ترانزیستور چیست؟

مغز شما از صد ها میلیارد سلول عصبی به نام نورون تشکیل شده ست.نورون ها مانند یک کلید عمل کرده و در کنار یکدیگر به شما اجازه می دهند تا فکر کنید و همه چیز را به خاطر بسپارید.دقیقا مانند انسان ، کامپیوتر ها هم دارای یک مغز به نام پردازشگر هستند که از میلیون ها سلول تشکیل شده است.این سلول ها را ترانزیستور می نامند که از جنس سیلیکون هستند. سیلیکون یک ماده شیمیایی است که آن از ماسه استخراج می کنند. ترانزیستور ها از زمان ساختشان که در حدود شصت سال پیش شکل گرفت، انقلابی در صنعت الکترونیک به وجود آوردند.

کاربرد:

اگر بخواهیم به طور خلاصه در مورد کارایی این قطعه مهم ها توضیح دهیم ، می توانیم به دو کاربرد اصلی آن ها در الکترونیک اشاره کنیم:

استفاده به عنوان تقویت کننده:

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

استفاده به عنوان کلید:

ترانزیستور می تواند به عنوان یک کلید عمل کند. به این صورت که با دریافت جریان بسیار کمی از یک طرف آن ، جریانی بسیار زیاد تر از آن را در جهت های دیگر خود جاری کند. ترانزیستور های پردازنده ها از این ویژگی استفاده می کنند. از آنجا که ترانزیستور تنها در دو حالت روشن و یا خاموش می توانند قرار بگیرند ، می توان با دستور دادن به تک تک شان ، آنها را خاموش و یا روشن کرد. یعنی فقط در دو حالت روشن و یا خاموش قرار گیرند. این دو حالت را معادل صفر و یک منطقی می شود در نظر گرفت که با استفاده از سیستم باینری می توان اطلاعات را به صورت دیجیتال ذخیره نمود.

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 های BJT

پرکاربرد ترین و عمومی ترین نوع ترانزیستور ها ، Bjt می باشند. این ترانزیستور ها از سه لایه نیمه رسانا تشکیل شده است. ترانزیستور های BJT خود به دو دسته تقسیم می شوند: ترانزیستور ها NPN و PNP. در ترانزیستور های NPN ، دو لایه نیمه رسانای خارجی دارای الکترون های اضافه بوده و لایه میانی نیز دارای کمبود الکترون (حفره) می باشند. در ترانزیستور های PNP این حالت برعکس می باشد. به لایه هایی که الکترون اضافه دارند ، نوع N و به لایه هایی که کمبود الکترون دارند ، نوع P می گویند.

نحوه کارکرد ترانزیستور ها

هر ترانزیستور BJT سه پایه خروجی دارد: بیس ، کلکتور و امیتر. هر کدام از این پایه ها به یکی از لایه های نیمه رسانای نوع P و یا نوع N مرتبط هستند. در زمانی که یک جریان بسیار ضعیف به پایه بیس وارد می شود ، تغییر بسیار بزرگتر و سریعتری در جریان کلی ترانزیستور می افتد.

شکل بالا شماتیک یک ترانزیستور NPN را نمایش می دهد. شکل زیر یک شکل غیر واقعی از ترانزیستور است که صرفا جهت درک بیشتر کارکرد آن برای شما آورده شده است:

در شکل بالا یک مسیر لوله آب را می بینید که دارای سه خروجی B (بیس) C (کلکتور) و E (امیتر) می باشد. مسیر اصلی لوله که با رنگ آبی مشخص شده است ، به وسیله یک پیستون شناور ، از جاری شدن جریان آب در آن جلوگیری شده است. در اینجا C مانند منبعی بزرگ از آب ، E مانند خروجی آب به سمت خارج و B یک پیستون شناور آبی می باشد 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 می باشد ، کنترل می شود. اگر مقداری آب به داخل پیستون هدایت کنیم ، باعث می شود 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 می کند.

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 می شود.

بهره ترانزیستور:

به شبیه سازی به لوله آب در بالا نگاهی بیاندازید. اگر با فرض مثال ۱ لیتر آب در دقیقه به پیستون وارد نماییم و از آن طرف ۱۰۰ لیتر آب در دقیق در مسیر اصلی جاری شود ، آنگاه بهره ما در اینجا ۱۰۰ می باشد. در ترانزیستور واقعی با بهره ۱۰۰، می توان با ارسال جریان ۱ میلی آمپر به بیس، جریانی به اندازه ۱۰۰ میلی آمپر را از سمت کلکتور به امیتر شاهد باشیم.

در توان های بالا که می خواهیم یک مدار را خاموش یا روشن کنیم، از ترانزیستور های قدرت استفاده می کنیم. این ترانزیستور ها هم از لحاظ فیزیکی و هم از لحاظ الکتریکی قوی تر می باشند. به این علت که این ترانزیستور ها گرمای زیادی در حین کار ایجاد می کنند ، در اغلب آن ها می توان ازیک هیت سینک یا خنک کننده استفاده کرد که به قسمت سوراخ شکل در بالای قطعه ر متصل می شوند.