میدونی ترانزیستور چیه؟

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.

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.

انواع پکیج قطعات ترانزیستورها

ترانزیستورها را می توان در دو نوع DIP و SMD یافت. از نوع DIP در مدارهای قدرت، مثل دیمرهای DC و از نوع SMD در مدارات الکترونیکی، مثل ماژول های رله استفاده نمود. به عنوان مثال در ماژول رله TONGLING از ترانزیستور SMD با شماره فنی 2TY استفاده شده است.

در مثالی دیگر از ترانزیستورهای SMD، این قطعه با شماره A1SHB در برد آردوینو نیز به کار رفته است. این ترانزیستور از نوع ماسفت با ساختار منفی، P، است.

در طرف دیگر ترانزیستورهای DIP، سهم مهی از مدارهای قدرت را به خود اختصاص می دهند. به عنوان مثال در دیمرهای DC، این قطعه نقشی کلیدی را جهت کنترل توان خروجی بازی می کند.

در کنار این، جهت کنترل دور و جهت یک موتور به صورت همزمان، از نوع خاصی از ترانزیستورها به نام پل H یا Bridge  H وجود دارد. این ترانزیستورها از دو ترانزیستور تشکیل شده اند. به این ترتیب می توان جهت حرکت موتور را با راه اندازی هر یک از ترانزیستورها، تعیین نمود. به عنوان مثال در  ماژول درایور موتور L298 از این ترانزیستور استفاده شده است.

نحوه خواندن مشخصات ترانزیستورها

ترانزیستورها بر خلاف خازن و مقاومت، دارای پارامترهای زیادی هستند، این پارامترها در فایل هایی تحت عنوان دیتاشیت درج و عنوان می شوند. مهم ترین پارامترهای یک ترانزیستور جریان کلکتور، ولتاژ کلکتور، فرکانس و ضریبت تقویت یا بتای آن از مهم ترین پارامترها به حساب می آیند. به عنوان مثال تصویر زیر بخشی از دیتاشیت ترانزیستور 2N222 را نمایش می دهد. به همین روش برای هر ترانزیستوری بایستی حتما دیتاشیت آن را بررسی کنید. 

از چه ترانزیستوری کجا استفاده کنیم

همانطور که هر مهره آچار مخصوص به خود را نیاز دارد؛ هر ترانزیستور نیز در مدار مناسب خود باید استفاده شود. مثلا فرض کنید قصد طراحی یک مدار فرمان و قدرت، با اندازه کوچک و البته توان پایین را دارید. در این جا ترانزیستور SMD بسیار کاربردی خواهد بود. از طرف دیگر شاید قصد دارید یک مدار باتری بک آپ بسازید؛ طوریکه با قطع برق باتری وارد مدار شود، در اینجا ترانزیستورهای SMD بسیار کارگشا خواهند بود.

در طرف دیگر هرگاه محدودیت فضا نداشته و جریان پایینی را قصد کنترل دارید، ترانزیستور DIP از نوع BJT بسیار مناسب خواهد بود. به عنوان مثال در کیت آژیر پلیس بی سیم ساخته دانشجوکیت، از ترانزیستورها های BJT نوع DIP استفاده شده است.

در طرف دیگر، با ترانزیستورهای ماسفت رو به رو هستیم. ترانزیستورهایی که می توانند جریان و ولتاژ بالایی را تحمل کنند. به عنوان مثال اگر بخواهید یک پروژه کنترل از راه دور وسایل برقی مثل موتورهای توان بالا بسازید، یا اگر می خواهید در زمینه هوشمندسازی منازل به کمک بردهای ESP8266 لامپ ها را کنترل کنید، ماسفت ها گزینه بسیار خوبی به شمار می روند. به عنوان مثال ماسفت IRF840 یکی از ماسفت های پرکاربرد در زمینه کنترل وسایل برقی در هوشمند سازی منازل به شمار می رود. در تصویر زیر نمونه ای از این ماسفت را در مدار دیمر مشاهده می‌کنید. 

روش خرید انواع ترانزیستور

لینک خرید انواع ترانزیستور، کلیک کنید

آموزش های تخصصی دیجی اسپارک

لینک آموزش تخصصی آشنایی و شناخت با ترانزیستور، کلیک کنید

لینک آموزش محاسبه مقاومت بیس ترانزیستور، کلیک کنید.