مقدمة في الترانزستور:
في وقت سابق ، كان المكون الحاسم والمهم للجهاز الإلكتروني عبارة عن أنبوب مفرغ ، وهو عبارة عن أنبوب إلكتروني يستخدم التحكم في التيار الكهربائي . عملت الأنابيب المفرغة لكنها ضخمة الحجم وتتطلب جهدًا تشغيلًا أعلى واستهلاكًا عاليًا للطاقة وتنتج كفاءة أقل ، ويتم استخدام المواد الباعثة للإلكترونات المهبطية في العملية لذلك ، انتهى الأمر كحرارة أدت إلى تقصير عمر الأنبوب نفسه. للتغلب على هذه المشاكل ، اخترع جون باردين ووالتر براتين وويليام شوكلي ترانزستورًا في مختبرات بيل في عام 1947. كان هذا الجهاز الجديد حلاً أكثر أناقة للتغلب على العديد من القيود الأساسية للأنابيب المفرغة.
الترانزستور هو جهاز أشباه الموصلات يمكنه التوصيل والعزل. يمكن أن يعمل الترانزستور كمفتاح ومضخم. يحول الموجات الصوتية إلى موجات ومقاومات إلكترونية تتحكم في التيار الإلكتروني. تتمتع الترانزستورات بعمر طويل جدًا ، وأصغر حجمًا ، ويمكن أن تعمل على إمدادات الجهد المنخفض لمزيد من الأمان ، ولا تتطلب أي فتيل تيار. أول ترانزستور مصنوع من الجرمانيوم. يؤدي الترانزستور نفس وظيفة الصمام الثلاثي الأنبوب المفرغ ولكن باستخدام تقاطعات أشباه الموصلات بدلاً من الأقطاب الكهربائية الساخنة في غرفة التفريغ. إنها اللبنة الأساسية للأجهزة الإلكترونية الحديثة وتوجد في كل مكان في الأنظمة الإلكترونية الحديثة.
أساسيات الترانزستور:
الترانزستور هو جهاز ثلاثي الأطراف. يسمى،
- القاعدة: مسؤولة عن تفعيل الترانزستور.
- الجامع: هذه هي الصدارة الإيجابية.
- باعث: هذا هو الرصاص السلبي.
الفكرة الأساسية وراء الترانزستور هي أنه يتيح لك التحكم في تدفق التيار عبر قناة واحدة عن طريق تغيير شدة تيار أصغر بكثير يتدفق عبر قناة ثانية.
أنواع الترانزستورات:
هناك نوعان من الترانزستورات الموجودة وهما الترانزستورات ثنائية القطب (BJT) ، ترانزستورات التأثير الميداني (FET). يتدفق تيار صغير بين القاعدة والباعث ، يمكن أن تتحكم محطة القاعدة في تدفق تيار أكبر بين المجمع ومحطات الإرسال. بالنسبة للترانزستور ذي التأثير الميداني ، فإنه يحتوي أيضًا على المحطات الثلاثة ، وهي البوابة والمصدر والتصريف ، ويمكن للجهد عند البوابة التحكم في التيار بين المصدر والصرف. تظهر المخططات البسيطة لـ BJT و FET في الشكل أدناه:
ترانزستور مفرق ثنائي القطب (BJT)
الترانزستورات ذات التأثير الميداني (FET)
كما ترى ، تأتي الترانزستورات بأحجام وأشكال مختلفة. هناك شيء واحد مشترك بين كل هذه الترانزستورات وهو أن لكل منها ثلاثة خيوط.
- ناقل ثنائي القطب:
يحتوي ترانزستور تقاطع ثنائي القطب (BJT) على ثلاثة أطراف متصلة بثلاث مناطق أشباه موصلات مخدرة. يأتي بنوعين ، P-N-P و N-P-N.
ترانزستور P-N-P ، يتكون من طبقة من أشباه الموصلات N-doped بين طبقتين من مادة P-doped. يتم تضخيم تيار القاعدة الذي يدخل المجمع عند خرجه.
