قطعات الکترونیک مدارهای الکترونیک

معرفی و شناخت مدارهای الکترونیکی بخش ششم: شناخت ترانزیستور و کاربری

electronic-components-part-six-transistors-all-digispark
نوشته شده توسط معین صابری

در مجموعه آموزش های تحلیل و بررسی مدارات الکترونیکی قسمت ششم به یکی دیگر از قطعات کلیدی و کاربردی، شناخت ترانزیستور می پردازیم. ترانزیستورها یکی از مهم ترین و بنیادی ترین قطعات علم الکترونیک به شمار می روند. به کمک این قطعه مدارات با جریان های بسیار ضعیف تا مدارات با جریان های قوی، کنترل و اجرا می شوند. در طرف دیگر ترانزیستورهای هسته اصلی ساخت پردازنده ها را تشکیل می دهند. ترانزیستورها در علم الکترونیک به قدری اهمیت دارند که بدون وجود آن ها، قطعا هیچ مداری به صورت عملی امکان روشن شدن و فعالیت را نخواهد داشت. به عبارت دیگر، علم الکترونیک با قطعه ترانزیستور مفهوم و موجودیت پیدا می کند.

در این آموزش قصد داریم تا به مفهوم ترانزیستور، تعریف، پارامترها و کاربردها بپردازیم. همانطور که در قسمت های پیشین سلسله آموزش ها ابتدا با معرفی قطعه آموزش را شروع نمودیم، این آموزش را ابتدا با معرفی قطعه شروع کرده و سپس در ادامه وارد جزییات بیشتری خواهیم شد. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

 


مفهوم و تعریف ترانزیستور


در این آموزش قصد داریم تا به بررسی بنیادی ترین قطعه علم الکترونیک و به خصوص الکترونیک دیجیتال بپردازیم. ترانزیستورها قطعات غالبا سه پایه هستند که وظیفه تقویت و هدایت جریان الکتریکی را بر عهده دارند. به کمک این قطعات می توان با یک جریان ضعیف، وسایل برقی بزرگ با جریان های قوی تر را کنترل نمود. از طرف دیگر، با توجه به ساختار این قطعه، ترانزیستور در ساخت مدارات دیجیتال و به خصوص پردازنده ها بسیار کاربردی خواهد بود.

ترانزیستور شناخت و تعریف - دیجی اسپارک

 

یک ترانزیستور در حقیقت از دو دیود تشکیل شده است. آنطور که از آموزش قسمت قبل، دیود به خاطر داریم، قطعه دیود تنها جریان الکتریکی را از یک طرف عبور می دهد. مطابق این عملکرد، ترانزیستور هم به دلیل ساختار دیودی تنها زمانی شروع به فعالیت می کند که ولتاژ اعمال شده به آن از حداقل ولتاژ بیشتر باشد. برای این که این مورد بیشتر روشن شود، قسمت بعد را مختص این موضوع قرار داده ایم.

 


ساختار و نحوه عملکرد ترانزیستور


در قسمت پیش به طور خلاصه به مفهوم ترانزیستور و وجود دیود درون ساختار آن پرداختیم. در این جا اما قصد داریم تا این مفهوم را به طور عمیق تری بررسی کنیم. ترانزیستورها غالبا دارای سه پایه هستند. یکی از این پایه ها به عنوان سیگنال ورودی تعریف می شود. حال هرگاه که ولتاژ اعمال شده به این پایه از حداقل ولتاژ مورد نیاز بیشتر شود، ترانزیستور روشن شده و دو پایه دیگر به هم اتصال می دهند.

ساختار و نحوه عملکرد ترانزیستور در الکترونیک - دیجی اسپارک

 

مطابق تصویر فوق هرگاه که ولتاژ به قسمت سیگنال اعمال شود، دو پایه دیگر به هم اتصال داده و جریان الکتریکی برقرار می گردد. با توجه به ساختار و تعریف ترانزیستور، این قطعه را می توان همانند یک سوییچ فرض کرد؛ سوییچی که عملکرد مکانیکی نداشته و به صورت الکترونیکی با اعمال ولتاژ به یکی از پایه های آن، دو پایه دیگر به هم اتصال داده و جریان الکتریکی برقرار می شود. در کنار این، شما می توانید جریان خروجی را در یک ترانزیستور کنترل کنید. نکته جالب توجه اینست که شما می توانید میزان جریان خروجی در ترانزیستور را هم کنترل کنید. به عبارت دیگر با اعمال سیگنال مناسب به ورودی، میزان جریان گذرنده از دو پایه دیگر قابل کنترل خواهد بود. این مورد را در قسمت های بعد بیشتر مورد بررسی قرار خواهیم داد.

