ترانزیستور چیست؟ این متحول کننده تکنولوژی را بیشتر بشناسید!

ارسال توسط

در تاریخ 2019/06/30

در این مطلب می‌خواهیم ببینم اصولاً ترانزیستور چیست و چه کاربردی دارد؟ همچنین، با مطالعه این مطلب متوجه خواهیم شد که انواع ترانزیستورهای پرکاربرد کدامند و نحوه کارکرد آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

ترانزیستور چیست و به چه معنا است؟

مغز شما از صدها میلیارد سلول عصبی به نام نورون تشکیل شده ست. نورون‌ها مانند یک کلید عمل کرده و در کنار یکدیگر به شما اجازه می‌دهند تا فکر کنید و همه چیز را به خاطر بسپارید. دقیقا مانند انسان، کامپیوترها هم دارای یک مغز به نام پردازشگر هستند که از میلیون‌ها سلول تشکیل شده است. این سلول‌ها را ترانزیستور می‌نامند که از جنس سیلیکون هستند. سیلیکون یک ماده شیمیایی است که آن از ماسه استخراج می‌کنند. از زمان ساخت ترانزیستورها که حدودا شصت سال پیش می‌گذرد، انقلابی در صنعت الکترونیک به وجود آمد.

این قطعه ارزشمند در طول حیات خود تحولات ظاهری و ساختاری زیادی داشته و باعث به وجود آمدن اتفاقات شگرف و اساسی در صنعت الکترونیک شده است.

کاربرد ترانزیستور چیست؟

اگر بخواهیم به طور خلاصه در مورد کارایی این قطعه توضیح دهیم، می‌توانیم به دو کاربرد اصلی آنها در الکترونیک اشاره کنیم:

استفاده به عنوان تقویت‌کننده

یک ترانزیستور می‌تواند جریان ورودی از یک سمت خود را دریافت و آن را به جریانی بزرگ‌تر در طرف دیگر تبدیل نماید.

استفاده به عنوان کلید

ترانزیستور می‌تواند به عنوان یک کلید عمل کند؛ به این صورت که با دریافت جریان بسیار کمی از یک طرف، جریانی بسیار زیادتر از آن را در جهت‌های دیگر جاری خواهد کرد. ترانزیستورهای پردازنده‌ها از این ویژگی استفاده می‌کنند.

از آنجایی که ترانزیستورها می‌توانند تنها در دو حالت روشن و یا خاموش قرار بگیرند، می‌توان با دستور دادن به یکایک آنها، ترانزیستورها را خاموش و یا روشن کرد. می‌توان این دو حالت را معادل صفر و یک منطقی در نظر گرفت که با استفاده از سیستم باینری امکان ذخیره کردن اطلاعات به صورت دیجیتالی وجود خواهد داشت.

یک خاصیت ماشین های قدیمی این بود که می توانستیم آن ها را اوراق کرده و از داخل آن ها سر در بیاوریم! اما در الکترونیک این مسئله کمی پیچیده است. تمام صنعت الکترونیک درمورد کنترل الکترون ها و جریان الکتریکی است. هر الکترون چندین برابر کوچکتر از اتم ها هستند. ترانزیستور های حال حاضر می توانند هر کدام یک الکترون را کنترل کنند. بنابراین می توانید تصور کنید که آن ها چقدر می توانند کوچک باشند.

ترانزیستور چیست؛ ترانزیستورهای BJT

پرکاربردترین و عمومی‌ترین نوع ترانزیستورها ، ترانزیستورهای BJT می‌باشند. این نوع ترانزیستورها از سه لایه نیمه رسانا تشکیل شده‌اند. آنها خود به دو دسته تقسیم می‌شوند: ترانزیستورهای NPN و PNP. در ترانزیستورهای NPN، دو لایه نیمه رسانای خارجی، دارای الکترون‌های اضافه بوده و لایه میانی نیز دارای کمبود الکترون (حفره) می‌باشد. در ترانزیستورهای PNP این حالت برعکس می‌باشد. به لایه‌هایی که الکترون اضافه دارند، نوع N و به لایه‌هایی که کمبود الکترون دارند، نوع P می‌گویند.

نحوه کارکرد ترانزیستورها

هر ترانزیستور BJT سه پایه خروجی دارد: بیس (پایه)، کلکتور و امیتر. هر کدام از این پایه‌ها به یکی از لایه‌های نیمه رسانای نوع P و یا نوع N مرتبط هستند. در زمانی که یک جریان بسیار ضعیف به پایه بیس وارد می‌شود، تغییر بسیار بزرگ‌تر و سریعتری در جریان کلی ترانزیستور اتفاق می‌افتد.

در یک منبع آب، یک پیستون شناور، از جاری شدن جریان در آن جلوگیری می‌کند. در اینجا C مانند منبعی بزرگ از آب، E مانند خروجی آب به سمت خارج و B یک پیستون شناور آبی می‌باشد که به عنوان مانع بر سر راه مسیر آب قرار دارد. این مانع از طریق یک لوله بسیار کوچکتر آب که خارج از مسیر اصلی قرار دارد، کنترل می‌شود. اگر مقداری آب به داخل پیستون هدایت کنیم، باعث می‌شود که پیستون بالا رفته و مقدار زیادی آب از بالا به سمت پایین جاری شود. اگر جریان ورودی به پیستون کمی بیشتر شود، پیستون بالاتر رفته و جریان بیشتری را وارد قسمت E می‌کند.

ترانزیستور نیز رفتاری دقیقا مشابه به آنچه در بالا به آن اشاره کردیم، دارد. یعنی با ارسال جریان بسیار کم در بیس، جریان بسیار زیادی از سمت کلکتور به امیتر هدایت می‌شود.

بهره ترانزیستور چیست؟

بار دیگر مثال منبع آب را به یاد بیاورید. اگر با فرض مثال 1 لیتر آب در دقیقه به پیستون وارد کنیم و از آن طرف 100 لیتر آب در دقیقه و در مسیر اصلی جاری شود، آن گاه بهره ما در اینجا 100 می‌باشد. در ترانزیستور واقعی با بهره 100، می‌توان با ارسال جریان 1 میلی‌آمپر به بیس، جریانی به اندازه 100 میلی‌آمپر را از سمت کلکتور به امیتر شاهد بود.

در توان های بالا که می خواهیم یک مدار را خاموش یا روشن کنیم، از ترانزیستورهای قدرت استفاده می‌کنیم. این ترانزیستورها هم از لحاظ فیزیکی و هم از لحاظ الکتریکی قوی‌تر هستند. به این علت که این ترانزیستورها گرمای زیادی در حین کار ایجاد می‌کنند، در اغلب آنها می‌توان ازیک هیت سینک یا خنک‌کننده استفاده کرد که به قسمت سوراخ شکل در بالای قطعه متصل می‌شوند.