هذا عندما يكون ترانزستور PNP قيد التشغيل عندما يتم سحب قاعدته إلى مستوى منخفض بالنسبة إلى الباعث. ترمز أسهم ترانزستور PNP إلى اتجاه التدفق الحالي عندما يكون الجهاز في وضع إعادة التوجيه النشط.
يتكون الترانزستور N-P-N من طبقة من أشباه الموصلات P-doped بين طبقتين من مادة N-doped. من خلال تضخيم التيار ، نحصل على تيار المجمع والباعث العالي.
هذا عندما يكون ترانزستور NPN قيد التشغيل عندما يتم سحب قاعدته إلى مستوى منخفض بالنسبة إلى الباعث. عندما يكون الترانزستور في حالة التشغيل ، يكون التدفق الحالي بين جامع وباعث الترانزستور. بناءً على ناقلات الأقلية في المنطقة من النوع P ، تنتقل الإلكترونات من الباعث إلى المجمع. يسمح بالتشغيل الحالي الأكبر والأسرع لهذا السبب ، فإن معظم الترانزستورات ثنائية القطب المستخدمة اليوم هي NPN.
- ترانزستور تأثير المجال (FET):
ترانزستور تأثير المجال هو ترانزستور أحادي القطب ، يتم استخدام N-channel FET أو P-channel FET للتوصيل. المحطات الثلاثة لـ FET هي المصدر والبوابة والصرف. يتم عرض قنوات FET الأساسية n و p-channel أعلاه. بالنسبة إلى FET ذات القناة n ، يتم تصنيع الجهاز من مادة من النوع n. بين المصدر والصرف ، تعمل مادة النوع كمقاوم.
يتحكم هذا الترانزستور في الناقلات الموجبة والسالبة المتعلقة بالثقوب أو الإلكترونات. تتشكل قناة FET بتحريك حاملات الشحنة الموجبة والسالبة. قناة FET المصنوعة من السيليكون.
هناك العديد من أنواع FET و MOSFET و JFET وما إلى ذلك. تطبيقات FET في مضخم ضوضاء منخفض ومضخم مؤقت ومفتاح تناظري.
ثنائي القطب تقاطع الترانزستور التحيز
الترانزستورات هي أهم الأجهزة النشطة أشباه الموصلات الضرورية لجميع الدوائر تقريبًا. يتم استخدامها كمفاتيح إلكترونية ومضخمات وما إلى ذلك في الدوائر. قد تكون الترانزستورات NPN ، PNP ، FET ، JFET ، إلخ ، والتي لها وظائف مختلفة في الدوائر الإلكترونية. من أجل العمل السليم للدائرة ، من الضروري تحيز الترانزستور باستخدام شبكات المقاوم. نقطة التشغيل هي النقطة الموجودة على خصائص الخرج التي تُظهر جهد المجمع-الباعث وتيار المجمع بدون إشارة دخل. تُعرف نقطة التشغيل أيضًا بنقطة الانحياز أو نقطة Q (نقطة الهدوء).
يشير التحيز إلى توفير مقاومات أو مكثفات أو جهد إمداد ، إلخ لتوفير خصائص تشغيل مناسبة للترانزستورات. يتم استخدام انحياز التيار المستمر للحصول على تيار مجمع التيار المستمر عند جهد مجمع معين. يتم التعبير عن قيمة هذا الجهد والتيار من حيث Q-Point. في تكوين مضخم الترانزستور ، يكون IC (الحد الأقصى) هو الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يتدفق عبر الترانزستور و VCE (الحد الأقصى) هو الحد الأقصى للجهد المطبق عبر الجهاز. لتشغيل الترانزستور كمضخم ، يجب توصيل مقاوم تحميل RC بالمجمع. يضبط التحيز جهد التشغيل والتيار المستمر على المستوى الصحيح بحيث يمكن تضخيم إشارة دخل التيار المتردد بشكل صحيح بواسطة الترانزستور. تقع نقطة الانحياز الصحيحة في مكان ما بين حالة التشغيل بالكامل أو حالة الإيقاف التام للترانزستور. هذه النقطة المركزية هي Q-Point وإذا كان الترانزستور متحيزًا بشكل صحيح ، فستكون نقطة Q هي نقطة التشغيل المركزية للترانزستور. يساعد هذا التيار الناتج على الزيادة والنقصان مع تأرجح إشارة الإدخال خلال الدورة الكاملة.
