ترانزیستور چیست؟ آیا با انواع و کاربرد هایش آشنایی دارید؟

اما ترانزیستورهای امروزی مانند ۲n2222، ۲n3904،bc547  و غیره در میکروکنترلر ها (مانند Arduino ) یا مدارهای الکتریکی استفاده می شوند. در این مقاله نگاهی دقیق تر به آنها می اندازیم و از طریقه کارکرد و استفاده های آنها باخبر می شویم.

گفتم که ترانزیستورها که یکی از قطعات الکترونیکی پر استفاده در صنعت الکترونیک می باشند، به دو نوع BJT و FET تقسیم بندی می شوند که در این بخش آنها را عمیق‌تر بررسی می‌کنیم و از روش عملکرد آنها باخبر می شویم.

در آغاز باید بگویم که BJT ها دو نوع یا نسخه NPN و PNP دارند که نماد شماتیک آنها در مدار را می توانید در زیر مشاهده می کنید:

همانطور که می بینید هر دو نسخه دارای پایه های کالکتور(C)، بیس(B) و امیتر(E) هستند. تفاوت بین این دو نسخه از جهت پیکان درون عکس مشخص می‌شود که در نسخه NPN  پیکان از بیس خارج شده و در نسخه PNP پیکان به بیس وارد شده است.

حال که متوجه شدیم BJT ها چه هستند، با استفاده از شکل زیر به طور ساده توضیح می دهیم که آنها چگونه کار می کند:

در ترانزیستور NPN یک لایه از نیمه هادی مثبت (P-DOPED)  بین دو لایه از ماده منفی (N- DOPED) قرار گرفته است که در آنجا الکترون‌ها از امیتر به سمت کالکتور حرکت می کنند. سپس امیتر الکترون‌ها را به سمت بیس ساطع می‌کند و به بیس تعداد الکترون های ساطع  شده از امیتر را کنترل می کند. این الکترون های ساطع شده در آخر توسط کالکتور جمع آوری و به سمت قطعه بعدی در مدار فرستاده می‌شوند.

اما در ترانزیستور های PNP لایه ای از نیمه هادی منفی (N-DOPED)  بین دو لایه از ماده مثبت (P-DOPED)  قرار گرفته که جریان ورودی بیس به کلکتور را تقویت می کند. این جریان توسط بیس کنترل می شود ولی گردش جریان در جهت مخالف است. علاوه بر آن به جای الکترون‌های ساطع شونده، امیتر در ترانزیستور های PNP، حفره ها (اصطلاحی برای فقدان الکترون‌ها) را ساطع می کند و توسط کالکتور جمع آوری می‌شوند.

ترانزیستورهای اثر میدان نوع دیگری از ترانزیستور ها هستند که عموماً به ماسفِت -MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) شناخته می شوند که از پین (pin)، گیت (gate)، سورس (source) و درین (drain) ساخته شده اند. ساختار و کارکرد فِت ها با BJT ها، بخصوص در چینش پین ها کمی متفاوت است.

برای بهتر فهمیدن چگونگی عملکرد فِت، به شکل زیر که ساختار یک فِت معمولی را نشان می دهد دقت کنید:

• یک بلوک که به آن زیرلایه نیز گفته می‌شود و از نیمه هادی نوع p ساخته شده، به عنوان بیس ماسفِت استفاده می شود.
• دو طرف از این زیر لایه نوعp، به شدت با ناخالصی نوع n آلایش شده است (با +n مشخص شده است).
• ترمینال های سورس و درِین از این دو ناحیه بیرون آمده است.
• تمام سطح بلوک زیر لایه، با لایه ای از سیلیکون دی اکسید پوشیده شده است.
• صفحه فلزی نازک و عایق شده ای بر روی سیلیکون دی اکسید قرار می‌گیرد که به عنوان صفحه خازن عمل میکند.
• ترمینال گِیت از این صفحه فلزی بیرون آمده است.
• یک مدار DC توسط اتصال منبع ولتاژ بین دو ناحیه نوع n ایجاد می شود (با رنگ قرمز نمایش داده شده است).

وقتی که ولتاژ به گیت می‌رسد، ناحیه الکتریکی تولید می‌کند که در مسیر گردش الکترون ها، عرض کانال (L) را تغییر می دهد. هرچه عرض کانال (L) در ناحیه بین n بیشتر باشد، رسانایی دستگاه نیز بیشتر خواهد بود.

اکنون که هر دو مدل ترانزیستورها می‌شناسیم، در قسمت زیر به برخی از تفاوت های آنها را بررسی می کنیم:

اگرچه ماسفتِ ها نسبت به BJT ها برتری هایی مانند کنترل ولتاژ و دیگر مزایای مخصوص به خود را دارند، اما به هر نوع ترانزیستور کاربرد بخصوصی دارد که بطور مختصر برای تان توضیح می دهیم:

• اگر به دنبال رگوله یا تنظیم کردن گردش جریان قوی به شکل پالس های باریک هستید، یا به ترانزیستور برای استفاده های دیگر در جریان قوی نیاز دارید، ماسفِت گزینه مورد نظر شماست.
• برای استفاده در مدارهای الکتریکی معمولی و جریان های ضعیف خانگی، BJT برای کار شما مناسب تر است.

این قطعات عموما به عنوان سوییچ الکترونیکی در مدارهای دیجیتال یا به عنوان آمپلی فایر کاربرد دارند. در این قسمت عملکرد آنها را مفصل تر توضیح خواهیم داد.

سوییچ ها فرآیند قطع و وصل کردن را به عهده دارند، اما در مورد ترانزیستور ها می توان گفت که آنها اثر باینری در فرایند سوئیچ می‌گذارند، یعنی برای عمل کردن دیگر نیاز به هیچ محرکی جز ولتاژ ندارند. این قابلیت برای کنترل گردش جریان چرخنده در مدار، از قسمتی به قسمت دیگر کاربرد دارد.

به عبارت دیگر جریان کوچکی از یک سمت به ترانزیستور وارد می شود و جریان بزرگتری از سمت دیگر ترانزیستور خارج شود و مسیرش را در مدار ادامه می دهد. ترانزیستور هایی که به عنوان سوئیچ استفاده می‌شوند را می‌توان در چیپ های حافظه یا پردازنده های مرکزی دید، جایی که میلیون ها ترانزیستور در حال سوئیچ کردن هستند.