 


انواع مختلف ترانزیستورها


ترانزیستورها نیز همانند دیودها از انواع مختلفی برخوردارند. اما به طور کلی دو دسته ترانزیستورها دارای فراوانی بیشتری هستند. یکی از این نوع ها ترانزیستورهای BJT و مدل دیگر ترانزیستورهای MOSFET به شمار می روند. ترانزیستورهای BJT ترانزیستورهایی برای انتقال جریان های ضعیف تر و ترانزیستورهای MOSFET برای جریان های قوی استفاده می شوند. به عنوان مثال از ترانزیستورهای ماسفت جهت طراحی مدارات فرمان/قدرت و همچنین به دلیل توان مصرفی پایین نسبت به BJT، در ساخت CPU ها نیز به کار می روند. ترانزیستورهای BJT دارای سه پایه بیس برای ورودی و کلکتور و امیتر برای خروجی است. در کنار این، ترانزیستورهای ماسفت دارای سه پایه گیت برای ورودی و درین و سورس برای خروجی تعریف می شوند.

انواع مختلف ترانزیستورها در الکترونیک - دیجی اسپارک

 

حال که با انواع پرکاربرد ترانزیستورها آشنا شدیم، نوبت به بررسی نواحی کاری ترانزیستور می رسد. قسمت بعد مختص به این موضوع است.

 


نواحی کاری ترانزیستور


در قسمت های پیشین به این موضوع که یک ترانزیستور می تواند جریان خروجی را کنترل کند، اشاره کردیم. در این قسمت قصد داریم تا به چگونگی این موضوع بپردازیم. همانطور که از قسمت های قبل دریافتیم، یک ترانزیستور با اعمال ولتاژ به پایه ورودی روشن شده و پایه های خروجی را به هم متصل می کند. به عنوان مثال با اعمال ولتاژ مناسب به پایه بیس، پایه کلکتور به امیتر متصل شده و جریان الکتریکی شروع به جاری شدن می نماید. یک ترانزیستور به طور کلی دارای ۳ ناحیه کاری مختلف است. این نواحی عبارتند از

۱-ناحیه قطع

۲-ناحیه خطی

۳-ناحیه اشباع

در رابطه با ناحیه قطع، زمانیکه ولتاژ اعمال شده به ورودی، به عنوان مثال پایه بیس، از حداقل ولتاژ کمتر باشد ترانزیستور خاموش بوده و هیچ جریانی بین پایه های خروجی، به عنوان مثال امیتر و کلکتور برقرار نخواهد شد. در ادامه این موضوع، با افزایش ولتاژ و روشن شدن ترانزیستور، این قطعه وارد ناحیه خطی می شود. در ناحیه خطی با افزایش ولتاژ جریان خروجی افزایش می یابد. به عبارت دیگر در این ناحیه با افزایش ولتاژ ورودی جریان افزایش و با کاهش ولتاژ ورودی جریان خروجی کاهش می یابد. در این مرحله پس از افزایش ولتاژ و گذر از ناحیه خطی وارد ناحیه اشباع خواهیم شد. در ناحیه اشباع هرچقدر که ولتاژ را افزایش دهید(ولتاژ تا آستانه تحمل ترانزیستور) تغییری در جریان نخواهیم داشت. نمودار زیر روند عملکرد این قطعه را در سه ناحیه مختلف نمایش می دهد.

توجه: ولتاژ بین پایه بیس و امیتر(VBE) سبب روشن شدن ترانزیستور BJT و ولتاژ بین پایه های گیت-سورس(VGS) روشن کننده ترانزیستور MOSFET است. این دو پایه همچنین جریان خروجی را با توجه به ولتاژ خو.د کنترل می کنند.

نواحی کاری ترانزیستور در الکترونیک و مدارها - دیجی اسپارک

 

پس از آشنایی با موارد فوق نوبت به بررسی ترانزیستورها از حیث ولتاژ ورودی می رسد. قسمت بعد به این موضوع می پردازیم.

