ترانزیستور؛ نحوه کار و کاربردهای آن چگونه است؟

ترانزیستور اصلی ترین جزء تراشه های الکترونیکی است که در مدارهای الکتریکی برای تنظیم و تقویت ولتاژ استفاده می‌شود. در واقع ترانزیستورها قطعات نیمه هادی هستند؛ یعنی در شرایطی رسانای برق و در برخی موارد نارسانا خواهند بود. دستگاه بدون وجود ترانزیستور در مدار الکتریکی، به دلیل نوسانات جریان برق در هر مدار، دچار آسیب و خروجی نامناسب خواهد شد. اساس طراحی بسیاری از مدارها و دستگاه‌های الکتریکی ترانزیستورها هستند؛ به همین دلیل این قطعات از اهمیت بالایی در رشته‌های الکترونیک برخوردارند. در صورت علاقه مندی به یادگیری برق صنعتی می‌توانید در دوره آموزش برق صنعتی آموزشگاه فنون برق ثبت نام و شرکت نمایید.

ساختار ترانزیستور چگونه است؟

هر ترانزیستور یک قطعه دارای سه پایه است که حالتی نیمه جامد دارد. هر گاه دو دیود در حالت پشت به پشت به یکدیگر متصل شوند، ترانزیستور ساخته می‌شود. پیوندهای بین پایه ها P-N هستند.

 انواع پایه‌های ترانزیستورها

1- پایه امیتر ترانزیستور

یکی از پایه‌های جانبی ترانزیستور، پایه Emitter است که میزان ناخالصی آن از دو پایه دیگر بیشتر می‌باشد. امیتر الکترون را به داخل پایه وسط ارسال می‌کند.

2- پایه بیس ترانزیستور

پایه‌ی میانی ترانزیستور Base نام دارد. عرض پایه Base در ترانزیستور کمتر از عرض دو پایه دیگر است. ناخالصی پایه بیس کمتر از پایه‌های جانبی است و به همین دلیل مقاومت بیشتری دارد.

حتماً بخوانید: برق صنعتی چیست؟ آشنایی با تجهیزات و ابزار برق صنعتی

3- پایه کولکتور ترانزیستور

یکی دیگر از پایه‌های جانبی ترانزیستور پایه کلکتور نام دارد که عرض آن بیشتر از عرض پایه بیس و امیتر می‌باشد.

در زمان تشخیص پایه‌ها از یکدیگر می‌توان با استفاده از مقایسه مقاومت بین پایه‌ها، نوع هر پایه را تشخیص داد. مقاوت بیس-امیتر بیشتر از مقاومت بیس-کلکتور است و پس از اندازه گیری آن، می‌توان با اطمینان گفت که به پایه جانبی در بخشی که مقاومت بیشتری دارد، پایه امیتر است.

انواع ترانزیستورها

ترانزیستورها به طور کلی به دو دسته مختلف دوقطبی پیوندی BJT و اثر میدان FET تقسیم می‌شوند.

– ترانزیستور دوقطبی پیوندی (BJT)

ترانزیستورهای Bipolar Junction Transistor با جریان ورودی که به پایه داده می‌شود، روشن می‌شوند. CJT ها امپدانس ورودی پایینی دارند.

با توجه به نوع پیوند و نحوه قرار گرفتن این پایه ها در دو نوع PNP و NPN ساخته می‌شوند.

PNP نوعی از ترانزیستور است که یک پایه نیمه هادی N بین دو پایه نیمه هادی P قرار گرفته باشد. همچنین زمانی که یک پایه نیمه هادی P بین دو پایه نیمه هادی N قرار بگیرد، ترانزیستور NPN ساخته می‌شود.

نوع NPN جزء پرکاربردترین ترانزیستورها به شمار می‌رود.

ترانزیستور دوقطبی پیوندی دارای بخش‌های عملکردی ناحیه قطع و اشباع و همچنین ناحیه فعال می‌باشد و می‌توان گفت نقش آن در کنترل جریان است.

عملکرد قطع ترانزیستور در موقعیت‌هایی که ولتاژ کمتر از حد استاندارد پیوند پایه Base-Emitter باشد، موجب قطع و خاموشی خواهد شد.

وضعیت اشباع ترانزیستور نیز در مواردی که به عنوان سوئیچ بسته کار کند و کاملاً روشن باشد، در حال فعالیت می‌باشد.

عملکرد فعال آن نیز در کلیدزنی قابل استفاده است. زمان‌هایی که ترانزیستور نقش تقویت کننده را دارد، در واقع عملکرد فعال دارد.

حتماً بخوانید: چگونه مدرک فنی حرفه ای بین المللی برق صنعتی بگیریم؟

– ترانزیستور اثر میدانی (FET)

این نوع از ترانزیستورها تک قطبی هستند در کنترل و تعیین شکل و اندازه کانال بر اساس ولتاژ را دارد. در واقع ترانزیستورهای FET نقش کنترل ولتاژ را انجام می‌دهند. Field Effect Transistorها مصرف انرژی و همچنین هدر رفت حرارت بسیار کمتری نسبت به انواع دوقطبی پیوندی دارند. همچنین میزان نویز و صدای این ترانزیستورها و همچنین میزان امپدانس ورودی آن‌ها بالاتر از انواع دوقطبی پیوندی است.

دو نوع Junction Field Effect Transistor و  Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor از انواع ترانزیستورهای اثر میدان هستند.

همچنین JFET ها به دو دسته JFET N-Channel وJFET  P-Channel تقسیم می‌شوند.

