تحدث في مقالات سابقة بشيء من التفصيل عن المكثفات، الديودات و غيرها من العناصر الإلكترونية. أما في هذا المقال الجديد سأتحدث عن الترانزستور، ما هو؟ ما هي أنواعه ؟ و سأخبركم آلية عمله. لمعرفة المزيد من التفاصيل تابع معنا القراءة.
لمحة تعريفية عن الترانزستور:
الترانزستور عبارة عن شبه موصل مصغر ينظم أو يتحكم في تدفق التيار أو الجهد بالإضافة إلى تضخيم وتوليد هذه الإشارات الكهربائية ويعمل كمفتاح / بوابة لها. عادة، تتكون الترانزستورات من ثلاث طبقات، أو أطراف، من مادة شبه موصلة، كل منها يمكن أن تحمل تيارًا.
عند العمل كمضخم، يقوم بتحويل تيار الإدخال الصغير إلى تيار إخراج أكبر. كمفتاح، يمكن أن يكون في إحدى الحالتين المتميزتين – تشغيل أو إيقاف – للتحكم في تدفق الإشارات الإلكترونية من خلال دائرة كهربائية أو جهاز إلكتروني.
ما هي أهمية الترانستور؟
- نستخدم الترانزستورات بكميات صغيرة لإنشاء مفاتيح إلكترونية بسيطة.
- وهي العناصر الأساسية في الدارات المتكاملة (ICs)، والتي تتكون من عدد كبير من الترانزستورات المترابطة مع الدارات الأخرى في شريحة سيليكون واحدة.
- إنشاء معالجات دقيقة ممكن من خلال يتم دمج ملايين الترانزستورات في دارة متكاملة واحدة.
- كما يقومون أيضًا بتشغيل شرائح ذاكرة الكمبيوتر وأجهزة تخزين الذاكرة لمشغلات MP3 والهواتف الذكية والكاميرات والألعاب الإلكترونية.
- يتم تضمين الترانزستورات بعمق في جميع الدارات المتكاملة تقريبًا، والتي تعد جزءًا من كل جهاز إلكتروني.
- يوظف المهندسون الترانزستورات أيضًا في التطبيقات ذات التردد المنخفض والطاقة العالية، مثل محولات إمداد الطاقة التي تحول التيار المتردد إلى تيار مباشر.
- بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الترانزستورات في التطبيقات عالية التردد، مثل دارات المذبذب المستخدمة لتوليد إشارات الراديو.
كيف يعمل الترانزستور؟
أشباه الموصلات، تقع في مكان ما بين موصل حقيقي مثل النحاس وعازل مثل البلاستيك الملتف حول الأسلاك). على الرغم من أن معظم الترانزستورات مصنوعة من السيليكون (Si)، إلا أنه يمكن تصنيعها من مواد أخرى مثل الجرمانيوم وزرنيخيد الغاليوم (GaAs).
يمكن تصنيف السيليكون على أنه شبه موصل من النوع n – تتدفق الإلكترونات منه – أو شبه موصل من النوع p – تتدفق الإلكترونات إليه. وفي كلتا الحالتين، فإن أشباه الموصلات تمكن الترانزستور من العمل كمفتاح أو مكبر للصوت. يحتوي هيكل الترانزستور المكون من ثلاث طبقات على إحدى الطبقات التالية:
- طبقة أشباه الموصلات من النوع n بين طبقتين من النوع p في تكوين إيجابي-سلبي-إيجابي (PNP).
- أو طبقة من النوع p بين طبقتين من النوع n في تكوين سلبي إيجابي سلبي (NPN).
بغض النظر عن تكوينها، تعمل طبقة أشباه الموصلات الداخلية كقطب تحكم. وينتج عن تغيير بسيط في التيار أو الجهد في هذه الطبقة تغيرًا كبيرًا وسريعًا في التيار الذي يمر عبر المكون بأكمله، مما يتيح للترانزستور العمل.
أجزاء الترانزستور:
يشبه الترانزستور مجموعة من الثنائيات( الديودات) المرتبطة ببعضها البعض. يحتوي على ثلاث أطراف تحمل التيار الكهربائي وتساعد على الاتصال بالداراتالخارجية و هي:
الباعث، المعروف أيضًا باسم الطرف السالب للترانزستور،القاعدة: وهي المحطة التي تنشط الترانزستور، و المجمع، وهو الطرف الإيجابي للترانزستور.
