مشاهده همه محصولات
محصولی پیدا نشد

میدونی ترانزیستور چیه؟

نوشته شده در تاریخ1401-02-16 283
دوست داشتن0

ترانزیستور جان مایه علم الکترونیک به شمار می رود. با اختراع ترانزیستور، علم الکترونیک نیز متولد شد. ترانزیستور که از دل مفهوم فیزیک کوانتوم بیرون آمد، تحولی عظیم در زندگی بشر ایجاد نمود. امروزه به لطف وجود ترانزیستور، تلفن های هوشمند، رایانه ها، خودروهای نسل جدید، سیستم های کنترل از راه دور و.... را در اختیار داریم. در این نوشتار راجع به ترانزیستور و کاربردهای آن در مدارت سخن خواهیم گفت.

 


ترانزیستور کاربرد و تعریف


ترانزیستور، همانطور که از اسم آن بر می آید، به معنی ترانزیت کننده یا گذردهنده است. این قطعه می تواند اتصال یک بخش از مدار را به بخش دیگر فراهم کند. این قطعه را دقیقا می توان مثل یک کلید، اما از نوع الکترونیک دانست. در یک کلیک مکانیکی با فشردن شاسی کلید، جریان جاری می شود. در ترانزیستور با اعمال پالس به یک پایه، می توان اتصال بین دو پایه دیگر را برقرار نمود.

 

از طرف دیگر از ترانزیستور به عنوان تقویت کننده جریان استفاده می شود. این تقویت کننده می تواند جریان ضعیف ورودی را تقویت کرده و در خروجی قرار دهد. از این قابلیت در ساخت آمپلی فایرهای صوتی استفاده می شود. از آنجاییکه ترانزیستور می تواند جریان خروجی را نیز علاوه بر تقویت، کنترل کند، این قطعه در ساخت دیمر های PWM نیز استفاده می گردد.

 


انواع ترانزیستورها


ترانزیستورها را می توان به دو نوع کلی BJT و MOSFET تقسیم بندی کرد. هرجا که ولتاژ و جریان کمتری را قصد کنترل و تقویت داریم، از BJT استفاده می کنیم. به عنوان مثال برای کنترل دور یک موتور آرمیچر کوچک توسط آردوینو، BJT ها انتخاب مناسبی هستند. از معروفترین نوع BJT ها، ترانزیستور 2N2222 و BC337 را می توان نام برد. از این دو ترانزیستور به وفور در مدارهای قدرت و فرمان استفاده می شود. آنجا که برد آردوینو، ESP، ARM و یا هر برد دیگری بخواد به رله متصل شود؛ این ترانزیستورها جریان ضعیف خروجی میکرو را جهت راه اندازی رله، تقویت می کنند.

 

ترانزیستورهای BJT معمولا ولتاژ و جریان کمی را می توانند تحمل کنند. در صورتیکه بخواهیم جریان های بالا، مثلا 10 آمپر یا بیشتر را با ولتاژ های بالا مثل 220 ولت کنترل کنیم؛ نیاز به ترانزیستورهای قدرت داریم. ترانزیستورهای قدرت را در بین ماسفت ها می توان جستجو کرد. به عنوان مثال ترانزیستوری مانند IRF840 می تواند جریان و ولتاژهای بالایی را تحمل کند. از این ترانزیستور می توان در کنترل وسایل برقی با توان بالا، مثلا لامپ های 220 استفاده کرد. همچنین از آنجاییکه این ترانزیستور از توان بالایی برخوردار است، می توان در کنترل دور موتورهای پر قدرت هم از این ترانزیستور بهره برد.

 

از ترانزیستورهای قدرت در ساخت دیمرهای PWM، می توان بهره برد. دیمرهای DC همگی جهت کنترل توان از ماسفت ها استفاده می کنند. همچنین مهندسان الکترونیک جهت طراحی مدارهای قدرت و فرمان در جریان و ولتاژ بالا، نیازمند ماسفت ها هستند. ماسفت ها همچنین در ECU های خودرو نیز استفاده می شوند؛ آنجا که کامپیوتر خودرو به کویل و انژکتور جهت جرقه زنی و پاشش سوخت فرمان می دهد.

ترانزیستورها دارای 3 پایه هستند. یک پایه به عنوان ورودی، سیگنال را دریافت کرده و اتصال بین دو پایه دیگر را فراهم می کند. در ترانزیستورهای BJT این سه پایه با نام های امیتر، کلکتور و بیس و در ترانزیستورهای ماسفت با نام های گیت، درین و سورس شناخته می شوند.

 


ترانزیستور مثبت، ترانزیستور منفی


ترانزیستورها علاوه بر دو نوع BJT و MOSFET، به دو دسته مثبت و منفی تقسیم بندی می شوند. در ترانزیستورهای مثبت، اعمال ولتاژ بالای صفر می تواند ترانزیستور را فعال کند. به طور مشابه در ترانزیستورهای منفی ولتاژ های کمتر از صفر می تواند این قطعه را فعال کند. جدول زیر ترانزیستورهای مثبت و منفی در دو نوع BJT و MOSFET را نمایش می دهد. در این جدول عبارت مشخصه هر ترانزیستور را مشاهده می کنید.

 

نام ترانزیستور
NPN BJT  مثبت
PNP BJT منفی
نوع N MOSFET مثبت
نوع P MOSFET منفی

 

ترانزیستورهای مثبت برای دریافت فرمان از آردوینو و کنترل وسیله برقی مثل موتور و یا LED ها بسیار مناسب هستند. ترانزیستورهای منفی اما در مدارهای محافظتی، مثل مدارهای محافظ بایاس معکوس، مثل راه اندازی SIM800L با باتری کاربرد دارند. همانطور که اطلاع دارید، قطعات الکترونیکی مثل پردازنده ها و IC ها با اتصال اشتباه کابل های تغذیه خواهند سوخت. ترانزیستورهای منفی می توانند از بردهای آردوینو، ESP و.... در برابر اتصال برعکس تغذیه محافظت کنند.

 


نماد ترانزیستورها در مدار


ترانزیستورها همانند سایر قطعات الکتریکی و الکترونیکی، دارای نماد و سمبل مخصوص به خود هستند. تصویر زیر ترانزیستورهای BJT را در حالت های مثبت و منفی، NPN و PNP نمایش می دهد.

 

ترانزیستورهای ماسفت آنطور که پیشتر گفته شد، دارای دو نوع P برای ترانزیستور منفی و N برای ترانزیستور مثبت است. تصویر زیر، نماد ترانزیستورهای ماسفت را در دو نوع نمایش می دهد.

 


روابط ریاضی حاکم بر ترانزیستورها


ترانزیستورها مانند سایر قطعات مثل مقاومت و خازن، دارای روابط ریاضی هستند. یک پارامتر اصلی در ترانزیستور، بتا یا ضریب تقویت آن است. این ضریب توانایی ترانزیستور در تقویت جریان ورودی و تحویل آن به خروجی را تعیین می کند. رابطه بین جریان ورودی، جریان خروجی و ضریب تقویت به شکل زیر بیان می شود.

bIB=IC

مطابق رابطه فوق b بیانگر بتا یا ضریب تقویت، IB جریان ورودی به ترانزیستور و IC جریان خروجی است. جهت اعمال پالس به پایه بیس ترانزیستور، باید حتما جریان بیس متعادل باشد. به عبارت دیگر اگر پالس مستقیم به بیس ترانزیستور متصل شود، ترانزیستور دچار آسیب خواهد شد. در این جا باید حتما از مقاومت الکتریکی بین بیس و پالس استفاده کرد. به عنوان مثال در یک مدار فرمان از آردوینو به رله، باید یک ترانزیستور جهت تقویت جریان ضعیف آردوینو بین پایه خروجی و ترانزیستور قرار دهیم. در طرف دیگر، بین آردوینو و ترانزیستور حتما باید از یک مقاومت الکتریکی استفاده نمود.