لتعيين نقطة Q الصحيحة للترانزستور ، يتم استخدام المقاوم المجمع لضبط تيار المجمع على قيمة ثابتة وثابتة دون أي إشارة في قاعدته. يتم تعيين نقطة التشغيل الثابتة للتيار المستمر من خلال قيمة جهد الإمداد وقيمة المقاوم المتحيز الأساسي. تُستخدم مقاومات التحيز الأساسي في جميع تكوينات الترانزستور الثلاثة مثل القاعدة المشتركة ، والمجمع المشترك ، وتكوينات الباعث الشائعة.
طرق التحيز:
فيما يلي الأوضاع المختلفة لانحياز قاعدة الترانزستور:
1. التحيز الحالي:
كما هو مبين في الشكل 1 ، يتم استخدام مقاومين RC و RB لضبط التحيز الأساسي. تحدد هذه المقاومات منطقة التشغيل الأولية للترانزستور مع انحياز تيار ثابت.
يتحيز الترانزستور الأمامي بجهد انحياز إيجابي للقاعدة من خلال RB. انخفاض جهد باعث القاعدة الأمامي هو 0.7 فولت. لذلك فإن التيار من خلال RB هو أناب= (الخامسالعاصمة- الخامسيكون) / أناب
2. انحياز التعليقات:
يوضح الشكل 2 انحياز الترانزستور عن طريق استخدام المقاوم ردود الفعل. يتم الحصول على التحيز الأساسي من جهد المجمع. تضمن ملاحظات المجمع أن الترانزستور متحيز دائمًا في المنطقة النشطة. عندما يزداد تيار المجمع ، ينخفض الجهد عند المجمع. هذا يقلل من محرك القاعدة والذي بدوره يقلل من تيار المجمع. يعد تكوين الملاحظات هذا مثاليًا لتصميمات مضخم الترانزستور.
3. انحياز ردود الفعل المزدوجة:
يوضح الشكل 3 كيف يتحقق التحيز باستخدام مقاومات ردود الفعل المزدوجة.
باستخدام اثنين من المقاومات RB1 و RB2 يزيد من الاستقرار فيما يتعلق بالتغيرات في بيتا عن طريق زيادة التدفق الحالي من خلال مقاومات التحيز الأساسي. في هذا التكوين ، التيار في RB1 يساوي 10٪ من تيار المجمع.
4. انحياز تقسيم الجهد:
يوضح الشكل 4 انحياز مقسم الجهد حيث يتم توصيل مقاومين RB1 و RB2 بقاعدة الترانزستور التي تشكل شبكة مقسم الجهد. يحصل الترانزستور على تحيزات من خلال انخفاض الجهد عبر RB2. يستخدم هذا النوع من تكوين التحيز على نطاق واسع في دوائر مكبر الصوت.
5. انحياز قاعدة مزدوجة:
يوضح الشكل 5 ردود فعل مزدوجة من أجل الاستقرار. يستخدم كلاً من ملاحظات قاعدة الباعث والمجمع لتحسين الثبات عن طريق التحكم في تيار المجمع. يجب تحديد قيم المقاوم لضبط انخفاض الجهد عبر المقاوم المشع بنسبة 10٪ من جهد الإمداد والتيار عبر RB1 ، 10٪ من تيار المجمع.
مزايا الترانزستور:
- حساسية ميكانيكية أصغر.
- تكلفة أقل وأصغر حجمًا ، خاصة في دوائر الإشارة الصغيرة.
- جهد تشغيل منخفض لمزيد من الأمان ، وتكاليف أقل ، وتشديد الخلوص.
- حياة طويلة للغاية.
- لا يوجد استهلاك للطاقة بواسطة سخان الكاثود.
- التحول السريع.
يمكن أن تدعم تصميم دوائر التناظر التكميلية ، وهو شيء غير ممكن مع الأنابيب المفرغة. إذا كان لديك أي استفسارات حول هذا الموضوع أو الكهربائية و المشاريع الالكترونية اترك التعليقات أدناه.