MOSFET ها هم به دو دسته Depletion Mode و Enhancement Mode طبقه بندی می‌شوند.

متداول‌ترین نوع ترانزیستور، MOSFET است و در انواع کاهشی و تقویتی وجود دارند.

ترانزیستورها بر اساس عملکرد

ترانزیستورها با توجه به عملیاتی که دارند، به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:

ترانزیستورهای سیگنال کوچک

از این ترانزیستورها برای تقویت سیگنال‌های کوچک و گاهی برای سوئیچینگ استفاده می‌شود. بسیاری از ترانزیستورهای سیگنال کوچک در بازار از انواع NPN و PNP هستند. این نوع از ترانزیستورها با فرکانس 1 تا 3000 مگاهرتز کار می‌کنند و برای عملکرد خود از ولتاژها و جریان‌های چند میلی ولت و میلی آمپر استفاده می‌نمایند.

ترانزیستورهای سیگنال کوچک تقریباً در تمام تجهیرات الکترونیکی از جمله مدارهای تایمری، درایور رله، دیود مادون قرمز، عملکرد قطع صدا و … کاربرد دارند.

ترانزیستورهای سوئیچینگ کوچک

از ترانزیستورهای سوئیچینگ کوچک برای سوئیچینگ و برخی مواقع در تقویت استفاده می‌شود. عملکرد تقویت کنندگی این ترانزیستورها چندان قوی نیست؛ اما در سوئیچ عملکرد بهتری دارند. از این نوع از ترانزیستورها در مدل‌های NPN و PNP موجود است. جریان مورد نیاز برای آن 10 تا 1000 میلی آمپر است.

ترانزیستورهای قدرت

به ترانزیستورهایی که در تقویت کننده‌ها و منابع تغذیه پر قدرت استفاده می‌شوند، ترانزیستورهای قدرت می‌گویند. از این نوع ترانزیستورها در قالب ترانزیستورهای NPN، PNP و دارلینگتون وجود دارند. میزان جریان کلکتور آن‎‌ها از 1 تا 100 آمپر می‌باشد.

حتماً بخوانید: معرفی کامل فرمول های سیم پیچی موتور | محاسبات سیم پیچی

ترانزیستورهای فرکانس بالا

از ترانزیستورهای RF در برنامه‌های سوئیچینگ با سرعت بالا و همچنین برای سیگنال‌های کوچکی که در فرکانس بالا عمل می‌کنند، استفاده می‌شود. ترانزیستورهای RF باید در سرعت بالا روشن و خاموش شوند. انواع NPN و PNP در بازار از ترانزیستورهای فرکانس بالا موجود است. این ترانزیستورها جریانی بین 10 تا 600 میلی آمپر دارند.

از ترانزیستورهای فرکانس بالا در مدارهای نوسان ساز و تقویت کننده مانند CATV، UHF، VHF، MATV و HF استفاده می‌شود.

ترانزیستورهای عکس

ترانزیستور عکس یک ترانزیستور دوقطعی است که به نور حساس می‌باشد. این ترانزیستورها به جای ترمینال پایه نواحی حساس به نور دارند. در واقع ترانزیستورهای عکس 2 ترمینال دارند. زمانی که نور به ترانزیستور نرسد، جریان قطع می‌شود. این به معنی خاموش بودن ترانزیستور است. در صورتی که ترانزیستور در معرض نور قرار بگیرد،جریان کمی در ترمینال پایه ایجاد شده و جریان زیادی از کلکتور به امیتر جریان می‌یابد. در بازار انواع photo-FET و photo-BJT وجود دارند. photo-FTE ها در مقایسه با photo-BJT ها حساسیت بیشتری نسبت به نور دارند.

ترانزیستورهای پیوندی

ترانزیستورهای UJT به عنوان کلیدهای کنترل کننده الکتریکی استفاده می‌شوند. این نوع از ترانزیستورها هیچ گونه عملکرد تقویتی ندارند. ترانزیستورهای پیوند سه ترانزیستور سربی دارند که یک ترمینال امیتر و دو ترمینال دیگر پایه هستند.

کاربردهای ترانزیستورها

با توجه به ویژگی ‌های مختلفی که ترانزیستورها دارند، کاربردهای زیاد  و متنوعی در قطعات و مدارها پیدا کرده‌اند. ترانزیستورها به عنوان سوئیچینگ، منابع تغذیه، تنظیم و تقویت کننده ولتاژ، نوسانگر و ICها کاربرد دارند. از این قطعات هم در مدارهای الکترونیک آنالوگ کاربرد دارند و هم در مدارهای الکترونیک دیجیتال.

در مدارهای دیجیتال در ساخت قطعات مختلفی مانند سوئیچ‌ها، مدارهای منطقی، حافظه ها مانند مموری کامپیوترها و … از ترانزیستورها استفاده می‌شود.

در این مدارها ترانزیستورها نقش قطع و وصل جریان را برعهده دارند. در مدارهای آنالوگ، ترانزیستورها نقش تقویت جریان الکتریکی را ایفا می‌کنند.

از ترانزیستورهای FET در جهت کاهش اثر بارگذاری، یعنی در ولت متر، نوسان ساز تغییر فاز و … استفاده می‌شود.

جمع بندی

در این مقاله درباره ویژگی‌های مختلف ترانزیستورها از جمله ساختار، انواع، ویژگی‌ها و عملکرد آن‌ها پرداختیم. با توجه به کاربردهای مختلفی که هر کدام از ترانزیستورها دارند، در قطعات و بخش‌های مختلفی از مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند.