خانه > الکترونیک ، برق > ترانزیستور : ساختار و کاربردهای معمول

ترانزیستور : ساختار و کاربردهای معمول


 

ترانزیستور : ساختار و کاربردهای معمول

یکی از پر کاربردترین قطعه ها در علم الکترونیک ترانزیستور هستند ترانزیستور ها در انواع مدل وبرای کاربردهای مختلف ساخته می شود . یکی از کاربردهای ترانزیستور استفاده از ترانزیستور به عنوان کلید قطع و وصل است از این کاربرد ترانزیستور در مدارات منطقی و به طور گسترده تر در پردازشگرهای کامپیوتری CPU ها استفاده می کنند . از ترانزیستور ها می توان تحت شرایط خاصی به عنوان مقاومت استفاده کرد و مفدار این مقاومت را به راحتی تنظیم کرد . از ترکیبب دو ترانزیستور می توان یک شارژر باطری بسیار خوب درست کرد از مجموعه چند ترانزیستور مدارات پیچیده تری می توان ساخت که به مقایسه کننده و تقویت کنندهای ساده از آن استفاده کرد . یکی دیگر از کاربردهای مهم ترانزیستور خاصییت تقویت کنندگی آن است از این خاصییت در محدوده فرکانسهای پایین به منظور تقویت سیگنالهای مغزی و یا سیگنالهای قلبی در فرکانسهای صحبت به منظور تقویت و بهبود صدای پخش شده از بلندگوها و سایر وسایل صوتی ، در فرکانسهای رادیویی و تلویزیونی به منظور دریافت و تبدیل به صدای قابل شنیدن و بهبود تصویر وفرکانسهای بالا و کاربد های نظامی از ترانزیستور استفاده می کنند . ترانزیستورهای کوچک که برای راه اندازی موتورهای اسباب بازی کوچک استفاده می شود تا ترانزیستورهای که مدار کنترل موتور یک ترن را فرماندهی می کنند همگی دارای ساختارو اصول تقریبا یکسانی هستند . اما در اندازه و با شیوه های مختلفی ساخته می شوند . قیمت ترانزیستور ها از چند تومان تا چندین هزار دلار تومان بسته به کاربرد متفاوت است .
فکر می کنم به اندازه کافی اهمیت ترانزیستور برای شما روشن شد . در این جلسه و جلسه آینده ضمن پرداختن به ساختار ترانزیستورها ، کاربرد های مهم و اصلی ترانزیستور ها را نیز بیان خواهیم کرد . همانند دیود ها ترانزستور ها نیز از ترکیب مواد نیمه هادی ساخته می شود . می توان در یک تقسیم بندی کلی مواد نیمه رسانا را به دو دسته P,N تقسیم کرد در دیود تنها از دو ماده P,N استفاده می شود .
 

 src=

اما در ترانزسیتوراز از دو ماده P با غلظت های متفاوت ویک ماده N استفاده می کنند .به این ترانزسیتورها ترانزیستورهای PNP می گویند همچنین ترانزیستورها را به صورت NPN نیز می سازند . این ترانزیستورها را با نماد زیر نشان می دهند .
 

 src=

پایه های ترانزیستور را به نامهای بیس B کلکتور C و امیتر E می شناسیم در اکثر موارد از ترانزسیتورهای NPN استفاده می کنیم به همین دلیل از اینجا به بعد بحثمان را به اینگونه ترانزیستورها محدود می کنیم گرچه می توان به راحتی همه این مطالب را به ترانزیستور های PNP نیز تعمیم داد . این کار ساده ای است وشما می توانید این کار را بعد از آشنایی با ترانزیستورهای NPN انجام دهید .
در ترانزیستورهای npn جریان از کلکتور به امیتر جاری می شود ( در PNP از امیتر به کلکتور همه جا مطابق فلش ) این جریان تنها در صورتی از کلکلتور به امیتر جاری می شود که :
1) ولتاژ کلکتور از امیتر بیشتر باشد
2) ولتاژ بیس از ولتاژ امیتر به اندازه 700mV بیشتر باشد .
جریان بیس جریان بسیار اندکی است اما جریان امیتر و کلکتور جریان بسیار بالایست چیزی در حدود 100 تا 200 برابر جریان بیس . در واقع هر چه جریان بیس بیشتر باشد جریان امیتر نیز بیشتر خواهد بود . این یکی از خواص تقویت کنندگی ترانزیستور است .
مسئله 1)
در یک مدار جریانی معادل 10 میلی آمپر از بیس عبور می کند و ترانزیستور به گونه ای ساخته شده است که دارای ضریب تقویتی معادل 120 می باشد چه جریانی از کلکتور عبور خواهد کرد .
حل :
با توجه به اینکه ضریب تقویت 120 می باشد پس جریان عبوری از کلکتور 120 برابر جریان بیس خواهد بود یعنی
 src=
فرض کنید جریان 10 میلی آمپری جریانی است که از یک میکروفن تولید شده باشد و شما آنرا پس از عبور از یک سیم به یک بلند گو متصل می کنید . در این حالت صدایی که از بلندگو می شنوید خیلی کم خواهد بود اما اگر از یک ترانزیستور استفاده کنید صدای به مراتب بلند تری خواهید شنید .
یکی دیگر از کاربرد های ترانزیستور خاصییت سوییچ آن است . یک IC کوچک را در نظر بگیرید .فرض کنید حداکثر جریانی که این IC می src= تواند به شما بدهد 25میلی آمپر است و 5ولت است و فرض کنید که تصمیم دارید یک لامپ را با ولتاژ 25 ولت و جریانی معادل 500میلی آمپر روشن کنید . این کار توسط یک ترانزیستور به راحتی و با استفاده از مدار روبه رو قابل انجام خواهد بود . در زمانی که خروجی IC مقدار صفر ولت باشد با توجه به اینکه ولتاژ امیتر نیز زمین یا صفر ولت است ترانزیستور خاموش خواهد بود( چون ولتاژ بیس از امیتر بیشتر نیست و با هم برابر و برابر با صفر هستند ) در نتیجه هیچ جریانی از ترانزیستور و به الطبع از لامپ عبور نخواهد کرد . اما در شرایطی که خروجی IC مقدار 5 ولت باشد ترانزیستور روشن شده و با توجه به جریان بیس و ضریب تقویت ترانزیستور جریانی از لامپ عبور خواهد کرد و لامپ را روشن خواهد کرد . اندازه این جریان بسته به مقاومت R1 دارد هر چه این مقاومت بزرگتر باشد جریان کمتر خواهد بود و اگرمقاومت کم باشد جریان زیادی از لامپ عبور خواهد وموجب سوختن لامپ و ترانزیستور خواهد شد . می توان با قرار دادن یک پتانسیومتر( مقاومت متغییر ) به جای مقاومتR1 نور لامپ را کنترل کرد . اگر این مقاومت به طور مستقیم در مسیر لامپ قرار می گرفت جریانی زیادی از مقاومت عبور می کرد که ضمن اینکه موجب مصرف زیاد انرژی می شود حتی ممکن است موجب داغ شدن و سوختن مقاومت نیز بشود .
یکی از وسایل پر کاربرد در مدارات صنعتی رله ها هستند رله ها داری شکلی مانند زیر هستند .
 