 


ترانزیستورهای منفی و مثبت


در قسمت قبلی به بررسی نواحی کاری این قطعه پرداختیم. همانطور که گفته شد ولتاژ بین پایه های بیس و امیتر در ترانزیستور BJT و ولتاژ بین پایه های گیت و سورس در ترانزیستورهای MOSFET جهت روشن شدن قطعه بسیار تاثیر گذار هستند. در کنار این، ترانزیستور BJT دارای دو نوع NPN و PNP و ترانزیستور MOSFET دارای دو نوع N و P است. ترانزیستور NPN ترانزیستوری مثبت و ترانزیستور PNP ترانزیستوری منفی محسوب می گردد.

ترانزیستور مثبت و منفی npn و pnp - دیجی اسپارک

 

موضوع مثبت و منفی بودن دقیقا برای ترانزیستورهای ماسفت نیز برقرار است. ترانزیستورهای نوع P منفی و ترانزیستور های نوع N مثبت محسوب می شوند. در ترانزیستور مثبت، اعمال ولتاژ مثبت، به عنوان مثال ۰٫۶ سبب روشن شدن قطعه می شود، حال اینکه در ترانزیستور منفی اعمال ولتاژ زیر صفر ولت، به عنوان مثال ۶٫۰- سبب روشن شدن ترانزیستور خواهد شد. بدین ترتیب برای راه اندازی و کار با ترانزیستور باید به این موضوعات دقت نظر لازم را در نظر داشت.

 


کاربردهای ترانزیستور


پس از معرفی ترانزیستور نوبت به بررسی کاربردهای ترانزیستور می رسد. همانطور که پیشت رگفته شد، یکی از کاربردهای ترانزیستور تقویت جریان است. جهت روشن شدن این مورد مثالی را ذکر می کنیم. فرض کنید قصد ساخت یک آمپلی فایر جهت تقویت صدا را دارد. از آنجاییکه پردازنده ها(میکروکنترلرها) جریان ضعیفی در خروجی خود دارند، لذا به کمک یک ترانزیستور می توانیم جریان ضعیف را تقویت کنیم.

توجه: ترانزیستور خود جریان را به صورت مستقل افزایش نمی دهد، بلکه با اتصال به یک منبع تغذیه قوی تر جریان این منبع را در مدار جاری می کند.

در کنار این ترانزیستور می تواند به عنوان یک سوییچ الکترونیکی عمل کند. در این سوییچ زمانیکه ولتاژی به پایه بیس اعمال شود، ترانزیستور پایه های امیتر و کلکتور یا گیت و درین خود را به هم اتصال می دهد. در این حالت اگر مصرف کننده ای بین این دو پایه قرار داشته باشد، می تواند به عنوان یک سوییچ با دریافت فرمان وسیله برقی را کنترل نمایید.

توجه: جهت اطلاعات مربوط به محاسبات ترانزیستور، روی این لینک کلیک کنید.

 


لوازم مورد نیاز


لینک خرید انواع ترانزیستور، کلیک کنید

 


جمع بندی


در سلسله آموزش های مدارهای الکترونیکی قسمت ششم به ترانزیستور پرداختیم. آنطورکه در آموزش هم گفته شد، ترانزیستور یک قطعه فوق العاده کلیدی جهت تقویت جریان و سوییچ به کار می رود. در این آموزش مطابق رویه معمول ابتدا به معرفی و شرح قطعه پرداختیم. پس از این مرحله انواع ترانزیستورها و پس از این مرحله نواحی کاری ترانزیستور مورد بررسی قرار گرفت. در این آموزش مطابق سایر آموزش ها به معرفی پایه ها و نام گذاری آن ها پرداخته شد. در نهایت با معرفی ترانزیستورهای مثبت و منفی، بحث را پایان دادیم.

 

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.

 

درباره نویسنده

معین صابری

کارشناسی ارشد رشته معماری سیستم های کامپیوتری

مالي که ز تو کس نستاند، علم است
حرزي که تو را به حق رساند، علم است
جز علم طلب مکن تو اندر عالم
چيزي که تو را ز غم رهاند، علم است
(شیخ بهایی)

تبادل نظر و رفع عیب با ثبت دیدگاه

۲ دیدگاه