الکتریکی تشکیل می شود که جریان منبع به تخلیه را کنترل می کند. ماسفت ها خیلی سریع به تغییرات ولتاژ گیت پاسخ می دهند و به طور گسترده در مدارهای دیجیتال، تقویت کننده و سوئیچینگ استفاده می شوند.

حالت کار تریستور دو جهته دوقطبی

SCR وسیله ای است که جریان های توان بالا را کنترل می کند و بر اساس مشخصه هدایت در یک جهت عمل می کند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به این قطعه اعمال می شود، جریانی از قطب کنترل به آند شروع می شود. هنگامی که جریان از یک آستانه خاص فراتر برود، SCR تا زمانی که جریان به سطح پایین‌تری کاهش یابد یا جهت جریان معکوس شود، وضعیت روشن را حفظ می‌کند. به همین سبب دستگاه های سوئیچینگ توان بالای SCR  به طور گسترده در کنترل قدرت، اتوماسیون صنعتی و محرک های موتور استفاده می شوند.

برای تامین قطعات الکترونیکی مورد نیاز خود، با خیال راحت روی آی سی پارس حساب کنید

دسته بندی نیمه هادی ها به دو دسته فعال و غیرفعال

• دستگاه های نیمه هادی فعال:

این دستگاه ها قابلیت تقویت و کنترل سیگنال های الکتریکی را دارند. آنها برای عملکرد به یک منبع انرژی خارجی نیاز دارند و در درجه اول برای پردازش و تقویت سیگنال استفاده می شوند. نمونه‌های رایج دستگاه‌های نیمه‌رسانای فعال شامل ترانزیستورها، مانند ترانزیستورهای پیوند دوقطبی و ترانزیستورهای اثر میدانی، و همچنین مدارهای مجتمع مانند تقویت‌کننده‌های عملیاتی و میکروکنترلرها است. دستگاه های فعال، اجزای ضروری در الکترونیک هستند و نقش مهمی در تقویت و سوئیچینگ سیگنال ها دارند.

• دستگاه های نیمه هادی غیرفعال:

از سوی دیگر، دستگاه های غیرفعال، سیگنال های الکتریکی را مانند دستگاه های فعال، تقویت یا کنترل نمی کنند. در عوض، آنها در درجه اول به سیگنال های الکتریکی پاسخ می دهند یا بر جریان الکتریسیته در مدار تأثیر می گذارند. دستگاه‌های غیرفعال برای تنظیم سیگنال، فیلتر کردن و ذخیره انرژی استفاده می‌شوند. نمونه هایی از دستگاه های نیمه هادی غیرفعال عبارتند از مقاومت ها، خازن ها و سلف ها. این قطعات به مدیریت سطوح ولتاژ، ذخیره موقت انرژی و شکل دادن به ویژگی های سیگنال های الکتریکی کمک می کنند.

زنجیره تامین قطعات الکترونیکی آی سی پارس، یکی از برترین مجموعه های تامین کننده انواع نیمه هادی های مورد استفاده در صنایع الکترونیکی کشور می باشد. مشتریان گرامی می توانند سفارش خود را از طریق فروشگاه مجازی و سایت مجموعه آی سی پارس، ثبت کرده و یا در صورت نیاز از مشاوره متخصصین این مجموعه استفاده کنند