 src=

یک رله از یک آهنربای الکتریکی و یک فنر تشکیل شده است .هنگامی که جریانی از آهنربای الکتریکی عبور نمی کند ( پایه های A,B به جای متصل نباشند) فنری که به یک صفحه متصل است مانع از اتصال پایه C به پایهD می شود .ولی هنگامی که از آهنربای الکتریکی جریانی عبور کند این آهنربا صفحه ای که به پایه C متصل است را به سمت خود کشیده و موجب می شود تا پایه C به پایه D وصل شود . با استفاده از همین طرح می توان با استفاده از یک IC و فرمانی که IC می دهد یک لامپ 220 ولت ویا یک پنکه را روشن وخاموش کرد .رله ها را نمی توان مستقیم به IC ها وصل کرد چون جریان زیادی نیلز دارند . فکر می کنم بتوانید حدس بزنید چگونه می توان این کار را انجام داد بله با یک ترانزیستور می توان این کار را انجام داد .
 

 src=
 src=

برق شهری برق 220 ولت متناوب است از این برق متناوب و زیاد نمی توان برای ترانزیستورها استفاده کرد به همین دلیل از یک ولتاژ 12 یا 25 ولت برای ترانزسیتور استفاده می کنیم .
یک کاربرد این مدار در ساخت اسباب بازی های است که به نام تست اعصاب از آن نام می برند . در این اسباب بازی شما باید یک حلقه را از درون یک مسیر مارپیچ عبور دهید . اگر حلقه به مسیر بر خورد کند زنگی به صدا در آمده و یا یک لامپ روشن شده و شما بازنده خواهید شد .
 

 src=

شکل کلی مدار این اسباب بازی را مشاهده می کنید به حلقه یک سیم متصل است این سیم به یک باطری و سپس یک لامپ و در نهایت به مسیر مارپیچ متصل می شود هر گاه حلقه به سیم مارپیچ بخورد مدار بسته شده لامپ روشن می شود . در این مدار از ولتاژهای معمولی و پایین مانند 12 ولت و 5 ولت استفاده می کنیم اما اگر بخواهیم به جای یک لامپ کوچک یک لامپ 220 ولت را روشن کنیم یا یک زنگ اخبار 220 ولتی را روشن کنیم چه باید کرد . برای این کار باید در جای که لامپ قرار دارد یک رله قرار دهیم و سمت دیگر رله را به یک وسیله 220 ولت متصل کنیم . در این حالت سیم برق 12 ولت دارد که خطرناک نیست و مدار هشدار از برق 220 ولت استفاده می کند و می تواند لامپهای پور نور یا زنگهای قشنگی را به صدا در بیاورد .
در مدارات الکترونیکی همواره بلوک های متفاوتی را به یک دیگر متصل می کنیم تا یک کار خاص انجام شود در بعضی موارد این بلوک ها بر روی هم اثر می گذارند یعنی هر بلوک به تنهایی به درستی کار می کنند اما هنگامی که این دو بلوک به یکدیگر متصل می شوند نتایج قابل قبولی ارائه نمی دهند . در چنین مواردی نیاز به بلوک های به نام بافر داریم که دو تاثیر بلوک ها بر کند . بافر ها به راحتی توسط ترانزیستور ها ساخته می شوند . شکل کلی یک بافر مانند زیر است:
 

 src=

بافر بین دو بلوک متفاوت قرار میگیرد سیگنالی که از پایه IN وارد ترانزیستور می شود تقریباً بدون تغییر خاصی از پایه Out خارج می شود .مدار بافر به گونه ایست که تاثیر بر روی طبقات مختلف نمی گذارد .
منبع جریان
باطری های شارژی پس از اینکه تخلیه شدند نیاز به شارژ دارند مدار شارژر مداری است که بتواند جریان مناسبی را از باطری در خلاف جهت باطری از باطری عبور دهد با عبور این جریان یعنی عبور جریان در داخل باطری از قطب مثبت به منفی باطری اندک اندک شارژ می شود و پس از مدتی کاملاً شارژ می شود هر چه این جریان بیشتر باشد باطری سریع تر شارژ می شود . مدار یک شارژر ساده را در شکل مشاهده می کنید .
 