دعونا نفكر في ترانزستور NPN لفهم هذه المحطات. في هذا التكوين، يتم وضع السيليكون من النوع p (القاعدة) بين لوحين من السيليكون من النوع n (الباعث والمجمع). الباعث – المشار إليه بالحرف E – ذو حجم متوسط ،وظيفته الأساسية هي توفير العديد من ناقلات الأغلبية لدعم تدفق الكهرباء. يطلق عليه الباعث لأنه يصدر الإلكترونات. القاعدة – المشار إليها بالحرف B – هي الطرف المركزي بين الباعث والمجمع، هي رقيقة جداً. والغرض الرئيسي منها هو تمرير الناقلات من الباعث إلى المجمع. يقوم المجمع – المشار إليه بالحرف C – بجمع الناقلات المرسلة من قبل الباعث عبر القاعدة.
أنواع الترانزستورات:
يمكن تصنيف الترانزستورات في مجموعتين رئيسيتين:
أولاً: الترانزستور ثنائي القطب(BJT):
- يعد BJT أحد أكثر أنواع الترانزستورات شيوعًا، ويمكن أن يكون إما NPN أو PNP. وهذا يعني أن BJT يتكون من ثلاث أطراف: الباعث، والقاعدة، والمجمع.
- من خلال الانضمام إلى هذه الطبقات الثلاث، يمكن لـ BJT تضخيم الإشارة الكهربائية أو تشغيل التيار أو إيقافه. هناك نوعان من الشحنات الكهربائية – الإلكترونات والثقوب – يشاركان في خلق تدفق التيار.
- في تشغيله العادي، يكون تقاطع الباعث الأساسي في BJT متحيزًا للأمام مع مقاومة باعث صغيرة جدًا، في حين أن الوصلة المجمعة الأساسية تكون متحيزة عكسيًا بمقاومة كبيرة.
- في BJT من نوع PNP، يحدث التوصيل من خلال الثقوب أو غياب الإلكترونات. تيار المجمع أقل بقليل من تيار الباعث. التغييرات في الأخير تؤثر على الأول. تتحكم القاعدة في التدفق الحالي من الباعث إلى المجمع. في هذه الحالة، يصدر الباعث ثقوبًا، والتي يتم جمعها بعد ذلك بواسطة المجمع.
- في BJT من نوع NPN، تمر الإلكترونات من الباعث إلى القاعدة ويتم جمعها بواسطة المجمع. عندما يحدث هذا، يتدفق التيار الاصطلاحي من المجمع إلى الباعث. تتحكم القاعدة في عدد الإلكترونات المنبعثة من الباعث.
ثانياً: ترانزستور التأثير الحقلي (Field-effect transistor) (FET):
- يحتوي أيضًا على ثلاث أطراف – المصدر، والصرف، والبوابة – والتي تشبه باعث BJT، والمجمع، والقاعدة، على التوالي. في FET، يتم ترتيب طبقات السيليكون من النوع n والنوع p بشكل مختلف عن تلك الموجودة في BJT.
- كما أنها مغلفة بطبقات من المعدن والأكسيد لإنشاء ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات من أكسيد المعدن (MOSFET). في FET، يشير تأثير المجال إلى التأثير الذي يتيح تدفق التيار ويقوم بتشغيل الترانزستور.
- لا يمكن للإلكترونات أن تتدفق من المصدر من النوع n إلى المصرف لأن البوابة من النوع p بينهما تحتوي على ثقوب. لكن ربط جهد موجب بالبوابة يخلق مجالا كهربائيا يمكّن الإلكترونات من التدفق من المصدر إلى المصرف. وهذا يخلق تأثير المجال، مما يسهل تدفق التيار في FET.
بعض الأنواع الأخرى:
- ترانزستور (JFET)، وهو شبه موصل ثلاثي الأطراف أساسي في أدوات التحكم ذات المستوى الدقيق والتي تعمل بالجهد في الإلكترونيات التناظرية.
- الترانزستور ذو الأغشية الرقيقة (TFT)، وهو نوع من الترانزستور FET غالبًا ما يستخدم في شاشات الكريستال السائل (LCD).
- ترانزستور شوتكي، الذي يجمع بين الترانزستور وصمام ثنائي شوتكي المعروف بالتبديل السريع للغاية لمنع الترانزستور من التشبع عن طريق تحويل تيار الإدخال الزائد.
- و ترانزستور الانتشار، وهو نوع من BJT يتكون من انتشار المنشطات على الركيزة.
للمزيد اقرأ:
