الترانزستور هو جهاز أشباه الموصلات اخترعه ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر هوسر براتين في عام 1947 في مختبر بيل. إنها لبنة أساسية لأي مكونات رقمية. أول ترانزستور تم اختراعه كان a نقطة الاتصال الترانزستور . الوظيفة الرئيسية لـ الترانزستور هو تضخيم الإشارات الضعيفة وتنظيمها وفقًا لذلك. يقوم الترانزستور بتسوية مواد أشباه الموصلات مثل السيليكون أو الجرمانيوم أو الغاليوم - الزرنيخ. يتم تصنيفها إلى نوعين بناءً على هيكلها ، الترانزستور BJT- ثنائي القطب (الترانزستورات مثل ترانزستور التقاطع ، الترانزستور NPN ، الترانزستور PNP) والترانزستور ذو التأثير الميداني FET (الترانزستورات مثل ترانزستور وظيفة الوصلة وترانزستور أكسيد المعدن ، N- قناة MOSFET ، P- قناة MOSFET) ، وهناك وظائف (مثل ترانزستور إشارة صغيرة ، ترانزستور تحويل صغير ، ترانزستور طاقة ، ترانزستور عالي التردد ، ترانزستور ضوئي ، ترانزستورات أحادية الوصلة). ويتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية باعث (E) ، وقاعدة (B) ، وجامع (C) ، أو مصدر (S) ، وتصريف (D) ، وبوابة (G).
ما هو ترانزستور الطاقة؟
الجهاز ثلاثي الأطراف المصمم خصيصًا للتحكم في تصنيف الجهد والتيار العالي والتعامل مع عدد كبير من مستويات الطاقة في جهاز أو دائرة هو ترانزستور طاقة. ال تصنيف ترانزستور الطاقة تشمل ما يلي.
- الترانزستور ثنائي القطب (BJTs)
- معدن أكسيد أشباه الموصلات تأثير الحقل الترانزستور (الدوائر المتكاملة)
- الترانزستور الحثي الثابت (SITs)
- ترانزستور ثنائي القطب معزول البوابة (IGBTs).
ناقل ثنائي القطب
BJT هو ترانزستور ثنائي القطب ، قادر على التعامل مع اثنين القطبية (الثقوب والإلكترونات) ، يمكن استخدامه كمفتاح أو كمضخم ويعرف أيضًا باسم جهاز التحكم الحالي. فيما يلي خصائص أ قوة BJT ، هم انهم
- إنه ذو حجم أكبر ، بحيث يمكن أن يتدفق التيار الأقصى من خلاله
- جهد الانهيار مرتفع
- لديها قدرة حمل أعلى للتيار وقدرة معالجة عالية الطاقة
- لديها انخفاض أعلى في الجهد على الدولة
- تطبيق عالي الطاقة.
MOS- أكسيد فلز-أشباه موصلات-مجال-تأثير-ترانزستور- (MOSFETs) -FETs
MOSFET هو تصنيف فرعي لترانزستور FET ، وهو عبارة عن جهاز ثلاثي الأطراف يحتوي على محطات المصدر والقاعدة والتصريف. تعتمد وظيفة MOSFET على عرض القناة. هذا إذا كان عرض القناة عريضًا ، فإنه يعمل بكفاءة. فيما يلي خصائص MOSFET ،
- يُعرف أيضًا باسم جهاز التحكم في الجهد
- لا حاجة لتيار الإدخال
- مقاومة عالية للمدخلات.
ترانزستور الحث الثابت
إنه جهاز له ثلاثة أطراف ، بقوة عالية وتردد موجه عموديًا. الميزة الرئيسية للترانزستور الحثي الساكن هو أنه يحتوي على انهيار جهد أعلى مقارنة بترانزستور تأثير المجال FET. فيما يلي خصائص الترانزستور الحثي الساكن ،
ترانزستور الحث الثابت
- طول القناة قصير
- الضوضاء أقل
- التشغيل وإيقاف التشغيل هو بضع ثوان
- المقاومة الطرفية منخفضة.
ترانزستور ثنائي القطب معزول البوابة (IGBTs)
كما يوحي الاسم ، فإن IGBT هو مزيج من الترانزستور FET و BJT الذي تعتمد وظيفته على بوابته ، حيث يمكن تشغيل الترانزستور أو إيقاف تشغيله اعتمادًا على البوابة. يتم تطبيقها بشكل شائع في أجهزة إلكترونيات الطاقة مثل المحولات والمحولات وإمدادات الطاقة. فيما يلي خصائص الترانزستور ثنائي القطب المعزول (IGBTs) ،
ترانزستور ثنائي القطب معزول (IGBTs)
- عند مدخل الدائرة ، تكون الخسائر أقل
- كسب طاقة أعلى.
هيكل ترانزستور الطاقة
إن Power Transistor BJT عبارة عن جهاز موجه عموديًا به مساحة كبيرة من المقطع العرضي مع طبقات بديلة من النوع P و N متصلة ببعضها البعض. يمكن تصميمه باستخدام P-N-P أو أ N-P-N الترانزستور.
الترانزستور pnp و npn
يُظهر البناء التالي نوع P-N-P ، والذي يتكون من ثلاث محطات باعث وقاعدة وجامع. حيث يتم توصيل طرف الباعث بطبقة من النوع n مخدر بدرجة عالية ، والتي تحتها توجد طبقة p مخدرة بشكل معتدل بتركيز 1016 سم -3 ، وطبقة n مخدرة قليلاً بتركيز 1014 سم -3 ، والتي تسمى أيضًا باسم منطقة انجراف المجمع ، حيث تحدد منطقة انجراف المجمع الجهد الكهربي للجهاز وفي الجزء السفلي تحتوي على طبقة n + وهي طبقة مخدرة بدرجة عالية من النوع n بتركيز 1019 سم -3 ، حيث يتم حفر المجمع بعيدًا عن واجهة المستخدم.
NPN- الطاقة-الترانزستور البناء
تشغيل ترانزستور الطاقة
يعمل Power Transistor BJT في أربع مناطق تشغيل هم
- قطع المنطقة
- منطقة نشطة
- منطقة شبه تشبع
- منطقة التشبع الصعبة.
يقال أن ترانزستور الطاقة يكون في وضع قطع إذا كان ترانزستور الطاقة n-p-n متصلاً بشكل عكسي انحياز، نزعة أين
الحالة (ط): يتم توصيل المحطة الأساسية للترانزستور بأطراف سالبة وباعث للترانزستور إلى موجب ، و
حالات): يتم توصيل طرف المجمع الخاص بالترانزستور بالطرف السالب والقاعدة الأساسية للترانزستور إلى الموجب الذي يكون باعثًا أساسيًا وباعث المجمع في اتجاه عكسي.
قطع منطقة-الترانزستور-السلطة
ومن ثم لن يكون هناك تدفق للتيار الناتج إلى قاعدة الترانزستور حيث IBE = 0 ، وأيضًا لن يكون هناك تيار خرج يتدفق من خلال المجمع إلى الباعث منذ IC = IB = 0 مما يشير إلى أن الترانزستور في حالة إيقاف وهو قطع المنطقة. لكن جزءًا صغيرًا من تدفقات تيار التسرب ترمي الترانزستور من المجمع إلى الباعث ، أي ICEO.
يقال إن الترانزستور هو حالة غير نشطة فقط عندما تكون منطقة الباعث الأساسي هي انحياز أمامي وتحيز عكسي لمنطقة قاعدة المجمع. ومن ثم سيكون هناك تدفق للتيار IB في قاعدة الترانزستور وتدفق التيار IC من خلال المجمع إلى باعث الترانزستور. عندما يزيد IB يزيد IC أيضًا.
منطقة الطاقة-الترانزستور النشط
يقال أن الترانزستور في مرحلة شبه التشبع إذا كان باعث القاعدة وقاعدة التجميع متصلين في تحيز توجيهي. يقال إن الترانزستور يكون في حالة تشبع صعب إذا كان الباعث الأساسي وقاعدة التجميع متصلين في تحيز إعادة التوجيه.
منطقة تشبع الطاقة الترانزستور
خصائص خرج V-I لترانزستور القدرة
يمكن معايرة خصائص الإخراج بيانياً كما هو موضح أدناه ، حيث يمثل المحور السيني VCE ويمثل المحور الصادي IC.
خصائص الإخراج
- يمثل الرسم البياني أدناه مناطق مختلفة مثل منطقة القطع والمنطقة النشطة ومنطقة التشبع الصلب ومنطقة شبه التشبع.
- للقيم المختلفة لـ VBE ، توجد قيم حالية مختلفة IB0 و IB1 و IB2 و IB3 و IB4 و IB5 و IB6.
- عندما لا يكون هناك تدفق للتيار ، فهذا يعني أن الترانزستور متوقف. لكن القليل من التدفقات الحالية التي هي ICEO.
- لزيادة قيمة IB = 0 ، 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5. حيث تكون IB0 هي القيمة الدنيا و IB6 هي القيمة القصوى. عندما يزيد VCE يزيد ICE أيضًا بشكل طفيف. حيث IC = ßIB ، ومن ثم يُعرف الجهاز باسم جهاز التحكم الحالي. مما يعني أن الجهاز في منطقة نشطة موجودة لفترة معينة.
- بمجرد وصول IC إلى الحد الأقصى ، ينتقل الترانزستور إلى منطقة التشبع.
- حيث تحتوي على منطقتين تشبع شبه منطقة تشبع ومنطقة تشبع صلبة.
- يقال إن الترانزستور في منطقة شبه تشبع إذا وفقط إذا كانت سرعة التبديل من التشغيل إلى الإيقاف أو الإيقاف إلى التشغيل سريعة. لوحظ هذا النوع من التشبع في تطبيقات التردد المتوسط.
- بينما في منطقة التشبع القاسي ، يتطلب الترانزستور قدرًا معينًا من الوقت للتبديل من التشغيل إلى الإيقاف أو الإيقاف إلى حالة التشغيل. لوحظ هذا النوع من التشبع في تطبيقات التردد المنخفض.
مزايا
مزايا الطاقة BJT هي ،
- كسب الجهد مرتفع
- كثافة التيار عالية
- الجهد الأمامي منخفض
- كسب عرض النطاق الترددي كبير.
سلبيات
عيوب قوة BJT هي ،
- الاستقرار الحراري منخفض
- إنه أكثر ضوضاء
- السيطرة معقدة بعض الشيء.
التطبيقات
تطبيقات الطاقة BJT هي ،
- إمدادات الطاقة في وضع التبديل ( SMPS )
- يمرر
- مضخمات الطاقة
- DC إلى محولات التيار المتردد
- دوائر التحكم في الطاقة.
أسئلة وأجوبة
1). الفرق بين الترانزستور وترانزستور الطاقة؟
الترانزستور هو جهاز إلكتروني بثلاثة أو أربعة أطراف ، حيث عند تطبيق تيار إدخال على زوج من طرفي الترانزستور ، يمكن للمرء أن يلاحظ تغيرًا في التيار في طرف آخر لذلك الترانزستور. يعمل الترانزستور كمفتاح أو مكبر للصوت.
بينما يعمل ترانزستور الطاقة مثل المشتت الحراري ، والذي يحمي الدائرة من التلف. إنه أكبر حجمًا من الترانزستور العادي.
2). ما هي منطقة الترانزستور التي تجعلها تتحول بشكل أسرع من التشغيل إلى الإيقاف أو الإيقاف إلى التشغيل؟
يتحول ترانزستور الطاقة عندما يكون في شبه تشبع أسرع من التشغيل إلى الإيقاف أو الإيقاف إلى التشغيل.
3). ماذا يعني N في الترانزستور NPN أو PNP؟
يمثل الترانزستور من النوع N في NPN و PNP نوع ناقلات الشحنة المستخدمة ، والتي تكون في النوع N حيث تكون حاملات الشحنة الأكبر عبارة عن إلكترونات. ومن ثم في NPN ، يتم وضع حاملتي شحن من النوع N مع نوع P ، وفي PNP يتم وضع حامل شحن واحد من النوع N بين اثنين من حاملات الشحن من النوع P.
4). ما هي وحدة الترانزستور؟
الوحدات القياسية للترانزستور للقياس الكهربائي هي الأمبير (A) ، والفولت (V) ، والأوم (Ω) على التوالي.
5). هل يعمل الترانزستور على تيار متردد أو تيار مستمر؟
الترانزستور هو مقاوم متغير يمكنه العمل على كل من التيار المتردد والتيار المستمر ولكن لا يمكنه التحويل من التيار المتردد إلى التيار المستمر أو التيار المستمر إلى التيار المتردد.
الترانزستور مكون أساسي في أ نظام رقمي ، فهما من نوعين بناءً على هيكلهما وعلى أساس وظيفتهما. الترانزستور الذي يستخدم للتحكم في الجهد والتيار الكبير هو طاقة BJT (ترانزستور ثنائي القطب) هو ترانزستور طاقة. يُعرف أيضًا باسم جهاز التحكم في الجهد الحالي الذي يعمل في 4 مناطق متقطعة ونشط وشبه تشبع وتشبع صعب استنادًا إلى الإمدادات المعطاة للترانزستور. الميزة الرئيسية لترانزستور الطاقة هي أنه يعمل كجهاز تحكم حالي.