 src=

در این مدار جریان ثابتی همواره از باطری عبور می کند . میزان این جریان وابسته به مقاومت R1است و در این مدار حدود 100 میلی آمپر است چنانچه باطری شما یک باطری با ظرفیت 800mAh باعث پس از حدود 8 ساعت کاملاً شارژ می شود این مدار را می توان به میزان دلخواه تکرار کرد تا مثلاً یک شارژ برای شارژ همزمان 4 باطری درست کرد
 

 src=

یکی دیگر از کاربردهای معمول ترانزیستورها در ساخت درایور موتورهای dc است که در دوره پیش با آن آشنا شدید
یکی دیگر کاربردهای ترانزیستور ساخت مدارات مقایسه کننده است به این مدارات تقویت کننده تفاضلی نیز می گویند . در مدارات تقویت کننده معمولی معمولاً سیگنال ورودی از یک منبع تولید می شود و پس از عبور از تقویت کننده یا ترانزیستور تقویت می شود . اما در تقویت کننده های تفاضلی دوسیگنال وارد تقویت کننده می شود با هم مقایسه می شوند و مقدار تفاوت آنها تقویت می شود
 

 src=

اینگونه تقویت کننده های می توانند بسیار پر کاربرد باشند در واقع با تغییر کوچکی در ولتاژهای ورودی این تغییر در خروجی بزرگ شده و به خوبی قابل رویت خواهد بود . فرض کنید Vin1,Vin2 خروجی های دو سنسور نوری باشند به گونه ای که هر چه نور بیشتری به این سنسورها بتابد مقادیر این ولتاژها نیز بیشتر خواهد شد . چنانچه هر دو سنسور به یک اندازه نور جذب کنند خروجی صفر خواهد بود اما اگر سنسور اول کمی نور بیشتری جذب کند با عث می شود که مقدارVin1 افزایش یابد و خروجی به شدت مثبت می شود .همچنین در حالتی که سنسور دوم نور بیشتری جذب کند خروجی منفی خواهد شد .

مدارات ترانزیستوری به طور گسترده به صورت تقویت کننده های ولتاژی و جریانی به کار می روند در جلسه بعدی با ساختارهای متفاوت تقویت کننده ها آشنا خواهیم شد .

نویسنده : آرمین سنقری
 

  1. فرزان
    مه 16, 2008 در 8:51 ق.ظ.

    سلام
    عکسای این مقاله باز نمی شن لطفا اصلاح کنید.

  2. ali saghi
    سپتامبر 6, 2008 در 6:55 ب.ظ.

    نوشته تان خوب و از سطح علمی خوبی برخوردار است.

    با تشکر: ساقی

  3. وحید
    مارس 25, 2009 در 9:23 ب.ظ.

    ممنون که مطالب رو به ساده ترین شکل مینوسی تا ما هم بفهمیم.
    ادامه بده

  4. reza
    ژوئن 10, 2009 در 8:23 ق.ظ.

    saite besyar khoobi darid
    man nemitoonam sheklhaye marboot be teransistor ro bebinam
    sheklha nemid
    chikar bayad bokonam?

  5. ژوئن 13, 2009 در 6:56 ق.ظ.

    هاستی که در آن عکس ها درون آن قرار داده شده دچار مشکل شده است و متاسفانه عکس ها در دسترس نیست لذا از همه ی خوانندگان گرامی احسیر سافت پوزش می طلبیم
    احسان احسانپور مدیر تارنما

  6. abbas
    ژانویه 1, 2010 در 12:39 ب.ظ.

    salam
    in matlab bedone aks faiede nadare
    ye kare bekon ta dorost beshe

    • ژانویه 1, 2010 در 3:10 ب.ظ.

      متاسفانه سروری که عکسها در آن آپلود شده مشکل پیدا کرده است ، ببخشید کوتاهی از ما نبوده

  1. No trackbacks yet.

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s

%d وب‌نوشت‌نویس این را دوست دارند: